注射模具浇注系统设计Ch注射成型及模具

第二章注射成型及模具目录2.1注射成型工艺2.2注射成型新工艺2.3注射成型模具2.4注射模具浇注系统2.1注射成型工艺2.1.1成型前的准备2.1.2注射过程2.1.3制件的后处理2.1注射成型工艺2.1.1成型前的准备1成型前对原料的预处理2料筒的清理3嵌件的预热4脱模剂的选用2.1注射成型工艺2.1.2注射过程1.塑化、流动与冷却1)塑化

塑化是指塑料在料筒内经加热达到流动状态并具有良好的可塑性的全过程。因此可以说塑化是注射成型的准备过程、生产工艺对这一过程的总要求是：在进人模腔之前应达到规定的成型温度并能在规定一时间内提供足够数量的熔融塑料，熔料各点温度应均匀一致，不发生或极少发生热分解以保证生产的连续进行。上述要求与塑料的特性、工艺条件的控制以及注射机的塑化结构均密切相关；而且直接决定着制件的质和量。2)流动与冷却

这一过程是指用柱塞或螺杆的推动将具有流动性和温度均匀的塑料熔体注人模具开始，经型腔注满，熔体在控制条件下冷固定型，到制件从模腔中脱出为止的过程。这一过程经历的时间虽短，但熔体在其间所发生的变化却不少，而且这种变化对制件的质量有重要的影响。2.1注射成型工艺2.1.2注射过程2.注射过程中压力的变化2.1注射成型工艺2.1.3制件的后处理1.退火处理2.调湿处理2.2注射成型新工艺2.2.1流体辅助注射成型2.2.2变模温注射2.2.3共注射2.2.4微发泡注射2.2.5注射压缩2.2.6低压注射2.2注射成型新工艺2.2.1流体辅助注射成型流体辅助注射工艺的基本原理是利用高压流体（惰性气体或水）注射到熔融的塑料中形成真空截面并推动熔料前进，实现注射、保压、冷却等过程，其基本过程如图2-3所示。2.2注射成型新工艺2.2.2变模温注射

变模温注射技术是在注射时通过加热系统迅速将模具型腔表面加热到较高温度，以保证塑料熔体在型腔内的流动性，注射完成后，再由冷却系统迅速将熔融物料冷却至脱模温度，在这其中，加热~冷却时间越短越好。由于在塑料的注射成型中，模具温度直接影响熔体的充模流动行为、制件的冷却速度和制件最终质量，所以模具温度的控制是决定制件质量合格率与生产效率的重要条件之一。

2.2注射成型新工艺2.2.3共注射

(a)(b)图2-4共注射示意图2.2注射成型新工艺2.2.4微发泡注射

图

2-5微孔发泡注射成型的基本原理图和典型微孔制件的微观结构2.2注射成型新工艺2.2.5注射压缩与传统注射过程相比较，注射压缩成型的显著特点是，其模具型腔空间可以按照不同要求自动调整。例如，它可以在材料未注入型腔前，使模具导向部分有所封闭，而型腔空间则扩大到零件完工壁厚的两倍。另外，还可根据不同的操作方式，在材料注射期间或在注射完毕之后相应控制型腔空间的大小，使之与注射过程相配合，让聚合物保持适当的受压状态，并达到补偿材料收缩的效果。

2.2注射成型新工艺2.2.6低压注射低压注射成型工艺是一种以很低的注射压力（4Mpa以内）将封装材料注入模具并快速固化成型（5～50秒）的封装工艺方法，以达到绝缘、耐温、抗冲击、减振、防潮、防水、防尘、耐化学腐蚀等功效。低压成型因其低成本和操作性强等原因可用在以前未曾有过的注射成型的工艺上。

