單分型面模具.doc

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1、 第三章 單分型面注射模 一、本章基本內容 本章內容包括了塑料注射成型模具的總體結構設計；單分型面注射模各組成機構的功能和設計方法；塑料注射成型模具中塑件的位置；普通澆注系統(tǒng)的設計；成型零部件尺寸計算；簡單推出機構設計；溫度調節(jié)系統(tǒng)的設計；模具結構零部件設計等；單分型面注射模的設計步驟和設計方法。 分型面形式 設計原則 型腔數目 單分型面注射模具組成和工作過程 分型面 流動比校核 流道長度計算 澆注系統(tǒng)平衡計算方法 主流道 分流道 澆 口 平衡問題 單 分 型 面 模 具 單分型面注射模具 澆注

2、系統(tǒng)設計 型 腔 型 芯 螺紋型芯 螺紋型環(huán) 工作尺寸計算 剛度強度校核 成形零部件設計 推桿推出機構 推管推出機構 推件板推出機構 推出力計算 推出機構設計 模具冷卻系統(tǒng) 模具加熱系統(tǒng) 冷卻回路尺寸計算 結構形式確定 電加熱裝置總功率計算 溫度調節(jié)系統(tǒng)設計 二、學習目的與要求 通過本章的學習，應掌握單分型面注射模的總體結構和澆注系統(tǒng)、推出機構的一般設計過程和方法。 三、本章重點、難點： 單分型面注射模的總體結構和澆注系統(tǒng)、推出機構的一般設計過程和方法，，溫度調節(jié)系統(tǒng)的設計。 1、單分型面注射模

3、的組成 按機構組成，單分型面注射模由模腔、成型零部件、澆注系統(tǒng)、導向機構、頂出裝置、溫度調節(jié)系統(tǒng)和結構零部件組成。 (1) 模腔 模具中用于成型塑料制件的空腔部分，由于模腔是直接成型塑料制件的部分，因此模腔的形狀應朽塑件的形狀一致，模腔一般由型腔、型芯組成。 (2) 成型零部件 構成塑料模具模腔的零件統(tǒng)稱為成型零部件，通常包括型芯(成型塑件內部形狀)、型腔 (成型塑件外部形狀)。 (3) 澆注系統(tǒng) 將塑料由注射機噴嘴引向型腔的流道稱為澆注系統(tǒng)，澆注系統(tǒng)分主流道、分流道、澆口、冷料穴四個部分，是由澆口套、拉料桿和定模板上的流道組成。 (4) 導向機構 為確保動模與定模合模時

4、準確對中而設導向零件。通常有導向柱、導向孔或在動模定模上分別設置互相吻合的內外錐面組成。 (5) 推出裝置 在開模過程中，將塑件從模具中推出的裝置。有的注射模具的推出裝置為避免在頂出過程中推出板歪斜，還設有導向零件，使推板保持水平運動。由推桿、推板、推桿固定板、復位桿、主流道拉料桿、支承釘、推板導柱及推板導套組成。 (6) 溫度調節(jié)和排氣系統(tǒng) 為了滿足注射工藝對模具溫度的要求，模具設有冷卻或加熱系統(tǒng)，冷卻系統(tǒng)一般在模具內開設冷卻水道，冷卻系統(tǒng)是由冷卻水道和水嘴組成。加熱則在模具內部或周圍安裝加熱元件，如電加熱元件。在注射成型過程中，為了將型腔內的氣體排除模外，常常需

5、要開設排氣系統(tǒng)。 (7) 結構零部件 用來安裝固定或支承成型零部件及前述的各部分機構的零部件。支承零部件組裝在一起，可以構成注射模具的基本骨架。 2、單分型面注射模的工作原理 單分型面注射模的工作原理:模具合模時，在導柱和導套的導向定位下，動模和定模閉合。型腔由定模板上的型腔與固定在動模板上型芯組成，并由注射機合模系統(tǒng)提供的鎖模力鎖緊。然后注射機開始注射，塑料熔體經定模上的澆注系統(tǒng)進入型腔，帶熔體充滿型腔并經過保壓、補塑和冷卻定型后開模。開模時，注射機合模系統(tǒng)帶動動模后退，模具從動模和定模分型面分開，塑件包在型芯上隨動模一起后退，同時，拉料桿將澆注系統(tǒng)的主流道凝料從澆口套中拉出。當動模

