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1、 塑料成型工艺及模具设计塑料成型工艺及模具设计 “十一五”国家级规划教材 9.1 热流道系统成型热流道系统成型9.2 热固性塑料注射成型热固性塑料注射成型9.3 共注射成型共注射成型9.4 气体辅助注射成型气体辅助注射成型 9.5 发泡成型发泡成型9.6 BMC注射成型注射成型9.7 反应注射成型反应注射成型9.8 叠层模具叠层模具9.9 注射模注射模CAD/CAE/CAM第9章 注射成型新技术9.1.1 9.1.1 热热流流道系道系统统成型的成型的特特点点1.热流道成型的优点热流道成型的优点基本可实现无废料加工，节约原料。基本可实现无废料加工，节约原料。省去除浇注系统凝料、修整塑件、破碎回收
2、料等工序。省去除浇注系统凝料、修整塑件、破碎回收料等工序。省去除浇注系统凝料的工序有利于实现生产过程自动化。省去除浇注系统凝料的工序有利于实现生产过程自动化。由于浇注系统的熔体在生产过程中始终处于熔融状态，由于浇注系统的熔体在生产过程中始终处于熔融状态，浇注系统畅通，压力损失小，可以实现多点浇口、一模多浇注系统畅通，压力损失小，可以实现多点浇口、一模多腔和大型模具的低压注射；还有利于压力传递，从而克服腔和大型模具的低压注射；还有利于压力传递，从而克服因补塑不足所导致的制作缩孔、凹陷等缺陷，改善应力集因补塑不足所导致的制作缩孔、凹陷等缺陷，改善应力集中产生的翘曲变形，提高了塑件质量。中产生的翘曲
3、变形，提高了塑件质量。由于没有浇注系统的凝料，而缩短了模具的开模行程，由于没有浇注系统的凝料，而缩短了模具的开模行程，提高了设备对深腔塑件的适应能力。提高了设备对深腔塑件的适应能力。9.1 热流道系统成型2.热流道成型的缺点热流道成型的缺点模具的设计和维护较难，故障。模具的设计和维护较难，故障。成型准备时间长，模具费用高，小批量生产时效果不大。成型准备时间长，模具费用高，小批量生产时效果不大。对制品形状和使用的塑料有原则。对制品形状和使用的塑料有原则。对于多型腔模具，采用热流道成型技术难度较高。对于多型腔模具，采用热流道成型技术难度较高。9.1 热流道系统成型9.1.2 9.1.2 热热流流道
4、系道系统统的分的分类类和结构和结构1.绝热式流道绝热式流道 2.加热式流道加热式流道（1）单型腔主流道加热式）单型腔主流道加热式 9.1 热流道系统成型（2）多型腔主流道加热式）多型腔主流道加热式 9.1 热流道系统成型（2）多型腔主流道加热式）多型腔主流道加热式 9.1 热流道系统成型 内加热式多型腔热流道注射模内加热式多型腔热流道注射模9.1 热流道系统成型9.1.3 9.1.3 热热流流道道浇浇注系注系统对统对塑料的要塑料的要求求熔融温度范围宽，粘度变化小，热稳定性好。即使在较熔融温度范围宽，粘度变化小，热稳定性好。即使在较低温度下有较好流动性，不低温度下有较好流动性，不固化；在较高温度
5、下，不流涎，不分解。熔体能较容易进固化；在较高温度下，不流涎，不分解。熔体能较容易进行温度控制。行温度控制。熔体粘度对压力敏感，在低温低压下也能有效控制流动。熔体粘度对压力敏感，在低温低压下也能有效控制流动。物料的热变形温度高，固化快。物料的热变形温度高，固化快。塑料的比热容低，易于熔化和固化。塑料的比热容低，易于熔化和固化。9.1 热流道系统成型9.1.49.1.4热热流流道成型模具的装配及设计原道成型模具的装配及设计原则则1.热流道注射模的系统的装配热流道注射模的系统的装配 9.1 热流道系统成型2.热流道板的结构热流道板的结构 熔融温度范围宽，粘度变化小，热稳定性好。即使在较熔融温度范围
