模具设计与制造实训-8-52PPT课件.ppt

1 52 第8章浇注系统设计 一 浇注系统设计要点二 MoldWizard浇注系统设计三 模具设计实例四 应用拓展 2 52 一 浇注系统设计要点1 浇注系统的组成及设计要点如图所示 浇注系统主要由主流道 分流道 浇口和冷料穴等组成 3 52 各部分的作用如下 1 主流道是连接注射机喷嘴与分流道或型腔 单型腔 的进料通道 其作用是将塑料熔体引入模具 其形状 大小直接影响塑料熔体的流速和填充时间 2 分流道是连接主流道和浇口的进料通道 其作用是通过流道截面及方向的变化使塑料熔体平稳地转换流向 并均衡地分配给各个型腔 多型腔 3 浇口是连接分流道与型腔之间的一段短小的进料通道 它是浇注系统的关键部分 它起着调节熔体流速 控制保压时间 防止熔体倒流的作用 4 冷料穴是指在模具中直接对着主流道 或分流道 的孔或槽 用以储存注射时熔体料流前锋的冷料头 防止冷料进入型腔而影响塑件的质量 防止冷料堵塞浇口而造成填充不满 防止冷料降低流动性而造成填充不满 4 52 浇注系统的设计要点是 1 应考虑成型塑料的工艺特性 如成型塑料熔体的流动性 对压力 温度的敏感性 收缩性 分子取向等性能 2 浇口位置 数量的设计要有利与熔体的流动 避免产生湍流 涡流 喷射等现象 有利于排气 设计时应预先分析熔接痕的位置及对塑件质量的影响 3 应尽量缩短熔体到型腔的流程 以减少压力损失 4 避免高压熔体对型芯和嵌件的冲击 以防止型芯的变形或嵌件的位移 5 尽量减少浇注系统冷凝料的产生 减少原材料的损耗 6 浇口的设置要便于冷凝料的去除 不影响塑件的外观 5 52 2 主流道设计主流道是指浇注系统中从注射机喷嘴与模具接触处开始到分流道为止的塑料熔体的流动通道 是熔体最先流经模具的部分 它的形状与尺寸对塑料熔体的流动速度和充模时间有较大的影响 因此 必须使熔体的温度降低和压力损失最小 下图是一般塑件主浇道的结构和常用尺寸 6 52 在卧式或立式注射机上使用的模具中 主流道垂直于分型面 主流道通常设计在模具的浇口套中 下图是常见的几种浇口套的类型及安装形式 其中 浇口套同定位圈的配合一般为间隙配合 H9 f9 浇口套同定模板的配合一般为过渡配合 H7 m6 7 52 3 分流道设计分流道是主流道与浇口之间的进料通道 在多型腔模具中分流道是必不可少的 在单型腔模具中 有时可省去分流道 下表所示为分流道的类型以及流道效率 在设计分流道时 主要考虑尽量减少熔体流动时的压力损失和温度降低 同时尽量减小分流道的容积 一般圆形截面的直径为2mm 12mm 对流动性好的尼龙 聚乙烯 聚丙烯等塑料 直径最小可为2mm 对流动性差的聚碳酸脂 聚砜等塑料直径最大可至12mm 而对于多数塑料直径一般取5mm 6mm 一般梯形流道的深度为截面上端宽度的2 3 3 4 上端面的宽度根据成型条件和模具结构而定 一般取5mm 10mm 脱模斜度为5 10 U形流道是梯形流道的改良 生产中常用 一般其深度D 2r r为圆弧半径 脱模斜度为5 10 8 52 9 52 4 冷料穴设计冷料穴位于主流道正对面的动模板上 或者在分流道的末端 作用是收集熔体前锋的冷料 防止冷料进入型腔而影响塑件的质量 分为以下两种 1 专门用于收聚储存冷料的冷料穴 此种冷料穴一般设置在主流道的末端 也可设置在各分流道的转向处 有时设置在型腔料流的末端 冷料穴必须设置在熔体流向的转折处 并迎着上游料流的方向 右图 2 兼有拉料作用的冷料穴 既有储存冷料又兼有拉出主流道冷凝料功能的 主要分为三种类型 下图 其中图a所示类型在生产中最常用 10 52 5 浇口的设计浇口是流道与型腔之间的连接部分 即浇注系统的终端 浇口是浇注系统的关键部分 它起着调节 控制料流速度 补料时间 防止倒流及在多型腔起着平衡进料的作用 当熔融的塑料在高压下通过浇口时 因为浇口的截面积很小 使塑料流速加快 而由于摩擦作用 又使料流的温度升高 黏度降低 提高了塑料的流动性 