塑料成型工藝與模具設計任務二

2024年9月17日項目三熱流道注射成型模具設計任務一了解熱流道技術任務二選擇熱流道系統(tǒng)任務三熱流道模具結(jié)構(gòu)設計任務四溫度控制系統(tǒng)設計2024年9月17日了解熱流道注射的生產(chǎn)條件，能從制品質(zhì)量、熱流道注射模具與注射機等方面進行可行性分析。熟悉熱流道系統(tǒng)的分類，能正確區(qū)分熱流道系統(tǒng)。掌握熱流道系統(tǒng)設計方法，能按步驟正確選擇系統(tǒng)的類型，決定注射點，確定加熱方式，選擇主流道噴嘴、流道板和噴嘴。任務目標任務分析相關知識任務實施任務小結(jié)思考與練習任務二選擇熱流道系統(tǒng)2024年9月17日

熱流道系統(tǒng)是熱流道模具的重要組成部分，它與模具的整體結(jié)構(gòu)、制品質(zhì)量、模具流道加熱系統(tǒng)及模具的制造工藝等有關；熱流道系統(tǒng)設計正確與否關系到熱流道注射成型能否順利進行，直接決定了塑件的質(zhì)量。因此，熱流道系統(tǒng)的選擇和設計是熱流道注射注射模設計中關鍵步驟。任務目標任務分析相關知識任務實施任務小結(jié)思考與練習任務二選擇熱流道系統(tǒng)2024年9月17日一、熱流道注射的生產(chǎn)條件熱流道注射模用于生產(chǎn)塑料制品，需要昂貴的費用和高難度的技術。模具生產(chǎn)企業(yè)在啟動設計制造前，除了解它們的優(yōu)點和限制及有關的使用條件外，尚需進行可行性分析。主要包括如下幾方面：1.啟動的背景條件啟動設計制造熱流道注射模之前，應進行可行性研究，內(nèi)容如圖3-7所示。任務目標任務分析相關知識任務實施任務小結(jié)思考與練習任務二選擇熱流道系統(tǒng)2024年9月17日2024年9月17日2.與制品質(zhì)量的關系熱流道系統(tǒng)因采用了外部的熱源，使模具結(jié)構(gòu)更加復雜。必將對塑件內(nèi)部質(zhì)量和收縮產(chǎn)生影響。①對制品內(nèi)部質(zhì)量的影響熱流道系統(tǒng)中塑料熔體以層流方式在型腔中充模，冷卻期間塑件內(nèi)各層的冷卻速率不同，同時該流動使高分了鏈排列具有方向性，造成被固化的無定形或結(jié)晶型的分子結(jié)構(gòu)都凍結(jié)了取向狀態(tài)。因此改變了無取向的原材料的性能。②對收縮率的影響收縮形式包括線性收縮率和體積收縮率。線性收縮率，它是取向的結(jié)果，與時間無關。由于流動的方向性與取向程度的不同，使注塑件的線性收縮呈現(xiàn)各向異性。體積收縮率，指冷卻期間塑料材料分子形態(tài)凍結(jié)固化時的收縮。有自由收縮和受約束收縮兩種。注塑件形體收縮的差異，主要取決于型腔壓力和冷卻時間。任務目標任務分析相關知識任務實施任務小結(jié)思考與練習任務二選擇熱流道系統(tǒng)2024年9月17日3.對模具的要求為保證熱流道注射優(yōu)勢的發(fā)揮。模具在生產(chǎn)時必須注意如下幾方面：①熱流道注射模要求模具生產(chǎn)企業(yè)應有優(yōu)秀的模具設計人員，有設計熱流道注射模的經(jīng)驗，有完善的模具制造裝備和加工的技術力量。②用專業(yè)計算機軟件，進行注射模的CAE和CAD設計。