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1、第二章 塑料模具与设备第二章 塑料模具与设备一、本章基本内容：本章内容包括了注射成型模具的几种分类方法；每类模具的机构组成及特点；成型设备的类别、工作过程、规格及主要参数，注射模与注射机的关系，在选用注射机时，对其参数的校核方法。二、学习目的与要求：通过本章学习，掌握塑料模具常用的几种分类和典型塑料模具结构，熟悉注塑机、压力机、挤出机等成型设备。三、本章重点、难点：常用塑料模具的结构组成，注射机的工作过程、主要参数，对注射模与注射机的关系的理解、对参数的校核。l、注射模注射模是安装在注射机上，完成注射成形工艺所使用的模具。1） 注射模的结构注射模的种类很多，其结构与塑料的品种、塑件的结构和注射
2、机的种类等很多因素有关。一般情况，注射模是由成形部件、浇注系统、导向部件、推出机构、调温系统、排气系统和支承零部件组成，如果塑件有侧向的孔或凸台，注射模还包括侧向分型与抽芯机构。成形部件是指动、定模部分有关组成型腔的零件。浇注系统是将熔融的塑料从注射机喷嘴进入模具型腔所经的通道，它包括主流道、分流道、浇口及冷料穴。导向部件在注射模中，用导向部件对模具的动定模导向，以使模具合模时能准确对合。推出机构是指分型后将塑件从模具中推出的装置。调温系统为了满足注射工艺对模具温度的要求，需要有调温系统对模具的温度进行调整。一般热塑性塑料的注射模主要是设计模具的冷却系统。排气系统为了将成形时塑料本身挥发的气体
3、排出模外，常常在分型面上开设排气槽。对于小塑件的模具，可直接利用分型面或推杆等与模具的间隙排气。支承零部件用来安装固定或支承成形零部件及前述的各部分机构的零部件侧向分型与抽芯机构当有些塑件有侧向的凹凸形状的孔或凸台时，须先把侧向的凹凸形状的瓣合模块或侧向的型芯从塑件上脱开或抽出。2）注射模的分类注射模的分类方法有很多，按所使用注射机的形式分为立式注射模、卧式注射模和角式注射模；按成形材料分为热塑性塑料注射模和热固性塑料注射模；按模具的型腔数目分为单型腔和多型腔注射模；按注射模的总体结构特征可将注射模具分为单分型面注射模、双分型面注射模、斜导柱(弯销、斜导槽、斜滑块)侧向分型与抽芯注射模、带有活
4、动镶件的注射模具、定模带有推出装置的注射模具和自动卸螺纹注射模具等。2、压缩模压缩模是塑料完成压缩成形的模具，压缩模具属于模具中比较简单的一种，它主要是用来成形热固性塑料。它大体上由固定在压力机上滑块的上模部分和固定在压力机下工作台的下模部分组成。压缩模可分成六大部分：型腔型腔是塑件成形的模具部位，与加料腔一起起到盛料的作用。加料腔由于塑粉的体积较大，加料腔应比型腔深一些。导向机构由导柱和导套组成，是为了保证合模的准确性，而推出机构的导向是为了保证推出机构的上下运动平稳。侧向抽芯与分型成形具有侧向凸凹或孔的结构时，模具应设置各种侧向抽芯与分型机构。推出机构压缩模必须设计推出机构。加热系统热固性
5、塑料压缩成形靠模具加热，模具的加热形式有气或天然气加热等。3、压注模压注模是塑料完成压注成形的模具。压注成形和压缩成形都是热固性塑料的成形方法，但压注模和压缩模最大的区别在于，压注模有供塑料原料加热至熔融的独立加热腔。压注模可分为罐式压注模和柱塞式压注模，而罐式压注模又分为移动式压注模和固定式压注模。压注模的结构也可分成六大部分，成形塑件的模具零部件，同注射模、压缩模一样，由凸模、凹模和型芯等组成；加料装置由加料腔和压柱组成；压注模的浇注系统与注射模相似；压注模的加热方式多采用电加热方式，固定式压注模酌压柱、上模和下模都要设计加热装置；移动式压注模利用液压机的上、下加热板加热压注模成形塑件时，
6、排气是相当重要的，不但要设计排气槽，还要设计溢料槽，将余料排出，以保证塑件质量。压注模根据塑件及模具的特点，需要设计导向机构、侧向分型抽芯机构及脱模机构等部分，其结构与注射模及压缩模十分相似。4、挤出模挤出成形适用于塑料的管材、棒材、异性截面型材、中空制品的成形，以及单丝、电缆包层、薄膜等的挤出加工。挤出成形的模具称为挤出机机头，简称机头。塑料在机头内塑化成为均匀的熔体，并通过机头成形为所需要的制品形状。挤出成形机头的作用:(1)使熔融的塑料由螺旋运动变成直线运动；(2)使塑料经过机头而进行进一步的塑化；(3)产生足够的成形压力，使塑件密实；(4)成形所需截面形状的连续型材。由于挤出成形的塑料
