塑料模具设计教程_5-2浇注系统及排溢系统设计

    浇注系统是指熔融塑料从注射机喷嘴到注射模具型腔所流经的通道,分普通浇注系统和热流道浇注系统两种。通过浇注系统,塑料熔体充填满模具型腔并且使注射压力传递到型腔的各个部位,从而使塑件密实和防止缺陷的产生。通常情况下,浇注系统的分流道开设在动定模的分型面上,因此,分型面的选择和浇注系统的设计是密切相关的,在设计注射模具时应同时加以考虑。

5-2-1 普通流道浇注系统的设计

5-2-1-1 普通流道浇注系统的组成及设计原则

一 普通流道浇注系统的组成

    浇注系统是指熔融塑料从注射机喷嘴进入模具型腔所流经的通道,分普通浇注系统和热流道浇注系统两种形式。本节只讨论普通浇注系统的设计。

    普通浇注系统一般由主流道、分流道、浇口和冷料穴等四部分组成。图5-2-1所示为安装在卧式或立式注射机上的注射模所用浇注系统,亦称为直浇口式浇注系统,其主流道垂直于模具分型面;图5-2-2所示为安装在角式注射机上的注射模所用浇注系统,也称为横浇口式浇注系统,其主流道平行于模具分型面。

塑料模具设计教程_5-2浇注系统及排溢系统设计

塑料模具设计教程_5-3成型零件的设计

    构成塑料模具模腔的零件统称成型零件。成型零 件是模具的主要部分,决定了塑件的几何形状和尺寸,主要包括凹模、凸模、镶块、小型芯和成型环等。成型零件工作时,直接与塑料熔体接触,承受熔体料流的高压冲刷、脱模磨擦等。因此,成型零件不仅要求有正确的几何形状,较高的尺寸精度和较低的表面粗糙度,而且还要求有合理的结构,较高强度、刚度及较好的耐磨性。

    设计塑模的成型零件时,应根据塑件的塑料性能、使用要求、几何结构,并结合分型面和浇口位置的选择、脱模方式和排气位置的考虑来确定型腔的总体结构,根据塑件的尺寸、计算成型零件型腔的尺寸;确定型腔的组合方式;确定成型零件的机加工、热处理、装配等要求。对关键的部位进行强度和刚度校核。

5-3-1 成型零件的结构设计

5-3-1-1 凹模的结构设计

    凹模亦称型腔,是成型塑件外表面的主要零件,按结构不同可分为整体式和组合式两种结构形式。

一 整体式凹模结构 

    整体式凹模结构是在整体金属模板上加工而成的,如图5-3-1所示,其特点是牢固、不易变形,不会使塑件产生拼接线痕迹。但是加工困难,热处理不方便,常用于形状简单的中、小型模具上。

模具设计之滑块设计实例

图5-3-1 整体式凹模结构

二 组合式凹模结构

    组合式凹模结构的型腔是由两个或两个以上的零部件组合而成的。按组合方式不同,可为整体嵌入式、局部镶嵌式和四壁拼合式等形式。

   (1)整体嵌入式凹模

    如图5-3-2所示,小型塑件采用多型腔模具成型时,各单个型腔采用机械加工、冷挤压、电加工等到方法加工制成,然后压入模板中。这种结构加工效率高,装拆方便,可以保证各个型腔的形状尺寸一致。图5-3-2a~c称为通孔台肩式,凹模带有台肩,从下面嵌入模板,再用垫板螺钉紧固。如果凹模镶件是回转体,而型腔是非回转体,则需要用销钉或键止转定位。图5-3-2b采用销钉定位,结构简单,装拆方便;图5-3-2c是键定位,接触面积大,止转可靠;图5-3-2d是通孔无台肩式,凹模嵌入模板内用螺钉与垫板固定;图5-3-2e是盲孔式,凹模嵌入固定板后直接用螺钉固定在固定板下部设计有装拆凹模用的工艺通孔,这种结构可省去垫板。

