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1、塑料成型模具设计,第一章 绪论 1、教学目的与要求 （1）了解模具的分类，模具的使用设备、模具的特点 （2）了解模具的发展趋势；,第一章 绪论,一、模具：,成型制品的工具。,二、模具的分类,金属模具：汽车外壳、金属饭盒、纪念币 塑料模具：家电产品的塑料外壳等 橡胶模具：轮胎、橡胶密封圈等 玻璃模具：玻璃瓶 石膏模具：石膏像等 木模型：用于铸造翻砂的模型,第一章 绪论,三、塑料的特点 1、易于成型，设计的自由度高； 2、塑料品种多；透明、不透明、软的、硬的； 3、比其他材料轻； 4、导热性低； 5、耐水性优，不生锈；耐化学药品，不腐蚀； 6、加工性能好，能耗低； 7、容易与其他材料复合、粘接；
2、8、易燃烧，膨胀系数大，尺寸稳定性差； 9、表面硬度低，易划伤。,第一章 绪论,四、塑料模具的分类 1、塑料注射模具 （1）模具,（2）设备,1、塑料注射模具,1、塑料注射模具,（3）特点可以生产形状复杂、强度高的制品；制件均匀、尺寸精密；可以多型腔生产；制品可带有嵌件；自动化程度高；对塑料的适应性强（热塑性塑料、热固性塑料均可使用注射生产）。,1、塑料注射模具,（4）基本动作过程 1、注射装置前进,2 、注射,（4）基本动作过程,3 、保压,（4）基本动作过程,4 、预塑冷却,（4）基本动作过程,5 、开模顶出关门合模注射。,（5）开模过程,四、塑料模具的分类,2、挤出模具 （1）模具,2、
3、挤出模具,（2）设备,2、挤出模具,（3）特点连续生产，生产效率高，可以制造尺寸长的制品；可以生产断面不同的产品；和其他设备组合，可以完成不同工艺过程的综合加工。如挤出机和压延机配合生产薄膜；挤出机机头和造粒机配合可以造粒；占地面积小，生产环境清洁。,四、塑料模具的分类,3、中空吹塑模具 （1）模具,3、中空吹塑模具,（2）设备 中空吹塑按吹塑工艺可分为挤出吹塑和注射吹塑。 主机：挤出机、注射机；辅机：模具、合模架、锁模装置等。,3、中空吹塑模具,（3）特点 挤出吹塑： 强度低，尺寸精度差； 壁厚不均；浪费原料。 注射吹塑： 制品质量高； 工艺复杂，模具费用高。,3、中空吹塑模具,挤出吹塑成型
4、,3、中空吹塑模具,注射吹塑成型,四、塑料模具的分类,4、真空或压缩空气成型模具 （1）模具,4、真空或压缩空气成型模具,4、真空或压缩空气成型模具,（2）特点 模具受力小，可以采用非金属材料； 制品强度低； 成型简单。,四、塑料模具的分类,5、压铸（注）成型模具 （1）模具,5、压铸（注）成型模具,5、压铸（注）成型模具,（2）设备,5、压铸（注）成型模具,（3）特点 主要用于热固性塑料。 成型效率高，仅次于注射成型； 制品质量好； 浇注系统不能回收，原材料消耗多； 制品会产生明显的填料定向，引起制品变形； 制品收缩率大； 模具结构复杂。,四、塑料模具的分类,6、压制模具 （1）模具,6、压
5、制模具,（2）设备 塑料压制成型机,6、压制模具,3、特点 压制工艺成熟，可靠； 模具比较简单； 适合流动性差的塑料，比较容易成型大型制品； 制件收缩率小，变形小，各向性能均匀； 生产效率低； 制品易产生填充不足或填充过大现象，影响制品高度尺寸的准确； 制品有嵌件时易变形； 制品有深孔、侧孔、形状复杂时，难成型。,第一章 绪论,五、塑料模具的发展趋势,1、CAD/CAM/CAE,2、理论研究 3、大型化、小型化、高精度、形状复杂 4、革新模具制造工艺 5、高效率、自动化 6、标准化,第三章 塑料注射模具,第一节 概述 教学目的与要求 了解塑料注射模具的分类及各自的结构特点。 重点掌握普通模具的
