塑料成型工艺与模具设计电子文档学习情境06Conver

学习情境六
塑件注射成型模具结构方案的拟定
塑料成型工艺与注射模具设计
任务引入
图6-１所示塑料罩盖塑件，材料LＤＰＥ,产量４0万件。

塑件不允许有裂纹、变形缺陷,脱模斜度30′~10，未注圆角R2～3。

试根据塑件结构特征，初步注射
成型模具的结构方案。

（一)注射模的基本结构与分类
１．注射模的组成
注射模的结构是由注射机的形式和制品的复杂程度及模具内的型腔数目所决定的。

但无论是简单还是复杂,注射模均由定模和动模两大部分组成。

定模安装在注射机固定模板上,动模安装在注射机移动模板上。

注射时动模、定模闭合构成型腔和浇注系统，开模时，动模、定模分离，取出制件。

图6-２所示为典型的单分型面注射模结构。

图6-1 塑料罩盖零件简图
图6-2
根据模具中各零件所起的作用，又可细分为图6-3所示基本组成部分。

２.注射模的分类
注射模具的分类方法很多：
按生产的塑料材料,可分为热塑性塑料注射模具和热固性塑料注射模具。

按所用注射机的类型，可分为卧式或立式注射机用注射模和直角式注射机用注射模。

按模具成型数目分类，可分为单型腔和多型腔注射膜。

按浇注系统形式分类,可分为普通流道注射模具及热流道注射模具。

从模具设计的角度来看,还是按模具的总体结构特征分类较为合适。

通常被分为单分型面、双分型面、带活动镶件、带侧抽芯、自动脱螺纹、推出机构在定模一侧以及热流道等七大类注射模。

相关知识点
７
(二)典型注射模的结构与工作原理
2.单分型面注射模
单分型面注射模具也称二板式注射模具,它具有注射模具中最简单的一种结构形式。

这种注射模具只有一个分型面,其结构如图6-4所示。

单分型面注射模具根据需要,既可以设计成单型腔注射模具，也可以设计成多型腔注射模具,应用十分广泛。

图6-4
2．双分型面注射模
双分型面注射模具有两个分型面,如图６-5所示。

Ａ—A 为第一分型面,分型后浇注系统凝料由此脱出; B —B 为第二分型面,分型后塑件由此脱出。

与单分型面注射模具相比，双分型面注射模具在定模部分增加了一块可以局部移动的定模型腔板，所以也叫三板式(动模板、定模型腔板、定模座板)注射模具。

双分型面注射模具常用于点浇口进料的单型腔或多型腔注射模具,开模时，定模型腔板与定模座板做定距离分离，以便在这两模板之间取出浇注系统凝料。

图6-５所示为弹簧定距拉板式两次分型机构，此方法适用于一些中小型模具。

两次分型机构中的弹簧应布置四个,弹簧的两端应并紧且磨平,弹簧的高度应一致,并尽可能对称布置于A —A 分型面上模板的四周，以保证分型时定模型腔板受到的弹力均匀,移动时不被卡死。

定距拉板一般采用两块，对称布置于模具两侧。

图6－６所示为摆钩分型螺钉定距双分型面注射模具的结构。

两次分型的机构由挡块2、摆钩3、压块5、弹簧6和限位螺钉1４等组成。

开模时,由于固定在定模型腔板9上的摆钩拉住支承板１１上的挡块,模具从 A —Ａ分型面分型；开模到一定距离后，摆钩在压块的作用下产生摆动而脱钩,同时定模型腔板9在限位螺钉的限制下停止移动,B —B 分型面分型。

设计时，摆钩和压块等零件应对称布置在模具的两侧,摆钩拉住动模上挡块2的角度应取１°～3°为宜。

相关知识点
图6-5 图6-6
3．侧向分型与抽芯注射模
当塑件有侧孔、侧凹或凸台时,其侧向型芯、型腔必须能够侧向移动,否则塑件无法脱模。

带动侧向型芯、型腔移动的机构称为侧向分型与抽芯机构。

型腔侧向移动称为侧向分型,型芯侧向移动称为侧向抽芯，有时不予区分并通称为侧抽芯机构。

按侧向分型与抽芯零件不同，可分为斜导柱侧向分型与抽芯机构、斜滑块侧向分型与抽芯机构。

相关知识点
图6－7所示为斜导柱侧向分型与抽芯注射模具的结构,其中的侧向分型与抽芯机构是由斜导柱12和侧型芯滑块11所组成的，此外还有锁紧块13、挡块17、滑块拉杆14、弹簧1５等一些辅助零件。