模具设计之滑块设计实例

图5-3-2  整体嵌人式凹模结构形式

   (2)局部镶嵌式凹模

    如图5-3-3所示,为了加工方便或由于型腔的某一部分容易损坏,需要经常更换,应采用局部镶嵌的办法。图5-3-3a所示的异形凹模,先钻周围的小孔,再在小孔内镶入芯棒并加工大孔,加工完毕后把这些芯棒取出,调换芯棒镶入小孔与大孔组成型腔;图5-3-3b凹模内有局部凸起,可将此凸起部分单独加工,再把加工好的镶块利用圆形槽(也可用T形槽,燕尾槽等)镶在圆形凹模内;图5-3-3c是利用局部镶嵌的办法加工圆环形凹模;图5-3-3d是在凹模底部局部镶嵌;图5-3-3e是利用局部镶嵌的办法加工长条形凹模。

模具设计之滑块设计实例

图5-3-3 局部镶嵌式凹模结构形式

   (3)底部镶拼式凹模

    为了机械加工、研磨、抛光、热处理方便,形状复杂的型腔底部可以设计成镶拼式,如图所示,图5-3-4a的形式镶嵌比较简单,但结合面磨平、抛光时应仔细,保证接合处的锐棱(不能带圆角)以免影响脱模。底板还应有足够的厚度以免变形而楔入塑料;图5-3-4b、c的结构制造稍麻烦,但圆柱形配合面不易楔入塑料;图5-3-4d的结构与图5-3-4a的结构相似,只是 底部为台阶镶嵌。

模具设计之滑块设计实例

图5-3-4  整体嵌人式凹模结构形式

   (4)侧壁镶拼式凹模

    侧壁镶拼如图5-3-5所示,这种结构便于加工和抛光,但是一般很少采用,这是因为在成型时,溶熔融的塑料成型压力使螺钉和销钉产生变形,从而达不到产品的要求。图5-3-5a中螺钉在成型时将受到拉伸力;图5-3-5b中螺钉和销钉在成型时将受到剪切力。

模具设计之滑块设计实例

图5-3-5  整体嵌人式凹模结构形式

   (5)四壁拼合式凹模

    四壁拼合如图5-3-6所示。大型和形状复杂的凹模,可以把它的四壁和底板分别加工经研磨后压入模套中。在图b中,为了保证装配的准确性,侧壁之间采用锁扣连接,连接处外壁应留有0.3~0.4mm的间隙,以使内侧接缝紧密,减少塑料的挤入。

模具设计之滑块设计实例

图5-3-6  四壁拼合式凹模结构形式

1-模套;2、3-侧向镶拼块;4-底部镶拼块

 

    综上所述,采用组合式凹模,简化了复杂凹模的加工工艺,减少了热处理变形,拼合处有间隙利于排气,便于模具的维修,节省了贵重的模具钢。为了保证组合工型腔尺寸的精度和装配的牢固,减少塑件上的镶拼痕迹,对于镶块的尺寸、形位公差要求较高,组合结构必须牢固,镶块的机械加工工艺性要好。因此 ,选择合理的组合镶拼结构是非常重要的。

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塑料模具设计教程_5-4模具结构零部件的设计

5-4-1 标准注射模架

    模架是注射模的骨架和基体,通过它可以将模具的各个部分有机地联系成一个整体,如图5-4-1所示。标准模架一般由定模座板、定模板、动模板、动模支承板、垫块、动模座板、推杆固定板、推板、导柱、导套及复位杆组成。除此之外,还有一些特殊结构的模架,如点浇口模架、带推件板推出的模架等。

    注射模具的基本结构有很多共同点,使用标准模架可以提高模具的质量、缩短模具的制造周期、降低模具的制造费用。目前,我国塑料注射模架的国家标准有两个,即《塑料注射模中小型模架》(GB/T12556-1990)和《塑料注射模大型模架》(GB/T12555-1990)。

塑料模具设计教程_5-4模具结构零部件的设计

塑料模具设计教程_5-5模具导向机构的设计

5-5-1 导向机构的作用

    以合模导向机构为例。

    合模导向机构是保证动定模或上下模合模时,正确定位和导向的零件。合模导向机构主要有导柱导向和锥面定位两种形式。通常采用 导柱导向定位。如图5-5-1所示:

