塑料成型工艺与模具设计(完美篇)

.50/50绪论§1－1课程的性质、内容和要求1.性质：主要专业课2.内容：由于注射成型的用途广泛,所以近年来,注射成型技术无论是在成型物料方面,或者是在成型设备、成型模具和成型工艺方面,均在迅速发展。本门课主要阐述：注射成型理论；注射成型工艺条件选择与控制；注射模的结构组成与设计方法等。3.要求：1熟悉塑料注射成型的基本原理和工艺过程。2掌握塑料注射模的工作原理、结构组成和基本设计方法3了解塑料挤出成型、压注成型等其他成型工艺的基本原理。4.教学安排：本课程是一门实践性很强,综合运用基础知识的课程1为配合本课程的学习,安排了认识实习、生产实习及试验课,以了解注射机的结构、原理、工艺、模具特点。2此外,还有2周的课程设计和约13周的毕业设计。由此,对所学内容进行全面复习与应用,达到理论联系实际,培养分析问题和独立设计模具的能力。使用教材：参考书目：齐晓杰主编.塑料成型工艺与模具设计.XX：机械工业出版社,2007曹洪深主编.塑料成型工艺与模具设计.北京：机械工业出版社,1993王孝培主编.塑料成型工艺及模具设计简明手册.北京：机械工业出版社,2000任鸿烈、冯良编.塑料成型模具制造技术.广洲：华南理工大学出版社,1989王树勋、邓庚厚编.典型注塑模具结构图册.XX：中南工大学出版社,1992许健南主编.塑料材料.中国轻工业出版社.北京,1999§1－2塑料及其应用一、塑料的概念1.概念：塑料是一种由树脂和某些助剂结合而成的高分子化合物。2.性能：可在一定温度和压力下具有流动性,可以被模塑成型为一定的几何形状和尺寸的塑料制件。3.组成：1树脂：又称高分子有机化合物、聚合物。一般相对分子量在一万～数百万之间,分天然与合成两种。合成树脂：是人工将低分子化合物单体通过合成方法生产出的高分子化合物。作用：粘结作用,又叫粘料。2添加剂：添加到树脂中,以改善树脂的某种性能的材料。单纯树脂不能满足成型工艺要求和使用要求。4.特点：1密度小：ρ=0.9～2.3g／cm3,约为铝的1／2,铜的1／6。泡沫塑料：ρ=0.01～0.5g／cm3。制成同样大小的制品,塑料件要轻得多。2比强度高：按单位质量计算的强度。虽然塑料的强度不如金属,但因小,其相当高。如：40Cr调质后=1000MPa,1000／7.8=128。而用玻璃纤维增强的塑料,拉伸比强度可达170～4003绝缘性好：原因：塑料原子内部一般没有电子和离子,故大多数绝缘性好。用途：广泛用于电机电器、电子行业,作结构零件和绝缘材料,如插头、插座、开关、手柄、电器等。4化学稳定性好：对酸、碱等化学药品具有良好的耐腐蚀能力。其中PTFE的化学稳定性最高,抗蚀能力优于黄金,"王水"对它也无可奈何,故称为"塑料王"。广泛用于化工行业和日用品中,如：管道、密封件等。5减摩、耐磨性好：摩擦系数小、耐磨性强,可用来制造轴承、齿轮、密封圈等。如PTFE：对钢的动、静摩擦系数为0.04,使用温度250℃。6减振、隔音性好：来自聚合物大分子的弹性、柔韧性。制成的传动摩擦零件噪音小、吸振性好。7不耐热,在阳光、压力和某些介质下易老化。8线胀系数大,影响精度。9透光、绝热。§1－3塑料工业的发展1.初创阶段：30年代以前,科学家研制成了酚醛PF、硝酸纤维素〔与樟脑混合制取可塑性塑料及醋酸纤维素。特征：间歇法,小批量生产。2.发展阶段：30年代,低密度聚乙烯PE、聚苯乙烯PS、聚氯乙烯PVC和聚酰胺PA等塑料相继工业化,为进一步发展开辟了道路。3.飞跃发展阶段：50年代中期到60年代末。1石油化工的高速发展为塑料工业提供了丰富而廉价的原料2齐格勒纳塔用有机金属铬化物定向催化体系聚合工艺创立的高分子学科的进一步发展及聚合技术的开拓,使高密度PE和PP工业化3工程塑料也因碳酸脂PC和聚甲醛POM、聚酰亚胺PI等的相继出现并实现工业化生产,使塑料向耐高温的领域发展。4增强及复合材料的出现使塑料步入高强度、耐高温的尖端材料领域。5此阶段,塑料的产量和品种不断增加,成型加工技术更趋完善4.稳定增长阶段：70年代以来,出现石油危机,原材料价格猛涨,塑料的增长速度下降。此阶段特点：1通过共聚、交联、共混、复合、增强、填充和发泡等方法来改进塑料的性能,提高产品的质量,扩大应用领域,生产技术更趋合理。2塑料工业向着生产工艺自动化、连续化,产业系列化,不断开拓功能性塑料的新领域发展。5.我国的塑料工业。起步较晚40年代只有酚醛和赛璐珞两种塑料,年产量仅200t。50年代,万吨级聚氯乙烯装置投产。70年代中期,引进几套石化装置建成投产。同时塑料成型加工机械和工艺方法也迅速发展。由于新的工程塑料不断开发与应用,成型工艺不断成熟与完善,极大促进了塑料成型模具的开发与制造。随着工业塑料制件和日用塑料制件的品种和需求量的日益增加,产品的更新换代周期越来越短,对塑料的产量、质量要求越来越高。§1－4塑料成型在工业生产中的重要性*认识：模具是工业生产中的重要装备。塑料模是指用于成型塑料制品的模具。模具设计水平的高低、加工设备的好坏、制造力量的强弱、模具质量的优劣,直接影响新产品的开发和老产品的更新换代,影响着产品质量和经济效益的提高。美国称：模具工业是美国工业的基石；日本称：模具是促进社会繁荣富裕的动力；德国给模具工业冠之以"金属加工业中的帝王"称号；欧盟国家称：模具就是黄金；新加坡把模具工业作为"磁力工业"；中国模具权威称：模具是印钞机。*发展状况在仪器仪表、家电、交通、通讯、轻工等行业的产品零件中,70%以上是用模具生产的。工业发达国家模具工业产值早已超过机床行业的产值。日本：1991年模具工业已实现高度的专业化、标准化和商品化。全国一万多家企业中,塑料模、冲压模企业各占40%。韩国：新近统计,模具专业厂中塑料模占43.9%,冲压模占44.8%。新加坡：460家企业,60%生产塑料模,35%生产冲模和夹具。说明目前塑料模已和冲压模并驾齐驱。中国：1989年,国务院颁发了"当前产业政策要点的决定"在重点支持技术改造的产业、产品中,把模具制造列为机械工业技术改造序列的第一位,它确定了模具工业在国民经济中的重要地位。中国发展状况中国模具的历史已有数千年,数千年前的模具水平可谓世界最先进的技术水平。但近代与发达国家的模具行业比较,可能落后几十年到百年。1984年建立了中国模具协会,1987年以后才逐步形成中国模具行业。当时中国的模具在世界上是漠漠无闻的,经过二十多年的努力发展已是万人注目其存在,在世界上的竞争力与影响力日益增大。总体目前全国：共有模具生产厂点l.7万个,从业人员50多万人〔01年。销售额：1985年近2亿元20XX的720亿元21年间增长了360倍进出口总额：1984年2.56万美金20XX30亿美金22年间增长了120倍20XX进口11.2亿美元,出口1.88亿美元20XX进口20亿美元,出口10亿美元中国发展状况我国模具工业的技术水平近年来也取得了长足的进步：大型、精密、复杂、高效和长寿命模具上了一个新台阶。