進行注射流動、冷卻固化、收縮和翹曲分析，以優(yōu)化澆注系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)的設計，決定制品的壁厚、加強筋的設置等；也可校驗塑料材料種類與品級的選擇，決定注射工藝參數(shù)。③用CNC機床加工模具，并用計算機軟件編制數(shù)控程序。④設計中采用標準模架和標準件。熱流道系統(tǒng)的零部件和溫度控制器同樣應盡可能采用品牌公司購置的標準件。⑤模具制造應選用優(yōu)質(zhì)金屬材料，有良好的熱處理和表面處理。型芯應采用熱傳導良好材料，如鈹銅合金。絕熱零件用不銹鋼、鈦合金和陶瓷材料。任務目標任務分析相關知識任務實施任務小結(jié)思考與練習任務二選擇熱流道系統(tǒng)2024年9月17日4.與注射機的關系熱流道系統(tǒng)要充分利用注射機的自動循環(huán)和控制能力。在進行注射機的操作時要注意以下三方面：①熱流道注射模需要更大的模具閉合高度。②注射計量時，要考慮到在注射高壓下，大容量流道中塑料熔料的壓縮性。③采用連續(xù)的生產(chǎn)操作；建議溫度控制從低到高的多級啟動。任務目標任務分析相關知識任務實施任務小結(jié)思考與練習任務二選擇熱流道系統(tǒng)2024年9月17日二、熱流道系統(tǒng)分類熱流道系統(tǒng)的分類方法有兩種。一種以加熱方式來分類，有外加熱、內(nèi)加熱和絕熱。常見的是外加熱。另一種是以熔體的傳輸方式分類，主要分為兩大類，一類是主流道單噴嘴注射成型，沒有流道板和噴嘴。另一類是有流道板的噴嘴注射成型。主流道單噴嘴大致有圖3-8所示的5種熔體傳輸方式。任務目標任務分析相關知識任務實施任務小結(jié)思考與練習任務二選擇熱流道系統(tǒng)2024年9月17日圖3-8主流道單噴嘴澆口(a)正面(b)多型腔的側(cè)面(c)、(d)在單型腔模具中進入冷流道(e)在多型腔模具中進入冷流道2024年9月17日圖（a)所示的主流道單噴嘴的正面注射，應用最廣。噴嘴澆口可選用直接澆口、點澆口、頂針式澆口，以及開關式澆口。圖(b)單噴嘴的多點注射的邊緣式澆口，能將塑料熔體傳輸給多個型腔。但它受到制件形狀的限制。圖(c)、圖(d)都是注塑單型腔模具注射，能保證制品外觀質(zhì)量，在制品外表面沒有澆口痕跡。在位置允許時，都可以用帶有直接澆口的主流道噴嘴。圖(c)所示的注塑件有個中央孔。塑料熔體從主流道噴嘴的直接澆口射出，再經(jīng)冷流道和邊緣式澆口，注入成型型腔。圖(d)所示是采用直接澆口。圖(e)是多腔模具中的熱流道和冷流道的混合應用。在冷流道分流后用潛伏式的點澆口注射，可自動剪斷后脫模。此圖與圖(b)、圖(c)均適用于一模多腔中各型腔注射體積或形狀不能都用熱流道時，應用熱流道與冷流道組合方式從而擴大了熱流道的應用范圍。任務目標任務分析相關知識任務實施任務小結(jié)思考與練習任務二選擇熱流道系統(tǒng)2024年9月17日圖3-9熱流道板噴嘴澆注2024年9月17日任務目標任務分析相關知識任務實施任務小結(jié)思考與練習任務二選擇熱流道系統(tǒng)圖3-9為塑料熔體由主流道噴嘴流經(jīng)流道板的6種熔體傳輸注射方式。主流道噴嘴成為熱流道通道的上游部分，失去了澆口的功能，但仍與注射機起定位作用，并與注射機噴嘴匹配的功能。它視注射情況，可只需絕熱而不用加熱，并可按需要加上過濾網(wǎng)。圖(a)是多點注射的單型腔熱流道板噴嘴澆注。用于大型制件，或流程與壁厚之比很大的注塑?？