模具設計第11章__熱固性塑料注塑模設計

1、 第第十一十一章章 熱固性塑料注塑模設計熱固性塑料注塑模設計 內容簡介：內容簡介： 本章主要講述熱固性塑料的成型方法和特點；熱固性塑料注塑模具的設計要點，包括型腔數目的確定、分型面的設計、成型零件的設計、嵌件的安裝要求、排氣系統(tǒng)的設計等內容； 澆注系統(tǒng)設計，包括主流道、分流道、型腔位置、澆口位置形狀尺寸的設計等。 學習目的和要求：學習目的和要求： 1、了解熱固性塑料的成型方法特點。 2、掌握熱固性塑料注塑模具的設計要點和其澆注系統(tǒng)設計的有關知識。 重點：重點： 1、熱固性塑料注塑模具的設計要點。 2、熱固性塑料注塑模具澆注系統(tǒng)設計。 難點：難點： 熱固性塑料注塑模具澆注系統(tǒng)設計。 11.1 概

2、 述 加工對象：酚醛塑料、氨基塑料、環(huán)氧樹脂等熱固性塑料 特點：優(yōu)良的耐熱和阻燃性、耐化學性、抗蠕變等，且價格低廉。 成型方法：壓制成型和壓鑄成型 手工操作繁重、復雜，成型周期又長，模具易損壞，成型質量 不穩(wěn)定 11.1.1 成型方法特點 1生產效率高 2塑件固化均勻性改善 3勞動條件明顯改善4注塑件質量穩(wěn)定 11.1.2 注塑工藝特點 （一）工藝特點 (2)塑化溫度范圍寬 一般要求物料在7090能夠塑化，具有一定流動性。如果物料允許的塑化溫度范圍比較大就可以將實際應用的塑化溫度提高，以便于下一階段注射。如果允許的塑化溫度范圍比較窄，一定要嚴格控制實際塑化溫度，避免溫度升高而出現早期硬化現象。

3、并要求在注塑機的料筒中存留1530min，具有熱穩(wěn)定性。 1熱固性注塑料 (1)合適的流動性 熱固性注塑料的拉西哥流動性般大于200mm。相對分子質量在1000以內的線型分子或具有少量支鏈型的分子，其流動性最好。木粉作填料的注塑塑料流動性最好，無機填料的流動性較差。玻璃纖維和紡織填料的塑料流動性最差。添加潤滑劑可提高流動性，過多固化劑會降低流動性。 (3)高溫下能快速固化 固化速度快能縮短成型周期，提高生產效率。但過快固化，會造成局部型腔特別是細小部位充填不滿。 (4)收縮率要小 比起熱固性塑料的壓制和壓鑄成型，注塑料的收縮率最大。因為成型中受到壓力最小；且模具溫度高，脫模后冷卻至室溫又再次收

4、縮。另外熱固性注塑料的收縮率與填料的種類和含量有關。木粉等有機填料會使收縮率大增。礦物填料，特別是玻璃纖維充填的注塑料收縮率較小。過大的收縮率使制品尺寸變化大，又易產生變形翹曲。模具設計收縮率仍以模具和制品在室溫條件下的尺寸計算。由于該收縮率與注塑料品種和配方關系很大，通常又含有40以上填料，收縮率應由生產廠的注塑料說明書或試驗確定。 2熱固性塑料注塑機 熱固性塑料注塑應該用專門的注塑機。這種注塑機與常用的熱塑性塑料注塑機主要有兩個方面的區(qū)別： (1)料筒加熱方式 熱固性塑料的塑化熱量主要來源是螺桿旋轉的剪切熱。料筒的外加熱主要起預熱作用，并起對料筒溫度的調節(jié)作用。單一的電熱方式易使物料過熱固

