塑料成型模具设计

塑料成型模具设计第一章绪论1、教学目的与要求（1）了解模具的分类，模具的使用设备、模具的特点（2）了解模具的发展趋势；第一章绪论一、模具：成型制品的工具。二、模具的分类金属模具：汽车外壳、金属饭盒、纪念币塑料模具：家电产品的塑料外壳等橡胶模具：轮胎、橡胶密封圈等玻璃模具：玻璃瓶石膏模具：石膏像等木模型：用于铸造翻砂的模型第一章绪论三、塑料的特点1、易于成型，设计的自由度高；2、塑料品种多；透明、不透明、软的、硬的；3、比其他材料轻；4、导热性低；5、耐水性优，不生锈；耐化学药品，不腐蚀；6、加工性能好，能耗低；7、容易与其他材料复合、粘接；8、易燃烧，膨胀系数大，尺寸稳定性差；9、表面硬度低，易划伤。第一章绪论四、塑料模具的分类1、塑料注射模具（1）模具（2）设备1、塑料注射模具1、塑料注射模具（3）特点可以生产形状复杂、强度高的制品；制件均匀、尺寸精密；可以多型腔生产；制品可带有嵌件；自动化程度高；对塑料的适应性强（热塑性塑料、热固性塑料均可使用注射生产）。1、塑料注射模具（4）基本动作过程1°、注射装置前进（4）基本动作过程2°、注射（4）基本动作过程3°、保压（4）基本动作过程4°、预塑→冷却（4）基本动作过程5°、开模→顶出→关门→合模→注射。（5）开模过程四、塑料模具的分类2、挤出模具（1）模具2、挤出模具（2）设备2、挤出模具（3）特点连续生产，生产效率高，可以制造尺寸长的制品；可以生产断面不同的产品；和其他设备组合，可以完成不同工艺过程的综合加工。如挤出机和压延机配合生产薄膜；挤出机机头和造粒机配合可以造粒；占地面积小，生产环境清洁。四、塑料模具的分类3、中空吹塑模具（1）模具3、中空吹塑模具（2）设备中空吹塑按吹塑工艺可分为挤出吹塑和注射吹塑。主机：挤出机、注射机；辅机：模具、合模架、锁模装置等。3、中空吹塑模具（3）特点挤出吹塑：强度低，尺寸精度差；壁厚不均；浪费原料。注射吹塑：制品质量高；工艺复杂，模具费用高。3、中空吹塑模具挤出吹塑成型3、中空吹塑模具注射吹塑成型四、塑料模具的分类4、真空或压缩空气成型模具（1）模具4、真空或压缩空气成型模具4、真空或压缩空气成型模具（2）特点模具受力小，可以采用非金属材料；制品强度低；成型简单。四、塑料模具的分类5、压铸（注）成型模具（1）模具5、压铸（注）成型模具5、压铸（注）成型模具（2）设备5、压铸（注）成型模具（3）特点主要用于热固性塑料。成型效率高，仅次于注射成型；制品质量好；浇注系统不能回收，原材料消耗多；制品会产生明显的填料定向，引起制品变形；制品收缩率大；模具结构复杂。四、塑料模具的分类6、压制模具（1）模具6、压制模具（2）设备塑料压制成型机6、压制模具3、特点压制工艺成熟，可靠；模具比较简单；适合流动性差的塑料，比较容易成型大型制品；制件收缩率小，变形小，各向性能均匀；生产效率低；制品易产生填充不足或填充过大现象，影响制品高度尺寸的准确；制品有嵌件时易变形；制品有深孔、侧孔、形状复杂时，难成型。第一章绪论五、塑料模具的发展趋势1、CAD/CAM/CAE2、理论研究3、大型化、小型化、高精度、形状复杂4、革新模具制造工艺5、高效率、自动化6、标准化第三章塑料注射模具第一节概述教学目的与要求了解塑料注射模具的分类及各自的结构特点。重点掌握普通模具的结构。1、塑料模具的分类模具普通模具特种模具二板式模具三板式模具带嵌件模具侧向分型模具自动卸螺纹模具定模顶出模具无流道模具第一节概述第三章塑料注射模具第三节浇注系统设计1、教学目的与要求目的：学习塑料注射模具的浇注系统。要求：（1）掌握浇注系统的组成及各组成的设计要求。（2）掌握浇口的开设对制品性能的影响。（3）掌握主要部件的英文单词。第三节浇注系统设计一、概述1、什么是浇注系统？从注射机的喷嘴开始至型腔为止的通道。2、浇注系统的分类：普通浇注系统和无流道浇注系统。