塑膠模具講座MISUMI

1、塑膠模具講座第一頁，共五十四頁。何謂成形收縮現(xiàn)象？在進(jìn)行熱可塑性塑料的注射成型加工時(shí)，可利用成形收縮現(xiàn)象獲得具備所希望尺寸的成形件。成形收縮是指被填充至模具型腔內(nèi)部的熔融樹脂在冷卻固化時(shí)，體積產(chǎn)生收縮的現(xiàn)象。這種收縮的程度被稱為成形收縮率，如果能夠憑借科學(xué)和經(jīng)驗(yàn)正確掌握成形收縮率，就可以采用恰好可以彌補(bǔ)收縮尺寸的大一圈的型腔尺寸來進(jìn)行制作，從而進(jìn)行成形加工，獲得所需尺寸的成形品。成形收縮率的值通常處于21000201000左右（0.22左右）的數(shù)值范圍內(nèi)。當(dāng)以（阿爾法）來表征成形收縮率時(shí)，可用下述【公式1】來進(jìn)行定義。（L0L）L0（【公式1】）L0：型腔尺寸（mm）L：常溫（通常20）下成形

2、品的尺寸（mm）第二頁，共五十四頁。而且，成形收縮率受以下列出的因素的影響。1、成形材料的種類基本收縮率的范圍根據(jù)塑料的材料種類而確定。但是，各材料廠商、各材料級(jí)別之間存在細(xì)微的差異。2、型腔表面溫度收縮率受成形加工時(shí)的型腔表面溫度左右。通常溫度較高時(shí)，收縮率有變大的傾向。3、保壓保壓時(shí)間收縮率受填充樹脂后的保壓壓力大小與保壓時(shí)間的乘積左右。通常保壓壓力高、保壓時(shí)間長時(shí)，收縮率有變小的傾向。4、成形品的壁厚收縮率受成形品壁厚左右。壁厚較厚時(shí)，收縮有變大的傾向。5、澆口形狀收縮率受澆口的形狀、澆口尺寸左右。通常澆口的截面面積較大時(shí)，收縮有變小的傾向。采用側(cè)澆口時(shí)的收縮率通常比點(diǎn)式澆口或斜澆口要小

3、一些。6、成形材料內(nèi)是否有添加物非強(qiáng)化材料和含玻璃纖維等的材料，其收縮率通常存在較大的差異。含玻璃纖維的材料的收縮率通常更小。在實(shí)際工作中應(yīng)綜合考慮上述情況，確定用于進(jìn)行模具設(shè)計(jì)的成形收縮率。第三頁，共五十四頁。第四頁，共五十四頁。主要塑料材料的成形收縮率一覽表塑料材料名稱成形收縮率(%)型腔表面溫度()注射成型壓力(kgf/平方cm)(MPa)丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物ABS0.40.95080550175053.97171.7聚苯乙烯PS0.40.72060700210068.69206.1丙烯腈-苯乙烯共聚物AS0.20.75080700230068.69225.7乙烯-醋酸乙烯脂EV

4、A0.71.2508010502800103274.8聚丙烯PP1.02.52090700140068.69137.8聚丙烯玻璃纖維繊維40%0.20.82090700140068.69137.8高密度聚乙烯HDPE2.06.01060700140068.69137.8聚甲基丙烯酸甲酯(丙烯)PMMA0.10.44090700140068.69137.8聚酰胺(尼龍6）PA60.51.540120350140034.34137.4聚酰胺(尼龍66）PA660.81.53090350140034.34137.4聚乙醛（POM樹脂）POM2.02.560120700140068.69137.4聚對(duì)

5、苯二甲酸丁二醇酯PBT玻璃纖維30%0.20.84080560180054.95176.6聚碳酸酯PC0.50.780120700140068.69137.8聚苯硫醚PPS玻璃纖維40%0.20.4130150350140034.34137.8液晶聚合物L(fēng)CP玻璃纖維40%0.20.870110700140068.69137.8改性聚苯醚改性PPO0.10.58090-聚砜PSF0.70.890100聚醚砜PES0.60.8120140聚對(duì)苯二甲酸乙二脂PET0.20.470100聚醚醚酮PEEK0.71.9120160第五頁，共五十四頁。關(guān)于模具用鋼的化學(xué)成分塑料成形模具所使用的鋼材，一般為

6、鐵和碳的合金（也即所謂的碳素鋼、合金鋼）。針對(duì)比較有代表性鋼種，不僅要了解它化學(xué)成分等方面的基礎(chǔ)知識(shí)，還要考慮其熱處理以及機(jī)械性能。下面介紹各鋼種的化學(xué)成分。鋼種名稱JIS牌號(hào)化學(xué)成分含量（%）CSiMnPSNiCrMoWV普通結(jié)構(gòu)用軋制鋼SS4000.060.06機(jī)械結(jié)構(gòu)碳素鋼S50C0.45-0.550.15-0.400.40-0.850.0350.04鉻鉬鋼SCM30.33-0.380.15-0.350.60-0.850.030.030.90-1.200.15-0.35不銹鋼SUS230.25-0.400.751.000.040.0312-14碳素工具鋼SK50.80-0.900.350

