【材料课件】模块十一热固性塑料注塑模设计

河南机电高等专科学校：杨占尧模块十一热固性塑料注塑模设计内容简介：本模块主要讲述热固性塑料的成型方法和特点；热固性塑料注塑模具的设计要点，包括型腔数目的确定、分型面的设计、成型零件的设计、嵌件的安装要求、排气系统的设计等内容；浇注系统设计，包括主流道、分流道、型腔位置、浇口位置形状尺寸的设计等。河南机电高等专科学校：杨占尧模块十一热固性塑料注塑模设计学习目的和要求：1、了解热固性塑料的成型方法特点。2、掌握热固性塑料注塑模具的设计要点和其浇注系统设计的有关知识。河南机电高等专科学校：杨占尧模块十一热固性塑料注塑模设计重点：1、热固性塑料注塑模具的设计要点。2、热固性塑料注塑模具浇注系统设计。难点：热固性塑料注塑模具浇注系统设计。河南机电高等专科学校：杨占尧模块十一热固性塑料注塑模设计11.1概述11.2模具设计要点11.3浇注系统设计河南机电高等专科学校：杨占尧11.1概述热固性塑料可供注塑种类有酚醛塑料、氨基塑料、不饱和聚酯、DAP塑料、环氧树脂、有机硅、聚酰亚胺和聚丁二烯等。它们都是塑料工业的重要材料。与热塑性塑料相比它们通常有优良的耐热和阻燃性、耐化学性、抗蠕变等，且价格低廉。它们曾长期采用传统的压制成型和压铸成型方法，手工操作繁重，成型周期又长。用先进的注塑成型方法可成倍地提高生产效率。今后，大部分热固性塑料制品将用注塑成型方法生产。河南机电高等专科学校：杨占尧11.1.1成型方法特点1．生产效率高与传统的压制和压铸成型相比，热固性注塑时由于塑料先在料筒中经过加热塑化，塑化后的塑料又在螺杆或柱塞推挤下流经喷嘴和浇注系统进一步摩擦加热．在进入闭合的模腔后，已经达到了能够快速固化反应的温度。同时，由于采用能够快速固化的塑料，使固化反应时间大大缩短。以壁厚6.35mm塑件为例，采用不同成型方法所需净固化时间分别为：末预热的粉状料压制成型60s高频预热压制成型40s高频预热压铸成型30s注塑成型24s河南机电高等专科学校：杨占尧值得指出的是，随塑件壁厚增加，采用热固性注塑比压制和压铸成型所需固化时间缩短更明显。图11-1是采用以上3种成型方法，固化时间与塑件壁厚关系比较。经验证明，对于厚壁塑件和带筋塑件，热固性注塑的固化时间比类似的热塑性注塑件冷却变硬时间更短。因此，对于成型大型厚壁塑件，热固性注塑更具有独特优越性。热固性注塑使生产效率提高，不仅是由于净固化时间减少，也由于不需要对塑料预热和预压(压锭)工序，只需将松散料加入注塑机料斗即可。河南机电高等专科学校：杨占尧返回河南机电高等专科学校：杨占尧2．塑件固化均匀性改善由于热固性注塑时进入模腔的是已经塑化均匀、内外温度基本一致的塑料，可以使内外层固化比较均匀，而压制成型时加入模腔的是松散或预压为锭的加料，尚需从模壁由热传导从外向里对塑料传递热量，使内、外层有明显温差，外层固化较早较快，内层固化较晚较慢，产生内外层固化程度的明显差别，常常出现外层固化过分内层仍固化不足的现象，对塑件性能不利。由于热固性注塑件在整个断面上固化较均匀一致，赋予塑料良好的电绝缘性能，某些力学性能也得到改善。河南机电高等专科学校：杨占尧3．劳动条件明显改善热固性注塑比压制、压铸成型的自动化程度高，使操作人员劳动强度和工作条件都明显改善，特别是向料斗中加料是密闭加料，减少了粉尘飞扬的危害。河南机电高等专科学校：杨占尧11.1.2注塑工艺特点热固性塑料注塑成型是一项新技术，还处于发展阶段。其成型模具的设计与注塑工艺、注塑物料和注塑设备密切相关。（一）工艺特点热固性塑料注塑有别于热塑性塑料。热固性塑料的注塑料加入料筒，通过螺杆旋转产生剪切热和料筒的外加热，使之在较低温度(约55～105℃)熔融。然后在高压下将稠胶状的物料注入模具。在加热(约达150～200℃)高温作用下，进行化学交联反应，经保压后固化成型。最后开模顶出取得成型制品。河南机电高等专科学校：杨占尧1．热固性注塑料热固性塑料的注塑料应经改性后制成粒子、粉状或液态等供应。