自编教材-注塑模具设计.ppt

塑料行业的概况 主讲人 塑料是20世纪才发展起来的新材料 也是一门新兴工业 早在10多年前 塑料 水泥 木材和钢材被誉为四大工业材料 目前 世界上塑料的体积产量已经大大超过了钢铁 成为当今社会使用的一大类材料 塑料的种类也很多 现今已达300多种 常用的近40种 近年来 随着合成树脂行业 塑料添加剂行业 塑料机械行业和模具行业的发展 塑料制品行业也得到飞速发展 如今 塑料注塑制品已经进入到日用 包装 农业 机械 电子 仪表仪器 航空航天等领域 因此 注塑加工作为一种重要的塑料成型加工方法 应用日益广泛 而且注塑加工生产的制品相对其他材料制品具有精度高 复杂度高 一致性高 生产率高和消耗低的特点 使塑料加工行业有很大的市场需求和广阔的发展前景 在塑料制品快速发展的同时 很多塑料制品企业 特别是一些中小型企业 迫切需要大量的高级技术人员 随着塑料注塑制品涉及的领域日渐广泛 技术更新速度加快 注塑制品成型技术也向大型化 复杂化 精密化 高性能化 高光无痕的美观化等方向发展 但由于注塑成型过程 塑料材料性能 成型设备和模具的复杂性 使成型过程中影响注塑制品质量的因素有很多 工艺控制非常复杂 特别是成型性能要求较高的制品 因此 我们需要具备较为系统的理论知识 而要成为一名合格的技术员 我们不仅要了解注塑机 了解模具 我们同样要了解塑料 塑料性能是注塑技术之根本 掌握各种塑料的工艺性能及特性 是每一位从事注塑工作的人必须懂得的基本专业知识 塑料的性能是设定 注塑工艺条件 的依据 也是在分析注塑过程中出现的质量问题和异常现象时必须考虑的因素之一 若不深刻懂得塑料性能知识 就不可能是一位合格的注塑技术人员 1949 聚酰胺 Nylon 1939 聚对苯二甲酸乙烯共聚物 ABS 注塑模具设计 1 基础篇 2 结构篇 3 实战篇 第1章塑料及其性能 第2章常用塑料特性与应用 第3章塑料制品设计 第4章注塑机与模具 第5章注塑模概述 第6章注塑模成型零件设计 第7章注塑模排气系统设计 第9章注塑模侧向分型与抽芯机构 第10章注塑模浇注系统的设计 第8章注塑模结构件的设计 第11章热流道模具的设计 第12章注塑模温度控制系统的设计 第13章注塑模脱模系统的设计 第14章注塑模导向定位系统的设计 第15章特种注塑模具的设计 第16章注塑模设计步骤及实例 第17章注塑模常用钢材及其性能 第18章热塑性塑料制品常见缺陷分析及解决办法 第19章注塑模精密成型技术 塑料是指以树脂为主要成份 加入添加剂使它在一定温度和压力下具有塑性和流动性 可被模塑制成一定形状 且在一定条件下保持形状不变的材料 组成 聚合物合成树脂 高分子有机物 简称高聚物 40 100 和添加剂 天然树脂 橡胶 松香 虫胶 沥青等1 树脂合成树脂 PE PVC PP PC ABS PA PF等 聚合反应 缩聚反应 2 添加剂 辅助材料 填充剂即填料 增量 改性 稳定剂 防降解 增塑剂 塑性 柔性 流动性 润滑剂 防粘模 改善流动性和表面光泽 着色剂 装饰美观 发泡剂 增强材料 1 塑料的组成 图1 3塑料原料 一 塑料的组成及性能 第1章塑料及其性能 2 塑料的通用性能 一 塑料的组成及性能 1 塑料的优良性能1 密度小 重量轻 比强度和比刚度高2 多种优良的机械性能3 耐化学作用好4 电绝缘 绝热 隔声性能好5 成型和着色能力好6 加工性能好7 自润滑性好 2 塑料的不足性能1 机械强度低 2 尺寸精度低 3 耐热温度低另外 高温下容易降解和老化 导热性能较差 吸湿性大 容易发生水解老化 使用寿命短 1 高聚物的结构特点 二 高聚物的结构 单个高分子结构 线型支链型网状 2 聚合物分子链的聚集状态 二 高聚物的结构 结晶型塑料非结晶型塑料 线性无定型 结构 结晶造成分子的紧密聚集状态 增强了分子间的作用力 使聚合物的抗拉强度 硬度 熔点 耐热性和耐化学性提高 弹性模量 伸长率和冲击强度则降低 表面粗糙度值增大 而且还会导致塑件的透明度降低甚至丧失 2 按塑料的成型性能分类 三 塑料的分类 1 热塑性塑料成型受热前呈线型分子链或支链型结构 成型后转变为具有线型分子链或支链型结构 加热变软 冷却固化可逆的聚乙烯PE 聚丙烯PP 聚氯乙烯PVC 有机玻璃 聚甲基丙烯酸甲脂 PMMA 尼龙 聚酰胺 PA 2 热固性塑料网状分子链结构 固化后 不可逆 电木 酚醛树脂PF 环氧树脂EP表1 1常用塑料名称及英文代号 2 按塑料的应用范围分类 三 塑料的分类 2 按用途1 通用塑料 指产量大 用途广 价格低廉的一类塑料 如 聚乙烯 聚丙烯 聚氯乙烯 聚苯乙烯 醛酚塑料 氨基塑料占塑料产量的60 2 工程塑料 指机械性能高 可替代金属而作工程材料的一类 尼龙 聚甲醛 ABS3 特种塑料 环氧树脂 光敏塑料 导磁塑料 耐高温塑料等 3 按聚集状态结晶型塑料和非结晶型塑料 线性无定性型塑料 结晶度 四 聚合物的热力学性能和成型加工适应性 塑料在恒定压力下 随着加工温度的变化 存在三种状态 高聚物形变 温度曲线 g 玻璃化温度 f 粘流化温度 b 称脆化温度 d 热分解温度 非结晶型塑料 无定形 四 聚合物的热力学性能和成型加工适应性 图1 6聚合物的温度 力学状态及成型加工适应性1 线形无定形2 结晶型 1 黏度与剪切稀化效应 五 聚合物的黏性流动 流体在管内一般有两种流动状态 