第十三章模具基础知识.docx
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第十三章模具基础知识
第十三章模具基础知识
第一节概述
欲注塑成型高品质的制品,必须重视两个要素,一个是选择好的注塑机,一个是选择好的模具,从这个意义上讲,注塑机和模具是统一的,是一个整体。
所以模具的正确选择和正确的设计是注塑制品成功的关键因素。
一、模具设计要点
制品表面的很多表面缺陷和不良现象是由于不合理的模具设计造成的。
因此,应该避免引起制品质量缺陷的设计。
如表13-1列出。
表13-1模具克服制品表面缺陷的设计要点
避免制品缺陷
模 具 设 计 要 点
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
制品注射不足
溢料、飞边
凹痕、气孔
接痕
降解脆化
物料变色
银丝、斑纹
浇口处混浊
翘曲与收缩
尺寸不稳定
粘贴型腔
粘贴流道
①加大流道;②加大浇口;③加大喷嘴;④浇口位置布置要合理;⑤增加浇口数;⑥加大冷料穴;⑦扩大排气槽
①型腔与腔芯要紧闭对准;②提高模板平行度;③增加模板刚性;④模板平面刮平毛刺;⑤排气孔开的适当
①增大浇口、分流道、主流道、喷嘴;②排气孔适当;③浇口流道使充模速率平衡;④浇口按排厚壁部位;⑤减少型腔厚度差值
①拼缝处排气要好;②加大主、分流道、浇口及喷嘴直径;③浇口与拼缝要近或增加辅助浇口;④增加型腔壁厚;⑤型芯要定位防止偏移;⑥动、定模要定位准确、防偏;⑦流道、浇口充模速率要平衡
①型腔不要设计太薄;②加大浇口和分流道;③增加加强筋、圆内角
①排气合理;②加大浇口,主、分流道及喷嘴尺寸
①增加冷料穴,主、分流道及浇口尺寸;②改善排气;③提高型腔光洁度;④壁厚不能太薄
①增加浇口,分流道、冷料穴尺寸;②选择合理浇口形状(扇形浇口)③改变浇口位置;④改善排气效果
①改变浇口尺寸;②改变浇口位置或增加辅助浇口;③增加顶出面积;④保持顶出力均衡;⑤增加壁厚,加强制件;⑥增加加强筋及圆角
①提高模腔尺寸精度;②顶出力均匀稳定;③浇口及流道尺寸和位置设计合理,使物料充模均匀
①除去模具刻纹、伤痕、提高表面光洁度;②模具表面动作方向与注射方向一致;③增加顶出面积,选择顶出位置;④增加模具刚性,减少型腔变形;⑤减小浇口尺寸,增设辅助浇口;⑥改变浇口位置减少模腔压力
①浇套注口与喷嘴配合好;②确保喷嘴孔小于浇套入口径;③增加主流道锥度、调整直度、并抛光主流道;④增加浇口料的拉出力
二、模具设计程序
1.首先要确定每模的型腔数及其在分型面上的排列与布置。
一般,在成型制品数量少或精度高的情况下,选择一个型腔;而产量大时选择多型腔,但要注意型腔和浇口布置,要使充模速率平衡。
为减少物料在流道的损失,要尽量减少和缩短流道。
2.分型面的选择 分型面的决定不仅影响制品的外观,而且将影响到模具的加工方法和难易程度,是决定模具最基本结构的主要因素。
3.主、分流道、浇口的形式及位置。
4.顶出机构型式及顶出位置 顶出机构的方式,如手动、机械、液压式、气动、对模具结构起重要影响。
顶出位置不仅影响到制品的变形,而且要影响制品的外观和内应力能否使制品顺利脱模。
5.模具材料强度计算,最后确定外型尺寸。
6.模具加工方法 当模具结构确定之后,就要根据型腔尺寸、形状、精度来确定加工方法。
在确定加工方法时,要考虑不能缓和济性,要考虑是普通加工还是手工可特殊机械加工方法,必要时可以做成分件组合形式,这样可以选择不同的材质,并使具有复杂曲线的部分可以有普通机械加工。
但这时要考虑组成型腔表面的光洁度、磨损、硬以及溢料发生的可能性。
7.模具各部零件强度校核,并考虑各转角处的应力集中。
8.温度调整方法,加热与冷却方式 模具温度的调整将影响致意品质量和生产率,也将影响制品的内应力。
冷却介质的种类、温度、流量,冷却管尺寸、面积、位置可通过在实验基础上进行计算或采取经验设计。
冷却水管尺寸、布置与位置有关。
第二节 模具形式结构
一、模具结构
通用模具组成结构如图13-1所示,各件的功能可由其名称得到了解。
二、模具材料