7、.500.030.03合金工具鋼SKS30.90-1.000.350.90-1.200.030.030.50-1.000.50-1.00合金工具鋼熱軋模具鋼SKD610.32-0.420.80-1.200.500.030.034.50-5.001.00-1.500.8-1.2合金工具鋼冷軋模具鋼SKD111.40-1.600.400.500.030.0311.0-13.00.80-1.200.2-0.5第六頁，共五十四頁。各化學(xué)成分的一般性影響如下所示。C（碳）比例增加時(shí)，硬度、拉伸強(qiáng)度升高。Si(硅)比例增加時(shí)，拉伸強(qiáng)度升高。Mn（錳）比例增加時(shí)，淬透性提高。P（磷）比例增加時(shí)，脆性增大。S

8、（硫）比例增加時(shí)，高溫下出現(xiàn)裂紋。Ni（鎳）比例增加時(shí)，韌性增強(qiáng)。Cr（鉻）比例增加時(shí)，淬透性提高，耐磨性也會(huì)得到提高。Mo（鉬）比例增加時(shí)，耐磨性提高。W(鎢)比例增加時(shí)，耐磨性提高。V(釩)比例增加時(shí)，耐磨性提高。但是，需要注意的是當(dāng)只有各成分的比例保持平衡時(shí)，才能夠更好的發(fā)揮合金的特性。第七頁，共五十四頁。電動(dòng)式注射成形機(jī)的特征全電動(dòng)式注射成型機(jī)的特征可分為以下幾點(diǎn)：1. 消耗電能比油壓式成型機(jī)大幅減少。削減幅度可達(dá)4050。也就是說能夠減少每月的電費(fèi)。2. 由于使用伺服電機(jī)能夠?qū)ψ⑸溲b置進(jìn)行有效的精確地控制，因此可實(shí)現(xiàn)成形條件的穩(wěn)定化。3. 能夠?qū)崿F(xiàn)低噪音成形加工。4. 由于能夠采用4

9、個(gè)以上的獨(dú)立電機(jī)進(jìn)行開合模、注射、頂出、計(jì)量，能夠并行進(jìn)行成形工序，因此可縮短成形周期。5. 油壓機(jī)難以完成的對(duì)頂出量的精確控制、多級(jí)頂出方面，電動(dòng)成型機(jī)均可完成。6. 過去難以提高注射速度，但最近已達(dá)到了1000mms2000mms的程度。7. 由于不使用油液，所以成形環(huán)境清潔，利于食品容器、醫(yī)療相關(guān)制品的成形。8. 目前，電動(dòng)式成型機(jī)的價(jià)格仍比油壓機(jī)要高。歐洲、美國、加拿大的全電動(dòng)式注射成型機(jī)的普及率高于日本。所以對(duì)于，IT相關(guān)產(chǎn)業(yè)和汽車產(chǎn)業(yè)的注塑成型的新產(chǎn)品，電動(dòng)注塑機(jī)優(yōu)勢(shì)被寄予更高的期待。伴隨著注射成型機(jī)的發(fā)展，與之匹配的模具技術(shù)水平的提高也會(huì)逐漸得到重視。例如，高精密定位結(jié)構(gòu)、排氣槽

10、結(jié)構(gòu)、模具溫度調(diào)節(jié)等方面都需要有所提高。 在模具用標(biāo)準(zhǔn)零件領(lǐng)的領(lǐng)域，也將會(huì)開發(fā)出與之適用的新產(chǎn)品。第八頁，共五十四頁。主要塑料材料成形收縮率的標(biāo)準(zhǔn)第一部分在塑料注射成型模具設(shè)計(jì)過程中，明確成形收縮率的重要性已做過說明。本講將列舉幾個(gè)較有代表性的塑料材料，針對(duì)其成形收縮率進(jìn)行說明?！颈?】中，體現(xiàn)了幾種主要熱塑性塑料的成形收縮率、型腔表面溫度、注射成型壓力。更多詳情，可向材料廠家索取材料的產(chǎn)品目錄及技術(shù)資料進(jìn)行參考。*未特別說明之處，均表示的是標(biāo)準(zhǔn)材料的數(shù)值。塑料材料名稱成形收縮率（%）型腔表面溫度（）注塑成形壓力(kgf/平方cm)(MPa)丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物ABS0.40.9508

11、0550175053.97171.7聚苯乙烯PS0.40.72060700210068.69206.1丙烯腈-苯乙烯共聚物AS0.20.75080700230068.69225.7乙烯-醋酸乙烯脂EVA0.71.2508010502800103274.8聚丙烯PP1.02.52090700140068.69137.8聚丙烯玻璃纖維40%0.20.82090700140068.69137.8高密度聚乙烯HDPE2.06.01060700140068.69137.8聚甲基丙烯酸甲酯(丙烯)PMMA0.10.44090700140068.69137.8第九頁，共五十四頁。模具為什么會(huì)損壞？模具在組裝

