【精品】浇注系统的结构与设计17.ppt
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1、第6章 浇注系统的结构与设计,内容简介: 本章主要讲述浇注系统的组成和设计,包括主流道设计、分流道设计、冷料井和拉料杆合理匹配、 流动比与流动面积校核、 浇注系统断面尺寸定量计算简易方法、 浇口形式的选用与设计。,第6章 浇注系统的结构与设计,重点: 1、浇注系统的设计原则。 2、浇注系统中每一部分的设计及制造。 难点: 1、浇口形式和位置的选择 2、浇口和分流道类型的选择和设计。,6.1 概述 6.2 主流道设计 6.3 分流道设计 6.4 冷料井与拉料杆合理匹配 6.5 流动比与流动面积比 6.6 浇口设计,第6章 浇注系统的结构与设计,第6章 浇注系统的结构与设计,6.1 概述,当熔融塑
2、料通过浇注系统流入模具的型腔时,其流动过程大致如下:塑料首先进入主流道,而后进入分流道,最后通过浇口进入型腔。,这个过程如图6-1所示。,6.1.1 流动过程,注塑模在注塑过程中,当温度较高的熔融塑料接触到温度较低的模具流道时,由于塑料快速冷却,在模具热流道的表面形成一个冷凝层。因为热塑性材料的热传导率较低,冷凝层对芯部的塑料会起到保温作用。所以此时流道中心的塑料依然呈熔融状态,如图6-2所示。,对于冷凝层薄的流道来说,单位时间内流入型腔的塑料体积大于冷凝层厚的流道。这就是为什么高压、高速注塑容易将型腔填充饱满的主要原因之一。以上原理如图6-4所示。,6.1.2 浇注系统的作用、分类和组成,1
3、浇注系统的作用与分类 浇注系统的作用是使塑料熔体平稳且有顺序地填充到型腔中,并在填充和凝固过程中把压力充分传递到各个部位,以获得组织紧密、外形清晰的塑料制件。 普通浇注系统分直浇口和横浇口两种类型,见图6-5、图6-6所示。直浇口适用于立或卧式注塑机,其主流道一般是垂直于分型面的;而横浇口只适用于角式注塑机,其主流道平行于分型面。 2浇注系统的组成 浇注系统一般是由主流道、分流道、浇口和冷料穴四个部分组成。,返回,返回,(1)主流道 由注塑机喷咀与模具接触的部位起到分流道为止的一段流道,是熔融塑料进入模具时最先经过的部位。 (2)分流道 主流道与浇口之间的一段流道,它是熔融塑料由主流道流入型腔
4、的过渡段,能使塑料的流向得到平稳的转换。对多腔模分流道还起着向各型腔分配塑料的作用。 (3)浇口 是分流道与型腔之间的狭窄部分,也是最短小的部分。它的作用有三点: (a)使分流道输送来的熔融塑料在进入型腔时产生加速度,从而能迅速充满型腔; (b)成型后浇口处塑料首先冷凝,以封闭型腔,防止塑料产生倒流,避免型腔压力下降过快,以致在塑件上出现缩孔和凹陷; (c)成型后,便于使浇注系统凝料与塑件分离。,)冷料穴其作用是贮存两次注塑间隔中产生的冷料头,以防止冷料头进入型腔造成塑件熔接不牢,影响塑件质量,甚至发生冷料头堵塞住浇口,而造成成型不满。冷料穴一般设在主流道末端,当分流道较长时,在它的末端也应开
5、设冷料穴。,6.1.3 浇注系统的设计原则,1 排气良好 能顺利地引导熔融塑料填充到型腔的各个深度,不产生涡流和紊流,并能使型腔内的气体顺利排出。 2 流程短 在满足成型和排气良好的前提下,要选取短的流程来充填型腔,且应尽量减少弯折,以降低压力损失,缩短填充时间。 3 防止型芯和嵌件变形 应尽量避免熔融塑料正面冲击直径较小的型芯和金属嵌件,防止型芯弯曲变形或嵌件移位。,4 整修方便 浇口位置和形式应结合塑件形状考虑,做到整修方便并无损塑件的外观和使用。 5 防止塑件翘曲变形 在流程较长或需开设两个以上浇口时更应注意这一点。 6 合理设计冷料穴或溢料槽 因为它可影响塑件质量。 7 浇注系统的断面
