塑料成型工艺与模具设计方案电子文档学习情境pptConvertor

1、塑料成型工艺与注射模具设计注射模冷却与加热装置的设计与计算任务引入注射成型图7-31所示塑料罩盖塑件，假设采用一模 4腔、侧浇口的模具结构, 模具的主型芯需要冷却。试确定冷却方式、绘制冷却水道方案图（草图）。2腔中取出时其0 LHO -心 金2帛32-fl 25（一）冷却系统的设计一般注射模具内的塑 温度在600C以下。3 ）热塑性塑料在注射成型后，必须对模具进行有效的冷却，以便使塑件可靠、均 匀冷却定型并迅速脱模，提高塑件定型质量和生产效率。对于熔融粘度低、流动性较好的塑料，如聚乙烯、聚丙烯、尼龙、聚苯乙烯、 聚氯乙烯、有机玻璃等，当塑件是小型薄壁时，则模具可利用自然冷却而不设冷 却系统当塑

2、件厚壁而大型时，则需要对模具进行人工冷却，以使塑件在模内加快冷却 定型，缩短成型周期，提高生产率。冷却介质有冷却水和压缩空气，但用冷却水较为普遍，这是因为水的热容量大, 传热系数大，成本低。几种常用塑料的成型温度、模具温度和脱模温度，见表9-1。rt ncjTh CCJ(TC)T. <*C)Tm(V)Te200250406060100Rfirtf幵维秦<CA>160-3509012090140acwj-zeo601Q0砒堰瓠乙烯（HPVO1BO21040 60iao16o20O26O40 6060100乙甥(FPVC)1 70 11)0456060100内烯咸树丽180250

3、406060100右机碰購PMMA220270406060ICC聚乙晞PEJ)50250507070110耗化隼魁CPE)9024040 &060iao戡丙烯tPP）160260400060100噸単儀PFC»20 340110150120 160CPA)200 300间阴跖70-110晌陨(PSF>300340O0150)10160擁1/冷却时间的时间 072090-ISOt具型腔起e到可以70)20V蹴fl!在注射过程中，塑件的丁冷却时间，通常是指塑料熔体从充满模图9 1开模取出塑件时止的这一段时间。塑件是否已经冷却，常以制品已充分固化定型而且具有一定强度和刚度为准

4、 冷却时间一般约占整个注射生产周期的 80%。CQ-1 )确定冷却时间的方法有计算法和经验查表法。计算法确定泠却时间的计算公式为： 1平板类垫件冷却时间的确宜对壁薄塑件，冷却时间的计其公式酋:t = T 11H- X Zf+-)JT X Cf 7T 7-对壁厚塑件，冷却时I旬的计算公式为：r =1 ln(- x 兀 + 呵7T2 xa疽 Ts -72園柱形棒形类塑件冷却时间的繭定16 R2 , ,5x13%-召、_ 9tf2 X 开 * % _ 乔C. 9-3 .)0 球形塑件冷却时I旬的确定r = lii( 2： x ”沪H7? -為式中H ° -塑料热扩散系数m?/s) J查9_

5、2 ;S制品空!宅：mm)；R实心球半径mm九表9-2常用塑料的热扩散系数、热传导系数、比热容与熔化潜热垦料名称弟扩Rift a 2 * h-'Jk i kJ Cm * h ' C)冷却系统的设计，影响因素多并且复杂，主要设计原则有： 冷却系统设计应在推出机构前完成， 从而避免冷却管路与推杆孔相互贯穿。(2) 定模与动模应分别冷却，保证冷却平衡。型芯布置冷却回路的空间小，还 有推出机构的影响，型芯冷却系统必凹模冷却系统复杂。(3) 尽量保证塑件收缩均匀，维持模具的热平衡。(4) 冷却水孔的数量越多，孔径越大，则对塑件的冷却效果越均匀，如图9-1所示。图9-1(a开设5个大孔比图

6、9-1 (b)开2个小孔的冷却效果好。根据比热容Cs 国 <kg *)-»热it <kJ kfl-9罹苯乙烯3.2X10-*4 452L 340ABS9. fiX 10'*lO551.&472. 2X J0-*0+5节4L 842低密度柔乙怫6. 2X10-*1. 2M2.0941.30X10*高密度擢乙帰2X10TL733J, 5542. 43X10*聚丙嫦X4X10-*0.4231.9261.80X10*3.5X1Q-*0+&371.884L 30X10*3,3X10"*0.6951.717-JR甲噩3*3X10-a 8291. 75