6、移動一定距離后，注射機的頂桿接觸推板，推板機構開始動作，使推桿和拉料桿分別將塑件及澆注系統(tǒng)凝料從型芯和冷料穴中推出，塑件在澆注系統(tǒng)凝料一起從模具中落下，至此完成一次注射過程。合模時，推出機構靠復位桿復位并準備下一次注射。 3、單分型面注射模具澆注系統(tǒng)設計 (1) 普通澆注系統(tǒng)的組成 澆注系統(tǒng)是指模具中由注射機噴嘴到型腔之間的進料通道。普通澆注系統(tǒng)一般由主流道、分流道、澆口和冷料穴四部分組成。 圖3.6a為安裝在臥式或立式注射機上的注射模具所用的澆注系統(tǒng)，亦稱為直澆口式澆注系統(tǒng)，其主流道垂直于模具分型面；圖3.6b為安裝在角式注射機上的注射模具所用澆注系統(tǒng)，主流道平行于分型面。 (

7、2) 澆注系統(tǒng)的設計原則 設計澆注系統(tǒng)應遵循如下基本原則： ① 了解塑料的成形性能 ② 盡量避免或減少產生熔接痕 ③ 有利于型腔中氣體的排出 ④ 防止型芯的變形和嵌件的位移 ⑤ 盡量采用較短的流程充滿型腔 (3) 流動比的校核 流動距離比簡稱流動比，它是指塑料熔體在模具中進行最長距離的流動時，其截面厚度相同的各段料流通道及各段模腔的長度與其對應截面厚度之比值的總和，即 (3—4) 式中 —— 流動距離比; L—— 模具中各段料流通道及各段模腔的長度，mm; t—— 模具中各段料流通道及各段模腔的截面厚度，mm;

8、 —— 塑料的許用流動距離比。 (4) 主流道的設計 主流道是指澆注系統(tǒng)中從注射機噴嘴與模具接觸處開始到分流道為止的塑料熔體的流動通道。主流道是熔體最先流經模具的部分，它的形狀與尺寸對塑料熔體的流動速度和充模時間有較大的影響，因此，必須使熔體的溫度降和壓力損失最小。 ① 主流道尺寸 在臥式或立式注射機上使用的模具中，主流道垂直于分型面。由于主流道要與高溫塑料熔體及注射機噴嘴反復接觸，所以只有在小批量生產時，主流道才在注射模上直接加工，大部分注射模中，主流道通常設計成可拆卸、可更換的主流道澆口套。為了讓主流道凝料能從澆口套中順利拔出，主流道設計成圓錐形，其錐角為2～6。小端直徑d

9、比注射機噴嘴直徑大0.5～1 mm。由于小端的前面是球面，其深度為3～5 mm，注射機噴嘴的球面在該位置與模具接觸并且貼合，因此要求主流道球面半徑比噴嘴球面半徑大1-2mm。流道的表面粗糙度值Ra為0.08。 ② 主流道澆口套 圖4 主流道澆口套及其固定形式 主流道澆口套一般采用碳素工具鋼如T8A、T10A等材料制造，熱處理淬火硬度53—57HRC。主流道澆口套及其固定形式如圖4所示. (5) 分流道設計 分流道是指主流道末端與澆口之間的一段塑料熔體的流動通道。分流道作用是改變熔體流自，使其以平穩(wěn)的流態(tài)均衡地分配到各個型腔。設計時應注意盡量減少流動過程中的熱量損失與壓力損失