2.3注射成型模具2.3.1注射成型模具的结构形式2.3.2浇注系统2.3.3成型零部件2.3.4顶出系统2.3.5导向定位系统2.3.6温度控制系统2.3.7侧抽芯机构2.3.8排气与引气2.3注射成型模具2.3.1注射成型模具的结构形式1.单分型面注射模具2.3注射成型模具2.3.1注射成型模具的结构形式2.双分型面注射模具2.3注射成型模具2.3.2浇注系统浇注系统是将塑料熔体顺利地充满到模腔各处，以获得外形轮廓清晰，内在质量优良的塑料制件。因此要求充模过程快而有序，压力损失小热量散失少，排气条件好，浇注系统凝料易于与制件分离或切除。该部分将在下面详细介绍。2.3注射成型模具2.3.3成型零部件1.凹模结构1）整体式2.3注射成型模具2.3.3成型零部件1.凹模结构2）整体嵌入式2.3注射成型模具2.3.3成型零部件1.凹模结构3）局部镶嵌式2.3注射成型模具2.3.3成型零部件1.凹模结构4）底壁镶嵌式2.3注射成型模具2.3.3成型零部件1.凹模结构5）四壁镶嵌式2.3注射成型模具2.3.3成型零部件2.凸模结构1）整体式2.3注射成型模具2.3.3成型零部件2.凸模结构2）组合式2.3注射成型模具2.3.4顶出系统顶出系统的设计应遵照以下原则：①保证制件不因顶出而变形损坏、影响外观。正确分析制件对模具粘附力的大小和作用位置，选择合适的脱模方式和恰当的推出位置，平稳脱出制件。推出位置尽量选择制件内表面或隐蔽处，使制件外表面不留推出痕迹。②开模时应使制件留于动模，以利用注射机移动部分的顶杆或液压缸的活塞推出制件。③顶出系统运动要准确、灵活、可靠，无卡死与干涉现象。机构本身应有足够的刚度、强度和耐磨性。2.3注射成型模具2.3.4顶出系统1.一次顶出系统1）顶杆顶出机构2.3注射成型模具2.3.4顶出系统1.一次顶出系统2）顶板顶出机构2.3注射成型模具2.3.4顶出系统2.二次顶出系统2.3注射成型模具2.3.4顶出系统3.双顶出系统2.3注射成型模具2.3.4顶出系统4.顺序顶出系统2.3注射成型模具2.3.5导向定位系统1.导柱导向机构2.3注射成型模具2.3.5导向定位系统2.锥面定位机构2.3注射成型模具2.3.6温度控制系统1.模具温度控制的必要性（1）模具温度对制品质量的影响模具温度对制品质量的影响主要反映在它对制品收缩率、变形、尺寸稳定性、力学性能、内应力和表面质量等的影响：1）较低的模具温度可以减少制件的成型收缩率，特别是对结晶聚合物的影响更大一些。2）模具温度均匀，冷却时间短，注射速度快可以减小制件的变形，其中均匀一致的模具温度十分重要。3）对于结晶聚合物，为了使制件尺寸稳定则应该提高模具温度，使结晶在模具内尽可能达到平衡，否则制件在存放和使用过程中由于后结晶会造成尺寸和力学性能的变化。但模具温度过高对制品性能也会产生不好的影响。结晶聚合物的结晶度还影响制件在溶剂中的耐应力开裂能力，结晶度越高，耐应力开裂的能力越低。对高黏度的非结晶聚合物，采用较高模具温度则更有利些，因为这类制件的耐应力开裂能力和制件的内应力关系很大，提高充模速率和减少补料时间则可以减小制件的内应力。4）薄壁制件不宜采用过低的模具温度，因为模具温度对其充模速度影响较大，模具温度过低会造成成型不满，对其强度影响较大。但对于有些材料来说，比如高密度聚乙烯，如果制件的壁厚不太薄，模具温度对其冲击强度等力学性能的影响不大，采用较低模温较为合适，对于这类材料，提高充模速率则可以较好的提高其冲击强度。5）模具温度对于制件的表面粗糙度等影响较大，提高模具温度能很大程度上改善制件的表面质量。2.3注射成型模具2.3.6温度控制系统1.模具温度控制的必要性（2）模具温度对生产效率的影响在制件的成型周期中，冷却时间一般可占成型周期的2/3，冷却所需要的时间过长往往是注射成型生产率提高的瓶颈，缩短冷却时间成为较多生产实际中提高生产率的关键。影响冷却时间的因素很多，如冷却管道与型腔的距离、制件厚度和材料种类、开模温度、模具热传导率、冷却管道的直径、冷却水的初始温度和流动速率等。缩短冷却时间可通过增大冷却水的流速、增大传热面积和调节注入材料与模具之间的温差几方面来实现。2.3注射成型模具2.3.6温度控制系统2.冷却系统的设计原则为了提高冷却系统的效率和使型腔表面温度分布均匀，在冷却系统的设计中应遵守以下原则。（1）在模具设计中，冷却系统的设计应优于顶出系统，应尽早将冷却方式和冷却回路的位置确定下来，在考虑冷却系统设计时不受顶出系统的影响，以便得到较好的冷却效果。（2）注意型芯和型腔之间的热平衡。由于大多数模具的型芯和型腔所吸收热量是不同的，热量多靠型芯传递，同时，在型芯中布置冷却回路往往空间较小，加上顶出系统的干扰，因此，一般应采用两条回路分别冷却型芯和型腔，在冷却系统设计中，型芯的冷却是重点考虑之处。（3）当模具冷却系统仅设一个进水口和一个出水口时，应将冷却管道进行串联连接。串联连接一方面可避免管道某处的堵塞，另一方面形成相同的冷却条件。当需要使用并联连接时，需要在每个回路中设置水量调节装置。2.3注射成型模具2.3.6温度控制系统2.冷却系统的设计原则（4）当制件壁厚均匀时，尽可能使所有冷却管道孔到型腔表面的距离相等，如图2-26（a）所示。当制件壁厚不均匀时，在厚壁处应开设距离型腔表面较小的冷却管道，如图2-26（b）所示。2.3注射成型模具2.3.6温度控制系统2.冷却系统的设计原则（5）为使冷却均匀，应合理确定冷却管道与型腔壁的距离以及冷却管道之间的中心距。2.3注射成型模具2.3.6温度控制系统2.冷却系统的设计原则（6）应加强浇口处的冷却。

