塑料成型工艺西安交大PPT.pptx

3.1 普通流道浇注系统浇注系统是指熔融塑料从注射机喷嘴射入到注射模具型腔所流经的通道。浇注系统分为普通浇注系统和热流道浇注系统。浇注系统的作用 是将塑料熔体顺利地充满型腔的各个部位，并在填充、压实和保压过程中，将注射压力传递到型腔的各个部位，以获得外形清晰、质量优良的塑料制品。浇注系统的组成基本组成是四部分：主流道、分流道、浇口和冷却井。图3-1 浇注系统的组成1浇口 2主流道 3(4)分流道 5制品 6冷却井一、主流道设计n主流道是指浇注系统中从注射机喷嘴与模具浇口套接触处开始到分流道为止的塑料熔体的流动通道，是熔体最先流经模具的部分，它的形状与尺寸对塑料熔体的流动速度和充模时间有较大的影响，因此，必须使熔体的温度降和压力损失最小。一、主流道设计 图3-2 主流道设计1主流道衬套 2喷嘴设计要点如下：（1）主流道设计成圆锥形，其锥角为2 4，对流动性差的塑料，也可取3 6，过大会造成流速减慢，易成涡流。内壁粗糙度为Ra 0.63m。（2）主流道大端呈圆角，其半径常取 r=13mm。（3）主流道长度L尽量短，L一般应小于60mm（4）R2=R1+（12mm）D=d+（0.51mm）（5）主流道部分常设计成可拆卸的主流道衬套。浇口套的结构形式图612a为浇口套与定位圈设计成整体式的形式，用螺钉固定于定模座板上(见图613a)，一般只用于小型注射模；图612b和图612c为浇口套与定位圈设计成两个零件的形式，以台阶的形式固定在定模座板上，其中图612c所示为浇口套穿过定模座板与定模板的形式(见图613b和图613c)。二、分流道的设计分流道是指主流道末端与浇口之间的一段塑料熔体的流动通道。分流道的作用是改变熔体流向，使其以平稳的流态均衡地分配到各个型腔。设计时应注意尽量减少流动过程中的热量损失与压力损失。分流道主要对进入模具的熔料起分流和转向作用，多型腔的模具一定要设置分流道，若是单腔成型大型塑件，如采用多浇口进料，也需要设置分流道。分流道的设计原则1）熔体应以最短的路径、最小的热量和压力损失，快速射入型腔。2）熔料从各浇口进入型腔的温度和压力应相同，以保证各型腔中制品的收缩率相同。3）分流道的转折处应以圆弧过渡，与浇口的连接处应加工成斜面，以利熔料的流动。4）在保证足够的注射压力时，分流道的截面和长度应尽量取小值。分流道的截面形状常用的截面形状有圆形、梯形、U形和六角形等。流道的效率：流道的截面积与周长的比值。要减少压力损失,流道的截面积大;要减少传热损失,流道的表面积小一般当分型面为平面时，常采用圆形截面的流道；当分型面不为平面时，考虑到加工的困难，常采用梯形或半圆形截面流道。分流道的截面形状和效率浇口与分流道的相对位置 当熔料在流道中流动时，因冷却会在流道管壁表层形成凝固层，因塑料的导热性差，该凝固层起着绝热作用，使熔体能在流道中心部畅通。因此，分流道的中心最好能与浇口的中心位于同一直线上。圆形截面流道可以实现这一点，而梯形截面流道就难以实现。三、分流道的尺寸（1）常用塑料的分流道直径如下表（2）对于壁厚小于3mm、重200g以下的塑件，还可采用如下经验公式式中，D为分流道直径；m为塑件重量；L为分流道长度 （3）对工业上使用较合理的30多副注射模具，根据所用注射机的技术规格，作了几种熔体的充模计算。结果表明主流道和分流道的剪切速率 浇口剪切速率 时，所成型的塑件质量最好。上述剪切速率可作为计算流道尺寸的依据式中，qV为熔体在流道中的体积流量；Rn为浇注系统断面当量半径。关系曲线图（4）计算流道当量半径Rn的步骤如下1）根据注射机的规格及制品体积，计算熔体的体积流量V为制品体积；t为注射时间，t可由下表查出2）确定3）求Rn四、冷料穴的设计冷料穴一般位于主流道对面的动模板上，或处于分流道的末端。其作用就是存放料流前端的“冷料”，防止“冷料”进入型腔而形成冷接缝；开模时又能将主流道中的凝料拉出。冷料穴的尺寸宜稍大于主流道大端的直径，以利冷料流入，长度约为主流道大端直径。