12、時(shí)，從外部不會(huì)被施加多大的外力，一旦安裝于注塑成形機(jī)，進(jìn)行成形加工時(shí)，則會(huì)承受各種外力。例如，鎖緊模具的合模力就能達(dá)到數(shù)噸，數(shù)百噸乃至數(shù)千噸。首先模具要具備足以承受該鎖緊應(yīng)力的強(qiáng)度。其次，要將熔融樹脂流經(jīng)澆口流道，最后完全填充型腔內(nèi)部，也必須要有很大的射料強(qiáng)度才能使其流入。究其原因，就是因?yàn)槿诨乃芰鲜钦承裕ㄕ扯龋┖芨叩牧黧w，為了使其順暢流入，必須有相應(yīng)的注射壓力。該壓力在澆口入口附近可達(dá)10002000kgf/cm2，即使在型腔內(nèi)部也有200600kgf/cm2。而且該壓力通常維持不到1秒的時(shí)間，對(duì)型芯及型腔都會(huì)有相當(dāng)大的沖擊。此外，推桿在推板的作用下頂出成形品，如果推桿的動(dòng)作不順暢，也必須

13、要承受很大的壓力，如果推桿過細(xì)的話，還有可能壓曲損壞。所以如果按順序?qū)δ＞吡悴考p壞過程進(jìn)行回溯，會(huì)發(fā)現(xiàn)原因是互相關(guān)聯(lián)。為避免模具損壞，在設(shè)計(jì)時(shí)就要以數(shù)值形式明確基本使用環(huán)境（注塑壓力、模具結(jié)構(gòu)、作用應(yīng)力等），對(duì)模具的實(shí)際工作過程進(jìn)行事前驗(yàn)證。這一點(diǎn)非常重要。如果基本的強(qiáng)度計(jì)算或結(jié)構(gòu)上的缺陷被忽視的話，在模具完成后，可能會(huì)出現(xiàn)無法修復(fù)和調(diào)整的致命缺陷。更進(jìn)一步，對(duì)模具零件進(jìn)行機(jī)械加工或裝配調(diào)整時(shí)，務(wù)必要明確其形狀和表面的質(zhì)量要求、配合精度來考慮如何加工。在進(jìn)行機(jī)械加工時(shí)，僅僅按照?qǐng)D紙上標(biāo)注的尺寸、精度、公差制作，也只是完成了最低要求，要想制作更優(yōu)良的模具，必須要進(jìn)一步理解模具部件的功能。為了設(shè)

14、計(jì)、制作不會(huì)損壞的模具，必須平衡考慮其基本構(gòu)思與加工裝配，這是非常重要的一點(diǎn)。第十頁，共五十四頁。必備合模力的基礎(chǔ)知識(shí)將注射成型模具安裝于成形機(jī)、通過注射噴嘴將熔融樹脂注入模具內(nèi)部時(shí)，型腔內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生很高的填充壓力。這個(gè)填充壓力方向與合模力相反，所以必須有足夠的合模力保證分型面不被瞬間撐開?？梢韵胂?，即使分型面僅僅有一道縫，成形品也會(huì)產(chǎn)生飛邊。 這種將模具鎖緊的力被稱為必備合模力。必備合模力的單位采用力學(xué)單位N（牛頓）或kgf或者tf。在設(shè)計(jì)全新模具時(shí)，需要通過計(jì)算來確定該模具適于多大必備合模力的注射成型機(jī)。如果將該必備合模力為100tf的模具安裝于75tf的成形機(jī)上，成形品就會(huì)遍布飛邊，甚至無

15、法完全成型。如果安裝于300tf的成形機(jī)，雖然也能夠完成成形加工，但由于300tf成形機(jī)的使用成本比100tf的要高得多，會(huì)增加成型成本。模具的必備合模力可通過下述計(jì)算式求得。FpA1000F：必備合模力（tf）p：型腔內(nèi)熔體壓力（kgfcm2）A：投影面積之和（cm2）p值在300500kgfcm2左右的范圍內(nèi)。根據(jù)樹脂的種類及成形品的壁厚、型腔表面溫度、成形條件的不同，p值也會(huì)發(fā)生變化。為了更加精確計(jì)算，推薦在型腔內(nèi)設(shè)置壓力傳感器，來采集實(shí)測(cè)值的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)。A為型腔和流道在分型面上的投影面積的總和。相應(yīng)地，當(dāng)出模數(shù)量或流道排布發(fā)生變化時(shí)，A的數(shù)值也會(huì)發(fā)生變動(dòng)。第十一頁，共五十四頁。計(jì)算示例計(jì)

