注塑模具设计课件.ppt

,第八章,注塑模设计,塑料成型工艺及模具设计,第8章注塑模设计,本章基本内容,模具与注塑机的关系浇注系统的组成及其设计原则普通浇注系统的设计无流道浇注系统的设计注射模的设计程序,第章注塑模设计,学习目的与要求,了解注塑机的种类掌握注塑模的设计程序掌握浇注系统的组成、作用掌握浇注系统设计原则。,第章注塑模设计,本章重点,浇注系统的组成、 设计原则及其作用 注塑模设计程序,浇口的设计浇口位置的选择,第章注塑模设计,本章难点,8.1 概述8.2 模具与注塑机的关系8.3 浇注系统设计8.4 注塑模的设计程序8.5 热塑性塑料注塑模示例8.6 思考题,第章 注塑模设计,概述 ：注塑模主要是用来成型热塑性塑料。 根据成型的塑料种类分： 1.热塑性塑料注塑模 2.热固性塑料注塑模 8.1.1 注塑模的特点 8.1.2 注塑模的品种,.概述,.注塑模的特点,用注塑模来生产制品主要有以下特点： 塑料的加热和塑化是在注塑机的高温料筒内完成的，注塑机无加料腔结构，而需要设计浇料筒注系统。成型时，先闭紧模具，熔融塑料通过浇注系统注入型腔里面。每一模成型中产生的浇注系统凝料为废料，它将损耗部分原料。 成型制品精度较高。生产批量较大时，模具应当设有温度控制系统。 对制品成型的适应性很强。 成型周期短，生产效率最高，便于实现自动化操作，因此便于大批量制品的生产。,.注塑模的品种,注塑模的品种很多, 表8-1所为生产中常用的模具分类方法，以及种分类方法下的模具名称。,设计模具时,应详细地了解注塑机的技术规范,才能设计出合乎要求的模具。 8.2.1 注塑机的种类及应用 8.2.2 对使用注塑机型号的确定,.模具与注塑机的关系,.模具与注塑机的关系,每副模具都只能安装在与其相适应的 注塑机上进行生产，因此设计模具时，应详细地了解注塑机的技术规范，以及注射模与设备相关部分。 一 、注塑机的种类及应用 注塑机的组成 塑料注射成型机简称注塑机。主要由注射装置、锁模装置、液压传动及电器控制系统、机架等组成，如图8-1所示。,.注塑机的种类及应用,注塑机的种类及其应用： 按成型塑料性质：有热塑性塑料注塑机和热固性塑料注塑机。这两种类型的注塑机的差别主要体现在注射螺杆和料筒的结构细节上。 按塑化方式：有柱塞式注塑机和螺杆式注塑机。柱塞式注塑机一般在公称注射量60cm3 以下，螺杆式注塑机比较先进，是目前产量最大，应用最广的类型。,.注塑机的种类及应用,按可成型塑件的精度高低：有一般注塑机和精密注塑机。它与一般注塑机相比，具有注射压力高、注射速度快和温度控制精确的特点。 按锁模机构驱动方式：有液压式和液压-机械联合式。 按操作方式：有全自动、半自动和手动式。 按结构形式：有立式、卧式和直角式,.注塑机的种类及应用,特点及应用： 立式注塑机 如图8-2所示，它的注射装置垂直装设，并与锁模机构移动方向成一条轴线。优点：占地面积小，拆装模具方便，易于安放嵌件等。缺点：塑件推出后需由人工取出，不易实现全自动操作。, 卧式注塑机 如图8-3所示，它的注射装置轴线与锁模机构轴线呈一条直线并水平排列。优点：机身较低，利于操作和加料，可实现全自动操作，机床因重心低而稳定。缺点：模具装拆与嵌件安放都比较麻烦，机床占地面积较大。,.注塑机的种类及应用, 直角式注塑机 如图8-4所示，其注射装置轴线与锁模机构轴线相互正交垂直。优点：结构简单，便于自制，适于一模仅成型一件，而中心部位不留有浇口痕迹，适用于带有自动回转脱螺纹机构的模具。