橡膠塑料模具設計范例(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 的設計制造水平不斷提高。性能穩定的設備、合理的生產工藝、高質量的模具是生產高質量制品的必備條件。三、塑橡模具的結構類別及使用設備（一）、塑料橡膠模具分類不同成型方法成型的制品使用的模具結構與成型原理是不同的。按成型加工方法的不同，橡塑成型模具可分為以下幾大類。1． 注射成型模具在注射機的料筒內加入物料，物料在注射機螺桿或柱塞的作用下，向前輸送，經螺桿和外部加熱裝置的作用，由固態變為熔融狀態，然后在注射機螺桿或柱塞的作用經模具的澆注系統注入型腔中定型。塑料中熱塑性塑料多用注射模具生產，橡膠制品中也越來越多的使用注射模具生產。特點：模具結構復雜、適用于生產大型、厚壁、薄壁、形狀復雜、尺寸精度高的制品；生產效率高、質量穩定、能實現自動化生產。 圖231 注射模具結構2． 壓制成型模具將物料直接加入敞開的模具型腔內，然后合模施壓。物料在模具中經熱和壓力的作用成為熔融狀態，經過物理或化學變化物料硬化定型。橡膠制品目前多采用壓制成型的方法生產。特點：模具結構簡單，通用性強、使用面廣、操作方便。圖232 壓制模具結構3． 擠出成型模具擠出成型模具又稱機頭。在擠出機中的物料經螺桿旋轉向前輸送，在料筒加熱裝置的作用下，由固態變為熔融狀態，經擠出機機頭擠出成型。隨著機頭斷面形狀的改變可生產不同斷面形狀的連續制品。 特點：生產效率高、質量穩定、能實現自動化生產。圖323擠出模具結構4． 塑料中空吹塑成型模具塑料中空吹塑成型根據成型工藝方法可分為擠出成型和注射成型等多種。擠出成型就是將擠出機擠出的熔融管胚放入模具中，模具閉合夾緊，然后在管胚中通入壓縮空氣，使料胚膨脹貼緊模具定型成型。注射成型就是把注射機生產的型材放入模具中加熱并使之軟化，然后通入壓縮空氣，使料胚膨脹貼緊模具定型成型。 特點：模具受力小，模具結構相對來講簡單，可成型用其他方法不能成型的制品。圖324 塑料中空吹塑模具結構 除以上常用的模具外，還有壓鑄成型模具，塑料真空或壓縮空氣成型模具，塑料發泡模具等等。圖325 壓鑄模具結構圖326 塑料真空或壓縮空氣模具（二）、設備簡介1． 注射成型機2． 平板硫化機3． 擠出成型機4． 塑料中空成型機第一節 概述利用塑料注射成型機成型塑料制品的模具就是塑料注射模具，其結構由制品的形狀及注射機形式決定的。注射機成型的原理及特點在第二章中已有表述。塑料注射模具是塑料制品中應用最廣的，由注射模具生產的制品已占塑料產品的80%以上。注射模具在結構上也是塑料模具中最復雜的。掌握注射模具的基本結構，其它模具也就觸類旁通了。注射模具安裝在注射機上生產，因此模具設計要和注射機的規格相聯系，同時也與制品的要求、生產要求有關。 圖311為單分型面塑料注射模具的結構形式。它主要由六部分組成。圖311 單分型面塑料注射模具 （一）、澆注系統 將塑料熔體由注射機引向模具成型部分的通道稱為澆注系統。它分為普通澆注系統和熱流道澆注系統。普通澆注系統由主流道、分流道、澆口、冷料井組成。圖311為普通澆注系統的模具結構。 （二）、成型零部件 成型制品的部分，它由型腔和型芯組成。是模具設計好壞的關鍵，它涉及到模具的結構設計、成型零部件的尺寸計算、強度計算等。 （三）、導向部分 導向裝置的作用是確保動模與定模在生產過程中閉合的準確性，從而保證制品的質量。由導柱和導向孔組成。大型模具或頂出零件比較多的模具在頂出板上也設有導向部分，目的是保證頂出過程中的準確性。 （四）、頂出部分 塑料注入模具經冷卻定型后，由模具的頂出裝置頂出。實現模具的下一次注射。根據制品的結構形式頂出結構有簡單頂出、二次頂出結構等。 （五）、排氣系統在注射過程中把型腔內氣體排出模具以外。保證制品的完整成型。（六）、冷卻加熱系統為了保證注射工藝對模具溫度的要求，模具設有冷卻加熱系統。普通澆注系統的模具設冷卻系統；熱流道模具的澆注系統設加熱裝置，成型部分設冷卻系統。第二節 澆注系統設計一、概述澆注系統是指模具中從注射機噴嘴開始到型腔為止的流動通道，它分為普通澆注系統和熱流道澆注系統。