7、91. 53X104.3X10'*754L. 46&罹三氧乙烯3.4X10-0. 7S4L.046K四氛乙烯4. ox i<r*0. 879L0461.冷却系统设计原则经验，一般12 15mrh,冷却水孔中心距约为水孔直径的!11 11 HII II i I 11应为冷却水孔直径的35倍，水孔直径一般为812mm2倍(常为III I J I II NII L 力 IIm 二厂 丫iB 口 乂口<«)H ir it 11 nTOT 弋弘 fl)乂门口入口一=： 忑总J口岀口.图9-3 浇口处加强冷却的形式1世使冷却水孔至型(5)尽可与型腔表面的距离应处处相等

8、，如图9-2 (a)所厚处应强化冷却、水孔应靠近型腔、距离要小，但也不应小于 (b)所示塑件壁厚均匀时，冷却水孔 当塑件壁厚不均匀时，壁10mm 如图 9-2示。(6)浇口处加强冷却。一般热传导与水孔数浇口附近温度最高，距浇口越远温 度越低，因此要力强浇口处的冷却。即冷却水从浇口附近流入，如图9-3 (a)为侧浇口的循环冷却水路，图9-3 (b)为多浇口的循环冷却水路。布不均匀，尤 模具宽度方向(7)应降低进水与出水的温差。如果进水与出水温差过大，将使模具的温度分It的大型塑冷却料温越流越低，对于矩形模具，通常沿50C,如图9-4 (b)所示图9-4降低进水与出水的温差(8) 合理选择冷却水道

9、的排列形式。对于收缩大的塑件(如聚乙烯)应沿收缩 方向开设冷却水孔。图9-5所示为四方形塑件中心浇口的情况，收缩沿放射线和 与放射线垂直的方向进行，所以应将冷却水从中心引入，向外侧进行螺旋式热交 换，最后流出模外。对于不同形状的塑件，冷却水孔的排列形式也有所不同，如图 9-6 （a所示为 薄壁扁平的冷却形式；图9-6 （b）为中等深度壳形塑件的冷却形式； 图9-6（c） 为深腔塑件的冷却形式。（a）（b）（c）（9）合理确定冷却水管接头位置。为不影响操傀9进出不同形状塑件冷却水通道射机背面的模具同一侧。的排列形式（10）冷却系统的水道尽量避免与模具上其他机构（如推杆孔、小型芯孔等）发 生干涉现

10、象，设计时要通盘考虑。（11） 冷却水管进出接头应埋入模板内， 以免模具在搬运过程中造成损坏。 如图 9-7所示，最好在进口和出口处分别打出标志，如“ IN” （进口）和“ 0UT'（出 口）等。多级式、螺旋线式、喷射式、隔板式等多种样式，同时还可以互相配合，构成各种冷 却回路。（1）简单流道式通过在模具上直接打孔，并通以冷却水而进行冷却，是生产中最常用的一种形式。如图9-8（a）是一般的冷却方式，适用于成型较浅且面积较大的塑件；图 9-8 （b）是通过软管在模外连接冷却回路。3=1图9-9深腔和咼度较大型芯的冷却图9-8简单冷却流道式图9-9所示结构，对深腔和高度较大的 型芯的冷却效

11、果较好。图 部所图为比较常见的一种多螺型芯式冷却方式。(3) 隔图 9-13；,r ；.隔片密對BBy y y Hi t Kik . rss1«%111 liJBi.1 IAS«l图9-13 隔片导流式冷却方式(4) 喷流式图9-14所示为用于长型芯的冷却形式，是在型芯中间装有一个喷水管，冷却水 从喷水管的顶端喷出，向四周分流冷却型芯壁。（5）导热杆（导热棒）及导热型芯式图9-15所示为在型芯上镶有导热性好的铍铜合金，冷却水与铍铜合金的全部（如 图9-15（ a）或尾部（如图9-15 （b）接触，以提高冷却效率。甘般*f置09-17 所图9-16所当型芯特别小时，如图（1）

