塑料注射模具设计教案.docx

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塑料注射模具设计教案

塑料注射模具设计教案

授课时间

授课时数

4

授课班级

机自0701，0702，0703

授课教师

黎振

学科

塑料模具设计

教材

王文广，田宝善等，《塑料注射模具设计技巧与实例》，化学工业出版社

章节

第四章注射模具浇注系统的设计技巧

教学目标

掌握主流道、分流道和浇口的设计原则，了解排气和引气系统的作用与设计方法。

教学重点

浇口的类型及设置原则。

教学难点

浇口的设置原则。

教学方法

讲授法、演示法

教学媒体

多媒体

参考资料

备注

教学行为

教学内容

设计思想

提问。

讲授。

举矿泉水瓶、手机壳体为例，要学生分析其分型面。

观察其浇口位置。

4-1浇注系统的组成

注射模具浇注系统是将注射机料筒中的熔融塑料从喷嘴高压喷出后，稳定而顺畅地进入并同时充满型腔的各个空间的通道。

考查上节课的掌握情况。

观察能力的培养

教学行为

教学内容

设计思想

结合PPT上的图进行分析。

着重分析讲解。

一、组成：

主流道，分流道，浇口，冷料穴和排气槽或溢流槽等。

（1）主流道（sprue）

是连接注射机喷嘴与模具分流道之间的一段圆锥形通道，其作用是将塑料熔体从注射机喷嘴引入模具。

（引料入模）

（2）分流道（runner）

是主流道与浇口之间的料流通道。

在多型腔或单型腔多浇口模具中，分流道是将来自主流道的熔体均匀的分配至各型腔或同一型腔的各部位，并对熔体进行分流和转向。

按模具类型的不同，分流道可分为一级或多级，有的模具没有分流道。

（3）浇口（gate）

分流道与型腔之间的一段截面狭小、长度很短的料流通道。

熔体进入型腔的入口。

是整个浇注系统的关键部分。

二、设计原则：

1.据塑件形状、大小及壁厚等因素并结合所选分型面的形式选择浇注系统的形式和位置。

2.据塑件型腔数设计浇注系统的布局。

3.据所选取塑料的成型性能特别是其流动性能选择浇注系统的截面积和长度。

4.尽量缩短物料流程和便于清除料把，以节省原料，提高注射效率。

5.排气良好。

4-2主流道的设计

主流道是熔融塑料由注射机喷嘴喷出时最先经过的部位，与注射机喷嘴同轴，因之与熔融塑料，注射击机喷嘴反复接触、碰撞，一般不直接开设在定模上，为了制造方便，都制成可拆卸的浇口套，用螺钉或配合形式固定在定模板上。

如图4-2。

让学生理解受力分析在模具设计中的作用。

教学行为

教学内容

设计思想

根据尺寸图进行讲解。

一、主流道设计要点

1.为便于凝料取出，主流道采用α=3°～6°的圆锥孔。

2.锥孔内壁粗糙度Ra=0.63

μm以增加其耐磨性并减小注射阻力。

3.锥孔大端应有1°～2°的过渡圆角以减小料流在转向时的流动阻力。

4.出料端直径D尽量小，以减小与模腔的接触面积，从而减小模腔内部压力对其的反作用力,以防浇口套从模体中弹出。

5.浇口套与注射机喷嘴头的接触球面必须吻合。

Sr=SR+（0.5～1）mm；d=d1+（0.5～1）mm；L2=3～5mm.