过去不能生产的模具现在已能完全生产,有部分模具已达到国际水平,有的已为国际上大企业所采用。在大型塑料模具方面,已能生产48英寸电视的塑壳模具、65Kg大容量洗衣机全套塑料模具,汽车保险杠、整体仪表板等模具。在精密塑料模具方面,已能生产照相机塑料模具、多型腔小模数齿轮模具及塑封模具等。其他塑料模具,例如塑料门窗异型材挤出模等,也都达到了较高的水平,并可替代进口模具。模具CAD／CAE／CAM技术广泛地得到应用,并开发出了自主版权的模具CAD／CAE／CAM软件。电加工、数控加工在模具制造技术发展中发挥了重要作用。热流道和气辅技术、快速原型技术、高速加工技术等都有了大的进步。与国外的差距：1供需矛盾比较突出目前国内市场满足率仅在70％左右,大部分模具是企业自产自用,作为商品流通的模具仅占1／3；所产模具基本上以中低档为主,一些大型、精密、复杂和长寿命的高档模具,在技术上还无法与发国家相比．生产能力也远远不能满足国民经济发展的需要。2产品结构和企业结构很不合理模具产品结构比例：我国：冲压模50％,塑料模34％．压铸模6％,其它10％：发达国家塑料模所占比例一般在40％左右；大型、精密、长寿命模具所占比例我国25％,发达国家50％以上企业结构比例：我国主要模具生产能力集中在各主机厂的模具分厂<或车间>内,模具商品化率很低：只有30％～40％,而国外可达70％以上；专业模具厂结构：我国也大多是"大而全""小而全"国外则大多是"小而专""小而精"3专业化、标准化程度低除少量标准件外购外,大部分工作均需要模具厂自己去完成,造成模具制造周期长,不能适应市场要求4设计和工艺技术落后如模具CAD／CAM技术普及率不高,加工设备数控化程度低等,也造成了模具生产效率不高,周期较长。5产品水平低模具产品的水平主要有模具加工的制造精度和表面粗糙度,加工模具的复杂程度、模具的使用寿命和制造周期等国外国内最高加工精度0.005～0.01mm0.02mm粗糙度Ra0.1～0.05μRa0.2μ交货期约为1个月为2～4个月6工艺装备水平较差我国机床工具行业已经可以提供成套的高精度模具加工设备,如加工中心、数控铣床、数控仿形铣床、电加工机床、座标磨床、光曲磨床和3坐标测量机等。但在加工和定位精度、加工表面粗糙度、机床刚性、稳定性、可靠性、刀具和附件的配套性方面,与国外相比,仍有较大差距。§1－5塑料成型技术的发展趋势1.成型理论的进展：随着塑料件的大型化和复杂化,模具的重量达数吨至十多吨,若只凭经验设计,往往因设计不当造成模具报废,数十万元的费用将毁于一旦,所以设计模具已逐渐向理论设计方面发展。包括：模板刚度、强度计算,充型流动理论的建立。目前,有关挤出成型的流动理论和数学模型已建立,并已有应用。有关注射成型的流动理论尚在探讨,注射成型的塑料熔体在一维、二维简单模腔的充型流动理论和数学模型已解决,并已加强在三维模腔中流动行为的研究。2.成型方法的革新：一些新型或有特殊要求的塑料制品要求新的成型方法。如对注射成型：有无流道凝料赘物的注射成型、热固性塑料注射成型、低发泡、排气反应、增强反应及多品种塑料的共注射成型等。3.塑料制件的精密化、微型化和超大型化：精密注射成型是能将塑料制件尺寸公差控制在0.01～0.001mm之内的成型工艺方法,主要用于电子、仪表工业。微型化制件要求在微型设备上生产：德国已有0.1g的微型注射机,可生产0.05g左右的制件。国内已有0.5g的微型注射机,可生产0.1g左右的制件。大型化要求有大型、超大型注射成型设备：法国已有17万g的超大型注射机,合模力150MN〔1.5万吨美国已有10万g的超大型注射机。日本已有9.6万g的超大型注射机。国内已有3.5万g的超大型注射机,合模力80MN。4.模具技术进步：体现在4个方面1模具加工技术：已广泛应用仿形加工、电加工、数控加工等先进技术,并使用坐标镗、坐标磨、三坐标测量仪等精密加工与测量设备,提高加工精度,缩短加工周期。2新材料的研制和应用：模具材料的选用是模具设计制造中的一个较重要的问题,它将直接影响模具加工成本、使用寿命及塑料件质量等。国内外已对模具的工作条件、失效形式和提高寿命的途径进行大量研究,开发出许多性能良好、加工性好、热处理变形小的新型模具钢〔预硬钢、新型淬火回火钢、马氏体时效钢、析出硬化钢、耐蚀钢等。3CAD／CAM：是塑料模具生产中一项革命性措施,也是模具技术发展的一座里程碑。它的出现可从根本上改变模具的生产面貌,其技术经济效益是十分巨大的,不仅可使模具生产效率提高几倍乃至几十倍,更可保证模具质量水平的提高。4模具零件的标准化、专业化：是缩短模具加工周期,降低模具成本的重要方法之一。据统计,只是标准化、专业化生产,即可降低成本50%。目前,美国、日本标准化程度已达70%～80％,专业化程度分别为90%、74%。中国标准化程度为20%,专业化程度约10％。思考题为什么塑料有广泛的用途？学习塑料工艺与模具课程有什么意义？了解塑料与合成树脂的概念。第二章注射成型理论基础§2－1聚合物大分子的结构特点一、概念：1.聚合反应：将低分子化合物单体转变成大分子物质的过程。──N×CH2＝CH2——→[CH2－CH2──式中,CH2＝CH2是乙烯单分子,[CH2－CH2]是聚乙烯结构单元分子式。N是聚合度,即聚合物所含结构单元的数量,N越大,则聚合物的相对分子质量越高。2.聚合物：聚合反应的产物。3.高分子化合物〔也叫大分子物质、高聚物：相对分子质量大于10000时的聚合物。──1.大分子长链结构：通过聚合反应形成的大分子呈长链结构,象一根细丝,很易弯曲,无外力时为蜷曲状。2.具有柔顺性：由于C－C键彼此相接时有一定角度,在外力作用时可改变角度,且可自由旋转。致使具有一定柔软性和弹性。三、大分子链状结构的类型：1.线形结构：整条大分子象一根长长的链条,基本上没有分支。特点：可反复加热,冷却。2.支链型：整条大分子具有一个线型主链,旁边带有一些分支。特点：可反复加热,冷却。3.体形结构：多个大分子之间发生交联化学反应,使彼此联接起来,形成网状。特点：1一般是有相对分子质量较小的预聚物经过交联反应生成。2只能在交联时进行一次加热,之后便永远固化§2－2聚合物的物理状态及加工性能聚合物的物理力学性能与温度密切相关,温度变化时聚合物的受力行为发生变化,呈现出不同的力学状态。如图：曲线1为非结晶聚合物即线形无定型聚合物受恒应力作用时变形程度与温度的曲线关系,此曲线明显分为三个阶段,即此聚合物存在三种物理状态。1.玻璃态：T＜θg,曲线基本是水平的,变形程度小,且可逆,处于刚性状态特点：1呈坚硬固体状。2受力变形符合虎克定律,弹性模量和力学强度较高。3可进行车、铣、刨、磨等切削加工2.高弹态：θg＜T＜θf,温度在玻璃化温度与粘流温度之间。表现为柔软而有弹性。特点：1也呈固体状〔橡胶状。2可获得很大的弹性变形〔不服从虎克定律,弹性是可逆的3长时间施加外力后,可产生塑性变形〔外力强制分子链运动的结果即外力等效温度作用的性质。4变形量不能满足注射成型要求。5可进行弯曲、吹塑、引伸、真空成型、冲压等。