10、。 ① 分流道的形狀與尺寸 分流道開設在動、定模分型面的兩側或任意一側，其截面形狀應盡量使其比表面積(流道表面積與其體積之比)小。常用的分流道截面形式有圓形、梯形、u形、半圓形及矩形等，如圖3.9所示。梯形及u形截面分流道加工較容易，且熱量損失與壓力損失均不大，是常用的形式。 ② 分流道的長度 根據型腔在分型面上的排布情況，分流道可分為一次分流道、兩次分流道甚至三次分流道。分流道的長度要盡可能短，且彎折少，以便減少壓力損失和熱量損失，節(jié)約塑料的原材料和能耗。 ③ 分流道的表面粗糙度 由于分流道中與模具接觸的外層塑料迅速冷卻，只有內部的熔體流動狀態(tài)比較理想，因此分流道表面粗糙度數

11、值不能太小，一般取0.16 m左右，這可增加對外層塑料熔體的流動阻力．使外層塑料冷卻皮層固定，形成絕熱層。 ④ 分流道的布置 分流道常用的布置形式有平衡式和非平衡式兩種，這與多型腔的平衡式與非平衡式的布置是一致的。 (6) 澆口設計 ① 澆口的概念 澆口亦稱進料口，是連接分流道與型腔的熔體通道。澆口的設計與位置的選擇恰當與否，直接關系到塑件能否被完好、高質量地注射成形。 ② 澆口的作用 澆口可分成限制性澆口和非限制性澆口兩類。非限制性澆口是整個澆注系統(tǒng)中截面尺寸最大的部位，它主要是對中大型筒類、殼類塑件型腔起引料和進料后的施壓作用。限制性澆口是整個澆注系統(tǒng)中截面尺寸最小的部位，其

12、作用如下： a) 澆口通過截面積的突然變化，使分流道送來的塑料熔體提高注射壓力，使塑料熔體通過撓口的流速有一突變性增加，提高塑料熔體的剪切速率，降低黏度，使其成為理想的流動狀態(tài)，從而迅速均衡地充滿型腔。對于多型腔模具，調節(jié)澆口的尺寸，還可以使非平衡布置的型腔達到同時進料的目的。 b) 澆口還起著較早固化、防止型腔中熔體倒流的作用。 c) 澆口通常是澆注系統(tǒng)最小截面部分，這有利于在塑件的后加丁中塑件與澆口凝料的分離。 ③ 單分型面注射模澆口的類型 單分型面注射模的澆口可以采用直接澆口、中心澆口、側澆口、環(huán)形澆口、輪輻式澆口和爪形澆口。 a) 直接澆口 直接澆口叉稱為主流道型澆口，它

13、屬于非限制性澆口。這種形式的澆口只適于單型腔模具，直接澆口的形式見圖5。 特點是：流動阻力小，流動路程短及補縮時間長等；有利于消除深型腔處氣體不易排出的缺點；塑件和澆注系統(tǒng)在分型面上的投影面積最小，模具結構緊湊，注射機受力均勻；塑件翹曲變形、澆口截面大，去除澆口困難，去除后會留有較大的澆口痕跡，影響塑件的美觀。 b) 中心澆口 圖5 直接澆口 圖6 中心澆口 當筒類或殼類塑件的底部中心或接近于中心部位有通孔時，內澆口開設在該孔處，同時在中心處設置分流錐，該澆口稱為中心澆口，是直接澆口的一種特殊形式，如圖5所示。它具有直接澆口的一系

14、列優(yōu)點，而克服了直接澆口易產生的縮孔、變形等缺陷。 c) 側澆口 側澆口一般開設在分型面上，塑料熔體從內側或外側充填模具型腔，其截面形狀多為％(扁槽)，是限制性澆口。側澆口廣泛使用在多型腔單分型面注射模上，側澆口的形式如圖6所示。 特點是 由于澆口截面小，減少了澆注系統(tǒng)塑料的消耗量，同時去除澆口容易，不留明顯痕跡。 圖7 側澆口 側澆口的兩種變異形式為扇形澆口和平縫澆口。 扇形澆口是一種沿澆口方向寬度逐漸增加、厚度逐漸減少的呈扇形的側澆口， 平縫澆口又稱薄片澆口，澆口寬度很大，厚度很小。主要用來成形面積較小、尺寸較大的扁平塑件，可減小平板塑件的翹曲變形，但澆口的去除比扇形澆