缺点：占地面积介于立式和卧式两者之间，注射量的提高也受到限制。 此外，还有多工位旋转式注塑机、双色注塑机等专用注塑机。,.注塑机的种类及应用,.注塑机的种类及应用,注塑机的规格型号 注塑机的最大注射量：注射柱塞或螺杆作一次最大注射行程时，注射装置所能达到的最大注出量。 注出量的表示方法：1.公称重量（g） 2.公称容积（cm3） 例如：国产注塑机xs-z-30型、xs-zy-500型、xs-zy-1000型，表示注塑机可注射聚苯乙烯塑料的公称容积为30cm3、500cm3和1000cm3，xs-塑料注射成型机，z-柱塞式，zy-螺杆式。,.注塑机型号的确定, 计算校核注塑机成型工艺参数是否满足制品成型的要求 1.最大注射量的校核计算 （8-1） 式中 -注塑机公称注射量，cm3 -每模的塑料体积量，cm3；是所有型腔的塑料加上浇注系统塑料的体积总和。,注塑机公称注射量是以注射聚苯乙烯塑料为基础，当注射其他塑料时，应换算成其他塑料时的最大注射量V公。换算公式为： (8-2) (P2/P1)为注射塑料的密度（g/cm3）与聚苯乙 烯密度之比。各种塑料的密度值参见表8-2。 成型热敏性塑料时一模的注射量最好不底于设备最大注射量的20%，物料在料筒内停留时间过长会发生分解，导致制品成型质量变劣。,.注塑机型号的确定,根据注塑机的最大注射量来确定模具所允许的型腔数目N，可用下式计算： （8-3） 式中 V浇 -浇注系统和溢边塑料的体积 cm3； V件 -一个塑料所需要的塑料体积 cm3； K -设备公称注射量利用率 k=0.80.85。,.注塑机型号的确定,.注塑机型号的确定,2.注射压力的校核 塑料机的最大注射压力应等于或大于塑件成 型所需要的注射压力。校核关系式如下： （8-4）式中 P机-注塑机的最大注射压力，Mpa或 N/cm2 P塑-成型塑件所需的注射压力，Mpa 或 N/cm2。可参考表8-3取值。,3.锁模力的校核 锁模力又称合模力。注塑机的锁模力必须大于模具在模腔压力作用下产生的开模力，否则模具分型面将会分开而溢料。校核公式： （8-5）（8-6） 式中F-注塑机的额定锁模力 KN A-模内所有塑料在水平分型面上的投影面积cm2； K-设备注射压力的损耗系数，值在1/32/3范围。 P腔-模腔压力 N/cm2； P机-注塑机的注射压力 N/cm2,.注塑机型号的确定,.注塑机型号的确定,对模具安装固定的校核 1.模板规格与拉杆间距 模具需经过注塑机拉杆夹持的空间而装入机内。 三种装机见图（8-5）：a.从上方将模具吊装入机；b.模具由侧面推入机内c.是先以其厚度装入机，然后旋转90度安装。,.注塑机型号的确定,2.模具厚度与注塑机模板的闭合厚度 安装模具的厚度（Hm）应在注塑机的最大模具厚度和最小模具厚度之间，即: Hmin Hm Hmax （8-7）液压机械式锁模机构的注塑机- 图8-6,.注塑机型号的确定,3.模具定位圈与注塑机定位孔,模具主流道端与喷嘴的配合模具装机时，定位圈应与注塑机定模板的定位孔配合间隙0.30.5之间。中小型模具在定模板上设置定位圈，大型模具在动、定模座板上均设置定位圈。如图8-7所示。 模具主流道入口孔径D和球面凹坑半径SR与注塑机喷嘴的孔径d和球面半径Sr关系：（图8-8） D = d +（0.51） mm （8-8） SR = Sr +（ 1 2） mm （8-9）,.