其中：

Sr为浇口套端面凹球面半径；

SR为注射机喷嘴端凸球面半径；

d为圆锥孔小径，d1为喷嘴内孔直径；

L2为浇口套端面凹球面深度。

6.定位环：

模体与注射机的定位装置，保证浇口套与注射机的喷嘴对中定位。

定位环外径D1应与注射机的定位孔间隙配合，其配合间隙为0.05～0.15mm，定位环厚度为5～10mm。

7.浇口套端面与定模相配合部分的平面高度一致。

8.浇口套长度L尽量短，因为L越大，压力损失越大，物料温度越，影响注射成型。

9.主流道尽量不用分级对接式，若L必须加长时则D=d+（0.05~1.0）mm如图4-3。

10.材质选取用优质钢T8A，并淬硬处理。

其硬度应低于注射机喷嘴以防后者被碰坏

了解设计的尺寸确定原则。

教学行为

教学内容

设计思想

着重讲解。

二、浇口套的结构形式如图4-4

教学行为

教学内容

设计思想

从分流道的工作过程进行分析。

4-3分流道的设计

分流道是主流道与浇口的中间连接部分，起分流和转换方向的作用。

一、分流道的设计要点

总原则：

应使熔融的塑料在流经分流道时，压力及热量损失最小，且产生的分流道凝料最小。

1.截面积尽量小。

1）过小会降低注射速度，延长填充时间,并可出现缺料、焦烧、皱纹、缩孔等缺陷；

2）过大会增大凝料的回收量，并延长了物料的冷却时间。

设计时应采用较小的截面积，以便试模时有修正的斜地。

3）一模多腔时分流道的截面积为各浇口截面积之和，分流道的截面积总和不大于主流道截面积。

2.分流道和型腔的分布应排列紧凑间距合理，以轴对称或中心对称而平衡，尽量缩小成型区域的总面积。

并使型腔和分流道在分型面上的总投影面积的几何中心与锁模力的中心重合。

3.分流道的形状要考虑分流道的截面积与周长比最大为好，以减小熔料的散热面积和磨擦阻力，减少压力损失。

4.分流道长度应尽量短以减少压力损失；多腔模具各腔分流道长度尽量相等；分流道较长时应在其末端设冷料穴，防止空气和冷料进入模具型腔。

5.分流道上转向次数尽量小，转向处应圆角过渡，不能有尖角。

6.内表面不必很光，Ra=1.6um即可。

目的是使流料外层在摩擦阻力作用下流动小些，形成冷却皮层，利于

从实际过程分析，让学生掌握分析问题的能力。

教学行为

教学内容

设计思想

对熔融塑料的保温。

7.分流道在定模一侧或分流道延伸较长时，要设分流道拉料杆，以便开模时拉出分流道的凝料，并与塑件一起顶出。

二、分流道的截面形状

为减少分流道的压力损失和热损失，需使分流道的通流截面积最大，而散发热量的内表面积最小。

即η=S/L。

如图4-5

1.圆形：

S/L值最大，即效率最高（周长相等时圆形截面积最大）。

一般D=4～8mm。

缺点：

制造较烦，因为它必须分设在模板两侧，在对合时易产生错口现象。

2.半圆形：

效率比圆形稍差，但加工较简单。

3.梯形：

加工较简单，截面也利于物料流动，故较常用。

4.扁梯形：

物料流动情况变差，但分流道冷却比以上其它形状好得多。

三、分流道的布局

分流道的布局取决于型腔的布局，分流道和型腔的分布有平衡式和非平衡式两种。

1.平衡式分流道

（1）辐射式

教学行为

教学内容

设计思想

板书分类。

（2）单排列式

（3）Y形

（4）X形

将类型条理化。

教学行为

教学内容

设计思想

对照图进行讲解。

（5）H形

（6）综合型

2.非平衡式分流道

特点：

与平衡式分流道的基本区别在于主流道到各个型腔的分流道长度不同，只有将浇口尺寸做得不同，即：

靠近主流道的浇口长度L1>远离主流道的浇口长度L2，或靠近主流道的浇口截面积S1<远离主流道的浇口截面积S2，以增大近距离模腔的流动阻力。

非平衡式分流道的优点：

可缩短分流道的总长度。

教学行为

教学内容

设计思想

了解分流道的各种类型。

3.单腔中心进料

4.利用空心空间进料

四.分流道的计算

分流道的尺寸据塑件的成型体积、塑件壁厚及形状、所选材料的工艺性能及分流道长度等因素确定。

对壁厚小于3mm，质量在200g以下的塑件可用经验公式。

D=0.2654W1/2/L1/2式中：

D——分流道直径（mm）；W——流经分流道的塑料量（g）；L——分流道长度。

对于黏度大的塑料，按上式算出的D值乘以系数1.2～1.25。

常用塑料的注射件分流道尺寸D可查表。

教学行为

教学内容

设计思想

