塑料模具设计.rtf
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1、- 1 - 模具理论 第一章 一.什么是塑料? 合成树脂+添加剞=人工材料。 二.塑料的分类:1热塑性塑料。2热固性塑料。 塑料的用途分:1通用的塑料,产量大。用途广,价廉。PE(聚乙烯)PP(聚丙烯)PVC(聚氯乙烯) HIPS(聚苯乙烯) 三.四大工程塑料:ABS,PA,PC,POM,PMMA,PSF,PPO 4塑料的性能。 1,密度小,质量轻。 2比强度比刚度高。 3化学性能稳定。 四.电绝缘性能优良。 五.减摩,耐磨和自润性好。 六.成型,着色性能好。 七.防潮,防震,防辐射,防透气。 八.不耐热:一般塑料变形温度100C 九.热稳定性差。 十.刚性差,不耐磨。 十一.易老化。 1.热
2、塑性的成型方法:1注射成型。2挤出成型。3中空成型。 一.PS(聚苯乙烯俗名硬胶) S=0.5成型温度:模具:60C-80C料桶温度:200C 分解温度:290C 颜色透明 透光性好,透光率88-90 吸水率底(0.2)可不用干燥。 流动性好,冷却快,成型周期短。 着色容易。 最大的缺点:脆,耐磨性差。 耐热湿度底(60C-80C) 易老化。 二.HIPS(改性聚苯乙烯,俗名不碎胶) PS+(5-15)橡胶=HIPS韧性是S的四倍。 有PS的着色易加工等优点。 与PS比流动性差,冷却速度慢,成型速度较长。 三.ABS(俗名高度不碎胶) S=(0.5) 成型温度:模具温度:40-90C,料桶温度
3、:210-250C 不透明,颜色:象牙色。 综合机械性能:抗冲击,表面硬度高,耐磨性能好,耐热可达90C可在110C-115C下使用。耐低温,可在(-40C)使用耐酸,碱, 盐,油,水等。不易燃烧。电镀性能好A:丙烯腈。B:烯酸腈。S:苯乙烯 ABS吸湿性敏性较大,要烘料。 流动性中等。 耐候性较差在紫外线下容易氧化分解。 四.AS 成型温度:45-75C。料桶温度:200-250C 透明度高。 不容易产生内应力开裂。 - 2 - 易吸湿,要烘料。 流动性比PS稍差。 五.PE(聚乙烯)HDPE(胶桶料)LDPE(硬性软胶) S=2 成型温度:模具温度:50-70C,料桶温度:180-250C
4、 颜色半透明,强度低,比重和水差不多。 易变形,不易分解,吸湿性小,可不烘干 流动性中等。 缺点骤冷骤热性差。 六.PP(聚丙烯俗名白折软胶) S=2 成型温度:磨具温度:40-60C,料桶温度:240-280C 流动性好,成型容易。 在通用塑料中耐热最高,可在100C下煮。消毒。 抗拉强度大。 屈服强度高。 与PE相比产品变形翘曲较小。 比重是塑料最小的。 化学稳定性高。 装饰性和装配性差。 易老化。 七.PA(尼龙) S=0.6-1.4加玻纤维增强后S=0.4-0.7 成型温度:模具温度:30-85C,料桶温度:250-310C 韧性好,耐磨,自润性好,无毒,抗霉。 大缺点:吸湿性大。 尺
5、寸稳定性差。 易染色,耐疲劳。流动性好。 易降解。 要烘料。 模具排气要好。 八.PC(聚碳酸脂,俗名防弹玻璃):外黄透明微黄,刚硬而带韧性。 S=0.5-0.7 成型温度:模具温度:80-110C,料桶温度:250-340C 机械强度高,耐冲击性是塑料之冠,弹性模量高,受温度影响小,抗蠕变性突出。 耐热性好,热变形温度135-143C长期工作温度达120-130C 耐气候性好,(任风吹雨打三年不变色) 成型精度高,尺寸稳定性好。 透光性好,着色性好。 吸水率低, 浸泡24H后增0.13 耐稀酸,氧化剂,盐类,油脂等,但不耐碱,酮等有机溶剂。 流动性差,对水分非常敏感,易产生应力开裂现象;对压