5、化。因此，常用水或油加熱料筒。也有電加熱水結構的料筒。另一種是油電加熱料筒，電熱僅用于預熱，塑化時調節(jié)油溫來控制料筒溫度，所以料筒溫度控制精度較高。 (2)塑化螺桿的壓縮比 由對熱塑性注塑料的23.5：1改小至1：1。長徑比由1520減小為1215，以減少對物料的剪切和摩擦作用。 3注塑工藝 (1)工藝要點 熱固性塑料注射中有熔體溫升的要求，所以一般取較大的注射壓力，相應采用較高注塑速度，以獲得較高的摩擦熱，有利于縮短充模和硬化定型時間，同時還能避免熔體在流道中出現早期硬化，并減少制品表面的熔接痕和流動紋。 熱固性塑料在模具中進行固化反應，會產生縮合水和低分子揮發(fā)物，模具型腔必須設有暢通的排氣

6、系統(tǒng)。否則會在塑件表面留下氣泡和殘缺。固化成型時間按最大壁厚計算，一般為812smm，快速固化的注塑料57smm。 (2)存在的問題 熱固性塑料中的填料，如玻璃纖維在螺桿剪切作用中會受損；而布屑、紙片等大顆粒填料難于進料，不但物料的流動性差，而且對螺桿和模具等磨損作用大，又使注塑件取向較嚴重，產品易翹曲變形。 塑件中的嵌件的安放受成型速度等限制，不能過多和安放過慢。 澆注系統(tǒng)凝料只能作廢料處理。 熱固性注塑的設備和模具成本高，而且耗能也大。2 模內流動和固化 熱塑性塑料熔體充模，流速沿斷面呈拋物線分布，如圖11-2(a)所示。 熱固性塑料熔體充模時，流速沿斷面呈 “活塞流” 分布，如圖112(

7、b)所示。 熱固性塑料熔體溫度均勻一致，沒有明顯的內外層。因此注塑充模塑件在整個斷面上有較均勻一致力學和電絕緣性能。但是這種充模流動，在模具高溫模壁處的流速很高，對模壁產生很大摩擦磨損。 熱固性塑料充模后固化交鏈成三維網狀結構，不會出現大分子鏈的取向，也很少產生熔體破裂現象。 熱固性塑料熔體在充模過程中，模內熔體受熱時，一方面由于分子鏈活動性增大使粘度降低；但另一方面因固化反應而使粘度大增。如圖11-3所示，是兩個相反的綜合影響結果。 綜上所述，熱固性塑料注塑模具的總體結構設計時必須考慮如下特點。 1 制品尚未固化前樹脂粘度比熱塑性塑料低，對于001002mm縫隙也會溢出。 2 制品成型后硬而

8、脆。其分型面上飛邊和鉆入縫隙溢料使清理困難。易破碎的小片會磨損模具表面。 3 熱固性塑料的摩擦系數和收縮率較小。塑件對型芯包緊力較小，開模時易滯留在型腔的一側。 4 塑料熔體對模具成型表面有較嚴重的磨蝕磨損。 5 模具工作溫度遠高于室溫，使室溫下的裝配間隙很難控制使工作時的運動零件產生咬死和拉毛現象。 11.2 模具設計要點 11.2.1 型腔數目確定 應以保證足夠大的鎖模力，防止分型面上出現飛邊來確定型腔數。 其中，n為由鎖模力決定的型腔數；F為注塑機的鎖模力(N)；Pc為型腔內塑料熔體的壓力(MPa)；B為流道和澆口在分型面上的投影面積(mm2)；A為每個制件在分型面上的投影面積(mm2)

9、。根據經驗，酚醛塑料成型時型腔壓力Pc為3040MPa，氨基塑料Pc為4060MPa，不飽和聚酯Pc為1020MPa。 )8 . 06 . 0(1BPFAnc 還需校核塑料熔體在料筒中的存留時間 b。使 b不得超過熔體狀態(tài)的維持時間。目前，該允許維持時間 b 46min,有 所以，每次實際注塑量為注塑后料筒中存料的0.70.8較為合適。因為料筒中存料總量一定。倘若注塑量過少，會造成塑件上有過早固化硬塊。甚至必須經常對空噴射，以防止塑料在料筒中固化。 bbbGG 11.2.2 分型面設計 避免分型面處溢料或減小溢料飛邊厚度的措施： 1）盡可能減小分型面處動、定模的實際接觸面積，以利于加工和裝配時

