《塑料成型工藝及模具設(shè)計》第十章 注射模新技術(shù)的應(yīng)用

1、第章注射模新技術(shù)的應(yīng)用§1 熱固性塑料注射工藝及模具一、 發(fā)展概況熱固性塑料可用來填補熱塑性塑料和金屬之間的不足。60年代以前熱固性塑料制品一直是用壓縮和壓注成型，其工藝周期長、生產(chǎn)效率低、勞動強度大、模具易損壞、成本較高。60年代后，熱固性塑料注射成型得到迅速發(fā)展，壓縮成型工藝在歐、美日等先進國家已逐漸被注射工藝取代。日本85%以上的熱固性塑料制品都是以注射成型方法獲得的。我國70年代開始推廣應(yīng)用熱固性塑料注射成型工藝，但發(fā)展較慢，目前只有34%。主要是熱固性塑料注射成型的原料需要有特殊的工藝性能（流動與固化的特殊要求）。國外自70年代開始研制應(yīng)用無流道凝料注射工藝；還開發(fā)成功了熱

2、固性塑料注壓成型新工藝。（將注射和壓縮成型兩者優(yōu)點結(jié)合）；80年代又在注壓工藝上進一步發(fā)展為無流道注壓成型工藝。二、工藝要點及模具簡介熱固性注射成型需采用專門的熱固性塑料注射機。1、 熱固性塑料注射工藝的要點（1） 熱固性注射原料在注射機料桶中應(yīng)處于粘度最低的熔融狀態(tài)。熔融的塑料高速（34.5m/s）流經(jīng)截面很小的噴嘴和模具流道時，溫度從C瞬間提高到C左右，達到臨界固化狀態(tài)，是物料流動性最佳狀態(tài)轉(zhuǎn)優(yōu)化點，此時注射壓力在118235Mpa。（2） 因熱固性塑料中含有40%以上的填料，粘度與磨擦阻力較大，注射壓力也較大.（3） 注射原料在固化反應(yīng)中，產(chǎn)生氣體，型腔排氣要好，避免制品上氣泡和流痕。圖

3、12-1為熱固性塑料注射模結(jié)構(gòu)2、 熱固性塑料注射模設(shè)計要點（1） 成型時在料筒內(nèi)沒有加熱到足夠的溫度，希望主流道斷面積小一些，以增加磨擦熱。（2） 因需排除的氣體較多，在模具上要開設(shè)專門的排氣槽。（3）要提高模具分型面合模后的接觸精度，避免采用推件板式結(jié)構(gòu)，盡量少用鑲拼成型零件。（4）要求模具溫度高于注射機料筒溫度。制品與型芯之間吸力較大，要提高模具的推出能力。（5）要求模具成型部位具有較好的耐磨性及較低的表面粗糙度。（6）熱固性塑料注射模在高溫、高壓下工作，活動型芯推桿等零件中尺寸精度要高，（7）在注射模與注射機之間加設(shè)石棉墊板等絕熱材料。§2無流道凝料成型無流道系指在澆注系統(tǒng)中

4、無流道凝料，采用絕熱或加熱法，保持流道塑料處于熔融態(tài)。一、 無流道凝料成型的特點1、優(yōu)點：（1）有利于改善制品的質(zhì)量，對大型塑料制品當(dāng)采用直澆口時，減少了殘余應(yīng)力和變形。（2）因沒有流道凝料，減少了原料消耗。（3）無二次分型（三板式結(jié)構(gòu)）降低了對注射機開模行程的要求。（4）易于實現(xiàn)自動化操作。2、缺點：（1）模具的設(shè)計和維護較難（2）模具費用高，適于大批量生產(chǎn)，高速成型的塑料制品（3）對制品的形狀和使用的塑料有限制（4）對多型腔模具，采用無流道成型時技術(shù)難度較高。二、 適用范圍（1）塑料對溫度不敏感，成型溫度范圍較寬。（2）對壓力敏感，不施加壓力熔體不流動，施加低壓力時熔體就能流動。（3）導(dǎo)熱

5、性好，可縮短注射成型周期。比熱容低，溫度上升和下降迅速。（4）熱變形溫度高，能將制品迅速從模具中取出。§3無流道凝料模具根據(jù)澆注系統(tǒng)方式不同分為： 無流道模具 絕熱流道模具 熱流道模具一、無流道模具無流道模具是在單型腔模具的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，單型腔模具一般只有主流道，而無流道模具中沒有主流道，注塑機噴嘴進入到距型腔很近的位置，熔、融塑料由注塑機噴嘴射出并直接經(jīng)澆口進入型腔。開模時，只需將塑件頂出模腔，而沒有流道凝料。無流道模具有井式噴嘴和延伸噴嘴兩種。1、 井式噴嘴（1）井式噴嘴模具也稱帶有貯料腔的模具，是最簡單的無流道凝料模具。在注塑機噴嘴與模具澆口之間有一貯料腔（圖 ）熔融塑料貯