2.3注射成型模具2.3.6温度控制系统2.冷却系统的设计原则（7）应避免将冷却管道开设在聚合物熔体熔合的部位。如前所述，当采用多浇口进料等情形时会产生熔接线。为保证熔接线处的材料较好的熔合，熔接线处的温度不应过低，应尽可能不在熔接线部位开设冷却管道。（8）在设计冷却系统时，需要考虑材料的特性。对于收缩率较大的材料，应尽量沿制件的收缩方向设置冷却管道。（9）采用多而细的冷却管道比采用独根而直径大的冷却管道好。因为多而细的冷却管道扩大了模具温度调节的范围，但管道过细会容易发生堵塞，一般管道直径取8~25mm。2.3注射成型模具2.3.6温度控制系统2.冷却系统的设计原则（10）模具出入水口之间的水温差异应尽可能较小。通常，对于精密模具，该温差应在2℃以内，普通模具也不要超过5℃。如果出入水间温差较大，将会使模具的温度分布不均匀，尤其是流程较长的制件更为明显。为使制件的冷却速度大致相同，可根据制件的结构特点、材料特性及制件壁厚等合理确定冷却管道的排列形式。2.3注射成型模具2.3.6温度控制系统2.冷却系统的设计原则冷却管道的不同布置对制品翘曲量的预测结果2.3注射成型模具2.3.6温度控制系统2.冷却系统的设计原则（11）在模具设计中应该考虑水路的密封问题，冷却管道尽量避免通过镶块或模板接缝，如果必须通过镶块或模板接缝时，必须在镶块或接缝处设套管以达到密封的效果。（12）在模具总体结构设计时应给冷却管道留出足够的空间。为达到冷却效果，通常冷却管道就直接布置在成型零部件上。冷却管道整个回路不应存在水滞留或产生回流的部位。在实际生产中，还应考虑节约用水的问题。2.3注射成型模具2.3.6温度控制系统3.冷却回路的形式（1）型腔冷却回路型腔的冷却回路一般根据型腔的形状与深浅布置，对于较浅的型腔，可以采用简单的直流冷却回路形式，如图2-31所示。它采用软管将直通的管道连接起来，形式简单、加工容易，简化了管道的清理等工作，但需要采用管接头外连接，增大了模具的外形尺寸且容易损坏。2.3注射成型模具2.3.6温度控制系统3.冷却回路的形式（1）型腔冷却回路为了避免设置外部接头，可以将冷却管道用内部钻孔、非进出口再用螺塞堵住的方法进行连接，如图2-32所示，由于堵头等的作用，冷却水在管道内沿所规定的回路流动。2.3注射成型模具2.3.6温度控制系统3.冷却回路的形式（1）型腔冷却回路对于面积较大的浅型腔，如果采用单一的冷却回路，冷却水从型腔一侧流向另一侧时温度会逐渐增加，则型腔左右两侧会产生明显的温度差，改进的方法是采用两条左右对称的冷却回路，且两条冷却回路的入口均靠近浇口处，以保证型腔表面的温度分布均匀。这种形式的冷却回路如图2-33所示。2.3注射成型模具2.3.6温度控制系统3.冷却回路的形式（1）型腔冷却回路对于侧壁较厚的型腔，如圆筒形和矩形制件的型腔，通常分层设置与型腔形状相同的矩形冷却回路，从而对型腔侧壁进行冷却，如图2-34所示。2.3注射成型模具2.3.6温度控制系统3.冷却回路的形式（1）型腔冷却回路对于有镶块的组合式凹模来说，如果镶块为圆形，一般不适宜在镶块上钻出冷却管道，此时可在圆形镶块的外圆上直接开设环形冷却管道，如图2-35所示。2.3注射成型模具2.3.6温度控制系统3.冷却回路的形式（2）型芯冷却回路型芯的冷却比型腔更显重要。一方面，由于熔体在注射成型中冷却收缩后对型芯的包紧力比型腔大，型芯的温度对制件冷却的影响比型腔大。另一方面，对型芯的冷却容易受到顶出系统的干扰。2.3注射成型模具2.3.6温度控制系统3.