熱固性塑料注塑模設(shè)計培訓(xùn)課程

第十一章熱固性塑料注塑模設(shè)計

內(nèi)容簡介：本章主要講述熱固性塑料的成型方法和特點；熱固性塑料注塑模具的設(shè)計要點，包括型腔數(shù)目的確定、分型面的設(shè)計、成型零件的設(shè)計、嵌件的安裝要求、排氣系統(tǒng)的設(shè)計等內(nèi)容；澆注系統(tǒng)設(shè)計，包括主流道、分流道、型腔位置、澆口位置形狀尺寸的設(shè)計等。

學(xué)習(xí)目的和要求：1、了解熱固性塑料的成型方法特點。2、掌握熱固性塑料注塑模具的設(shè)計要點和其澆注系統(tǒng)設(shè)計的有關(guān)知識。

重點：1、熱固性塑料注塑模具的設(shè)計要點。2、熱固性塑料注塑模具澆注系統(tǒng)設(shè)計。

難點：熱固性塑料注塑模具澆注系統(tǒng)設(shè)計。

11.1概述

加工對象：酚醛塑料、氨基塑料、環(huán)氧樹脂等熱固性塑料特點：優(yōu)良的耐熱和阻燃性、耐化學(xué)性、抗蠕變等，且價格低廉。成型方法：壓制成型和壓鑄成型手工操作繁重、復(fù)雜，成型周期又長，模具易損壞，成型質(zhì)量不穩(wěn)定11.1.1成型方法特點

1．生產(chǎn)效率高

2．塑件固化均勻性改善3．勞動條件明顯改善4．注塑件質(zhì)量穩(wěn)定11.1.2注塑工藝特點

（一）工藝特點

(2)塑化溫度范圍寬一般要求物料在70～90℃能夠塑化，具有一定流動性。如果物料允許的塑化溫度范圍比較大就可以將實際應(yīng)用的塑化溫度提高，以便于下一階段注射。如果允許的塑化溫度范圍比較窄，一定要嚴(yán)格控制實際塑化溫度，避免溫度升高而出現(xiàn)早期硬化現(xiàn)象。并要求在注塑機的料筒中存留15～30min，具有熱穩(wěn)定性。1．熱固性注塑料

(1)合適的流動性熱固性注塑料的拉西哥流動性—般大于200mm。相對分子質(zhì)量在1000以內(nèi)的線型分子或具有少量支鏈型的分子，其流動性最好。木粉作填料的注塑塑料流動性最好，無機填料的流動性較差。玻璃纖維和紡織填料的塑料流動性最差。添加潤滑劑可提高流動性，過多固化劑會降低流動性。

(3)高溫下能快速固化固化速度快能縮短成型周期，提高生產(chǎn)效率。但過快固化，會造成局部型腔特別是細(xì)小部位充填不滿。

(4)收縮率要小比起熱固性塑料的壓制和壓鑄成型，注塑料的收縮率最大。因為成型中受到壓力最小；且模具溫度高，脫模后冷卻至室溫又再次收縮。另外熱固性注塑料的收縮率與填料的種類和含量有關(guān)。木粉等有機填料會使收縮率大增。礦物填料，特別是玻璃纖維充填的注塑料收縮率較小。過大的收縮率使制品尺寸變化大，又易產(chǎn)生變形翹曲。模具設(shè)計收縮率仍以模具和制品在室溫條件下的尺寸計算。由于該收縮率與注塑料品種和配方關(guān)系很大，通常又含有40％以上填料，收縮率應(yīng)由生產(chǎn)廠的注塑料說明書或試驗確定。2．熱固性塑料注塑機熱固性塑料注塑應(yīng)該用專門的注塑機。這種注塑機與常用的熱塑性塑料注塑機主要有兩個方面的區(qū)別：(1)料筒加熱方式熱固性塑料的塑化熱量主要來源是螺桿旋轉(zhuǎn)的剪切熱。料筒的外加熱主要起預(yù)熱作用，并起對料筒溫度的調(diào)節(jié)作用。單一的電熱方式易使物料過熱固化。因此，常用水或油加熱料筒。也有電加熱水結(jié)構(gòu)的料筒。另一種是油電加熱料筒，電熱僅用于預(yù)熱，塑化時調(diào)節(jié)油溫來控制料筒溫度，所以料筒溫度控制精度較高。(2)塑化螺桿的壓縮比由對熱塑性注塑料的2～3.5：1改小至1：1。長徑比由15～20減小為12～15，以減少對物料的剪切和摩擦作用。3．注塑工藝(1)工藝要點熱固性塑料注射中有熔體溫升的要求，所以一般取較大的注射壓力，相應(yīng)采用較高注塑速度，以獲得較高的摩擦熱，有利于縮短充模和硬化定型時間，同時還能避免熔體在流道中出現(xiàn)早期硬化，并減少制品表面的熔接痕和流動紋。熱固性塑料在模具中進行固化反應(yīng)，會產(chǎn)生縮合水和低分子揮發(fā)物，模具型腔必須設(shè)有暢通的排氣系統(tǒng)。否則會在塑件表面留下氣泡和殘缺。固化成型時間按最大壁厚計算，一般為8～12s／mm，快速固化的注塑料5～7s／mm。