由于注塑模具的结构比较复杂,多则有40几个零件,由于这些零件在模具上的位置不同,功能各异,所以对其材料要求不同。
合理的选择模具材料关系到模具刚度、强度、制品质量尺寸及几何精度,模具的机械加工工艺及其成本等重要问题。
因此模具材料的选择应充分重视。
对材料要求:
1.材料容易选购到,这将影响模具制造周期。
2.切削性能好,易机械加工,影响制造成本和型腔质量。
3.热处理后变形小,影响到型腔表面质量。
4.抛光性能好,容易得到光泽表面,影响到型腔表面质量。
5.抗磨性和耐腐蚀性影响到使用寿命。
6.表面硬度高而芯部强度高,影响到模具强度与刚度。
三、模具尺寸精度
塑料模具的成型零件,型芯,型腔等几何尺寸精度的确定不仅直接影响到制品的尺寸精度,
而且还关系到模具的加工和生产成本。
目前,我国确定模具的尺寸是当注塑制品的名义尺寸小于80mm或80~120mm之间模具成型零件的尺寸公差取制件尺寸公差的
~
;当制件尺寸大于120至500mm时,则取
~
。
关于注塑制件的尺寸公有原“四机部”规定的公差标准外,还有“五机部”规定的标准WJ1266-81,如表13-2所列。
表13-2 WJ12660-81标准
塑料制件尺寸公差等
级(WJ1266-81)
1
2
3
4
5
6
7
8
模具成型零件尺寸公差
等级(GB1800-79)
IT7
IT8
IT9
IT10
IT11
由于目前精密注塑制品的尺寸精度的公差范围尚未统一,模具的型腔部位的尺寸精度也难以确定。
但考虑模具制造困难等因素,当模具名义尺寸在50mm的公差不应超过0.003~0.005mm;在100mm的尺寸公差不超过0.005~0.01mm。
我国“四机部”标准规定一级精度50mm名义尺寸的制品公差应为0.12;100mm的公差应为0.16。
精度的公差比值:
对50mm为
~
近
~
;对100mm的
~
近
~
,平均比值近
,这样,比一般的模具对制品公差比值
~
减小约6倍。
第三节模具成型系统
模具的成型系统有主流道、分流道、内浇口和制品的型腔组成,其主要零件有浇注套、固定底板、中间板、型腔板、型芯和勾料杆组成,是高聚物熔体从喷嘴开始到型腔的流动通道,如图13-2所示。
流道系统形式的合理性,将影响高聚物熔体流动的热物理过程和流变过程,直接关系到制品的质量和注塑过程中的能耗问题。
流道系统有两大类:
普通流道系统和热流道系统。
因此形成浇口套的多种结构型式。
一、普通流道系统
1.主浇口套的结构型式:
主浇口套的结构如图13-3
(1)、
(2)所示。
2.多分流道系统
当一模要成型多个制品时,就要有分
流道系统。
分流道系统的分布应符合流体
动力学的平衡原则,防止流率所引起动量、质量和应力的不均,因此,有其不同的布置形式,如图13-4
(1)~(4)所配置的形式。
3.流长比
流道系统的流长比是指模具流道长度和其厚度之比,必须考虑在一定注射压力的条件下对塑料熔体的充模能力,与流道结构,和塑料熔体流变性能以及注塑机的工作能力有关。
多流道流长比(
),可用下式表示:
=
…………………(13-1)
式中Li——第i段流路长度mm;
ti——第i段流路厚度或直径mm。
与流长比相应的还有厚度面积比:
面积比=
…………………(13-2)
式中 t——型腔厚度,mm;
A——型腔的表面积,mm2 。
一般面积比取1/3×104~1/3×105成型性良好。
二、热流道系统
热流道系统的特点是在每一个注塑成型周期中保持主流道和分流道中的熔体不凝固,使之不产生料把的流道系统。
热流道将降低塑料的原材料消耗和成型中的能耗,缩短了成型周期,适合批量生产。
按热流道形成的方法有两类,保温型和加热型。
1.保温式热流道系统
保温型热流道主要是利用塑料或空气的隔热特性来保持流道中的熔体温度,使在两次注射程序的间隔时间之内不致凝固。
保温式热流道系统有多种形式。
(1)浇套保温式 如图13-5所示。
保温型的热流道常需制作特殊的具有保温室和空气隙的主浇套,和延伸喷嘴匹配使用。
(2)加长喷嘴保温式 这种形式的特点是使主浇套入口放大,将注射喷嘴延长,使喷嘴流道和模具浇口接近,如图13-6所示。