6、力不敏感,对温度敏感,可采用升温的方法来提高流动性。 对模具设计要求高制品表面易出现水花,水位易产生气纹。 九.POM(聚甲醛俗名赛刚) S=2 成型温度:模具温度:60-80C,料桶温度:204-230C 耐疲劳性,耐蠕变性,耐磨性耐热性都好,常用于啤塑齿轮等耐磨零件。 不易吸湿,加工前不用烘料。 尺寸难控制。 热变性温度172C 对模具腐蚀性大。 - 3 - 十.PMMA(聚甲基丙稀酸脂,俗名有机玻璃,亚加力) S=0.3-0.4 成型温度:模具温度:65-80C,料桶温度:225-270C 透光性好,耐热性较好,变形温度98C 表面硬度低,易被刮伤而留下痕迹。 对水分和温度敏感,加工前要
7、烘料。 最大的缺点是脆(但比PS好) 十一PVC(聚氯乙烯) S=1.5-2.5 成型温度:模具温度:30-50C,料桶温度:160-200C PVC品种很多,分为质软,半软及硬PVC。 制品表面光泽性差。 黏度高,流动性差,加工较困难,啤塑工艺要求高。 对模具腐蚀性大。 二.燃烧观察法: 所有热固性塑料,受热或燃烧时都无发软融过程,只会变脆和焦化。 所有热塑性塑料,受热或燃烧,都先经历发软熔融过程,但不同塑料燃烧现象不同。 PE易燃,离火后,继续燃烧,火焰上端微黄,下端呈蓝色,烟少;近火焰处有熔融胶滴落,火灭后有石蜡燃烧气味。 PP与PE大致相同,但有少量黑烟,火灭后有煤油和石油味。 PA燃
8、烧较缓慢,离火后自行熄灭,火焰颜色上黄下蓝。燃烧时有溶胶滴落及起泡,火熄后有烧焦羊毛或指甲气味。 PS,HIPS和ABS都易燃,离火后继续燃烧,火焰黄色,有浓烟,PS,HIPS燃烧时表面会起泡,但ABS不会呈焦化态,PS,HIPS带 聚乙烯单体味,ABS有一种特别的臭味。 PC燃烧缓慢,离火后慢慢熄灭,火焰呈黄色,带黑烟碳束,燃烧后塑料熔融起泡,燃烧时发出花果臭。 原色PMMA与PS都透光,染色向透光效果也相同,但燃烧时PMMA没有碳束飞逸而后者有,PMMA燃烧时火焰浅蓝色,顶端白色,燃 烧后发出强烈花果臭和腐烂的 蔬菜臭味。 PVC难燃,离火后易熄,火焰上黄底绿,冒白烟,气味辛辣刺鼻,溶体也
9、边燃边化,可以拉丝。 第二章 塑料成型理论基础 牛顿流体与非牛顿流体。 溶胶的流动属非牛顿流体。 流体的切变的方式流动:切应力和剪切速度。 呈线性关系-牛顿流体。呈非线性关系-非牛顿流体。 一.流动性 在成型过程塑料溶体在一定的温度和压力下充填型腔的能力称为塑料的流动性。 流动性的好坏直接影响注塑工艺参数(成型温度,压力和周期)的选择,以及模具浇注系统的类型和尺寸的确定。 流动性太好则易产生披锋,流延等现象,太差则不易充满型腔,造型缺料。 二.热塑性塑料流动性分三类: 流动性好的:PE,PP,PS,醋酸纤维等。 流动性中等的:HIPS,ABS,AS(丙稀腈,丙乙烯)PMMA,POM,氯化聚醚等
10、。 流动性差的:PC,硬PVC,PPO(聚苯醚),聚砜PSF。 二.收缩性(ShrinKage) 两种计算方法: S实=a-b/b S计=c-b/b C=b*(1+S计) S实 :实际收缩率() S计 :计算收缩率() a :塑件在成型温度时单向尺寸(mm) b :塑件在常温下的单向尺寸(mm) c :模具行腔在常温下的单向尺寸(mm) 造成收缩的原因: 热胀冷缩:出模温度高于常温。 因弹性回复而收缩:出模后阻止收缩的力消失。 结晶收缩(对结晶性塑料) - 4 - 定向收缩(流动时分子拉长,冷却后恢复原态) 影响收缩率变化的因素: 塑料品种。 塑料特征:形状,壁厚,有无嵌件,一般来说,形状越复