着重分析浇口的作用。

分析优缺点。

4-4浇口的设计

浇口是主流道和型腔之间的连接部分，是浇注系统的终端。

很短，截面积很小。

当熔融的料流在高压下经过浇口时，因截面积小而流速加快，因摩擦作用而温度升高，黏度降低，流动性提高，有利于充满型腔。

故浇口是浇注系统的关键部位，其位置、形状及尺寸等决定着塑件质量、注射效果及注射效率。

浇口的作用：

（1）快速充型，保压补缩；

（2）防止热料回流；（3）使塑件与浇注系统分离。

一、浇口的基本类型

1.直接浇口

优点：

（1）浇口截面较大，流程较短，流动阻力小，适用于深腔，壁厚，材料流动性差的壳类塑件。

（2）模具结构简单紧凑，便于加工，流程短，压力损失小。

（3）保压补缩作用强，易于完全成型。

（4）有利于排气及消除熔接痕。

了解浇口的常见类型。

教学行为

教学内容

设计思想

对图及过程进行分析。

缺点：

（1）除去浇口凝料较困难，塑件有明显浇口痕迹。

（2）浇口附近熔料冷却较慢，成型周期长，影响成型效率。

（3）易产生内应力引起塑件变形，或产生气泡、开裂、缩孔等缺陷。

（4）只适用于单腔模具。

2．盘形浇口：

是直接浇口的变形。

图4-14。

（适用于通孔较大的塑件）

优点：

（1）进料均匀，分子链及纤维取向趋于一致，从而减小内应力，提高塑件尺寸稳定性。

（2）不易产生熔接痕，利于提高塑件机械性能。

（3）注射时气体有序地从分型面周边排气避免气泡、填充不满等现象。

（4）易于清除浇口凝料，塑件表面无明显痕迹。

缺点：

盘形浇口与型腔形成密封空间，塑件脱模时内部

形成真空，故脱模困难，心须设置进气杆或进气槽等进气通道。

教学行为

教学内容

设计思想

3．分流式浇口：

图4-15。

在动模型芯头部设一圆锥体，起分流作用。

优点：

（1）除盘形浇口的优点外，由于圆锥的分流作用，料流更通畅。

（2）分流锥除分流作用外，还是塑件内孔的型芯，其直面应高出塑件0.5～1mm以使内孔完整。

缺点：

（1）只适于通孔较小的塑件。

（2）浇口痕迹在塑件端面。

4．轮辐式浇口：

盘形浇口的变异，即：

将盘形浇口的整个圆周进料改为轮辐式几小段圆弧进料。

图4-16。

优点：

（1）具有盘形浇口的优点。

（2）浇口小，易除浇口凝料且减小了塑料用量。

（3）服了盘形浇口因形成真空、塑料件难以脱模的问题。

缺点：

产生熔接痕，影响塑件强度。

教学行为

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设计思想

5.爪形浇口，是分流式浇口与轮辐式浇口的变异形式，图4-17。

它在型芯部的圆锥体上或主流道的内壁上均匀地开设几处浇口，具有分流式和轮辐式浇口的共同特点。

其结构特点是型芯顶端圆锥体，伸入定模内起对中定位作用，易保证塑件内孔与外形同心度，用于内孔较小或有同心度要求的管状塑件。

缺点是易产生熔接痕。

教学行为

教学内容

设计思想

重点讲解，结合模具结构动画讲解。

6.点浇口：

又称针状浇口，用于流动性较好的塑料PZ，PP，ABS，PS及尼龙类。

优点：

（1）因浇口截面积小（d=0.5～1.8mm），熔料通过时有很高的剪切速率和磨擦，产生热量，提高熔料温度，降低黏度，利于流动使塑件外形清晰，表面光洁。

（2）浇口开模时即被拉断，呈不明显圆点痕，故点浇口可开在塑件任何位置而不影响外观。

（3）一般开在塑件顶部，注射流程短，拐角小，排气好，易于成型。

（4）应用广泛，适用于外观要求较高的壳类或盒类塑件的单腔及多腔模具。

点浇口的结构形式图4-18。

采用点浇口时应注意的问题：

（1）因直径小，注射压力损失大，引起的收缩率大，浇口附近会产生较大的内应力而引起翘曲、变形等缺陷，故应尽量缩短浇口长度。

（2）为清除浇注凝料，须采用三板式模具结构

点浇口是比较常见的浇口类型，模具结构有其特点。

教学行为

教学内容

设计思想

（3）不宜成型平薄塑件及不允许有变形的塑件。

成型制品时若采用单个点浇口则因流程长，而导致熔接处料温过低，熔接不牢，形成明显熔接痕，影响塑件外观和强度。

同时因料温差异大面引起塑件扭曲变形，故采用多点进料形式，图4-20。

（4）浇口附近熔料流速很高，造成分子高度定向，增加局部应力，壁薄塑件易发生开裂，在不影响制品使用性能前提下，局部加大浇口对面塑件壁厚并使之呈圆弧过渡，图4-21。

