注射系统的布局与加工ppt课件

23 22 注射工艺概述 注射工艺过程注射过程3 塑件的后处理过程1 退火2 调湿 原料检验预处理 合模 注射 装入料斗 保压 脱模 预塑化 塑件后处理 冷却 23 22 注射模的结构 注射模的基本构造和特点 1 中间板 2 型芯 3 定位圈 4 浇口套 5 定模板 6 导柱 7 导套 8 凸模固定板 9 动模垫板 10 推杆 11 动模板 12 推板 13 推杆固定板 14 垫块 15 推件板 23 22 注射模的结构 注射模的基本构造和特点1 成型零件 主要由型芯和凹模组成2 浇注系统 主要由主流道 分流道 浇口和冷料穴组成 3 导向机构 导柱导套4 推出机构 主要由推杆 推出固定板 推板及主流道的拉料杆组成5 调温系统 主要作用是满足注射工艺对模具温度的要求6 排气槽 主要作用是将成型过程中的气体充分排出7 侧抽芯机构 对于某些带有侧孔的塑件 被推出前须先进行侧向分型 抽出侧向型芯后方能顺利脱模 此时需要在模具中设置侧抽芯机构 23 22 注射模具的浇注系统是指从注射机喷嘴出口起到模具型腔入口为止的塑料熔体流动通道 1浇注系统的组成 feedsystem 普通浇注系统一般有主通道 分流道 浇口 冷料穴和排气槽或溢流槽等部分组成 如图4 1所示 2 1浇注系统概述 23 22 1 主流道是连接注射机喷嘴与模具分流道之间的一段圆锥形通道 其作用是将塑料熔体从注射机喷嘴引入模具 引料入模 2 分流道是主流道与浇口之间的料流通道 在多型腔或单型腔多浇口模具中 分流道是将来自主流道的熔体均匀的分配至各型腔或同一型腔的各部位 并对熔体进行分流和转向 按模具类型的不同 分流道可分为一级或多级 有的模具没有分流道 3 浇口分流道与型腔之间的一段截面狭小 长度很短的料流通道 熔体进入型腔的入口 是整个浇注系统的关键部分 23 22 4 冷料穴一般位于主流道末端分型面动模一侧 分流道较长时 在其末端也设有冷料穴 冷料穴主要用于收集喷嘴前端和熔体流动前锋的冷料 避免冷料进入型腔对塑件质量造成影响 有时 在型腔最后充满部位 为避免熔接缝对制品质量的影响 也设置冷料穴 制品成形后切除 2浇注系统的功用浇注系统是用于将注射机料筒中塑化好的塑料熔体经喷嘴平稳的引入到模具型腔各部位 同时将注射压力和保压力均匀的传递到型腔各处 以获得外观清晰 内在质量优良的塑件 作用 1 输送熔体 2 传递压力 23 22 3浇注系统的设计原则浇注系统设计是注射模具设计的重要环节 它直接影响到塑件的成型周期和质量 设计时应遵循如下原则 1 适应塑料品种及其特性要求各种塑料材料 其成型性能差异较大 如温度范围 流动性能 粘度特性等各不相同 2 熔体热量及压力损失要小为保证熔体快速平稳充满型腔 流经浇注系统的熔体热量及压力损失要尽量少 为此浇注系统流程应尽量短 断面尺寸尽可能大 转弯尽量少 3 塑料消耗要少在满足充模要求的前提下 浇注系统容积要尽量小 以减少塑料材料的消耗数量 以及缩短成型周期 4 确保进料均衡浇注系统的布局应使多型腔模具 在注射充模时能同时充 23 22 满 以保证各型腔塑件质量均匀一致 因此 应采用平衡方式布置浇注系统 5 防止型芯变形和位移对于模具中的细小型芯或嵌件 应避免塑料熔体充模时料流对其直接冲击 否则会引起型芯变形或嵌件位移 并造成脱模困难以至产生废品 6 防止制品变形注射制品浇口附近往往残余应力较大 易引起制品收缩变形 尤其是用直接浇口成型面积大 