(2)存在的問題熱固性塑料中的填料，如玻璃纖維在螺桿剪切作用中會受損；而布屑、紙片等大顆粒填料難于進料，不但物料的流動性差，而且對螺桿和模具等磨損作用大，又使注塑件取向較嚴(yán)重，產(chǎn)品易翹曲變形。塑件中的嵌件的安放受成型速度等限制，不能過多和安放過慢。澆注系統(tǒng)凝料只能作廢料處理。熱固性注塑的設(shè)備和模具成本高，而且耗能也大。

2模內(nèi)流動和固化

熱塑性塑料熔體充模，流速沿斷面呈拋物線分布，如圖11-2(a)所示。熱固性塑料熔體充模時，流速沿斷面呈“活塞流”分布，如圖11—2(b)所示。

熱固性塑料熔體溫度均勻一致，沒有明顯的內(nèi)外層。因此注塑充模塑件在整個斷面上有較均勻一致力學(xué)和電絕緣性能。但是這種充模流動，在模具高溫模壁處的流速很高，對模壁產(chǎn)生很大摩擦磨損。熱固性塑料充模后固化交鏈成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，不會出現(xiàn)大分子鏈的取向，也很少產(chǎn)生熔體破裂現(xiàn)象。

熱固性塑料熔體在充模過程中，模內(nèi)熔體受熱時，一方面由于分子鏈活動性增大使粘度降低；但另一方面因固化反應(yīng)而使粘度大增。如圖11-3所示，是兩個相反的綜合影響結(jié)果。

綜上所述，熱固性塑料注塑模具的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計時必須考慮如下特點。1制品尚未固化前樹脂粘度比熱塑性塑料低，對于0．01～0．02mm縫隙也會溢出。2制品成型后硬而脆。其分型面上飛邊和鉆入縫隙溢料使清理困難。易破碎的小片會磨損模具表面。3熱固性塑料的摩擦系數(shù)和收縮率較小。塑件對型芯包緊力較小，開模時易滯留在型腔的一側(cè)。4塑料熔體對模具成型表面有較嚴(yán)重的磨蝕磨損。5模具工作溫度遠(yuǎn)高于室溫，使室溫下的裝配間隙很難控制使工作時的運動零件產(chǎn)生咬死和拉毛現(xiàn)象。

11.2模具設(shè)計要點

11.2.1型腔數(shù)目確定

應(yīng)以保證足夠大的鎖模力，防止分型面上出現(xiàn)飛邊來確定型腔數(shù)。其中，n為由鎖模力決定的型腔數(shù)；F為注塑機的鎖模力(N)；Pc為型腔內(nèi)塑料熔體的壓力(MPa)；B為流道和澆口在分型面上的投影面積(mm2)；A為每個制件在分型面上的投影面積(mm2)。根據(jù)經(jīng)驗，酚醛塑料成型時型腔壓力Pc為30～40MPa，氨基塑料Pc為40～60MPa，不飽和聚酯Pc為10～20MPa。

還需校核塑料熔體在料筒中的存留時間b。使b不得超過熔體狀態(tài)的維持時間。目前，該允許維持時間[]b＝4～6min,有所以，每次實際注塑量為注塑后料筒中存料的0.7～0.8較為合適。因為料筒中存料總量一定。倘若注塑量過少，會造成塑件上有過早固化硬塊。甚至必須經(jīng)常對空噴射，以防止塑料在料筒中固化。

11.2.2分型面設(shè)計

避免分型面處溢料或減小溢料飛邊厚度的措施：1）盡可能減小分型面處動、定模的實際接觸面積，以利于加工和裝配時提高接觸面的平行度，增大接觸面處的閉合壓力，增加模具閉合的緊密性。將分型面除型腔和澆注道所在區(qū)以外部分削去0.5～1.0mm，如圖11-5所示。2）分型面上盡量不設(shè)與成型無關(guān)的孔穴或凹坑，如螺釘固定孔、銷釘孔等應(yīng)設(shè)計為盲孔。對于難以避免的孔，應(yīng)盡可能遠(yuǎn)離型腔，并避免與排氣槽連通．以避免這些孔內(nèi)溢入塑料，難以清理。3）盡量避免減少或避免在分型面上出現(xiàn)溢料飛邊，或盡可能使可能溢料的方向垂直于分型面。