3.粘流态：或称熔融态熔体。θf＜T＜θd特点：1可产生很大的宏观流动,且不能回弹。2其变形属于液态变形性质,叫粘性变形〔此为注射成型应用的状态,并可挤压,压延,模压等。4.热分解：即降解T>θd5.T<脆化温度θb时,物理性能将发生变化,很小的外力就折裂。使塑料失去使用价值。θb是塑料是使用的下限,θg是塑料使用的上限温度,T>θg时塑料不能保持其尺寸稳定性和使用性能。曲线2为线形结晶聚合物的热力学曲线。可知,通常不存在高弹态,和θm对应的温度即叫熔点,即熔融与凝固的临界温度。1>该聚合物低于θm时变形量很小,耐热性较好。2>故无明显的高弹态可在脆化温度和熔点之间应用。所以使用温度范围较宽。§2－3成形过程中聚合物的物理化学变化一、聚合物的结晶1.概念：结晶：材料的质点既近程有序,又远程有序,即有规则紧密排列结晶型聚合物：聚合物中具有分子作有规则紧密排列的区域<结晶区>无定型聚合物：聚合物中没有结晶区。结晶度：结晶区在聚合物中所占的重量百分比。结晶过程：聚合物由非晶态转为晶态的过程。结晶特征：在高温熔体向低温固体的转变过程中,分子链的构型得到稳定规整的排列。2.结晶对聚合物性能的影响：*聚丙烯PP结晶度70%→90%1>密度：结晶意味着有规则排列,ρ↑0.896→0.9032>抗拉强度：结晶后分子间作用加强σb<MPa>↑27.5→423>冲击韧度：因其分子链规整排列ak↓15.2→4.864>弹性模量：E↓4400→9805>热性能：软化温度热变形温度θg<℃>↑124.9→151.16>脆性：脆化温度θb<℃>↑0→207>表面粗糙度：结晶后分子规整排列,是致密性↑从而Ra↓8>透明度：球晶会引起光波散射,导致透明性下降或丧失。二、聚合物的取向1.概念：聚合物的大分子及其链段或结晶聚合物的微晶粒子在应力作用下形成的有序排列。2.原因：聚合物熔体在流道中流动的速率是中心最大,管壁处为0,呈抛物线状,此时大分子链段将顺着流动方向作平行排列。<若不作这样的排列,细而长的链段将以不同的速度运动,实际上这是不可能的。>3.分类：1>按应力性质分拉伸取向：由拉应力引起,取向方位与应力作用方向一致。如取向薄膜,单丝等。流动取向：由切应力引起,沿熔体流动方向形成。如注射。2>按熔体流动性质分单轴取向：取向结构单元均沿着一个流动方向有序排列。如流道中的流动情况。多轴取向：取向结构单元均沿着两个或多个方向有序排列如模腔中的流动情况。3按温度分布情况分等温取向：机筒、喷嘴中的取向可近视为等温取向。非等温取向：各种流道、浇口及模腔中的取向。4.取向对性能的影响取向的结果是出现各向异性,取向方位的力学性能显著提高,收缩率增大,垂直与取向方位性能下降。有时需要取向,如取向薄膜、单丝；有时应消除取向,如许多厚度较大的塑料件。5.注射成型时影响取向的因素：1温度：├→取向程度├→取向程度↓模具θm↑→解取向能力增加更快↑—解取向：取向后的聚合物大分子在高温下因布朗运动而恢复原来的蜷曲状态的能力．2注射压力、保压力↑→熔体中切应力和切变速率↑→加速取向3冲模速度：快速冲模时因流速作用,表层附近高度取向,内部温度↑→解取向能力↑慢速冲模时模具带走的热量↑,熔体温度↓→取向能力↑4浇口冻结时间：浇口尺寸↑→冷却变慢↓冻结较晚→充模延时→可在一定程度上补偿热运动引起的解取向,尤其在浇口附近取向非常明显。三、降解1.概念：把相对分子质量降低的现象称为降解或裂解。2.原因：由于受到热和应力的作用或由于高温下聚合物的微量水分、酸、碱等杂质及空气中氧的作用,导致分子断裂、交联与结构改变。3.影响：较轻时,使聚合物变色。进一步,分解出低分子物质,粘度↓出现气泡、流纹等弊病,并削弱塑料的物理力学性能。严重时,会使塑料烧焦、碳化、变黑。4.措施：对成型来说,热降解是主要的,由应力、氧气和水引起的为次要的。1严格控制原材料的技术指标,避免杂质；2生产前,干燥处理,特别是聚酯、聚醚、聚酰胺等易吸水分3制定合理的成型工艺,特别是对热稳定性差,加工温度与分解温度接近塑料；4加入稳定剂、抗氧化剂等,以提高抗降解能力。四、交联1.概念：聚合物线型结构转变为体型结构的化学反应过程。2.特点：交联后聚合物的强度、耐热性、化学稳定性和尺寸稳定性提高。3.适应：热固性塑料。对热塑性塑料是有害的。4.原理：聚合物分子链中带有反应基团〔羟甲基或反应活点〔不饱和键等,成型时与交联剂〔硬化剂作用而交联在一起。思考题聚合反应的概念。高聚物的相对质量有多少。聚合物大分子的形态特点。聚合物大分子有哪几种结构类型。聚合物的物理状态。结晶与结晶度的概念。取向的原因和对制品性能的影响。影响取向的因素。降解的概念。产生降解原因和预防措施。交联反应的概念和特点。成型物料§3－1塑料的组成1.树脂〔塑料的主要成分作用：1联系或胶粘着塑料中的其他一切组成部分；2决定塑料的类型和性能。2.助剂用以改善塑料原料的某些性能的添加剂。作用：改善工艺性能：改进加工条件,提高生产效率；提高使用性能：改善制品性能,延长寿命。1填充剂：作用：大大降低塑料成本；显著改善塑料性能。如：*酚醛树脂中加入苯酚,克服了脆性,成本降低；PE、PVC中加入钙,提高刚性耐热性,成本降低；聚酰胺、聚甲醛中加入MoS2、石墨、PTFE,使耐磨耐热,抗水,硬度提高；*塑料中加入玻璃纤维,机械强度大大提高。类型：按化学性能：无机填料、有机填料按形状：粉状、层状、纤维状等粉状：木粉、硅藻土、滑石粉、云母粉、石棉粉、高岭土、石墨、金属粉；层片状：纸张、棉布、石棉布、玻璃布、木片；纤维状：棉花、亚麻、石棉丝、玻璃丝、碳纤维、金属须2增塑剂概念：能与树脂相溶的不易挥发的高沸点有机化合物。作用：<1降低树脂的熔融粘度和温度,改善流动性；<2改进塑料的柔软性、提高延伸率、冲击性及耐寒性。原理：加大树脂分子间距,因而削弱大分子间的作用力,使树脂分子容易滑移,从而使塑料在较低温度下具有良好的可塑性和柔软性。常用：邻苯二甲酸二丁酯、氯化石蜡。3稳定剂概念：可以提高树脂在热、光、氧和霉菌等因素作用时的稳定性,阻缓塑料变质的添加剂。类型：热稳定剂抑制成型过程中可能发生的热降解反应；延缓制品在储存使用中因热、光、氧的引起的降解。光稳定剂防止在阳光、灯光、高能射线下的降解和性能变坏。抗氧剂预防和抑制高温氧化、光辐射氧化脱氢等。要求：稳定效果好；耐水、油、化学药品,与树脂相溶；成型过程中不分解,挥发小,无色。常用：硬脂酸盐〔锌、铅的化合物等。4润滑剂作用：改进流动性,减少或避免对设备、模具的摩擦和粘附。常用：硬脂酸及其盐类。5着色剂类型：有机颜料、无机颜料、染料。要求：性质稳定、不易变色、着色力强；与树脂有良好的相溶性,不与其他成分起化学反应。6固化剂〔硬化剂、交联剂如：酚醛树脂加入六亚甲基四胺,环氧树脂加入乙二胺等。另外,还有发泡剂、阻燃剂、防静电剂、导电剂、导磁剂。§3－2塑料的分类一按受热行为分1.热塑性塑料特点：1〉大分子链比较容易活动,受热时分子间可以相互移动；2〉具有较好的可熔性和可模塑性。