16、算PBT樹脂含玻璃纖維30%、一次成形4件時(shí)的必備合模力。作為計(jì)算的前提條件，假設(shè)型腔內(nèi)壓力P300kgfcm2。1個(gè)型腔的投影面積A115.3cm2流道的投影面積A25.5cm2FpA1000300（15.345.5）100020.01（tf）由以上可知，需要20t左右的必備合模力?？紤]一定余量，最佳選擇是2530tf級(jí)的成形機(jī)。第十二頁，共五十四頁。關(guān)于樹脂的流動(dòng)比（L/t）要將樹脂充填至型腔內(nèi)，必須向注射筒內(nèi)加壓方可壓入。樹脂經(jīng)加熱后處于熔融狀態(tài)，雖然變成了有粘性(粘度)的流體。但其在流經(jīng)澆口、流道到達(dá)型腔的過程中，其熱量會(huì)被模具表面吸收，導(dǎo)致粘性降低。當(dāng)粘性低于一定限度時(shí)，前端部分會(huì)因

17、冷卻而發(fā)生固化，而無法繼續(xù)流動(dòng)。那么多長距離內(nèi)，前端部分不會(huì)發(fā)生冷卻固化、能夠維持流動(dòng)呢？只要掌握這一信息，就能夠在設(shè)計(jì)模具時(shí)對(duì)澆口的數(shù)量和布置、流道的布置等進(jìn)行考慮。其參考指標(biāo)就是流動(dòng)比（L/t）。流動(dòng)比是指在對(duì)某種特定的樹脂加壓、使其流入一定厚度的型腔內(nèi)時(shí)，流動(dòng)前端能夠到達(dá)的距離的實(shí)驗(yàn)性指標(biāo)。通常采用以下形式進(jìn)行描述：以900kgfcm2的注射壓力，將POM樹脂射入板厚1mm的型腔時(shí)，流動(dòng)比（Lt）為450530mm流動(dòng)比通常具有下述傾向：（1）注射壓力越高，流動(dòng)比值越大。（2）型腔越薄，流動(dòng)比值越小。（3）型腔表面溫度越高，流動(dòng)比值越大。 （4）成形機(jī)和模具的狀態(tài)不同，流動(dòng)比值會(huì)有一定的

18、波動(dòng)范圍。（5）局部薄壁部分的流動(dòng)狀態(tài)無法作為預(yù)測(cè)對(duì)象。第十三頁，共五十四頁。樹脂名稱(kgfcm2)注射壓力(mm)型腔厚度(mm)流動(dòng)比(Lt)POM 非強(qiáng)化9001450530ABS 非強(qiáng)化9001270310PBT含玻璃纖維30%10001 110130主要樹脂的流動(dòng)比如下所示。主要樹脂的流動(dòng)比如下所示。第十四頁，共五十四頁。成形品中孔的制作方法本講介紹成形品制作自然孔時(shí)、所涉及的幾種基本模具結(jié)構(gòu)。要在在成形品上生成自然孔，需要通過型腔及型芯來形成樹脂無法流入的部分。其基本結(jié)構(gòu)示例如【圖1】所示。第十五頁，共五十四頁。A銷定位結(jié)構(gòu)這種是最基本的結(jié)構(gòu)。在單側(cè)凸起，使其直接接觸對(duì)側(cè)平面，進(jìn)

19、而形成孔。對(duì)于凸起部分頂?shù)降慕佑|面，考慮到接觸余量，應(yīng)使型芯實(shí)際高度比標(biāo)準(zhǔn)高度尺寸長0.0050.03mm左右，這是設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。這樣的話，接觸面處就不會(huì)產(chǎn)生毛刺，成形品孔位邊緣會(huì)出現(xiàn)整齊的銳角效果。這種結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)是，較細(xì)長的型芯，無法承受樹脂的填充壓力，進(jìn)而出現(xiàn)變形、孔錯(cuò)位、孔彎曲的情況。而且，有時(shí)候還可能導(dǎo)致型芯斷裂。B嵌入結(jié)構(gòu)這種結(jié)構(gòu)是使單側(cè)的凸起端與相對(duì)側(cè)的孔嵌合，形成孔。采用此結(jié)構(gòu)，型芯形成兩端支承梁結(jié)構(gòu)，抵抗樹脂壓力的能力比銷定位結(jié)構(gòu)更好，具有防止型芯斷裂及孔錯(cuò)位的效果。而且，凸起端與嵌合孔為錐面配合，以保證精確定位。但缺點(diǎn)是模具的加工成本比銷定位結(jié)構(gòu)要高很多。C中間位置銷定位結(jié)構(gòu)這