蓽p小充模期間的壓力損失，避免壁厚增加；也保證了保壓階段的壓力傳遞；同時熱流道系統(tǒng)使模具簡化成二板模；多點注射避免了主流道的回頭料，縮短了注射周期；并使模具操作自動化。此種系統(tǒng)應用時，需考慮注射機的技術參數(shù)，如注射量、注射壓力和鎖模力。圖(b)是多型腔頂端澆注的熱流道板噴嘴注射，有多型腔模具中正面分布的頂針式或開關式澆口。對于需中央頂端位置澆注的中小型制件，采用這種塑料熔體的傳輸方式。避免了冷流道系統(tǒng)所需的雙分型面，其應用越來越多，首先被系列化和標準化。圖(c)單型腔模具的側(cè)面澆注。保證制件表面的美觀，澆口在開模時側(cè)向剪斷。但技術要求嚴格，模具相對昂貴。2024年9月17日任務目標任務分析相關知識任務實施任務小結(jié)思考與練習任務二選擇熱流道系統(tǒng)圖(d)是疊層模具中流道板噴嘴的正面澆注，它可用于兩個甚至更多的分型面的場合；適用于成型大批量的淺薄小制件；它成倍地提高了型腔數(shù)，需要較長的開模和閉模時間；生產(chǎn)率提高約80％，但鎖模力只增加15％。圖(e)是單型腔模具的流道板噴嘴經(jīng)冷流道的側(cè)向澆注?？煞乐棺⑺軞んw正面被澆口痕跡破壞美觀，澆注時可將殼體倒置，讓澆口痕跡在里側(cè)。這樣會使塑件開模后留在定模，造成制件頂出困難。采用圖(c)的熔體傳輸方式，塑料熔體經(jīng)流道板和噴嘴引入到型腔的側(cè)面，再經(jīng)冷流道，由邊緣式澆口或潛伏式澆口注射。這樣雖然增加了熔體傳輸路徑，但應用在大型殼體時，充模流動有利于分子取向，可減小澆口附近的應力集中和制件的翹曲。圖(f)是多型腔熱流道注射模具，經(jīng)冷流道的傳輸，具有多澆口的熔體澆注方式。適用于小型制件，且型腔數(shù)更多?？奢^經(jīng)濟地讓一個熱流道噴嘴傳輸幾個型腔。熱流道與冷流道系統(tǒng)混合應用，除經(jīng)濟上降低熱流道器件的投資外，可簡化熱流道噴嘴的澆口區(qū)域的溫度控制，還能夠捕獲料流前鋒的冷料。2024年9月17日三、熱流道系統(tǒng)選擇1.熱流道系統(tǒng)類型和注射點（1）確定熱流道系統(tǒng)的類型在決定采用完全熱流道系統(tǒng)，還是采用熱流道和冷流道組合系統(tǒng)時，需考慮以下幾個因素：①應用組合系統(tǒng)，能簡化模具結(jié)構(gòu)，尤其能簡化流道系統(tǒng)和模具的冷卻系統(tǒng)。②應用組合系統(tǒng)，能采用潛伏式點澆口，使?jié)部诘暮圹E更為隱蔽；噴嘴經(jīng)澆注冷流道和澆口注射型腔，澆口附近的制品內(nèi)在質(zhì)量有保障。③一模多腔注射模，噴嘴間的間距大，不能采用完全的熱流道系統(tǒng)。④完全熱流道免去澆道廢料的處理，而冷流道的料柄可提供給機械手夾持。任務目標任務分析相關知識任務實施任務小結(jié)思考與練習任務二選擇熱流道系統(tǒng)2024年9月17日（2）分型面和冷流道澆口 冷、熱流道組合系統(tǒng)在注射中小型制品時，冷流道的澆口位置和數(shù)目主要由以下因素決定:①塑料制品的流程比[B]決定澆口數(shù)目和位置。經(jīng)測算的流程比B應小于許用的試驗值。反之，則應增加塑料制品的壁厚或流道直徑。②澆口所在位置應使熔體有良好的充模流動狀態(tài)。③澆口位置要符合審美要求。（3）熱流道的噴嘴注射點對于一模多腔的小型注塑件注射模的熱流道系統(tǒng)，可采用多頂針式噴嘴。一個噴嘴有兩個、三個、四個，甚至更多的澆口。