7、制品的截面形状各种各样，机头可分为如挤出管材的管机头、挤出棒材的棒机头、挤出片材的片机头、吹塑薄膜的吹塑薄膜机头等，但机头的组成基本是一样的。口模和芯棒是成形塑件的截面形状的。其中，口模成形塑件的外表面，芯棒成形塑件的内表面。过滤板、过滤网的作用是将塑料熔体由螺旋运动转变为直线运动，过滤杂质并造成一定压力。分流器和分流器支架使通过它的塑料熔体分流变成薄环状，平稳地进入成形区同时进一步加热和塑化。分流器支架主要用于支承分流器和芯棒，同时也能对分流后的塑料熔体加强剪切混合作用。小型分流器和分流器支架可设计成一体。机头体用来组装并支承机头的各零部件，机头体还需要与挤出机相连接，连接处应密封，以防止塑
8、料熔体的溢出。电加热圈为了保证塑料熔体在机头中的正常流动及挤出成形质量。调节螺钉用来调节控制成形区内的口模和芯棒之间的间隙及同轴度以保证挤出塑件壁厚均匀，通常调节螺钉的数目定为4-8个。定径套， 离开成形区的塑料虽已具有给定的形状，但由于塑料的温度仍较高不能抵抗自重的变形，为此需要用定径套对其进行冷却定形，以使制品获得良好的表面质量、正确的尺寸和几何形状。5、注射机注射机是塑料注射成形所用的设备。1）注射机工作循环的工作过程如下：加热、预塑化螺杆在传动系统的驱动下，将来自料斗的物料向前输送、压实，在料筒外加热器、螺杆和机筒的剪切、摩擦的混合作用下，物料逐渐熔融，在料筒的头部已积聚了一定量的熔融
9、塑料，在熔体的压力下螺杆缓慢后退。后退的距离取决于计量装置依据一次注射所需的量来调整，当达到预定的注射量后螺杆停止旋转和后退。合模和锁紧锁模机构推动动模板及安装在动模板上的模具动模部分与定模板上的模具定模部分合模并锁紧，以保证成形时提供足够的夹紧力使模具锁紧。注射装置前移当合模完成后，整个注射座被推动，前移，便注射机喷嘴与模具主浇道口完全贴合。注射、保压在注射机喷嘴完全贴合模具浇口以后，注射液压缸进入高压油，推动螺杆相对料筒前移，将积聚在料筒头部的熔体以足够压力注人模具的型腔。因温度降低而使塑料体积产生收缩，为保证塑件的致密性、尺寸精度和力学性能，需对模具型腔内的熔体保持一定的压力，以补充物料
10、。卸压当模具浇口处的熔体冻结时，即可卸压。注射装置后退一般来说，卸压完成后，螺杆即可旋转、后退，以完成下一次的加料、预塑化过程。预塑完成以后，注射装置撤离模具的主浇道口。开模、顶出塑件模具型腔内的塑件经冷却定形后，锁模机构开模，并且推出模具内的塑件。2）注射机分类(1)注射机按外形特征可分为立式、卧式、直角式三种。立式注射机注射装置与锁模机构的轴线呈一直线垂直排列。优点:占地少，模具拆装方便，易于安放嵌件。缺点:重心高，加料困难;推出的塑件要由手工取出，不易实现自动化；容积较小。卧式注射机注射装置与锁模装置的轴线呈一直线水平排列，使用广泛。优点:重心低，稳定；加料、操作及维修方便；塑件可自行脱
11、落，易实现自动化。缺点:模具安装麻烦，嵌件安放不稳，机器占地较大。角式注射机注射装置与锁模装置的轴线相互垂直排列。优点、缺点介于立式注射机和卧式注射机之间。特别适用于成形中心不允许有浇口痕迹的平面塑件。(2)注射机按塑料在料筒的塑化方式不同可分为柱塞式注射机和螺杆式注射机。柱塞式注射机注射柱塞直径为20-100mm的金属圆杆，当其后退时物料自料斗定量地落入料筒内，柱塞前进，原料通过料筒与分流梭的腔内，将塑料分成薄片，均匀加热，并在剪切作用下塑料进一步混合和塑化，并完成注射。多为立式注射机，注射量小于30-60g，不易成形流动性差、热敏性强的塑料。螺杆式注射机螺杆在料筒内旋转时，将料斗内的塑料卷
12、人，逐渐压实、排气和塑化，将塑料熔体推向料筒的前端，积存在料筒顶部和喷嘴之间，螺杆本身受熔体的压力而缓慢后退。当积存的熔体达到预定的注射量时，螺杆停止转动，在液压缸的推动下，将熔体注入模具。 卧式注射机多为螺杆式。注射机规格及主要参数目前，在注射机的标准中，有用注射量为主参数的，也有用合模力为主参数的，但大多以注射量/合模力来表示注射机的主要特征。国内标准主要有轻工部标准、机械部标准和国家标准 。注射机型号中的字母 S表示塑料机械，Z表示注射机，X表示成形，Y表示螺杆式(无Y表示柱塞式)等。3) 注射机的选用 注射机的选用包括两方面的内容: 一是确定注射机的型号，使塑料、塑件、注射模及注射工艺