深度浅的制品时 更应该注意 7 排气良好浇注系统应能顺利引导塑料熔体充满型腔各部位 使型腔内的气体能顺利排出 8 整修方便 不影响外观浇口位置与形状 应结合具体塑件的结构和技术要求确定 使浇口痕迹最小 整修方便 勿损塑件外观与使用性能 23 22 4 2主流道的设计 主流道是熔融塑料由注射机喷嘴喷出时最先经过的部位 与注射机喷嘴同轴 因之与熔融塑料 注射机喷嘴反复接触 碰撞 一般不直接开设在定模上 而是制成可拆卸的浇口套 用螺钉或配合形式固定在定模板上 主流道的基本结构和安装形式如图4 2 23 22 二 浇口套 spruebush 的结构形式 a 将注射机定位孔的配合处与浇套一体 压入端面无紧固 小型模具采用 b 主流道开设在定模板上 不能进行淬硬处理 批量不大的特小型模具采用 c 浇口套设在两块定模板之间 端面设定位环 d e 最常用的一种浇口套端部设一个与注射机相配的定位环 端面螺栓紧固 克服塑件的对浇口套的反座力 23 22 4 3注射模分流道的设计 分流道是主流道与浇口的中间连接部分 其作用是熔料分流和转换方向 一 分流道的设计要点截面积 满足注射工艺的条件下尽量小分布 紧凑 对称 尽量缩小成型区域总面积形状 截面积与周长之比尽量大长度 尽量短 各型腔的分流道长度尽量相等转向 次数尽量少且圆角过渡内表面粗糙度 不必很光以使料流外层形成一层冷却皮层保温 Ra 1 6um凝料脱出 当分流道在定模侧或较长时应设拉料杆如图4 5其他 应考虑冷却系统的方式和布局 23 22 分流道对熔体流动的阻力要小 在保证熔体顺利充模要求的前提下 分流道的截面积与长度尽量取小值 分流道转折处应有圆角过渡 表面粗糙度Ra 1 6 0 8为宜 增大外层流动阻力 避免熔体流动时产生表面滑移 使中心层有较高的剪切速率 分流道较长时 在其末端应开设冷料穴 如图15所示 23 22 二 分流道的截面形状 1 分流道的主要截面形状 圆形 梯形和矩形 为了减少分流道内的压力损失和热损失 应使分流道内的通导截面积最大 而散发热量的内表面积最小 分流道的效率用分流道的截面积S与其截面周长L的比来表示 分流道效率 截面积 截面周长 S L 23 22 圆形截面分流道效率最高 根据塑件实际情况分流道直径D可在4 8mm内最好 制造麻烦 将分流道分设在模板两侧 对合时产生错口现象 半圆形截面效率比圆形差 加工起来简单梯形截面加工起来较为简单 截面也利于物料的流动 最常用 D在4 8mm选择 扁形截面 扁梯形 扁形截面的分流道的流动情况变差 但分流道冷却却比以上形状好很多 宽度和深度根据实际需要来定 23 22 2 分流道的断面形状选择据理论分析可知 等断面积条件下 正方形的周长最长 圆形最短 其它形状介于两者之间 据此 从增加传热面积考虑 热固性塑料模具的分流道最好采用正方形 可提高传热面积 但流道凝料不易脱模 从减少散热面积考虑 热塑性塑料模具最好选用圆形截面分流道 可减少热量损失 从降低压力损失考率 同等截面积时 圆形截面的周边最短 其熔体流动阻力较小 压力损失就小 分流道的截面形状如图14所示 23 22 三 分流道的布局形式分流道的布局取决于型腔的布局 两者应统一协调 相互制约 分流道和型腔的分布有两种布局方式 1 平衡式布局 2 非平衡式布局 两种方式各有特点 因此在实践中都广泛应用 1 平衡式分布的特点是 从主流道到各个型腔的分流道 其长度 截面尺寸及其形状都完全相同 以保证各个型腔同时均衡进料 