20、種結(jié)構(gòu)采用在兩側(cè)設(shè)置凸起，使其在中間位置碰觸的結(jié)構(gòu)。采用這種結(jié)構(gòu)，型芯全長較短，進(jìn)而減少斷裂的危險(xiǎn)。 其缺點(diǎn)是成形孔的中間會(huì)有分割線。D咬合結(jié)構(gòu)這種結(jié)構(gòu)采用在兩側(cè)設(shè)置凸起，在中間位置以一定角度配合的結(jié)構(gòu)。E中間位置嵌入結(jié)構(gòu)該結(jié)構(gòu)屬于B結(jié)構(gòu)與C結(jié)構(gòu)的結(jié)合形式。第十六頁，共五十四頁。何謂鋼材的彈性模量？彈性模量，模具零部件所使用鋼材的強(qiáng)度及彈性的物理特性指標(biāo)，通常也被稱作楊氏模量。 彈性模量是指在拉伸鋼材時(shí)，所發(fā)生的應(yīng)力與應(yīng)變的比例系數(shù)。三者之間的關(guān)系如下：EX單位彈性模量Ekgf/cm2或Pa應(yīng)變：應(yīng)力：kgf/cm2或Pa：艾普西?。何鞲瘳斎缟鲜龉剑瑧?yīng)力與應(yīng)變成正比。彈性模量取決于不同種類金

21、屬材料的物理特性，通常彈性模量數(shù)值越大的材料，其應(yīng)力和剛度也越高。第十七頁，共五十四頁。常用金屬材料的彈性模量彈性模量E(kgf/cm2)(MPa)軟鋼210 X 10420.59 X 104S50C210 X 10420.59 X 104預(yù)硬模具鋼（SCM440系列）203 X 10419.9 X 104SDK11210 X 10420.59 X 104黃銅63 X 1046.17 X 104銅105 X 10410.29 X 104鋁68 X 1046.67 X 104超硬鋁73 X 1047.16 X 104第十八頁，共五十四頁。設(shè)定型腔外形尺寸的步驟型腔（定模側(cè)鑲件）的外形尺寸是怎么制

22、定的呢？其實(shí)在多數(shù)情況下，都是參考過去制作過的類似模具尺寸，或憑借經(jīng)驗(yàn)、直覺來制定的。如果我們懂得正確設(shè)定尺寸的方法，就可以規(guī)避因樹脂壓力而使模具受損的風(fēng)險(xiǎn)，避免因制作過度堅(jiān)固或過大模具而產(chǎn)生的成本浪費(fèi)。以下是如何設(shè)定正確尺寸的步驟。步驟1：最小壁厚的計(jì)算型腔是通過對(duì)鋼坯挖出凹陷形狀而制作成型的。如果不滿足一定的厚度，加工出的型腔側(cè)壁與鋼坯外形之間的壁厚h就會(huì)因樹脂的填充壓力而產(chǎn)生裂紋或產(chǎn)生較大形變。該厚度值h可通過套用應(yīng)用材料力學(xué)計(jì)算公式，來求得其推薦值。計(jì)算公式需根據(jù)（1）型腔的外形形狀（立方體or圓柱體等）（2）型腔的結(jié)構(gòu)（整體式or組合鑲拼式等）條件不同選擇合適的公式。應(yīng)在考慮成形條件

23、及鋼材種類等的基礎(chǔ)上將數(shù)據(jù)代入公式專業(yè)設(shè)計(jì)人員一般會(huì)以最佳情況、最差情況分別對(duì)計(jì)算的前提條件作出假設(shè)，比較計(jì)算結(jié)果。對(duì)計(jì)算出的h，給予以定余量，制定處理論上的最小壁厚。步驟2：型腔僅根據(jù)通過計(jì)算出的h來確定型腔的外形，有時(shí)在將型腔固定于模板時(shí)，可能無法保證充分位置加工螺紋孔或凸緣。在這種情況下，應(yīng)預(yù)留這些結(jié)構(gòu)空間，型腔外形尺寸應(yīng)盡可能取整、取最小單位為10的偶數(shù)。（例：50mm、80mm）第十九頁，共五十四頁。第二十頁，共五十四頁。隧道式澆口的基本變化類型隧道式澆口（斜澆口）作為一種在開模時(shí)可自動(dòng)切斷成形品與澆口廢料的澆口結(jié)構(gòu)，得到了廣泛使用。隧道式澆口的基本設(shè)計(jì)上，需要有涉及產(chǎn)品形狀、尺寸設(shè)

24、定等方面的專業(yè)知識(shí)，這次主要介紹成形品、澆口、流道之間幾種不同的結(jié)構(gòu)關(guān)系。下圖是隧道式澆口的常用的幾種類型。以分型面為基準(zhǔn)，根據(jù)定模側(cè)與動(dòng)模側(cè)上的，澆口與流道之間的不同的組合形式，分為4種類型。當(dāng)隧道式澆口設(shè)置于定模側(cè)時(shí)，在開模的瞬間，即可實(shí)現(xiàn)成形品與澆口的分離。因此，切斷澆口的狀態(tài)，可根據(jù)開模速度調(diào)整。另一方面，當(dāng)隧道式澆口設(shè)置于動(dòng)模側(cè)時(shí)，在流到推桿頂出的瞬間，成形品與澆口實(shí)現(xiàn)分離，因此，切斷澆口的狀態(tài)，可根據(jù)流道推桿的頂出速度而調(diào)整。當(dāng)流道設(shè)置于定模側(cè)時(shí)，由于流道本身可能附著在定模側(cè)，所以需要使用鎖緊銷，將流道拉向動(dòng)模側(cè)。當(dāng)流道設(shè)置于動(dòng)模側(cè)時(shí)，需要選用合適的能夠頂出流道的推桿。作為一種特殊

