注塑機模具設(shè)計

注塑機模具設(shè)計第一頁，共二十九頁，2022年，8月28日6.1注塑機6.1.1注塑機的基本原理圖6-1高光無痕注塑成形系統(tǒng)1.注塑機；2.干燥機與料斗；3.水塔；4.水泵；5.快速熱冷注塑控制機34152第二頁，共二十九頁，2022年，8月28日按塑化方式注塑機可分為柱塞式注塑機和螺桿式注塑機兩種；1)柱塞式注塑機。柱塞式注塑機是通過柱塞在料筒內(nèi)的往復(fù)運動將熔融塑料向前推送，通過分流梭經(jīng)噴嘴注入模具型腔。塑料在料筒中塑化主要依靠料筒外加熱器提供的熱量。由于塑料的導(dǎo)熱性差，導(dǎo)致料筒內(nèi)的物料內(nèi)外層塑化不均勻，因此，柱塞式注塑機不宜用來成型流動性差、熱敏性強、注射量過大的塑料制件。2)螺桿式注塑機。螺桿式注塑機與柱塞式注塑機的區(qū)別主要是在料筒內(nèi)以旋轉(zhuǎn)的螺桿代替了平推的柱塞，料筒內(nèi)物料的熔融塑化以及注射都是由螺桿完成的，螺桿在料筒中既可旋轉(zhuǎn)又可前后移動，因而能夠起到送料、壓實、塑化與傳壓的作用。目前螺桿式注塑機產(chǎn)量最大，應(yīng)用也最廣泛。第三頁，共二十九頁，2022年，8月28日塑料注射成型過程是一個循環(huán)過程，完成一次循環(huán)即完成一次注塑循環(huán)周期，每一周期主要包括：定量加料、熔融塑化、施壓注射、充模冷卻和啟模取件等動作。取出塑件后再閉模，進行下一個循環(huán)。每完成一次注塑循環(huán)周期，注塑機的注射裝置和合模裝置就分別完成一個工作循環(huán)，即注射裝置和合模裝置的各運動部件均按預(yù)定的順序依次動作一次。第四頁，共二十九頁，2022年，8月28日