层流和湍流 1 牛顿流体 低分子物质及少部分聚合物如PC PA等 牛顿流体的流变方程式为 切应力 剪切速率 单位时间的切应变 在外力的作用下抵抗剪切变形的能力 代表黏度为常数 1 黏度与剪切稀化效应 五 聚合物的黏性流动 2 非牛顿流体 大部分聚合物 流变方程式为 非牛顿流体的表观黏度 非常数 为变量表征 在外力的作用下抵抗剪切变形的能力 与流体本身和温度以及剪切速率有关n 与聚合物的温度有关 1 黏度与剪切稀化效应 五 聚合物的黏性流动 在注射成型中 除了热固性聚合物和少数热塑性聚合物外 大多数聚合物熔体均有近似假塑性液体流变学的性质 不同类型流体的流变曲线1 膨胀性流体 2 牛顿流体 3 假塑性流体 剪切变稀 3 假塑性液体的流变学性质 3 聚合物熔体在模内的流动现象 五 聚合物的黏性流动 入口效应 离模膨胀效应 图1 8聚合物熔体在管道入口区和出口区的流动 图1 9聚合物失稳流动时的熔体概貌 PMMA170 1 端末效应 2 失稳流动和熔体破裂 3 聚合物熔体在模内的流动现象 五 聚合物的黏性流动 图1 11熔体充模速度不同时的表现 图1 12聚合物熔体绕不同断面形状障碍物时的速度变化与流动情况 3 聚合物熔体的充模流动 1 热塑性塑料的工艺特性 六 塑料的工艺特性 1 影响收缩的基本因素是 1 塑料种类 2 化学结构的变化热固性塑料 交联 固化 热塑性塑料 3 热收缩塑料的膨胀系数比钢大 塑料件冷却收缩比模具大 4 弹性恢复当塑料件脱模时 由于压力降低 产生弹性恢复而胀大 这会减少总收缩 5 塑料制品结构制品结构复杂 壁薄 嵌件多且均匀分布的 则收缩率小 6 成型工艺有预热 成型温度不高 成型压力较大 保压时间较长的 收缩率较小 7 浇口的型式 尺寸及位置 注射模塑与传递模塑 1 收缩性 1 热塑性塑料的工艺特性 六 塑料的工艺特性 1 收缩性 实际收缩率2 收缩率计算收缩率a 成型温度下塑料尺寸b 室温下塑件尺寸c 室温下模具尺寸注意 收缩率是一个范围值 查手册可得Sman Smin 设计时收缩率一般取平均值 但精确确定收缩率需反复实验求其平均值 1 热塑性塑料的工艺特性 六 塑料的工艺特性 3 相容性 4 吸湿性 5 取向性 6 降解和热敏性 2 热固性塑料的工艺特性 六 塑料的工艺特性 1 收缩性 同热塑性塑料的收缩性 1 定义 2 测定值 衡量热固性塑料流动性的指标通常用拉西格流动性表示 2 流动性 每一品种的塑料分为三个不同等级的流动性流动性较差 25 80mm 适用于压制无嵌件 形状简单 厚度一般的塑件 流动性中等 81 131mm 用于压制中等复杂程度的塑件 流动性好 131 180mm 可用于压制结构复杂 型腔很深 嵌件较多的薄壁塑件 或用于压注成型 200mm以上 注射成型 2 热固性塑料的工艺特性 六 塑料的工艺特性 1 收缩性 同热塑性塑料的收缩性 1 定义 2 测定值 衡量热固性塑料流动性的指标通常用拉西格流动性表示 2 流动性 每一品种的塑料分为三个不同等级的流动性流动性较差 25 80mm 适用于压制无嵌件 形状简单 厚度一般的塑件 流动性中等 81 131mm 用于压制中等复杂程度的塑件 流动性好 131 180mm 可用于压制结构复杂 型腔很深 嵌件较多的薄壁塑件 或用于压注成型 200mm以上 注射成型 2 热固性塑料的工艺特性 六 塑料的工艺特性 3 比体积与压缩率1 定义 比体积 比容 是单位质 重 量塑料所占的体积 压缩率是塑料的体积与塑料制品体积之比 其值恒大于1 2 功用 比体积和压缩率都表示了各种塑料的松散程度 它们都可以作为确定加料腔大小的依据 比体积和压缩率大 内部充气多 成型时排气困难 成型周期长 生产率低 4 水分和挥发物的含量1 来源 2 作用3 相应措施 成型前预热干燥 模具中开排气槽或压制操作时设排气工步 模具表面镀铬是防止腐蚀 5 交联与硬化速度 固化特征 硬化是指塑料成型时完成交联反应的过程 硬化速度通常以塑料试样硬化每1mm厚度所需的秒数来表示此值越小 硬化速度越快 常用塑料特性与应用 第2章 PE PE的外观呈乳白色透明或半透明状 用手触摸 其表面有蜡状感觉 在PE塑料颗粒中 除了LDPE为扁圆形粒状外 LLDPE及HDOE树脂有扁圆形粒状和珠粒状 粉末状 两种形态 PE的密度为0 86 0 96g cm3 将PE塑料放在水中湿润后 料粒可以浮出水面 PE制品易燃 点燃后在收縮状态下燃烧 离开火源后能继续燃烧 燃烧干净 无残余物 燃烧时熔融淌滴 并且无烟 火焰上端呈黄色 下端呈蓝色 熄灭时可以闻到燃烧蜡烛相似的气味 PP PP为透明状扁球形颗粒或球状珠粒 PP制品外观似PE制品 但有更高的刚性和硬度 更好的耐屈折性 常被称为 百折胶 也叫丙料 PP易燃 燃烧时火焰顶部呈黄色 底部呈蓝色 燃烧时膨胀 淌滴 熔体能拉丝 有少量黑烟 可闻到石油味 PP料密度为0 89 0 91g cm3 纯PP料制品可以浮在水面 PS PS未着色时为无色透明 无延展性 似玻璃状材料 圆柱状颗粒 制品落地或敲打时具有似金属的清脆声 光泽与透明度都胜于其他材料 性脆 易断裂 PS易燃 离开火源后仍能继续燃烧 燃烧时PS会软化 起泡 淌滴 并散发出特殊的芳香气味 燃烧时 火焰呈橙黄色 有黑色浓烟和炭束在空中飞扬 残余端部炭化 呈黑色 密度近似于1 1 04 1 