6、存在貯料腔內(nèi)，當(dāng)有壓力作用時，貯料腔內(nèi)熔融塑料通過點澆口流入型腔。井式噴嘴成型是一種連續(xù)成型方式，在成型過程中，噴嘴與模具不分開，當(dāng)成型周期較長或成型溫度范圍小的塑件，澆口前端容易固化。井式噴嘴的尺寸塑件重量（ g ） 40150 1540 615 36成型周期（ s ） 2030 1512 109 7.56d(mm) 1.52.5 1.21.6 1.01.2 0.81.0 R(mm) 5.5 4.5 4 3.5a(mm) 0.8 0.7 0.6 0.5（） 有的模具結(jié)構(gòu)要求貯料腔長度尺寸較大，為使貯料腔容積不至增大，常采用噴嘴前部深入貯料腔的結(jié)構(gòu)（圖）（） 對成型周期長，澆口可能凝固的塑料，

7、可用圖（）結(jié)構(gòu)。2、 延伸噴嘴使用井式噴嘴成型時，貯料腔內(nèi)的塑料有國化的可能，特別是澆口處容易被堵塞，將注塑機的噴嘴伸入模具，使其直接與模具的澆口相接，這種伸入模具內(nèi)的噴嘴稱為延伸噴嘴。延伸噴嘴中，噴嘴前端及澆口處的塑料因距加熱筒較遠，可能會發(fā)生冷凝堵塞現(xiàn)象。一般在延伸噴嘴上安裝有加熱圈，以調(diào)整塑料溫度。圖12-45延伸噴嘴圖146、47延伸噴嘴的結(jié)構(gòu)形式圖12-48具有塑料絕熱層的延伸噴嘴圖12-49內(nèi)加熱式延伸噴嘴二、絕熱流道模具1、 普通絕熱流道模具特點：流道的直徑較普通模具流道直徑大得多，一般為1625mm，注塑成型過程中，與流道內(nèi)壁接觸的一層塑料因熱量損失面凝固，這個塑料凝固層起到了

8、絕熱層的作用，阻止了流道內(nèi)熔融塑料向模具的傳熱，使流道內(nèi)塑料始終處于熔融狀態(tài)。圖12-50為一絕熱流道模具結(jié)構(gòu)圖絕熱流道模具中，流道內(nèi)一般沒有加熱裝置，為防止?jié)部谔幩芰瞎袒?，采用了加熱探針的絕熱道模具。、帶有加熱探針的絕熱道模具如圖12-51帶加熱探針的絕熱流道模具圖12-52探針與流道及澆口的位置關(guān)系加熱探針的溫度是由可調(diào)變壓器來控制的，使?jié)部谔幦哿系臏囟茸兓刂圃诤苄〉姆秶鷥?nèi)。三、 熱流道模具特點：在模具內(nèi)設(shè)置專門的熱流道系統(tǒng)用以控制流道內(nèi)塑料的溫度，使流道內(nèi)塑料始終處于熔融狀態(tài)。熱流道模具主要用于多型腔成型。熱流道系統(tǒng)一般包括熱流道板，熱流道柱，主流道襯套，二級噴嘴等，圖12-53為熱流

9、道模具的結(jié)構(gòu)圖。熱流道系統(tǒng)與模具型腔之間采用絕熱墊絕熱。在熱流道板或熱流道柱上設(shè)置加熱元件時，應(yīng)對稱布置，各加熱元件到流道中心的距離應(yīng)相等。 熱流道系統(tǒng)與模具的絕熱一般是采用壓緊的石棉板或間隙在16mm以上的空氣隙實現(xiàn)。1、 熱流道板和熱流道柱熱流道板或熱流道柱是熱流道模具中不可缺少的零件，其作用是構(gòu)成模具分流道，并加熱分流道，使分流道內(nèi)塑料始終保持熔融狀態(tài)。熱流道板截面形狀為短形，一般內(nèi)加熱方式，將筒形或其它形狀加熱元件置于其中，熱量損失少，加熱效率高，但溫度不均勻，比較難控制。熱流道柱截面為圓形，一般為外加熱式，將圓環(huán)形加熱元件或線圈電阻套在熱流道柱外面。熱量損失多，溫升慢，溫度比較均勻，

