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2020 3 26 塑膠模具設計基礎 FrankHu 1 2020 3 26 內容提要 塑料通用注射成型系統及工作循環塑件塑膠模具的基本結構模具設計溫度調節系統與排氣引氣系統設計 2 2020 3 26 塑料 塑料的分子結構 塑料主要成份是樹脂 樹脂有天然樹脂和合成樹脂兩種 塑料的成份 樹脂填充劑增塑劑著色劑穩定劑潤滑劑 3 2020 3 26 塑料 塑料的工藝特性 塑料在常溫下是玻璃態 若加熱則變成高彈態 進而變成粘流態 從而具有優良的可塑性 可以用許多高生產率的成型方法來制造產品 這樣就能節省原料 節省工時 簡化工藝過程 且對人工技朮要求低 易組織大批量生產 4 2020 3 26 塑料 塑料的工藝特性 收縮率或稱縮水率收縮率 常溫模具尺寸 常溫塑件尺寸比容和壓縮率流動性吸濕性結晶性應力開裂及熔體液裂定型速度 5 2020 3 26 塑料 塑料種類熱塑性塑料 這類塑料的合成樹脂都是線型或支鏈型高聚物 因而受熱變軟 甚至成為可流動的穩定粘稠液體 在此狀態時具有可塑性 可塑制成一定形狀的塑件 冷卻后保持既得的形狀 如再加熱又可變軟成另一種形狀 如此可以進行反復多次 這一過程中只有物理變化 而無化學變化 其變化是可逆的 反復多次成型 6 2020 3 26 塑料 塑料種類熱固性塑料 這類塑料的合成樹脂是體型高聚物 因而在加熱之初 因分子呈線型結構具有可熔性和可塑性 可塑制成一定形狀的塑件 當繼續加熱時 分子呈現風狀結構 當溫度達到一定程度后 樹脂變成不溶和不熔的體型結構 使形狀固定下來 不再變化 如有加熱也不軟化 在一定變化過程中 既有物理變化 又有化學變化 因此 變化過程中不可逆的 一次成型 7 2020 3 26 通用注射成型系統及工作循環 通用注射成型系統是指熱塑料的通用注射成形系統 其包括用來成型的和最后成型好的塑件 以及用來保証塑件成型的注射機和注射模等組成 8 2020 3 26 通用注射成型系統及工作循環 9 2020 3 26 通用注射成型系統及工作循環 塑膠成型種類 射出成型 壓鑄成型 吸塑成型 吹塑成型 發泡成型 擠壓成型等 工作循環 計量塑化注射充模保壓增密制品冷卻開模頂件取件閉模后加料 10 2020 3 26 通用注射成型系統及工作循環 吹塑成型 擠壓成型 壓鑄成型 11 2020 3 26 通用注射成型系統及工作循環 單色模具注射機分立式 臥式單色多模注射機多色單模注射機多色多模的注射機 12 2020 3 26 通用注射成型系統及工作循環 注射機裝置部分技朮參數 1 公稱注射量 28 35g 盎司 2 注射壓力 Pa 3 注射速度4 射出時間5 鎖模壓力6 螺杆轉速7 注射行程8 噴嘴接力9 加熱功率10 噴嘴溫度11 料筒溫度12 噴嘴球半徑13 噴嘴孔直徑14 螺杆直徑15 螺杆有效長度16 螺杆長徑比17 螺杆的壓縮比 13 2020 3 26 塑件 塑件的基本內容1 立體空間內容 几何結構 尺寸及精度 2 塑件表面的內容 標記 符號 文字 表面圖案 圖形 粗糙度 3 靜態 動態性能 機械 物理 化學等性能 4 環境 人機工程 5 塑料的選擇 6 成本 價格 7 成型模具及成型方法實現的可行性 經濟性等 14 2020 3 26 塑膠模具的基本結構 塑膠模具依總體功能結構可分為 成型系統 澆注系統 排氣系統 冷卻系統 頂出系統等 15 2020 3 26 塑膠模具的基本結構 兩板模合模狀態 16 2020 3 26 塑膠模具的基本結構 兩板模開模狀態 17 2020 3 26 塑膠模具的基本結構 三板模合模狀態 18 2020 3 26 塑膠模具的基本結構 三板模開模狀態 19 2020 3 26 塑膠模具的基本結構 澆注系統定義 模具中從注射機噴嘴開始到型腔為止的塑料流動通道 其由主流道 分流道 澆口及泠料穴組成 相關的一些中英文對照CAV NO第几號模RUNNER澆道GATE澆口CAVITY型腔 20 2020 3 26 塑膠模具的基本結構 澆口位置的選擇1 澆口選擇有阻擋物最近的距離 