澆注系統對制品性能、外觀質量和成型難易程度都有直接影響，因此在設計澆注系統時，應綜合考慮以上因素。 設計塑料模具時必須遵循塑料熔體的流動規律，這樣才能使所成型的塑料制品獲得最佳的質量。塑料在注射過程中可分為三個區段。第一區段是塑料在螺桿（柱塞）與料筒壁之間進行的輸送、壓縮、熔融和塑化，并將塑化好的塑料熔體存儲在料筒的前端，這方面的理論主要研究塑料由固態變為粘流態的過程；第二區段是儲存在料筒前端的塑料熔體經螺桿（柱塞）作用，經注射機噴嘴、模具澆注系統進入型腔；第三區段是塑料熔體進入模具型腔過程中的流動、相變和固化。注塑過程的研究主要集中在第二區段，它涉及到熔體通過澆注系統時所受到的剪切力及熔體表觀粘度的變化，這些都直接影響到澆注系統的尺寸大小、制品的質量等。下面就從理論上簡要討論塑料熔體在此區段的流動特性。（一）、熔體流變方程的基礎概念 當塑料熔體在外力作用下經澆注系統流動時，由于各點的流速不同存在著剪切力。設有剪切力τ于定溫下施于相距dy的兩平行液層，使兩平行液層以du的相對速度移動。du/dy 稱為剪切速率或速度剃度（ ）。對牛頓液體來說，剪切力τ與剪切速率du/dy成正比。τ=η （321）比例常數η稱為牛頓粘度，它是液體流動難易程度的量度。 當塑料在圓形流道內作穩定流動時，如圖321，設在長為L半徑為R的圓形流道兩端的壓力差為ΔＰ，其任意半徑r處的熔體所受的剪切力為：τ= （322）圖321 塑料熔體在圓形流道內的流動情況在管壁處其剪應力為：τ= （323）矩形流道剪應力為：τ = 對于牛頓液體在圓管橫截面內各點流速呈拋物線分布（圖321 b所示），在中心的流速最大，在管壁處流速為零，其剪切速率在中心為零，在管壁處最大，其值為： （324）式中Q：單位時間的流量，厘米 故在管壁處有：η= （325）Q = 但大多數塑料熔體屬于非牛頓流體，剪應力與剪切速率的關系不符合式321的正比關系，恒溫下，在一定的剪切速率范圍內，可近似地用下面的指數定律描述它：τ=K （326）式中n：非牛頓指數，表示該流體與牛頓流體的偏離程度，對牛頓流體，n=1 非牛頓流體其粘度已不在是一個常數。在圓管內流動時，其各點流速分布不再呈拋物線分布，因此管壁處的剪切速率為 乘以校正系數。 （327）為了討論方便，將 叫做非牛頓流體在管壁處的表觀剪切速率，管壁處的剪應力 與表觀剪切速率之比叫做表觀粘度 。表觀粘度隨剪切速率的變化而變化。= 所以 （328） （329）矩形流道：式中：W：矩形流道寬度h：矩形流道深度 由上面的公式可以看出：1． 澆口斷面尺寸增大澆口斷面尺寸，有利于Q值的提高。從式中可知，Q值隨 或 成正比。但澆口斷面尺寸的增加，熔體在澆口處的流速減慢，其表觀粘度 相應提高，Q值反而下降，所以澆口斷面尺寸的增大有個極限值，就是大澆口尺寸的上限。超過此值，會取得相反的效果。而小尺寸澆口，由于絕大多數塑料熔體的表觀粘度是剪切速率的函數。熔體流率越快， 越低，越有利于充模。另外，由于熔體流徑小澆口，部分動能因高速摩擦而轉換成熱能，提高了澆口處的局部溫度，熔體的粘度再次降低，Q值增加。但當剪切速率達到極限值時（一般為 1/s），剪切速率于表觀粘度便失去了依存關系，稱之為“剪切速率效應”。超過此極限值，剪切速率在增加，表觀粘度也不在降低。此時澆口的斷面尺寸就是點澆口的極限尺寸。2． 澆口長度當注射壓力恒定時，則澆口處的壓力保持不變。澆口長度短，熔體流經澆口的阻力毫秒年兆升毫秒度減小，也就使澆口的入口于出口間的壓力降減小，從而使塑料熔體在澆口處的流速增大，Q值得到提高。反映在注射螺桿上，螺桿向前推進的速度加快，也即注射速度加快。因此縮短澆口長度，在不增加澆口截面的條件下，就能提高注射速率Q值。同時由于熔體在澆口中速率的提高，也即剪切速率增加，熔體的表觀粘度 相應降低。此外，短澆口可保持常開，有利于補縮。由上可知，在設計澆口長度時，選擇其最小值最好。3． 剪切速率的選擇由于絕大多數塑料熔體屬于非牛頓流體，其表觀粘度 與剪切速率的函數關系不是線形關系（如式326）。由實驗知，在較低的剪切速率范圍內，剪切速率的微小變化會引起表觀粘度的很大變化。