完成注塑成型需要經(jīng)過三個階段：塑化、注射和定型。1)塑化階段。塑料原料從料斗落入料筒，被轉(zhuǎn)動的螺桿向前輸送。在料筒內(nèi)，塑料一方面接收料筒外部的加熱升溫，另一方面又因螺槽容積的逐漸減小而被壓實，同時螺桿在料筒內(nèi)旋轉(zhuǎn)時會對塑料產(chǎn)生強烈的攪拌和剪切作用，導(dǎo)致塑料之間以及塑料與料筒和螺桿之間發(fā)生劇烈的摩擦，產(chǎn)生大量熱量，使塑料在被推動前移的同時逐漸塑化成熔融態(tài)。由于螺桿頭部背壓的作用，螺桿在旋轉(zhuǎn)的同時還有后退動作，以便將塑化好的熔體儲存在料筒的頂端供注射使用。螺桿后退行程由一次成型制品所需注射料量決定。2)注射階段。當(dāng)螺桿停止旋轉(zhuǎn)和后退時，合模部分開始工作使模具閉合，繼而注射裝置前移，使注射噴嘴與模具澆道口貼合，注射油缸活塞推動螺桿迅速前移，按成型工藝所要求的注射壓力和速度把熔融塑料注入模具型腔內(nèi)。為了防止注入模腔的熔料回流以及補充因制品冷卻定型而收縮所需的少量熔料，注射完成后的螺桿仍需對熔料保持一定的壓力，即所謂保壓，直至澆口處的熔料冷卻定型為止。3)定型階段。模腔內(nèi)的熔料冷卻后，由粘流態(tài)恢復(fù)到玻璃態(tài)。當(dāng)模腔內(nèi)制品完全冷卻定型后，合模機構(gòu)打開，模具開啟，在頂出機構(gòu)的輔助作用下，制品脫模，完成注射成型全過程。第五頁，共二十九頁，2022年，8月28日一臺通用注塑機主要包括注射系統(tǒng)、合模系統(tǒng)、液壓控制系統(tǒng)三部分。1.注射系統(tǒng)。注射系統(tǒng)的作用是在一定時間內(nèi)將一定量的塑料均勻塑化成熔融狀態(tài)，以足夠壓力和速度注射到模腔中，注射完畢后能對模腔中的熔料進行保壓和補料。它主要由塑化部件（包括噴嘴、料筒和螺桿）、料斗（包括烘干裝置）、螺桿傳動裝置、注射裝置和注射座及注射座移動油缸組成。1.射嘴；2.射嘴法蘭；3.螺旋止逆閥；4.電熱圈；5.熔料筒；6.螺桿；7.料斗；8.軸承；9.液壓馬達；10.射臺油缸；11.射臺機芯；12.射臺油缸塞；13.射膠油缸；14.射臺底座；15.中心調(diào)節(jié)螺絲；16.傳動體；17.傳動體滑動導(dǎo)桿；18.滑動導(dǎo)桿支撐。6.1.2注塑機的結(jié)構(gòu)組成第六頁，共二十九頁，2022年，8月28日注塑機用螺桿的幾何形狀和尺寸L—螺紋長；L1—加料段長；L2—塑化段長；L3—計量段長；S—螺距；D—螺桿直徑；h1—加料段螺紋深；h2—計量段螺紋深；e—螺棱寬；R1、R2—螺棱根部圓角半徑表6-1注塑用螺桿的各段長度/mm螺桿類型加料段塑化段計量段備注漸變形30~505020~35D：螺桿直徑突變形65~70（1~1.5）D20~25通用形45~5020~3020~30第七頁，共二十九頁，2022年，8月28日螺桿是注射裝置的重要零件，主要參數(shù)如下：直徑與行程。最大注射量由螺桿的直徑與最大行程決定，行程與直徑之比一般取3~5。如果比值過大，行程過長，則螺桿工作部分長度就會縮小，影響物料塑化質(zhì)量。反之，螺桿的行程小，為了保證注射量就要增大螺桿和油缸直徑，增大了功率消耗。螺旋升角、螺棱寬和徑向間隙。螺旋升角：。螺棱寬度：（D為螺桿直徑）。對黏度小的物料，螺棱寬度盡量取大一些，太小容易漏流，但太大會增加動力消耗，容易過熱。徑向間隙：螺桿與料筒的裝配間隙，如果間隙過大，會降低機器塑化能力，注射時熔料回流增加；過小又會增加螺桿和料筒機械加工難度和螺桿功率消耗。通常取徑向間隙長徑比和分段。長徑比指螺桿螺紋部分長度與螺桿直徑之比，一般取16~20。其值越大，溫度均勻，混煉效果好，還可以在保證塑化質(zhì)量的前提下，提高螺桿轉(zhuǎn)速，增加塑化量；但長徑比太大機械加工和螺桿清理困難。螺桿的分段中，一般加料段占50%，壓縮段和計量段各占25%左右。螺槽深度和壓縮比。第八頁，共二十九頁，2022年，8月28日2.合模系統(tǒng)合模裝置應(yīng)滿足下列要求：