15、口更困難，澆口在塑件上痕跡也更明顯。 d) 環(huán)形澆口 對型腔填充采用圓環(huán)形進料形式的澆口稱環(huán)形澆口，見圖8。環(huán)形澆口的特點是進料均勻．圓周上各處流速大致相等，熔體流動狀態(tài)好．型腔中的空氣容易排出，熔接痕可基本避免，但澆注系統(tǒng)耗料較多，澆口去除較難。 圖8環(huán)形澆口 圖9輪輻式澆口 e) 輪輻式澆口 輪輻式澆口是在環(huán)形澆口基礎上改進而成，由原來的圓周進料改為數小段圓弧進料，輪輻式澆口的形式見圖9。這種形式的澆口耗料比環(huán)形澆口少得多．且去除澆口容易。這類澆口在生產中比環(huán)形澆口應用廣泛．多用于底部有大孔的圓筒形或殼形塑件。輪輻澆口

16、的缺點是增加了熔接痕，會影響塑件的強度。 f ) 爪形澆口 爪形澆口加工較困難，通常用電火花成形。型芯可用做分流錐，其頭部與主流道有自動定心的作用，從而避免了塑件彎曲變形或同軸度差等成形缺陷。爪形澆口的缺點與輪輻式澆口類似，主要適用于成形內孔較小且同軸度要求較高的細長管狀塑件。 ④ 澆口位置的選擇原則 a) 盡量縮短流動距離 b) 避免熔體破裂現象引起塑件的缺陷 c) 澆口應開設在塑件厚壁處 d) 考慮分子定向的影響 e) 減少熔接痕，提高熔接強度 (7) 澆注系統(tǒng)平衡設計 ① 澆注系統(tǒng)的平衡概念 為了提高生產效率，降低成本，小型(包括部分中型)塑件往往采

17、取一模多腔的結構豫應盡量采用型腔平衡式布置的形式。若根據某種需要澆注系統(tǒng)被設計成型腔非平衡式布置形式，則需要通過調節(jié)澆口尺寸，使?jié)部诘牧髁考俺尚喂に嚄l件達到一致，這就是澆注系的平衡，亦稱澆口的平衡。 ② 澆注系統(tǒng)的平衡計算方法 澆注平衡計算的思路是通過計算多型腔模具各個澆口的BGV(Balanced Gate Value)值來判斷或計算。澆口平衡時，BGV值應符合下列要求：相同塑件的多型腔模具，各澆口計算出的BGV值必須相等；不同塑件的多型腔模具，各澆口計算出的BGV值必須與其塑件型腔的充填量成正比。 4、單分型面注射模成形零部件 一套模具一般都有幾十個零件組成，為了保證模具正常工作，

18、模具的零件之間、零件與塑件之間，都有嚴格的尺寸關系。本部分內容的學習，是為了了解每個零件在模具中的作用，零件的結構及零件之間的相互配合關系。 (1) 結構設計 ① 型腔結構設計 型腔零件是成形塑料件外表面的主要零件。按結構不同可分為 整體式型腔結構 整體式型腔是由整塊金屬加工而成的，其特點是牢固、不易變形、不會使塑件產生拼接線痕跡。但是由于整體式型腔加工困難，熱處理不方便，所以常用于形狀簡單的中、小型模具上。 組合式型腔結構 組合式型腔結構是指型腔是由兩個以上的零部件組合而成的。按組合方式不同，組合式型腔結構可分為整體嵌入式、局部鑲嵌式、側壁鑲嵌式和四壁拼合式等形式。 ②