3〉固化后可以再次加热、冷却而反复具有流动性和固化性。常见品种：聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚酰胺、丙烯腈－丁二烯－苯乙烯、PEPPPSPVCPAABS聚甲基丙烯酸甲酯、聚四氟乙烯、聚甲醛、聚碳酸酯、聚矾PMMAPTFEPOMPCPSF2.热固性塑料特点：1〉加热之初分子呈线型结构,具有可熔性和可塑性,可制成一定形状塑料件。2〉继续加热时发生交联,分子呈网状结构,固化后,可熔性、可塑性消失。3〉冷却后无法再次加热软化或熔融,高温下只能被烧焦碳化。常见品种：酚醛塑料、氨基塑料、环氧塑料、不饱和聚酯、PFEPUP硅塑料。二按固态聚合物大分子构型分1.结晶型塑料PE、PP、PA、POM、甲醛2.不定型PS、PVC、PMMA、PC三按应用范围分1.通用塑料：产量大、用途广、价格低、性能一般。产量占总量的一大半以上。包括6大品种：聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、酚醛、氨基塑料PEPPPVCPS2.工程塑料：在工程技术中用作结构材料。具有较高的强度,很好的耐磨性、耐腐蚀性、自润滑性及尺寸稳定性,即具有某些金属性能,可以替代金属作某些机械构件。常用：聚酰胺、聚甲醛、聚碳酸酯、ABS、聚矾、聚苯醚、聚四氯乙烯PAPOMPCABSPSFPPOPTFE3.特殊塑料：具有某些特殊性能的塑料。有高的耐热性或高的电绝缘性及耐腐蚀性。如：氟塑料：聚四氟乙烯。减摩自润滑零部件,高温下或腐蚀介质中的各种无润滑活塞环,低转速摩擦轴承等。§3－3塑料的成型工艺性一收缩性1.概念：塑料经成型冷却后,其尺寸或体积发生收缩的现象。2.表现形式：1线尺寸收缩：热胀冷缩、脱模时的弹性恢复、塑性变形等原因。2后收缩：脱模后,各种残余应力松弛导致尺寸变化。3收缩的方向性：取向效应→各向异性→使收缩量因方向不同而有差异。沿取向方位强度大,收缩大,出现方向性,会造成扭曲现象。3.收缩率实际收缩率：Ss=<LSQ－Ls>／Ls×100%计算收缩率：SJ=<LM－Ls>／Ls×100%对大型、精密模具成型零件尺寸计算时常采用Ss对普通中、小模具成型零件尺寸计算时常采用SJ二流动性1.概念：在成型过程中,塑料熔体在一定温度和压力作用下充填模腔的能力。2.表示方法：*熔体指数MI：在一定温度和压力下,10min内从熔体指数测定仪出料孔挤出的聚合物熔体质量<g>表示。g／10min。MI越大则流动性越好。*螺旋流动试验值：将被测塑料在一定温度和压力下注入标准的阿基米德螺旋线模具内,用其所能达到的流动长度〔cm表示。流动长度越大,流动性越好。3.影响流动性的因素1〉成分2〉温度3〉压力4〉剪切作用5〉模具结构思考题热塑性物料、热固性物料的概念。通用塑料、工程塑料、特殊塑料的概念。试述收缩性及其表现形式。流动性的概念与表达方式。第四章普通注射成型工艺§4－1注射成型原理及工艺过程一、原理二、工艺过程一成型前准备1、原料检验成型前对原料进行外观和工艺性检验内容：色泽、粒度、均匀性、流动性、热稳定性、收缩率2、干燥处理〔除去水分子及挥发物作用：避免制件表面出现银丝、斑纹、气泡和物料降解。3.嵌件的预热嵌件：为了满足装配和使用强度的要求,注射成型时镶嵌在塑料制品内部的金属件。注射成型制件冷却时,制件与嵌件收缩量不一样,嵌件周围会产生较大的内应力,导致嵌件周围的强度下降或出现裂纹。预热→温度差↓→内应力↓4.料筒清理除去残存废料5.脱模剂的选用1液体石蜡用于聚酰胺〔PA2硬脂酸锌用于聚酰胺以外的塑料3硅油润滑效果好,但是价格较贵,使用不便。〔需配甲苯溶液二注射过程<包括加料、塑化、充模、冷却和脱模几个过程>1.加料要求：因是间歇过程,需定量加料,以保证操作稳定,塑化均匀,获得良好的塑件。加料过多→热降解、功率损耗↑加料过少→压力↓,难于补缩,出现凹陷、空洞2.塑化概念：指塑料在料筒内经加热达到流动状态并且具有良好的可塑性的过程。要求：1达到规定的成型温度；2熔料各点温度应均匀一致；3能提供足够数量的熔融塑料。故应视塑料的成型特性,正确选择工艺参数和设备3.注射指用柱塞或螺杆推动塑化后的塑料熔体充满塑料模型腔,并使熔体在压力下冷却凝固定型,直止制品脱模的全过程。1充模阶段：从柱塞或螺杆向前推进,将熔体射入型腔开始,到填满型腔为止．时间：0→t1；压力：0→P02保压补缩阶段：熔体填满型腔开始,直到柱塞〔螺杆开始后退为止。时间：t1→t2；压力：P0保压：注射压力对模腔内的熔体继续进行压实的过程。补缩：对模腔内熔体因成型收缩而出现的孔隙进行补料的动作。作用：补充因收缩〔冷却而在模腔中造成的空隙,使模腔内熔体压力不变,从而提高制品的完整性和致密型,减少制品因收缩而造成的缺陷。若保压力不足,补缩会因浇口摩擦阻力限制不易进行。若保压时间不足,也会因倒流造成模腔压力迅速下降的现象。3倒流：从柱塞开始后退到浇口处熔料冻结为止。时间：t2→t3,因柱塞后退→模腔压力↓→浇注系统压力↓→熔体从型腔中倒流→型腔压力↓〔P0－Ps影响因素：保压时间短→倒流严重保压时间长→倒流减少,甚至无倒流对制品质量的影响：Ps和温度决定制品的平均收缩率4浇口冻结后的冷却：t3－t4制件在密封状态下继续冷却、硬化、定型,同时注射机开始重新塑化。随温度↓→Ｖ塑件↓、p↓开模时型腔与大气压力之差称残余压力Ｐr。影响Ｐr大小的因素：P0大小及保压与冷却时间长短。Pr对质量的影响：Pr＞0脱模较困难,制品易刮伤或破裂。Pr＜0制品表面易凹陷,内部有真空泡。Pr→0脱模容易,质量好。5脱模三制品的后处理1.原因：塑化、冷却不均匀→收缩不均匀→内应力→使用中变形开裂。2.作用：消除内应力,改善性能,提高尺寸稳定性。3.方法：〔1退火处理：制品在一定温度下保温一段时间后缓慢冷却。介质：热水、动物油、甘油、液体石蜡等。温度：大于使用温度10～20℃到小于热变形温度10～20℃。时间：取决于塑料品种、介质温度、制件形状、壁厚和精度〔2调湿处理：主要用于聚酰胺类塑料原因：该类塑料脱模时,高温下接触空气容易氧化变色。在空气中存放或使用时容易吸水膨胀,使精度下降。方法：制品脱模后立即放在热水中处理,以隔绝空气防止氧化,消除内应力,且加快吸湿平衡,稳定制品尺寸。温度：100～120℃。时间：取决于品种、形状、厚度、结晶度大小。§4－2注射机与注射成型系统1注射成型系统：指注射机内用于成型动作的注射系统、合模系统以及安装在注射机上的模具。2注射量：指注射机一次工作行程所能注射出的熔体的体积<cm3或质量〔g。理论注射量：在对空注射条件下,柱塞〔螺杆作一次最大行程时,注射装置所能注射出来的熔料的体积VT〔cm3。VT=πDs2×S／4实际注射量：按85%的理论注射量折算出的聚苯乙烯Ps的质量Q〔g。Q=0.85ρVT式中,ρ=1.05—Ps的密度<g／cm3>3合模力：指注射机的合模机构所能施加的最大加紧力。