09 g cm3 在水中 PS会出现或沉或浮现象 注塑机常以PS注射量作为设备注射量的表征 PET PET树脂为乳白色 光亮的方片状颗粒 常称为PET切片 密度为1 33 1 38g cm3 塑料沉于水中 本色的PET塑料制品无色 略带有荧光 柔韧而有刚性 PET塑料比较容易燃烧 离开火源后自动熄灭 制品燃烧时会爆裂成碎片 并放出脱硫芳香味 燃烧的火焰呈明亮橙色 尖部呈黄色 底部呈青绿色 制品边燃烧边溶化 并冒浓黑烟 残余制品硬化呈黑色 外观呈不透明 浅象牙色 光泽性及光亮性都较高 密度为1 03 1 07g cm3 硬度为洛氏R62 118 ABS制品在外力作用下弯曲时 曲折处呈发白状 ABS制品置于水中 会缓慢下沉 ABS制品易燃烧 离开火源仍能缓慢燃烧 火焰呈黄色 并有丝丝的黑烟漂浮于空气中 散发出特殊气味 ABS制品在燃烧时 先软化后焦化 无淌滴现象 ABS PMMA PMMA是透明度极高的塑料 透光率为92 95 光泽性高 表面硬度低 易被硬物擦伤 密度为1 18g cm3 在水中下沉 PMMA难燃 能缓慢燃烧 离开火源后仍能燃烧 火焰呈蓝色 顶端呈白色 燃烧时 先融化后起泡 散发出较强的腐烂果蔬臭味 PC PC料为高透明塑料 树脂为淡黄色 密度为1 2g cm3 置于水中会下沉 PC遇火能缓慢燃烧 火焰呈黄色 不发泡 会流延 离开火源后 火会慢慢熄灭 具有一定的阻燃性 K料 K料是由苯乙烯与丁二烯共聚而成 它是非结晶聚合物 又称人造橡胶 透明 无味 无毒 密度为1 01g cm3左右 透明性 80 90 好 热变形温度为77 耐化学性较差 易受油 酸 碱及活性强的有机溶剂侵蚀 K料中含有丁二烯成分的多少 其硬度亦不同 由于K料的流动性好 加工温度范围较宽 所以其加工性能良好 POM POM本色为乳白色不透明粒料 是结晶型塑料 制品表面润滑 刚性高 密度很大 密度为1 42g cm3 置于水中会下沉 它的钢性很好 俗称 赛钢 它具有耐疲劳 耐蠕变 耐磨 耐热 耐冲击等优良的性能 且摩擦系数小 自润滑性好 POM不易吸湿 吸水率为0 22 0 25 在潮湿的环境中尺寸稳定性好 其收缩率为2 1 较大 注塑时尺寸较难控制 热变形温度为172 聚甲醛有均聚甲醛两种 共性能不同 均聚甲醛耐温性好一点 AS AS为丙烯 苯乙烯的共聚体 也称作SAN 密度1 07g cm3左右 它不易产生内应力开裂 透明度较高 其软化温度和抗冲击强度比PS高 耐疲劳性差 PETG PETG是一种全新的透明工程塑料 制品透明度高 光泽度高 冲击强度优异 耐热性好 弯曲不泛白 耐划痕 耐防老化 防静电 耐化学性优异 着色力强 耐火性佳 不助燃 低发烟量 燃烧后无有害物 沙林料 沙林树脂具有优质的清澈度和稳定性 适合于诸如透明包装瓶和盖子等注塑件的生产 与其它透明注塑树脂相比 沙林树脂具有耐化妆品配方中的油和其它成分的性能 从而帮助维持包装的外观和触感 热塑性塑料性能特征与应用 ABS 一般结构零件 PS 一般结构零件 PMMA 一般结构零件 PE 一般结构零件 PP 一般结构零件 POM 1 耐磨传动受力零件2 减摩自润滑零件 PC 一般结构零件 PET 耐热塑料 K料苯乙烯 丁二烯共聚物 SB 一般零部件 PETG 板片材 高性能收缩膜 瓶用及异型材 化妆品包装等市场 AS 广泛用于制作耐油 耐热 耐腐蚀的零件和电信仪表的结构零件 沙林料 1 沙林料 2 SURLYN 沙林料 离聚物是杜邦利用独特的生产工艺聚合而成 是乙烯 甲基 丙烯酸锌盐 钠盐 锂盐等离子键聚合体 杜邦是世界上唯一一家离子聚合树脂生产厂家 成型性能 塑 热 料 塑 性 PC聚碳酸酯 1 PC聚碳酸酯 2 PP聚丙烯 POM聚甲醛工程塑料 1 POM聚甲醛工程塑料 2 PS聚苯乙烯 PE聚乙烯 PMMA有机玻璃 亚克力 PET聚对苯二甲酸乙二醇酯 3 4 PETG乙二醇改性 聚对苯二甲酸乙二醇酯 ABS苯乙烯 丁二烯 丙烯腈共聚体 1 AS苯乙烯 丙烯腈共聚体 K料又称K 树脂 是苯乙烯 丁二烯共聚物 SB SURLYN 沙林料 离聚物 LDPE 水口料回用 常用背压 5 20MPa背压太低容易造成制品重量和色泽不均 推荐成型温度180 220 模具温度20 60 100 回用 根据产品用途和性能以及颜色要求而定 注意事项 塑料分解温度300 熔点120 HDPE 水口料回用 常用背压 5 20MPa背压太低容易造成制品重量和色泽不均 推荐成型温度200 220 100 回用 根据产品用途和性能以及颜色要求而定 注意事项 塑料分解温度320 模具温度20 60 熔点130 PP 水口料回用 常用背压 5 20MPaPP塑料耐升温但熔体粘度对剪切速率敏感 一般使用中速成型 推荐成型温度210 250 100 回用 根据产品用途和性能以及颜色要求而定 注意事项 塑料分解温度350 模具温度20 70 熔点176 PET 水口料回用 常用背压 5 10MPa太大的背压时间容易产生内应力 熔料在料筒内残留时间不能超过半小时 否则会导致气化 停机时要射空熔料并用PP料过机 推荐成型温度260 280 最多可加入20 的没有发生降解的水口料 尽量避免使用已经产生拉伸的水口料 注意事项 塑料分解温度290 模具温度5 20 熔点258 PC 水口料回用 常用背压 10 15MPa螺杆需要大扭矩 