(3)流道保温式 这种形式的特点是有圈套尺寸的主流道和分流道,在一次注射之后,靠近模具流道表面形成一个凝固的保温皮层,来保持芯部的熔体温度,如图13-7所示。
2.加热式热流道系统
这种热流道的特点是在流道中间置有加热体或在浇口处有加热探针。
加热探针式,如图13-8所示。
三、浇口系统
内浇口是流道系统最短的流道直接连接型腔,内浇口大小将直接影响剪切速率、剪应力和局部阻力损失、温升、表观粘度,制品的结晶和取向,以及浇口附近的内应力。
常见浇口形式如图13-9
(1)~(3)所示。
浇口有侧浇口如图13-9
(1)所示,适合中小型件,浇口深度0.5~2mm,是制品厚度的
。
片式浇口如图13-9
(2)所示,适合大面积扁平制品,浇口为平片或扇形,厚度0.25~0.65mm。
点式浇口如图13-9(3)所示,适用于浇口痕要求的制品,浇口直径0.3~1.2mm,长0.5~2mm。
其他还有圆环浇口,圆片浇口等。
四、脱模系统
脱模系统的功能是将定型后的制品,从型腔中脱出,由勾料装置、顶出装置、退芯装置和分型装置等组成。
1.勾料装置如图13-10所示,其功能是分型时,将流道和浇口的冷料把从定模上勾下来,以便和制件一起脱模。
勾料的形式有多种。
2.顶出装置如图13-11所示,其功能是克服制品,与模具型腔式型芯的粘结力和摩擦力,北将顺利顶出落下。
3.螺纹退芯需有外动力源传递装置,通过齿轮使螺旋芯旋转,将制品脱芯。
4.侧向分型抽芯装置,如图13-12所示。
由于制品带有径向台阶,采用侧向分型脱模,利用斜销在启闭模时,驱动分型模板向两侧的运动,抽出台扇部位,然后再顶出脱下制品。
五、冷却系统
模具冷却系统是控制模具温度及制品过冷
度的重要措施,对其控制制品质量十分重要。
冷却水路布置在凹模及凸模或固定底板上,形式各异,视型腔位置、结构形式其水路的布置,如图13-13所示。
1.模具吸收热量
模具每小时吸热取决于树脂性质、熔体温度等,可以下式表示:
………………(13-3)
式中Qm——每小时模具吸收热量,kJ(kcal);
n——每小时成型次数;
Cp——塑料比热,kJ/(kg·k);
Tm——充模时,熔体温度,℃;
Tu——制品取出时温度,℃;
G——每模物料重量,kg。
2.模具温度
模具温度可根据同一时间内模具的吸热及塑料熔体的放热应与熔体的全部热量相平衡,可用下式表示。
………………(13-4)
式中Tm——充模熔体温度,℃;
QC——总热量,(指注射1kg塑料的全热)。
3.模具传热
在模具中,热量的传递与温差和热阻有关,即
………………(13-5)
式中
Q——传递热流率,kJ/(hm2);
ΔT——温差;
R——热阻,m2h℃/kJ;
k——热导率,kJ/m2hk;
L——传热距离,m;
A——传热面积,m2。
4.模腔表面的平均温度
模具表面温T
在注塑成型周期中,模腔表面的温度呈指数线变化,如图13-14所示。
………………(13-6)
式中T——模腔表面温度,℃;
Tm——熔体温度,℃;
t——时间,s;
b——常数;
L——传热距离,m;
5.模具冷却水道传热
模具中的热量将被冷却水道中流动的介质带走,并遵循下列传热方程:
………………(13-7)
式中Q——介质带走的热量,kJ/h;
kW——水的热导率,kJ/(m2hk);
TW——水温,℃;
Td——水道表面温度,℃;
Ad——水道表面积,m2;
冷却水道周围温度的分布与冷却水管的数量、位置尺寸等有关,如图12-17所示。
图13-15水道温度分布等温曲线
6.冷却水道
水道中的冷却水流量,应由每小时所要求带走的总热量和水进出口的温度差所决定,即:
………………(13-8)
式中Q——每小时水所带走的总热量,kJ/h;
MW——每小时水的流出量,kg/h;
kW——水热导率,kJ/(m2hk);
TW1——水进口温度,℃;
TW2——水出口温度,℃。
供水量与冷却水道直径之间的关系,如表12-3所列。
表13-3
冷却水道直径,mm
水流量,L/min
8
3.8
11
9.5
19
38
24
76
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