6、宽，粘度变化小，热稳定性好。即使在较低温度下有较好流动性，不低温度下有较好流动性，不固化；在较高温度下，不流涎，不分解。熔体能较容易进固化；在较高温度下，不流涎，不分解。熔体能较容易进行温度控制。行温度控制。熔体粘度对压力敏感，在低温低压下也能有效控制流动。熔体粘度对压力敏感，在低温低压下也能有效控制流动。物料的热变形温度高，固化快。物料的热变形温度高，固化快。塑料的比热容低，易于熔化和固化。塑料的比热容低，易于熔化和固化。9.1 热流道系统成型2.热流道板的结构热流道板的结构 9.1 热流道系统成型3.热流道注射模的设计原则热流道注射模的设计原则（1)合理选择塑料合理选择塑料（2）流道和模体
7、必须实行热隔离。）流道和模体必须实行热隔离。（3）热流道板材料最好选用稳定性好、膨胀系数小的材料。）热流道板材料最好选用稳定性好、膨胀系数小的材料。（4）合理选用加热元件，加热元件要通过计算确定，热流）合理选用加热元件，加热元件要通过计算确定，热流道板加热功率要足够。道板加热功率要足够。（5）在需要的部位配备温度控制系统。）在需要的部位配备温度控制系统。（6）设计时应考虑装拆卸检修方便。）设计时应考虑装拆卸检修方便。9.1 热流道系统成型9.2.1 9.2.1 热固性塑料注射成型热固性塑料注射成型特特点点1.成型设备成型设备（1）料筒的加热元件不用电阻丝加热而用线包加热。因）料筒的加热元件不用
8、电阻丝加热而用线包加热。因线包通电后产生的交变电磁场使塑料分子在该磁场中振动，线包通电后产生的交变电磁场使塑料分子在该磁场中振动，从而使塑料加热。这种加热方式使塑料层从里到外同时升从而使塑料加热。这种加热方式使塑料层从里到外同时升温，使塑料不致发生局部过热固化。温，使塑料不致发生局部过热固化。（2）注射料筒和注射螺杆均设有冷水通道，以保证在需要）注射料筒和注射螺杆均设有冷水通道，以保证在需要降温的时候能迅速降温。降温的时候能迅速降温。（3）模具必设置加热装置，使得热固性塑料在高温下进行）模具必设置加热装置，使得热固性塑料在高温下进行交联反应而固化成型。交联反应而固化成型。（4）螺杆的螺槽设计不
9、同，要求能兼做排气元件。）螺杆的螺槽设计不同，要求能兼做排气元件。9.2 热固性塑料注射成型2.成型工艺特点成型工艺特点（1）热固性塑料在注射机料筒中处于低黏度的熔融状态。）热固性塑料在注射机料筒中处于低黏度的熔融状态。（2）因热固性塑料中一般含有）因热固性塑料中一般含有40%以上的填料，黏度和摩以上的填料，黏度和摩擦阻力较大，故要求高温（擦阻力较大，故要求高温（11010）、高压）、高压（118235MPa）成型。）成型。（3）热固性塑料成型时，由于交联固化反应产生缩合水和）热固性塑料成型时，由于交联固化反应产生缩合水和低分子气体比较多。低分子气体比较多。9.2 热固性塑料注射成型9.2.2
10、 9.2.2 热固性塑料注射模的设计要点热固性塑料注射模的设计要点1.分型面设计（1）模具尽量减少接触面积，以减小分型面贴合间隙和增加单位面积上的贴合压力，防止溢边的产生。（2）分型面上应尽量减少孔穴和凹坑，以防止分型面上的溢边容易进入其孔穴中，造成清理困难。（3）分型面的表面硬度应该高一些，一般在40HRC以上，以防止飞边碎片在合模中压伤分型面表面。（4）分型面的排气要求：热固性塑料产生的飞边厚度有的只有0.01mm，要防止这种飞边出现，分型面必须贴合严密，然而由于热固性塑料注射成型时会产生很多气体，分型面又必须有缝隙以便排气，所以除了专门开设排气槽外，分型面模板必须具有非常好的刚性，才能有