有利于充满型腔 一般说来 注塑塑件出现的缺陷 如缺料 缩孔 熔接痕 翘曲变形等也往往是由于浇口的设计不当造成的 因此正确设计浇口是提高塑件质量的重要环节 对浇口总的设计要求是 要使熔料以较快的速度进入并充满型腔 同时在型腔充满后适时冷却封闭 一般要求浇口截面小 长度短 11 52 1 浇口位置选择浇口位置的选择应遵循以下原则 1 应避免引起熔体破裂 方法 加大浇口尺寸降低流速 或采用冲击型浇口 冲击型浇口的结构参见下图所示 2 浇口应设置在塑件最大壁厚处 当塑件的壁厚不均匀时 浇口应设置在塑件最大壁厚处 使熔体料流从厚壁流向薄壁 这样可保证把压力有效地从厚壁传递到薄壁处 有利于补料 防止塑件产生缩孔和凹痕 3 应有利于排气 在浇口的位置确定后 应在型腔最后充满处或远离浇口的位置 开设排气槽或利用分型面 推杆间隙 镶件间隙或模内活动部件间隙进行排气 12 52 4 有利于减少熔接痕和提高熔接痕强度 浇口的数量越多 熔接痕也会越多 所以在熔体的流程不太长和无特殊需要时 尽量减少浇口数目 以减少熔接痕的数量 但对于大型盒形件 为减少其翘曲变形 一般采用多点进料 以减少因内应力引起的翘曲变形 5 防止型芯变形 避免因浇口设置不当 使得注射时熔融料直接对型芯进行偏载冲击 造成型芯变形 6 考虑塑件的收缩变形及分子取向 由于塑件在冷却时 平行和垂直于熔体流动方向的收缩率不同 对于大型平面塑件会造成翘曲变形 为解决此问题 可采用多点进料 图a 或薄片浇口 图b 浇口位置设置还应考虑分子取向对塑件性能的影响 7 应考虑塑件的外观 浇口位置应尽量设置在不影响塑件外观的部位 如塑件的边缘 底部或内侧 13 52 2 浇口类型浇口类型非常多 需要根据不同的性能要求进行浇口设计 常用的浇口类型主要有 1 侧浇口 一般开设在模具的分型面 从塑件的边缘进料 浇口截面形状一般为矩形 如图a所示 侧浇口的结构尺寸如图b所示 其中 深度h决定着浇口冷凝时间 浇口宽度b一般根据塑件的注射量来决定 侧浇口的特点是 形状简单 加工方便 调整容易 塑件上留有浇口痕迹 14 52 2 重叠式浇口 开设在塑件端面边缘 如图所示 可避免熔体从浇口向型腔产生喷射现象 15 52 3 扇形浇口 如图所示 扇形浇口是一种宽度沿浇口方向逐渐增加呈扇形 而浇口的深度逐渐减少的侧浇口 是侧浇口的一种变异 在注射过程 由于浇口深度不断减小 使塑料熔体流动时在横向得到更均匀的分配 从而减少流纹和定向效应 这种浇口比较适合于成型长条形或扁平而薄的塑件 16 52 4 薄片浇口 薄膜浇口 平缝式浇口 如图所示 薄片浇口是侧浇口的另一种变异 浇口截面宽度很大 可与型腔宽度作成一体 深度很小 浇口的分配流道与型腔平行 其长度略大于型腔的宽度 薄片浇口使充模流动更加均匀 主要适用于有透明度和平直度要求 表面不允许有流痕的片状塑件 17 52 5 直接浇口 直接浇口又称主流道型浇口 注射时塑料熔体经主流道直接进入型腔 如图所示 这种浇口由于尺寸大 流程短 流动阻力小 进料快 传递压力好 有利于补塑和排气 此浇口仅适合于单型腔模 常用于成型大型 壁厚较大 流程较长的塑件以及一些熔融粘度大的塑料 缺点 浇口处固化慢 成型周期长 残余应力大 浇口凝料切除后疤痕较大 18 52 6 环形浇口 圆盘浇口 如图所示 环形浇口的分流道呈圆环布置 其截面为圆形或矩形 浇口为环形薄片 其特点是注射时进料均匀 圆周上各处融料的流动速度基本相等 排气容易 可避免和减少熔接痕 主要用于圆筒形或中间带孔的塑件成型 缺点是浇口凝料去除较困难 19 52 7 轮辐式浇口和爪形浇口 轮辐式浇口 图a 是将整个圆周进料改为几小段圆弧进料 这样冷凝料较少 去除方便 且还由于型芯上部得以定位而增加稳定性 缺点 增加了熔接痕 对塑件的强度和外观有一定的影响 其适用范围与圆环形浇口相似 爪形浇口 图b 是轮辐式浇口的一种变异 它是在型芯头部开设流道 分流道与浇口不在同一平面上 由于型芯顶端伸入定模内 