*最大成型面积的确定经验公式A=KV2／3<cm2>式中：V—注射量cm3K—经验系数约为1.2～1.5*所需合模力FF=CPmA式中：C—安全系数,C=1.1～1.5Pm—模腔平均压力〔PaA—面积〔cm2§4－3注射成型工艺条件的选择与控制一、温度1.料温1料温对成型工艺的影响料温适当时,塑化好、粘度↓流动阻力↓压力损失↓熔体在模内流动充模条件较好。料温太低,不利于塑化→物料粘度↑→流动成型比较困难、制品容易出现熔接痕、表面无光泽、缺料。料温太高,易热降解→制品性能下降。其中,喷嘴温度略低于料筒最高温度,以防止出现"流涎"现象。2.模温指和制品接触的模腔表壁的温度。模具温度对熔体的充型能力及塑件的内在性能和外观质量影响很大,模温的高低取决于结晶性的有无、塑件尺寸和结构、性能要求及其他工艺条件。1模温对非结晶型塑料成型工艺的影响模温↑→熔料粘度↓→充模能力↑,但冷却时间长。在实现顺利充模情况下,模温↓→冷却时间↓→生产率↑2模温对结晶型塑料的成型工艺及制品性能的影响熔料注入型腔后,当温度降到熔点以下即开始结晶,模温的高低影响冷却速度和结晶速度,从而影响制品性能。模温较高→冷却速度↓模温较低→冷却速度↑因此,以中温比较合适。3模温的控制热平衡：熔料注入模具自然升温和自然散热达到平衡来保持模温降温：通入冷却介质。升温：采用介质加热或电加热。二、压力1.塑化压力背压*概念：采用螺杆式注射机时,螺杆头部熔料在螺杆转动后退时受到的压力叫背压。背压的大小影响螺杆对物料的塑化效果及塑化能力。故又称塑化压力。该压力可通过溢流阀来调节。*背压对成型工艺和制品质量的影响：背压↑1驱除物料中的空气,提高熔体密实程度。2螺杆后退速度↓剪切作用↑摩擦热↑熔体温度↑塑化效果↑3但塑化速度↓成型周期↑甚至导致降解*背压的选择：在满足制品质量的前提下,背压低一些为好,一般小于2MＰa2.注射压力1概念：螺杆〔柱塞向前移动时,其头部对塑料熔体施加的力。2作用：①克服熔体从料筒流向型腔的流动阻力；②使熔体具有一定的充模速度；③对熔体进行压实。压力范围一般在40～130MPa之间,见P107表4－123选择规则：a对于玻璃化温度和熔体粘度较高的塑料宜用较大的注射压力b对尺寸较大、形状复杂或薄壁制品,因流动阻力大,也需要较大的注射压力。c熔体温度低时,注射压力应大些。d实际流动比应小于熔体在定压下的流动比。三、时间概念：注射时间充模时间〔柱塞、螺杆前进时间注射时间保压时间〔柱塞、螺杆停留在前进位置的时间闭模冷却时间〔柱塞后撤、螺杆转动后退的时间均在其中其他时间〔开模、脱模、涂脱模剂、放嵌件及合模时间其中注射和冷却时间是基本组成部分,对质量有决定性影响1.注射时间：注射活塞开始向前运动至保压补缩结束为止,所经历的时间。其中：充模时间不长,一般小于10s；保压时间较长,一般20～120s,壁厚的可达5～10min。*保压时间对质量的影响：不充分：倒流→模压↓→制品内部产生真空,表面出现凹陷。足够长：浇口冷结→无倒流→制品密度↑收缩小,无缺陷。过长：浪费时间→无助于密度的增加。*保压时间选择：1形状复杂和薄壁制件,为保证质量,应增加注射压力。2通常以塑料制品收缩率最小为保压时间的最佳值。2.冷却时间：指注射结束到开启模具的时间。*影响因素：熔体温度、模温、制品厚度、塑料的热性能、结晶性能。*选择原则：脱模时制品应有一定的刚度,不因温度过高而变形翘曲,同时尽量缩短冷却时间,一般30～120s。四、注射成型的用料量1.注射量概念：注射机在每一次工作行程中向模内注入的熔体质量或体积。要求：制品的注射量ｍi＜设备的最大注射量ｍIｍi=<0.1～0.8>ｍI或者ｍimax=1.25<Nｍg+ｍj>＜ｍIρ件／ρI式中：ｍg—塑件质量ｍj—浇注系统赘料质量N—型腔个数ρI—聚苯乙烯的密度2.塑化量概念：注射机单位时间内能够使物料转变成具有注射温度下的最大熔体量〔即最大塑化量。g／s〔是针对聚四氟乙烯PS其他塑料的最大塑化量=PS的塑化量×PS在注射温度下的总热容／注射塑料在注射温度下的总热容五、合模力的计算和控制1.概念：额定合模力FI：注射机合模系统产生的合模力。工艺合模力Fi：注射时实际需要的合模力。在不同阶段,其值不同。2.要求：Fi＝APＭ＜FI或Fi≤〔0.8－0.9FI式中：A—制品〔包括浇注系统和飞边在分型面上的投影面积；PＭ—平均模腔压力。§4－4注射成型制品的设计一、注射成型制品的工艺性：概念：制品的注射成型性能的好坏。制品的工艺性好,则成型容易,工艺条件宽松,模具结构简单,成本较低。二、影响工艺性的因素：1.形状结构；2.尺寸大小；3.尺寸精度；4.表面质量。三、制品设计1.设计原则1保证制品的使用要求<几何尺寸、精度、物理力学性能等>2力求选用成型性能好、价格低廉的塑料；3应力求使形状、结构简单,壁厚均匀〔易成型；4形状合理,有利于模具分型、排气、补缩和冷却；5避免明显的各向异性,以免制品翘曲变形；6技术要求尽量放低；7辅助工作量应尽量少<成型后最好不再机加工>2.制品尺寸1外形尺寸*影响因素：a.塑料的流动性可使制品尺寸b.注射机规格：注射量、合模力、成型面积、模具固定板尺寸*选择方法：在满足制品使用要求前提下,尽量使结构紧凑,以减小外形尺寸,节省材料和能耗。2制品壁厚*对工艺的影响：t↑→材料消耗↑成本↑,冷却时间〔周期↑易产生凹陷、缩孔、夹心→强度↓t↓→流动阻力↑不易成型*选择方法〔最小壁厚：热塑性塑料流动性好,最小壁厚可达0.25mm,但一般≮0.6～0.9mm,常取2～4mm。3.制品的尺寸精度：〔1概念：指获得的塑料件尺寸与产品图中尺寸的符合程度。〔2影响因素：1成型材料：塑料的收缩性、流动性、水分、挥发物含量、原料配置工艺、生产批量等；2工艺条件：成型温度、压力、时间→收缩量→精度；3制件形状：形状、壁厚→成型收缩；脱模斜度→尺寸精度；4模具：制造精度、磨损程度、形状结构→收缩的方向性；5成型后的时效变化：后收缩,存放不当将产生弯曲、扭曲等变形。由以上的分析可知塑件的尺寸精度往往不高,应在保证使用要求的前提下,选用较低的精度等级。〔3公差：公差标注时,孔前冠以"+"号；轴前冠以"－"号；中心取其半,冠以"±"号。*公差的选择：1配合尺寸精度高于非配合尺寸精度；2受收缩波动影响,小尺寸易达到高精度；3不同塑料,收缩率变化不同,尺寸稳定性不同4未注公差按表中8级精度处理。4.表面粗糙度影响因素：原料质量,操作水平,模腔表面质量制品Ra↓,要求模腔表面越光滑,制造难度越大一般模腔表面Ra要比塑件Ra低1～2级或为制品的1／2～1／4选择：主要考虑外观,一般为Ra0.02～1.25um５．形状结构*<1>脱模斜度：因为冷却收缩,使塑件包住凸模或型腔中的凸起,因此为便于从塑件中抽出型芯或从型腔中脱出塑件,防止脱模时拉伤塑件,模具上必须有一定的斜度。*影响脱模力的因素：1收缩率增加,使包紧力增大,导致脱模力增大2壁厚3制品形状4脱模斜度减小,使脱模力增大,且易损伤制品表面*范围：一般α＝0.5～1.5°1外表面取较小值,内表面取较大值；2型芯越高或型腔越深,α取较小值,反之取较大值；3为使制品在脱模时留在型芯上,内表面α＜外表面α,反之亦然；4制品精度越高,α越小。