注塑机型号的确定,4.模具固定位置的校核 注塑机的固定模板上和移动模板上设有一系列的螺纹孔，以供固定模具之用。如图8-9和8-10,.注塑机型号的确定,计算与校核注塑机保证实现模具动作要求 移动模板的行程Sz、安装模具的开模距离Sm校核关系式： （8-10）Sm的大小根据脱模需要确定。 图8-11 Sm = H1 + H2 +（ 5 10 mm ） 图8-12 Sm = H1 + H2+ a+（ 5 10mm ） 图8-13 Sm = H1 + H2 +（ 5 10 mm ）,2.顶出装置的校核 塑料机的顶出装置有两种： 1. 机械顶 2. 液压顶杆大型注塑机一般设有中心液压顶出装置和两侧机械顶杆，联合使用，如：xs-zy-500 xs-zy-2000型等。 设计模具的脱模机构时必须注意与设备的顶出方式、顶出位置相适应，注意 要校核设备的推出力是否大于模具的脱模力。,.注塑机型号的确定,8.3 浇注系统设计,. 浇注系统的组成及其设计原则 . 普通浇注系统 . 无流道浇注系统,.浇注系统设计,一.浇注系统的组成及其设计原则： 浇注系统：塑料熔体从注塑机喷嘴出来后，到达模腔之前在模具中流经的通道。 浇注系统：1.普通浇注系统 2.无流道浇注系统。 作用：将熔体平稳地引入型腔，使之充满型腔内各个角落，在熔体填充和凝固过程中，能充分地将压力传递到行腔的各个部位，获得组织致密、外形清晰、尺寸稳定的塑件。, 浇注系统的组成及其作用 浇注系统的组成：（图8-14） 1. 主流道 2. 分流道 3. 浇口 4. 冷却穴,.浇注系统设计,1. 主流道：从注塑机喷嘴与模具接触位起，到分流道为止的这一段流道。作用是负责将塑料熔体输往分流道。2.分流道：介于主流道和浇口之间的一段流道，它开设在分型面上。作用是将主流道送来的塑料分配后，输往各个浇口。3.浇口：连接分流道与型腔之间的一段细短通道。4.冷却穴：一般在主流道的末端设置，以装纳冷却头。,.浇注系统设计,浇注系统的设计原则 1.确保塑料充满整个型腔 2.保证塑料熔体流动平稳 3.应尽量减短流程 4.流道表壁的粗糙度要低 5.防止制品变形和翘曲 6.防止型芯变形和嵌件位移 7.去除浇口应尽量方便，且不影响制品质量 8.合理设计冷却穴,.浇注系统设计,.普通浇注系统, 主流道的设计 一般将主流道设在模具的中心位置，模腔内的塑料就以模具的中心进行对称平衡布局。 卧、立式注塑机使用模具的主流道垂直于水平分型面，而角式注塑机用模具的主流道平行并位于水平分型面上。主流道的端面形状多为圆形。 一般都不将主流道直接开在定模板上，而是将其单独设在一个衬套中，然后将衬套镶入模板内，此衬套称为浇口套。图8-15中，a是主流道整个加工在浇口套上，b和c的主流道是由加工在两块模板上的流道孔组成。图8-16为浇口套的结构尺寸,主流道的设计事项： 主流道进口端与喷嘴头部接触处应做成球面凹坑。如图8-17.通常主流道进口端凹坑的球面半径Sr要比喷嘴球面半径Sr大12mm,凹入深度约5mm，为了补偿主流道与喷嘴的对中误差，主流道进口端的直径D应比喷嘴出口直径d大0.51mm。 主流道的锥角取24，对流性差的塑料可增加大到 6左右。 主流道表壁的表面粗糙度取Ra0.80.4 主流道出口端应与分流道之间呈圆滑过渡，过渡角R为0.33mm。,.普通浇注系统, 浇口套与安装孔应为过渡配合。 浇口套与定模板之间的连接力必须足够。