11、效地防止因模板变形形成的飞边，使飞边仅限于在排气槽中出现。9.2 热固性塑料注射成型2.浇注系统设计浇注系统设计（1）主流道与冷料穴：由于热固性塑料在注射成型时，塑）主流道与冷料穴：由于热固性塑料在注射成型时，塑料熔体是从温度较低的注射机喷嘴进入高温模具的主流道料熔体是从温度较低的注射机喷嘴进入高温模具的主流道中，模具的热量和料流摩擦产生的热量使料温迅速增高，中，模具的热量和料流摩擦产生的热量使料温迅速增高，料流的黏度也随之迅速下降，流动性则大幅度地上升；所料流的黏度也随之迅速下降，流动性则大幅度地上升；所以可将主流道直径设计得较小一些，锥度取以可将主流道直径设计得较小一些，锥度取12。由于由
12、于热固性注射机喷嘴与模具的接触时间较长，模具温度常使热固性注射机喷嘴与模具的接触时间较长，模具温度常使喷嘴端部存留一段已固化了的塑料，为避免其堵塞浇口，喷嘴端部存留一段已固化了的塑料，为避免其堵塞浇口，常在主流道末端设置较大的冷料穴以除去这段凝料。常在主流道末端设置较大的冷料穴以除去这段凝料。（2）分流道：热固性塑注射模的分流道要尽量采取平衡式）分流道：热固性塑注射模的分流道要尽量采取平衡式布置形式，使各型腔能同时充满又同时固化。布置形式，使各型腔能同时充满又同时固化。（3）浇口：热固性塑料的浇口形式和浇口位置的选择原）浇口：热固性塑料的浇口形式和浇口位置的选择原则与热塑性塑料基本相同。则与热
13、塑性塑料基本相同。9.2 热固性塑料注射成型共注射成型：使用两个或两个以上注射系统的注射机，将共注射成型：使用两个或两个以上注射系统的注射机，将不同品种或不同色泽的塑料同时或先后注射到模具内成型不同品种或不同色泽的塑料同时或先后注射到模具内成型的方法。的方法。9.3.1 9.3.1 双色双色注射成型注射成型两个注射系统（料筒）和两副模具共用一个合模系统两个注射系统（料筒）和两副模具共用一个合模系统。9.3 共注射成型两个注射系统（料筒）共用一个喷嘴两个注射系统（料筒）共用一个喷嘴 9.3 共注射成型9.3.2 9.3.2 双双层注射成型层注射成型 9.3 共注射成型9.4 9.4 气体气体辅辅
14、助注射成型助注射成型1.气体辅助注射成型概述气体辅助注射成型概述 9.4 气体辅助注射成型9.4 9.4 气体气体辅辅助注射成型助注射成型1.气体辅助注射成型动作模拟气体辅助注射成型动作模拟9.4 气体辅助注射成型9.4 9.4 气体气体辅辅助注射成型助注射成型1.气体辅助注射成型动作模拟气体辅助注射成型动作模拟9.4 气体辅助注射成型9.4 9.4 气体气体辅辅助注射成型助注射成型1.气体辅助注射成型动作模拟气体辅助注射成型动作模拟9.4 气体辅助注射成型9.4 9.4 气体气体辅辅助注射成型助注射成型1.气体辅助注射成型动作模拟气体辅助注射成型动作模拟9.4 气体辅助注射成型9.4 9.4
15、 气体气体辅辅助注射成型助注射成型1.气体辅助注射成型动作模拟气体辅助注射成型动作模拟9.4 气体辅助注射成型9.4 9.4 气体气体辅辅助注射成型助注射成型1.气体辅助注射成型动作模拟气体辅助注射成型动作模拟9.4 气体辅助注射成型9.4 9.4 气体气体辅辅助注射成型助注射成型1.气体辅助注射成型动作模拟气体辅助注射成型动作模拟9.4 气体辅助注射成型9.4 9.4 气体气体辅辅助注射成型助注射成型1.气体辅助注射成型动作模拟气体辅助注射成型动作模拟9.4 气体辅助注射成型9.4 9.4 气体气体辅辅助注射成型助注射成型1.气体辅助注射成型动作模拟气体辅助注射成型动作模拟9.4 气体辅助注
16、射成型9.4 9.4 气体气体辅辅助注射成型助注射成型1.气体辅助注射成型动作模拟气体辅助注射成型动作模拟9.4 气体辅助注射成型2.气体辅助注射成型的优点气体辅助注射成型的优点（1）在制品的厚壁处及筋条、凸台等部位表面不会出现缩）在制品的厚壁处及筋条、凸台等部位表面不会出现缩陷，提高了制品质量。陷，提高了制品质量。9.4 气体辅助注射成型（2）所需锁模力很小，只为一般注射成型的）所需锁模力很小，只为一般注射成型的1/51/10，故，故可大幅降低设备成本。可大幅降低设备成本。（3）因成型时注射压力低，所以塑件中的残余应力小，不）因成型时注射压力低，所以塑件中的残余应力小，不会出现翘曲和应力碎裂