冷却回路的形式（2）型芯冷却回路根据型芯的高度，冷却回路有不同的布置方式。对于较低的型芯，可按上述的单层冷却回路开设到型芯的下部，其形式如图2-36所示。对于中等高度的型芯，可在型芯上开出一些矩形冷却槽并将其相互连接起来从而形成冷却回路，如图2-37所示。2.3注射成型模具2.3.6温度控制系统3.冷却回路的形式（2）型芯冷却回路对于较高的型芯，用单层冷却回路不能迅速冷却型芯表面，应尽量设法使冷却水在型芯内循环流动，其形式主要有以下几种。①斜交叉管道冷却回路这种形式的冷却回路如图2-38所示，它主要适用于小直径长型芯的冷却，如果宽度较大，还可以采用几组斜交叉冷却管道串联的形式。2.3注射成型模具2.3.6温度控制系统3.冷却回路的形式（2）型芯冷却回路②直孔隔板冷却回路2.3注射成型模具2.3.6温度控制系统3.冷却回路的形式（2）型芯冷却回路③喷流管式冷却回路2.3注射成型模具2.3.6温度控制系统3.冷却回路的形式（2）型芯冷却回路④衬套式冷却回路2.3注射成型模具2.3.6温度控制系统3.冷却回路的形式（2）型芯冷却回路⑤台阶管道冷却回路2.3注射成型模具2.3.6温度控制系统3.冷却回路的形式（2）型芯冷却回路⑥导热棒间接冷却法2.3注射成型模具2.3.7侧抽芯机构1.液压或气动侧抽芯机构液压或气动侧抽芯机构是以液压力或压缩空气作为动力源进行侧向分芯与抽芯，同样，它也靠液压力或压缩空气使活动型芯复位。液压或气动侧抽芯机构多用于抽芯力大、抽拔距比较长的场合，例如大型管状制件的侧向抽芯等。这类机构除了抽芯力大、抽拔距长之外，其侧型芯或侧型腔的移动不受开模时间或顶出时间的限制，抽芯和复位动作比较平稳，当注射机本身带有抽芯液压缸时，采用这种机构更为方便，但缺点在于液压或气动装置的成本较高。2.3注射成型模具2.3.7侧抽芯机构2.手动侧抽芯机构手动侧抽芯机构是利用人力将模具侧向分型或把侧向型芯从成型制件中抽出。这一类机构操作不方便、工人劳动强度大、生产率低，但模具结构简单、加工制造成本低，因此常用于产品抽芯力要求不大时的试制、小批量生产或无法采用其它侧抽芯机构的场合。手动侧抽芯机构的形式很多，可根据不同制件设计不同形式的手动侧抽芯机构。手动侧抽芯机构可分为两大类，一类是模内手动侧抽芯机构，另一类是模外手动侧抽芯机构，而模外手动侧抽芯机构实质上是带有活动镶件的模具结构。2.3注射成型模具2.3.7侧抽芯机构3.机动侧抽芯机构机动侧抽芯机构是利用注射机的开模力作为动力，通过有关传动零件（典型的如斜导柱）将力作用于侧向成型零件而使模具侧向分型或使活动型芯从制件中抽出，合模时又靠它使侧向成型零件复位。这类机构结构比较复杂，但具有较大的抽芯力和抽拔距，动作可靠，不用手工操作，生产率高，在生产中应用最为广泛。根据传动零件的不同，可分为斜导柱、变销、斜导槽、斜滑块、楔块、弹簧和齿轮齿条等不同类型的侧抽芯机构，其中斜导柱侧抽芯机构最为常用。2.3注射成型模具2.3.7侧抽芯机构3.机动侧抽芯机构2.3注射成型模具2.3.8排气与引气1.排气1）间隙排气2.3注射成型模具2.3.8排气与引气1.排气2）排气槽排气2.3注射成型模具2.3.8排气与引气2.引气2.4注射模具浇注系统2.4.1普通浇注系统2.4.2热流道浇注系统2.4.3浇注系统的平衡充填2.4.4浇注系统新技术2.4注射模具浇注系统2.4注射模具浇注系统2.4.1普通浇注系统1.主流道2.4注射模具浇注系统2.4.1普通浇注系统2.分流道2.4注射模具浇注系统2.4.1普通浇注系统3.冷料井