加料速度不宜过快 使塑化与冷却时间相对应 停机时要射空熔料并用PP料清理螺杆 推荐成型温度270 300 塑料分解温度330 水口料加入量最好控制在20 水口料加入量过多虽然可以 增加制品的耐热性 但会降低力学性能 注意事项 模具温度80 110 熔点250 PMMA 水口料回用 常用背压 10 30MPa背压不足易造成产品内出现空隙或灰黑斑纹 采用尽量低的螺杆转速 螺杆扭矩要高 加料速度不宜过快 使塑化与冷却时间相对应 推荐成型温度220 250 塑料分解温度290 水口料加入量最好控制在25 水口料加入量过多虽然可以 但产品的光学质量将会降低 水口用机边碎料机进行热破碎 注意事项 模具温度40 80 熔点100 PS 水口料回用 常用背压 5 10MPa背压太低时 熔料中容易产生气泡 导致产品会有灰黑纹路 熔体粘度对剪切速率和温度变化比较敏感 推荐成型温度185 220 塑料分解温度280 在没有污染的情况下可100 回用 根据产品用途和性能以及颜色要求而定 透明制品尽量少用 需要机边碎料机 注意事项 模具温度20 50 熔点100 ABS 水口料回用 常用背压 5 15MPa背压太低时 熔料会包裹空气造成焦气痕 产品内会有灰黑纹路 高速注射可以提高产品表面光泽度 但熔接处强度降低 边干燥边成型 推荐成型温度210 250 塑料分解温度270 在材料没有发生降解的情况下回用30 比较理想 需要机边碎料机 可搭配20 的AS水口料 注意事项 模具温度40 80 熔点110 AS 水口料回用 常用背压 5 15MPa背压太低 熔料中裹入的空气会造成焦化 在产品上有灰黑纹路 推荐成型温度200 250 塑料分解温度300 水口料最好控制在30 前提是水口料没有发生热降解 对高质量要求的产品适当减少用量 水口用机边碎料机进行热破碎 注意事项 模具温度40 80 熔点115 K料 水口料回用 常用背压 3 10MPa背压太高 容易造成剪切速率过高而降低材料的韧性 推荐成型温度190 225 塑料分解温度260 水口料最好控制在20 40 前提是水口料没有发生热降解 水口用机边碎料机进行冷破碎且刀片要确保非常锋利 注意事项 模具温度30 50 熔点77 POM 水口料回用 常用背压 5 10MPa利用中速加料 更换模具时提前5分钟关闭电热 若更换塑料时 要用PE料清洗螺杆 再用生产塑料清洗 推荐成型温度170 200 塑料分解温度240 一般成型水口料回用100 精密成型最好控制在20 注意事项 模具温度40 120 熔点175 PETG 水口料回用 常用背压 5 10MPa利用较低的螺杆转速可防止胶料温度过高 适当的背压可加强胶料的塑化及有帮助排气的功能 推荐成型温度220 290 塑料分解温度300 以上 成型水口料可回用100 但必须无任何污染 利用专机破碎 注意事项 模具温度15 40 熔点88 沙林料 水口料回用 常用背压 5 10MPa由于塑料在加工中有微弱酸性 最好使用经抗腐蚀处理的螺杆和料筒 推荐成型温度160 190 塑料分解温度285 原则上不能搭配水口料生产但为了降低成本 只能搭配少量 此料非常昂贵 全球仅有一家公司生产 注意事项 模具温度5 15 添加剂种类 定义 分类 给塑料制品赋予各种颜色的材料 A无机着色剂B有机着色剂C染料 荧光增白剂 着色剂 作用 着色方法 A干着色 色粉 B色母料着色C色浆着色 A装潢美观B标识 的 作 用 每100KG原料约加入300ML白矿油 定义 能够提高大分子链之间的润滑性和成型加工时的脱模性的材料 润滑剂 作用 A降低塑料的熔融粘度 减少内摩擦B使塑料制品容易脱模 硬脂酸锌 的 作 用 用作苯乙烯树脂 酚醛树脂 胺基树脂的润滑剂和脱模剂 车间现有 定义 填充剂又叫填料 是塑料中较重要的添加剂 A有机填充剂 木粉 纸 棉布粉 填充剂 作用 B无机填充剂 碳酸钙 滑石粉 氢氧化铝 A降低树脂用量B降低塑料材料成本C改善塑料的某些性能 滑石粉在塑料行业中的用量和碳酸钙基本相同 因耐酸性好 可用于制造耐化学腐蚀的产品 滑石粉无毒 也可用于制造接触食品的塑料制品 家用可以起到干燥物品的干燥剂还能防止静电 纯粉为白色粉末 含有杂质的为淡黄 淡绿 淡蓝色粉末 主要化学成分为水合硅酸镁 是天然滑石由机械粉碎 筛选而得 粉体有爽滑感觉 滑石粉 主要作用是降低成本 填充物料体积等 具体作用要看应用领域 行业 定义 加入原料中后能降低原料的熔融温度 提高原料熔融状态下的流动性和塑料制品柔软性的材料 A按PVC的相容性来分类B根据溶解性来分类C根据添加的方式来分类 增塑剂 作用 D根据应用性能分类E根据相对分子质量分类F根据化学结构分类 A降低原料的熔融温度B提高原料熔融状态下的流动性C使制品变柔软 定义 在加工成型过程或制品使用过程中 阻止或延缓塑料受热产生分解和降解的一类物质 A铅盐类B金属皂类C有机锡稳定剂 热稳定剂 作用 D有机锑类稳定剂E稀土稳定剂F复合稳定剂 阻止或延缓塑料受热产生分解和降解 定义 增加塑料制品力学性能的材料 A玻璃纤维 GF B碳纤维 CF C石棉纤维 增强剂 作用 改变塑料原有属性 使之符合各种功能需要 塑料的简易辨别方法 外观鉴别法 溶解鉴别法 元素鉴别法 密度鉴别法 燃烧鉴别法 一 塑件设计基本原则 1 塑料制件的尺寸 2 塑料制件的尺寸精度 