模具设计之滑块设计实例

图5-5-1 合模导向机构

    导向机构的作用有以下三点:

①定位作用

    模具闭合后,保证动定模或上下模位置正确,保证型腔的形状和尺寸精确;导向机构在模具装配过程中也起到了定位作用,便于装配和调整。

②导向作用

    合模时,首先是导向零件接触,引导动定模或上下模准确闭合,避免型芯先进入型腔造成成型零件损坏。

③承受一定的侧向压力

    塑料熔体在充型过程中可能产生单向侧压力,或者由于成型设备精度低的影响,使导柱承受了一定的侧向压力,以保证模具的正常工作。若侧压力很大时,不能单靠导柱来承担,需增设锥面定位机构。

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塑料模具设计教程_5-6模具推出机构设计

    把注射成型后的塑件及浇注系统凝料从模具中脱出的机构称为推出机构,推出机构的动作通常是由安装在注射机上的顶杆或液压缸来完成的。推出机构的设计是注射模设计的一个十分重要的环节,直接影响到成型塑件的质量。在学习中应注意分析各种典型推出机构的结构组成形式以及在开合模过程中推出机构各零部件的作用。

5-6-1 推出机构组成及分类

一 推出机构的组成

    推出机构一般由推出元件、复位元件和导向元件三大部件组成。

    下面以图5-6-1所示的模具来说明推出机构的结构组成。

模具设计之滑块设计实例

图5-6-1  推出机构

1—推件杆;2—推件杆固定板;3—推板导套;4—推板导柱;5—推板;6—拉料杆;7—支承钉;

8—复位杆; 

    与塑料直接接触并能将塑件从模具型腔中或型芯上脱出的元件,称为推出元件。推出元件由推件杆1、拉料杆6等组成,它们固定在推件杆固定板2上。为了推出时推件杆有效地工作,在推件杆固定板后需设置推板5,两者之间用螺钉联接。

    使推出机构在下一次注射前能够复位的零件,称为复位元件,主要零件是复位杆。复位杆8固定在推杆固定板2上,推出机构工作时复位杆8也跟随推出,合模时,动模部分向前移动,当复位杆8伸出的端部与定模板接触时,带动推出机构运动并完成复位,准备下一次注射。

    为保证推出机构的推出和复位动作能灵活、顺畅地进行,中、大型模具或推杆很多的模具,通常要设置推出机构的导向装置,即图5-6-1中的推板导柱4和推板导套3。有的模具还设有支承钉,即图中支承钉7。支承钉可使推板与动模座板间形成间隙,有利于废料、杂物的去除,另外还可以通过支承钉厚度尺寸来调整推杆工作端的装配位置,以减小动模座板厚度的机加工精度。

二 推出机构的分类

1. 按推出的动力来源分类

    推出机构按推出的动力来源可分为手动推出、机动推出和液压推出等三类。

(1)手动推出

    手动推出是指模具开模后,由人工操作的推出机构推出塑件,它可分为模内手工推出和模外手工推出两种。其中模内手工推出机构常用于塑件滞留在定模一侧的情况。

(2)机动推出

    机动推出是利用开模动作,依靠注射机上的顶杆推动推出机构,实现塑件自动脱模。

(3)液压推出

    液压推出是利用注射机上设置的专用液压缸,在开模时由液压缸的活塞杆推动推出机构,将塑件从动模上自动推出。

2. 按推出元件的类别分类

    按推出元件的类别可分为推杆推出、推件板推出、推管推出等。

 3. 按模具的结构特征分类

    按模具的结构特征可分为简单推出机构和复杂推出机构。推杆、推管、推件板推出机构均属于简单推出机构;定模推出机构、二次推出机构、浇注系统推出机构、带螺纹的推出机构、多次分型推出机构等属于复杂推出机构。

三 推出机构的设计要求

1. 推出机构应尽量设计在动模一侧

    由于推出机构的动作是通过注射机的动模一侧的顶杆或液压缸来驱动的,所以,在一般情况下,模具的推出机构应尽量设计在动模一侧。因此,在考虑塑件在模具中的位置和分型面的选择时,应尽量能使模具分型后塑件留在动模一侧,方便推出机构的设计。