19、 型芯結構設計 成形塑件內表面的零件稱型芯，主要有主型芯、小型芯等。對于簡單的容器，如殼、蓋之類的塑件，成形其主要部分內表面的零件稱主型芯，而將成形其他小孔的型芯稱為刪小型芯或成形桿。 主型芯的結構設計 按結構主型芯可分為整體式和組合式兩種。整體式主型芯結構， 其結構牢固但不便加工，消耗的模具鋼多。主要用于工藝實驗或小型模具上的簡單型芯。組合式主型芯結構是將型芯單獨加工后，再鑲人模板中。 小型芯的結構設計 小型芯是用來成形塑件上的小孔或槽。小型芯單獨制造后，再嵌入模板中。 圓形小型芯的幾種固定方法 圓形小型芯可采用下面幾種方式固定?？捎门_肩固定，下面有墊板壓緊；或者固定板太

20、厚，可在固定板上減小配合長度，同時把細小的型芯制成臺階；型芯細小而固定板太厚時，型芯鑲人后，在下端用圓柱墊墊平；固定板厚、無墊板時，在型芯的下端用螺塞緊固；型芯鑲人后，在另一端采用鉚接固定。 異形小型芯的幾種固定方法 對于異形型芯，為了制造方便，常將型芯設計成兩段。型芯的連接固定段制成圓形臺肩和模板連接；也可以用螺母緊固。 相互靠近的小型芯的固定方法 多個相互靠近的小型芯，如果臺肩固定時，臺肩發(fā)生重疊干涉，可將臺肩相碰的一面磨去，將型芯固定板的臺階孔加工成大圓臺階孔或長腰圓形臺階孔，然后再將型芯鑲人。 ③ 螺紋型芯和螺紋型環(huán)結構設計 螺紋型芯和螺紋型環(huán)是分別用來成形塑件內螺紋和

21、外螺紋的活動鑲件。另外，螺紋型捌螺紋型環(huán)也是可以用來固定帶螺紋的孔和螺桿的嵌件。成形后，螺紋型芯和螺紋型環(huán)的脫卸方法有兩種，一種是模內自動脫卸，另一種是模外手動脫卸，這里僅介紹模外手動脫卸螺紋型芯和螺紋型環(huán)的結構及固定方法。 螺紋型芯 螺紋型芯按用途分直接成形塑件上螺紋孔和固定螺母嵌件兩種，這兩種螺紋型芯在結構上沒有原則上的區(qū)別。用來成形塑件上螺紋孔的螺紋型芯在設計時應考慮收縮率，一般應有O.5度的脫模斜度。螺紋始端和末端按塑料螺紋結構要求設計，以防止從塑件上擰下，拉毛塑料螺紋。固定蠼母的螺紋型芯在設計時不考慮收縮率，按普通螺紋制造即可。螺紋型芯安裝在模具上，成形時要可靠定位，不能因臺模振

22、動或料流沖擊而移動，開模時應能與塑件一道取出且便于裝卸。 螺紋型環(huán) 螺紋型環(huán)常見的結構是整體式的螺紋型環(huán)，型環(huán)與模板的配用H8／f8，配合段長3～5 mm，為了安裝方便，配合段以外制出3-5度的斜度，型環(huán)下端可銑削成方形，以便用扳手從塑件上擰下；組合式型環(huán)，型環(huán)由兩半瓣拼合而成，兩瓣中間用導向銷定位。成形后，可用尖劈狀卸模器楔入型環(huán)兩邊的楔形槽撬口內，使螺紋型環(huán)分開，這種方法快而省力，但該方法會在成形的塑料外螺紋上留下難以修整的拼合痕跡。 (2) 工作尺寸計算 成形零件工作尺寸指直接用來構成塑件型面的尺寸，例如型腔和型芯的徑向尺寸、深度和高度尺寸、fL間距離尺寸、孔或凸臺至某成形表面的