常见的冷料穴有以下两种结构1、带Z形头拉料杆的冷料穴底部带顶杆的冷料穴 （a）Z形（b）倒锥形（c）槽形带Z形头拉料杆的冷料穴n工作时依靠z字形钩将主流道凝料拉出浇口套，推出时，推出结构带动拉料杆将主流道凝料推出模外，推出后由于钩子的方向性而不能自动脱落，需要人工取出。2、带球形头拉料杆的冷料穴这种拉料杆专用于借助推件板将制品脱模的模具中。这类冷料穴的底部有一根拉料杆组成，拉料杆装于型芯固定板上，因此它不随脱模机构一起运动。其中，圆锥头形无储存冷料的作用，但尖锥的分流作用好，常用在成型带中心孔的制品上，如塑料齿轮等。用于推件板脱模的拉料杆（a）球头形 （b）菌头形 （c）倒锥头形（d）圆锥头形五、浇口的设计浇口是连接分流道与型腔的一段细短的通道。浇口的形状、数量、尺寸和位置对塑件的质量影响很大。主要作用如下：1）由于浇口处截面最小，因此流速快，且易产生摩擦热，使熔体升温，有利于充模。2）熔体充模后，首先在浇口处凝固，可防止倒流。3）易于切除浇口尾料，二次加工方便。五、浇口的设计n按浇口截面尺寸大小的结构特点，浇口可分为限制性浇口和非限制性浇口两大类。n限制性浇口是整个浇注系统中截面尺寸最小的部位，限制性浇口是整个浇注系统中截面尺寸最小的部位，通过截面积的突然变化，使分流道送来的塑料熔体产生突变的流速增加，提高剪切速率，降低粘度，获得理想的流动状态，从而迅速均衡地充满型腔。对于多型腔模具，调节浇口的尺寸，还可以使非平衡布置的型腔达到同时进料的目的，提高塑件的均一质量。另外，限制性浇口还起着较早固化，防止型腔中熔体倒流的作用。n非限制性浇口是整个浇口系统中截面尺寸最大的部位非限制性浇口是整个浇口系统中截面尺寸最大的部位，它主要对中大型筒类、壳类塑件型腔起引料和进料后的施压作用。1、浇口的类型（1）直接浇口（又称主流道形浇口）在单型腔模中，熔体直接流入型腔，因而压力损失小，进料速度快，成型比较容易，对各种塑料都能适用。它传递压力好，保压补缩作用强，模具结构简单紧凑，制造方便。但缺点是，由于浇口处固化慢，成型周期长；浇口部位熔体多，热量集中，冷却后内应力大，易产生气孔和缩孔等；去除浇口困难，浇口痕迹明显。它特别适合于大型、厚壁塑件，如大盆、电视机外壳等的成型，也适合熔体粘度高的塑料的成型。直接浇口（1）直接浇口n在设计直接浇口时，为了减小与塑件接触处的浇口面积，防止该处产生缩孔、变形等缺陷，一方面应尽量选用较小锥度的主流道锥角(=24)，另一方面应尽量减小定模板和定模座板的厚度。(2)侧浇口侧浇口 n侧浇口称为标准浇口。n侧浇口一般开设在分型面上，其截面形状多为矩形(扁槽)，改变浇口的宽度与厚度可以调节熔体的剪切速率及浇口的冻结时间。这类浇口可以根据塑件的形状特征选择其位置，加工和修整方便，因此它是应用较广泛的一种浇口形式，普遍使用于中小型塑件的多型腔模具，且对各种塑料的成型适应性均较强。(2)侧浇口侧浇口n图6.17a为外侧进料的侧浇口，分流道、浇口与塑件在分型面同一侧的形式；图617b为外侧进料但分流道与浇口和塑件在分型面两侧的形式，浇口搭接在分流道上；图617c为端面进料的侧浇口，分流道和浇口与塑件在分型面两侧的形式。设计时选择侧向进料还是端面进料，要根据塑件的具体形状而定。(2)侧浇口侧浇口n侧浇口宽度和侧浇口深度尺寸计算的经验公式如下：b侧浇口宽度，mm；A塑件外侧表面积，mm2；t侧浇口深度，mm；侧浇口处塑件的壁厚，mm。（2）侧浇口其优点是截面形状简单,加工方便；能对浇口尺寸进行精密加工；便于试模后修正；浇口位置选择比较灵活，以便改善充模状况；去除浇口容易。缺点是在制品的外表面留有浇口痕迹；对于壳类制品，采用这种浇口不易排气，还容易产生熔接痕等缺陷；压力损失大，保压补缩作用比直浇口小。应用十分广泛，特别适用于中小型制品的多型腔注射模，生产率高。矩形侧浇口（3）扇形浇口扇形浇口是逐渐展开的浇口，是侧浇口的变异形式，常用来成型宽度较大的板状塑件。