這將使注射過程難于控制。導致制品表面不光滑，沖模不均，密實性差，內應力高，翹曲變形等缺陷。因此，選擇一段剪切速率，使其的變化對表觀粘度的影響最小，這樣有利于注射過程的控制。一般來說，剪切速率取最高值，對粘度的影響最小。所以，注射過程的剪切速率通常取 ～ （1/s），而且盡可能提高。4． 表觀粘度的控制在注射過程中，當沖模不滿，除增大注射量和提高注射速度等工藝條件外，降低塑料熔體的表觀粘度是比較好的方法。降低粘度的方法之一是升高溫度。而升高溫度則帶來熱量損耗的增加和冷卻時間的延長，溫度過高還會引起塑料的分解。二是提高剪切速率。但剪切速率的提高也不能超過其極限值。提高剪切速率的方法，一是提高注射壓力，二是減小澆口尺寸。 綜上所述，一般情況下，薄壁、小型等制品采用小澆口尺寸對制品的沖模及制品質量是有利的；而大型、厚壁、粘度高的熔體則采用大尺寸澆口。二、普通澆注系統 （一）、普通澆注系統的組成普通澆注系統由主流道、分流道、澆口、冷料井組成。它的作用就是使注射機噴嘴射出的熔融塑料流入型腔。澆注系統組成部分如圖322。1—主流道 2—分流道 3—澆口 4—冷料井圖322 澆注系統 主流道是指緊接注射機噴嘴到分流道為止的那一段流道，熔融的塑料進入模具時先經過它。 分流道是指把主流道的融料引入各個型腔的流道。對普通澆注系統而言，它開設在分型面上。 澆口是指在分流道的末端將融料引入型腔的流道。 冷料井就是為了避免冷料堵塞澆口或進入型腔而設置的。在每次注射中，前鋒的料流首先與溫度較低的模具接觸，從而造成料流前端存在一些低溫料，常稱冷料。冷料井一般開設在主流道或分流道的末端。 （二）普通澆注系統的設計1．主流道的設計 由于主流道首先與高溫、高壓的融料以及和注射機的噴嘴反復接觸，為增加主流道的耐磨性和耐腐蝕性主流道部分常設計成可拆卸的主流道襯套，又稱澆口套。對于模板尺寸較小的模具可直接在模板上加工主流道。大型模具中為了主流道加工的方便；另外有些模具的定模板有幾塊板組成，為了防止開模時模板的縫隙留有溢料無法使主流道順利脫出，也設計有主流道襯套。澆口套與定模板的配合一般取過渡配合（H7/k6）或過盈配合(H7/m6)。常用的主流道襯套的結構如圖323所示。圖323 主流道襯套結構在主流道結構中，為了使凝料順利脫出，主流道設計成圓錐形，具有2o～6o的錐角，澆口套長度長,其夾角小些,澆口套長度小,其夾角可大些，澆口套內壁表面粗糙度值一般在 以下，小端直徑應大于注射機噴嘴直徑1毫米。主流道與噴嘴接觸處一般成半球形，為使兩者緊密配合，避免注射時的融料溢出，球面半徑應比噴嘴半徑大1～2毫米。在小端直徑和錐角一定的情況下，大端直徑也就確定了。然而，有些情況下要確定大端直徑的大小，以滿足熔體體積流率的充模要求。大端直徑可由下列公式計算。 D=2( ) (cm) Q—流經該流道的熔體體積流率，cm /s；Q= D—圓形流道截面直徑，cm；g—熔體在該流道內的剪切速率，1/s，圓形截面流道 g=510 ； 為滿足注射成型的需要，注射機最大熔體體積流率必須大于注射該制品的熔體體積流率。2．定位環的設計 定位環起模具與注射機定模板定位孔定位的作用。目的一是支撐模具，二是使模具中心與注射機噴嘴中心一致。澆口套與定位環相配合的結構見圖324。當定位環尺寸較小時，可把定位環與主流道襯套做成一體。定位環用螺釘使之與模具連接。當澆口套在注射過程中受力很大時，為減少螺釘的受力，可把定位環結構設計成如圖325所示。圖334 定位環結構圖325 定位環的另一種結構 定位環外徑為注射機定模板定位孔直徑，定位環與澆口套的配合一般取間隙配合，常用的有H7/f6。定位環凸出定模板的高度一般在20毫米以下。緊固定位環的螺釘一般選MM8，數量2～3個。3．分流道的設計 分流道是連接主流道與型腔的通道。分流道的形狀有圓形、半圓形、梯形、U形等，從壓力傳遞的角度講：要求流道截面積最大；從熱傳導的角度講：要求流道外周長度最小。判斷分流道形狀優劣的標準是流道的比表面積。比表面就是流道的截面積與外周長之比。比表面積小，熱量損耗小。 常用的分流道的斷面形狀與尺寸見表21所示。表21分流道斷面尺