1)有足夠的鎖模力，保證模具在熔料的壓力作用下，不會有溢料現(xiàn)象。

2)有足夠的模板面積、模板行程和模板間距，以適應(yīng)不同外形尺寸塑料制品的成型要求。

3)模板的運行速度應(yīng)滿足閉模時先快后慢，開模時先慢后快再慢，以防止合模時模具的碰撞，實現(xiàn)塑料制品的平穩(wěn)脫模。

4)模板要有足夠的強度，保證在模塑過程中不致因頻繁受壓而引起變形或損壞，影響制品尺寸的穩(wěn)定和注塑機壽命。合模裝置主要由合模機構(gòu)、調(diào)模機構(gòu)、頂出機構(gòu)、前后固定模板、移動模板及拉桿、油缸等組成。第九頁，共二十九頁，2022年，8月28日1)合模機構(gòu)。按照實現(xiàn)鎖模力的方式不同，合模裝置的結(jié)構(gòu)形式常用的有液壓式和液壓-機械式兩種。a)液壓式合模裝置單缸直動式液壓合模裝置目前主要應(yīng)用于微型注塑機上。合模油缸主要功能是利用油缸中的油壓推動和鎖緊模板。前后模板由拉桿支撐經(jīng)螺母緊固，保證移動模板在拉桿上前后移動工作。1.合模油缸；2.后固定模板；3.移動模板；4.拉桿；5.模具；6.前固定模板；7.拉桿螺母第十頁，共二十九頁，2022年，8月28日液壓式合模裝置的特點如下：模板間距大，模具厚度變化范圍大。鎖模力大小的調(diào)節(jié)可以通過調(diào)節(jié)油壓來實現(xiàn)，鎖模力的大小可以直接讀出，操作方便。移動模板可以在行程范圍內(nèi)任意位置停留，因此調(diào)節(jié)模板間距十分方便。零件能自潤滑，磨損小。對鎖模力大的注塑機，要求大的合模油缸及高的油壓，這對液壓系統(tǒng)密封、制造不利。液壓系統(tǒng)管路多，保證無滲漏是困難的，所以鎖模力的穩(wěn)定性差，從而影響制品質(zhì)量。

第十一頁，共二十九頁，2022年，8月28日b)液壓-機械式可以用較小的油缸推力，通過用連桿機構(gòu)的放大，得到較大的鎖模力。提高了合模速度，節(jié)省功率消耗。目前常用的有單曲肘和雙曲肘液壓-機械合模裝置。1.哥林柱固定螺母；2.固定模板；3.機械安全頂板；4.機械安全頂桿；5.活動模板；6..活動模板鉸叉；7.細鉸；8.直鉸；9.耳仔鉸；10.尾板鉸叉；11.尾板；12.鎖模油缸；13.鎖模機芯；14.十字鉸；15.頂針油缸；16.頂針桿；17.活動模板滑腳；18.哥林柱第十二頁，共二十九頁，2022年，8月28日

液壓-機械式合模裝置的特點如下：有增力作用，可以減少功率消耗。有自鎖作用，即使撤除油壓，鎖模力也不會消失，模具閉鎖穩(wěn)定、可靠。模板移動速度是變化的，合模時由快到慢，開模時先慢后快再慢，使啟閉模比較平穩(wěn)，避免了模具接觸時的沖擊，碰撞。肘桿機構(gòu)易磨損，要求有高的剛性和耐磨性。模具厚度變化時，需調(diào)整動模板和定模板間距，所以調(diào)模比較麻煩。鎖模力必須用專業(yè)儀器測得，不好調(diào)整。第十三頁，共二十九頁，2022年，8月28日2)調(diào)模機構(gòu)調(diào)模機構(gòu)是為實現(xiàn)模具厚度的變化而設(shè)置的，主要針對液壓-機械式合模裝置，由于動模板行程不能調(diào)節(jié)，為適應(yīng)不同厚度模具的要求，必須設(shè)置調(diào)模機構(gòu)，包括：螺紋肘桿調(diào)距。移動合模油缸位置調(diào)距。拉桿螺母調(diào)距。移動模板間連接大螺母調(diào)距。3)頂出機構(gòu)頂出機構(gòu)是為頂出模腔內(nèi)的塑料制品而設(shè)置的，因此應(yīng)當(dāng)具備足夠的頂出力和行程，一般分為機械頂出、液壓頂出和氣動頂出三種形式。

第十四頁，共二十九頁，2022年，8月28日3.液壓控制系統(tǒng)

由動力系統(tǒng)、執(zhí)行系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、輔助系統(tǒng)及傳動介質(zhì)油組成。動力系統(tǒng)主要是為系統(tǒng)提供液壓油，包括電機、泵組等部件。第十五頁，共二十九頁，2022年，8月28日注塑機的基本參數(shù)是設(shè)計、制造、購置和使用注塑機的依據(jù)，包括注射、合模和綜合性能三個方面。1.理論注射量注射量在一定程度上反映了注塑機的加工能力，標志著所能生產(chǎn)的塑料制品的最大質(zhì)量，一般有理論注射容積和注射質(zhì)量兩種表示方法。1)理論注射容積注塑機對空注射時，螺桿或柱塞作一次最大注射行程時所射出的熔料體積，以cm3表示。理論注射容積VL的計算公式為：式中：VL―理論注射容積，cm3；D―螺桿（或柱塞）直徑，cmS―螺桿（或柱塞）最大注射行程，cm在注射過程中，一方面熔料的密度會隨溫度和壓力的變化而變化，另一方面在壓力的作用下會有少量的熔料回流，并且在保壓時需要對熔料因冷卻而產(chǎn)生的收縮量進行補充，所以實際注射量要小于理論注射量。用射出系數(shù)進行修正。射出系數(shù)通常在0.7-0.9范圍內(nèi)選取。式中：VS―實際注射容量，cm3；