17、缺陷。会出现翘曲和应力碎裂缺陷。（4）可减轻制品重量，使制品轻型化。）可减轻制品重量，使制品轻型化。（5）由于冷却时间短，缩短了成型周期，提高生产率。）由于冷却时间短，缩短了成型周期，提高生产率。(6)可成型各种复杂形状的塑件。可成型各种复杂形状的塑件。9.4 气体辅助注射成型 发泡模成型的实质发泡模成型的实质是将发泡塑料注射入型是将发泡塑料注射入型腔，将氮气或发泡剂加腔，将氮气或发泡剂加入聚合物熔体，形成聚入聚合物熔体，形成聚合物与气体的混合熔体。合物与气体的混合熔体。注入模具型腔后其气体注入模具型腔后其气体膨胀，使使熔体发泡而膨胀，使使熔体发泡而充满型腔。接触低温模充满型腔。接触低温模壁的
18、熔体中气体破裂，壁的熔体中气体破裂，在型腔中发泡膨大，形在型腔中发泡膨大，形成表层致密、内部呈微成表层致密、内部呈微孔泡沫结构的塑件。孔泡沫结构的塑件。9.5 发泡成型发泡模成型发泡模成型9.5 发泡成型发泡塑件的优点：发泡塑件的优点：表面平整无凹陷和挠曲，无内应力；表面平整无凹陷和挠曲，无内应力；具有一定的刚度和强度，外观近似木材，与木材相比具具有一定的刚度和强度，外观近似木材，与木材相比具有耐潮湿、成型加工简便等优点；有耐潮湿、成型加工简便等优点；相对密度小，比一般塑料的重量减少相对密度小，比一般塑料的重量减少15-50。9.5 发泡成型 BMC注射成型是将由不饱和聚酯、苯乙烯树脂、矿物注
19、射成型是将由不饱和聚酯、苯乙烯树脂、矿物填料、着色剂和填料、着色剂和10-30(质量分数质量分数)的玻璃纤维增强材料的玻璃纤维增强材料等组成的块状塑料等组成的块状塑料(命名为命名为BMC，属增强热固性塑料，属增强热固性塑料)，通，通过液压活塞压入料筒内，在螺杆旋转作用下进行输送和塑过液压活塞压入料筒内，在螺杆旋转作用下进行输送和塑化，并注射。化，并注射。BMC制品具有很高的电阻值、耐湿性和优良制品具有很高的电阻值、耐湿性和优良的力学性能以及较小的收缩率。的力学性能以及较小的收缩率。9.6 BMC注射成型 反应注射成型的实质是使能够起反应的两种液料进行反应注射成型的实质是使能够起反应的两种液料进
20、行混合注射，并在模具中进行反应固化成型的一种方法。混合注射，并在模具中进行反应固化成型的一种方法。9.7 反应注射成型 叠层式模具相当于将多副模具叠放组合在一起。这种叠层式模具相当于将多副模具叠放组合在一起。这种模具往往需要有一个较长的主流道来输送熔体到模具中部。模具往往需要有一个较长的主流道来输送熔体到模具中部。叠层式模具最适于成型大型扁平制品、小型多腔薄壁制品叠层式模具最适于成型大型扁平制品、小型多腔薄壁制品和需大批量生产的制品。和需大批量生产的制品。9.8 叠层模具 叠层式模具相当于将多副模具叠放组合在一起。这种叠层式模具相当于将多副模具叠放组合在一起。这种模具往往需要有一个较长的主流道
21、来输送熔体到模具中部。模具往往需要有一个较长的主流道来输送熔体到模具中部。叠层式模具最适于成型大型扁平制品、小型多腔薄壁制品叠层式模具最适于成型大型扁平制品、小型多腔薄壁制品和需大批量生产的制品。和需大批量生产的制品。9.8 叠层模具 叠层式模具相当于将多副模具叠放组合在一起。这种叠层式模具相当于将多副模具叠放组合在一起。这种模具往往需要有一个较长的主流道来输送熔体到模具中部。模具往往需要有一个较长的主流道来输送熔体到模具中部。叠层式模具最适于成型大型扁平制品、小型多腔薄壁制品叠层式模具最适于成型大型扁平制品、小型多腔薄壁制品和需大批量生产的制品。和需大批量生产的制品。9.8 叠层模具9.9 注射模CAD/CAE/CAM