同时注射完毕 即保证各型腔的熔体温度 压力 充模时间都相等 a 分流道无冷料穴 冷料可能进入型腔 b 比较合理 在分流道的末端设置冷料穴 c 最理想的布局 克服上述分流道分布过密的不足 省凝料 且制造方便 d 根据外形特点 采用辐射的布局 较为理想 排列紧凑 缩小了模体的面积 23 22 平衡式分流道 23 22 平衡式分流道 Balanced 最常用 23 22 2 非平衡式分流道 non Balanced 非平衡式布局的主要特点是 主流道至各型腔的分流道长度及熔体流程各不相同 致使各型腔的熔体充模时间不同 温度分布与压力传递不同 塑件质量不一致 将浇口做成不同尺寸 a 中L1 L2 S1 S2 优点 可缩短分流道的长度 所以在实际中仍得到广泛应用 23 22 23 22 实际生产中有时将不同尺寸大小的塑件放在同一模具中成形 如图10所示 这对保证塑件质量是不利的 应尽量避免这种设计 23 22 3 单腔分流道 在单腔模具中 如果塑件在分型面上的投影面积是连续的 可以采用中心进料的浇注方式 即不设置分流道 凝料从主流道流经浇口直接进入型腔 塑件在外形之间有一个足够大的空心空间 23 22 四 分流道的计算 分流道的直径尺寸应根据塑件的成型体积 塑件壁厚及形状 所用塑件的工艺性能以及分流道的长度等因素确定 对于壁厚小于3mm 质量在200g以下的塑件 可用下面的经验公式确定分流道的直径 D 0 2654W1 2 L1 2式中 D 分流道直径 mmW 流经分流道的塑料量 gL 分流道长度 mm黏度大的塑料按上式算出的D值乘以系数1 2 1 25 23 22 4 分流道结构设计要点分流道对熔体流动的阻力要小 在保证熔体顺利充模要求的前提下 分流道的截面积与长度尽量取小值 分流道转折处应有圆角过渡 表面粗糙度Ra 1 6 0 8为宜 增大外层流动阻力 避免熔体流动时产生表面滑移 使中心层有较高的剪切速率 分流道较长时 在其末端应开设冷料穴 如图15所示 23 22 浇口是主流道 分流道与型腔之间的连接部分 即浇注系统的终端 对保证塑件质量具有重要作用 两个功能 对塑料熔体进入型腔起着控制作用 使熔融塑料以最快的速度进入并充满型腔 并在保压过程中进行补料以弥补由于塑件收缩而留出的空间 当注射压力 保压压力 撤消后 封闭型腔 使型腔内尚未冷却固化的塑料熔体不致发生倒流 浇口截面积很小 冷却速度大于塑件的冷却速度 1 浇口的种类及适用场合浇口的类型有十几种 各类浇口都有其适用的场合 这里介绍常用的几种类型 4 4注射模具浇口的设计 23 22 一 浇口的基本类型 1 直浇口 directgate spruegate 又称主流道型浇口 非限制性浇口 主流道直接进料 浇口尺寸较大 压力及热量损失较小 流程短 利于补缩 成型效果好 只能用于成形单型腔模具 适用于大型桶 盆 箱 TV后壳等类塑件 如图17所示 多用于热敏性及高粘度塑料 图17直接浇口 23 22 为了防止冷料注入型腔 在不影响塑件使用的前提下 设置不明显冷料穴 D小于等于2t 防止主流道冷却时间过长 影响注射效率 优点 浇口截面积大 流动阻力小 用于成型深腔塑件 壁厚塑件等高黏度流动性差的壳类塑件 模具结构简单紧凑 流动渠道短 便于加工 保压补缩作用强 易于完整成型 有利于排气及消除熔接痕 缺点 除去浇口凝料比较困难 塑件上有明显痕迹 浇口附近熔料冷却慢 延长注射周期 影响成型效率 容易产生内应力 引起塑件变形 