开模时，动模部分向后移动,开模力通过斜导柱12作用于侧型芯滑块11，迫图6-7
使其在动模板18的导滑槽内向外滑动，直至滑块与塑件完全脱开,完成侧向抽芯动作。

这时塑件包在型芯１0上随动模继续后移，直到注射机顶杆与模具推板接触,推出机构开始工作,推杆将塑件从型芯上推出。

合模时,复位杆使推出机构复位,斜导柱使侧型芯滑块向内移动复位,最后由锁紧块锁紧。

斜导柱侧向抽芯结束后,侧型芯滑块应有准确的定位，以便在合模时斜导柱能顺利地插入滑块的斜孔中使滑块复位。

图6-7中的定位装置是由挡块１7、滑块拉杆14、螺母16和弹簧15组成的。

锁紧块的作用是防止注射时熔体压力使侧型芯滑块产生位移,其上的斜面应与侧型芯滑块上斜面的斜度一致,在设计时应留有一定的修正余量,以便装配时修正。

4.带有活动镶件的注射模
有些塑件上虽然有侧向的通孔及凹凸形状,但还有更特殊的要求，如模具上需要设置螺纹型芯或螺纹型环等，这样的模具有时很难用侧向抽芯机构来实现侧向抽芯的要求。

为了简化模具结构，将不采用斜导柱、斜滑块等机构,而是在型腔的局部设置活动镶件。

开模时,这些活动镶件不能简单地沿开模方向与塑件分离,必须在塑件脱模时连同塑件一起移出模外，然后通过手工或用专门的工具将它与塑件分离，
在下一次合模注射之前,再重新将其放入模内。

采用活动镶件结构形式的模具,其优点是不仅省去了斜导柱、斜滑块等复杂结构的设计与制造,使模具外形缩小,大大降低了模具的制造成本，更主要的是在某些无法采用斜滑块结构的情况下，必须使用活动镶件结构形式。

这种结构形式的缺点是操作时安全性差,生产率较低。

图６-8所示带有活动镶件的注射模,开模时,塑件包在型芯4和活动镶件3上随动模部分向左移动而脱离定模板1。

当脱开一定距离后，推出机构开始工作，设置在活动镶件 3 上的推杆9将活动镶块连同塑件一起推出型芯脱模。

合模时，推杆９在弹簧8的作用下复位,推杆复位后动模板停止移动,然后由人工将活动镶件块重新插入镶件定位孔中,再合模后进行下一次注射动作。

５.自动脱螺纹的注射模
图6-8
对带有内螺纹或外螺纹的塑件，当要求自动脱螺纹时，可在模具中设置能转动的螺纹型芯或型环，利用注射机的往复运动或旋转运动，或设置专门的驱动和传动机构，带动螺纹型芯或型环转动，使塑件脱出。

图6-9所示为直角式注射机上的自动脱螺纹注射模。

开模时, A-A 面先分开,同时，螺纹型芯1随着注射机开合模丝杠8的后退中自动旋转，此时，螺纹塑件由于定模板7的止转作用并不移动，仍留在模腔内。

当
A-Ａ面分开一段距离，即螺纹型芯1在塑件内还有最后一牙时,定距螺钉４拉动动模板５，使模具沿B-Ｂ打开，此时,塑件随型芯一道离开定模型腔，然后从Ｂ-Ｂ分型面两侧的空间取出。

6.推出结构在定模的注射模
一般当注射模开模后，塑件均留在动模一侧,被设在动模一侧的推出机构脱模。

但有时由于塑件的特殊要求或形状的限制，开模后塑件仍将留在定模一侧（或有可能留在定模一侧）,这时就应在定模一侧设置推出机构。

图6－10所示的塑料刷注射模,由于制品的特殊形状，为了便于成型采用了直接浇口，开模后塑件滞留在定模上，故在定模一侧设有脱模板8,开模时由设在动模一侧的拉板９带动脱模板8,将塑件从定模中的型芯12上强制脱出。