二、普通浇注系统（一）组成：主流道、分流道、浇口、冷料井第三节浇注系统设计第三节浇注系统设计（二）普通浇注系统的设计一、主流道（sprue）的设计主流道的定义：从注射机的喷嘴开始至分流道为止的通道。1、浇口套（主流道衬套spruebushing）①设计浇口套的原因：材料、机械加工方面、模具结构方面一、主流道（sprue）的设计②结构及要求结构：要求：（1）圆弧Rm与注射机喷嘴圆弧Rj相匹配，Rm=Rj+1~2mm；（2）主流道小端直径dmdm=dj+1~2mm；（3）主流道锥角：2°~4°；一、主流道（sprue）的设计②结构及要求一、主流道（sprue）的设计（4）主流道大端尺寸D)()(231cmQD其中：D:大端直径，cm；Q:流经该流道的熔体的体积流率，cm3/s；γ：熔体在该流道的剪切速率，1/s；主流道：5x103。一、主流道（sprue）的设计（5）配合尺寸与精度与型腔板配合，取过渡配合或过盈配合，H7/k6、H7/m6、H7/n6；与定位环配合，取间隙配合，H7/f6；（6）粗糙度要求流道部分Ra=0.8；配合部分Ra=1.6；其余Ra=12.5。（7）材料T8、T10、45#，HRC=45~50。一、主流道（sprue）的设计2、定位环（locatingring）2、定位环（locatingring）①作用：定位（使模具中心与注射机中心一致）；压紧浇口套；有时还起支撑模具作用。2、定位环（locatingring）②结构：2、定位环（locatingring）③要求：（1）外径与注射机定位孔尺寸一致；（2）与浇口套相配合；（3）材料：45#（4）紧固螺钉：数量2~3；规格：M6、M8。第三节浇注系统设计①冷料井的作用：注射时储存注射料流前端的冷料；开模时拉出主流道的凝料。二、冷料井与拉料杆（spruepuller）的设计二、冷料井与拉料杆（spruepuller）的设计二、冷料井与拉料杆（spruepuller）的设计②结构：Z形头拉料杆第三节浇注系统设计分流道：把主流道的熔料引入各个型腔的通道。1、分流道的形状从压力传递的角度：压力损失小，即流道的截面积最大；从热传导的角度：热量损失小，即流道的截面周长及料道长度短。三、分流道（runner）的设计1、分流道的形状判断分流道形状优劣的标准：流道的比表面积。流道的比表面积=流道的表面积/流道的体积流道的比面积越小越好。以流道的断面积相等为条件，圆形流道的比表面积最小，矩形也比较小。因此流道的形状常采用圆形、半圆形、梯形和U形。三、分流道（runner）的设计2、分流道的尺寸)()(231cmQD圆形浇口直径：矩形浇口深度：)()4(31cmQhQ：流经分流道的熔体的体积流率，cm3/s；γ:剪切速率，1/s，5x102~103。影响分流道尺寸的因素：制品的体积与壁厚；主流道到型腔的距离。三、分流道（runner）的设计W:h=3:2~5:4W为浇口宽度中值尺寸。常用塑料分流道直径推荐值塑料名称分流道直径ABSAS4.8~9.5POM（聚甲醛）3.2~9.5PE1.6~9.5PP4.8~9.5三、分流道（runner）的设计常用塑料分流道直径推荐值塑料名称分流道直径PC（丙烷聚碳酸酯）4.8~9.5PS（聚苯乙烯）3.2~9.5PVC3.2~9.5耐冲击丙烯酸8.0~12.7PPO（聚苯醚）6.4~9.5丙烯酸8.0~9.5三、分流道（runner）的设计3、分流道布置（型腔数目的确定）平衡式和非平衡式。（1）型腔数目确定的方法①以塑件尺寸精度为依据精密技术级（SJ1372-78的1、2级）塑件，一模一腔技术级（SJ1372-78的3、4级）塑件，最多一模四腔一般精度级、低精度级视其体积大小和制件的结构而定。（1）型腔数目确定的方法②经济指标经济指标包括直接费用和间接费用。直接费用：塑料原料费用----材料的利用率，多腔模冷流道的损耗；模具费用；机加工费用。间接费用：模具维护、保养费用等。（1）型腔数目确定的方法③确定型腔数目的技术条件注射机的锁模力；注射机的塑化能力；注射机的模板面积；注射机的充模时间---注射机能提供的最大体积流率。