图8-18a所示为用螺钉来固定定位圈，定位圈压紧浇口套的形式，图8-18b所示是注塑机固定模板压住定位圈,从而压紧浇口套的形式 采用定位圈定位法.定位圈与定位孔的配合长度：中小型模具810mm,大型模具15mm左右,.普通浇注系统, 冷却穴的设计 冷却穴一般设在主流道的末端,在动模或下模一侧. 1.使用推杆推出机构时,冷却穴的设计。如图（8-19、8-20） 2.用推件板推出机构时，冷料穴和拉料杆的设计 。如图（8-21 ） 3.垂直分型面模具用的拉料穴.如图（8-22、28-23）,.普通浇注系统, 分流道的设计 1.分流道的断面形状及尺寸 分流道的断面形状有圆形、U形、梯形和矩形等，如图8-24所示。从传热面积考虑，成型热固性塑料的压注模和注射模宜采用正方形断面的分流道，从散热面积考虑，热塑性塑料注射模分流道的断面形状则宜采用圆形。 分流道的断面形状及尺寸大小，应根据塑料品种、成型塑料件的体积、塑件壁厚、塑件形状、分流道长度以及注射速度等而定。,.普通浇注系统,2.分流道的布置形式 分流道的布置形式有：平衡式和非平衡而平衡式布置为较佳。 所谓平衡式布置就是将通往各个型腔的分流道的断面形状、大小及分流道长度都取作一致。如图8-25所示。 非平衡式布置分流道如图8-26所示。优点：型腔数量较多是可缩短流道的长度，模具机构紧凑。缺点：精度要求特别高的塑件不宜采用。,.普通浇注系统,布置分流道时，还应注意使腔内塑料胀模力的中心与设备锁模力的重型重合，以防发生溢料现象。在图8-27中，图a流道布置不合理，图b的合理。当流道的长度较长时，可将分流道的尽头沿前进方向稍稍延长作为冷料穴，使冷料不致进入型腔。分流道冷料穴的实际参考尺寸为：b=(11.5)d；b1=（11.5）d1,图8-28所示。,.普通浇注系统,3.分流道的转折过渡和表面粗糙度 分流道改变方向时，其转折处应做圆角过渡，使流动阻力减小。分流道的包面粗糙度取Ra1.6。图8-29a所示的圆形浇口能够达到，图8-29b所示的梯形流道则不能达到。,.普通浇注系统, 浇口的设计 1.浇口形状及尺寸所产生的影响 浇口的断面形状有圆形、矩形或正方形。 优点: 取较小的浇口，可以增加物料的充模流速，产生摩擦热或增大剪切速率来提高流动性，控制浇口封闭时间，降低模塑周期，易于平衡各型腔的进料速度，尤其是使平衡式分流道达到各浇口同时进料，容易与塑件断离。缺点：浇口过小会造成太大的流动阻力，延 长进料时间。,.普通浇注系统,2.浇口的类型 直接浇口 又称 主流道型浇口,图8-30。 优点：利于排气和消除熔结痕，模具机构简单而紧凑。 缺点：周期延长，超压填充，容易产生残余应力。适用于单腔模。 侧浇口 ：一般开设在分型面上，由塑件侧面进料如图8-31所示。广泛使用于多腔模。图8-32a、b所示浇口与分流道相接处采取斜面或圆弧过度，图c为分流道与浇口在宽度方向的连接情况,.普通浇注系统, 扇形浇口：如图8-33所示，它是矩形侧浇口的一种变异形式。如图8-34所示，如此浇口的加工虽困难一些，但有助于熔体均匀地流过扇形浇口。 优点：使塑料充模时横向得到更均匀的分配，降低制品的内应力和带入空气的可能性。常用来成型宽度较大的薄片状制品。,.普通浇注系统,.普通浇注系统, 薄片浇口 特点：将浇口的厚度减薄，而宽度取作浇口边制品宽度的1/4至全宽，浇口台阶长约0.65mm。 优点：能使物料在平行流道内均匀分配，以较低的线速度呈平行流均匀地进入型腔，降低了制品的内应力，减少了因取向而产生的翘曲。 