模具设计第十三章__注塑模新技术的应用

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'模具设计第十三章__注塑模新技术的应用'
模块十三 注塑模新技术的应用 内容简介: 1 精密注塑成型与模具,包括精密成型的概念、精密注塑成型用塑料、精密成型注塑工艺; 2 精密注塑成型对注塑机的要求、精密注塑成型模具设计要点等; 3 气体辅助注塑成型,包括其原理、分类、成型特;共注塑成型简介; 4 低发泡注塑成型,包括其成型方法、工艺条件、模具设计简介; 5 注塑模计算机辅助设计、辅助工程与辅助制造等内容。模块十三 注塑模新技术的应用 学习目的和要求: 了解各种注塑模新技术的特点、成型工艺 条件及应用。 重点: 各种注塑模新技术的特点和成型工艺条件。 模块十三 注塑模新技术的应用 13.1 精密注塑成型与模具精密注塑成型 与模具 13.2 气体辅助注塑成型 13.3 共注塑成型 13.4 低发泡注塑成型 13.5 注塑模计算机辅助设计、辅助工程 与辅助制造13.1 精密注塑成型与模具 1 精密注塑成型概念 精密注塑成型是成型尺寸和形状精度很高、表面粗糙度很小的塑料制品而采用的注塑成型方法,所用的注塑模具即为精密注塑模。 判断制品是否需要精密注塑的依据主要是制品精度。在注塑成型中,影响塑料制品精度的因素很多,主要有注塑成型用塑料、注塑机、注塑成型工艺、注塑模具及操作人员技术水平等。 因此,如何规定精密注塑成型制品的精度是一个重要而复杂的工作,这里既要使制品精度满足工业生产实际要求,又要考虑到目前模具制造所能达到的精度、塑料品种及其成型技术、注塑机等满足精密成型的可能程度。国内外塑料工业部门都对此进行了探讨。表13-1为日本塑料工业技术研究会从塑料品种和塑料模结构方面确定的精密注塑制品的基本尺寸与公差,仅供参考。在表13-1中最小极限是指采用单腔模具时,注塑制品所能达到的最小公差数值;表中的实用极限是指采用四腔以下模具时,注塑制品所能达到的最小公差数值。我国目前精密注塑制品的公差等级可按原四机部标准SJ1372—78中的第1和第2两个公差等级确定,也可按国家标准MT1高精度公差等级确定。 判断制品是否需要精密注塑的依据主要是制品精度。 影响塑料制品精度的因素: ① 注塑成型用塑料; ② 注塑机; ③ 注塑成型工艺; ④ 注塑模具及操作人员技术水平。 2 精密注塑成型用塑料 由上所述可知,对于精密注塑制品要求的公差值,并不是所有塑料制品都能达到。对于不同的聚合物和添加剂组成的塑料,其成型特性及成型后制品的形状与尺寸稳定性有很大差异,即使是成分相同的塑料,由于生产厂家、出厂时间和环境条件的不同,注塑成型的制品还会存在形状与尺寸稳定性的差异问题。因此,要达到精密注塑制品的公差要求,塑料就应具有良好的成型特性和成型后形状与尺寸的稳定性。为此,注塑成型精密塑料制品时,必须对塑料进行严格选择。目前,适用于精密注塑的塑料品种主要有PC(包括玻璃纤维增强)、POM(包括碳纤维或玻璃纤维增强型)、还有改性PPO、热塑性聚酯、PA及增强型等。 3 精密注塑成型工艺 精密塑料制品对注塑工艺的要求是:注塑压力高、注塑速度快、温度控制严格、工艺稳定。 (1)注塑压力高 精密注塑时则要提高到180~250MPa甚至更高。 提高注塑压力可增大熔体的体积压缩量,使其密度增大,线膨胀系数减小,从而降低制品的收缩率及波动,提高制品形状尺寸的稳定性;提高注塑压力有利于改善制品的成型性能,能成型超薄制品;提高注塑压力还保证了注塑速度的实现。 (2)注塑速度快 采用较快注塑速度,不仅能成型形状复杂的制品,而且还能减小制品的尺寸公差,以保证复杂而精度高的制品的成型。 (3)温度控制严格 注塑成型温度对熔体的流动性和收缩率影响较大,因而精密注塑时不但必须控制注塑温度高低,还必须严格控制温度波动范围;不仅要注意控制料筒、喷嘴和模具的温度,还要注意脱模后周围环境温度对制品精度的影响。只有这样,才能保证制品尺寸精度及其稳定性。 (4) 成型工艺稳定性 成型工艺及工艺条件的稳定性是十分重要的。因为稳定的工艺及工艺条件是获得精度稳定的制品的重要条件。 4 精密注塑成型对注塑机的要求 由于制品有较高的精度要求,所以一般都需要在专用的精密注塑机上进行注塑成型。这种注塑机有如下特点: (1)注塑功率大 (2)控制精度高 (3)液压系统反应速度快 5 精密注塑模设计要点 一般注塑模的设计方法基本适用于精密注塑模的设计,但因精度要求高,设计时应注意如下几点: (1)模具应具有高的精度 : 1)型腔径向尺寸 LM=(LS+Smax%LS-△) +δz 2)型芯径向尺寸 LM=(Ls+Smin%Ls+△) -δz 3)型腔深度尺寸 HM=(Hs+Smin%Hs-δz)+δz 4)型芯高度尺寸 HM=(Hs+ Smax%Hs+δz) -δz 5)型芯(或成型孔)中心距尺寸 LM-Smin%Hs+1/2δz+δj-1/2△≤Ls LM- Smax%Hs+1/2δz-δj+1/2△≥Ls (2)模具设计应考虑成型收缩的均匀性 1)型腔数目不宜太多,模具型腔多,将降低制品精度。