塑料成型工艺与模具设计任务二

2024年9月17日项目三热流道注射成型模具设计任务一了解热流道技术任务二选择热流道系统任务三热流道模具结构设计任务四温度控制系统设计2024年9月17日了解热流道注射的生产条件，能从制品质量、热流道注射模具与注射机等方面进行可行性分析。熟悉热流道系统的分类，能正确区分热流道系统。掌握热流道系统设计方法，能按步骤正确选择系统的类型，决定注射点，确定加热方式，选择主流道喷嘴、流道板和喷嘴。任务目标任务分析相关知识任务实施任务小结思考与练习任务二选择热流道系统2024年9月17日

热流道系统是热流道模具的重要组成部分，它与模具的整体结构、制品质量、模具流道加热系统及模具的制造工艺等有关；热流道系统设计正确与否关系到热流道注射成型能否顺利进行，直接决定了塑件的质量。因此，热流道系统的选择和设计是热流道注射注射模设计中关键步骤。任务目标任务分析相关知识任务实施任务小结思考与练习任务二选择热流道系统2024年9月17日一、热流道注射的生产条件热流道注射模用于生产塑料制品，需要昂贵的费用和高难度的技术。模具生产企业在启动设计制造前，除了解它们的优点和限制及有关的使用条件外，尚需进行可行性分析。主要包括如下几方面：1.启动的背景条件启动设计制造热流道注射模之前，应进行可行性研究，内容如图3-7所示。任务目标任务分析相关知识任务实施任务小结思考与练习任务二选择热流道系统2024年9月17日2024年9月17日2.与制品质量的关系热流道系统因采用了外部的热源，使模具结构更加复杂。必将对塑件内部质量和收缩产生影响。①对制品内部质量的影响热流道系统中塑料熔体以层流方式在型腔中充模，冷却期间塑件内各层的冷却速率不同，同时该流动使高分了链排列具有方向性，造成被固化的无定形或结晶型的分子结构都冻结了取向状态。因此改变了无取向的原材料的性能。②对收缩率的影响收缩形式包括线性收缩率和体积收缩率。线性收缩率，它是取向的结果，与时间无关。由于流动的方向性与取向程度的不同，使注塑件的线性收缩呈现各向异性。体积收缩率，指冷却期间塑料材料分子形态冻结固化时的收缩。有自由收缩和受约束收缩两种。注塑件形体收缩的差异，主要取决于型腔压力和冷却时间。任务目标任务分析相关知识任务实施任务小结思考与练习任务二选择热流道系统2024年9月17日3.对模具的要求为保证热流道注射优势的发挥。模具在生产时必须注意如下几方面：①热流道注射模要求模具生产企业应有优秀的模具设计人员，有设计热流道注射模的经验，有完善的模具制造装备和加工的技术力量。②用专业计算机软件，进行注射模的CAE和CAD设计。进行注射流动、冷却固化、收缩和翘曲分析，以优化浇注系统和冷却系统的设计，决定制品的壁厚、加强筋的设置等；也可校验塑料材料种类与品级的选择，决定注射工艺参数。③用CNC机床加工模具，并用计算机软件编制数控程序。④设计中采用标准模架和标准件。热流道系统的零部件和温度控制器同样应尽可能采用品牌公司购置的标准件。⑤模具制造应选用优质金属材料，有良好的热处理和表面处理。型芯应采用热传导良好材料，如铍铜合金。绝热零件用不锈钢、钛合金和陶瓷材料。任务目标任务分析相关知识任务实施任务小结思考与练习任务二选择热流道系统2024年9月17日4.与注射机的关系热流道系统要充分利用注射机的自动循环和控制能力。在进行注射机的操作时要注意以下三方面：①热流道注射模需要更大的模具闭合高度。②注射计量时，要考虑到在注射高压下，大容量流道中塑料熔料的压缩性。③采用连续的生产操作；建议温度控制从低到高的多级启动。任务目标任务分析相关知识任务实施任务小结思考与练习任务二选择热流道系统2024年9月17日二、热流道系统分类热流道系统的分类方法有两种。