2. 塑件在推出过程中不发生变形和损坏

    为了使塑件在推出过程中不发生变形和损坏,设计模具时应仔细进行塑件对模具包紧力和粘附力的分析计算,合理地选择推出方式、推出位置和推出元件的数量等。

3. 不损坏塑件的外观

    对于外观质量要求较高的塑件,尽量不选择塑件表面作为推出位置,推出塑件的位置尽量设在塑件内部。对于塑件内外表面均不允许存在推出痕迹时,应改变推出机构的形式或设置专为推出使用的工艺塑料块,在推出后再与塑件分离。

4. 合模时应使推出机构正确复位

    设计推出机构时,应考虑合模时推出机构的复位,在斜销等侧向抽芯及其它特殊的情况下,还应考虑推出机构的先复位问题。

5. 推出机构应动作可靠

    推出机构在推出与复位的过程中,动作应可靠、灵活,结构应尽量简单,容易制造。

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塑料模具设计教程_5-8温度调节系统设计

    模具温度是指模具型腔和型芯的表面温度。模具温度是否合适、均一与稳定,对塑料熔体的充模流动、固化定型、生产效率及塑件的形状、外观和尺寸精度都有重要的影响。在模具中设置温度调节系统的目的就是要通过控制模具的温度,使注射成型塑件有良好的产品质量和较高的生产效率。

5-8-1 模具温度调节系统的重要性

    注射入模具中的热塑性熔融树脂,必须在模具内冷却固化才能成为塑件,所以模具温度必须低于注射入模具型腔内的熔融树脂的温度,即达到玻璃化温度以下的某一温度范围。为了提高成型效率,一般通过缩短冷却时间的方法来缩短成型周期。由于树脂本身的性能特点不同,所以不同的塑料要求有不同的模具温度。

表5-8-1  部分树脂的成型温度与模具温度                           ℃

树脂名称

成型温度

模具温度

树脂名称

成型温度

模具温度

LDPE

190~240

20~60

PS

170~280

20~70

HDPE

210~270

20~60

AS

220~280

40~80

PP

200~270

20~60

ABS

200~270

40~80

PA6

230~290

40~60

PMMA

170~270

20~90

PA66

280~300

40~80

硬PVC

190~215

20~60

PA610

230~290

36~60

软PVC

170~190

20~40

POM

180~220

60~120

PC

250~290

90~110

对于粘度低、流动性好的塑料(例如聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚酰胺等),因成型工艺要求模温不太高,所以常用常温水对模具进行冷却,有时为了进一步缩短在模内的冷却时间,亦可使用冷凝处理后的冷水进行冷却(尤其是在南方夏季);对于粘度高、流动性差的塑料(例如聚碳酸脂、聚砜、聚甲醛、聚苯醚和氟塑料等),为了提高其充型能力,考虑到成型工艺要求有较高的模具温度,因此经常需要对模具进行加热。对于粘流温度或熔点较低的塑料,一般需要用常温水或冷水对模具进行冷却;而对于高粘流温度和高熔点的塑料,可用温水进行模温控制。对于热固性塑料,模温要求在150~200℃,必须对模具加热。对于流程长、壁厚较小的塑件,或者粘流温度或熔点虽然不高但成型面积很大的塑件,为了保证塑料熔体在充模过程中不至温降太大而影响充型,可设置加热装置对模具进行预热。对于小型薄壁塑件,且成型工艺要求模温不太高时,可以不设置冷却装置而靠自然冷却。部分塑料树脂与之相适应的模具温度可参见表5-8-1。

    设置温度调节装置后,有时会给注射生产带来一些问题,例如,采用冷水调节模温时,大气中的水分容易凝聚在模具型腔的表壁,影响塑件的表面质量,而采用加热措施后,模内一些间隙配合的零件可能由于膨胀而使间隙减小或消失,从而造成卡死或无法工作,这些问题在设计时都应予以考虑。

5-8-2 模具的冷却系统

    冷却回路的设计应做到回路系统内流动的介质能充分吸收成型塑件所传导的热量,使模具成型表面的温度稳定地保持在所需的温度范围内,并且要做到使冷却介质在回路系统内流动畅通,无滞留部位。 