<2>圆角除了使用上要求采用尖角之外,其余转角处均应尽可能的采用圆角过渡。作用：避免应力集中,提高制品强度,改善流动,便于脱模。大小：内角R=0.5t外角R=1.5t<3>加强筋1作用：a增加塑件强度b防止制品翘曲变形如果增加壁厚不合理易产生缩孔和凹陷2加强筋形状3设计原则*筋的方向应与物料的填充方向一致,否则将因筋的干扰而出现成型缺陷*多设计一些高度较低的筋代替较高的筋。*两筋的中心距不小于2t。*各条筋的排列相互错开。*各筋厚度应尽量相同。<4>支撑面a.不宜采用大平面；原因：不易做平〔变形翘曲、不易支撑〔不平稳b.一般采用底脚〔3点,4点支撑或边框支撑；c.支撑面附近有加强筋时,筋的顶部应低于支撑面0.5mm以上<5>增强结构〔防止变形结构1原因a.某些结构不许有加强筋或加强筋效果不理想的情况；b.塑件在较高温度下取出后,将发生较大变形,需设防变形结构。2方法a.底面加强b.边缘加强c.平板加强d.侧壁加强〔6孔1常见孔型a通孔b盲孔c复杂孔2孔对成型工艺的影响a.使熔体流动困难〔型芯作用。b.孔的周围易产生熔接痕使强度降低。c.模具结构复杂。3孔的设计原则a.孔间距取孔的2倍以上〔考虑强度。b.孔的周边要加厚〔强度和刚度。c.孔与端部的距离最好大于孔径的3倍以上〔d小于10mm时d.孔径应为轴径的120％～140％,装配后需有一定间隙,以免产生热应力。e.盲孔时型芯为悬臂梁,如直径太小,会因塑料流动而变形d＜1.5mm时,h≤2d；d=1.5～5mm时,h≤3d；d=5～10mm时,h≤4d。f.对于深孔,可用对接型芯,为防止偏心,应将一个型芯加大〔7侧凹和侧孔侧凹：侧向的凹凸结构。1侧凹的设计〔尽量避免侧凹a.尽量应用较浅的侧凹以强制脱模,用于软塑料制品〔如PE、PP等b.对于较深的侧凹可采用瓣合模式模具,但结构复杂,制造困难。2侧孔的设计a.可采用侧向分型与抽芯机构,但模具结构复杂。b.尽量改善侧孔结构,以达到事半功倍的目的。方法：使其能实现轴向抽芯〔8嵌件1概念：注射成型时镶嵌在塑料制品内部的金属零件。2作用a提高制品的强度,刚度b满足某些特殊的使用要求〔导电导磁,抗磨c保证制品的精度和尺寸稳定性3对工艺的影响使模具结构复杂,操作时间延长4常用的嵌件形状5设计要点a止转止退结构：环行沟槽、滚制花纹、特殊形状b膨胀系数c形状对称〔收缩均匀d圆角过渡,减少应力e定位正确且牢固思考题注射成型工艺过程注射过程注射时塑料流动的几个阶段制品后处理的原因和方法三大工艺条件的概念及其对成型工艺的影响影响注射成型工艺性的因素塑料制品的设计原则排气的原因定模、动模、分型面影响尺寸精度的因素选取脱模斜度的原因方法圆角半径的作用加强筋的作用和设计原则增强结构的常用形式第五章注射模设计概论§5－1注射模的基本结构及分类一、注射模的基本结构与工作原理一基本结构1.成型零部件〔包括凸模、凹模、型芯等作用：主要决定制品的几何形状与尺寸。2.导向机构〔导柱、导套、导柱孔作用：1保证动定模之间或模具其他零部件之间的准确对合,以保证制品形状和尺寸的精度。2避免模具中各种零部件间发生碰撞和干涉。3.浇注系统〔主流道、分流道、浇口、冷料穴、拉料杆等作用：将注射机注射出的塑料熔体引向闭合模腔。其形状和大小对熔体充模时的流动特性及制件质量等有重要影响。4.顶出脱模机构：概念：将制件脱出模腔的装置。组成：拉料杆、顶杆、顶杆固定杆、顶杆底板等。5.侧向分型侧向抽芯机构：在开模顶出制品之前,由该机构先把成型侧凹<或侧孔>的瓣合模块或侧向型芯从制品中抽出。6.排气结构：〔包括排气槽、配合间隙排气等在塑料熔体充模过程中,排除模腔中的空气和塑料本身挥发出的各种气体,以免造成成型缺陷。7.温度调节系统：目的：为了满足注射成型工艺对模具温度的要求,以保证塑料熔体充模和制品的固化定型。8.支撑零部件：作用：安装固定或支撑成型零部件,使之组装在一起,构成模具的基本骨架。二、注射模分类一按塑料品种分热固性塑料、热塑性塑料、低发泡塑料。二按安装方式分移动式注射模：成型后将模具移出注射机工作空间后脱模固定式注射模：动定模分别固定在注射机上三按型腔数目分单型腔注射模多型腔注射模四按流道结构特点分1.普通流道2.绝热流道3.热流道五按所使用的注射机分1.立式注射模2.卧式注射模3.直角式注射模六按总体结构分1.单分型面2.双分型面3.活动镶块式4.可自动卸螺纹式5.定模侧设有顶出脱模机构的注射模6.带有侧向分型与抽芯机构的注射模§5－2分型面的选择一、类型1.制品全部在动模内2.制品全部在定模内3.制品同时在动定模内4.制品在瓣合模块内成型二、常见分型面形状1.平面分型面2.阶梯分型面3.斜分型面4.曲面分型面5.主、辅分型面6.瓣合分型面三、选择原则1.应选在对制品外观没有影响的位置,且应易于清理或不产生飞边。2.应有利于制品的脱模,否则模具结构会变得复杂。应使制品在开模后滞留在动模一侧,应使型腔位于定模。3.不应影响制品的尺寸精度。不应将制品中,精度要求较高的表面进行分割。4.应尽量减小模腔在分型面上的投影面积。〔分型面的方向以免在分型面面积接近许用注射面积时产生溢料现象。5.应有利于排气。要求分型面尽量与最后充满熔体的模腔表壁重合。6.应尽量减小脱模斜度,减小给制品大小端带来尺寸差异。对于要求较高的制品,分型面应设在制品中部。7.模具按分型面分剖后应便于加工。8.应尽量减小开模行程。当制品要求较高,脱模行程可能大于开模空间时§5－3注射模与注射机的关系一、国产注射机的主要技术规格二、注射机性能参数校核设计模具时要先选择确定模具的结构类型及一些最基本的参数和尺寸,并应与注射机的技术规格相匹配,否则,模具将无法使用。其计算校核内容如下：1.模腔数量的确定和校核1按注射机的最大注射量mＩ确定模腔数量N1KmＩ≥N1ms+mj=miN1≤〔kmＩ－mj／ms2按注射机的塑化能力确定模腔的数量N2原理：塑化能力≥工艺需要的能力kmp≥<N2ms+mj>3600／t∴N2≤<kmpt／3600－mj>ms式中mp—注射机额定塑化量〔g／h,cm3／hk—利用系数,取0.8ms—单个制品的质量或体积〔g,cm3mj—浇注系统和飞边所需的塑料量〔g,cm3t—成型周期〔s3按额定合模力FI确定模腔数量N3FI≥pL<AsN3+Aj>=FiN3≤<FI－pLAj>／<pLAs>Aj—浇注系统飞边的投影面积〔mm2As—单个制品在分型面上的投影面积〔mm2pL—单位投影面积所需的合模力,近似为模腔平均压力4>按制品要求的尺寸精度确定模腔数量N4<经验公式>N4=<δ－δd·L／100>／<δd·L／100×4%>+1=2500δ／δd·L－24式中L—制品的基本尺寸δ=1／2△△—制品的尺寸公差δd=1／2△d△d—单腔时塑件可达到的公差PE、PS、PC、ABS等无定型塑料△d≈±0.05%POMPA－66△d≈±0.2%、±0.3%对于高精度制品N4≯42.