一种以加热方式来分类，有外加热、内加热和绝热。常见的是外加热。另一种是以熔体的传输方式分类，主要分为两大类，一类是主流道单喷嘴注射成型，没有流道板和喷嘴。另一类是有流道板的喷嘴注射成型。主流道单喷嘴大致有图3-8所示的5种熔体传输方式。任务目标任务分析相关知识任务实施任务小结思考与练习任务二选择热流道系统2024年9月17日图3-8主流道单喷嘴浇口(a)正面(b)多型腔的侧面(c)、(d)在单型腔模具中进入冷流道(e)在多型腔模具中进入冷流道2024年9月17日图（a)所示的主流道单喷嘴的正面注射，应用最广。喷嘴浇口可选用直接浇口、点浇口、顶针式浇口，以及开关式浇口。图(b)单喷嘴的多点注射的边缘式浇口，能将塑料熔体传输给多个型腔。但它受到制件形状的限制。图(c)、图(d)都是注塑单型腔模具注射，能保证制品外观质量，在制品外表面没有浇口痕迹。在位置允许时，都可以用带有直接浇口的主流道喷嘴。图(c)所示的注塑件有个中央孔。塑料熔体从主流道喷嘴的直接浇口射出，再经冷流道和边缘式浇口，注入成型型腔。图(d)所示是采用直接浇口。图(e)是多腔模具中的热流道和冷流道的混合应用。在冷流道分流后用潜伏式的点浇口注射，可自动剪断后脱模。此图与图(b)、图(c)均适用于一模多腔中各型腔注射体积或形状不能都用热流道时，应用热流道与冷流道组合方式从而扩大了热流道的应用范围。任务目标任务分析相关知识任务实施任务小结思考与练习任务二选择热流道系统2024年9月17日图3-9热流道板喷嘴浇注2024年9月17日任务目标任务分析相关知识任务实施任务小结思考与练习任务二选择热流道系统图3-9为塑料熔体由主流道喷嘴流经流道板的6种熔体传输注射方式。主流道喷嘴成为热流道通道的上游部分，失去了浇口的功能，但仍与注射机起定位作用，并与注射机喷嘴匹配的功能。它视注射情况，可只需绝热而不用加热，并可按需要加上过滤网。图(a)是多点注射的单型腔热流道板喷嘴浇注。用于大型制件，或流程与壁厚之比很大的注塑。可减小充模期间的压力损失，避免壁厚增加；也保证了保压阶段的压力传递；同时热流道系统使模具简化成二板模；多点注射避免了主流道的回头料，缩短了注射周期；并使模具操作自动化。此种系统应用时，需考虑注射机的技术参数，如注射量、注射压力和锁模力。图(b)是多型腔顶端浇注的热流道板喷嘴注射，有多型腔模具中正面分布的顶针式或开关式浇口。对于需中央顶端位置浇注的中小型制件，采用这种塑料熔体的传输方式。避免了冷流道系统所需的双分型面，其应用越来越多，首先被系列化和标准化。图(c)单型腔模具的侧面浇注。保证制件表面的美观，浇口在开模时侧向剪断。但技术要求严格，模具相对昂贵。2024年9月17日任务目标任务分析相关知识任务实施任务小结思考与练习任务二选择热流道系统图(d)是叠层模具中流道板喷嘴的正面浇注，它可用于两个甚至更多的分型面的场合；适用于成型大批量的浅薄小制件；它成倍地提高了型腔数，需要较长的开模和闭模时间；生产率提高约80％，但锁模力只增加15％。图(e)是单型腔模具的流道板喷嘴经冷流道的侧向浇注。可防止注塑壳体正面被浇口痕迹破坏美观，浇注时可将壳体倒置，让浇口痕迹在里侧。这样会使塑件开模后留在定模，造成制件顶出困难。采用图(c)的熔体传输方式，塑料熔体经流道板和喷嘴引入到型腔的侧面，再经冷流道，由边缘式浇口或潜伏式浇口注射。这样虽然增加了熔体传输路径，但应用在大型壳体时，充模流动有利于分子取向，可减小浇口附近的应力集中和制件的翘曲。图(f)是多型腔热流道注射模具，经冷流道的传输，具有多浇口的熔体浇注方式。适用于小型制件，且型腔数更多。可较经济地让一个热流道喷嘴传输几个型腔。热流道与冷流道系统混合应用，除经济上降低热流道器件的投资外，可简化热流道喷嘴的浇口区域的温度控制，还能够捕获料流前锋的冷料。