1)带顶杆顶出拉料杆的冷料井2.4注射模具浇注系统2.4.1普通浇注系统3.冷料井

2)带顶板顶出拉料杆的冷料井2.4注射模具浇注系统2.4.1普通浇注系统3.冷料井

3)冷料井的作用2.4注射模具浇注系统2.4.1普通浇注系统3.冷料井

3)冷料井的作用2.4注射模具浇注系统2.4.1普通浇注系统4.浇口1).浇口位置的选择(1)浇口尺寸和位置的选择应该避免熔体破裂引起制件的缺陷2.4注射模具浇注系统2.4.1普通浇注系统4.浇口1).浇口位置的选择(2)浇口位置应使流程尽量缩短浇口位置的选择应保证塑料熔体迅速均匀地充填型腔，尽量缩短熔体流动的距离，这对大型制件尤为重要。2.4注射模具浇注系统2.4.1普通浇注系统4.浇口1).浇口位置的选择(3)浇口位置及数量应有利于减少熔接线和增加熔接强度2.4注射模具浇注系统2.4.1普通浇注系统4.浇口1).浇口位置的选择(4)浇口位置应有利于充模流动、补料和排气2.4注射模具浇注系统2.4.1普通浇注系统4.浇口1).浇口位置的选择(4)浇口位置应有利于充模流动、补料和排气2.4注射模具浇注系统2.4.1普通浇注系统4.浇口1).浇口位置的选择(5)浇口位置考虑流动取向对制件性能的影响2.4注射模具浇注系统2.4.1普通浇注系统4.浇口1).浇口位置的选择(6)浇口位置应防止料流将型芯或嵌件挤歪变形2.4注射模具浇注系统2.4.1普通浇注系统4.浇口1).浇口位置的选择(7)浇口位置应满足熔体流长比确定大型塑料制件的浇口位置时，还应考虑塑料所允许的最大流动距离比，简称流长比，以保证熔体能充满型腔。最大流动距离比是指熔体在型腔内流动的最大长度L与流道厚度t之比。流动比的允许值随熔体性质、温度、注射压力等不同而变化，若计算出的流动比值大于允许值，则需要增加制件厚度或改变浇口位置，或采用多浇口方式来减小流长比。2.4注射模具浇注系统2.4.1普通浇注系统4.浇口1).浇口位置的选择(8)浇口尽量不选在制件的外观面上，还应考虑到浇口的平衡和易于切除等。从制件的外观考虑，浇口尽量不选在制件的外观面上。对于单分型面的注射模具，其浇口尽量选在分型面上，便于浇口的加工和去除。不管是一点进浇还是多点进浇，尽量保证型腔充填的平衡性，这样可以有效避免局部过保压。2.4注射模具浇注系统2.4.1普通浇注系统4.浇口2).浇口的尺寸2.4注射模具浇注系统2.4.1普通浇注系统4.浇口3).浇口的类型(1)非限制性浇口与限制性浇口非限制性浇口是指塑料熔体从主流道直接进入型腔，浇口是整个浇注系统中截面尺寸最大的部位。限制性浇口是指分流道与型腔间采用一段距离很短、截面很小的流道。