圖3-10為多頂針噴嘴澆注多個型腔，噴嘴有多個流道，但不帶澆口，澆口在流道板上。圖3-11是多頂針噴嘴澆注一個PA66滾輪，澆口制造在模具上。任務目標任務分析相關知識任務實施任務小結(jié)思考與練習任務二選擇熱流道系統(tǒng)2024年9月17日圖3-10多頂針式噴嘴注射多個注塑件圖3-11多頂針式噴嘴模塑PA66滾輪2024年9月17日2.加熱方式選擇選擇內(nèi)加熱還是外加熱方式，主要考慮下列因素：①著色變化對于需頻繁更換的著料色塑加工，內(nèi)加熱方式在清理流道時較困難。②設計與加工內(nèi)加熱流道板設計和注射加工時有突出的優(yōu)點。③塑料的加工性能耐熱性差的塑料，采用內(nèi)加熱方式容易發(fā)生分解燒損，造成流道閉塞。④流動平衡內(nèi)加熱式的流動系統(tǒng)中，因為環(huán)形截面的非均勻流動，熔體平衡流動設計困難。外熱方式的流道系統(tǒng)流動平衡性好，且換色較快，啟動容易。任務目標任務分析相關知識任務實施任務小結(jié)思考與練習任務二選擇熱流道系統(tǒng)2024年9月17日3.主流道噴嘴、流道板和噴嘴的選擇（1）主流道噴嘴選擇主流道噴嘴的選擇見圖3-12。圖(a)是冷流道系統(tǒng)的主流道杯。一種是注射大型深腔的注塑件，脫模后有直接澆口的凝料棒；另一種是一模多腔小型注塑件，塑件上是矩形的邊緣澆口。圖(b)是開放式主流道噴嘴和冷流道，下游為一模多腔的冷流道澆注系統(tǒng)。沒有流道板，故又稱為開放式單噴嘴。圖(c)是兩個注射點的開放式主流道噴嘴。同樣沒有熱流道板，但可實現(xiàn)多型腔注射，也簡化了冷流道系統(tǒng)。圖(d)是開放式的單噴嘴。注射的多個型腔采用直線澆注的針點式澆口。為了將澆注系統(tǒng)凝料脫模取出，注射模的基本結(jié)構(gòu)是雙分型面的三板模，有中間冷流道板。此方案適合改成熱流道板和多噴嘴，從而改成二板模。任務目標任務分析相關知識任務實施任務小結(jié)思考與練習任務二選擇熱流道系統(tǒng)2024年9月17日圖(e)是開放式單噴嘴注射大型深腔的塑料殼體。帶有澆口套的整體式噴嘴，在注塑件上留有澆口套和澆口痕跡。當要求澆口痕跡較小時，采用圖(f)不帶澆口的頂管式主流道單噴嘴。澆口在模板上，只有很小的澆口痕跡。圖(g)是不帶澆口的多頂引式主流道單噴嘴，澆口在模板上。澆注圓筒塑件時，大多用均勻的三點，此圖上用四個注射點。圖3-12上各方案均省去了熱流道板和分噴嘴，但有澆注系統(tǒng)廢料的產(chǎn)生。任務目標任務分析相關知識任務實施任務小結(jié)思考與練習任務二選擇熱流道系統(tǒng)2024年9月17日2024年9月17日（2）流道板的選擇熱流道板的選取，主要取決于：①熱流道系統(tǒng)的澆口和噴嘴的數(shù)目和位置；②達到自然平衡或流變平衡的方式。在流道板的設計過程中，必須根據(jù)塑料材料的性能數(shù)據(jù)，加工工藝、模具和注射機的數(shù)據(jù)，注塑制品的二維或三維造型等原始資料，進行流道分布和直徑計算；對有流變平衡要求的流道進行詳細計算，必要時采用雙層流道的結(jié)構(gòu)；進行加熱功率計算和加熱器與熱電偶的安裝設計；進行流道板的絕熱設計和在模具中的安裝設計等。任務目標任務分析相關知識任務實施任務小結(jié)思考與練習任務二選擇熱流道系統(tǒng)2024年9月17日（3）澆口的選擇澆口是流道的針點，既可在噴嘴中，也可在模具上。