注射量校核〔影响因素较多mi=<0.1～0.8>mI3.合模力,投影面积校核Fi≤〔0.8～0.9FIAi=AsNs＋Aj<AI4.注射力校核所需注射力应稍小于设备的最大注射力Pi≤PI5.模具厚度校核Hmin≤HM≤Hmax6.开模行程<S>校核HM确定后,S的大小将影响模具所能成型的制品高度<1>Smax与HM无关〔液压－机械式合模系统S≤Smax－<5～10>mm1>单分型面注射模S=H1+H22>双分型面注射模S=H1+H2+a其中：H1—制品脱离模具所用距离H2—制品高度〔包括浇注系统a—取出凝料所需的高度〔2Smax与HM有关〔液压式或丝杠式合模系统Smax=SK－AMSK—动定模固定板最大距离S≤SK－HM－5～10mm〔3考虑侧抽距时的最大开模行程校核侧抽距Hc：完成侧向抽芯动作所需的开模距离。1Hc>S时,以Hc代替前式S校核2Hc<S时,可不考虑Hc的影响7.推顶装置校核〔1顶出形式〔模具推板应与注射机顶杆的形式相匹配1中心顶杆2两侧双顶杆3中心顶杆液压顶出与两侧机械顶出联合4中心顶杆液压顶出与其他开模辅助油缸联合〔2顶杆直径,顶杆间距〔3顶出距离8.模具安装与固定尺寸校核*〔1模具外形尺寸与拉杆间距的关系〔2模具安装与固定板上的螺钉〔梯形槽位置和孔径要相适应。其连接方式有：1通孔连接特点：固定安全；台阶尺寸大,影响模具尺寸,装卸费时,要求通孔与螺孔一致。2开槽连接特点：安装灵活可靠,尺寸较小。3压板固定特点：安装灵活,台阶尺寸小；固定不如1方案可靠。〔3主流道尺寸与喷嘴尺寸相适应〔4应使主流道中心线与机筒中心线重合要求：定位环与定模中心的定位孔配合。思考题模腔数量的确定和校核注射机的分类合模力的作用注射模的分类分型面的选择原则嵌件及其作用和设计要点注射模的基本结构应包括哪几部分成型侧凹时可采用强制脱模的条件制品厚度对成型工艺和制品质量的影响孔对成型工艺的影响和设计原则第六章浇注系统设计概念：塑料熔体从注射机喷嘴流向型腔的通道。它向型腔中的传质、传压、传热情况决定着塑件的内在和外观质量。它的布置和安排影响着塑料成型的难易程度和模具的复杂程度。§6－1浇注系统的组成及其设计原则一、浇注系统的组成1.主流道：是连接注射机喷嘴与分流道的一段料流通道。是模具进料的入口,可将熔体从喷嘴引入到模具。2.分流道：主流道与浇口之间的一段料流通道。用于一模多腔和一腔多浇口时,将熔体分配至各型腔或同一型腔的各处,起着对熔体的分流转向作用。单腔单浇口模具,常常没有分流道。3.浇口：是分流道与模腔之间,长度非常短,截面最小的一段料流通道,其形状和尺寸大小对成型工艺和塑件质量有重要作用。4.冷料穴：位于主流道末端分型面的动模一侧,分流道较长时,其末端也可设冷料穴,也可在型腔外相应处设置冷料穴。作用：收集前锋冷料,防止冷料堵塞浇口及进入模腔后影响质量。二、浇注系统的作用：1.注射时,将熔体均匀而平稳地输送入模腔,并使腔内气体及时顺利排出；2.冷却凝固时,将压力有效地传递到型腔各部位,以获得形状完整、内外在质量优良的塑料制件。三、浇注系统的设计原则浇注系统设计是否合理,对塑料件性能、结构、尺寸、内在质量等影响很大,还与塑件的材料利用率、成型生产效率等相关,所以是模具设计的重要环节。1.应与所用塑料的成型特性相适应不同的塑料品种,其流动性不同,流道和浇口的选择也将不同。2.流程尽量短,以减小热量与压力损失。应使熔体在模具中的流程尽量短且不发生弯曲,同时控制好流道的表面粗糙度,从而减少压力损失和熔体的热量损失,并缩短充模时间。3.应有良好的排气。应能顺利地引导塑料熔体充满型腔的各个角落,使型腔和浇注系统中的气体有序地排出,充填时不发生涡流和紊流。也不会导致气体积存而产生的凹陷、气泡、烧焦等缺陷。4.防止型芯变形和嵌件位移。避免熔体正面冲击细小型芯和嵌件。5.便于修整浇口,以保证塑件的外观质量。浇口的位置和形状尽量根据制品的形状和使用要求确定。6.防止制品变形和翘曲。7.合理设计冷料穴。以免产生冷疤或冷斑。8.尽量减少塑料消耗。应使浇注系统长度和容积尽量小。§6－2主流道设计主流道属于从热的塑料熔体到相对较冷的模具的一段过渡流动长度。其形状和尺寸最先影响熔体的流动速度和填充时间,必须使熔体的温度降和压力降最小,且不影响熔体的充模能力。一、主流道设计1.锥度α,一般2ｏ～8ｏ,常用4ｏ～８ｏ。目的：便于凝料脱出。2.小端直径D1,应大于喷嘴孔径0.5～1mm。特点：主流道与喷嘴间同轴度有偏差时,避免凝料卡滞在内。3.凹球面半径,应大于喷嘴半径1～2mm。特点：使两者紧密接触,防止两球面出现间隙而溢料,影响脱模4.主流道长度一般≯60mm,同时受模座厚度与模具结构限制5.球面配合高度h=3～5mm。6.主流道表面粗糙度Ra=0.8～1.6。二、主流道衬套设计1.概念：将主流道开设在一个嵌套中,便形成主流道衬套,也可直接开在定模底板中。2.优点：1〉便于加工；2〉寿命长便于选材和热处理,减少熔体和喷嘴接触和碰撞时的摩擦与变形。3〉损坏后便于修磨和更换。3.常见形式A常见形式B4.主流道衬套的固定1〉与定位环设计成整体式,一般用于小型模具。把A型衬套的头部直径dh加大到与注射机定模固定板上的定位孔一致,用于配合定位,并采用螺钉孔与定模底板固定,2〉与定位环配合将衬套和定位环设计成两个零件,然后配合固定在模板上。定位环的作用：使主流道衬套与喷嘴对中。dj、dm分别与定位孔和模具底板配合,且可系列化。内孔与衬套配合：H9／f9§6－3分流道设计一、要求：1.能平稳、均衡地将熔体分流到各个模腔；2.熔体通过分流道时的温度下降和压力损失应尽量小。二、设计要求：1.分流道布排应尽量平衡。从主流道到各个型腔的分流道设计长度相等,截面形状和尺寸都相同,使所有型腔同时得到均一的充填和成型,制件质量和精度一致。2.分流道的长度应尽量短,且少弯折。可最经济地使用原料和注射机的能耗,减少压力损失和热量损失。3.当分流道较长时,其末端应留有冷料穴。4.截面尺寸：在满足充模前提下尽量小,但应在充模补缩后方可凝固。截面过大：1积存空气增多,塑料易产生气泡；2塑料耗量增大；3冷却时间增长。截面过小：填充时间增长,导致塑件缺料,产生波纹等,5.截面形状：1比表面积：流道表面积与体积之比。比表面积减小,则在输送相同体积的熔体时,传给模具的热量减小,和模具间的摩擦阻力减小。2加工的难易程度：为了使凝料脱模,分流道一般设置在分型面上,截面形状不同,加工的难易程度不同,生产成本也不同。圆形截面分流道比表面积最小,因此流动性最好,热量损失最少,是理想的形状,但是要以分型面为界分成两半加工才有利于凝料脱出,故其工艺性不佳,且闭合后难以确保两半圆对准,故实际不常用。生产中常用梯形,小型模具用U型。6.表面粗糙度：为避免外层冷料进入模腔,分流道表面粗糙度Ra不能太小。1这样有助于熔体外层冷却及固定；2内外层产生速度差,具有合适的剪切速率和剪切热。§6－4浇口的设计和选择一、浇口的概念：1.