10、提高接觸面的平行度，增大接觸面處的閉合壓力，增加模具閉合的緊密性 。將分型面除型腔和澆注道所在區(qū)以外部分削去0.51.0mm，如圖11-5所示。 2）分型面上盡量不設與成型無關的孔穴或凹坑，如螺釘固定孔、銷釘孔等應設計為盲孔。對于難以避免的孔，應盡可能遠離型腔，并避免與排氣槽連通以避免這些孔內溢入塑料，難以清理。 3）盡量避免減少或避免在分型面上出現溢料飛邊，或盡可能使可能溢料的方向垂直于分型面。 4）分型面應具有一定硬度，接觸部位的硬度應能達到5257HRC，非接觸部位的硬度也應高于30HRC。 11.2.3 成型零件設計 1. 考慮熱固性塑料注塑收縮率的離散性較大 2. 計算得模具型腔尺寸

11、中減去毛邊值。 3. 成型零件設計應盡量避免鑲拼結構 4. 型腔和型芯一般都應經過熱處理淬硬 5. 成型零件常用鍍硬鉻后拋光來提高光潔度 6. 型腔表面粗糙度應在Ra0.20以下 2降低表面粗糙度。熱塑性注塑模運動零件配合面一般為Ra 1.60，很少小于0.80，熱固性注塑模運動零件配合面應不超過Ra0.40。 3采用鍍鉻或采用固體潤滑劑。鍍鉻是為了增加表面耐磨性，某些小孔、深孔不易鍍鉻，可采用耐高溫的石墨類固體潤滑劑減少磨損。 4采用無摩擦磨損的配合方式。對于頂桿、脫件板等的頂出部分，應盡可能改用錐面配合，閉模狀態(tài)無間隙或僅極小間隙，推件時無摩擦。 11.2.4 對相對運動零件的要求 采取下

12、述措施避免或減少磨損。 1.提高配合面硬度。一般情況下應達到HRC5458，特殊情況下達HRc60以上。 11.2.5 嵌件和安裝 熱固性塑料制品中若要安放嵌件，首先要防止熔體鉆料，其次要求安裝快速。安放嵌件要求： 1）盡量采用臺肩式嵌件 2）提高嵌件與模具的配合精度 3）保證嵌件定位的穩(wěn)定性 11.2.6 某些機構的設計特點 熱固性塑料由于溢料間隙小，給模具頂出機構提出特殊要求。頂桿頂出機構常用。 1脫件板機構 脫件板上的孔與型芯的配合間隙比熱塑性注 塑模中要求的要小，且要求脫件板淬硬。封閉式封閉式敞開式敞開式 2頂管和推塊機構必須避免采用整體式、凸肩式頂管，必須避免采用整體式、凸肩式頂管，

13、應該采用兩腳式（扇形式）頂管或開窗式（直通式）頂管。應該采用兩腳式（扇形式）頂管或開窗式（直通式）頂管。3頂桿脫模 頂桿機構是最適用于熱固性注塑模的脫模機構，頂桿頂出端采用圓柱面配合，容易達到配合要求，溢入的塑料也可以從配合段下段孔的擴大部分逸出。 11.2.7 排氣系統(tǒng)設計 熱固性塑料注塑模不但要排出型腔中的空氣，還有固化反應所產生的揮發(fā)性氣體，因此，排氣量大。在澆口前的分流道就應該開始排氣。排氣槽寬度就等于分流道寬度，在分型面上深度取0.12 mm左右。一般在型腔四周均應當排氣，在料流末端更應保證排氣暢通。分型面上排氣槽寬度38mm，深度0.06 O.18mm，如圖11-10(a)所示，排

14、氣槽相互間隔至少25mm。排氣糟允許物料溢出，并有與型腔表面相同的粗糙度和硬度。但遇到小型板件，排氣量又不大，則用約0.06mm淺的排氣槽，使飛邊去除容易。也有在芯柱上開設排氣隙，見圖11-10(b )。在芯柱外圓上磨出34個深0.050.075mm的平面，然后經中心引氣孔導出氣體。返回 排氣槽在分型面排氣槽在芯柱燒結塊排氣 11.2.8 澆口部位的鑲塊 熱固性注塑模澆口部位的磨損特別嚴重，需定期更換修復，因此采用澆口鑲塊形式，用硬質合金制造。 11.2.9 模具絕熱 熱固性注塑模的模具溫度一般在160210之間，動、定模的模具安裝底板之外都要增加絕熱墊層，防止模具向注塑機模板上散熱。 返回