25、形式，也有在動(dòng)模側(cè)的推桿頭部（將推桿頭部進(jìn)行精加工切削一部分）處設(shè)置隧道式澆口，從成形品的頂面內(nèi)側(cè)注入樹脂。實(shí)際工作中，應(yīng)根據(jù)成形品的特點(diǎn)和樹脂特性，考慮選用更加合理的澆口類型和流道形式。第二十一頁，共五十四頁。塑料注射成型機(jī)的模具相關(guān)尺寸塑料注射成型模具需要安裝在注射成型機(jī)上使用。模具安裝于成型機(jī)時(shí)的規(guī)格則因成型機(jī)而異。另一方面，JIS明確了關(guān)于塑料注射成型機(jī)的模具相關(guān)尺寸的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格。（JIS B 6701-1992）。今后，在日本國內(nèi)會(huì)參照該規(guī)格，生產(chǎn)常規(guī)注射成型機(jī)。在從本講開始的數(shù)講內(nèi)容里，我們將對(duì)該規(guī)格進(jìn)行介紹。需要注意的一點(diǎn)是，在進(jìn)行模具設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)把將要使用的注射成型機(jī)的可安裝的模具

26、規(guī)格，作為最重要的判斷信息，進(jìn)行最優(yōu)先考慮。JIS規(guī)格畢竟只是推薦標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格，規(guī)格內(nèi)容有時(shí)候也可能會(huì)根據(jù)注射成型機(jī)的特點(diǎn)和特性而有所改變，這一點(diǎn)請(qǐng)務(wù)必牢記。JIS B 6701-1992塑料注射成型機(jī)的模具相關(guān)尺寸（1）適用范圍該規(guī)格對(duì)合模力為1967845kN（20800tf）的塑料注射成型機(jī)的模具安裝尺寸等進(jìn)行了規(guī)定。說明注射成型機(jī)各部分的名稱如【圖】所示。（這些名稱在對(duì)該規(guī)格進(jìn)行的說明中僅用于表示名稱，并不代表各部分的形狀和結(jié)構(gòu)。）第二十二頁，共五十四頁。對(duì)下述事項(xiàng)進(jìn)行了具體規(guī)定。1. 拉桿的間隔尺寸2. 模具安裝螺栓3. 模具安裝孔的布置4. 推出桿（頂模塊）孔的布置5. 注射噴嘴的前端

27、形狀6. 定位環(huán)用孔形狀第二十三頁，共五十四頁。成形周期與冷卻時(shí)間對(duì)于塑料成型模具來說，不僅要保質(zhì)保量的生產(chǎn)成形品，而且要維持低成本進(jìn)行生產(chǎn)。塑料成型加工的成型周期的定義如下。成形周期（sec）t=t1+t2+t3+t4t1：注射時(shí)間=填充時(shí)間+保壓時(shí)間（sec）t2：冷卻時(shí)間（sec）t3：成形品取出時(shí)間（sec）t4：模具開閉時(shí)間（sec）影響成形周期的比重最大部分的是冷卻時(shí)間t2。冷卻時(shí)間是熔融塑料被填充至型腔內(nèi)后、澆口凍結(jié)后直至固化的時(shí)間。根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，冷卻時(shí)間受模具的型腔冷卻能力影響。同時(shí)，還受到成形材料的種類及成形品壁厚的影響。在模具設(shè)計(jì)階段需要預(yù)測(cè)最合適的冷卻時(shí)間要持續(xù)多久，這在

28、估算成形品的生產(chǎn)成本方面極為重要。最近，已經(jīng)出現(xiàn)了通過CAE分析來預(yù)測(cè)冷卻時(shí)間的軟件，但通常還是采用下述公式來預(yù)測(cè)冷卻時(shí)間。tla=s2/（2）ln（8/2（r-m）/（e-m）tla：壁厚的平均溫度的冷卻時(shí)間（sec）s：成形品的壁厚（mm）：型腔表面溫度下樹脂的熱擴(kuò)散率（mm2/sec）=/（c）：樹脂的熱傳導(dǎo)率（kcal/mh）c：樹脂的比熱（kcal/kg）：樹脂的密度（kg/m3）r：熔融樹脂溫度（）e：成形品取出溫度（）m：型腔表面溫度（）第二十四頁，共五十四頁。問題成形材料為ABS樹脂（自然色材料）、壁厚為1.5mm的注射成型品，冷卻所需時(shí)間為多長？假設(shè)型腔表面溫度為50、熔融樹