概念：亦称进料口,是连接分流道与型腔的通道。除直接浇口外,它是浇注系统中截面积最小的部分,也是关键部分。浇口的位置形状及尺寸对充模流动性质和塑件质量有重要影响。2.分类：1非限制性浇口：直接浇口作用：起着引料、进料作用。2限制性浇口作用：a通过截面积的突然变化,使熔体产生加速度,使切变速率增加。使熔体呈理想的流动状态,迅速而均衡地充满型腔；b调节浇口尺寸,可使多型腔同时充满,使系统平衡；c调节浇口容积,控制填充时间,提高制件质量；d便于浇口凝料与塑件分离；f提高生产率。二、浇口的形状及特点1.直接浇口1特征：熔体直接由主流道进入型腔。浇口尺寸没有缩小,而是主流道的自然延伸,对熔体流动无限制,又称非限制性浇口。一般都开设在塑件一端的中心,故又称中心浇口。2特点：a.流动阻力小,料流速度快；b.浇口尺寸大,冷却冻结慢,保压补缩时间长；c.残余应力大。压力直接作用在塑件上,会在进料处产生较大的残余应力而导致塑件翘曲变形。3用途：a.各种塑料生产,大型厚壁长流程深型腔制品。对PE、PP等取向严重的塑料,不宜成型浅而平的塑件；b.单腔模。4设计要点：a.尺寸仿照主流道设计；b.浇口直径不宜过大。2.点浇口1特征：直径很小。2特点：a.熔体通过浇口时产生大量摩擦热,使温度上升,粘度下降,流速增大,流动性提高,有利于薄壁塑件成型；b.残余应力小,特别是浇口附近；c.对浇口位置的限制较小,可自由地选择进料部位；d.浇口尺寸小,贅料易塑件自行断开,易实现自动脱件；e.浇口痕迹小,修整后几乎看不出；f.冻结快,成型周期短；g.易实现均衡进料；h.模具结构复杂,采用三板结构；i.要求采用的注射压力较高。3用途：低粘度塑料和非牛顿型塑料；不适用厚壁塑件成型、高粘度塑料和牛顿型塑料。4结构形式：3.侧浇口1特征：开设在分型面上,从型腔的侧面进料,截面形状多为矩形狭缝。也称边缘浇口、普通浇口,对称为标准浇口。2特点：a.加工容易,修整方便；d.可根据塑料形状特征灵活地选择进料位置；c.调整h和b,可调节熔体充模时的剪切速率及浇口冻结时间d.会形成熔接痕、缩孔、气孔等缺陷,浇口痕迹大；e.注射压力损失大,对深型排气不便。3用途：所有可注射成型的塑料。4尺寸：LG与压力降成正比,h影响冻结时间,b越大填充速度越低,阻力越小。经验公式：b=<0.6～0.9>√A／30,h=b／3式中,A—塑件的外侧表面积〔mm24.扇形浇口侧浇口的一种变异形式。当制品的A过大,算出的b值>分流道直径时,易选用扇形浇口.1特征：沿进料方向,宽度递增,厚度递减,断面积保持不变.并通常在与模腔结合处形成1mm左右的台阶。2特点：a.熔体带入模腔的空气较少；b.熔体在宽度方向上的流动更均匀,塑件的内应力较小；c.避免流纹和取向：当b太小时,流程差增大,两侧部分的内外层温差增加,取向程度大于中心,产生翘曲变形；d.浇口痕迹较明显,且去除困难。3尺寸：b1、h1按侧浇口方法计算；b2、h2按等截面法计算b2可达宽度的1／4；h2=0.25～1.6mm4应用：成型横向尺寸较大的薄片状及平面面积较大的扁平塑件。5.平缝浇口,又称薄片式浇口1特征：b很大,可沿宽度方向,h很小,成为狭缝,外边开设平行流道,可以较低的线速度,平稳流入型腔。2特点：a.内应力小,避免减少气泡和取向引起翘曲；b.疤痕明显,耗料多。3应用：大面积扁平制品。6.环形浇口1特征：浇口呈环形,开设在塑件的外侧。2特点：进料均匀,不产生熔接痕,气体易排出；浇口难去除,痕迹明显。3用途：一模多腔生产小型圆管状筒形塑件。7.盘形浇口1特征：浇口呈环形,开设在塑件的内侧。2特点：与环形浇口相同；另外,型芯只能一端支撑,为悬臂梁,刚性较差,制件同心度较差。3用途：用于一模一腔的情况。8.轮辐式浇口1特征：在盘形浇口基础上加以改进；由圆周进料改为几段小圆弧进料；浇口尺寸与侧浇口类似。2特点：a.浇口用料少且易切除；b.可使型芯上部进行定位,稳定性增加；c.易形成熔接痕。3用途：直径更大的筒形件或带有更大中心孔的塑件。9.爪形浇口1特征：与轮辐浇口的区别为：分流道与浇口不在同一平面,而是成一定夹角。2特点：型芯上部可得到支撑,稳定性提高,有利于保证壁厚均匀。3用途：内孔小且同轴度要求较高的细长管状塑件。10.潜伏浇口,由点浇口演变1特征：浇口的分流道位于分型面上,而浇口本身设在模具的隐蔽处。2特点：a.具有点浇口的优点；b.模具简单,浇口开在分型面,避免三板式结构；c.表面质量美观。d.浇口断开时受剪切作用。3应用：较软的塑件。11.护耳式浇口1>特征：采用小浇口加护耳的方法来改变塑料熔体流向,以避免熔体喷射流动,影响充模及成型后的制品质量。2特点：受到护耳的阻挡作用而使熔体线速度减慢,流向改变,致使熔体能够均匀地流入模腔。3应用：大型ABS、聚甲基苯烯酸甲酯、聚碳酸酯等透明塑料制品。三、浇口位置的选择浇口的位置不同,熔体充入模腔时的流程、流向、流态都会不同,型腔内各部分的熔体压力分布也会不同,从而对塑件的内在质量和外观质量产生影响,且影响模具结构。1.避免产生喷射良好的流动应保证模具型腔的均匀充填,并防止形成分层。而喷射充模可能增加表面缺陷、流线、熔体破裂及夹气。如果通过一个狭窄的浇口充填一个相对较大的型腔,将出现喷射,特别是低粘度熔体。2.考虑取向的影响垂直于流向方位上强度降低,易应力开裂。利用取向改善性能。3.尽量缩短流动距离应保证熔体迅速和均匀地充填模具型腔,不要使流程过长,从而避免和减少因取向应力和收缩不均造成翘曲。对于浅而平的大型制品,应采用多个点浇口,或薄片式浇口。4.应开在塑件壁厚最厚处优点：a.可保证充模流动性；b.有利于压力有效传递；c.有利于补缩。5.有利于排气要避免从容易造成气体滞留的方向开设浇口,应远离排气结构,否则,可能出现缺料、气泡,或焦斑等缺陷。6.减少熔接痕对强度和外观的影响应考虑熔接痕的数量、强度和方向。方案：a.采用直接浇口、点浇口、环形浇口可避免；b.熔接处设置冷料穴；c.使熔接痕方向对强度有利。7.避免料流挤压型芯或嵌件对于细长型芯要特别注意浇口位置。§6－5浇注系统的平衡进料设计一、概念：采用多腔注射模进行成型生产时,如果流经浇注系统的塑料熔体能够同时到达和充满各个模腔,则称该浇注系统为平衡系统,反之则为不平衡系统。二、系统不平衡的缺点：各模腔充模条件不一致最先充满的型腔内的熔体就会停止流动,浇口处的熔体便开始冷凝,并在较低压力下冻结,无法对型腔内的制品进行压实和保压；最后充满的型腔则会在较高的压力下凝固,制品密度较高。从而造成各模腔制品的质量不一致。所以必须对浇注系统进行平衡设计。三、系统平衡的条件：1浇注系统平衡的充分条件是通往各个模腔的料流通道的截面形状、截面尺寸及其长度对应相等。2对通往各模腔的料流通道截面积和长度进行调整,使熔体通往各个模腔的体积流量相等,也可以保持系统平衡。1．平衡式浇注系统平衡式浇注系统的特点：从分流道到浇口及型腔,其形状、长度尺寸,圆角、模壁的冷却条件等都完全相同,因此熔体能以相同的成型压力和温度同时充满所有