现今大多以粒子供应，仅环氧注塑料是液态的。对热固性塑料的注塑料有下列要求。(1)合适的流动性热固性注塑料的拉西哥流动性—般大于200mm。相对分子质量在1000以内的线型分子或具有少量支链型的分子，其流动性最好。木粉作填料的注塑塑料流动性最好，无机填料的流动性较差。玻璃纤维和纺织填料的塑料流动性最差。添加润滑剂可提高流动性，过多固化剂会降低流动性。河南机电高等专科学校：杨占尧(2)塑化温度范围宽一般要求物料在70～90℃能够塑化，具有一定流动性。并要求在注塑机的料筒中存留15～30min，具有热稳定性。添加稳定剂可在较低温度下阻止交联固化。这对温流道注塑模成型尤其重要。河南机电高等专科学校：杨占尧(3)高温下能快速固化固化速度快能缩短成型周期，提高生产效率。但过快固化，会造成局部型腔特别是细小部位充填不满。(4)收缩率要小比起热固性塑料的压制和压铸成型，注塑料的收缩率最大。因为成型中受到压力最小；且模具温度高，脱模后冷却至室温又再次收缩。另外热固性注塑料的收缩率与填料的种类和含量有关。木粉等有机填料会使收缩率大增。矿物填料，特别是玻璃纤维充填的注塑料收缩率较小。过大的收缩率使制品尺寸变化大，又易产生变形翘曲。模具设计收缩率仍以模具和制品在室温条件下的尺寸计算。由于该收缩率与注塑料品种和配方关系很大，通常又含有40％以上填料，收缩率应由生产厂的注塑料说明书或试验确定。河南机电高等专科学校：杨占尧2．热固性塑料注塑机热固性塑料注塑应该用专门的注塑机。这种注塑机与常用的热塑性塑料注塑机主要有两个方面的区别：(1)料筒加热方式热固性塑料的塑化热量主要来源是螺杆旋转的剪切热。料筒的外加热主要起预热作用，并起对料筒温度的调节作用。单一的电热方式易使物料过热固化。因此，常用水或油加热料筒。也有电加热水结构的料筒。另一种是油电加热料筒，电热仅用于预热，塑化时调节油温来控制料筒温度，所以料筒温度控制精度较高。(2)塑化螺杆的压缩比由对热塑性注塑料的2～3.5：1改小至1：1。长径比由15～20减小为12～15，以减少对物料的剪切和摩擦作用。河南机电高等专科学校：杨占尧3．注塑工艺(1)工艺要点热固性塑料注塑过程中，物料在料筒中处于粘度最低的熔融状态。塑料熔体的粘度及其流动阻力与填料品种、比例和形状尺寸关系很大，需有相适应的注塑压力。必须综合考虑摩擦热的因素。一般采用较高注塑速度，以获得较高的摩擦热，有利固化。热固性塑料在模具中进行固化反应，会产生缩合水和低分子挥发物，模具型腔必须设有畅通的排气系统。否则会在塑件表面留下气泡和残缺。固化成型时间按最大壁厚计算，一般为8～12s／mm，快速固化的注塑料5～7s／mm。河南机电高等专科学校：杨占尧(2)存在的问题目前热固性塑料注塑品种已有一百多种，但国内生产品种尚少，还需提高材料性能。热固性塑料中的填料，如玻璃纤维在螺杆剪切作用中会受损；而布屑、纸片等大颗粒填料难于进料。不但物料的流动性差．而且对螺杆和模具等磨损作用大。又使注塑件取向较严重，产品易翘曲变形。塑件中的嵌件的安放受成型速度等限制，不能过多和安放过慢。最突出的问题是浇注系统凝料只能作废料处理。尤其是一模多腔小制件，浪费率达15％～25％，甚至更高。故采用无浇注系统凝料的流道模具有重大意义。应看到热固性注塑的设备和模具费用比其他加工工艺方法高几倍，而且耗能也大。单模具加热就占耗能1／4。河南机电高等专科学校：杨占尧2模内流动和固化塑性塑料熔体充模时模壁温度低于熔体温度，使靠近模壁处的熔体迅速冷却生成冻结皮层。靠近冻结层处熔体粘度高于中心层，流速沿断面呈抛物线分布，如图11-2(a)所示。热固性塑料熔体充模时，模壁温度高于熔体温度，不会产生冻结层。接触模壁处熔体因受到加热反而使粘度降低。除紧邻模壁薄层因摩擦阻力流速较低外，整个断面流速分布相近，形成“活塞流”，如图11—2(b)所示。河南机电高等专科学校：杨占尧返回河南机电高等专科学校：杨占尧热固性塑料熔体的充模流速分布特性，与粉状料压制成型相比，模腔中充模终止时的塑料熔体温度均匀一致，没有明显的内外层，固化程度不易区别。