影响因素众多 设计塑件时需综合考虑塑件的尺寸公差GB T14486 1993 第3章塑料制品设计 2 塑料制件的尺寸精度 塑件尺寸公差代号MT 分7级 每一级分A B两部分 A为不受模具活动影响的尺寸公差 B为受模具活动影响的尺寸公差每一种塑料分3个精度等级表中只规定了公差值 上 下偏差可根据塑件的配合性质来分配 通常偏差根据 凸负凹正 中心对正 一 塑件设计基本原则 2 塑件的表面质量及表面粗糙度 一 塑件设计基本原则 3 塑料制品的形状 一 塑件设计基本原则 4 脱模斜度 塑料在模腔中冷却收缩 便包紧型芯或型腔中的凸起部分 为了便于脱模和抽拔 避免脱模和抽拔时塑件产生划痕 拉毛 变形等缺陷 设计塑件时 沿脱模和抽拔方向其内外表面均需有一定的斜度 称为脱模斜度 一般斜度取30 1 30 设计脱模斜度遵循原则 1 塑料的收缩率大 壁厚 斜度应取偏大值 2 塑件结构复杂 斜度应取偏大值 3 型芯长或深型腔为了便于脱模 在满足制件的使用和尺寸公差要求的前提下斜度值取大值 4 一般外表面的斜度小于内表面的 5 热固性塑料小于热塑性塑料 一 塑件设计基本原则 5 壁厚 一 塑件设计基本原则 1 加强筋与防变形机构 二 塑件局部结构设计 2 支承面 二 塑件局部结构设计 3 圆角 4 孔的设计 二 塑件局部结构设计 塑件上的固定孔与其它受力孔的周围应采用凸边予以加强 成型塑件孔的型芯的安装方式通常有三种 通孔盲孔 注射h 4d 特殊孔 5 螺纹的设计 二 塑件局部结构设计 6 嵌件的设计 二 塑件局部结构设计 1 嵌件的作用在塑件内嵌入一些其它材料的零件 一般形成不可拆的连接 所嵌入的零件称为嵌件 嵌件可提高塑件局部强度 刚度 硬度 耐磨性 导电性 也可增加塑件形状和尺寸的稳定性 提高精度 降低塑料的消耗及满足装饰要求等 嵌件的材料多采用金属 也可为玻璃 木材和已成型的其它塑件等 2 嵌件的种类常见的嵌件种类如图 a 圆筒形嵌件 b 带螺纹嵌件 c 为圆柱形 d 为片状嵌件 e 细杆状贯穿形嵌件 7 铰链的设计 二 塑件局部结构设计 利用某些塑料 如聚丙烯 的分子高度取向的特性 可将带盖容器的盖子和容器通过铰链结构直接成型为一个整体 如图3 21所示 这样既省去了装配工序 又可避免金属铰链的生锈 常见铰链截面形式如图3 21所示 8 标记符号 二 塑件局部结构设计 塑件上的标记或符号可以做成三种不同的形式 凸字 制模时比较方便 但塑件上的凸字易碰坏凹字 可以涂上各种颜色的油漆 字迹鲜艳 但机加工困难 现多用于电铸 冷挤压 电火花加工等方法制造的模具 凹坑凸字 凸字不易损坏 模具采用镶嵌的方式制造 较为方便 一 注射机的结构 1 注射系统注射系统包括料斗 料筒 加热器 计量装置 螺杆 注塞式注射机为柱塞和分流梭 及其驱动装置 喷嘴等作用 加热熔融塑料 使其达到粘流状态 施加高压 使其射入模具型腔 一台通用型注射机主要包括注射系统 合模系统 液压控制系统和电器控制等四部分 图5 2注射机的结构1 合模液压缸2 锁模机构3 移动模板4 顶杆5 固定模板6 控制台7 料筒及加热器8 料斗9 定量供料装置10 注射缸 第4章注塑机与模具 一 注射机的结构 3 液压传动和电器控制系统保证注射成型按照预定的工艺要求 压力 速度 时间 温度 和程序准确运行 液压传动系统是注射机的动力系统 电器控制系统则是控制系统 2 合模系统合模系统主要由前后固定模板 移动模板 拉杆 合模油缸 连杆机构 调模机构以及制品推出机构等组成 作用 实现模具的闭合 锁紧 开启和顶出制品 二 注射机的分类 1 按外形结构特征分类 卧式注射机立式注射机角式注射机 卧式注射机 卧式注射机生产现场 图注射机的结构1 合模液压缸2 锁模机构3 移动模板4 推杆5 固定模板6 控制台7 料简及加热器8 料斗9 定量供料装置10 注射缸 注射装置与合模装置轴线呈一线 与水平方向平行 二 注射机的分类 1 按外形结构特征分类 立式注射机 立式注射机工作原理示意图 注射装置与合模装置轴线呈一线 与水平方向垂直排列 卧式注射机立式注射机角式注射机 二 注射机的分类 1 按外形结构特征分类 直角式注射机 注射装置与合模装置的轴线相互垂直排列 卧式注射机立式注射机角式注射机 二 注射机的分类 1 按外形结构特征分类 多模注射机 二 注射机的分类 2 按注射机大小规格分类 二 注射机的分类 2 按注射机大小规格分类 3按塑化和注射方式它可分为柱塞式 螺杆式和螺杆塑化柱塞式注射机 图5 6柱塞式注射机成型原理图1 注射模2 喷嘴3 料筒4 分流梭5 料斗6 注射柱塞 塑化效果好 注射量大 生产周期短 效率高 容易实现自动化生产 设备价格较高 螺杆式优点 二 注射机的分类 4按注射机的用途它可分为通用注射机和专用注射机 热固性塑料注射机 发泡塑料注射机 多色注射机等 5 按合模装置的特征分类液压式 液压机械式 图5 7液压式合模装置1 动模座2 定模座3 喷嘴4 模具5 锁模缸 图5 8液压机械式合模装置1 模具2 定模座3 动模座4 前连杆5 后连杆6 十字连杆7 锁模缸8 调模拉杆 三 注射机规格及其技术参数 注射机型号标准表示法主要有注射量 锁模力 注射量与锁模力同时表示3种方法 1注射量表示法注射机以标准螺杆一次能注射出PS的最大量表示 注射量表示法不能直接判断规格的大小 常用的卧式注射机型号有 