2 澆口的尺寸及位置選擇應避免產生噴射和蠕動 3 澆口應開設在塑件斷面最厚處 4 澆口位置的選擇應使塑料流程最短 料流變向最少 5 澆口位置選擇應有利于型腔內氣體的排出 6 澆口位置的選擇應減少或避免塑件的熔接痕增加熔接牢度 7 澆口位置的選擇應防止料流將型腔 型蕊 嵌件擠壓變形 21 2020 3 26 模具設計 分模面的確定爲了將塑件和澆注系統凝料等從密閉的模具內取出 以及爲了安放嵌件 將模具適當地分成兩個或若干個主要部分 這些可以分離的接觸表面 通稱爲分模面分模線分模線不要影響產品外觀 盡量選擇在產品棱邊上 22 2020 3 26 模具設計 分模面的表示方法模具分開時 分模面兩邊的模板都作移動 模具分開時 其中一方模板不動 另一方模板作移動分模面的數目有 單分模面 雙分模面 多分模面分模面的形狀有 平面 斜面 階梯面 曲面分模面與開模方向關係有 平行於開模方向 垂直於開模方向 與開模方向成一斜角 23 2020 3 26 模具設計選擇分模面考慮原則 塑件質量考慮確保塑件尺寸精度同軸度要求的部份應在公模內成型 若放在公母模內成型 會因合模不準確而難於保證同軸度選擇分模面時 應考慮減小由於脫模斜度造成塑件大小端尺寸差異 若模窩設在公模 會因脫模斜度造成塑件大小端尺寸差異太大 當塑件不允許有較大的脫模斜度時 採用這種結構使脫模困難 若塑件外觀無嚴格要求 可將分模選在塑件中部 它可採用較小的脫模斜度有利於脫模確保塑件表面要求分模面盡可能選擇在不影響塑件外觀的部位以及塑件外觀的要求 24 2020 3 26 模具設計選擇分模面考慮原則 注射機技術規格考慮 鎖模力考慮 盡可能減少塑件在分模面上的投影面積 當塑件在分型面上的投影面積接近於注射機的最大注射面積時 有産生溢料的可能 模具的分模面尺寸在保證不溢料的情況下 應盡可能減少分模面接觸面積 以增加分模面的接觸壓力 防止溢料 並簡化分模面的加工模板間距考慮 分模面的確定要保證公母模開模行程最短 25 2020 3 26 模具設計選擇分模面考慮原則 模具結構考慮儘量簡化脫模部件爲便於塑件脫模 應使塑件在開模時盡可能留在公模 只要使塑件與公模的結合力大於塑件與母模的結合力即可 盡可能使塑件與母模之間有一定的結合力 而不要把塑件與模具的結合力都放在公模當塑件的外形簡單 但內形有較多的孔或複雜孔時 塑件成型後必然留在模仁上 此時模窩可設在母模上 開模後可用推板頂出塑件 若模窩設在公模上 使脫模困難當帶有金屬嵌件時 因爲嵌件不會收縮包緊模仁 所以模窩應設在公模 否則開模後塑件留在母模 使脫模困難若塑件的模仁對稱分佈時 應迫使塑件留在公模上 採用母模預頂脫模若塑件有側孔時 應盡可能將模仁設在公模部份 避免母模抽芯 否則造成脫模困難 26 2020 3 26 模具設計選擇分模面考慮原則 側抽芯機械考慮應儘量避免側抽芯機構 若無法避免側抽芯 應使抽芯儘量短由於斜滑塊合模時鎖緊力較小 對於投影面積較大的大型塑件 可將塑件投影面積大的分模面放在公母模合模的主平面上 而將投影面積較小的分模面作爲側向分模面 否則斜滑塊的鎖緊機構必須做得很龐大 可能由於鎖不緊而溢料 27 2020 3 26 模具設計選擇分模面考慮原則 考量方便澆注系統的佈置 分模面的確定不妨礙澆注系統的正常開設便於排氣 爲了有利於氣體的排出 分模面盡可能與料流的末端重合便於嵌件的安放 當分模面開啓後 要有一定的空間安放嵌件模具製造難易性考慮 能確保模具機械加工容易模具總體結構簡化 儘量減少分模面的數目 儘量採用平直分型面 還應考慮模具是否便於加工 便於成品取出 還有分模面應儘量選擇在産品的棱線上面 28 2020 3 26 模具設計 cavity數量的確定 1 是根據所用注射機的最大注射量確定型腔數量 切記算出之數值不能四舍五入 只能取小 2 根據注射機的最大鎖模力確定型腔數量 3 根據塑件精度確定型腔數量 4 根據經濟性確定型腔數 備注 注射機的規格主要是用機器噸位或鎖模力 另一種是用注射量確定 29 2020 3 26 模具設計 完全整體式 它是由整塊材料制作而成 這種結構比較簡單 不易變形產品的質量好 如果產品塑件比較復雜 