對澆口種類和口徑的確定，在前面章節(jié)中已經(jīng)進行了一定的介紹。噴嘴的選擇是從澆口選用開始，必須依據(jù)各種塑料熔體的流動性能、熱性能以及澆口殘留痕跡來討論澆口的選擇。常見熱流道澆口和噴嘴的選擇，不但要適合于各種塑料的注射輸送特性，也要考慮各種澆口和噴嘴痕跡，如圖3-13所示。澆口的結(jié)構(gòu)設計和澆口尺寸決定了殘料的形狀和大小，必須能滿足塑料制品審美的要求。任務目標任務分析相關知識任務實施任務小結(jié)思考與練習任務二選擇熱流道系統(tǒng)2024年9月17日圖3-13各種噴嘴澆口在制品中的殘留痕跡2024年9月17日

使用如圖(a)所示直接式噴嘴，在塑料制品上會留下圓錐柱狀的殘留料柄；易發(fā)生澆口流涎和拉絲。常用澆口直徑mm，適用于大注射量的各種塑料。圖(b)所示點澆口的整體式噴嘴，具有很短澆口套，適用于較小注射量。已為頂針式噴嘴所替代。如圖(c)、(d)和(e)所示頂針式噴嘴，會在制品上產(chǎn)生圓環(huán)狀澆口殘料。澆口直徑mm，澆口痕跡很難察覺。中央有頂針防止熔料垂滴和拉絲。較大直徑的澆口，有利于熔體流動充模，也可提高頂針圓錐尖的強度。較小直徑的澆口，在制品上留下痕跡更小。澆口殘料位于制品前表面或斜向表面。使用開關式噴嘴無澆口殘料，如圖(f)、(g)所示。澆口直徑mm。噴嘴不能過長，塑料熔體在噴嘴中有較大壓力降。過長的開關柱銷在壓力下容易失穩(wěn)。不適用于量少的注塑和高黏度塑料。使用邊緣式噴嘴同樣無澆口殘料，只在制品留下剪切痕跡。如同冷流道的潛伏式澆口那樣，位于制品的側(cè)表面。還要根據(jù)塑料材料和性能，選擇澆口和噴嘴種類：對剪切應力敏感的塑料品種，如PC和LCP被限制使用頂針式澆口。開放式噴嘴的特點是流經(jīng)澆口的壓力降最小，因此，最適合高粘度塑料加工。開關式噴嘴能防止添加發(fā)泡劑的塑料在熱流道中發(fā)泡。它適用于含發(fā)泡劑的塑料。任務目標任務分析相關知識任務實施任務小結(jié)思考與練習任務二選擇熱流道系統(tǒng)2024年9月17日（4）噴嘴的選擇熱流道噴嘴是熱流道系統(tǒng)的終端，它包括加熱器、熱電偶和澆口。它將熔體輸送到模具型腔或冷流道。由澆口選擇確定噴嘴種類后，還需對流道板噴嘴的殼體，是否帶有澆口等作進一步的確定。在模具設計中經(jīng)常根據(jù)注塑件外觀要求，選擇澆口和噴嘴類型。整體式噴嘴前端澆口套的痕跡會留在注塑制品上，如圖3-13(a)、(b)、(c)和(f)所示。而不帶澆口部分殼體的噴嘴，如圖(d)、(e)所示，由于澆口在模板上，沒有澆口套的痕跡。開關式噴嘴也能將澆口做在模板上，如圖(g)所示，只有開關柱銷的壓痕。熱傳導的管道頂針，如圖(e)所示。頂管頂尖的澆口入口，可以設計成窄通道，不生成絕熱皮層，使?jié)部诘臏囟雀?。也可以設計成U形，使熔體容易涌流。頂管式噴嘴不適合塑料換色。頂管尖有熔料分流，在制品表面可能會形成可見的熔合縫。任務目標任務分析相關知識任務實施任務小結(jié)思考與練習任務二選擇熱流道系統(tǒng)2024年9月17日在選用頂針或頂管式噴嘴時，還應注意：完整的頂針式噴嘴，澆口位于套殼上。噴嘴在制品的接觸面上留下痕跡，影響外觀。部分殼體的頂針式噴嘴不帶澆口，澆口位于模具內(nèi)，可充分冷卻。在加工高溫塑料時，采用模具上澆口，在它的進口處設計保溫絕熱倉。在頂針式噴嘴中塑料熔體，容易被滯留擱置，使著色更換困難。同時在噴嘴選擇過程中，要