或产生气泡 开裂 缩孔等缺陷 只适用于单腔模具 23 22 2 盘形浇口直接浇口的变通形式 它具有直接浇口结构简单 流动渠道短等特点 特别是它对主流道经过限制后以圆盘壮的浇口形式进入型腔 可使进料均匀 在整个圆周上进料的流速大致相同 空气也容易排出 同时避免了熔接痕的产生 同时浇口凝料容易消除 其缺点是 盘形浇口与型腔形成密封的空间 在塑件脱模时 内部会形成真空状态 阻碍脱模 甚至会引起塑件变形损坏 因此必须设置进气杆或进气槽等进气通道 23 22 3 分流式浇口与盘形浇口相似 由于动模型芯头部设有一圆锥体 起分流作用 如图4 19特点 与盘形浇口相似 由于圆锥的分流作用 使流道的拐角变小 从而料流更加顺畅 分流锥除起分流作用外 还是塑件内孔的型芯 型芯的直面要高出塑件0 5 1mm 保证内孔的完整性 23 22 4 轮辐式浇口盘形浇口的变异 它是将盘形浇口的整个圆周改为轮辐式几小段圆弧形进料 浇口较小 易于消除浇口凝料 克服脱模难问题 缺点 由于注射时是几处进料 易产生几条拼合缝 23 22 5 爪形浇口它是分流浇口和轮辐式浇口的变异形式 它在型芯头部的圆锥体上或者主流道的内壁上均匀的开设几处浇口 具有分流浇口和轮辐式浇口的共有特点 它的结构特点是 型芯的顶端圆锥体深入定模内 起对中定位作用 容易保证塑件内孔与外形的同心度要求 适用于内孔较小或有同心度要求的管状塑件 容易产生拼合缝的问题 盘形浇口 分流式浇口 轮辐式浇口和爪形浇口的共同特点是利用塑件固有的内孔 从中心进料的 所以有时候统称为中心浇口 23 22 6 点浇口pin pointgate pingate 点浇口又称针状浇口 较常用 用于流动性较好的塑料制品 如聚乙烯 聚丙烯 ABS 聚苯乙烯 尼龙类的塑件 最先用 改进 壁厚较薄塑件 免损伤塑件表面 一腔多模的点浇口形式 23 22 图19点浇口的结构 采用点浇口时应注意的问题 尽量缩短浇口长度以减少压力损失必须采用三板式模具结构以自动拉断浇口凝料图4 23不宜成型平薄塑件及不允许有变形的塑件成型大型制品时采用多点进料形式图4 24可局部加大浇口对面塑件壁厚并使之呈圆弧过渡以避免变形或开裂图4 25 23 22 23 22 在成型大型制品时 采用单个的点浇口 由于流程过长 会造成熔接处料温过低 熔接不牢 形成明显的熔接痕 影响塑件的强度 同时 由于料温的差异过大 会引起塑件的变形 采用图4 24的多点进料的形式 即可弥补以上的不足 23 22 点浇口具有如下优点 模具设计时 对浇口位置的限制较少 可较自由地选择进料部位 浇口尺寸小 熔体通过浇口时流速增加 产生摩擦热使熔体温度升高 粘度降低 有利于充模 塑件内应力小 尤其浇口附近 浇口痕迹小 不需修整 不影响塑件外观 浇口小冻结快 缩短成型周期 提高生产效率 既可用于单型腔模具 也可用于多型腔模具 多型腔模具中 点浇口能均衡各型腔的进料速度 点浇口模具 开模时可将浇口自动拉断并与塑件分离 不需人工切断 易于实现自动化生产 点浇口缺点是 不适用于粘度较高 PSU PC HPVC等 和粘度对剪切速率变化不敏感的塑料 需用较高的注射压力 因充模阻力大 压力损失多 不适用于厚壁塑件成型 延长充模时间 浇口凝固快 不利于保压补缩 点浇口模具需两个以上的分型面 模具结构复杂 制造成本高 23 22 7 侧浇口 sidegate edgegate 如图18 侧浇口是从塑件一侧边缘进料 开设在主分型面上 