23、距離尺寸、螺紋成形零件的徑向尺寸和螺距尺寸等。 ① 計算成形零部件工作尺寸要考慮的要素 a) 塑件的收縮率波動 b) 模具成形零件的制造誤差 c) 模具成形零件的磨損 d) 模具安裝配合的誤差 e) 塑件的總誤差 f) 考慮塑件尺寸和精度的原則 ② 成形零部件工作尺寸計算 (3) 剛度強度校核 剛度強度計算時要考慮的要素 ① 塑件變形？ ② 破碎？ ③ 型腔尺寸擴大？ ④ 出現溢料現象？ 5、推出機構設計 (1) 推出機構的結構組成 概念：在注射成形的每個周期中，將塑料制品及澆注系統(tǒng)凝料從模具巾脫出的機構稱為推出機構，也叫頂出機構或脫模機構。推出機

24、構的動作通常是由安裝在注射機上的機械頂桿或液壓缸的活塞桿來完成的。 結構組成：由推出、復位和導向零件組成。 (2) 結構分類 ① 手動推出、 ② 機動推出、 ③ 液壓或氣動推出 (3) 結構設計要求 ① 塑件留在動模 ② 塑件在推出過程中不變形、不損壞 ③ 不損壞塑件的外觀質量 ④ 合模時應使推出機構正確復位 ⑤ 動作可靠 (4) 結構設計 ① 推桿推出機構 推桿推出機構是整個推出機構中最簡單、最常見的一種形式。由于設置推桿的自由度較大，而且推桿截面大部分為圓形，容易達到推桿與模板或型芯上推桿孔的配合精度．推桿推出時運動阻力小，推出動作靈活可靠，損壞后也便于更換，因

25、此在生產中廣泛應用。 但是因為推桿的推出面積一般比較小，易引起較大局部應力而頂穿塑件或使塑件變形，所以很少用于脫模斜度小和脫模阻力大的管類或箱類塑件。 ② 推管推出機構 推管推出機構是用來推出圓筒形、環(huán)形塑件或帶有孔的塑件的一種特殊結構形式，其脫模運動方式和推桿相同。由于推管是一種空心推桿，故整個周邊接觸塑件，推出塑件的力量均勻，塑件不易變形，也不會留下明顯的推出痕跡。 ③ 推件板的推出機構 凡是薄壁容器、殼形塑件以及表面不允許有推出痕跡的塑料制品，可采用推件板推出．推件板推出機構義稱頂板頂出機構，它由一塊與型芯按一定配合精度相配合的模板和推桿組成。 特點：推件板推出的特

26、點是頂出力均勻，運動平穩(wěn)，且推出力大。但是對于截面為非圓形的塑件，其配合部分加工比較困難。 ④ 活動嵌件及凹模推出機構 有一些塑件由于結構形狀和所用材料的關系，不能采用推桿、推管、推件板等簡單推出機構脫模時，可用成形嵌件或型腔帶出塑件。 6、溫度調節(jié)系統(tǒng)設計 溫度調節(jié)(模具的溫度調節(jié)指的是對模具進行冷卻或加熱)既關系到塑件的質量(塑件尺寸精度、塑件的力學性能和塑件的表面質量)，又關系到生產效率。因此，必須根據要求使模具溫度控制在一個合理的范圍內，以得到高品質的塑件和高的生產率。 (1) 冷卻系統(tǒng)設計 ① 冷卻水回路布置的基本原則 a) 冷卻水道應盡量多，截面尺寸應盡量大 b) 冷卻水道到型腔表面距離適當 c) 冷卻水道應暢通無阻 d) 冷卻水道應避開塑件易產生熔接痕的部位 ② 常見結構 (2) 模具加熱系統(tǒng)設計 當注射成形工藝要求?？h溫度在80℃以上時，對大型模具進行預熱或者采用熱流道的模具時，模具中必須設置加熱裝置。模具的加熱方法電加熱方法，還可在冷卻水管中通入熱水、熱油、蒸汽等介質進行預熱。電加熱義可分為電阻絲加熱和電熱棒加熱。 15