浇口沿进料方向逐渐变宽，厚度逐渐减至最薄。熔体可在宽度方向得到均匀分配，可降低塑件的内应力，减小其翘曲变形，型腔排气良好。浇口厚度h根据制品厚度确定，一般取0.251.5mm。浇口宽度b一般等于L/4，但最小不小于6mm。缺点是由于浇口很宽，去除浇口量大，浇口痕迹明显，影响美观。应用范围：成型长条、扁平而薄的制品，如盖板、标尺、托盘、板材等。（4）盘形浇口盘形浇口适用于内孔较大的圆筒形塑件。浇口在整个内孔周边上，熔体由内孔周边以大致相同的速度进入型腔，塑件不会产生熔接痕；型芯受力均匀，成型质量较高；空气能够顺利排出。缺点是浇口去除困难。（5）环形浇口环形浇口适用于较长的管形制品，一般采用此种浇口时，型芯的两端都可以定位，所以制品厚度比较均匀。优点：1）熔体沿浇口的圆周均匀地进入型腔，平稳将气体排出；2）熔体在整个圆周上可取得大致相同的流速，无熔接痕；3）由于熔体在型腔内平稳流动，所以制品的内应力小，变形也小（6）轮辐式浇口轮辐式浇口的适用范围类似于盘形浇口，带有矩形内孔的塑件也适用，但是它将整个周边进料改成了几小段直线进料。这种浇口切除方便，流道凝料少，型芯上部得到定位而增加了型芯的稳定性。（7）护耳式浇口它在型腔侧面开设耳槽，熔体通过浇口冲击在耳槽侧面上，经调整方向和速度后再进入型腔，因此可以防止喷射现象，是一种典型的冲击性浇口，它可减少浇口附近的内应力，对于流动性差的塑料极为有效，浇口应设置在塑件的厚壁处。这种浇口的去除比较困难，痕迹大（8）点浇口n点浇口又称针点浇口或菱形浇口，是一种截面尺寸很小的浇口，俗称小浇口。这类浇口由于前后两端存在较大的压力差，能较大地增大塑料熔体的剪切速率并产生较大的剪切热，从而导致熔体的表观粘度下降，流动性增加，有利于型腔的充填。（8）点浇口的设计形式n图a所示为直接式，直径为d的圆锥形的小端直接与塑件相连。n图b所示为圆锥形的小端有一段直径为d、长度为l的点浇口与塑件相连。这种形式的浇口直径d不能太小，浇口长度l不能大长，否则脱模时浇口凝料会断裂而堵塞住浇口，影响注射的正常进行。上述两种形式的点浇口制造方便，但去除浇口时容易相伤塑件，浇口也容易磨损，仅适于批量不大的塑件成型和流动性好的塑料。n图c所示为圆锥形小端带有圆角R的形式，其截面积相应增大，塑料冷却减慢，注射过程中型芯受到的冲击力要小些，但加工不如上述两种方便。n图d所示为点浇口底部增加一个小凸台的形式，其作用是保证脱模时浇口断裂在凸台小端处，使塑件表面不受损伤，但塑件表面遗留有高起的凸台，影响其表面质量。n图621e是适用于一模多件或一个较大塑件多个点浇口的形式。（8）点浇口优点：1）对塑件外观质量影响较小；2）熔体流经点浇口时流速增加、摩擦升温，流动性增加，能获得外观清晰、表面光泽的塑件；3）开模时自动拉断，有利于自动化操作；4）浇口处凝固快，可减少模内剩余应力，有利于制品脱模。缺点：1）压力损失大，要求提供较高的注射压力；2）模具结构较复杂；3）对于大型件，采用一个点浇口易产生翘曲变形，可开多个点浇口同时进料。（9）潜伏浇口n潜伏浇口又称剪切浇口，是由点浇口变异而来。n这类浇口的分流道位于模具的分型面上，而浇口却斜向开设在模具的隐蔽处，塑料熔体通过型腔的侧面或推杆的端部注入型腔，因而塑件外表面不受损伤，不致因浇口痕迹而影响塑件的表面质量与美观效果。n图6.22a所示为潜伏浇口开设在定模部分的形式，n图6.22b所示为潜伏浇口开设在动模部分的形式，n图6.22c所示为潜伏浇口开设在推杆的上部而进料口开设在推杆上端的形式。9）潜伏浇口n优点：不影响制品外观；顶出时自动拉断，易于实现生产自动化；n缺点：由于浇口潜入分型面的下面，模具加工困难；压力损失大，不太适用薄壁件。2、浇口开设的位置（1）浇口的尺寸及位置选择应避免产生喷射和蠕动。可以采用加大浇口断面尺寸或采用冲击型浇口非冲击型浇口和冲击型浇口熔体的喷射和避免方法（1）浇口的尺寸及位置选择应避免产生喷射和蠕动。