2.4注射模具浇注系统2.4.1普通浇注系统4.浇口3).浇口的类型(2)浇口的常见类型1’直接浇口2.4注射模具浇注系统2.4.1普通浇注系统4.浇口3).浇口的类型(2)浇口的常见类型2’侧浇口2.4注射模具浇注系统2.4.1普通浇注系统4.浇口3).浇口的类型(2)浇口的常见类型3’潜伏式浇口2.4注射模具浇注系统2.4.1普通浇注系统4.浇口3).浇口的类型(2)浇口的常见类型4’过渡式浇口

2.4注射模具浇注系统2.4.1普通浇注系统4.浇口3).浇口的类型(2)浇口的常见类型5’香蕉形浇口

2.4注射模具浇注系统2.4.1普通浇注系统4.浇口3).浇口的类型(2)浇口的常见类型6’平缝浇口

2.4注射模具浇注系统2.4.1普通浇注系统4.浇口3).浇口的类型(2)浇口的常见类型7’扇形浇口

2.4注射模具浇注系统2.4.1普通浇注系统4.浇口3).浇口的类型(2)浇口的常见类型8’盘形和环形浇口

2.4注射模具浇注系统2.4.1普通浇注系统4.浇口3).浇口的类型(2)浇口的常见类型9’轮幅式浇口

2.4注射模具浇注系统2.4.1普通浇注系统4.浇口3).浇口的类型(2)浇口的常见类型10’爪形浇口

2.4注射模具浇注系统2.4.1普通浇注系统4.浇口3).浇口的类型(2)浇口的常见类型11’点浇口

2.4注射模具浇注系统2.4.1普通浇注系统4.浇口3).浇口的类型(2)浇口的常见类型12’护耳浇口

2.4注射模具浇注系统2.4.1普通浇注系统4.浇口3).浇口的类型(2)浇口的常见类型13’楔形浇口

2.4注射模具浇注系统2.4.2热流道浇注系统1.热流道浇注系统的优点1)缩短制件成型周期2)节省塑料原料3)减少废品，提高产品质量4)消除后续工序，有利于生产自动化5)扩大注射成型工艺应用笵围2.4注射模具浇注系统2.4.2热流道浇注系统2.热流道浇注系统的缺点1)模具成本上升2)热流道模具制作工艺设备要求高3)操作维修复杂2.4注射模具浇注系统2.4.2热流道浇注系统3.热流道浇注系统的应用范围热流道模具对所成型的原材料有以下要求：1）对温度不敏感。2）对压力较敏感。3）热变形温度高。4）热传导率高。5）比热容小。2.4注射模具浇注系统2.4.2热流道浇注系统4.热分流道浇注系统的典型结构1)主流道浇口型热分流道浇注系统2.4注射模具浇注系统2.4.2热流道浇注系统4.热分流道浇注系统的典型结构2)针点浇口型热分流道浇注系统2.4注射模具浇注系统2.4.2热流道浇注系统5.热流道浇注系统的设计（1）热流道必须设计保温或隔热装置，在保证可靠的前提下应尽量减少模具零件和热流道的接触面积。（2）热流道板材料最好选用稳定性好、膨胀系数小的材料，常用中碳钢或中碳合金钢制造，也有专门选用比热容小和热传导率高的钢材或高强度的铜合金。（3）合理选用加热元件，确保热流道板加热功率足够。（4）在需要的部位配备温度控制系统，以便根据工艺要求来改变或调节工作状况，使热流道工作在较理想状态。（5）热流道模具增加了加热元件和温度控制装置，使模具结构复杂，因此发生