α

―射出系數(shù)。6.1.3注塑機的基本參數(shù)第十六頁，共二十九頁，2022年，8月28日2)理論注射質(zhì)量注塑機對空注射時，螺桿或柱塞作一次最大注射行程時所射出的聚苯乙烯（PS）熔料的最大質(zhì)量，以克(g)表示。當(dāng)塑料制品的材料有別于PS時，注射量要按以下公式進行換算：

式中ρ―該塑料的密度，g/cm3；M―以PS塑料表示的注塑量，g。例如，PP的密度是0.909/cm3，某注塑機的標準注射量參數(shù)為288g，因此用此機生產(chǎn)PP制品時的注射量應(yīng)為根據(jù)實際生產(chǎn)經(jīng)驗，塑料制品的總質(zhì)量（制品質(zhì)量與澆口系統(tǒng)質(zhì)量之和）最好控制在注射量的85％以內(nèi)，對非結(jié)晶塑料可取大值，而對于高黏度的塑料則宜取小值。第十七頁，共二十九頁，2022年，8月28日2．注射壓力注射熔料時，為了克服熔料流經(jīng)噴嘴、澆道和模具型腔時的流動阻力，螺桿（或柱塞）必須對熔料施以足夠大的壓力，這種壓力就稱為注射壓力。注射壓力的計算公式如下：式中：P―注射壓力，MPa;D0―注射油缸內(nèi)徑，cm;D―螺桿（或柱塞）外徑，cm;P0―注塑機工作時的油路壓力，MPa。注射壓力過高，可能產(chǎn)生飛邊，脫模困難，影響制品表觀質(zhì)量，產(chǎn)生較大內(nèi)應(yīng)力，影響機器壽命；注射壓力過低，則會造成熔料充不滿模腔。所選用的注射壓力要大于制品所需注射壓力，要考慮熔料黏度、制品形狀、塑化和模具溫度及制品精度等因素。如熔體流動性好、塑件形狀簡單、壁厚的制品，注射壓力小于70MPa；成型熔體黏度較低、形狀和精度要求一般的制品，注射壓力一般為70~100MPa；熔體黏度中等，有一定精度要求的制品，注射壓力選為100~140MPa；熔體黏度較高、精度要求高、塑件壁薄且尺寸大的制品，注射壓力約為140~180MPa；對于一些形狀多樣、精度要求高的精密塑料制品的注射成型，注射壓力可達230~250MPa。第十八頁，共二十九頁，2022年，8月28日3.注射速率注射速率是指單位時間內(nèi)從噴嘴射出的熔料量。下式表示：式中：qz―注射速率，cm3；

Vs―實際注射容量，cm3；

tz―注射時間，s；

D―料筒內(nèi)徑，cm；

vz―注射速度，cm/s。注射速度vz是單位時間內(nèi)螺桿或柱塞移動距離，下式表示：式中：S―螺桿（或柱塞）最大注射行程，cm;tz―注射時間，s。第十九頁，共二十九頁，2022年，8月28日注射量/cm3125250500100020004000600010000注射速率/（cm3/s）125200333570890133016002000注射時間/s1.001.251.501.752.253.003.755.00注射量與注塑速率、注塑時間的關(guān)系