15、熱固性塑料注塑模加熱系統(tǒng)使用最多的是電熱棒，也有用電熱板。其加熱功率計算見第九章，應該用兩絕熱板之間的模具總重量計算。也有一個專用經驗公式:W = 02V (11-3) 式中 W加熱器功率(W)； V被加熱模具體積(cm3)。 動模和定模分別設置測溫熱電偶，以自動控制模具溫度，使成型表面溫差在2.5之內。表11-1為部分熱固性塑料注塑成型模具溫度提供了參考。 11.3.1 主流道和冷料井 1. 為加快升溫速度，將主流道設計得比較細小，以增加單位體積的傳熱比表面積和摩擦生熱量。與熱塑性塑料注塑模具相同，臥式注塑機用模具主流道呈圓錐形，角式注塑機用模具主流道多呈圓柱形或橢圓形。熱塑性與熱固性注塑模

16、其錐形主流道尺寸與注塑機噴嘴尺寸關系如表11-2： 11.3 澆注系統(tǒng)設計 2.熱固性注塑機噴嘴孔徑一般為58毫米(熱塑性注塑機多為36毫米)，小于主流道襯套上的凹面球面半徑。倒錐形硬料井Z型頭拉料桿環(huán)形槽硬料井 3.拉料腔（頂拉腔） 收集前鋒硬料 11.3.2 分流道 分流道斷面形狀：圓形、梯形、U字形、半圓形、矩形等。從流動阻力來看，圓形最??；寬度和高度之比愈大的矩形，流動阻力愈大。從傳熱效果來看，以狹長的矩形比表面積（流道表壁面積與容積比值）最大，傳熱效果最好，而圓形比表面積最小，傳熱效果最差。從加工難易程度來看，圓形最難加工，其它形狀加工容易。 選擇分流道的斷面形狀應結合其長度綜合考慮

17、；分流道較長時，為避免流動阻力過大，宜選用圓形、梯形或U字形分流道；分流道很短時傳熱面積成為主要矛盾，宜用薄而寬的矩形分流道，特別是壓鑄模具，其分流道一般都很短。但注塑模具最常用的還是梯形分流道。 分流道的斷面尺寸由制件大小決定，熱固性注塑模與熱塑性注塑模并無本質的不同，其斷面積可按下式進行初步估算： A=0.26W+20 上式適用于酚醛塑料粉及其類似的熱固性塑料。截面高度的大小，則根據成型體積、制品的厚度、幾何形狀和復雜程度確定，小型：24mm 大型：48mm。 分流道的布置：平衡式和非平衡式。 最好取平衡式布置，即由主流道到各型腔的流動距離、斷面尺寸及形狀和轉彎角度都是對應相等的，這樣可保

18、證各型腔均衡的進料和補料，使各制品性能一致，且不易出現由于不連續(xù)進料所造成的缺陷。但另一方面分流道的距離應盡可能短，平衡式布置常會造成分流道過長。這時應對其利弊全面考慮。 11.3.3 型腔位置 型腔在分型面上的布置應力求其投影面積中心與注塑機的鎖模力中心相重合。對于普通臥式注塑機其鎖模力的中心在料筒中心線上，即在模具的主流道中心線上。型腔在分型面上的布置應力求受熱均勻 11.3.4 澆口位置設計 澆口的設計原則： 1.避免熔體破碎和噴射所造成的缺陷。 2考慮定向方位對制品性能的影響。 纖維狀填料定向方向與流動方向垂直。 3有利于流動、排氣和補料。 4減少熔接痕，增強熔接牢度。 5考慮流動距離比，即Lt。 6防止料流將型芯或嵌件擠歪變形。 11.3.5 澆口形狀和尺寸的設計 對澆口入口端倒角，使料流平滑過渡，以減少塑料對澆口的磨損。澆口部位宜用特種鋼材制造。國外采用鎢、鉻、鋁硬質合金，并作成可以局部更換的結構。澆口截面的高度可取大些。澆口斷面要適宜，體積要小。熱固