因此,对于特别精度的注塑模,宜采用一模一腔。 2)多型腔模具,分流道应采用平衡布置 ,如图13-3所示,采用H型布置或圆形排列,以使塑料熔体同时到达和充满各个型腔。保持了料流的平衡和模具温度场热平衡,从而使制品的收缩率保持均匀和稳定。 同样,浇口的种类、位置及数量将影响制品的变形及收缩率的波动,因此在设计浇口时应对制品各部分的收缩率作全面考虑,特别是收缩各向异性大的塑料注塑成型。返回 3)温度控制系统最好能对各个型腔温度进行单独调节,以使各型腔的温度保持一致,防止因各型腔之间温差引起制品收缩率的差异,办法是对每个型腔单独设置冷却水路,并在各型腔冷却水路出口处设置流量控制装置。如果不对各个型腔单独设置冷却水路,而是采用串联式冷却水路,则必须严格控制入水口和出水口的温度。一般来说,精密注塑模中的冷却水温调节误差在0.5℃以内,入水口和出水口的温差控制在2℃以内。 同理,对型芯和凹模两部分宜分别设置冷却水路,以便分别控制型芯和凹模的温度,一般两者的温度应能控制到1℃。如需要人为地造成型芯与凹模之间一定温差,也可以得以实现。设计时的注意事项:u 应避免制品在脱模时变形 u 采用镶拼结构 u 制作“试制模” u 提高模具刚度 u 正确选择模具材料,合理确定热处理要求 13.2 气体辅助注塑成型 一般的注塑成型方法要求塑件的壁厚尽量均匀,否则在壁厚处容易产生缩孔和凹陷等缺陷。对于壁厚塑件,为了防止凹陷产生,需要加强保压补料时间,但是若壁厚的部位离浇口较远,即使过量保压,也常常难以奏效。同时,由于浇口附近保压压力过大,残余应力增高,所以很容易造成塑件翘曲变形或开裂。目前国外采用的气体辅助注塑成型的新工艺,较好地解决了壁厚不均匀的塑件以及中空壳体的注塑成型问题。 1 气体辅助注塑成型的原理 气体辅助注塑成型的原理较简单,即在注塑充模过程中,向熔体内注入比注塑压力低的低压气体,统常为几十兆帕,利用气体的压力实现保压补缩。 气体辅助注塑成型的原理如图13-4所示。成型时首先向型腔内注入经准确计量的熔体,然后经特殊的喷嘴在熔体中注入气体(一般为氧气),气体扩散推动熔体充满型腔。充模结束后,熔体内气体的压力保持不变或者有所升高进行保压补料,冷却后排除塑件内的气体便可脱模。 在气体辅助注塑成型中,熔体的精确定量十分重 要。若注入熔体过多,则会造成壁厚不均匀;反之,若注入熔体过少,气体会冲破熔体使成型无法进行。返回2 气体辅助注塑成型的分类 气体辅助注塑成型,只要在现有的注塑机上增加一套供气装置即可实现。根据国外使用的情况,气体辅助注塑成型可分为标准成型法、副型腔法、熔体回流法和活动型芯法等。 标准成型方法如图13-5所示。图13-5 a为一部分熔体由注塑机料筒注入到模具型腔中;图13-5 b为通入气体推动熔体充满型腔;图13-5 c为升高气体压力,实现保压补料;图13-5 d为保压后排去气体;图13-5 e为塑件脱模。返回 副型腔成型方法如图13-6所示。图13-6a为熔体充填型腔并保压;图13-6b为气体喷嘴向型腔注入气体,开启副型腔,使气体进入熔体后使多余出来的熔体流入到副型腔中;图13-6c为关闭副型腔,升高气体压力实现保压补缩;图13-6d为排气,使塑件脱模。 熔体回流方法如图13-7所示。熔体回流方法与副型腔方法类似,所不同的是气体注入时,多出的熔体不是流入副型腔,而是流回注塑机的料筒。返回返回 活动型芯退出方法如图13-8所示。图13-8a 为熔体充满型腔并保压;图13-8b为注入气体,活动型芯从型腔中退出;图13-8c为升高气体的压力,实现保压补缩;图13-8d为排气,使塑件脱模。返回 3 体辅助注塑成型的特点 与传统的注塑成型方法相比较,气体辅助注塑成型有如下优点: (1) 能够成型壁厚不均匀的塑料制件及复杂的三维中空塑件。 (2)气体从浇口至流动末端形成的气流通道,无压力损失,能够实现低压注塑成型,由此能获得低残余应力的塑件,塑件翘曲变形小,尺寸稳定。 (3)由于气流的辅助充模作用,提高了塑件的成型性能,因此采用气体辅助注塑有助于成型薄壁塑件,减轻了塑件的重量。 (4)由于注塑成型压力较低,可在锁模力较小的注塑机上成型尺寸较大的塑件。 气体辅助注塑成型存在如下缺点: (1)需要增设供气装置和充气喷嘴,提高了设备的成本。 (2)采用气体辅助注塑成型技术时,对注塑机的精度和控制系统有一定的要求。 (3)在塑件注入气体与未注入气体的表面会产
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