13、等所要求的注射机的规格参数在所选注射机的规格参数可调的范围内；一是调整注射机的技术参数至所需要的参数。(1)注射机类型的选择根据塑料的品种、塑件的结构、成形方法、生产批量、现有设备及注射工艺等进行选择。(2)注射机规格的初选根据以往的经验和注射模的大小，先预选注射机的型号，之后要进行以下的校核。(3)注射机参数的校核 1)最大注射量的校核塑件连同凝料在内的质量一般不应大于注射机公称注射量的80%，注射机多以公称容量来表示。2)注射压力的校核注射机的公称注射压力要大于成形的压力。3)锁模力的校核由于高压塑料熔体充满型腔时，会产生一个沿注射机轴向的很大的推力，这个力应小于注射机的公称锁模力，否则将
14、产生溢料现象。4)安装部分的尺寸校核应校核的尺寸包括喷嘴、定位圈、最大模厚、最小模厚及模板上的螺孔。a)喷嘴尺寸注射机的喷嘴头部的球面半径R1应与模具主流道始端的球面半径R2吻合，以免高压熔体从狭缝处溢出。R2一般应比R1大12mm，否则主流道内的塑料凝料无法脱出。b)定位圈尺寸 为了使模具的主流道的中心线与注射机喷嘴的中心线相重合，模具定模板上的定位圈或主流道衬套与定位圈的整体式结构的外尺寸d应与注射机固定模板上的定位孔呈较松动的间隙配合。c)最大、最小模厚 在模具设计时应使模具的总厚度位于注射机可安装模具的最大模厚和最小模厚之间。同时应校核模具的外形尺寸，使得模具能从注射机拉杆之间装入。d
15、)螺孔尺寸注射模具的动模板、定模板应分别与注射机动模板、定模板上的螺孔相适应。模具在注射机上的安装方法有螺栓固定和压板固定。e)开模行程和顶出机构的校核注射机的开模行程是有限制的，塑件从模具中取出时所需的开模距离必须小于注射机的最大开模距离，否则塑件无法从模具中取出。开模距离一般可分为两种情况:一是当注射机采用液压机械联合作用的锁模机构时，最大开模行程由连杆机构的最大行程决定，并不受模具厚度的影响即注射机最大开模行程与模具厚度无关；二是当注射机采用液压机械联合作用的锁模机构时，最大开模行程由连杆机构的最大行程决定，并受模具厚度的影响即注射机最大开模行程与模具厚度有关。6、压力机塑料的压缩成形和
16、压注成形所用的设备是压力机。1)压力机的分类压力机按其传动方式分为机械式压机和液压机。机械式压机的压力不准确，运动噪声大，容易磨损，只适用于一些小型设备;液压机能提供大的压力，获得大行程，工作压力可调，设备结构简单，操作方便，工作平稳，使用十分广泛。2)液压机的规格和参数表2-12列出了常用液压机的技术参数。3)压力机与模具的关系成型总压力的校核成型总压力与塑件的几何形状、水平投影面积、成型工艺有关。模具合模高度和开模行程的校核模具的合模高度应在压机上下模板的最大和最小开距之间。压机工作台面有关尺寸的校核模具推出机构与的关系压机a)手动顶出机构b)顶出托架 c)液压顶出机构模具的推出机构必须与
17、压机的顶出机构相适应，即模具所需的推出行程小于压机的最大顶出行程；模具的尾轴应与压机顶杆的螺纹相一致。7、挤出机塑料的挤出成形所用的设备为挤出机。(1)挤出成形工艺挤出成形是制造连续的塑料板材、棒材的方法，挤出成形是将固态塑料在一定的温度、压力条件下，熔融、塑化，利用挤出机的螺杆(或柱塞)加压，使其通过特定形状的口模而成为截面与口模形状相仿的连续型材。挤出成形适于所有的热塑性塑料和部分热固性塑料。(2)挤出机的分类挤出机的工作原理是:螺杆在料筒内转动，料被不断地推动压实，料在强力剪切、摩擦，加之外加热器的作用下，逐渐熔化并均匀后，以一定压力和流量从机头中挤出。挤出机的外形和原理与注射机十分相似，所不同的是挤出机是连续供料，因此螺杆的运动是连续的。挤出机一般分为单螺杆挤出机和双螺杆挤出机两种，按螺杆在空间的位置可分为卧式挤出机和立式挤出机。卧式挤出机的螺杆是水平放置的，可方便完成各种制品的生产，应用广泛。立式挤出机的螺杆是垂直放置的，由于立式挤出机辅机配制较困难，而且机器高度尺寸较大，一般只有小型机才采用。(3)挤出机的规格及主要参数挤出机的参数主要有螺杆直径、螺杆转数、螺杆的长径比(指螺杆的有效长度与直径之间的比值)、电动机功率等。表2-16为部分国产挤出机的主要参数。
