【文章內(nèi)容簡介】 度不足而損壞的情況。排膠口形式見圖 3。 圖 3 P216 型芯與支架 帶有型芯與支架的擠出模具見圖 4。 圖 4 P228 14 型芯有兩種結(jié)構(gòu)形式：一種是帶中心孔結(jié)構(gòu)，它 與支架加強筋外接孔相通，擠出過程中利用壓縮空氣吹入滑石粉，使空芯制品的內(nèi)徑保持不粘合狀態(tài)；另一種是無孔結(jié)構(gòu)，用于擠出膠料硬度較高或厚壁制品。 支架起支撐型芯的作用，它與擠出模具的內(nèi)孔配合定位。支架一般有 2～ 3根支撐筋。 第四節(jié) 橡膠注射模具的特點 橡膠注射硫化工藝是橡膠制品生產(chǎn)中的一項新型加工技術(shù)。其最大特點是：縮短硫化時間，減小生產(chǎn)中的準(zhǔn)備工序，減輕勞動強度，提高生產(chǎn)效率。 橡膠注射硫化的原理是橡膠的線形大分子在硫化交聯(lián)劑的作用下交聯(lián)成網(wǎng)狀或體形結(jié)構(gòu)的過程，其過程是一種化學(xué)反應(yīng)?；瘜W(xué)反應(yīng)完成的時 間隨著反應(yīng)溫度的增加而縮短。橡膠硫化過程每當(dāng)溫度升高 10176。達到同一硫化程度所需要的時間就縮短約一半。當(dāng)然，橡膠在硫化過程中的化學(xué)、物理性能的變化是與溫度和時間有關(guān)的，選擇合理的硫化時間和溫度是保證注射硫化制品的性能的關(guān)鍵。 15 塑料模具設(shè)計 緒論 一、 橡塑模具在國民經(jīng)濟中的地位 模具是工業(yè)生產(chǎn)中用來成型制品的重要工業(yè)裝備，是國民經(jīng)濟各部門發(fā)展的重要基礎(chǔ)之一。模具直接影響著新產(chǎn)品的開發(fā)和老產(chǎn)品的更新?lián)Q代，影響著產(chǎn)品的質(zhì)量的提高和經(jīng)濟效益的增加。美國工業(yè)界認 為模具工業(yè)是工業(yè)的基石。日本則稱模具是促進社會繁榮富裕的動力。的確，沒有高水平的模具工業(yè)，就沒有高水平的機電工業(yè)。 塑料工業(yè)是隨著石油工業(yè)的發(fā)展應(yīng)運產(chǎn)生的。自 40 年代研制出聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚乙烯等塑料產(chǎn)品以來，塑料工業(yè)的發(fā)展日新月異，新材料、新工藝、新技術(shù)不斷涌現(xiàn)，產(chǎn)品產(chǎn)量不斷翻番。塑料已經(jīng)成為繼金屬材料、纖維材料、硅酸鹽材料之后的第四大材料。以塑料代替金屬材料、木材等材料已經(jīng)成為塑料發(fā)展的趨勢。近幾年來，由于生產(chǎn)設(shè)備技術(shù)的提高和發(fā)展，橡膠產(chǎn)品也已不只是單純的壓制產(chǎn)品，注射產(chǎn)品等也越來越多的應(yīng)用于工業(yè) 、家電等各行業(yè)。這些橡塑產(chǎn)品的應(yīng)用，提高了工業(yè)產(chǎn)品的附加值。 事實上，儀器儀表、家用電器、交通、通訊和輕工業(yè)等行業(yè)的產(chǎn)品零件中，絕大多數(shù)是采用模具加工而成的。沒有模具加工業(yè)，就沒有橡塑制品。就塑料加工業(yè)而言，塑料產(chǎn)品的不斷開發(fā)與應(yīng)用，就不斷地向模具設(shè)計、研制和生產(chǎn)提出更高的要求，這又極大地促進了模具的發(fā)展。在許多發(fā)達國家，模具工業(yè)的產(chǎn)值已經(jīng)超過或接近機床工業(yè)的產(chǎn)值。我國也已經(jīng)把模具工業(yè)作為重點發(fā)展的產(chǎn)業(yè)，模具工業(yè)已經(jīng)成為我國國民經(jīng)濟發(fā)展的重要部分。 