7.侧浇口：

开设在模具分型面处，从塑件侧面进料，适用于一模多腔。

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教学内容

设计思想

重点讲解。

优点：

（1）截面为扁平形状，冷却时间短，从而缩短成型周期，提高生产效率。

（2）易去除浇注系统凝料而不影响塑件外观。

（3）可根据塑件形状特点灵活多样选择浇口位置。

（4）因截面小，熔料受挤压和剪切，改善流动状况，便于成型和提高制品表面光洁度；减小浇口附近残余应力避免变形、开裂及流动纹的出现。

（5）浇口在分型面上且形状简单，故易加工，且可随时调整尺寸，使各型腔浇注平衡。

应注意的问题：

（1）压力损失大，需用较大的注射压力或缩短浇口长度。

（2）易形成熔接痕、缩孔、气泡等缺陷，设计时需考虑浇口位置的选择和排气措施。

教学行为

教学内容

设计思想

重点讲解。

8.潜状式浇口：

点浇口的变异。

分流道一部分位于分型面上，另一部分呈倾斜状潜伏在分型面的下方（或上方）塑件的侧面或里面，设置脱模时便于自动切断的点状浇口。

优点（除具有点浇口的优点外）还有以下特点：

（1）位置选择范围广，可在塑件的外表面、侧表面、端面、背面，截面积小，不损伤塑件外表面。

（2）开模时即自动切断浇口凝料，无后加工，效率高，易实现自动化。

（3）不同于点浇口模具的三模板二次开模取出凝料，潜伏式浇口只用二板式一次开模即可。

（4）用专用铣刀加工，方便。

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设计思想

二、

浇口设计要点

1.选择在不影响塑件外观的部位，图4-34。

2.浇口应不影响塑件的使用性能，图4-35。

3.应尽量避免产生喷射和蠕动现象如图4-36所示①加浇口断面尺寸；②避免料流直接进入型腔。

4.应开设在壁厚处以保证最终压力有效地传到塑件厚部，利于填充与补料。

5.尽量缩短流程，减少变向，以降低压力损失，如图4-37ab。

6.应利于型腔内气体的排出。

7.尽量避免熔接痕，如图

4-38，39，40，41所示。

教学行为

教学内容

设计思想

教学行为

教学内容

设计思想

对照图重点理解。

8.避免引起塑件变形①防止料流将型腔型芯、嵌件撞压变形，图4-42②改变进料方式和进料位置图4-43

9.尽量设在便于熔体流动的方向，如图4-44所示。

10.应便于清除凝料，如盘形，轮辐或爪形，潜伏式。

11.浇口与分流道的连接处应采用圆弧或斜面相连，平滑过

渡图4-45

12.初始值应取较小，为试模

时必要的修正留有余地

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设计思想

4-5冷料穴和钩料脱模装置

一.冷料穴

1.位置：

主流道的末端（主流道正对面的动模板上）或分流道的末端。

作用：

（1）储存注射间歇期间喷嘴前端的冷料，以防其进入流道，阻塞或减缓料流或进入型腔，在塑件上形成冷疤或冷斑；

（2）将主流道凝料拉出。

2.尺寸：

直径大于主流道大端直径，长度约为主流道大端直径，图4－

46、4－47所示。

二、钩料装置

1.顶杆式钩料装置：

由冷料穴和顶杆组成，与顶出系统联动动，其基本形式和主要尺寸如图4-48所示。

a.Z形钩料杆：

常用形式，但凝料脱出时需一侧向移动，当模具结构限制不允许时不宜用。

如图4-50

b.c.在冷料穴内壁上设阻碍凝料被拔出的结构，图4-48b、c内环槽式和倒锥式。

d．在冷料穴一端攻一段线螺纹。

e．利用冷料穴内壁的粗糙面。

推板式钩料装置；由冷料穴和钩料杆组成，钩料杆安装在型

芯固定板上，不与顶出系统联动，常用的结构形式和主要尺寸如图4-49所示，a～e；动作过程如图4-51。

可见，推板式钩料装置只适用于采用推板推出塑件的模具。

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设计思想

着重理解。

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设计思想

4-6排气和引气系统

一、排气系统

1.作用：

在注射过程中将型腔中的气体顺利排出，以免塑料产生气泡，疏松等缺陷。

气体的来源:

①浇注系统和型腔中原有的空气；②塑料中的水分在注射温度下蒸发的水蒸气③塑料熔体受热分解产生的挥发气体；④熔体中某些添加剂的挥发和化学反应生成气体。

成型过程中高温塑料熔体将气体赶至死角，形成高温高压气室，阻碍熔料正常快速充型，或引起塑件局部炭化、烧焦，或进入熔体内部在场填充不足、气孔、组织疏松等缺陷。

故注射过程中必须排出模外。

2.设计要点

（1）保证迅速、有序、通畅，排气速度应与注射速度相适应。

（2）排气槽设在塑料流末端。

（3）应设在主分型面凹模一侧：

①便于加工和修整。

②若产生气体起边，容易脱模和去除。

（4）尽量设在塑件较厚的部位。

（5）设在便于清理的位置以免积存冷料

（6）排气方向应避开操作区，以防高温熔料溅出伤人。

（7）其深度与塑料流动性及注射压力、温度有关。

3.位置和形式：

图4-52a～f各种排气位置和形式。

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设计思想

二、引气装置

作用与排气系统相反，是为顺利脱出塑件而采取的一种措施。

大型深腔底部密封的壳形塑件，成型后型腔被塑料充满气体被排除，塑件内孔表面与型芯间形成真空，使脱模困难。

引气装置的形式如图4-53。

本章小结

1.本章介绍了浇注系统的组成部分以及各部分的类型及其设计原则；

2.介绍了排气系统与引气系统的作用及设计方法；

3.介绍了冷料穴的作用以及钩料装置；