因此注塑充模塑件在整个断面上有较均匀一致力学相电绝缘性能。但是这种充模流动，在模具高温模壁处的流速很高，对模壁产生很大摩擦磨损。特别是在流道和型腔的窄狭通道处，壁面磨损更甚。热固性塑料充模后固化交链成三维网状结构，不会出现大分子链的取向，也很少产生熔体破裂现象。但是纤维状的填料在充横流动中会出现流动取向，使制品在流动方向的力学性能和收缩率高于垂直流动方向。河南机电高等专科学校：杨占尧热固性塑料熔体在充模过程中，近模壁处的流速高且速度梯度大，与模腔面的给热系数高，又会产生不容忽视的摩擦热。这使充模熔体很快达到固化温度。与其他成型方法比较，同样厚度制品固化反应时间最短；若制品愈厚，固化时间缩短更明显。这使模具温度控制较为困难。模温偏低会延长固化周期，或使固化不完全，致使塑件性能下降。倘若模温偏高，低粘度熔体会到处钻模形成飞边。靠近模壁的熔体粘度迅速越过最低点而过早固化，会使塑件表层发暗出现流痕和粘模。局部熔体过早固化，还会使塑件某些部分缺料。模内熔体受热时，一方面由于分子链活动性增大使粘度降低；但另一方面因固化反应而使粘度大增。如图11-3所示，是两个相反的综合影响结果。河南机电高等专科学校：杨占尧返回河南机电高等专科学校：杨占尧综上所述，热固性塑料注塑模具的总体结构设计时必须考虑如下特点。1制品尚未固化前树脂粘度比热塑性塑料低，对于0．01～0．02mm缝隙也会溢出。2制品成型后硬而脆。其分型面上飞边和钻入缝隙溢料使清理困难。易破碎的小片会磨损模具表面。3热固性塑料的摩擦系数和收缩率较小。塑件对型芯包紧力较小，开模时易滞留在型腔的一侧。4塑料熔体对模具成型表面有较严重的磨蚀磨损。5模具工作温度远高于室温，使室温下的装配间隙很难控制使工作时的运动零件产生咬死和拉毛现象。河南机电高等专科学校：杨占尧11.2模具设计要点许多重要设计步骤，如模具的强度和刚度计算等，与热塑性塑料注塑模相同或相似，这里从简。典型注塑模具如图11-4所示。它和热塑性注塑模结构类似，即包括型腔、浇注系统、导向零件、顶出装置、分型抽芯机构、排气孔等。在注射机上也采取相同的安装方法，用定位圈定位。其分流道和浇口、排气孔等的开设更类似于压铸模具，模具多采用电加热以满足物料迅速固化的要求。热固性塑料注塑模也有其特点，例如排气量大，注塑压力和速度比较高，应考虑其排气和磨损的问题。河南机电高等专科学校：杨占尧返回河南机电高等专科学校：杨占尧11.2.1型腔数目确定应以保证足够大的锁模力，防止分型面上出现飞边来确定型腔数。其中，n为由锁模力决定的型腔数；F为注塑机的锁模力(N)；Pc为型腔内塑料熔体的压力(MPa)；B为流道和浇口在分型面上的投影面积(mm2)；A为每个制件在分型面上的投影面积(mm2)。根据经验，酚醛塑料成型时型腔压力Pc为30～40MPa，氨基塑料Pc为40～60MPa，不饱和聚酯Pc为10～20MPa。])8.0~6.0([1BPFAnc河南机电高等专科学校：杨占尧还需校核塑料熔体在料筒中的存留时间b。使b不得超过熔体状态的维持时间。目前，该允许维持时间[]b＝4～6min,有所以，每次实际注塑量为注塑后料筒中存料的0.7～0.8较为合适。倘若注塑量过少，会造成塑件上有过早固化硬块。甚至必须经常对空喷射，以防止塑料在料筒中固化。bbbGG]['河南机电高等专科学校：杨占尧11.2.2分型面设计应该尽可能减小分型面处动、定模的实际接触面积，目的是增大接触面处的闭合压力，增加模具闭合的紧密性，避免分型面处溢料或减小溢料厚度。应将分型面除型腔和浇注道所在区以外部分削去0.5～1.0mm，如图11-5所示。分型面处尽量减少穿通的孔或凹槽，如螺钉固定孔、销钉孔等应设计为盲孔。对于难以避免的孔，应尽可能远离型腔，并避免与排气槽连通．以避免这些孔内溢入塑料，难以清理。河南机电高等专科学校：杨占尧分型面应具有比热塑性注塑模较高的硬度，以避