二、 塑料橡膠模具概述 在各種材料加工工業(yè)中廣泛地使用著各種模具 ，例如塑料制品使用的塑料模具，橡膠制品使用的橡膠模 具，金屬壓力加工使用的金屬模具，陶瓷、玻璃制品使用的陶瓷、玻璃模具，金屬鑄造成型使用的砂型模具等等。 模具是利用特定的形狀和尺寸成型一定制品的工具。成型橡塑制品的模具就是橡塑模具。 隨著新材料、新工藝、新技術(shù)的不斷發(fā)展，越來越多橡塑產(chǎn)品應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國防、家電等各行業(yè)。特別是塑料材料已成為繼金屬材料、纖維材料、硅酸鹽材料之后的第四大材料。許多形狀復(fù)雜、尺寸精度高的產(chǎn)品不斷出現(xiàn)，這些產(chǎn)品的產(chǎn)生勢必帶動模具工業(yè)的發(fā)展，同時對模具工業(yè)也提出了更高的要求。 CAD/CAM/CAE 已經(jīng)成為模具加工、設(shè)計的主流。生產(chǎn)高效率、自動化、大型、微型、精密、壽命長的模具已經(jīng)成為模具發(fā)展的趨勢和判斷一個國家模具行業(yè)制造水平高低的主要因素。近幾年來，隨著我國不斷引進國外的先進的模具加工設(shè)備與計算機軟硬件，我國模具的設(shè)計制造水平不斷提高。性能穩(wěn)定的設(shè)備、合理的生產(chǎn)工藝、高質(zhì)量的模具是生產(chǎn)高質(zhì)量制品的必備條件。 三、塑橡模具的結(jié)構(gòu)類別及使用設(shè)備 （一）、塑料橡膠模具分類 不同成型方法成型的制品使用的模具結(jié)構(gòu)與成型原理是不同的。按成型加工方法的不同，橡塑成型模具 可分為以下幾大類。 1． 注射成型模具 在注射機的料筒內(nèi)加入物料，物料在注射機螺桿或柱塞的作用下，向前輸送，經(jīng)螺桿和外部加熱裝置的作用，由固態(tài)變?yōu)槿廴跔顟B(tài)，然后在注射機螺桿或柱塞的作用經(jīng)模具的澆注 16 系統(tǒng)注入型腔中定型。塑料中熱塑性塑料多用注射模具生產(chǎn)，橡膠制品中也越來越多的使用注射模具生產(chǎn)。 特點：模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜、適用于生產(chǎn)大型、厚壁、薄壁、形狀復(fù)雜、尺寸精度高的制品；生產(chǎn)效率高、質(zhì)量穩(wěn)定、能實現(xiàn)自動化生產(chǎn)。 圖 231 注射模具結(jié)構(gòu) 2． 壓制成型模具 將物料直接加入敞開的模具型 腔內(nèi)，然后合模施壓。物料在模具中經(jīng)熱和壓力的作用成為熔融狀態(tài)，經(jīng)過 物理或化學(xué)變化物料硬化定型。橡膠制品目前多采用壓制成型的方法生產(chǎn)。 特點：模具結(jié)構(gòu)簡單，通用性強、使用面廣、操作方便。 圖 232 壓制模具結(jié)構(gòu) 3． 擠出成型模具 擠出成型模具又稱機頭。在擠出機中的物料經(jīng)螺桿旋轉(zhuǎn)向前輸送，在料筒加熱裝置的作用下，由固態(tài)變?yōu)? 熔融狀態(tài)，經(jīng)擠出機機頭擠出成型。隨著機頭斷面形狀的改變可生產(chǎn)不同斷面形狀的連續(xù)制品。 特點：生產(chǎn)效率高、質(zhì)量穩(wěn)定、能實現(xiàn)自動化生產(chǎn)。 17 圖 323 擠出模具結(jié)構(gòu) 4． 塑料 中空吹塑成型模具 塑料中空吹塑成型根據(jù)成型工藝方法可分為擠出成型和注射成型等多種。擠出成型就是將擠出機擠出的熔 融管胚放入模具中，模具閉合夾緊，然后在管胚中通入壓縮空氣，使料胚膨脹貼緊模具定型成型。注射成型就是把注射機生產(chǎn)的型材放入模具中加熱并使之軟化，然后通入壓縮空氣，使料胚膨脹貼緊模具定型成型。 特點：模具受力小，模具結(jié)構(gòu)相對來講簡單，可成型用其他方法不能成型的制品。 