一 冷却回路尺寸的确定

   1. 冷却回路所需要的总面积

冷却回路所需总表面积可按下式计算:

塑料模具设计教程_5-8温度调节系统设计

塑料模具设计教程_5-7侧向分型与抽芯机构设计

    当塑件在与开合模方向不同的内侧或外侧有孔、凹穴或凸台时,模具上成型该处的零件必须制成可侧向移动的结构,以便在塑件脱模推出之前先将侧向成型零件抽出,否则塑件就无法脱模。带动侧向成型零件做侧向分型与抽芯和复位的整个机构称为侧向分型与抽芯机构。在学习时应通过对各种典型结构的结构形式、动作原理、制造和应用过程中优缺点的对比分析,掌握侧向分型与抽芯机构的设计技巧。

5-7-1 侧向分型与抽芯机构 基础知识及分类

一 侧向分型与抽芯机构分类

    根据侧向抽芯动力来源的不同,侧向分型与抽芯机构一般可分为手动、液压(或气动)和机动等三大类。

1. 手动侧向分型与抽芯机构

    手动侧向分型与抽芯机构是利用人工对模具进行侧向分型与抽芯,可分为模内侧向分型与抽芯和模外侧向分型与抽芯两大类。这类机构操作不方便,工人劳动强度大,生产效率低,而且受人力限制难以获得较大的抽芯力,但模具结构简单,成本低,常用于产品的试制、小批量生产或无法采用其它侧向抽芯机构的场合。由于丝杠螺母传动副能获得比较大的抽芯力,因而这种抽芯方式在手动侧向抽芯中应用较多。

2. 液压(或气动)侧向分型与抽芯机构

    液压(或气动)侧向分型与抽芯机构是利用压力油(或压缩空气)作为动力,在模具上配制专门的抽芯液压缸(或气缸),依靠液压缸(或气缸)的活塞来回运动实现侧向分型与抽芯及复位。这类机构动作比较平稳,抽拔力大,抽芯距较长,且抽芯的时间顺序可以根据需要自由设置。现代注射机通常带有抽芯的液压管路及控制系统,所以采用液压作侧向分型与抽芯十分方便。

3. 机动侧向分型与抽芯机构

    机动侧向分型与抽芯机构在开模时利用注射机的开模力作为动力,通过机械传动零件(如斜导柱、弯销等)将力作用于侧向成型零件,使其侧向分型或将其侧向抽芯;合模时又通过传动零件使侧向成型零件复位。这类机构虽然结构比较复杂,但其抽芯力大,生产效率高,容易实现自动化生产,因此在生产中的应用最为广泛。根据传动零件的不同,机动侧向分型与抽芯机构又可分为斜导柱、弯销、斜导槽、斜滑块和齿轮齿条等不同类型,其中以斜导柱侧向分型与抽芯机构最为常用。

二 抽芯力的确定

    由于塑料包紧在侧向型芯或粘附在侧向型腔上,因此在各类侧向分型与抽芯机构中,进行侧向分型与抽芯时必然会遇到抽拔阻力,侧向分型与抽芯的力(或称抽拔力)一定要大于抽拔阻力。

    影响抽芯力大小的因素很多,也很复杂,归纳起来有以下几个方面:成型塑件侧向凹凸形状的表面积愈大,表面的几何形状越复杂,所需的抽芯力越大;侧型芯部分的塑件壁厚越大,则凝固收缩越大,所需抽芯力越大;同一抽芯机构上侧型芯越多,所需抽芯力越大;侧型芯成型部分的脱模斜度越小,所需抽芯力越大;压射比压大,对侧型芯的包紧力就会增大,增加抽芯力。另外注射的保压时间、模具温度、涂料喷刷、塑料品种等都会对抽芯力造成影响。