起到定位作用 从而避免了弯曲偏移 保证了同轴度 所以这种浇口适用于内孔较小的管状塑件或同心度要求较高的塑件 20 52 8 点浇口 点浇口是截面形状小如针点的浇口 优点 由于浇口非常小 显著提高熔体的剪切速率 使熔体的粘度大为降低 有利于充模 对于对剪切速率敏感的塑料熔体特别有效 如ABS PS AS等 熔体经过小浇口时由于剧烈的摩擦生热 熔体温度升高 熔体的粘度再次下降 使熔体的流动性更好 由于浇口很小 便于塑件与冷凝料的分离 有利于自动化生产 同时小浇口在塑件上留下的痕迹很小 有利于修整 由于点浇口模具多了一块分流道板 所以可以较自由选择浇口位置 对于大投影面积或易于变形的塑件 可采用多点进料以便于提高塑件的成型质量 而对于一模多腔的 易实现各型腔的平衡进料 缺点 采用点浇口时 为了能取出浇注系统冷凝料 模具必须使用双分型面的结构或单分型面热流道结构 费用较高 不适合加工成型粘度高和对剪切速率不敏感的塑料熔体 不适合加工成型厚壁或壁厚不均匀的塑件成型 成型时需较高的注射压力 下图列出了常用的几种点浇口的结构和经验尺寸 21 52 8 点浇口 22 52 9 潜伏浇口 潜伏浇口是由点浇口演变而来 具有与点浇口类似的特点 不同的是潜伏浇口潜入分型面一侧 沿斜向进入型腔 开模时 能自动拉断浇口 而且浇口的位置可设在塑件的侧面 图b 端面和背面 图a 等各隐蔽处 使塑件外表面无浇口痕迹 同时模具的结构可简化为单分型面结构 23 52 10 护耳浇口 在型腔侧面开设耳槽 熔体经浇口后冲击在耳槽侧面 从而改变料流方向 且降低流速 平稳而均匀地进入型腔 防止了小浇口直接对型腔注射时产生喷射现象 此外 因耳槽能允许浇口周边产生缩孔 所以能减少因注射压力造成的过量填充 以及因冷却收缩造成的变形 缺点 成型时注射压力较高 成型后去处耳槽较麻烦 24 52 二 MoldWizard浇注系统设计本章介绍MoldWizard 定位圈 浇口套 等标准件命令 以及与浇注系统相关的命令 如 浇口 流道 等命令 1 浇注系统标准件定位圈 浇口套等浇注系统零件是在 标准件 里加载的 定位圈是在注塑机上安装模具的定位零件 其作用是使注塑机与模具浇口套对中 防止型腔内高压作用在浇口的端面使之退出模具 如图a和图b所示即为DME提供的两组标准定位圈 25 52 浇口套是直接与注塑机喷嘴接触 带有主流道通道的套件 当浇道需要穿过几块模板时 为了防止板间溢料 总是用一个整体浇口套来实现 有些小批量要求低的小模具 浇口开在定模板上 绝大多数模具的浇口都是开设在浇口套上 图为DME提供的浇口套标准件 26 52 2 分流道在MoldWizard里 分流道是用 流道 创建的 可以通过定义流动路径和截面形状来设计分流道 截面的尺寸和形状可以在流动路径上变化 单击 流道 弹出图示 流道设计 对话框 对话框提供的流道设计的步骤分为定义引导线串 在分型面上投影和创建流道通道3步 27 52 3 浇口单击 注塑模向导 工具栏中的 浇口设计 按钮 弹出如图所示的对话框 可以完成浇口的选择和定位 平衡 平衡是指多型腔模具的浇口位置创建于每个阵列型腔的相同位置 如图8 23所示 对于平衡式浇口 各型腔的浇口尺寸和位置是相同的 当修改或者重定位其中一个浇口参数时 其他浇口也相应地发生修改或者重定位 非平衡式浇口则分别设置不同的浇口 类型 包括fan 扇形浇口 film 薄片浇口 pin 针状浇口 pinpoint 针点浇口 rectangle 矩形浇口 steppin 阶梯状浇口 submarine 潜伏式浇口 和tunnel 护耳浇口 8种 28 52 三 模具设计实例1 数码相机盖浇注系统设计根据塑件和模架尺寸参数确定浇注系统的形式和主要参数 并在MoldWizard里完成数码相机盖模具的浇注系统设计 1 浇注系统整体方案确定在设计浇注系统时 首先需要确定浇口的位置 浇口位置选择的适当与否 将直接影响制品的成型质量及注射过程是否顺利进行 