充模时的流变条件：指温度、压力、速度的可调节范围及应变能力以及有无闭环反馈等。三、分流道（runner）的设计（2）型腔数目的计算主要考虑：订货批量、质量要求、交货期、注射机技术条件等。①由交货期决定型腔数目模具制造时间，月。月；：合同规定的交货期，间，小时；：注射机每月的开机时：注射成型周期，秒；万次注射量；模具寿命，如废品率；其中：:100:1:)(36002121TTmtNSTTmsNtn（2）型腔数目的计算②由注射机的最大注射量确定成型注射量一般为注射机最大注射量的80%。浇口分流道主流道GGGGnmax8.0Gmax:注射机的最大注射量（质量或体积）；G主流道：主流道的质量或体积；G分流道：一个分流道的质量或体积；G浇口：一个浇口的质量或体积。（2）型腔数目的计算③由注射机的锁模力确定pMMPn）分流道、浇口制品(P:注射机的锁模力，N；M制品：一个制品在分型面上的投影面积，mm2；M分流道、浇口：一个分流道、浇口在分型面上的投影面积，mm2；p：型腔内的压力，N/mm2。（2）型腔数目的计算④由成型件的精度要求确定根据经验，每增加1个型腔成型件的尺寸精度要降低4%左右。242500slxnx:成型件的尺寸公差，mm；l:成型件的基本尺寸，（以尺寸公差小的尺寸为准），mm；s:单腔模具加工时，成型件的尺寸对基本尺寸的百分比。（2）型腔数目的计算在单腔模具加工时，聚甲醛的尺寸公差为基本尺寸的0.4%，尼龙为0.6%，聚碳酸酯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、AS、ABS等非结晶性塑料为0.1%。三、分流道（runner）的设计（3）型腔的配置型式型腔的配置型式粗略分为直线、H形、圆形排列。（3）型腔的配置型式从流道长度看：直线排列最短；圆形排列最长；从流道平衡看：圆形排列及四腔的H形排列好。第三节浇注系统设计四、浇口（gate）的设计（一）、分析对浇口的要求：减少流动阻力、减少压力损失、充模快。ndyduK)(在一定的剪切速率范围内，剪应力与剪切速率的关系：四、浇口（gate）的设计n=1时，牛顿液体，η：称为牛顿粘度；ndyduK)(常数dyduK/n1时，非牛顿液体，ηa：称为表观粘度；常数andyduK)/(在一定的流动长度L内，由τ与du/dy流变学公式：对圆形流道，流道内的流量Q，Q∝R4/K，Δp∝L/R4；对矩形流道，流道内的流量Q，Q∝wh3/K，（w宽度）Δp∝L/wh3。四、浇口（gate）的设计结论：1、对牛顿液体，流量（流动速率）Q随流道尺寸的增加而增大；du/dy另一方面，Q2、对非牛顿液体，Q一方面随流道尺寸的增大而增大，ηaQ所以对非牛顿液体而言，在一定的剪切速率范围内，增加浇口的尺寸不能明显提高Q。Q∝R4/KQ∝wh3/K四、浇口（gate）的设计（二）浇口的类型大尺寸浇口和小尺寸浇口1、大浇口：对属于牛顿液体的塑料熔体；对高粘度、剪切速率对表观粘度影响小的塑料熔体；壁厚及大型制品。2、小浇口：在一定剪切速率范围内的非牛顿液体的塑料熔体，薄壁制品。2、小浇口小浇口的优点：（1）小浇口可以增加物料通过时的流速，同时浇口两端有较大的压力差，这样可以明显降低某些非牛顿塑料熔体的表观粘度，使充模容易。（2）小浇口处有较大的摩擦阻力，塑料熔体通过时，一部分能量转成摩擦热，使塑料熔体的温度明显升高。温度上升会降低表观粘度，增加流动性。（3）小浇口可以控制并缩短补料时间，从而降低制品的内应力。（4）小浇口固化快，降低了模塑周期。（5）多型腔模中小浇口可以平衡各型腔的进料速度。（6）便于修整。四、浇口（gate）的设计（三）浇口型式1、针点浇口（pinpointgate）（1）结构（2）特点相比较而言，浇口的位置不受限制；对多型腔模具，能取得浇口的平衡；开模时，能自动切断料把，制品表面光滑；对投影面积大又易变形的制品，点浇口可以防止变形；热流道模具大都采用点浇口。