侧向抽拔力可按公式进行计算,即:塑料模具设计教程_5-7侧向分型与抽芯机构设计

塑料模具设计教程_6-1压缩模结构组成及分类

6-1-1 压缩模结构组成

1.压缩模的工作原理

    压缩模的典型结构如图6-1所示。模具的上模和下模分别安装在压力机的上、下工作台上,上下模通过导柱导套导向定位。成型前,将配好的塑料原料倒入凹模4上端的加料室,然后上工作台下降,使上凸模3进入下模加料室4与装入的塑料接触并对其加热。当塑料成为熔融状态后,上工作台继续下降,熔料在受热受压的作用下充满型腔并发生固化交联反应。塑件固化成型后,上工作台上升,模具分型,同时压力机下面的辅助液压缸开始工作,脱模机构将塑件脱出。

2.压缩模的结构组成

    按各零部件的功能和作用,压缩模可分为以下7大部分:

(1)成型零件

    成型零件是直接成型塑件的零件,加料时与加料室一道起装料的作用。图6-1中模具型腔由上凸模3、凹模4、型芯8、下凸模9等构成。

(2)加料室

    图6-1中凹模4的上半部,为凹模截面尺寸扩大的部分。由于塑料与塑件相比具有较大的比容,塑件成型前单靠型腔往往无法容纳全部原料,因此一般需要在型腔之上设有一段加料腔室。

(3)导向机构

    图6-1中,由布置在模具上周边的四根导柱6和导套10组成导向机构,它的作用是保证上模和下模两大部分或模具内部其它零部件之间准确对合。为保证推出机构上下运动平稳,该模具在下模座板15上设有二根推板导柱,在推板上还设有推板导套。

(4)侧向分型与抽芯机构

    当压缩塑件带有侧孔或侧向凹凸时,模具必须设有各种侧向分型与抽芯机构,塑件方能脱出。图6-1中的塑件有一侧孔,在推出塑件前用手动丝杆(侧型芯19)抽出侧型芯。

(5)脱模机构

    压缩模中一般都需要设置脱模机构(推出机构),其作用是把塑件脱出模腔,图6-1中的脱模机构由推板16、推杆固定板18、推杆12等零件组成。

(6)加热系统

    在压缩热固性塑料时,模具温度必须高于塑料的交联温度,因此模具必须加热。常见的加热方式有:电加热、蒸汽加热、煤气或天然气加热等,但以电加热最为普遍。图6-1中加热板5、11中设计有加热孔7,加热孔7中插入加热元件(如电热棒),分别对上凸模、下凸模和凹模进行加热。

(7)支承零部件

    压缩模中的各种固定板、支承板(加热板等)以及上、下模座等均称为支承零部件,如图6-1中的零件l、5、11、14、15、20、2l等。它们的作用是固定和支承模具中各种零部件,并且将压力机的力能传递给成型零部件和成型物料。

模具设计之滑块设计实例

图6-1  压缩模结构

1-上模座板;2-螺钉;3-上凸模;4-加料室(凹模);5,11-加热板;6-导拄;7-加热孔;8-型芯;9-下凸模;10-导套;

12-推杆;13-支承钉;14-垫块;15-下模座板;16-推板;17-连接杆;18-推杆固定板;19-侧型芯;20-型腔固定板;21-承压块

6-1-2 压缩模的分类

    压缩模分类方法很多,可按模具在压力机上的固定方式分类,也可按模具加料室的形式进行分类,下面分别进行介绍。

1.按模具在压力机上的固定形式分类

    按模具在压力机上的固定形式,压缩模可分为移动式压缩模、半固定式压缩模和固定式压缩模。

(1)移动式压缩模

    移动式压缩模如图6-2所示,模具不固定在压力机上。压缩成型前,打开模具把塑料加入型腔,然后将上下模合拢,送入压力机工作台上对塑料进行加热加压成型固化。成型后将模具移出压力机,使用专门卸模工具开模脱出塑件。图6-2中是采用U型支架撞击上下模板,使模具分开脱出塑件。这种模具结构简单,制造周期短,但加料、开模、取件等工序均需手工操作,因此劳动强度大,生产率低、易磨损,适用于压缩成型批量不大的中小型塑件以及形状复杂、嵌件较多、加料困难及带有螺纹的塑件。

  模具设计之滑块设计实例

图6-2 移动式压缩模

 