缺点：提高了制品的生产成本。适于成型大面积的扁平制品，如图8-35所示。, 环形浇口： 优点：进料均匀，流速大致相同，空气容易顺序排出，同时避免了侧浇口的型芯对面的熔结痕。主要用于圆筒形制品或中间带有孔的制品，如图8-36a、b所示。,.普通浇注系统, 轮辐浇口：这种浇口将整圆周进料改成了几小段圆弧进料，如图8-37所示。 优点：去除浇口方便，浇口回头料较少。 缺点：熔结痕增多，塑件强度受到影响。 爪形浇口：分流道与浇口不在同一个平面内，如图8-38所示。,.普通浇注系统,.普通浇注系统, 护耳浇口 ：小浇口加护耳，如图8-39所示。 作用：可以避免喷射现象，降低速度，均匀地进入型腔，确保制件质量。 缺点：割除护耳比较麻烦。适于有机玻璃、聚碳酸脂等透明材料和大型ABS塑料成型。 点浇口：是一种断面尺寸很小的浇口。 优点：自行切断，无需修剪浇口，生产效率高。单腔模多腔模均适用。断离后的点浇口凝料可以由手工取出或靠点浇口自动脱落机构脱模。, 潜伏浇口：采用潜伏浇口只需要两板式的单分型面模具，而采用点浇口则需要三板式的双分型面模具。 特点：1.浇口位置一般选择在制品侧面不影响外观的地方（图8-46）或是加工圆柱形分流道； 2.分流道设置在分型面上（图8-47） 3.浇口部位宜设计为镶拼结构（图8-48）,.普通浇注系统, 浇口位置的选择位置对制品质量影响极大，应注意以下几点： 1.避免熔体破裂在塑件上产生缺陷(见图8-49、8-50) 2.考虑分子定向对塑件性能的影响（见图8-51、8-52、8-53） 3.有利于流动、排气和补缩（见图8-54、8-55、8-56、8-57） 4.在多腔模中，各个型腔浇口方位必须保持一致（见图8-58、8-59） 5.减少熔结痕和提高熔结痕的强度（见图8-60、8-61、8-62、8-63、8-64） 6.校核流动距离比（见图8-65） 7.浇口位置应使浇口便于修整（见图8-66、8-67） 8.防止料流将型芯或嵌件挤歪变形（见图8-68、8-69）,.普通浇注系统,三.无流道（绝热流道、热流道）浇注系统 优点：缩短生产周期，节约原料，大大提高生产效率，减低成本，保证注射压力在流道中的传递，在一定程度上克服了塑件因补缩不足而产生的凹陷、缩孔等缺陷。使用无流道系统对塑料有以下要求： 熔融温度的范围要较宽粘度随温度改变而改变甚小，在较低温度下具有较好流动性，在较高的温度下具有优良的热稳定性。 对压力敏感 热变形温度较高,.普通浇注系统,热塑性塑料的无流道浇注系统分为绝热流道和热流道 绝热流道模具 绝热流道的特点：流道比普通浇注系统做得粗大的多。 1.井式喷嘴绝热流道模具 井式喷嘴的结构是用来绝热主流道，她是最简单的绝热流道形式，适用于单腔模，如图8-70、8-71所示。,.普通浇注系统,2.多型腔的绝热流道模具 如图8-72所式，该模具无论主流道还是分流道均做得特别大，流道断面呈圆形。常用的分流道直径为1630mm（最大达74mm），视塑料品种和塑料尺寸、成型周期而定。,.普通浇注系统,.普通浇注系统, 热流道模具 主、分流道带有加热器的热流道是无流道模具的主要形式。与绝热流道相比，适用于热流道的塑料较多，由于塑料熔体在分流道中压力传递好，可相应降低塑料熔料温度和注射压力，塑件产生的内应力较少。(热流道模具图8-82),在绝热流道模中设置加热器（图8-74）是起辅助加热和保温作用。