采用一般的加工方法制造母模型腔就較困難 所以完全整體式的適合簡單的塑件 30 2020 3 26 模具設計 鑲拼的組合方式的優點 對于形狀復雜的型腔 若采用整體式結構 比較難加工 所以采用組合式的凹模結構 同時可以使母模邊緣材料的性能低于母模的材料 避免了整體式凹模采用一樣的材料不經濟 由于凹模的鑲拼結構可以通過間隙利于排氣 減少母模熱變形 對于母模中易磨損的部位采用鑲拼式 可以方便模具的維修 避免整體的母模報廢 鑲拼的組合方式的缺點 組合式凹模的剛性不及整體式的易在塑件表面留下痕跡 模具結構比較復雜 鑲拼式的結構可以平衡變形量 31 2020 3 26 模具設計 模具一般頂出機構設計推塊頂出機構利用成型零件頂出機構多元件綜合頂出機構氣壓脫出機構斜滑塊脫出機構 32 2020 3 26 模具設計 斜滑塊抽芯機構的三種基本形式 抽芯方向與開模方向垂直抽芯方向與定模偏一定的角度抽芯方向與動模偏一定的角度 33 2020 3 26 模具設計 斜導柱 斜銷 的設計1斜導柱長度和所需最小開模行程計算2斜導柱所受的彎曲力計算3斜導柱截面尺寸設計4斜導柱的斜角設計5斜導柱的安裝固定形式及表面要求 34 2020 3 26 模具設計 滑塊的設計型芯與滑塊的連接形式滑塊的導滑形式滑塊的定位裝置設計壓緊楔塊的設計壓楔塊的形式壓楔塊的楔角 35 2020 3 26 模具設計 抽芯時的干涉現象及先復位機構設計常用的先復位機構有以下几種形式 楔形滑塊先復位機構擺杆先復位機構杠杆先復位機構偏轉杆先復位機構連杆先復位機構彈簧先復位機構 36 2020 3 26 模具設計 斜導柱分型與抽芯機構的結構形式斜導柱在定模 滑塊在動模的形式斜導柱在動模 滑塊在定模的形式斜導柱與滑塊同在定模的結構斜導柱同在動模的結構 37 2020 3 26 溫度調節系統 模具的溫度直接影響到塑件的成型質量和生產效率 所以模具上需要添加溫度調節系統以達到理想的溫度要求 溫度調節系統根據不同的情況可以分為冷卻系統和加熱系統兩種 38 2020 3 26 溫度調節系統 冷卻裝置的基本結構形式簡單流道式螺旋式隔片導流式噴流式導熱杆 導熱棒 及導熱型芯式 39 2020 3 26 溫度調節系統 冷卻裝置設計的基本考慮盡量保証塑件收縮均勻 維持模具熱平蘅冷卻水孔的數量越多 孔徑越大 對塑件冷卻越均勻 水孔與型腔表面各處應有相同的距離澆口處應加強冷卻降低入水與出水的溫差 40 2020 3 26 溫度調節系統 要結合塑料的特性和塑件的結構 合理考慮冷卻通道的排列形式冷卻水通道要避免接近塑件的熔接痕部位 以免熔接不牢 影響強度保証冷卻通道不泄漏 防止與其它部位發生干涉冷卻通道的進出口要低于模具的外表平面冷卻水通道要利于加工和清理 41 2020 3 26 溫度調節系統 加熱系統1電加熱電加熱為最常用的加熱方式 其優點是設備簡單 緊湊 投資少 便于安裝 維修 使用 溫度容易調節 易于自動控制 其缺點是升溫緩慢 并有加熱后現象 不能在模具中交替地加熱和冷卻 2 煤氣和天然氣加熱成本低 但溫度不易控制 勞動條件差 而且污染嚴重 42 2020 3 26 溫度調節系統 模具溫度調節系統的外圍設施循環冷卻水塔壓縮空氣系統模溫控制器模溫速冷機 43 2020 3 26 排氣引氣系統設計 排溢設計排溢是指排出充模熔料中的前峰冷料和模具內的氣體等 廣義的注射模排溢系統應包括澆注系統部分的排溢和成型部分的排溢 像澆注系統主流道和分流道末端的冷料穴等也是一種溢排形式 通常所說的排溢是指成型系統的排溢 44 2020 3 26 排氣引氣系統設計 模具型腔在塑料充填過程中 除了型腔內原有的空氣外 還有塑料受熱或凝固而產生的低分子揮發氣體 尤其是在高速成型時 考慮排氣是很必要的 一般是在塑料充添的同時 必須將氣體排出模外 否則 被壓縮的氣體所產生的高溫 引起塑件局部碳化燒焦 或使塑件產生氣泡 或使塑件熔接不良而引起塑件強度降低 甚至阻礙塑件填充等 為了使這這些氣體從型腔中及時排除 可以采用開設排氣槽等方法 有時排氣槽還能溢出少量料流前鋒的冷料 45 2020 3 26 排氣引氣系統設計 排氣槽的開設位置選擇應開設在型腔最后