（三）塑件注射成型模具结构方案的初步拟定
图6-9 图6-10
初步拟定模具结构方案,除考虑塑件形状特征、尺寸大小、精度要求等因素外，还涉及分型面的选择、生产批量、型腔数量及其分布、浇注系统的选择、脱模结构的选择等各种因素,并以尽量简化模具结构为原则，选择一种较适合成型的最简单、实用的注射模具结构。

1.分型面的选择
分型面是指分开模具取出塑件和浇注系统凝料的可分离的接触表面。

一副模具根据需要可能有一个或两个以上的分型面，分型面可以是垂直于合模方向，也可以与合模方向平行或倾斜。

(1)分型面的形式
分型面的形式与塑件几何形状、脱模方法、模具类型及排气条件、浇口形式等有
(2)分型面的选择原则
1)便于塑件脱模
①在开模时尽量使塑件留在动模内。

②应有利于侧面分型和抽芯。

③应合理安排塑件在型腔中的方位。

２）考虑和保证塑件的外观不遭损坏
图6-11
3)尽力保证塑件尺寸的精度要求(如同心度等)
4)有利于排气
５）尽量使模具加工方便
由于塑料制品各异,很难有一个固定的模式，表6-1中对一些典型示例进行了分析,设计时可以参考。

2．型腔数量的确定与排列形式
(1)型腔数量的确定为了使模具与注射成型机的生产能力相匹配，提高生产效率和经济性,并保证塑件精度，模具设计时应确定型腔数量。

常用的方法有四种:
①根据经济性确定型腔数量
②根据注射成型机的额定锁模力确定型腔数量
③根据注射成型机的最大注射量确定型腔数量
④根据制品精度确定型腔数量
根据总成型加工费用
最小的原则，并忽略准
备时间和试生产原材
料费用，仅考虑模具加
工费和塑件成型加工
费。

设型腔数量为 n，
制品总件数为 N，每一
个型腔所需的模具费
用为 C 1 （元），
与型腔无关的模具
费用为 C 0
（元），每小时注射成
型的加工费用为 y（元
/h），成型周期为 t
（min），则
(2)多型腔的排列
多型腔在模板上排列形式通常有圆形、 H 形、直线形及复合形等，在设计时应注意以下几点:
1)尽可能采用平衡式排列,确保制品质量的均一和稳定。

2)型腔布置与浇口开设部位应力求对称，以便防止模具承受偏载而产生溢料现象，如图6-12中的(b)比（a）合理。

3)尽量使型腔排列得紧凑,以便减小模具的外形尺寸，如图6－13中,图(ｂ）的布置比图(ａ)合理。

图6-12
３.浇注系统的设计
(1）浇注系统的组成与作用
1)浇注系统的组成
注射模具的浇注系统是指熔体从注射机的喷嘴开始到型腔为止流动的通道。

图６-1４所示为卧式注射机用模具的浇注系统,图6-15所示为角式注射机用模具的浇注系统,它们都由主流道、分流道、浇口、冷料穴等几部分组成。

2）浇注系统的作用
浇注系统的作用是:
将熔体平稳地引入型腔,使之按要求填充型腔的每一个角落;
使型腔内的气体顺利地排出;
在熔体填充型腔和凝固的过程中，能充分地把压力传到型腔各部位,以获得组织致密、外形清晰、尺寸稳定的塑料制品。

浇注系统的设计正确与否是注射成型能否顺利进行以及能否得到高质量塑料制品的关键。

(２)浇注系统设计的基本原则
浇注系统的设计是注射模具设计的重要环节。

设计浇注系统时应遵循以下原则：图6-12
图6-15
1）充分了解塑料的工艺特性，分析浇注系统对塑料熔体流动的影响，以及在填充、保压、补缩和倒流各阶段中,型腔内塑料的温度、压力的变化情况,以便设计出适合塑料工艺特性的理想的浇注系统，以保证塑料制品的质量。