XS ZY 30 XS ZY 60 XS ZY 125 XS ZY 500 XS ZY 1000等 其中XS表示塑料成型机械 Z表示注射成型 Y表示螺杆式 无 Y 代表柱塞XS Z 30 XS Z 60 500 125等表示注射机的最大注射量 cm3或g 2合模力表示法合模力表示法是用注射机最大合模力 kN 来表示注射机规格的方法 3合模力与注射量表示法合模力与注射量表示法是目前国际上通用的表示方法 是用注射量为分子 合模力为分母表示设备的规格 如XZ 63 50型注射机 X表示塑料机械 Z表示注射机 63表示注射容量63cm3 合模力为50 x10kN 国家标准采用注射量表示法 XS ZY注射量 改进型表示法 部分国产和注射机主要技术规格见课本 四 注射机有关工艺参数的校核 最大注射量最大注射压力最大锁模力或最大成型面积模具最大厚度和最小厚度最大开模行程机床模板安装模具的螺钉孔 或T形槽 的位置和尺寸等 以保证模具和注射机相互匹配 1 最大注射量的校核 式中n 型腔数量 m 单个塑件的体积或质量 cm3或g mj 浇注系统凝量 cm3或g k 注射机最大注射量利用系数 一般取0 8 mn 注射机最大注射量 cm3或g 注塞式注射机的允许最大注射量是以一次注射聚苯乙烯的最大克数 g 为标准的 螺杆式注射机是以体积 cm3 表示最大注射量 四 注射机有关工艺参数的校核 2 注射机的额定锁模力 合模力 的校核 式中 注射机的额定锁模力 N A 单个塑件在模具分型面上的投影面积 mm2 Aj 浇注系统在模具分型面上的投影面积 mm2 p 塑料熔体对型腔的成型压力 MPa 查表5 3 在分型面不重合 四 注射机有关工艺参数的校核 3 注射压力的校核 塑料制件成型所需要的注射压力是由塑料品种 注射机类型 喷嘴形式 塑件的结构形状及尺寸和浇注系统的压力损失等因素决定的 对粘度大的塑料 壁薄 流程长的塑件 注射压力需大些 柱塞式注射机的压力损失较螺杆式大 注射压力也需大些 注射机的额定注射压力P0要大于成型时所需要的注射压力P即 P0 KP K 安全系数 取1 3 1 4 四 注射机有关工艺参数的校核 4 安装参数校核 模具与注射机安装部分的相关尺寸的校核 设计模具时 注射机安装模具部分应校核的主要项目包括喷嘴尺寸 定位孔尺寸 拉杆间距 最大及最小模厚 模板上安装螺钉孔的尺寸及位置等 四 注射机有关工艺参数的校核 R r 1 2 mmD d 0 5 1 mm 1 浇口套球面尺寸 卧式或立式注射机 直角式注射机 平面接触 四 注射机有关工艺参数的校核 2 定位圈尺寸 注射机固定模板定位孔与模具定位圈 或主流道衬套凸缘 的关系两者按H9 f9配合或0 1mm间隙 以保证模具主流道的轴线与注射机喷嘴轴线重合 否则将产生溢料并造成流道凝料脱模困难 定位圈的高度h 小型模具为8 10mm 大型模具为10 15mm 四 注射机有关工艺参数的校核 3 模具尺寸与注射机装模空间的关系 模具的最大 最小厚度模具的总高度必须位于注射机可安装模具的最大模厚与最小模厚之间Hmax Hmin lHmin H Hmax 式中H 模具闭合厚度 Hmin 注射机允许模具最小厚度 Hmax 注射机允许模具最大厚度 l 注射机在模厚方向长度的调节量 若H小于Hmin时 则可采用垫板来调整 以使模具闭合 若H大于Hmax时 则模具无法锁紧或影响开模行程 尤其是以液压肘杆式机构合模的注射机 其肘杆无法撑直 这是不允许的 应校核模具的长 宽尺寸 使模具能从注射机的拉杆之间装人 四 注射机有关工艺参数的校核 4 模具的安装固定 安装方法有两种 用螺钉直接固定 模具动 定座板与注射机模板上的螺孔应完全吻合 用压板固定 模具固定板需安放压板的外侧附近有螺孔就能紧固 因此 压板固定具有较大的灵活性 四 注射机有关工艺参数的校核 5 开模行程与推出机构的校核 1 开模行程的校核 1 当注射机的最大开模行程与模具厚度无关这主要是指液压机械联合作用的合模机构的注射机 如XS Z 30 XS Z 60 XS ZY 125 XS ZY 500 XS ZY 1000等 其最大开模行程与模具厚度无关 它的行程大小由连杆机构 或移模缸 的最大冲程决定的 注射机最大开模行程 mm 推出距离 脱模距离 mm 包括浇注系统在内的塑件高度 mm A单分型面注射模具开模行程的校核 四 注射机有关工艺参数的校核 1 开模行程的校核 1 当注射机的最大开模行程与模具厚度无关B双分型面注射模具开模行程的校核 a 取出浇注系统凝料所需的距离 即模板与中间板之间的分开距离 mm 其余各符号的意义同上 5 开模行程与推出机构的校核 四 注射机有关工艺参数的校核 2 当注射机的最大开模行程与模具厚度有关 A单分型面注射模具开模行程的校核 B双分型面注射模具开模行程的校核 主要是指全液压合模机构的注射机 如XS ZY 250和机械合模的SYS 20 SYS 45等角式注射机 其移动模板和固定模板之间的最大开距S减去模具闭合厚度H等于注射机的最大开模行程S 1 开模行程的校核 5 开模行程与推出机构的校核 四 注射机有关工艺参数的校核 具有侧向抽芯时开模行程的校核 1 开模行程的校核 5 开模行程与推出机构的校核 四 注射机有关工艺参数的校核 各种型号注射机的推出装置和最大推出距离不尽相同 设计时 应使模具的推出机构与注射机相适应 