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注塑模具设计及工艺分析

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注塑模具设计及工艺分析

发布日期:2018-07-11 16:52 来源: 点击:

注塑模具是工业生产中的重要工艺装备,它被用来生产具有一定形状、尺寸和结构的工艺制品,在材料加工工业的各种工艺设备中,95%以上的塑料制品是通过模具来成型的,因此注塑模具的设计与工艺分析在塑件生产中显得尤为重要。注塑模具的设计应既满足塑件的使用功能,又要降低模具结构的设计难度以及塑件在成型过程中的成型条件,以达到最大化降低成本的生产要求。而注塑模具的设计优劣很大程度上取决于浇注系统的设计,浇注系统利用其引导作用将熔融态塑料从注射机喷嘴引导注入模具型腔,它具有传质、传压和传热的功能,浇注系统的几何形状及内部结构设计的合理与否直接影响了聚合物熔体在模具通道中的流变特性及填充效果,进而直接影响到最终成型后塑件的质量及成型周期[1]。注塑模具浇注系统可分为普通浇注系统和热流道浇注系统两大类。普通浇注系统主要由主流道、分流道、浇口和冷料井四部分组成[2],相比之下,由于热流道浇注系统具有改善产品质量、节省原料和生产效率高等优点,热流道模具被广泛采用于塑料模具行业中。在设计浇注系统时,为满足浇注系统功能及结构要求,首先需要确保浇注系统适应塑料品种及其特性要求,如塑料材料的温度特性、流动性能、黏度特性及可塑性等等;其次浇注系统流程应尽量短,断面尺寸尽可能大,转弯尽量少,以确保聚合物熔体的热量及压力损失不会过大;除此之外,还应在满足要求的前提下,使浇注系统的容积尽量小,以减少塑料材料的消耗及缩短成型周期;为保证多型腔模具在注射充模时能同时充满型腔,还应采用平衡方式布置浇注系统;考虑到细小型芯在熔料充模时的冲击作用下会发生变形及偏移,应尽量避免熔料的直接冲击,可采用切向式引流流道;在浇注系统中诸多结构设计中,排气结构设计的良好与否也直接影响着塑件制品的优劣。

  结合浇注系统的结构设计,我们需要综合考虑注塑模具的工艺性,其中影响成型工艺的主要因素包括温度变化、成型压力、成型时间等。

  在注塑成型加工中,系统各个部分温度的高低及其分布的均匀性是影响注塑生产效率和产品质量的重要因素之一。对于料筒来说,其温度过低,会导致塑化不充分,温度过高,会促使塑料发生分解;对于喷嘴而言,其温度过低会出现早凝现象,进而堵塞喷嘴,因此应尽量使其温度略低于料筒温度,防止喷嘴出产生“流涎”;而模具的温度直接影响塑料的流动、冷却定型及塑件的内在性能和外观质量[3]。

  注塑成型是一个具有非线性的多参数相互作用的复杂过程,其工艺参数往往需要多次测试与校核,尤其是注射压力,其在很大程度上影响着注塑件的最终质量[4]。所谓注射压力,是指柱塞或螺杆头部轴向移动时头部对塑料熔体所施加的压力,以用来克服塑料熔体从料筒向模腔运动时的流动阻力,给与熔体一定的填充速率以及对熔体进行施压。注射压力大小的设定与塑料品种、注射机类型、模具浇注系统结构尺寸以及塑件壁厚等因素有关。

  成型时间又称作成型周期,即完成一次注射模塑过程所需的时间。成型周期包括注射时间、闭模冷却时间和其他时间。其中,注射时间又包括充模时间和保压时间,两者约占整个成型周期的5%、闭模冷却时间是塑料熔体冷却成型的关键时期,约占整个成型周期的80%。其他时间,包括开模、合模、脱模和安放嵌件等操作,约占整个成型周期的15%,成型周期的长短直接影响着生产效率和注塑机的使用率,因此,应在保证质量的前提下尽可能缩短塑件成型时间。

  塑件的成型受多重因素的影响,影响塑件成型的主要原因包括成型机的结构及工况、注塑材料的流动性以及注塑模具结构设计的合理与否,其中直接造成塑件成型不良的原因包括模具进料口位置不妥当,模具通气方法不恰当,或是由于流道太狭小,导致冷料堵塞流道或进料口。当然,模具的温度过高或者成型塑件壁太薄也会造成塑件成型的不良。因此,为了保证塑件制品的质量,应合理化、最优化设计模具相关结构。


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