2024年9月17日三、热流道系统选择1.热流道系统类型和注射点（1）确定热流道系统的类型在决定采用完全热流道系统，还是采用热流道和冷流道组合系统时，需考虑以下几个因素：①应用组合系统，能简化模具结构，尤其能简化流道系统和模具的冷却系统。②应用组合系统，能采用潜伏式点浇口，使浇口的痕迹更为隐蔽；喷嘴经浇注冷流道和浇口注射型腔，浇口附近的制品内在质量有保障。③一模多腔注射模，喷嘴间的间距大，不能采用完全的热流道系统。④完全热流道免去浇道废料的处理，而冷流道的料柄可提供给机械手夹持。任务目标任务分析相关知识任务实施任务小结思考与练习任务二选择热流道系统2024年9月17日（2）分型面和冷流道浇口 冷、热流道组合系统在注射中小型制品时，冷流道的浇口位置和数目主要由以下因素决定:①塑料制品的流程比[B]决定浇口数目和位置。经测算的流程比B应小于许用的试验值。反之，则应增加塑料制品的壁厚或流道直径。②浇口所在位置应使熔体有良好的充模流动状态。③浇口位置要符合审美要求。（3）热流道的喷嘴注射点对于一模多腔的小型注塑件注射模的热流道系统，可采用多顶针式喷嘴。一个喷嘴有两个、三个、四个，甚至更多的浇口。图3-10为多顶针喷嘴浇注多个型腔，喷嘴有多个流道，但不带浇口，浇口在流道板上。图3-11是多顶针喷嘴浇注一个PA66滚轮，浇口制造在模具上。任务目标任务分析相关知识任务实施任务小结思考与练习任务二选择热流道系统2024年9月17日图3-10多顶针式喷嘴注射多个注塑件图3-11多顶针式喷嘴模塑PA66滚轮2024年9月17日2.加热方式选择选择内加热还是外加热方式，主要考虑下列因素：①着色变化对于需频繁更换的着料色塑加工，内加热方式在清理流道时较困难。②设计与加工内加热流道板设计和注射加工时有突出的优点。③塑料的加工性能耐热性差的塑料，采用内加热方式容易发生分解烧损，造成流道闭塞。④流动平衡内加热式的流动系统中，因为环形截面的非均匀流动，熔体平衡流动设计困难。外热方式的流道系统流动平衡性好，且换色较快，启动容易。任务目标任务分析相关知识任务实施任务小结思考与练习任务二选择热流道系统2024年9月17日3.主流道喷嘴、流道板和喷嘴的选择（1）主流道喷嘴选择主流道喷嘴的选择见图3-12。图(a)是冷流道系统的主流道杯。一种是注射大型深腔的注塑件，脱模后有直接浇口的凝料棒；另一种是一模多腔小型注塑件，塑件上是矩形的边缘浇口。图(b)是开放式主流道喷嘴和冷流道，下游为一模多腔的冷流道浇注系统。没有流道板，故又称为开放式单喷嘴。图(c)是两个注射点的开放式主流道喷嘴。同样没有热流道板，但可实现多型腔注射，也简化了冷流道系统。图(d)是开放式的单喷嘴。注射的多个型腔采用直线浇注的针点式浇口。为了将浇注系统凝料脱模取出，注射模的基本结构是双分型面的三板模，有中间冷流道板。此方案适合改成热流道板和多喷嘴，从而改成二板模。任务目标任务分析相关知识任务实施任务小结思考与练习任务二选择热流道系统2024年9月17日图(e)是开放式单喷嘴注射大型深腔的塑料壳体。带有浇口套的整体式喷嘴，在注塑件上留有浇口套和浇口痕迹。当要求浇口痕迹较小时，采用图(f)不带浇口的顶管式主流道单喷嘴。浇口在模板上，只有很小的浇口痕迹。图(g)是不带浇口的多顶引式主流道单喷嘴，浇口在模板上。浇注圆筒塑件时，大多用均匀的三点，此图上用四个注射点。图3-12上各方案均省去了热流道板和分喷嘴，但有浇注系统废料的产生。任务目标任务分析相关知识任务实施任务小结思考与练习任务二选择热流道系统2024年9月17日2024年9月17日（2）流道板的选择热流道板的选取，主要取决于：①热流道系统的浇口和喷嘴的数目和位置；②达到自然平衡或流变平衡的方式。