圖 324 塑料中空吹塑模具結(jié)構(gòu) 除以上常用的模具外，還有壓鑄成型模具，塑料真空或壓縮空氣成型模具，塑料發(fā)泡模具等等。 圖 325 壓鑄模具結(jié)構(gòu) 圖 326 塑料真空或壓縮空氣模具 （二）、設(shè)備簡介 1． 注射成型機 18 2． 平板硫化機 3． 擠出成型機 4． 塑料中空成型機 第一節(jié) 概述 利用塑料注射成型機成型塑料制品的模具就是塑料注射模具，其結(jié)構(gòu)由制品的形狀及注射機形式?jīng)Q定的。 注射機成型的原理及特點在第二章中已有表述。塑料注射模具是塑料制品中應(yīng)用最廣的，由注射模具生產(chǎn)的制品已占塑料產(chǎn)品的 80%以上。注射模具在結(jié)構(gòu)上也是塑料模具中最復(fù)雜的。掌握注射模具的基本結(jié)構(gòu)，其它模具也就觸類旁通了。注射模具安裝在注射機上生產(chǎn)，因此模具設(shè)計要和注射機的規(guī)格相聯(lián)系，同時也與制品的要求、生產(chǎn)要求有關(guān)。 圖 311 為單分型面塑料注射模具的結(jié)構(gòu)形式。它主要由六部分組成。 19 圖 311 單分型面塑料注射模具 （一）、澆注系統(tǒng) 將塑料熔體由注射機引向模具成型部分的通道稱為澆注系統(tǒng)。它分為普通澆注系統(tǒng)和熱流道澆注系統(tǒng)。普通澆注系統(tǒng)由主流道、分流道、澆口、冷料井組成。圖 311 為普通澆注系統(tǒng)的模具結(jié)構(gòu)。 （二） 、成型零部件 成型制品的部分，它由型腔和型芯組成。是模具設(shè)計好壞的關(guān)鍵，它涉及到模具的結(jié)構(gòu)設(shè)計、成型零部件的尺寸計算、強度計算等。 （三）、導(dǎo)向部分 導(dǎo)向裝置的作用是確保動模與定模在生產(chǎn)過程中閉合的準(zhǔn)確性，從而保證制品的質(zhì)量。由導(dǎo)柱和導(dǎo)向孔組成。大型模具或頂出零件比較多的模具在頂出板上也設(shè)有導(dǎo)向部分，目的是保證頂出過程中的準(zhǔn)確性。 （四）、頂出部分 塑料注入模具經(jīng)冷卻定型后，由模具的頂出裝置頂出。實現(xiàn)模具的下一次注射。根據(jù)制品的結(jié)構(gòu)形式頂出結(jié)構(gòu)有簡單頂出、二次頂出結(jié)構(gòu)等。 （五）、排氣系統(tǒng) 在注 射過程中把型腔內(nèi)氣體排出模具以外。保證制品的完整成型。 （六）、冷卻加熱系統(tǒng) 為了保證注射工藝對模具溫度的要求，模具設(shè)有冷卻加熱系統(tǒng)。普通澆注系統(tǒng)的模具設(shè)冷卻系統(tǒng)；熱流道模具的澆注系統(tǒng)設(shè)加熱裝置，成型部分設(shè)冷卻系統(tǒng)。 20 第二節(jié) 澆注系統(tǒng)設(shè)計 一、 概述 澆注系統(tǒng)是指模具中從注射機噴嘴開始到型腔為止的流動通道，它分為普通澆注系統(tǒng)和熱流道澆注系統(tǒng)。 澆注系統(tǒng)對制品性能、外觀質(zhì)量和成型難易程度都有直接影響，因此在設(shè)計澆注系統(tǒng)時，應(yīng)綜合考慮以 上因素。 設(shè)計塑料模具時必須遵循塑料熔體的流動規(guī)律，這樣才能 使所成型的塑料制品獲得最佳的質(zhì)量。塑料在注射過程中可分為三個區(qū)段。第一區(qū)段是塑料在螺桿（柱塞）與料筒壁之間進行的輸送、壓縮、熔融和塑化，并將塑化好的塑料熔體存儲在料筒的前端，這方面的理論主要研究塑料由固態(tài)變?yōu)檎沉鲬B(tài)的過程；第二區(qū)段是儲存在料筒前端的塑料熔體經(jīng)螺桿（柱塞）作用，經(jīng)注射機噴嘴、模具澆注系統(tǒng)進入型腔；第三區(qū)段是塑料熔體進入模具型腔過程中的流動、相變和固化。