29、脂溫度為230、成形品的脫模溫度為90。解答示例s：成形品的壁厚1.5（mm）：型腔表面溫度下的樹脂熱擴(kuò)散率=/（c）：樹脂的熱傳導(dǎo)率（kcal/mh）c：樹脂的比熱（kcal/kg）：樹脂的密度（kg/m3）ABS樹脂（非強(qiáng)化材料）在型腔表面溫度50時(shí)=0.0827（mm2/sec）r：熔融樹脂溫度230（）e：成形品取出溫度90（）m：型腔表面溫度50（）tla=1.52/（3.1420.0827）ln（8/3.142（230-50）/（90-50）=3.57（sec）成形品的平均溫度冷卻至50所需的冷卻時(shí)間為3.57sec。第二十五頁，共五十四頁。熱流道技術(shù)熱流道的特征是通過在模具中內(nèi)置

30、采用電加熱的流道部分，可完全避免流道部分成為廢料，進(jìn)行注射成型。由于熱流道技術(shù)能夠在大批量生產(chǎn)注射成型品時(shí)將廢料降低至最低限度，以致大幅降低材料成本、廢料處理成本。而且，由于在熱流道內(nèi)產(chǎn)生的充填壓力損失更小，所以還能夠采用較低的填充壓力。此外，還能夠?qū)崿F(xiàn)冷卻周期的縮短。在日本國內(nèi)已廣泛應(yīng)用于食品容器、醫(yī)療器械、汽車零部件等的生產(chǎn)。熱流道系統(tǒng)的機(jī)構(gòu)部分可分為歧管部分和噴嘴部分。另外還需要對(duì)熱流道部分進(jìn)行溫度控制的控制器。熱流道可自行設(shè)計(jì)制作或購入市售的系統(tǒng)加以應(yīng)用。通常多采用購入市售系統(tǒng)進(jìn)行應(yīng)用的方式。國內(nèi)外有20家左右的公司能夠提供市售的系統(tǒng)，分別在加熱方式和傳熱結(jié)構(gòu)方面具有不同的技術(shù)特征。例

31、如，噴嘴的加熱方式就包括外部加熱方式和內(nèi)部加熱方式。此外，還開發(fā)了對(duì)澆口進(jìn)行強(qiáng)制性機(jī)械開閉的閥澆口結(jié)構(gòu)等。由于有些成形材料能夠使用熱流道、而另一些則很難應(yīng)用熱流道，所以必須在事前充分研究樹脂的種類、有無玻璃纖維。在設(shè)計(jì)模具時(shí)，必須考慮熱流道、歧管安裝部分的結(jié)構(gòu)、熱膨脹對(duì)策、冷卻結(jié)構(gòu)、維護(hù)結(jié)構(gòu)等事項(xiàng)。與常規(guī)的模具設(shè)計(jì)不同，需要進(jìn)行充分的熱計(jì)算和強(qiáng)度計(jì)算。此外，當(dāng)采用熱流道時(shí)，如果成形品產(chǎn)量不高，則很難回收初期投資，所以必須對(duì)計(jì)劃采用該模具生產(chǎn)多少件產(chǎn)品進(jìn)行嚴(yán)密的企劃驗(yàn)證。最近，在材料價(jià)格較高的特種工程塑料相關(guān)成形品的開發(fā)中，有應(yīng)用閥澆口和新型熱流道的趨勢(shì)。作為能夠?qū)⒊尚纬杀窘档椭磷畹拖薅?、?shí)現(xiàn)環(huán)

32、保成形加工的手段，預(yù)計(jì)今后將在日本得到進(jìn)一步普及。第二十六頁，共五十四頁。塑料成形材料的恰當(dāng)?shù)念A(yù)干燥（修訂版）塑料成形材料一般被加工成顆粒狀，包裝在紙袋等中由原材料廠商送達(dá)。顆粒會(huì)吸收空氣中的水分，如果直接用于注射成型加工，根據(jù)樹脂的種類不同，有可能會(huì)發(fā)生水解或物理特性下降的情況。此外，還可能在成形品表面形成銀紋（silver streak）、或因氣體產(chǎn)生填充不足或燒傷。因此，多數(shù)成形材料在投入干燥料斗前，都需使用干燥箱進(jìn)行預(yù)干燥。預(yù)干燥保證適當(dāng)?shù)母稍餃囟群透稍飼r(shí)間。因?yàn)槿绻麥囟鹊陀谶m當(dāng)?shù)臏囟?，即便進(jìn)行長時(shí)間干燥，有時(shí)候也無法排除水分。完成預(yù)干燥后的材料，應(yīng)盡快使用。剩下的材料在之后使用時(shí)，應(yīng)