n小的浇口如果正对着一个宽度和厚度较大的型腔，则熔体经过浇口时，由于受到很高的切应力，将产生喷射和蠕动等熔体断裂现象。有时塑料熔体直接从型腔的一端喷射到型腔的另一端，造成折叠，在塑件上产生波纹状痕迹或其他表面疵瘢缺陷。要克服这种现象，可适当加大浇口的截面尺寸，或采用浇口对着大型芯等冲击型浇口，避免熔体破裂现象的产生。（2）浇口应开设在塑件断面最厚处有利于充模和补缩，减少缩孔浇口位置对收缩的影响（2）浇口应开设在塑件断面最厚处n当塑件的壁厚相差较大时，若将浇口开设在壁薄处，这时塑料熔体进入型腔后，不但流动阻力大，而且还易冷却，影响熔体的流动距离，难以保证充填满整个型腔。n从收缩角度考虑，塑件壁厚处往往是熔体最晚固化的地方，如果浇口开设在薄壁处，那么壁厚的地方因液体收缩得不到补缩而会形成表面凹陷或缩孔。为了保证塑料熔体顺利充填型腔，使注射压力得到有效的传递，而在熔体液态收缩时又能得到充分的补缩，一般浇口的位置应开设在塑件的壁厚处。（3）浇口位置的选择应使塑料的流程最短，料流变向最少图a中，塑料的流程很长，曲折多，流动能量损失大，因而充模条件差浇口位置对充模的影响（4）浇口位置的选择应有利于型腔内气体的排出图a中，熔体进入型腔后立即封闭分型面，使型腔内气体无法排出，结果在塑件顶部造成气泡。浇口位置对排气的影响（5）应减少或避免塑件的熔接痕，增加熔接牢度在塑料流程不太长时，最好开设一个浇口，否则会增加熔接痕的数量。浇口位置对熔接痕数量的影响（5）应减少或避免塑件的熔接痕，增加熔接牢度但对大型板材塑件也应兼顾内应力和翘曲变形问题。采用多点浇口减少变形（5）应减少或避免塑件的熔接痕，增加熔接牢度盘形浇口无熔接痕轮辐式浇口有熔接痕浇口形式与熔接痕的关系5）应减少或避免塑件的熔接痕，增加熔接牢度为了增加熔接牢度，可在熔接处外侧开设一个冷料槽，使前锋冷料溢出。开设冷料槽增加熔接牢度5）应减少或避免塑件的熔接痕，增加熔接牢度大型框形塑件，由于流程过长，易造成熔接处料温过低，熔接不牢，形成明显的熔接痕。开设过渡浇口增加熔接牢度5）应减少或避免塑件的熔接痕，增加熔接牢度采用多点浇口增加熔接痕5）应减少或避免塑件的熔接痕，增加熔接牢度下图为带有两个圆孔的平板塑件熔接痕在塑件上的方位（6）浇口位置的选择应防止料流将型腔、型芯、嵌件挤压变形对于有细长型芯的圆筒形塑件，应避免偏心进料，以防止型芯弯曲。改变进料位置防止型芯变形（6）浇口位置的选择应防止料流将型腔、型芯、嵌件挤压变形如图所示的壳体塑件改变浇口形式或位置防止型芯变形(7)考虑分子定向的影响 n塑料熔体在充填模具型腔期间，会在其流动方向上出现聚合物分子和填料的取向。往往垂直于流向的方位强度低，容易产生应力开裂，在选择浇口位置时，应充分注意这一点。n图6.24所示塑件，底部圆周带有一金属环形嵌件，如果浇口开设在A处(直接浇口或点浇口)，则此塑件使用不久就会开裂，这是由于塑料与金属环形嵌件的线收缩系数不同，嵌件周围的塑料层有很大的周向应力之故；若浇口开设在处(侧浇口)，由于聚合物分子塑件圆周方向定向，可使应力开裂现象大为减少。3.2 浇注系统的平衡进料一、一模多腔浇注系统的平衡1、平衡式浇注系统要求从主流道至各个型腔的分流道，其长度、形状、断面尺寸等都必须对应相等，达到各个型腔同时均衡进料，使塑件强度、性能、重量上的一致性平衡式的浇注系统2、非平衡式浇注系统将浇口作成不同的截面形状或不同的长度，实现人工平衡。采用平衡系数法，该法基于各个型腔的平衡系数相等或成比例。式中，k为浇口平衡系数；S为浇口断面积；L为浇口长度；a为由主流道到浇口的距离例 对于下图一模十腔注射模，若分流道直径为6mm，浇口长度相同，为0.5mm，试确定各型腔的浇口尺寸解 取浇口1的截面积为分流道截面积的7%1）取浇口宽度w是浇口厚度h的3倍一模十腔非平衡式流道2、非平衡式浇注系统2）3）注意当各型腔的大小不相等时一模十腔非平衡式流道二、一模一腔多浇口浇注系统的平衡六种浇口设计方案浇口位置与变形的关系