6、积和长度 除满足以上各点外,浇注系统的断面积和长度应尽量取小值,以减少浇注系统占用的塑料量,从而减少回收料。,6.2 主流道设计,6.2.1 直浇口式主流道 1 主流道设计 直浇口式主流道的几何形状和尺寸如图6-7所示,其截面一般为圆形,设计时应注意下列事项:,(1)主流道截面积的大小最先影响塑料熔体的流速和充模时间。 如果截面直径过小,熔体在流动过程中的冷却面积相对增大,热量损失大,导致粘度升高,压力损失增大,流动性降低,因此成型困难。 如果截面直径过大,则流道容积增大,塑料消耗增加,导致冷却固化时间延长,生产率下降。另外,如果主流道截面积过大,还容易使塑料熔体的流动产生絮流和涡流,导致制品
7、内部产生气泡。 因此,必须恰当地设计主流道截面直径。通常,主流道进口端的截面直径约取为48mm,若熔体流动性好且制品较小,直径可设计得小一些;反之则要设计得大一些。表6-1推荐的主流道截面直径可供参考使用。,返回,(2)为了便于取出主流道凝料,主流道应呈圆锥形,锥角约取24。对流动性差的塑料可取到610。 (3)主流道出口端应有圆角,圆角半径R约取0.33mm或取0.125D2。 (4)主流道表壁的表面粗糙度应小于Ra0.631.25um。(高于7)。 (5)在保证制品成型的条件下,主流道长度应尽量短,以减小压力损失和废料量。如果主流道过长,则会使塑料熔体的温度下降而影响充模。通常,主流道长度
8、可小于或等于60mm。 (6)主流道进口端与喷嘴头部接触应做成凹下的球面,以便与喷嘴头部的球面半径匹配(图6-8),否则容易造成漏料,给脱卸主流道凝料造成困难。通常要求主流道进口端凹下的球面半径要比喷嘴球面半径大12mm,凹下深度约35mm。,返回,2 主流道衬套设计,由于注塑成型时主流道要与高温塑料熔体和注塑机喷嘴反复接触和碰撞,所以一般都不将主流道直接开在定模上,而是将它单独开设在一个嵌套中,然后将此套再嵌入定模内,该嵌套称为主流道衬套(也有文献称为浇口套)。采用主流道衬套以后,不仅对主流道的加工和热处理以及衬套本身的选材等工作带来很大方便,而且在主流道损坏后也便于修磨或更换。,常用的主流
9、道衬套有A、B两种类型(图6-9),其中B型是为了防止衬套在塑料熔体反压力作用下退出定模而特意设计的,使用时用固定在定模上的定位环压住衬套大端台阶即可。另外,衬套上的外径是为了与定位环内孔配合而设置的,至于衬套上的其他尺寸,均可根据具体情况设计或使用标准件。,返回,设计主流道衬套时应注意以下事项: (1)对于小型注塑模,可将主流道衬套与定位环设计成一个整体,但在多数情况下均分开设计。 (2)主流道衬套应选用优质钢材(如T8A等),热处理后硬度为5357HRC。 (3)衬套的长度应与定模配合部分的厚度一致,主流道出口处的端面不得突出在分型面上,否则不仅会造成溢料,而且还会压坏模具。 (4)衬套与