通常是根据开合模系统推出装置的推出形式 中心推出还是两侧推出 注射机的顶杆直径 顶杆间距和顶出距离等校核模具推出机构是否合理 堆杆推出距离能否达到使塑件顺利脱模的目的 2 推出装置的校核 1 中心顶杆机械顶出2 两侧双顶杆机械顶出3 中心顶杆液压顶出与两侧双顶杆机械联合顶出4 中心顶杆液压顶出与其它开模辅助液压缸联合作用 四 注射机有关工艺参数的校核 塑料注射成型所用的模具称为注塑模 注塑模能一次成型外形复杂 尺寸精确高或带有嵌件的塑料制品 七分模具 三分工艺 对注塑加工来说 模具对成型品的质量有很大的影响 在注塑成型时如果对模具不充分了解 就难得到优良的成型品 一 注塑模的概念 第5章注塑模概述 二 注塑模具的结构及组成 1 成型零件赋予成型材料形状 结构 尺寸的零件 通常由型芯 凸模 型腔 凹模 以及螺纹型芯 镶块等构成 2 浇注系统它是将熔融塑料由注射机喷嘴引向闭合模腔的通道 通常由主流道 分流道 浇口和冷料井组成 3 导向部件为了保证动模与定模闭合时能够精确对准而设置的导向部件 起导向定位作用 它是由导柱和导套组成的 有的模具还在顶出板上设置了导向部件 保证脱模机构运动平稳可靠 4 脱模机构实现塑料件和流道系统脱模的装置 其结构形式很多 最常用的有顶杆 顶管 顶板 旋转脱模及气动顶出等脱模机构 一般由顶杆 复位杆 弹弓 顶杆固定板 顶板 顶环 及顶板导柱 导套等组成 5 抽芯机构对于有侧孔或侧凹的塑件 在被顶出脱模之前 须先进行侧向抽芯或分开滑块 侧向分型 方能顺利脱模 6 模温调节系统 为了满足注射成型工艺对模具温度的要求 需要有模温调节系统 如 冷却水 热水 热油 蒸汽 冷风及电热系统等 对模具温度进行调节的装置 7 排气系统为了将模腔内的气体顺利排出 常在模具分型面处开设排气槽 许多模具的推杆或其它活动部件 如 滑块 之间的间隙也可起到排气作用 8 其它结构零件是指为满足模具结构上的要求而设置的零件 如 固定板 动 定模板 撑头 支承板及连接螺钉等 A 二板模具 侧浇口 B 三板模具 针孔型浇口 结构图胶件顶出图 C 斜导柱模具 边浇口 推板顶出 结构图胶件顶出图 D 绞牙抽芯模具 直浇口 结构图胶件顶出图 三 注塑模具的分类 注塑模的分类方法很多 按其所用注塑机的类型可分为卧式注塑机用注塑模 立式注塑机用注塑模 角式注塑机用注塑模及双色注塑机用注塑模等 按模具的型腔数目可分为单型腔和多型腔注塑模 按分型面的数量可分为单分型面和双分型面或多分型面注塑模 按浇注系统的形式可分为普通浇注系统和热流道浇注系统注塑模 另外还有气辅注塑模具 蒸汽模具 重叠式模具 叠模 二板模具 一次分型模具 的特点 一般是在分型面处分开成定模板和动模板 1 成型后将注塑件和浇口切断并进行加工 如 边浇口 直浇口 2 结构简单 便于使用 3 适合于产品自动落下 潜伏式浇口 不需后加工 4 故障少 价格便宜 三板模具 二次分型模具 的特点 在定模板和动模板之间有一块模板 在此模板和定模板之间有水口流道 1 由于可采用点状孔隙 针点 浇口 因此不需要对水口位进行后处理 2 结构复杂 需分别取出成型品和水口流道 3 可将浇口置于成型品的任意位置 4 故障比二板模具多 模具费用也较高 三板模四板模 热流道结构 热流道结构 热流道模具 重叠模具结构图 双色模具图 蒸汽辅助模具技术 蒸汽模具改善夹水纹 蒸汽模具的特点 大幅度提高塑件外观品质 无需后续喷涂 可以缩短成型周期 可最大程度的消除熔接痕和增强熔接痕强度 改善脱模 流痕等外观不良现象 树脂流动性提高 可改善其对模具的复制性 能提升无机充填材料塑件的外观品质 能减低成型残余应力 可改善弯曲 变形 龟裂等现象 蒸汽模的应用 汽车等厚壁外壳及外观零件 各类家电产品的外壳或机壳 大型LCD透光板 大口径塑件镜头等光学仪器用零件 薄的外壳注塑品 精密注塑成型品 164 成型零部件决定了塑件几何形状和尺寸 通常包括 凹模 型芯 镶块 成型杆和成型环等 构成塑料模具模腔的零件统称成型零部件 成型零件工作时 直接与塑料熔体接触 承受熔体料流的高压冲刷 脱模摩擦等 因此 成型零件不仅要求有正确的几何形状 较高的尺寸精度和较低的表面粗糙度 而且还要求有合理的结构 较高强度 刚度及较好的耐磨性 第6章注塑模成型零件设计 165 凹模的结构设计 1 整体式凹模结构 模具强度好 牢固 不易变形 不会使塑件产生拼接线痕迹 加工工艺性差 加工困难 热处理不方便 整体式凸模还有消耗模具钢多 浪费材料等缺点 所以整体式凹 凸模结构常用于形状简单的单个型腔中 小型模具或工艺试验模具 但随着数控加工技术和电加工技术的发展 整体式凹模越来越多 特点 凹模的结构设计 166 1 整体式凹模结构 167 2 组合式凹 凸模结构 1 整体嵌入式 单个型腔和型芯采用单独加工 机械加工 冷挤压 电加工等方法 的方法加工 采用H7 m6过渡配合压人模板中 这种结构加工效率高 装拆方便 容易保证形状和尺寸精度 凹模的结构设计 分为整体嵌人式 局部镶嵌式和四壁拼合式等形式 168 整体嵌入式凹模 凹模的结构设计 整体嵌入式型腔 凹模的结构设计 凹模的结构设计 通孔台肩式 若凹模镶件是回转体 而型腔是非回转体 则需要用销钉或键定位 整体嵌入式型腔 通孔无台肩式 装拆工艺通孔 盲孔式 凹模的结构设计 整体嵌入式型腔 172 2 组合式凹模结构 