11、杂,尺寸越小,壁厚越薄,有嵌件或多孔时收缩率越小。 模具结构:补缩好则S小,成型温度高,模具温度高,则S大;成型时间则S小成型冷却时间长则S小(对结晶塑料则相反,因为 此时结晶得以充分补充) 二.结晶性 结晶性塑料主要区别在于基分子链(结构形态)在高温溶体向低温溶体转变过程中能否得到稳定规整的排列,能则为结晶性塑 料,否则为非结晶性塑料。 热塑性塑料按其冷却时是否出现结晶现象分为:结晶性:PE,PP,POM,PA聚四氟乙烯,氯化聚醚等:非结晶性:PS,PVC,PMM A,PC,ABS,聚砜PSF等。 一般来说,结晶性塑料不透明或半透明;而非结晶性塑料是透明的。(有另外:ABS不透明) 结晶度大
12、,则强度,刚度,硬度,耐磨性都好,耐化学性和电性能好;结晶度小,则柔软,透明性好,伸长率和冲击韧度大。 三.热敏性 塑料对热的敏感程度。 热敏性塑料包括:PVC,POM,PVDF(聚偏氯乙烯)EVA(醋酸乙烯)PCTFE(聚三氟氯乙烯) 热敏性塑料分解时产生气体,对人,设备及模具都有刺激,腐烂作用或有毒性。 四.吸湿性:指塑料对分子的亲疏程度。 吸湿倾向大的塑料有:PA,PS,ABS,PPO,PSF等(它们的分子链中含有及性基因,对水有吸附作用) 吸湿倾向小的塑料有:PE,PP等。 五.塑料成型过程中的化学反映:降解和交联。 概念:塑料在高温,应力,氧气和水分等外部条件作用下发生化学反应,导致
13、聚合物分子链断裂,使弹性消失,强度降低,制 品表面粗糙。使用寿命减短。 分类:热降解,氧化降解,水降解,应力降解。 避免发生降解的措施:控制塑料质量,烘料,严格控制水分含量,控制注射工艺参数(参数只压力,时间,温度),对热氧稳 定性差的塑料加稳定剂。 第三章 塑料制品的设计 一.制品结构工艺设计的原则: 在保证制品性能和使用要求的情况下,尽量选用价廉,且成型性能好的塑料。 力求使制品结构简单,避免侧向凹凸结构。 壁厚尽量均匀,避免出现过厚或过薄的胶位。 尽量使模具结构简单,易于制造,有利于模具的分裂,排气,补缩和冷却。 制品的几何形状要易于成型,并有利于提高制品的强度。 设计制品时应考虑塑料的
14、流动性,收缩性及其它特性。 当制品外观要求较高时,应先通过造型再设计内部结构。 注:当侧向凹凸教浅且允许有圆角时,可强行脱模。可强行脱模的塑料有PE,PP,POM,和PVC等。可强行脱模的尺寸见书5 9页 二.制品的尺寸与精度: 制品的尺寸受塑料流动性的限制和成型设备的限制。 制品的精度:影响制品的精度的应素:模具的制造精度,塑料收缩的波动以及成型工艺参数,在保证使用要求使用的前提下, 精度设计的尽量低一些,公差等级:GB/T14486-1993,SJ1372-1978 三.塑料制品的典型结构: 脱模斜度:不同的塑料有不同的脱模斜度(P54) 脱模斜度不包括在公差范围之内,在模具成型零件上标注