4）分型面應(yīng)具有一定硬度，接觸部位的硬度應(yīng)能達(dá)到52~57HRC，非接觸部位的硬度也應(yīng)高于30HRC。11.2.3成型零件設(shè)計

1.考慮熱固性塑料注塑收縮率的離散性較大2.計算得模具型腔尺寸中減去毛邊值。3.成型零件設(shè)計應(yīng)盡量避免鑲拼結(jié)構(gòu)4.型腔和型芯一般都應(yīng)經(jīng)過熱處理淬硬5.成型零件常用鍍硬鉻后拋光來提高光潔度6.型腔表面粗糙度應(yīng)在Ra0.20以下

2．降低表面粗糙度。熱塑性注塑模運動零件配合面一般為Ra1.60，很少小于0.80，熱固性注塑模運動零件配合面應(yīng)不超過Ra0.40。3．采用鍍鉻或采用固體潤滑劑。鍍鉻是為了增加表面耐磨性，某些小孔、深孔不易鍍鉻，可采用耐高溫的石墨類固體潤滑劑減少磨損。4．采用無摩擦磨損的配合方式。對于頂桿、脫件板等的頂出部分，應(yīng)盡可能改用錐面配合，閉模狀態(tài)無間隙或僅極小間隙，推件時無摩擦。

11.2.4對相對運動零件的要求

采取下述措施避免或減少磨損。1.提高配合面硬度。一般情況下應(yīng)達(dá)到HRC54～58，特殊情況下達(dá)HRc60以上。11.2.5嵌件和安裝

熱固性塑料制品中若要安放嵌件，首先要防止熔體鉆料，其次要求安裝快速。安放嵌件要求：1）盡量采用臺肩式嵌件2）提高嵌件與模具的配合精度3）保證嵌件定位的穩(wěn)定性11.2.6某些機構(gòu)的設(shè)計特點

熱固性塑料由于溢料間隙小，給模具頂出機構(gòu)提出特殊要求。頂桿頂出機構(gòu)常用。1．脫件板機構(gòu)脫件板上的孔與型芯的配合間隙比熱塑性注塑模中要求的要小，且要求脫件板淬硬。封閉式敞開式2．頂管和推塊機構(gòu)必須避免采用整體式、凸肩式頂管，應(yīng)該采用兩腳式（扇形式）頂管或開窗式（直通式）頂管。

3．頂桿脫模頂桿機構(gòu)是最適用于熱固性注塑模的脫模機構(gòu)，頂桿頂出端采用圓柱面配合，容易達(dá)到配合要求，溢入的塑料也可以從配合段下段孔的擴大部分逸出。11.2.7排氣系統(tǒng)設(shè)計

熱固性塑料注塑模不但要排出型腔中的空氣，還有固化反應(yīng)所產(chǎn)生的揮發(fā)性氣體，因此，排氣量大。在澆口前的分流道就應(yīng)該開始排氣。排氣槽寬度就等于分流道寬度，在分型面上深度取0.12mm左右。一般在型腔四周均應(yīng)當(dāng)排氣，在料流末端更應(yīng)保證排氣暢通。分型面上排氣槽寬度3～8mm，深度0.06～O.18mm，如圖11-10(a)所示，排氣槽相互間隔至少25mm。排氣糟允許物料溢出，并有與型腔表面相同的粗糙度和硬度。但遇到小型板件，排氣量又不大，則用約0.06mm淺的排氣槽，使飛邊去除容易。也有在芯柱上開設(shè)排氣隙，見圖11-10(b)。在芯柱外圓上磨出3～4個深0.05～0.075mm的平面，然后經(jīng)中心引氣孔導(dǎo)出氣體。返回

排氣槽在分型面排氣槽在芯柱燒結(jié)塊排氣11.2.8澆口部位的鑲塊

熱固性注塑模澆口部位的磨損特別嚴(yán)重，需定期更換修復(fù)，因此采用澆口鑲塊形式，用硬質(zhì)合金制造。11.2.9模具絕熱

熱固性注塑模的模具溫度一般在160～210℃之間，動、定模的模具安裝底板之外都要增加絕熱墊層，防止模具向注塑機模板上散熱。

返回

熱固性塑料注塑模加熱系統(tǒng)使用最多的是電熱棒，也有用電熱板。其加熱功率計算見第九章，應(yīng)該用兩絕熱板之間的模具總重量計算。也有一個專用經(jīng)驗公式:W=0．2V(11-3)