33、重新進(jìn)行預(yù)干燥。塑料成形材料的顆粒會(huì)按一定比例吸收空氣中的水分。當(dāng)吸水量多時(shí)，在注射成型機(jī)的油缸內(nèi)進(jìn)行熔融混煉過程中，樹脂會(huì)發(fā)生水解（有些樹脂會(huì)因水而引發(fā)化學(xué)分解）、在注射成型時(shí)，成形品的表面形成銀紋（silver streak）、產(chǎn)生氣泡、光澤不良、轉(zhuǎn)印不良。因此需要預(yù)先將成形材料顆粒投入干燥裝置，除去水分。如果不進(jìn)行適當(dāng)?shù)念A(yù)干燥，可能導(dǎo)致流動(dòng)性變化或物理特性降低、引發(fā)成形不良。干燥設(shè)備主要為以下幾種。（1）熱風(fēng)干燥機(jī)干燥料斗和箱式干燥爐是其代表性裝置。將熱風(fēng)吹向顆粒，使水分蒸發(fā)。這種是常用且簡便的干燥方法，但不適用于需要完全去除水分的情況。（2）除濕熱風(fēng)干燥機(jī)將空氣中的水分進(jìn)行除濕，然后形

34、成熱風(fēng)吹向顆粒、使水分蒸發(fā)的方法。對(duì)干燥所使用的熱風(fēng)進(jìn)行再次除濕后循環(huán)使用，所以熱損失小，可進(jìn)行合理的干燥。適于對(duì)PBT等進(jìn)行干燥。（3）減壓傳熱式干燥機(jī)在減壓環(huán)境下，通過傳熱使顆粒中的水分蒸發(fā)的方法?？蓪?shí)現(xiàn)低溫干燥，可防止樹脂氧化、降低顆粒內(nèi)添加物的影響。而且熱損失較小。作為較先進(jìn)的干燥裝置得到了廣泛關(guān)注。第二十七頁，共五十四頁。塑料成形材料的預(yù)干燥溫度材料名稱符號(hào)預(yù)干燥溫度（）干燥時(shí)間（H）液晶聚合物L(fēng)CP11015048聚醚酰亞胺PEI12015027聚酰胺酰亞胺PAI150180816熱塑性彈性體TPE12034聚醚醚酮PEEK1508聚苯硫醚PPS14025036聚芳酯PAR1201

35、5048聚砜PSU12015034ABS樹脂ABS708023聚甲基丙烯酸甲酯PMMA7010026聚碳酸酯PC120466尼龍PA68081566尼龍PA668081511尼龍PA11708081546尼龍PA4680810聚甲醛POM11023PBTPBT12045第二十八頁，共五十四頁。流道處的壓力損失在注射成型加工中，熔融的塑料材料在流道（流路）中流動(dòng)，流經(jīng)澆口最終到達(dá)型腔。在連續(xù)的流動(dòng)過程中，壓力逐漸損失。熔融的塑料被稱作為粘性流體，是具有一定粘度的流體。而且其粘度會(huì)隨著塑料的溫度而變化，當(dāng)樹脂溫度低于一定范圍時(shí)將無法繼續(xù)流動(dòng)、開始發(fā)生固化。粘性流體在流經(jīng)流道時(shí)肯定會(huì)產(chǎn)生壓力損失。這

36、與水和油的流動(dòng)是一樣的。那么，在什么樣的情況下會(huì)產(chǎn)生較大的壓力損失呢？在下述位置容易產(chǎn)生壓力損失。1. 流道入口附近流體在流入的入口附近會(huì)產(chǎn)生漩渦，發(fā)生損失。采用較大的入口角部R角能夠減少損失。2. 流道拐彎處在流道存在角度彎曲的部分，由于流體在收縮之后膨脹，所以會(huì)導(dǎo)致壓力損失發(fā)生。3. 發(fā)生彎曲、曲折的位置在彎曲、曲折的部分會(huì)產(chǎn)生漩渦，從而導(dǎo)致壓力損失發(fā)生。4. 流道出現(xiàn)擴(kuò)大或縮小的位置在流道的截面擴(kuò)大或縮小的位置會(huì)產(chǎn)生漩渦，從而導(dǎo)致壓力損失的發(fā)生。特別是流道的劇烈擴(kuò)大或縮小會(huì)造成很大的壓力損失，所以應(yīng)盡量避免。在壓力損失的預(yù)測(cè)方面，雖然已經(jīng)可以通過CAE分析來了解其趨勢(shì)，但為了對(duì)實(shí)際注射成型所需的細(xì)微流動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行優(yōu)化，應(yīng)在結(jié)合理論的基礎(chǔ)上，通過實(shí)踐不斷進(jìn)行微調(diào)，并獲得更多的技術(shù)訣竅。第二十九頁，共五十四頁。模具冷卻水的流量為了控制模具的溫度，在100以下時(shí)，通常采用水作為冷卻媒介。通過調(diào)溫器的循環(huán)水泵進(jìn)行溫控的冷卻水，在設(shè)置于模具內(nèi)部的冷卻水道中循環(huán)，通過熱傳導(dǎo)和輻射來穩(wěn)定模具的溫度。通常從模具的外部無法觀察冷卻水的循環(huán)情況（要是模具是透明的話就能夠觀察了）。