2）应根据塑料制品的结构形状、尺寸、壁厚和技术要求,确定浇注系统的结构形式、浇口的数量和位置。

３)浇注系统在分型面上的投影面积应尽量小。

浇注系统与型腔的布置应尽量减少模具尺寸,以节约模具材料。

(3)普通浇注系统设计
１)主流道设计
主流道轴线一般位于模具中心线上,与注射机喷嘴轴线重合,型腔也以此轴线为中心对称布置。

在卧式和立式注射机用注射模中,主流道轴线垂直于分型面,如图６－14 所示,主流道断面形状为圆形。

在直角式注射机用注射模中，主流道轴线平行于分型面,如图6-１5所示,主流道截面一般为等截面柱形,截面可为圆形、半圆形、椭圆形和梯形，以椭圆形应用最广。

主流道设计要点主要有:
①为便于凝料从主流道中拔出,主流道设计成圆锥形 图6-14
图6-15
如图6-１6所示,主流道锥角α=2０～40，对流动性差的塑料取α=30~６０，内壁表面粗糙度Rａ小于0.8 μm。

通常主流道进口端直径应根据注射机喷嘴孔径确定（如图6－１７所示) ,其值参阅表６-２。

若塑料的流动性好,且塑件尺寸较小时，可取小值，反之取大值。

设计主流道截面直径时,应注意喷嘴轴线和主流道轴线对中。

表6-2 主流道截面直径推荐值（mm）
图6-16
为了补偿对中误差并解决凝料的脱模问题，主流道进口端直径应比喷嘴直径大0.5～1mm。

主流道进口端与喷嘴头部接触的形式一种是平面,另一种是弧面。

由于平面连接密封时需要有很高的压力，实际中很少采用。

一般情况下,均是采用弧面(或球面)接触定位(如图6-17所示)。

通常主流道进口端凹下的球面半径SR2比喷嘴球面半径SR1大1~2ｍm，凹下深度3～5mm。

图6-17
②主流道与分流道结合处采用圆角过渡。

其半径R 为1～3ｍm,以减小料流转向过渡时的阻力,如图6-16所示。

③在保证塑件成型良好的前提下,主流道的长度Ｌ应尽量短。

为了减小废料及熔体压力损失，一般主流道长度L不超过60mm,具体长度应视模板的厚度、冷却水道的开设等具体情况而定。

④设置主流道衬套（也称浇口套)。

由于主流道要与高温塑料和喷嘴反复接触和碰撞,容易损坏，所以，一般不将主流道直接开在模板上，而是将它单独设在一个主流道衬套中。

这样,即可使容易损坏的主流道部分单独选用优质钢材,延长模具使用寿命,损坏后便于更换或修磨,也可以避免在模板上直接开主流道且需穿过多个模板时，拼接缝处产生溢料,主流道凝料无法拔出。

通常,将淬火后的主流道衬套嵌入模具中。

一般采用碳素工具钢如Ｔ8A、T10A等材料制造，热处理淬火硬度为HRC53～57。

为了补偿对中误差并解决凝料的脱模问题，主流道进口端直径应比喷嘴直径大0.5~1mm。

主流道进口端与喷嘴头部接触的形式一种是平面,另一种是弧面。

由于平面连接密封时需要有很高的压力，实际中很少采用。

一般情况下，均是采用弧面(或球面)接触定位（如图6-17所示)。

通常主流道进口端凹下的球面半径ＳR2比喷嘴球面半径SR1大1~２mm,凹下深度３~５mm。

图6-16
图6-17
浇口套的结构形式如图６－１8所示。

图６－18(a)把浇口套与定位圈设计成整体的形式,用螺钉固定于定模座板上，该形式一般只用于小型注射模具，图6-18（b)、（c)为将浇口套与定位圈设计成两个零件的形式，以台阶的形式固定在定模座板上,其中图6-18(c)所示为浇口套穿过定模座板与定模板的形式。

浇口套的固定形式如图6－１9所示。

浇口套与模板间的配合采用H7／m ６的过渡配合,浇口套与定位圈间的配合采用H ９/f9的配合。

定位圈在模具安装调试时应插入注射机定模板的定位孔内，用于模具与注射机的安装定位。

定位圈外径比注射机定模板上的定位孔径小0.2 ｍｍ以下。

2）分流道设计
对于小型塑件单型腔的注射模，通常不设分流道，对于大型塑件采用多点进
图6-17 图6-17
料或多型腔的注射模都需要设置分流道。

对分流道的要求包括： 塑料熔体在流动中热量和压力损失最小，同时使流道中的塑料量最少,即从流动性、传热性等因素考虑，分流道的比表面积（分流道表面积与体积之比)应尽可能小； 塑料熔体能在相同的温度、压力条件下,从各个浇口尽可能同时地进入并充满型腔。