浇口的位置同模腔数有关 生产经验认为 增加一个型腔 塑件的尺寸精度将下降4 因此数码相机盖模具采用了一模一腔件 一般设计浇注系统时 其主流道进口处的位置尽量与模具中心重合 因此如果采用一模一腔 对于外观要求较高的塑件 考虑到注射平衡 一般要采用点浇口或者潜伏浇口 相应的模具成本较高 对于数码相机盖 其外观决定了模具不宜采用点浇口 分析数码相机盖塑件结构可知 塑件内部有一个镜头孔 孔径为24mm 而且此孔径中心距离塑件中心较近 因此将浇口设置在镜头孔内 采用侧浇口 这样既能满足塑件浇注要求 又能简化模具结构 降低模具成本 数码相机盖模具浇注系统简图参见下图 29 52 30 52 2 主流道主流道尺寸需根据塑件材料 尺寸以及注射机喷嘴尺寸进行设计 主流道主要位于浇口套内 对于模具设计来说 主要是选用合适的浇口套和定位圈 考虑到制造和购买方便 一般选用标准浇口套 这里先大体确定浇口套的长度 内径 外经尺寸 然后参照MoldWizard里提供的标准件进行选择 根据数码相机盖的尺寸以及注射机喷嘴尺寸等参数 初步确定浇口套尺寸如下图 31 52 1 标准 打开 打开 Example 8 xm camera top 010 prt 2 只显示定模部分 camera fixhalf 046 和定模型腔 camera cavity 002 如图所示 3 在 注塑模向导 工具条中单击 标准件 按钮 按下图所示进行操作 创建浇口套 浇口套选用的是FUTABA公司的M SBA型 其尺寸大小参照上图 其中 浇口套小端直径为 16mm 大端直径为 40mm 浇口套完成后 装配导航器里相应地出现一个浇口套部件 camera misc 005 camera sprue 005 32 52 33 52 4 标准件 创建定位圈 系统默认插入的定位圈和浇口套的X Y向坐标为模具坐标原点 本例主流道中心不在模具坐标原点 需添加步骤 34 52 3 分流道 浇口和冷料穴设计流道直径最初可以根据实验数据或经验公式进行设计 然后应用模流分析软件微调流道直径 进行优化设计 估算流道直径可以参照以下经验公式 其中 D 分流道直径 mm W 塑件重量 g L 流道长度 mm 对于数码相机盖 W 19 7g L 26mm 因此分流道直径为 35 52 根据生产经验 分流道尺寸的推荐值参见下表 参照计算结果和下表 数码相机盖的分流道采用圆形截面 尺寸为 5mm 分流道表面不要求太光洁 表面粗糙度通常取Ra 1 25mm 2 5mm 这可增加对外层塑料熔体流动阻力 以使外层塑料冷却皮层固定 形成绝缘层 有利于保温 但表壁不得凹凸不平 以免对分型和脱模不利 考虑流程最短 减少熔接痕 增加熔接强度以及塑件外观等影响 数码相机盖模具浇口采用侧浇口 浇口位置设置在镜头孔两侧 浇口尺寸如图 36 52 冷料穴分为主流道冷料穴和分冷料穴 冷料穴的位置一般都设计在主流道或分流道的末端 亦即最先到达的部位 由于结构特殊 数码相机盖模具只有主流道冷料穴 其结构和尺寸如图下图所示 37 52 1 将camera top 010设为工作部件 单击 注塑模向导 工具栏中的 流道 按钮 创建数码相机盖模具分流道 38 52 本例分流道对应的分型面是平面 所以分流道引导线是直线 通过步骤 点子功能设置了引导线的两个端点 39 52 2 只显示动模型芯和分流道 注塑模向导 浇口 按钮 创建浇口 其中 浇口为矩形浇口 设置在型芯 其尺寸大小参照图 40 52 4 将浇口套部件 camera misc 005 camera sprue 005 设为工作部件 特征 拉伸 修剪浇口套 生成分流道孔 41 52 2 洗衣机面板模具分流道与浇口设计洗衣机面板的外形如左图所示 与普通模具不同 对于一模二腔的洗衣机面板模具 由于塑件体积较大 需要两个进料口 同时塑件为长条形 浇口型式最适合选用扇形浇口 由于分流道所处分型面为曲面 分流道设计过程需将分流道引导线向分型面投影 下