设计热流道模具流道板时，必须留出它的热膨胀量，以保证模具正常生产时，热流道板上的给料喷嘴也型腔的浇口对中。 计算公式如下： e = L a t式中 e物体被加热之后产生的线形膨胀量 L被加热物体在室温下的线形长度 a物体材料的热膨胀系数 t加热温度与室温之差,.普通浇注系统,1.单腔热流道模具 单腔模的热流道最常见的是延伸式喷嘴。为避免喷嘴热量向低温的模具传导，采用塑料隔热（见图8-75）和空气隔热（见图8-76）两种方法。对分流道加热方法分： 1.外加热式 2.内加热式。 外加热式多腔热流道模具：内部设有一块热流道板。热流道板的安装常采用点接触式固定法。（见图8-77、8-78）,.普通浇注系统, 内加热式多腔热流道模具：热流道的整个流道都采用内加热方式。（见图8-79） 优点： 降低了热损失，提高加热效率，有利节能。 热管加热式热流道模具 热流道模具的核心问题之一是控制主流道、分流道直至给料喷嘴头部的温度均匀一致。（见图8-80、8-81） 优点：塑料流动力小，易于清洗，使用寿命长。,.普通浇注系统,8.4注塑模的设计程序,8.4.1 设计前应明确的事项8.4.2 模具结构设计步骤8.4.3 拟制制品注塑成型工艺卡,一、设计前应明确的事项 制品图纸，或样品实物，明确制品的使用性能和各项技术要求； 制品的生产要求，如生产数量、交货时间； 对模具成型有无设备要求，如限定注射机的规格型号； 模具制造费用的限制。,.注射模的设计程序,1.确定分型面 2.确定型腔数目 3.初步确定使用注射机的型号 4.布置型腔和浇注系统 5.设计凹模和型芯的结构 6.设计排气结构 7.设计脱模机构 8.设计冷却系统 9.设计合模机构和其它机构零件，完成模具装配草图的绘制 10.最终确定成型设备的规格型号 11.模具装配图表达方法 12.绘制模具的零件 13.审核设计,.模具结构设计步骤,1.填写成型塑料的情况 2.绘制制品成型工艺简图 3.注明使用设备的情况 4.拟订制品注射成型工艺参数 5.编制制品成型工艺过程 各个企业用的注射成型工艺卡片的形式、内容会有所不同，表8-8所示为一个举例。,.拟制制品注射成型工艺卡,1、浇口位置选择的原则是什么？（答案）2、浇注系统的作用是什么？注射模浇注系统由哪些部分组成？ （答案）3、分流道设计时应注意哪些问题？（答案）,思考题,、浇口的位置的选择应注意：（1）避免引起熔体破裂（2）浇口的位置应尽可能避免熔接痕的产生。（3）有利于熔体流动和补缩（4）有利于型腔内气体排出（5）防止料流将型芯或嵌件挤压变形,2、浇注系统的作用是什么？注射模浇注系统由哪些部分组成？浇注系统的作用是塑料熔体平稳且有顺序的填充到型腔中，并在填充和凝固过程中把注射压力充分传递到各个部位，以获得组织紧密、外形清晰的塑件。注射模浇注系统由主流道、分流道、浇口、冷料穴。,、分流道设计时应注意哪些问题？分流道的设计应能使塑料的流向得到平稳的转换并尽快地充满型腔，流动中温度降低尽可能低，同时应能将塑料熔体均衡的分配到各个型腔。设计时应注意a分流道的截面尺寸视塑件的大小和壁厚、塑料和品种、注射速率和分流道长度等因素而定b分流道的表面不必很光滑，其表面粗糙度为1.6um即可，这样流道内料流的外层流速较低，容易冷却而形成固定表皮层，有利于流道的保温,表8-2 某些热塑性塑料的密度及压缩率,表8-3 部分塑料的注射压力（MPa）,图8-82 热流道模具,