①分流道的截面形状及尺寸 分流道的形状尺寸主要取决于塑件的体积、壁厚、形状,以及所加工塑料的种类、注射速率、分流道长度等。

分流道截面积过小,会降低单位时间内输送的塑料量，并使填充时间延长，塑料常出现缺料、波纹等缺陷。

分流道截面积过大,不仅积存空气增多,塑件容易产生气泡，而且增大塑料耗量,延长冷却时间。

在注射粘度较大或透明度要求较高的塑料（如有机玻璃)时,应采用截面积较大的分流道。

②分流道的布置形式
分流道的布置形式,取决于型腔的布局，其遵循的原则应是，排列紧凑以缩小模板尺寸，减少流程，锁模力力求平衡。

分流道的布置形式有平衡式和非平衡式两种,以平衡式布置最佳。

平衡式的布置形式见表6-4，其主要特征是，从主流道到各个型腔的分流道，其长度、断面形状及尺寸均相等，以达到各个型腔能同时均衡进料的目的。

常用的分流道截面形状及特点，见表6-3。

图6-4
图6-20
非平衡式分流道见表６-5,它的主要特征是各型腔的流程不同，为了达到各型腔同时均衡进料，必须将浇口加工成不同尺寸。

但其优点是,同样空间时,比平衡式排列容纳的型腔数目多，型腔排列紧凑,总流程短。

图6-17
③分流道设计要点
A、分流道的断面和长度设计,应在保证顺利充模的前提下,尽量取小，尤其对小型塑件更为重要。

B、分流道的表面不必很光滑，表面粗糙度一般为 1.６μｍ即可，这样可以使熔融塑料的冷却皮层固定,有利于保温。

Ｃ、当分流道较长时,在分流道末端应开设冷料穴，以容纳冷料，保证塑件的质量。

D、分流道与浇口的连接处要以斜面或圆弧过渡,如图6-2０所示,有利于熔融塑料的流动及填充。

否则,会引起反压力,影响流动。

３）浇口的设计
浇口是连接分流道和型腔的桥梁。

它具有两个功能:第一,对熔融塑料流入型腔起控制作用；第二，当注射压力撤销后，浇口固化，封锁型腔,使型腔中尚未冷却固化的塑料不会倒流。

浇口是浇注系统的关键部分，它对塑件的质量影响很大,一般情况下多采用长度很短（０.5～2ｍm)而截面又很狭窄的小浇口,主要作用有:可使经过分流道之后压力和温度都已有所下降的塑料熔体,产生加速度和较大的剪切热，降低豁
度,提高充模能力；
小浇口容易冷却固化(俗称浇口冻结),缩短模塑周期，防止保压不足而引起的熔体倒流现象，还便于控制补缩时间，降低塑件的内应力；便于塑件与废料的分离，而且浇口痕迹小，表面质量好。

但小浇口流动阻力大,压力损失也随之增大，保压补缩作用小，易出现缩孔等。

所以，某些高粘度塑料、壁厚大、收缩率较大的塑件及成型大型塑件时,浇口还是应适当放大。

①浇口的断面形状及尺寸
浇口的断面形状常用圆形和矩形,浇口的尺寸一般根据经验确定并取其下限，然后在试模过程中，根据需要将浇口尺寸加以修正。

A、浇口截面的厚度h,通常可取塑件浇口处壁厚的1/3～2／3(或0.5～2mm)。

Ｂ、浇口的截面宽度b。

矩形截面的浇口,对于中小型塑件通常取b=（5～10)ｈ,对于大型塑件取b>1０h。

C、浇口长度L。

浇口的长度L尽量短,对减小塑料熔体流动阻力和增大流速均有利，通常取L＝0．5～2mm。

②浇口的形式及其特点
注射模的浇口形式较多，其形状和安放位置应根据实际需要综合各种因素确定，如图６-21所示。

图6-17
③浇口位置的选择
浇口的设置是一个很复杂的问题,它开设正确与否,对塑件质量的影响很大，尤其对那些尺寸精度和外观质量要求很高的塑件，更为至关重要。

因此,在确定浇口位置时,设计者应针对塑件的几何形状特征及技术要求,并综合考虑塑料的流动状态、填充顺序、排气、补缩条件等因素,选择浇口位置,具体选择时可查阅有关设计手册等资料。