注射速率的大小會直接影響制品的質(zhì)量和生產(chǎn)效率。注射速率低，注射速度慢，注射時間長，熔料充滿模腔困難，制品易產(chǎn)生冷接縫、密度不均、內(nèi)應(yīng)力大等質(zhì)量問題；速率過高，速度過快，物料流經(jīng)噴嘴等處時易產(chǎn)生大量的摩擦熱，使物料燒焦、變色或降解；同時高速注射時，模內(nèi)的氣體往往來不及排出，夾雜在物料中影響制品的表觀質(zhì)量，產(chǎn)生銀紋、氣泡。因此注射速率應(yīng)根據(jù)塑料的性能、制品的形狀、工藝條件及模具的特點等情況來選擇。第二十頁，共二十九頁，2022年，8月28日4．塑化能力塑化能力是指單位時間內(nèi)塑化裝置所能塑化的物料量（通常以標準聚苯乙烯為基準）。注塑機的塑化裝置應(yīng)當(dāng)在規(guī)定時間內(nèi)，保證能夠提供足夠量的塑化均勻的熔料。塑化裝置要與注塑機的成型周期配合，如果塑化能力高而空循環(huán)時間過長，則不能發(fā)揮塑化裝置的能力；反之，則會加長成型周期。所以塑化能力的高低會影響到生產(chǎn)效率的高低。提高螺桿轉(zhuǎn)速、增加驅(qū)動功率、改進螺桿的結(jié)構(gòu)都可提高塑化能力。第二十一頁，共二十九頁，2022年，8月28日制品和物料特性要求模腔壓力MPa舉例易于成形的制品25PE、PP、PS普通制品30薄壁容器類黏度高、精度高35ABS、PC、POM黏度特別高、精度高40高精度零件5.鎖模力它是合模機構(gòu)鎖模后，熔料注入模腔時，模板對模具形成的最終鎖緊力。鎖模力在很大程度上也反映了注塑機加工制品能力的大小。所以絕大多數(shù)生產(chǎn)廠家也把它作為表征注塑機規(guī)格的參數(shù)。式中：F―鎖模力，T;

α―安全系數(shù)，一般取1.1~1.6;P―模腔壓力，MPa;A―制品在分型面上的投影面積，cm2。第二十二頁，共二十九頁，2022年，8月28日6.合模裝置的基本尺寸1)模板尺寸及拉桿間距

第二十三頁，共二十九頁，2022年，8月28日2)模板最大間距模板最大間距是模具開啟后，移動模板與固定模板之間的最大距離(包括調(diào)模行程在內(nèi))。模板最大間距限制了注塑機所能加工制品的最大高度。

L=S+hmax式中：L―模板最大間距，mm；

S―開模行程，mm；

hmax―最大模具厚度，mm。仁興SP108A型注塑機模板最大間距為595mm。1.固定模板；2.定模；3.制品；4.移動模板和動模第二十四頁，共二十九頁，2022年，8月28日3)開模行程指動模板能夠移動的最大距離，一般與成型制品所用模具厚度有關(guān)。為了制件能順利取出，移動模板行程要大于制件最大高度的2倍。為了縮短一次制品的循環(huán)時間、減少機器磨損和動力消耗，應(yīng)盡量調(diào)整模板行程短一些。仁興SP108A型注塑機開模行程為290mm。4)模具最大厚度和最小厚度模具最大厚度hmax和最小厚度hmin是指動模板閉合后，達到規(guī)定的鎖模力時，移動模板和固定模板之間的最大和最小距離。注塑機的最大模厚和最小模厚也稱容模量，代表了注塑機能容納的模具厚度。如果模具厚度小于最小模厚hmin，裝配模具時要增加模厚調(diào)整塊，否則不能實現(xiàn)正常的鎖模力甚至?xí)p壞零件。若模具厚度大于最大模厚hmax，模具安裝后不能正常合模，無法達到規(guī)定的鎖模力，注塑機也就無法工作。最大模厚和最小模厚之差即為調(diào)模裝置的最大可調(diào)行程。仁興SP108A型注塑機最大厚度和最小厚度分別為305mm和102mm，所以最大可調(diào)行程為203mm。5)頂出力和頂出行程有效的頂出力及頂出行程才能使成型的產(chǎn)品最后順利地從模具中分離，應(yīng)根據(jù)產(chǎn)品的外形和模具的結(jié)構(gòu)進行選擇，一般機器的最大頂出行程是固定的。仁興SP108A型注塑機頂出行程為74mm。第二十五頁，共二十九頁，2022年，8月28日多色注射成型是用兩個或兩個以上注射單元的注射機，將不同顏色或不同品種的塑料，同時或先后注入模具內(nèi)的