10、定模之间的配合采用H7/m6。,3 定位环设计,定位环与注塑机定模固定板中心的定位孔相配合,其作用是为了使主流道与喷嘴和机筒对中,除了将定位环与主流道衬套设计成整体结构之外,单个的定位环形式可参考图6-10和图6-11设计。其中,图6-10是根据日本工业标准JISB5111-1964规定的应用实例,而图-11则是一些具有特殊形状的定位环,可应用于不同的场合。,返回,图6-11 特殊形状定位环应用图例 (),返回,设计定位环时应注意事项下事项: (1)定位环与注塑机定模固定板上的定位孔之间采取比较松动的间隙配合,如H11/h11或H11/b11。 (2)对于小型模具,定位环与定位孔的配合长度可取
11、810mm,对于大型模具则可取1015mm。 (3)在图6-10中,图a是最常用的定位环形式;图b可以不在定模上加工安装定位环的台阶孔,图c用定位环压住A型主流道衬套,以防衬套退出定模的结构;图d用定位环压住B型主流道衬套,以防衬套退出定模的结构。,(4)由于规格相近的注塑机常因生产厂家不同,其上的定位孔经常不一致,所以,为了提高模架的标准化程度,可将定位环做成图6-11a、b所示的结构。在这两种结构中,若将与注塑机定位孔配合的直径dj以及与定模上定位孔配合的直径dm做成通用或标准尺寸,则只要更换定位环便可使同一模架适用于不同的注塑机。 (5)在图6-11中,图c是用台阶孔压住A型主流道衬套的
12、定位环结构,其中孔径Dh要求与定位环直径dh配合;图d、e所示的定位环结构是为了便于更换主流道衬套,另外也可以防止衬套在注塑时后退;图f所示的定位环适用于延伸喷嘴结构。,6.2.2 横浇口式主流道,横浇口式主流道平行于模具分型面并开设在分型面一侧或两侧,只适用于直角式注塑模。横浇口式主流道结构比较简单,其截面形状可为圆形、半圆形、椭圆形和梯形,但以椭圆形应用最广。横浇口式主流道的末端可开设冷料穴,深度约取45mm,主流道表壁的表面粗糙度应小于Ra0.320.63m(8以上)。横浇口式主流道尺寸的设计可参考图6-12。,返回,6.3 分流道设计,6.3.1 设计分流道时应注意以下事项: ()分流
13、道布排应尽量平衡。 (2)分流道的截面形状可参考图6-13设计。,其中: 圆形截面(图6-13a)分流道的比表面积(流道表壁面积与容积的比值)最小,塑料熔体的热量不易散发,所受流动阻力也小,但需要开设在分型面两侧,而且上、下两部分必须互相吻合,所以加工难度较大; 梯形截面(图6-13b)分流道容易加工,且熔体的热量散发和流动阻力都不大,因此最为常用,其截面尺寸除可参考其它书籍,也可按以下比例设计,即h=2/3b1,b2=3/4b1,b1根据成型条件和模具结构确定,通常可取510mm; U形截面(图6-13c)分流道的优缺点和梯形的基本相同,常用于小型制品,其截面尺寸可参考其它书籍(也有资料介绍
14、h=1.25R); 半圆形截面(图6-13d)和矩形截面(图6-13e)分流道因为比表面积较大,一般不常用。,(3)分流道的尺寸需根据制品的壁厚、体积、形状复杂程度以及所用塑料的性能等因素而定,具体结构可参考图6-14设计。对大型制品h值可取大些,角可取小些,分流道长度Lf一般在830mm之间,也可根据模腔数量适当加长,但不宜小于8mm,否则会给修磨带来困难。,(4)分流道表壁的表面粗糙度不宜太小,以免冷料带入模腔,一般要求达到Ra1.252.5m(6) 即可.这样做可增大对外层塑料熔体的流动阻力,使其流速减小并与中心熔体之间具有一定的速度差,以保证熔体流动时具有合适的切变速率和剪切热。 (5