浇口截面多用矩形或梯形 浇口加工方便 能比较准确的控制尺寸 浇口去除方便 塑件上痕迹小 适用多种塑料及各种制品的单或多型腔模具 侧浇口的应用如图18所示 图18侧浇口的结构形式 23 22 其特点 截面扁平 冷却时间短 生产效率较高易去除浇注凝料而不影响塑件外观可据塑件形状特点灵活多样选择浇口位置因截面小 熔料受挤压和剪切改善流动状况 便于成型和保证制品质量易加工 易调整尺寸使各型腔浇注平衡适用于一模多腔模具 提高生产效率应注意的问题压力损失大 需用较大的注射压力或缩短浇口长度浇口位置的选择和排气措施应尽量避免熔接痕 缩孔 气泡等缺陷 23 22 a 侧面开的侧浇口 注射时浇口处有较大的内应力可能出现塑料强度和变形的薄弱区 同时必然产生弯曲变形 b 侧浇口从端面进料 弯曲减少 但浇口宽度窄小 塑件易产生流动痕迹或产生气泡等不良现象 c 端面开三个侧浇口 流动痕迹改善 d 采用平缝式浇口 比较理想 但为了清除浇口凝料和减少浇口痕迹 应将浇口厚度做得薄一些 23 22 a 宽度方向变形不大 长度方向产生较大弯曲变形 b 锁模力不平衡 引起模体 塑件厚薄不均匀 c 虽然分流道稍长 锁模力平衡 较理想 23 22 8 环形浇口 环形浇口设置在与圆形塑件同心的外测 即在塑件的外周边设置的两个浇口同时进料 23 22 9 潜伏式浇口 tunnelgate submarinegate 又称隧道式或剪切浇口 因浇口与塑件分离是受到剪切作用 潜伏浇口可看作是点浇口的变异形式 不但具有点浇口的全部优点 而且模具结构简单 不需复杂的三板式结构 潜伏式浇口的基本结构如图20所示 图20潜伏式浇口的结构 23 22 潜伏式浇口的特点 位置选择范围广 可选择塑件的外表面 侧表面 又可是端面 背面 开模时即实现自动切断浇口凝料 并提高注射效率 易实现自动化点浇口必须加以模板二次开模才能取出凝料 潜伏式浇口只用二板式一次开模即可 结构简单 造价低 专用的铣切工具 加工方便潜伏式浇口的几种结构形式如下几种 1 拉切式浇口 2 推切式浇口 3 复式浇口 23 22 浇口位置设置的正确与否 对制件的成型性能和质量影响很大 是浇注系统设计的重要环节 确定浇口位置时 应根据制件的几何形状 结构特征和技术质量要求等 综合分析熔体的流动状态 充模顺序 保压补缩和排气等因素对熔体充模流动的影响 合理的确定 一般应考虑如下原则 浇口位置应考虑产品功能与外观要求 如浇口痕迹 熔接痕 浇口还应远离制品未来受力位置 如轴承处 以避免残留应力 浇口位置必须考虑排气 以避免发生积气 浇口不应对着细小型芯或嵌件处 以避免型芯偏移 CoreShaft 浇口应放置于制品壁厚最大处 如果可能的话 尽量将浇口放置在制品中央 并考虑到对称性 浇口位置应有利于熔体充模流动 不使料流产生过大阻力或紊乱 使熔体充模流程最短 以减少压力损失 二 浇口的设计要点 23 22 1 浇口位置应避免熔体产生喷射流动 浇口位置与尺寸的设计应该避免喷射流现象 加大浇口或者改善浇口位置使熔料冲击模壁 可以改善喷射流现象 注射充模时 如果熔体产生喷射流动 往往是在小断面的浇口对着一个空旷的型腔所引起 如图28所示 图28浇口位置不当产生的喷射流 23 22 图 a 的情况属于小浇口面对空旷型腔 高速充模的熔体通过小浇口后 流动通道的突然扩大 使熔体通过浇口时被拉伸 取向的大分子 产生急速的弹性恢复 致使熔体呈现蛇状地高速向前蠕动 射向浇口对面的型腔壁面 