注塑過程的研究主要集中在第二區(qū)段，它涉及到熔體通過澆注系統(tǒng)時所受到的剪切力及熔體表觀粘度的變化，這些都直接影響到澆注系統(tǒng)的尺寸大小、制品的質(zhì)量等 。下面就從理論上簡要討論塑料熔體在此區(qū)段的流動特性。 （一）、熔體流變方程的基礎(chǔ)概念 當(dāng)塑料熔體在外力作用下經(jīng)澆注系統(tǒng)流動時，由于各點的流速不同存在著剪切力。設(shè)有剪切力 σ 于定溫下施于相距 dy的兩平行液層，使兩平行液層以 du的相對速度移動。 du/dy 稱為剪切速率或速度剃度（ ? ）。對牛頓液體來說，剪切力 σ與剪切速率 du/dy 成正比。 σ =η dydu （ 321） 比例常數(shù) η稱為牛頓粘 度，它是液體流動難易程度的量度。 當(dāng)塑料在圓形流道內(nèi)作穩(wěn)定流動時，如圖 321，設(shè)在長為 L半徑為 R的圓形流道兩端的壓力差為ΔＰ，其任意半徑 r處的熔體所受的剪切力為： σ = LPrrLPr 22 2 ????? （ 322） 圖 321 塑料熔體在圓形流道內(nèi)的流動情況 在管壁處其剪應(yīng)力為： σ = LPR2? （ 323） 矩形流道剪應(yīng)力為： σ = LPh2? 對于牛頓液體在圓管橫截面內(nèi)各點流速呈拋物 線分布（圖 321 b 所示），在中心的流速最 21 大，在管壁處流速為零，其剪切速率在中心為零，在管壁處最大，其值為： 34RQdydu ?? （ 324） 式中 Q：單位時間的流量，厘米 秒3 故在管壁處有： η =34/2 RQLPR ?? （ 325） Q = LPR??84? 但大多數(shù)塑料熔體屬于非牛頓流體，剪應(yīng)力與剪切速率的關(guān)系不符合式 321 的正比關(guān)系，恒溫下，在一定的剪切速率 范圍內(nèi)，可近似地用下面的指數(shù)定律描述它： σ =K ndydu???????? （ 326） 式中 n：非牛頓指數(shù)，表示該流體與牛頓流體的偏離程度，對牛頓流體， n=1 非牛頓流體其粘度已不在是一個常數(shù)。在圓管內(nèi)流動時，其各點流速分布不再呈拋物線分布，因此管壁處的剪切速率為34RQ?乘以校正系數(shù)。 344 13 RQnndydu ???? （ 327） 為了討論方便，將34RQ?叫做非牛頓流體在管壁處的表 觀剪切速率，管壁處的剪應(yīng)力LPR2? 與表觀剪切速率之比叫做表觀粘度 a? 。表觀粘度隨剪切速率的變化而變化。 a? = 34/2 RQLPR ?? 所以 LPRQ a??84?? （ 328） 48 RLQP a???? （ 329） 矩形流道： LPWhQ a?123?? 312WhLQP a??? 式中： W：矩形流道寬度 22 h：矩形流道深度 由上面的公式可以看出： 1． 澆口斷面尺寸 增大澆口斷面尺寸，有利于 Q值的提高。從式中可知， Q值隨 4R 或 3Wh 成正比。但澆口斷面尺寸的增加， 熔體在澆口處的流速減慢，其表觀粘度 a? 相應(yīng)提高， Q 值反而下降，所以澆口斷面尺寸的增大有個極限值，就是大澆口尺寸的上限。 超過此值，會取得相反的效果。 而小尺寸澆口，由于絕大多數(shù)塑料熔體的表觀粘度是剪切速率的函數(shù)。熔體流率越快，a? 越低，越有利于充模。另外，由于熔體流徑小澆口，部分動能因高速摩擦而轉(zhuǎn)換成熱能，提高了澆口處的局部溫度，熔體的粘度再次降低， Q值增加。但當(dāng)剪切速率達到極限值時（一般為 510 1/s），剪切速率于表觀粘度便失去了依存關(guān)系，稱之為“剪切速率效應(yīng)”。超過此極限值，剪切速率在增加，表觀粘度也不在降低。此時澆口的斷面尺寸就是點澆口的 極限尺寸。 2． 澆口長度 當(dāng)注射壓力恒定時，則澆口處的壓力保持不變。澆口長度短，熔體流經(jīng)澆口的阻力毫秒年兆升毫秒度減小， 也就使?jié)部诘?