(2)半移动式压缩模

    半移动式压缩模如图6-3所示,一般将上模固定在压力机上,下模可沿导轨移进或移出压力机外进行加料和在卸模架上脱出塑件。下模移进时用定位块定位,合模时靠导向机构定位。这种模具结构便于安放嵌件和加料,且上模不移出机外,从而减轻了劳动强度,也可按需要采用下模固定的形式,工作时移出上模,用手工取件或卸模架取件。

塑料模具设计教程_6-1压缩模结构组成及分类

塑料模具设计教程_6-2压缩模与压机关系

一、国产压力机的主要技术规范

    压力机是压缩成型的主要设备,设计者必须熟悉压力机的主要技术规范。压力机的种类较多,按传动方式可分为机械式压力机和液压机。

1. 机械式压力机

    机械式压力机常见的形式有螺旋式压力机,双曲柄杠杆式压力机等。由于机械式压力机的压力不准确,运动噪声大,容易磨损,特别是人力驱动的手板压力机,劳动强度很大,故机械式压力机工厂很少采用。

2. 液压机

    液压机最为常用,其分类也很多,按机架结构分为框式结构和柱式结构;按施压方向分为上压式和下压式,压制大型层压板可采用下压式压力机,压制塑件一般采用上压式压力机;按工作流体种类可分为油驱动的油压机和油水乳液驱动的水压机,水压机一般采用中心蓄能站,用它能同时驱动多台压力机,生产规模很大时较为有利,但近年来已较少使用,目前大量使用的是带有单独油泵的油压机,此种压力机的油压可以调节,其最高工作油压多采用30MPa,此外还有16、32、50MPa等。液压机多数具有半自动或全自动操作系统,对压缩成型时间等可以进行自动控制。

    各种压力机的技术参数详见有关手册。

模具设计之滑块设计实例

图6-7 SY71-45型塑料制品液压机

模具设计之滑块设计实例

图6-8 YB32-100型四柱万能液压机

二、压机有关工艺参数的校核

    压缩模是在压力机上进行压缩生产的,压力机的成型总压力、开模力、推出力、合模高度和开模行程等技术参数与压缩模设计有直接关系,在设计压缩模时应首先对压力机作下述几方面的校核:

1. 成型总压力的校核

    成型总压力是指塑料压缩成型时所需的压力,它与塑件的儿何形状、水平投影面积、成型工艺等因素有关,成型总压力必须满足下式:

Fm=nAp≤kFp                                      (6-1)

式中    Fm——成型塑件所需的总压力,N;

n——型腔数目;

A——单个型腔在工作台上的水平投影面积,mm2,对于溢式或不溢式模具水平投影面积等于塑件最大轮廓的水平投影面积;对于半溢式模具等于加料室的水平投影面积;

p——压缩塑件需要的单位成型压力,MPa;

K——修正系数,按压力机的新旧程度取0.80~O.90;

Fp——压力机的额定压力,N。

当压力机的大小确定后,也可以按下式确定多型腔模具的型腔数目:

n≤KFp/Ap(取整数)                               (6-2)

2. 开模力和脱模力的校核    开模力和脱模力的校核是针对固定式压缩模而言的。

(1)开模力的校核    压力机的压力是保证压缩模开模的动力,压缩模所需要的开模力可按下式计算:

Fk = kFm                                         (6-3)

式中    Fk——开模力,N;

k——系数,配合长度不大时可取0.1,配合长度较大时可取0.15,塑件形状复杂且凸、凹模配合较大时可取0.2;

Fm——成型塑件所需的总压力,N。

若要保证压缩模可靠开模,必须使开模力小于压力机液压缸的回程力。

(2)脱模力的校核

    压力机的顶出力是保证压缩模推出机构脱出塑件的动力,压缩模所需要的脱模力可按下式计算:

Ft = AcPf                                          (6-4)

式中    Ft——塑件从模具中脱出所需要的力,N;

Ac——塑件侧面积之和,mm2;