在流道板的设计过程中，必须根据塑料材料的性能数据，加工工艺、模具和注射机的数据，注塑制品的二维或三维造型等原始资料，进行流道分布和直径计算；对有流变平衡要求的流道进行详细计算，必要时采用双层流道的结构；进行加热功率计算和加热器与热电偶的安装设计；进行流道板的绝热设计和在模具中的安装设计等。任务目标任务分析相关知识任务实施任务小结思考与练习任务二选择热流道系统2024年9月17日（3）浇口的选择浇口是流道的针点，既可在喷嘴中，也可在模具上。对浇口种类和口径的确定，在前面章节中已经进行了一定的介绍。喷嘴的选择是从浇口选用开始，必须依据各种塑料熔体的流动性能、热性能以及浇口残留痕迹来讨论浇口的选择。常见热流道浇口和喷嘴的选择，不但要适合于各种塑料的注射输送特性，也要考虑各种浇口和喷嘴痕迹，如图3-13所示。浇口的结构设计和浇口尺寸决定了残料的形状和大小，必须能满足塑料制品审美的要求。任务目标任务分析相关知识任务实施任务小结思考与练习任务二选择热流道系统2024年9月17日图3-13各种喷嘴浇口在制品中的残留痕迹2024年9月17日

使用如图(a)所示直接式喷嘴，在塑料制品上会留下圆锥柱状的残留料柄；易发生浇口流涎和拉丝。常用浇口直径mm，适用于大注射量的各种塑料。图(b)所示点浇口的整体式喷嘴，具有很短浇口套，适用于较小注射量。已为顶针式喷嘴所替代。如图(c)、(d)和(e)所示顶针式喷嘴，会在制品上产生圆环状浇口残料。浇口直径mm，浇口痕迹很难察觉。中央有顶针防止熔料垂滴和拉丝。较大直径的浇口，有利于熔体流动充模，也可提高顶针圆锥尖的强度。较小直径的浇口，在制品上留下痕迹更小。浇口残料位于制品前表面或斜向表面。使用开关式喷嘴无浇口残料，如图(f)、(g)所示。浇口直径mm。喷嘴不能过长，塑料熔体在喷嘴中有较大压力降。过长的开关柱销在压力下容易失稳。不适用于量少的注塑和高黏度塑料。使用边缘式喷嘴同样无浇口残料，只在制品留下剪切痕迹。如同冷流道的潜伏式浇口那样，位于制品的侧表面。还要根据塑料材料和性能，选择浇口和喷嘴种类：对剪切应力敏感的塑料品种，如PC和LCP被限制使用顶针式浇口。开放式喷嘴的特点是流经浇口的压力降最小，因此，最适合高粘度塑料加工。开关式喷嘴能防止添加发泡剂的塑料在热流道中发泡。它适用于含发泡剂的塑料。任务目标任务分析相关知识任务实施任务小结思考与练习任务二选择热流道系统2024年9月17日（4）喷嘴的选择热流道喷嘴是热流道系统的终端，它包括加热器、热电偶和浇口。它将熔体输送到模具型腔或冷流道。由浇口选择确定喷嘴种类后，还需对流道板喷嘴的壳体，是否带有浇口等作进一步的确定。在模具设计中经常根据注塑件外观要求，选择浇口和喷嘴类型。整体式喷嘴前端浇口套的痕迹会留在注塑制品上，如图3-13(a)、(b)、(c)和(f)所示。而不带浇口部分壳体的喷嘴，如图(d)、(e)所示，由于浇口在模板上，没有浇口套的痕迹。开关式喷嘴也能将浇口做在模板上，如图(g)所示，只有开关柱销的压痕。热传导的管道顶针，如图(e)所示。顶管顶尖的浇口入口，可以设计成窄通道，不生成绝热皮层，使浇口的温度更低。也可以设计成U形，使熔体容易涌流。顶管式喷嘴不适合塑料换色。顶管尖有熔料分流，在制品表面可能会形成可见的熔合缝。任务目标任务分析相关知识任务实施任务小结思考与练习任务二选择热流道系统2024年9月17日在选用顶针或顶管式喷嘴时，还应注意：完整的顶针式喷嘴，浇口位于套壳上。喷嘴在制品的接触面上留下痕迹，影响外观。部分壳体的顶针式喷嘴不带浇口，浇口位于模具内，可充分冷却。在加工高温塑料时，采用模具上浇口，在它的进口处设计保温绝热仓。在顶针式喷嘴中塑料熔体，容易被滞留搁置，使着色更换困难。同时在喷嘴选择过程中，要