2 局部镶嵌式 为了加工方便或由于型腔的某一部分容易损坏 需要经常更换 采用H7 m6过渡配合 凹模的结构设计 173 2 组合式凹模结构 3 底部镶拼式凹模 采用H7 m6过渡配合 凹模的结构设计 2 组合式凹模结构 3 底部镶拼式凹模 凹模的结构设计 4 侧壁镶拼式 2 组合式凹模结构 凹模的结构设计 176 2 组合式凹模结构 5 四壁拼合式 连接处外壁留有0 3 0 4mm的间隙 大型和形状复杂的凹模 把它的四壁和底板分别加工 经研磨后压人模套中 凹模的结构设计 凹模的结构设计 总结 采用组合式凹模 加工工艺性好 排气效果好 节约模具材料 但装配调整困难 有时塑件表面会留有拼接的痕迹 组合式凹模主要用于形状复杂的塑件成型 大型芯 主型芯 通常简称型芯 小型芯 型芯杆 成型塑件内表面的零件称凸模或型芯 主要有 主型芯 小型芯 螺纹型芯和螺纹型环等 对于结构简单的容器 壳 罩 盖 帽之类的塑件 成型其主体部分内表面的零件称主型芯或凸模 而将成型其它小孔的型芯称为小型芯或成型杆 型芯的结构设计 型芯的结构设计 1 主型芯的结构设计 按结构可以分为整体式和组合式 整体式 组合式 型芯的结构设计 镶拼组合型芯 溢料飞边与脱模方向 1 主型芯的结构设计 181 镶拼组合型芯如图 型芯的结构设计 1 主型芯的结构设计 镶拼组合型芯特点 与组合式基本相同 182 2 小型芯的结构设计 小型芯的形式 大型芯 主型芯 通常简称型芯 小型芯 型芯杆 型芯的结构设计 183 型芯的结构设计 型芯的结构设计 异形型芯结设计及固定方式 为了制造方便 常将型芯设计成两段 把型芯的连接固定段制成圆形 并用台肩和模板连接 或者用螺母连接 多个互相靠近的小型芯 用台肩固定时 如果台肩发生干涉 可以将台肩相碰的一面磨去 将型芯固定板的台阶孔加工成大圆台阶孔或长腰圆形台阶孔 然后再嵌入型芯 型芯的结构设计 多个互相靠近型芯结设计及固定方式 作用 成型塑件内 外螺纹 考虑收缩 表面粗糙度 0 4 应有脱模斜度 固定带螺纹的孔和螺杆的嵌件 不考虑收缩 只需按普通螺纹设计 Ra0 63 1 25 脱卸方式 强制脱模 模外手动脱模 模内自动脱模 3 螺纹型芯和型环结构设计 型芯的结构设计 187 固定螺母嵌件的型芯 配合H7 h8 螺纹型芯 直接成型塑料螺纹的型芯 型芯的结构设计 3 螺纹型芯和型环结构设计 手动脱模 螺纹型芯安装形式 188 Abcdefgh开模后卸型芯 i开模前手工卸型芯 带弹性连接的螺纹型芯安装形式 型芯的结构设计 3 螺纹型芯和型环结构设计 手动脱模 189 直接成型塑料外螺纹的型环固定带外螺纹的嵌件 螺纹型环 整体式 瓣合式 型芯的结构设计 3 螺纹型环结构设计 190 直接成型塑料外螺纹的型环固定带外螺纹的镶块 螺纹型环 嵌件 注意 区分嵌件和镶块 型芯的结构设计 3 螺纹型环结构设计 成型零部件的工作尺寸计算 目的与要求 1 会运用公式计算成型零件工作部分的尺寸 会选用表中的数据确定型腔的壁厚和底板厚度 2 会分析模具零件的受力情况 重点和难点 掌握公式运用及选用表中参数 192 成型零件工作尺寸是指直接用来构成塑件型面的尺寸 例如 型腔和型芯的径向尺寸 深度和高度尺寸 孔间距离尺寸 孔或凸台至某成型表面的距离尺寸 螺纹成型零件的径向尺寸和螺距尺寸等 2 模具成型零件的制造误差 3 模具成型零件的磨损 4 模具安装配合误差 计算成型零部件工作尺寸要考虑的要素 1 塑制收缩率波动 1 影响要素 导致塑件尺寸的变化值 塑料收缩率波动误差 包括设计模具选取的计算收缩率与实际收缩率的差异 以及成型塑件时由于工艺条件波动 材料批号发生变化而造成塑件收缩率值的波动 前者造成塑件尺寸系统误差 后者造成塑件尺寸的偶然误差 塑料收缩率波动误差 塑件的基本尺寸 塑料收缩率波动所引起的误差应小于塑件公差的1 3 计算成型零部件工作尺寸要考虑的要素 1 塑件收缩率波动 s 2 模具成型零件的制造误差 计算成型零部件工作尺寸要考虑的要素 模具成型零件的制造误差成型尺寸的精度应当高于制品相对各尺寸的精度 一般成型零件工作尺寸制造公差值取塑件公差值的1 3 1 4或取IT7 IT8级作为制造公差 3 模具成型零件的磨损 计算成型零部件工作尺寸要考虑的要素 模具成型零件的磨损 型腔尺寸变大 型芯尺寸减小 造成磨损的原因 熔体流动冲刷 腐蚀性气体的锈蚀 脱模时的磨擦 主要 由上述原因造成表面粗糙度增加而需重新打磨抛光 只考虑与脱模方向平行的表面的磨损 而忽略垂直方向表面的磨损 磨损量的大小与成型塑件的材料 成型零件的耐磨性 生产纲领有关一般的 中 小型塑件取塑件公差的1 6 大型塑件取小于1 6塑件公差 4 模具安装配合误差 计算成型零部件工作尺寸要考虑的要素 模具安装配合的误差 成型过程中无动作要求的成型零件 一般采用过渡配合安装 有动作要求的零件 如型芯 要求间隙配合安装 则对制品尺寸带来误差 动模与定模合模时 会产生合模位置误差 综上所述 制品可能产生的最大误差 为上述各种误差的综合 即 s c z j a z 成型零件制造误差 c 型腔使用过程中的总磨损量 s 塑料收缩率波动引起的塑件尺寸误差 j 因配合间隙变化引起的塑件尺寸误差 a 模具装配误差 因安装固定成型零件而引起的塑件尺寸误差 为保证塑件精度必须使上述各因素所造成的各种误差累积后的误差值 应小