式中W——加熱器功率(W)；V——被加熱模具體積(cm3)。動模和定模分別設(shè)置測溫?zé)犭娕?，以自動控制模具溫度，使成型表面溫差在?.5℃之內(nèi)。表11-1為部分熱固性塑料注塑成型模具溫度提供了參考。

11.3.1主流道和冷料井

1.為加快升溫速度，將主流道設(shè)計得比較細(xì)小，以增加單位體積的傳熱比表面積和摩擦生熱量。與熱塑性塑料注塑模具相同，臥式注塑機用模具主流道呈圓錐形，角式注塑機用模具主流道多呈圓柱形或橢圓形。熱塑性與熱固性注塑模其錐形主流道尺寸與注塑機噴嘴尺寸關(guān)系如表11-2：

11.3澆注系統(tǒng)設(shè)計

2.熱固性注塑機噴嘴孔徑一般為φ5～8毫米(熱塑性注塑機多為φ3～6毫米)，小于主流道襯套上的凹面球面半徑。倒錐形硬料井Z型頭拉料桿環(huán)形槽硬料井3.拉料腔（頂拉腔）收集前鋒硬料

11.3.2分流道

分流道斷面形狀：圓形、梯形、U字形、半圓形、矩形等。從流動阻力來看，圓形最??；寬度和高度之比愈大的矩形，流動阻力愈大。從傳熱效果來看，以狹長的矩形比表面積（流道表壁面積與容積比值）最大，傳熱效果最好，而圓形比表面積最小，傳熱效果最差。從加工難易程度來看，圓形最難加工，其它形狀加工容易。

選擇分流道的斷面形狀應(yīng)結(jié)合其長度綜合考慮；分流道較長時，為避免流動阻力過大，宜選用圓形、梯形或U字形分流道；分流道很短時傳熱面積成為主要矛盾，宜用薄而寬的矩形分流道，特別是壓鑄模具，其分流道一般都很短。但注塑模具最常用的還是梯形分流道。

分流道的斷面尺寸由制件大小決定，熱固性注塑模與熱塑性注塑模并無本質(zhì)的不同，其斷面積可按下式進行初步估算：A=0.26W+20

上式適用于酚醛塑料粉及其類似的熱固性塑料。截面高度的大小，則根據(jù)成型體積、制品的厚度、幾何形狀和復(fù)雜程度確定，小型：2~4mm大型：4~8mm。分流道的布置：平衡式和非平衡式。最好取平衡式布置，即由主流道到各型腔的流動距離、斷面尺寸及形狀和轉(zhuǎn)彎角度都是對應(yīng)相等的，這樣可保證各型腔均衡的進料和補料，使各制品性能一致，且不易出現(xiàn)由于不連續(xù)進料所造成的缺陷。但另一方面分流道的距離應(yīng)盡可能短，平衡式布置常會造成分流道過長。這時應(yīng)對其利弊全面考慮。

11.3.3型腔位置

型腔在分型面上的布置應(yīng)力求其投影面積中心與注塑機的鎖模力中心相重合。對于普通臥式注塑機其鎖模力的中心在料筒中心線上，即在模具的主流道中心線上。型腔在分型面上的布置應(yīng)力求受熱均勻11.3.4澆口位置設(shè)計

澆口的設(shè)計原則：1.避免熔體破碎和噴射所造成的缺陷。2．考慮定向方位對制品性能的影響。纖維狀填料定向方向與流動方向垂直。3．有利于流動、排氣和補料。4．減少熔接痕，增強熔接牢度。5．考慮流動距離比，即L／t。6．防止料流將型芯或嵌件擠歪變形。

11.3.5澆口形狀和尺寸的設(shè)計

對澆口入口端倒角，使料流平滑過渡，以減少塑料對澆口的磨損。澆口部位宜用特種鋼材制造。國外采用鎢、鉻、鋁硬質(zhì)合金，并作成可以局部更換的結(jié)構(gòu)。澆口截面的高度可取大些。澆口斷面要適宜，體積要小。熱固性塑料注塑模設(shè)計原則：

熱固性注塑模的點澆口，其直徑不宜小于1.2毫米，在φ1.2～2.5毫米之間選取。

1．點澆口斷面尺寸較小，充模變得容易，縮短固化周期；斷面尺寸過小，塑料熔體的粘度可能反而上升，澆口處劇烈磨損，使填料定向變得嚴(yán)重，增大了塑料殘余