12、水管接头。一般由黄铜制成，对要求不高的模具也可用一般结构钢制成。 尸（2）螺塞。主要用来构造水路，起截流作用。要求高的模具用黄铜制作。（3）密封圈。主要係使冷却回路不泄漏。常（4）密封胶带。主要用来使螺塞或水管接头与冷却通道连接处不泄漏（吏）软管。主要作是连接并构造模外冷却回路。（6）喷管件冷主要用在喷流式冷却系统上，最好用铜管。（7）隔片。用在隔片导流式冷却系统上，最好用黄铜片。（8）导热杆。弼在导热式冷却系统上，齋要由铍铜制成。冷却系统的管路计算i20253035404556模具冷却装置的设计与使丿书的冷却介质、工冷却方法有关。"模=r rj具可以用水、压缩5空气和冷凝水冷却,但

13、用水冷却最为普遍，因为水的热容量大，传热系数大，成 本低廉。表9-4水的值与其温度的关系I 所谓水冷，即在模具型腔周围和型芯内开设冷却水回路， 使水或者冷凝水在其 丿 中循环，带走热量，维持所需的温度。冷却回路的设计应做到回路系统内流动的介质能充分吸收成型塑件所传导的热量，使模具成型表面的温度稳定地保持在所需的温度范围内，而且要做到使冷却介质在回路系统内流动畅通，无滞留部位。但是，在冷却水回路开设时，受到模具上各种孔（顶杆孔、型芯孔、镶件接缝 等）的限制，按理想情况设计较困难，必须根据模具的具体结构灵活地设置冷却 回路。（1）冷却回路所需的总表面积冷却回路所需的总表面积可按下式计算：竺3600

14、 xlx（ -&w）式中” A冷去卩回显各卷表面积；m单位时间内注入模具中树脂的屣呈kg/h；Q单位质量树脂在模貝內釋放的热童_T/ks，可从表9-3 取:K拎却水的表面传热系裁即/ m2 * K I f日“模具成型表面的温度J冷却水的平均温度£七九柯脂窑称Q直材脂名称0値镯脂窑称q mABS3 "A2.9pp5.9AS3. 35CAB2. 7PA65 6POM4. 2PA666-5-7PS2. 7FA VC2.9LDPE3- 9 6- 9PTFE5. 0丙烯酵类2. 9HDPE6,9 8. 2PVC1. 7 3. 6PMMA2. 1PC12. 9SAN2. 7 -

15、 3. 6表9-3 单位质量树脂成型时放出的热量（单位：103J/kg ）2冷却回踣的总长度冷却回路总长度可用下式计算：A式中，L冷却回路总长Cm);A冷却回把各总表聞积；d冷去卩水孑L直径14mn，确定農；却水孔的直径时应注意，无论多大的模具，水孔的直径不能大于否则冷却水难以成为湍流状态，以至降低热交换效率一般水孔的直径可根据塑件的平均壁厚来确定。平均壁厚为2mm寸，水孔直径 可取810mm平均壁厚为24mrfl寸，水孔直径可取1012mm平均壁厚为4 6mm寸，水孔直径可取1014mm(3)冷却水体积流量的计算(g8)塑料树脂传给模具的热量与自然对流散发到空气中的模具热量、辐射散发到 空气

16、中的模具热量及模具传给注射机热量的差值，即为用冷却水扩散的模具 热量。假如塑料树脂在模内释放的热量全部由冷却水传导的话，即忽略其他 传热因素，那么模具所需的冷却水体积流量则可用下式计算：60xcx?x( -62式中，茁冷却水体积流量(m3/min)；ki单位时间注肘入模具內的树脂质量ka/h)；Q单位时间内树脂在棋具商釋放的热量(J/kg)可从表43查取； 拎那的比热客J/ (kg*K)；设计.:.一-:亠模具温度在 900C以上时，模具中必须设置加热装置。Qv二)加热装当注射成型工艺要求模具温度X冷却水入处温度g模具的加热方式有很多，如热水、热油、水蒸气、煤气或天然气加热和电加热 等。目前普