10、且容易控制。因熱流道柱上加工安裝主流道襯套和二級噴嘴比在熱流道板上困難，所以熱流道柱用的較少。熱流道板的形式如圖12-54，流道直徑根據(jù)塑件重量而確定，一般取值在6-15mm之間，流道內(nèi)表面粗糙度要小，過渡部分要光滑，以利于塑料流動，在流道的角落和縫隙處，注意不要積聚塑料，以免經(jīng)長時間過熱而引起塑料分解。2、 熱流道板主流道內(nèi)塑料的溫控（1）外加熱方法 圖12-55主流道襯套前端的螺紋與熱流道板連接，主流道襯套外部有環(huán)狀加熱元件對主流道襯套進行加熱。主流道襯套與定模固定板之間最小要留13mm，以利塑料流動。（2）內(nèi)加熱方式在熱流道板主流道內(nèi)設(shè)置加熱探針，探針內(nèi)為空心結(jié)構(gòu)，其中裝有筒式加熱元件，

11、圖12-56（3）延伸噴嘴方式?jīng)]有主流道襯套，熱流道板中主流道長度很短，延長的注塑機噴嘴伸入熱流道板并與主流對接。延伸噴嘴外端有環(huán)形加熱元件，其結(jié)構(gòu)如圖12-57。3、 二級噴嘴二級噴嘴是介于熱流道板和定模型板之間起連接流道作用的零件，外形為圓柱形，以螺紋同熱流道板連接，連接處要采取密封措施。（1）噴嘴前端形式普通形式噴嘴 圖12-58（a）熔融塑料由二級噴嘴進入定模型板中的流道再經(jīng)澆口進入型腔。結(jié)構(gòu)簡單，噴嘴中心易偏離。延伸式噴嘴，前部呈錐形，并直接進入定模型板上的錐形凹坑內(nèi)，圖12-58（b）延伸噴嘴適合于熱流道板受熱膨脹后，噴嘴中心不偏離定模型板錐形凹坑中心的情況。（2）絕熱方式1） 半

12、絕熱噴嘴結(jié)構(gòu)如圖12-59，為使噴嘴頭部與模板不直接接觸，之間留有空隙1.6mm，塑料進入該處起到絕熱作用。2） 全絕熱噴嘴在熱流道板與噴嘴之間設(shè)置滑動壓環(huán)，使噴嘴與模板不直接接觸。另外噴嘴四周側(cè)隙中充滿熔融塑料起到絕熱作用。如圖12-60。3） 無絕熱噴嘴與模具間沒有絕熱層，噴嘴與模具直接接觸。如圖12-58（3）加熱方法外加熱方式噴嘴外側(cè)設(shè)置環(huán)形加熱器。內(nèi)加熱方式流道內(nèi)設(shè)置帶有筒形加熱元件的探針。§4氣體輔助成形一、 氣體輔助成型的原理在充模過程中向熔體內(nèi)注入相對注射壓力而言的低壓氣體（為 幾到幾十兆帕），利用氣體的壓力實現(xiàn)保壓補縮。如圖12-10 成型時道首先向型腔注射經(jīng)準確計

13、量的熔體，然后經(jīng)過特殊的噴嘴在熔體充滿型腔，充模結(jié)束后，熔體內(nèi)氣體的壓力保持不變或者有所升高進行保壓補料。冷卻后排除熔體內(nèi)的氣體，制品便可脫模。二、 氣體輔助成型的分類1、標準成型法 如圖12-12a、熔體欠料注射 b、進入氣體 c、補縮增壓 d、排氣 e、制品脫模2、副型腔成型法 如圖12-13a、充模并保壓 b、打開副型腔注氣 c、關(guān)閉副型腔保壓 d、排氣并脫模3、熔體回流法 如圖12-14氣體注入時，多余的熔體不是流入副型腔，而是流回注射機的料筒。4、活動型腔法 如圖12-15a、熔體充滿型腔并保壓 b、注入氣體型芯退出 c、氣體保壓 d、排氣、制品脫模三、 氣體輔助成型的優(yōu)缺點優(yōu)點：（