6、结构。,1、塑料模具的分类模具,普通模具,特种模具,二板式模具,三板式模具,带嵌件模具,侧向分型模具,自动卸螺纹模具,定模顶出模具,无流道模具,第一节 概述,第三章 塑料注射模具,第三节 浇注系统设计 1、教学目的与要求 目的： 学习塑料注射模具的浇注系统。 要求： （1）掌握浇注系统的组成及各组成的设计要求。 （2）掌握浇口的开设对制品性能的影响。 （3）掌握主要部件的英文单词。,第三节 浇注系统设计,一、概述 1、什么是浇注系统？,从注射机的喷嘴开始至型腔为止的通道。,2、浇注系统的分类：普通浇注系统和无流道浇注系统。,二、普通浇注系统 （一）组成：主流道、分流道、浇口、冷料井,第三节 浇
7、注系统设计,第三节 浇注系统设计,（二）普通浇注系统的设计 一、主流道（sprue）的设计 主流道的定义：从注射机的喷嘴开始至分流道为止的通道。,1、浇口套（主流道衬套 sprue bushing）,设计浇口套的原因： 材料、机械加工方面、模具结构方面,一、主流道（sprue）的设计,结构及要求 结构：,要求： （1）圆弧R m与注射机喷嘴 圆弧Rj相匹配， R m= Rj + 12mm； （2）主流道小端直径dm dm= dj + 12mm； （3）主流道锥角：2 4；,一、主流道（sprue）的设计,结构及要求,一、主流道（sprue）的设计,（4）主流道大端尺寸D,其中： D:大端直径，
8、cm； Q:流经该流道的熔体的体积流率，cm3/s； ：熔体在该流道的剪切速率，1/s；主流道：5x103。,一、主流道（sprue）的设计,（5）配合尺寸与精度 与型腔板配合，取过渡配合或过盈配合，H7/k6、H7/m6、H7/n6； 与定位环配合，取间隙配合，H7/f6； （6）粗糙度要求 流道部分Ra=0.8； 配合部分Ra=1.6； 其余Ra=12.5。 （7）材料 T8 、T10 、45 #，HRC=4550。,一、主流道（sprue）的设计,2、定位环（locating ring）,2、定位环（locating ring）,作用：定位（使模具中心与注射机中心一致）；压紧浇口套；有时
9、还起支撑模具作用。,2、定位环（locating ring）,结构：,2、定位环（locating ring）,要求： （1）外径与注射机定位孔尺寸一致； （2）与浇口套相配合； （3）材料：45# （4）紧固螺钉：数量23；规格：M6、M8。,第三节 浇注系统设计,冷料井的作用： 注射时储存注射料流前端的冷料；开模时拉出主流道的凝料。,二、冷料井与拉料杆（sprue puller）的设计,二、冷料井与拉料杆（sprue puller）的设计,二、冷料井与拉料杆（sprue puller）的设计,结构：,Z形头拉料杆,第三节 浇注系统设计,分流道：把主流道的熔料引入各个型腔的通道。,1、分流道
10、的形状,从压力传递的角度：压力损失小，即流道的截面积最大； 从热传导的角度：热量损失小，即流道的截面周长及料道长度短。,三、分流道（runner）的设计,1、分流道的形状,判断分流道形状优劣的标准：流道的比表面积。 流道的比表面积 = 流道的表面积 / 流道的体积 流道的比面积越小越好。,以流道的断面积相等为条件，圆形流道的比表面积最小，矩形也比较小。,因此流道的形状常采用圆形、半圆形、梯形和U形。,三、分流道（runner）的设计,2、分流道的尺寸,圆形浇口直径：,矩形浇口深度：,Q：流经分流道的熔体的体积流率，cm3/s； :剪切速率，1/s，5x102103。,影响分流道尺寸的因素： 制
11、品的体积与壁厚；主流道到型腔的距离。,三、分流道（runner）的设计,W:h = 3:2 5:4 W为浇口宽度中值尺寸。,常用塑料分流道直径推荐值,三、分流道（runner）的设计,常用塑料分流道直径推荐值,三、分流道（runner）的设计,3、分流道布置（型腔数目的确定）,平衡式和非平衡式。,（1）型腔数目确定的方法 以塑件尺寸精度为依据 精密技术级（SJ1372-78的1、2级）塑件，一模一腔,技术级（SJ1372-78的3、4级）塑件，最多一模四腔,一般精度级、低精度级视其体积大小和制件的结构而定。,（1）型腔数目确定的方法,经济指标 经济指标包括直接费用和间接费用。,直接费用： 塑料