当熔体通过浇口时所受到的剪切速率超过某一临界值后 会引起熔体破裂 严重影响充模状态与塑件质量 喷射充模完全改变了型腔填充顺序 不是由近及远地逐渐扩展推进流动而是先射向浇口的远端 造成熔料由远及近的折叠堆积 使塑件表面产生波纹状流痕或熔合不良的折痕 同时也阻碍了型腔的顺利排气 图 b 所示的浇口位置 避免了熔体的喷射流动 也称冲击型浇口 图29改变浇口位置避免喷射流动 23 22 2 浇口位置应有利于充模流动 补料和排气 对于结构上不对称和壁厚不均匀的塑件 浇口位置的选择应使熔体进入型腔的阻力较小 熔体到达型腔不同部位的流程差较小 压力均衡 熔体充模流动容易 使塑件密度分布均匀 减少不同部位的收缩差 从易于补料的角度考虑 壁厚不均的塑件 应将浇口设在壁厚较大的部位 薄壁部位冻结较快 不易补料 图30为浇口对流动 排气和补缩的影响 a 制件周边厚 顶部薄 侧壁先充满 顶部成气穴 b 顶部厚 周边薄 浇口对面最后充满 流程长 制件密度 收缩不均 c 顶部中心进料 利于充模和补料 排气 图30浇口位置对流动 排气和补缩的影响 23 22 图4 55 a b 分别是底部有横筋和底部装饰作用的散热片的塑件 A处顺着横筋走向设置浇口 使熔料流畅 B处进料 则由于容量受到层层阻隔 使熔流紊乱 影响塑件质量和强度 23 22 3 减小制件翘曲变形注射成型时 在充模 补料和倒流阶段都会造成大分子流动方向变形取向 熔体冻结时分子的变形也被冻结在制品中 变形部分形成制品内应力 取向造成各方向收缩率不均匀 以至引起制品内应力和翘曲变形 一般沿取向方向收缩率大于非取向方向 沿取向方向的制品强度高于垂直取方向 结晶性塑料这种差异尤其明显 对于大型平板形制件 若采用一个中心浇口或一个侧浇口 都会造成制件的翘曲变形 如图31所示 若改用多个点浇口或薄膜浇口 则可有效地克服或改善翘曲变形 图31制品的收缩与翘曲变形 23 22 塑件变形的原因很多 是一个复杂的问题 a 单点进料引起塑件弯曲 翘曲 扭曲等现象 特别是平板的塑件 b 多点进料可以减少变形 23 22 图4 54 a 在周边的直边处进料 容易引起直边的变形 b 在较为坚实的拐角处进料 使直框塑件的变形大大减弱 23 22 4 浇口位置应使分子取向对塑件性能有利 大分子取向塑件的力学性能和收缩率产生各向异性 浇口位置选择 应使分子取向有利于塑件性能的提高 如图32所示 成形时可采用在盒底靠近铰链处设两个点浇口 熔体经铰链流向盒盖 熔体分子在铰链处产生较高的取向度 增大了该处材料的抗弯折疲劳性能 从而延长了铰链的使用寿命 如PP材料铰链 使用时可弯折达7 107以上而无损坏痕迹 铰链处的厚度通常为0 20mm左右 图32PP铰链盒浇口位置76 23 22 5 浇口位置及数量应利于避免或减少熔接痕 增加熔接痕强度熔接痕是制品成型过程中 两股以上料流前锋熔体汇合时 因前锋面上熔体温度下降 未能很好的熔合 在熔体汇合处的制品表面上形成的接缝痕迹 熔接痕导致塑件强度降低 影响制品的使用性能 对于大部分塑料而言 熔接痕区域的强度降低约20 左右 若材料中添加玻纤则降低60 70 以上 随玻纤含量及长径比 AspectRatio 的提高 熔接强度减弱的情况更加明显 塑件结构 浇口位置和数量决定着熔接痕的数量及位置 塑件结构越复杂 浇口数量越多 熔接痕就越多 因此在熔体流程或成形面积不太大时 不应开设多个浇口 23 22 图33浇口位置对熔接痕的影响 强度影响很大 强