15、)当分流道设计的比较长时,其末端应留有冷料穴,以防前锋冷料堵塞浇口或进入模腔,造成充模不足或影响制品的熔接强度。 (6)设计分流道时应将热量损失和流动阻力作为主要矛盾进行考虑,只有在保证塑料熔体能够在足够的压力和合理的温度下充满模腔时,才能尽量减小分流道截面积和长度以便降低原材料消耗。,6.3.2 多型腔模具的浇注系统流动平衡,对多腔模具的基本要求是应使各个型腔能够同时充满且各个型腔的压力相同,才能保证各个型腔所成型出的塑件尺寸、性能一致。有资料介绍,若不同型腔熔体压力相差69MPa,则收缩率会相差0.50.75之多。多型腔模具浇注系统流动平衡的目的就是要达到上述要求。可分为如下两种情况。 (
16、一)各型腔塑件相同时 这种情况生产中遇到最多,各个型腔为相同的塑件(形状、大小、厚度完全相同)、用于小塑件的大批量生产。型腔分布和浇注系统平衡有如下两种方式。,1 流动支路平衡 这种情况是指相对于主流道按一定布局分布的各个型腔,从主流道到达各个型腔的分流道、浇口,其长度、断面形状和尺寸都完全相同、即到达各型腔的流动支路是完全相同的,如图6-15所示。只要对各个流动支路加工的误差很小,就能保证各个型腔同时充模,压力相同。如图615所示 。,返回,2 熔体压降平衡 有时,由于型腔数量太多,或由于模具总体结构所限,难于采用上述各流动支路平衡方法。这时,到达各个型腔的分流道断面形状和断面大小可以相同,
17、但长度不同,进入各个型腔的浇口断面大小也因而不同,如图6-16所示。对于这种设计方案,只有通过对各个型腔浇口断面大小的调节,使熔体从主流道流经不同长度的分流道,并经过断面大小不同的各型腔浇口产生相同的压降,达到使各型腔同时充满。目前尚无一个准确计算方法确定各型腔浇口断面尺寸,主要是靠试模后修正浇口尺寸。,返回,根据实际经验,可能存在如下两种情况: (1)型腔愈远,浇口愈大。 当分流道比较长,断面尺寸又较小,熔体流至较远型腔会产生较大压降和温降,特别是粘度对压降和温降比较敏感的塑料,型腔愈远,浇口断面积应愈大,才能保证各型腔同时充满。 (2)型腔愈远,浇口愈小。 这似乎不符合一般的规律,但生产实
18、际证明确实存在。一般是当分流道断面尺寸较大时容易出现,因为分流道的流动阻力比浇口小得多,从主流道流向分流道的熔体首先不会越过断面很小的浇口充满较近的型腔,而是首先充满整个分流道待压力升高后,再由远及近地充入各个型腔,这时,型腔愈远,浇口断面反而应该愈小。,应该指出,熔体对不同距离型腔的填充顺序影响因素是极其复杂的,它不仅仅只是与分流道断面大小和长度有关,还与塑料熔体的温度、压力、粘度、模温以及粘度对压降和温降的敏感程度有关,无论出现上述那种情况,主要都应经过试模后修正浇口尺寸达到各个型腔的平衡。,(二)各型腔塑件不同时,如图6-17所示,设有大小不同的型腔1、2,到达各型腔的分流道和浇口尺寸如
19、图中所示。由于型腔大小不同,应调节各分流道、浇口的断面尺寸和长度,在保证熔体流动线速度和压降相同的情况下同时充满。,因此,应使:,如果到达各型腔的流道长度不同,还应对长度进行调节。将关系式 改写为: 则:,与式(6-3)比较可得:,对于断面为矩形的流道,可得到类似的流道平衡关系式: 和 各型腔浇口尺寸平衡,可以采用类似的方法。,6.4.1 冷料井与Z形拉料杆匹配,冷料井底部装一个头部为Z形的圆杆,动、定模打开时,借助头部的Z形钩将主流道凝料拉向动模一侧,顶出行程中又可将凝料顶出模外。Z形拉料杆除了不适用于采用脱件板脱模机构的模具外,是经常采用的一种拉料形式。Z形拉料杆安装在顶出元件(顶杆或顶管
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