12、原料费用-材料的利用率，多腔模冷流道的损耗； 模具费用；机加工费用。,间接费用： 模具维护、保养费用等。,（1）型腔数目确定的方法,确定型腔数目的技术条件 注射机的锁模力； 注射机的塑化能力； 注射机的模板面积； 注射机的充模时间-注射机能提供的最大体积流率。 充模时的流变条件：指温度、压力、速度的可调节范围及应变能力以及有无闭环反馈等。,三、分流道（runner）的设计,（2）型腔数目的计算 主要考虑：订货批量、质量要求、交货期、注射机技术条件等。,由交货期决定型腔数目,（2）型腔数目的计算,由注射机的最大注射量确定 成型注射量一般为注射机最大注射量的80%。,Gmax:注射机的最大注射量（
13、质量或体积）； G主流道：主流道的质量或体积； G分流道：一个分流道的质量或体积； G浇口：一个浇口的质量或体积。,（2）型腔数目的计算,由注射机的锁模力确定,P:注射机的锁模力，N； M 制品：一个制品在分型面上的投影面积， mm2； M分流道、浇口：一个分流道、浇口在分型面上的投影面积，mm2； p：型腔内的压力，N/mm2。,（2）型腔数目的计算,由成型件的精度要求确定 根据经验，每增加1个型腔成型件的尺寸精度要降低4%左右。,x:成型件的尺寸公差，mm； l:成型件的基本尺寸，（以尺寸公差小的尺寸为准）， mm； s:单腔模具加工时，成型件的尺寸对基本尺寸的百分比。,（2）型腔数目的计
14、算,在单腔模具加工时，聚甲醛的尺寸公差为基本尺寸的0.4%，尼龙为0.6%，聚碳酸酯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、AS、ABS等非结晶性塑料为0.1%。,三、分流道（runner）的设计,（3）型腔的配置型式,型腔的配置型式粗略分为直线、H形、圆形排列。,（3）型腔的配置型式,从流道长度看：直线排列最短；圆形排列最长； 从流道平衡看：圆形排列及四腔的H形排 列好。,第三节 浇注系统设计,四、浇口（gate）的设计 （一）、分析 对浇口的要求：减少流动阻力、减少压力损失、充模快。,在一定的剪切速率范围内， 剪应力与剪切速率的关系：,四、浇口（gate）的设计,n=1时，牛顿液体， ：称为牛顿粘度；,n
15、1时，非牛顿液体， a：称为表观粘度；,在一定的流动长度L内，由与du/dy流变学公式：,对圆形流道，流道内的流量Q，QR4/K，p L/R4； 对矩形流道，流道内的流量Q，Q wh3/K，（w宽度）p L/wh3。,四、浇口（gate）的设计,结论： 1、对牛顿液体，流量（流动速率）Q随流道尺寸的增加而增大；,du/dy,另一方面，Q,2、对非牛顿液体，Q一方面随流道尺寸的增大而增大，,a,Q,所以对非牛顿液体而言，在一定的剪切速率范围内，增加浇口的尺寸不能明显提高Q。,QR4/K,Q wh3/K,四、浇口（gate）的设计,（二）浇口的类型 大尺寸浇口和小尺寸浇口,1、大浇口： 对属于牛顿
16、液体的塑料熔体； 对高粘度、剪切速率对表观粘度影响小的塑料熔体； 壁厚及大型制品。,2、小浇口： 在一定剪切速率范围内的非牛顿液体的塑料熔体，薄壁制品。,2、小浇口,小浇口的优点： （1）小浇口可以增加物料通过时的流速，同时浇口两端有较大的压力差，这样可以明显降低某些非牛顿塑料熔体的表观粘度，使充模容易。 （2）小浇口处有较大的摩擦阻力，塑料熔体通过时，一部分能量转成摩擦热，使塑料熔体的温度明显升高。温度上升会降低表观粘度，增加流动性。 （3）小浇口可以控制并缩短补料时间，从而降低制品的内应力。 （4）小浇口固化快，降低了模塑周期。 （5）多型腔模中小浇口可以平衡各型腔的进料速度。 （6）便于修整。,四、浇口（gate）的设计,（三）浇口型式 1、针点浇口（pin point gate） （1）结构,（2）特点 相比较而言，浇口的位置不受限制； 对多型腔模具， 能取得浇口的平衡； 开模时，能自动切断料把，制品表面光滑 ； 对投影面积大又易变形的制品，点浇口可以防止变形； 热流道模具大都采用点浇口。,