15、时,行腔标注尺寸大头,型芯标注尺寸为小头。 晒纹模具脱模斜度应取较大的值,通常可取3度。 硬质塑料比软质的塑料的脱模斜度大,收缩率大的塑料比收缩率小的脱模斜度大。 制品高度越高,孔越深,为保证精度要求,脱模斜度取小一些。 制品形状复杂难脱模时脱模斜度要大一些。 前模脱模斜度大于后模脱模斜度。 精度要求越高,脱模斜度要越小。 壁厚大的制品,脱模斜度可取较大值,增强塑料,自润滑性塑料,脱模斜度可取小一些。 四.壁厚: 壁厚太小,难填充,强度钢度差,壁厚太大,内部易生气泡,外部易生收缩凹陷,且冷却时间长,料多亦增加成本。 - 5 - 壁厚应尽量均匀一致。 常见壁厚1.5-2mm一般壁厚1-4毫米,大
16、型塑料壁厚6-8毫米 五.圆角 作用:改善流动性,消除内应力。 大小:R=1.5T r=0.5T(P57)T表示壁厚 若R/T小于0.3则易产生应力集中,若R/T大于0.8则不会产生应力集中。 六.加强筋(骨位)和凸起: 加强筋的作用:增加强度和刚性,凸起的作用减少配合接触面积。 加强筋与壁厚的关系:筋高宜小于3T筋宽=(0.5-0.7)T R=T/8 加强筋应用实例:平板零件防变形,螺丝柱防变形拉断。 加强筋太高成型模具的相应镶(P56)镶件要组合镶件低于5毫米时可不镶。 凸器的高度约为0.4毫米,一般三到四个。 当凸起或骨位应起制品表面收缩出现凹陷时,可在凹陷位增设花纹等造型。 七.孔的设
17、计:孔包括通孔,盲孔(不通孔)螺孔及型孔。 通孔:孔间距见P57 孔四周增厚胶位以增加强度。 孔的成型方法:碰穿,插穿和前,后模镶针的插穿。 盲孔: 注射成型时易被冲弯,故孔深(孔径*4) 当孔径有小有深时,可啤塑后机械加工。 胶件上的螺丝柱孔:通常情况下是盲孔,可作成两头盲孔一减小孔深,螺丝柱孔径与自攻螺丝直径的关系,螺丝柱尽量靠边, 异型孔:成型时应尽量采用碰穿。(P58) 八.螺纹的设计: 型状见P60 加工方法有注射成型,机械加工,自攻嵌件。 注射成型时,外螺纹采用瓣合摩(即哈夫模)成型。内螺纹成型有两种方法:强行脱模和采用特殊的内螺纹脱模机构。 螺牙可做成圆弧形 伸长率=(螺纹大径-
18、螺纹小径)/螺纹小径*100 伸长率小于等于:ABS:8 POM:5 PA:9 LDPE:21 HDPE:6 PP:5 九.嵌件设计: 嵌件包括:金属(铜和铝),玻璃,木材,纤维。橡胶:和以成型的胶件等。 嵌件四周易产生应力开裂,所选嵌件应与塑料收缩相当,且不能有尖锐边。 嵌件最好要预热。 嵌件在模具中必须可靠定位。 嵌件应有防转结构,如滚菱形花,六角形等。 嵌件可在制品成型时嵌入,也可在制品成型后压入(P62) 第四章注射成型工艺 注射机(P68) 一.结构:包括注射装置(料筒,加热器,螺杆,喷嘴)合模装置(定模板,动模板,拉杆),以及液压传动和电气控制系统。 二.分类: 卧式,立式,直角式
19、。 通用型,专用型。 机械式,液压式。 三.注射机的技术规范,包括额定注射量,额定注射压力,额定锁模力,模具安装尺寸,以及开模行型程等。 四.注射机的选用 注射成型工艺过程: 一.成型前的准备: 原料的检验和预处理,料筒清洗,嵌件的预热,脱模剂的选用。 二.注射过程:加料-注射-保压-冷却-脱模。 三.塑件的后处理: 退火处理,调湿处理,主要针对尼龙制品。 注射成型工艺条件: 一.温度:包括料筒温度,喷嘴温度和模具温度。 - 6 - 二.压力:包括注射压力,塑化压力(即背压)型腔压力。 三.时间:包括注射时间保压时间冷却时间及其他时间:如开合模,放嵌件,喷脱模剂等) 第五章注射概述 一.模胚:
20、分类: 大水口模胚(side gate system) 细水口模胚(pin point system) 筒化细水口(Three Plate type system) 二. 大水口模胚:30(模宽300MM)40(模长400MM)-A(A:有托无推板 B:有托有推板 C:无托无推板 D:无托有推板)I(T: 直身模加面板 I:工字模 H:直身模)-A60(板厚60MM)-B70(厚板70MM) 细水口模胚:3040-DAI(EA,DA,EB,DB,EC,DC,ED(E:无水口板)DD(D:有水口板)-A60-B70-300(拉杆长度)- O(O:外面 I:里面) 简化细水口模胚:3040-GA(
21、FA有水有托 FC:有水无托 GA:无水有托 GC:无水无托)I(I和H)-A60-B70-300 (注释:以上的单位和名称和大水口模胚是一样的) 三.注射模的分类:单分型面注射模,双分型面注射模,带活动镶件注射模,侧向分型注射模,自动脱螺纹注射模,推出机构在定 模一边注射模,无流道注射模。 四.注射模的基本组成: 一.模胚:前模(面板,水口板,A板)和后模(推板,B板,方铁底版,面针板。底针板) 二.成型部件:镶件,行位。 三.浇注系统:主流道,分流道浇口。 四.导向定位系统:导柱导套(AB板,水口板,顶针板)和锥面定位结构(AB板,内模管位) 五.顶出系统:顶针顶出(复合顶出),推板推出,
22、气动顶出,螺纹顶出。 六.温度调节系统:水(冻水,常温水,热水),油,铍铜,空气。 七.排气系统:分模面排气,镶件排气,顶针排气,排气针排气。 八.侧向抽芯机构:前模行位,后模行位,斜位 九.宜用细水口模的场合: 成型胶件在分模面上的投影面积较大,单型腔,要求多点入水。 成型胶件在分模面上的投影面积较大,多行腔,以下情况宜用细水口:胶件必须多点入水,侧浇口可能会引起胶件变形,胶件 要求中心进浇,侧浇易困气啤不满或会影响外观。 一模多腔,各腔大小悬殊,用大水口模时即嘴要大尺寸偏离中心。 齿轮模,多行腔的轮胎吹气模等。 胶位薄,行腔复杂模。 高度太高的桶形,盒形或壳形胶件,宜用细水口(如用大水口易
23、上困气) 细水口和简化细水口模: 细水口模最小模胚:2025;简化细水口模最小模胚:1520;大水口模最小模胚:1515 简化细水口模胚无推板。 两侧有较大行位(滑块),用细水口模胚时,模胚长度很大,此时宜用简化细水口。 斜滑块(弹块)模,滑块弹出时易碰撞导柱,此时宜用细水口。 精度要求高,寿命要求高的模具,宜用细水口。 简化细水口模胚GAI常用于前模行位模具。 第六章注射模的浇注系统 一.概述:什么是浇注系统? 注射模中从主流道始端到行腔之间的溶胶通道。 二.浇注系统的作用:让高温溶胶在高压下高速进入行腔。 三.浇注系统的组成:主流道(交口道即嘴),分流道(主浇道与浇口之间通道),浇口(刚进
24、入行腔连接流道与行腔之间的一段 细短通道) 四.浇注系统的设计原则: 保证塑件的质量(外观,内部,安全) 提高成型速度(快时间添冲型剂) 缩短成型周期(流道尽可能短) 五.浇注系统的设计要点: - 7 - 根据制品的形状确定采用细水口还是大水口? 根据制品的外观要求确定入水口的位置和数量。 是否要采用自动化啤塑。 根据后续工序,确定是否要设置辅助流道。 主流道进口处的位置尽量与模具中心重合,后续工序有:镀金属(镀络,镀铜,喷雾镀银,真空镀膜)二次啤塑,喷油,移印 等。 主流道:连接注射机喷嘴与分流道的溶胶通道。 一.垂直式主流道: 大水口浇口套:主流道设计参数及注意事项:浇口套规格,浇口套要用
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