Pf——塑件与金属表面的单位摩擦力,塑件以木纤维和矿物质作填料取0.49MPa,塑料以玻璃纤维增强时取1.47MPa。

    若要保证可靠脱模,则必须使脱模力小于压力机的顶出力。

3. 合模高度与开模行程的校核

    为了使模具正常工作,必须使模具的闭合高度和开模行程与压力机上下工作台之问的最大和最小开距以及活动压板的工作行程相适应,即:

hmin≤h≤hmax                                    (6-5)

h = h1 + h2

式中    hmin、hmax——压力机上下模板之间的最小和最大距离;

h——模具合模高度;

h1——凹模的高度(见图6-9);

h2——凸模台肩的高度(见图6-9)。

如果h < hmin,则上下模不能闭合,模具无法工作,这时在模具与工作台之间必须加垫板,要求hmin小于h和垫板厚度之和。为保证锁紧模具,其尺寸一般应小于10~15mm。为保证顺利脱模,除满足hmax > h外,还要求:

hmax≥h+L                                       (6-6)

式中    hmax——压力机上下模板之间的最大距离;

h——模具合模高度;

L——模具最小开模距离。

而   L = hs + ht + (10~30) mm

 hmax≥ h + hs + ht + (10~30) mm                     (6-7)

式中    hmax——压力机上下模板之间的最大距离;

h——模具合模高度;

hs——塑件的高度,mm;

ht——凸模高度,mm。

模具设计之滑块设计实例

图6-9 模具高度和开模行程

1-凸模  2-塑件  3-凹模 

    4. 压力机工作台有关尺寸的校核

    压缩模设计时应根据压力机工作台面规格和结构来确定模具的相应尺寸。模具的宽度尺寸应小于压力机立柱(四柱式压力机)或框架(框架式压力机)之间的净距离,使压缩模能顺利装在压力机的工作台上,模具的最小外形尺寸不应超过压力机工作台面尺寸,同时还要注意上下工作台面上的T形槽的位置,其T形槽有沿对角线交叉开设的,也有平行开设的。模具可以直接用螺钉分别固定在上下工作台上,但模具上的固定螺钉孔(或长槽,缺口)应与工作台的上下T形槽位置相符合,模具也可用螺钉压板压紧固定,这时上下模底板应设有宽度为15~30mm的凸台阶。

5. 压力机顶出机构的校核

    固定式压缩模一般均利用压力机工作台面下的顶出机构(机械式或液压式)驱动模具脱模机构进行工作,因此压力机的顶出机构与模具的脱模机构两者的尺寸应相适应,即模具所需的脱模行程必须小于压力机顶出机构的最大工作行程,其中,模具需用的脱模行程Ld一般应保证塑件脱模时高出凹模型腔10~15mm,以便将塑件取出,图6-10所示即为塑件高度与压力机顶出行程的尺寸关系图。

顶出距离Ld必须满足:

Ld = hS + h3 + (10~15) mm≤ LP                       (6-8)

式中    Ld——压缩模需要的脱模行程,mm;

hs——塑件的最大高度,mm;

h3——加料腔的高度,mm;

Lp——压力机推顶机构的最大工作行程,mm。

 

塑料模具设计教程_6-2压缩模与压机关系

塑料模具设计教程_6-3压缩模成型零部件的设计

    在设计压缩模时,首先应确定加料室的总体结构,凹模和凸模之间的配合形式以及成型零部件的结构,然后再根据塑件尺寸确定型腔成型尺寸,根据塑件重量和塑料品种确定加料室尺寸。有些内容,如型腔成型尺寸计算、型腔底板及壁厚尺寸计算、凸模的结构等,在前面注射模设计的有关章节已讲述过,这些内容同样也适用于热固性塑料压缩模的设计,因此现仅介绍压缩模的一些特殊设计。

6-3-1 塑件加压方向的选择

    加压方向是指凸模作用方向。加压方向对塑件的质量、模具结构和脱模的难易程度都有重要影响,因此在决定施压方向时要考虑以下因素:

1. 便于加料

    图6-11所示为塑件的两种加压方法,图6-11a所示的加料室较窄不利于加料;图6-11b所示的加料室大而浅便于加料。

塑料模具设计教程_6-3压缩模成型零部件的设计