17、遍采用的是电加热温度调节系统，电加热有电阻加热和工频感应加热。 如果加热介质采用各种流体，那么其设计方法类似于冷却水道的设计。 电加热的主要方式有：（1）电热丝直接加热将选择好的电热丝放入绝缘瓷管中装入模板的加热孔中，通电后就可以对模具 尽心加热。这种加热方法结构简单，成本低廉，但电热丝与空气接触后易氧化，寿命较短，（2）电热圈和电热板加热将电热丝绕制在云母片上，再装夹在特制的金属外壳中，电热丝与金属外壳之间用云母 片绝缘，如图9-18所示，将它装在模具外侧对摸具进行加热。其特点是结构简单、方便，但缺点是耗电量大，这种加热装置更适合于压缩模和压注模。图9-18电热圈和电热板的形式J （3）电热

18、棒加热电热棒是一种标准的电加热元件，它是由具有一定功率的电阻丝和带有耐热绝缘 材料的金属密封管组成，使用时只要将其插入模板上的加热孔内通电即可，女口图9-19所示。电热棒加热的特点是使用和安装都很方便。图9-19电热棒及其在加热板内的安装1)持电加热元件功率要适当，不宜过小也不宜过大。如过小，模具不能加热并保 所需的温度；如过大，即使用温度调节 元件附件温度比模具型腔的温度高得多护J±O.3.廿器仍难即使电加热元件断电,量元2）3）用“加热后效”越显者0:1. I .3±O. 2这是由于电加热 其周围积聚的大 亍效 |，鼎阻3444/理布置电加热元件押模温趋于均匀卫）注意模

19、具温度的调节，保持模具温度的均匀和稳定。加热板中央和边缘可采 两个调节器。对于大型模具最好将电力加热元件分为两组即主要加热组和辅助 热组，成为双联加热器。主要加热组的电功率占总电功率的2/3以上,100100125.14010200ZSCi续不断的加热状态，但只能维持稍低于规定的模具温度，咖 加 连 时 模具温度多由注射机相应,才能使模具达左至到规定的温度。的温控系统进行1 节容易，、维修和使用慢，不能在模具中轮换地加热和500 T2）模具加热装置的计算先,，计算模具加热所需的电功率调节器控制着周控。诩节温度范围大鳥有“加热BD0WO电加热后效”现1 «»1 2503吃00

20、2 CMXPX,它处在当辅助加热组也接通现在,便于安 但升1 6<M）2 OOO23 200-4 UW4 750250,(9-9)式中，PM k 表 9-5。电功率（W ；-模具质量（kg）；每千克模具加热到成型温度时所需的电功率（W/kg）, k值见< w * Z - 3仔30S3表9-5不同类型模具的k值总的电功率确定之后，可根据电热板的尺寸确定电热棒的数量，进 而计算每根电热棒的功率。设电热棒采用并联法，则P=Pr/ n（9-10）式中，Pr每根电热棒的功率（W ； n电热棒的根数。根据Pr查表9-6选择适当尺寸的电热棒，也可先选择电热棒 的适当功率再计算电热棒的根数。图9-

21、20某款摩托车前壳塑料零件示意 图f如果表中无合适的电热棒可选，则需自行设计制造电加热兀件。如己知菁根电加热兀件 的电功率和电源电压，即可按以下步骤确定电祖丝直径和长度。通过每根电热棒或每组电阻丝的电流肯：I=Pr/U式中，Pr菁根电热棒或等组电阻丝的电流A)；U 每组电电热兀件所用电源电压V),町用低压30-60V或宜接用220V。 每组电阳丝或电热棒的电阳掬：(9-12)R=U/I-U7Pr 式中，R电阻(9-13)根据电流I可按表9-7查得电阻丝宜径,再按下式算出电阻丝的长度L: L 二 R/k加热到400°C时每米电阻丝的电阻(G m 1),可查表9-7o/电附丝直径/仙斷査

22、面Wmm!最大允许电舷A当加旃至400 T时每米 电阻塑的电限“毎来电阴建的 质兽耳0.50. 1964.261.610.60. 2835.541310.30.5038.2125屯121.00.785111,5氐44121. 1311419.27L51.76718, &0.6114.5I.S2.545230.4520,»2.03.142250. 3625注射模冷却与加热装置设计与计算:实例找0.2931,2材料为ABS平均)【实例9-1】图9-20所示为某款摩托车前壳塑料零件示意图,缩水率为0.5%，产品成型 冷却方口口倒扣图 9-22、绘制冷却水道倒曲进行冷却。试确定注射模冷却与加热装置设计与计算实例【解】