4)冷料穴和拉料杆的设计
冷料穴的作用是收集每次注射成型时,流动熔体前端的冷料头,避免这些冷料进入型腔影响塑件的质量或堵塞浇口。

卧式或立式注射机用注射模的冷料穴，一般都设在主流道的末端,且开在主流道对面的动模上,直径稍大于主流道大端直径，便于冷料的进入,如图6-14所示。

冷料穴的形式不仅与主流道的拉料杆有关,而且还与主流道中的凝料脱模形式有关。

直角式注射机上使用模具的冷料穴，即为主流道的延长部分,如图６－15所示,图6-14
其底部也不需要设置拉料杆。

当分流道较长时,可将分流道的尽头沿料流方向稍作延长而作冷料穴。

并非所有的注射模都要开设冷料穴，有时由于塑料的性能和注射工艺的控制，很少有冷料产生或是塑件要求不高时可以不设冷料穴。

常见的冷料穴及拉料形式有如下几种：
①钩形(Z形)拉料杆
如图6-22（a)所示,拉料杆的头部为Ｚ形，伸入冷料穴中，开模时钩住主流道凝料并将其从主流道中拉出。

拉料杆的固定端装在推杆固定板上,故塑件推出时，凝料也被推出，稍作侧移即将塑件连同浇注系统凝料一起取下。

这种拉料杆用于推杆或推管推出塑件的模具中,是一种常见形式。

缺点是凝料推出后不能自动脱落，不宜用于全自动机构中。

另外,对于某些塑件因受形状限制,脱模时不允许塑件左右移动，也不宜采用这种图6-15
图6-14
钩形拉料杆,如图6-２3所示。

②锥形或沟槽拉料穴
锥形或沟槽拉料穴如图6-22（ｂ)、（c）所示,开设在主流道末端,储藏冷料。

其实是将冷料穴做成锥形或沟槽形，开模时可起拉料作用。

其底部推杆在塑件推出时,可对凝料强制推出。

这种拉料形式适用于弹性较好的塑料成型。

与钩形拉料杆相比,取凝料时不需要侧移,因此，适宜自动化操作。

而且，对钩形拉料杆不宜使用的情况,如图6-２３所示,也可以采用这两种形式的拉料形式。

对硬质塑料或热固性塑料也有使用的，但锥度要小或者沟横槽要浅。

③球形头拉料杆
图6-23 不宜使用的钩形拉料杆的情况
1——塑件；2——螺纹型芯；3——拉料杆；
4——推杆；5——动模
图6-22
如图6-24 (a）所示,这种拉料杆头部为球形,开模时靠冷料对球形头的包紧力，将主流道凝料从主流道中拉出，拉料杆固定端装在型芯固定板上，故当推件板推动塑件时,将主流道凝料从球形头拉料杆上强制脱出。

因此,这种拉料杆常用于弹性较好的塑件并采用推件板脱模的情况,也常用于点浇口凝料自动脱落时，起拉料作用，但这时拉料杆的安装固定位置应视模具的具体情况而定。

球形头拉料杆还适用于自动化生产，但球形头部分加工较困难。

图6-24（b）为菌形头拉料杆，是球形头拉料杆的变
异形式，使用、安装情况也相同。

④分流锥形拉料杆
这种拉料杆的头部做成圆锥形，如图6-25(a)所示,为增加锥面与凝料间的摩擦力，可采用小锥度或锥面做的粗糙些。

这种拉料杆既起拉料作用,又起分流锥作用,当塑件的中心孔较大时,可将拉料杆头部做成截头圆锥形,并在其顶部开设冷料穴，如图６-２5（b)所示。

分流锥形拉料杆广泛用于单型腔、中心有孔又有较高同心度要求的塑件,如齿轮模具中经常使用这种拉料杆。

⑤无推杆的拉料穴。