14、1）能夠成型壁厚不均勻的制品及復(fù)雜的三維中空制品。 （2）能實現(xiàn)低壓注成型，制品應(yīng)力小、變形小、尺寸穩(wěn)定。 （3）易于成型薄壁制品，減輕制品重量。 （4）注射成型壓力低，可在鎖模力較小的注射機上成型尺寸較大的制品，模具凹模壁厚也可減小。缺點：（1）提高了成型設(shè)備的成本。 （2）對注射機的精度和控制系統(tǒng)有一定的要求。 （3）制品的表面光澤不均，注入氣體和沒注入氣體部分不一樣。§5塑料模標準化和CAD技術(shù) 塑料模標準化是縮短模具設(shè)計制造周期，降低模具成本行之有效的方法，是實現(xiàn)塑料模CAD的必要條件。1、 模具標準化的內(nèi)容（1）整體結(jié)構(gòu)的標準化根據(jù)塑件生產(chǎn)所用的設(shè)備規(guī)格，訂出若干種標準典型

15、模具結(jié)構(gòu)和外形尺寸，設(shè)計模具時只要選擇某一種標準結(jié)構(gòu)，繪制部分模具零件圖，其余的模具零件則按標準典型結(jié)構(gòu)預(yù)先制造。（2）常用模具零件的標準化一般為通用零件，如推桿、導(dǎo)柱、導(dǎo)套、模板等。（3）通用模架的標準化目前標準化程度只達到20%2、塑料模國家標準（1）塑料成型模具術(shù)語（GB8846-88）（2）塑料注射模具零件（GB4169.4169.1184）（3）塑料注射模具零件技術(shù)條件（GB4170-84）（4）塑料注射模大型模架標準模架（GB/T12555.1-12555.15-90）（5）塑料注射模中小型模架標準模架（GB/T12556.1-12556.2-90）（6）塑料注射模技術(shù)條件（GB/

16、T12554-90）設(shè)計注射模應(yīng)優(yōu)先按GB/T12555.1、GB/T12556.1和GB/4169.1-4169.11-84選用標準模架和標準模具零件。注射模并應(yīng)符合GB/T12554-90所規(guī)定的技術(shù)要求。二、塑料注射模CAD簡介1、 注射模CAD和工作內(nèi)容（1）建立模具信息數(shù)據(jù)庫存儲有模具的典型組合，模具零件尺寸規(guī)格、設(shè)計標準及注射材料及性能，模具材料和注射機規(guī)格等數(shù)據(jù)。（2）編制CAD程序包括注射模具的結(jié)構(gòu)設(shè)計的各個環(huán)節(jié)，如塑料件的圖形輸入，型腔及型芯設(shè)計，模具典型選擇；模具零件圖設(shè)計及尺寸標注等。（3）編制CAE程序（計算機輔助工程）包括注射流動模擬，冷卻過程模擬及模具強度和剛度分析

17、等。這三個方面的工作，作為實施注射模CAD的系統(tǒng)方案，大體上分以下四個步驟：1） 幾何造型（塑件幾何造型和型腔表面形狀生成）2） 模具結(jié)構(gòu)及模具零件設(shè)計3） 注射成型工藝模擬4） 與CAM系統(tǒng)接口，生成NC（數(shù)據(jù)）指令。2、 注射模CAD的發(fā)展概況目前國內(nèi)外研制的注射模CAD/CAE/CAM軟件有如下方面：（1）注射模結(jié)構(gòu)強度與剛度分析計算軟件主要用于型腔壁厚與墊板厚度計算。軟件所采用的計算方法可分為兩類：一類是簡易分析法，另一類是有限元分析法。前者計算結(jié)果精度較差，后者精度高，但三維型腔有限元分析十分復(fù)雜，一般將三維問題化為二維進行分析計算。（2）注射模澆注系統(tǒng)設(shè)計利用計算機進行分流道尺寸、

18、澆口尺寸設(shè)計，保證成型各型腔能同時充滿，然后進行注射流動模擬，通過迭代法，對初始設(shè)計的流道及澆口尺寸進行修正。（3）注射模冷卻系統(tǒng)設(shè)計利用有限元技術(shù)，分析模具在注射成型過程中的應(yīng)力應(yīng)變和熱交換特性，求出模具內(nèi)的應(yīng)力，溫度分布和模具在注射過程中的變形，通過迭代法，獲得最優(yōu)化設(shè)計，即獲得模腔變形最小，表面溫度均勻和冷卻循環(huán)周期最短的管道數(shù)，管道分布及管間距離等。（4）注射成型熔體流動的計算機模擬 利用數(shù)值分析技術(shù)，流體動力學(xué)和材料流變特性分析及有限差分法和有限元法等數(shù)學(xué)手段，研究出二維流動或三維流動分析程序，應(yīng)用計算機進行注射過程動態(tài)模擬，預(yù)測種種因素對充模過程的影響，確定各個階段的壓力場、溫度場和最佳工藝參數(shù)，以提高試模一次成功率。（5）注射模CAD/CAE/CAM集成系統(tǒng)