模具总体结构设计

图5－1 常用的注塑制品结构
（2）按模具总体结构分类
1）单分型面模具 分开模具取出制品和浇注系统凝料 的界面称分型面。模具上只有一个将 动、定模两部分分开的分型面，称为 单分型面模具（两板模）。可以是单 型腔，也可以是多型腔。其成型零件 分设在动、定模两部分，闭合后构成 封闭的型腔，结构如图5-2所示。这是 注射模具中最简单和常用的一种结构 类型。
（8）模架 模具中各模板和导柱、导套 及复位杆等，通过螺钉联接组 合在一起的装配体叫模架。模 架是实现模具基本功能的基础 零件。模架的尺寸规格已系列 化、标准化、商品化,如图5－8 所示。模具设计时可直接选 用。
图5－8 标准模架
（9）其它零件 除了上述主要功能零件外，有些模具还有侧向抽芯机构、 先复位机构、限制开模顺序的限位机构和二次脱模机构等其 辅助零件。
（2）模具厚度 每台注射机都有一个允许的安装模具厚度，所设计的模具 应在注射机允许的模具厚度范围内，即应满足 Hmin≤ Hm≤ Hmax
Hm—模具厚度（mm）； Hmin—允许安装的最小模具厚度（mm）； Hmax—允许安装的最大模具厚度（mm）。 （3）模具定位与紧固 注射机固定模板中心有一个起定位作用的基准孔，孔的中 心与注射机的料筒和喷嘴中心一致。模具安装到注射机上 后，其主流道中心与注射机喷嘴中心应保持同心，为此模具 上有一个凸起的园环，称定位环，与注射机的定位孔配合起 定位作用，如图5—12中浇口套外圆起定位环作用。 模具在注射机上的固定，一般通过压板和螺栓实现夹紧、 固定。如图5-12。
V—注射机的最大注射容积（cm³ ）； α—注射系数，一般为0.7—0.9。包括塑料密度变化和漏 损等因素。密度变化因素：无定型塑料约为0.93，结 晶型塑料约为0.85。 （螺杆与料筒工作间隙：螺杆直径为 Φ30，间隙δ小＝0.10，δ大＝0.25 Φ45，间隙δ小＝0.15，δ大＝0.30 Φ65，间隙δ小＝0.20，δ大＝0.40 Φ90，间隙δ小＝0.30，δ大＝0.50）
（3）锁模力的校核 塑料熔体充满模腔时，会使模腔内产生沿分型面分开的胀模力，此力 等于塑件和流注系统在分型面上的投影面积之和与型腔压力的乘积。注 射机的锁模力应大于胀模力，才能保证动、定模在注射过程中紧密闭 合。如图5—11所示。 为此需满足 T锁＝KP平均A T锁—注射机额定锁模力（KN）； P平均—型腔压力平均值（MPa）； A—塑件加浇注系统在分型面上 的总投影面积（c㎡）； K—安全系数，通常为1.1～1.2。 ｐ平均＝ｋP ｋ—压力损耗系数，据塑料品种、 浇注系统结构及尺寸、塑件形状、 图5-11 锁模力与涨模力 成形工艺条件等不同，通常在0.25～0.5。 P—注射压力（MPa）。 塑料熔体经注射机喷嘴和模具浇注系统进入型腔，会产生很大的压力 损失，进入模具型腔的熔体压力一般为25～50MPa。 通常中小型塑件成形时的型腔压力可取20～40MPa。 精密塑件成形时的型腔压力可取39～44MPa或更高。
注射模具的总体 结构设计
5.1 注射模具的基本结构类型 5.2 注射模具与注射机的关系 5.3 模具型腔数量的确定
5.4 注射模具分型面的确定

5.1 注射模具的基本结构类型
1 注射模具的基本类型
注塑制品的种类繁多，结构形状复杂，应用十分广泛，如 图5－1所示。其成型模具的结构类型也有多种多样。 （1）按塑料类型分类 根据塑件所用的材料，注 射模具可分为热塑性塑料注 射模和热固性塑料注射模。 两者的基本结构相似，但由 于成形材料不同，在结构设 计上也有些差别，设计时应 注意。
3 注射模的工作过程
模具是被安装在注射机上工作的，工作时模具的定模部分 安装在注射机的定模板上固定不动，动模部分与注射机动模 板一起由注射机的合模油缸驱动，实现模具开、合运动。 模具开始工作时，注射机合模系统带动动模部分向定模一 边移动实现合模，模具合紧后，便在型腔与型芯之间形成与 制品形状完全一致的封闭空间。同时注射机的注射油缸开始 工作，通过螺杆将料筒中塑化好的塑料熔体，经喷嘴和模具 的浇注系统注入封闭的模具型腔，待熔体完全充满型腔并经 保压、补缩和冷却定型后，模具动模部分在驱动油缸作用下 沿分型面处打开，浇注系统凝料和制品被带到动模一侧，制 品紧紧包在型芯上。动模部分打开一定距离后，注射机推出 油缸开始动作，通过模具推出机构将制品从型芯上推出，浇 注系统凝料也随之脱落。至此便完成一个工作循环，连续生 产时，便重复上述过程。模具工作过程如动画演示。
模具工作过程 动画演示
5.2 注射模具与注射机的关系
模具是安装在注射机上工作的，模具设计者必须了解注射 机与模具之间的联接关系以及模具与注射机相关尺寸参数的 匹配关系和注射机的能力。 1 对注射机工艺参数的校核 （1）注射量的校核 注射机最大注射量反映了该注射机所能成形的塑件的体积 或重量，如图5-9所示。最大注射量有两种表示法：
a） 侧浇口
b） 点浇口
图5－6 浇注系统的典型结构
（3）合模导向与定位零件 模具工作时，动、定模需有开合运动，才 能完成塑件的成型与脱模。模具的运动通常 由导柱与导套配合实现导向与定位，保证模 具工作时的准确对合，如图中的件16和 17。 模具中心与注射机喷嘴中心的定位，靠模具 上定位环来保证。 对要求比较高的精密模具，往往还需要有 精确定位机构，即采用锥面定位元件，如图 5－7所示；此时，导柱主要起导向作用。
Vs —制品加浇注系统的容积（cm 3 )；
V单 —单个制品的容积（cm
3
)；
V浇 —浇注系统的容积（cm 3 )；
K—注射机的最大利用系数，K=0.8； n—型腔数量（成形件数量）。
图5-10 塑件和浇注系统
② 当注射机的最大注射量以最大注射重量标定时，按下式 校核：
通常为保证塑件质量，注射模具一次成形所需的塑料重量 （件+浇）应在公称注射量的35%—75%内，最大可达80%， 最低不应小于10%。既能保证塑件质量，又能发挥注射机的能 力。注射量最佳范围应在50%—80%内。
图5-9 注射机注射量
1）最大注射容积
注射机对空注射时，螺杆做一次最大注射行程所能射出 的塑料熔体的体积，以 cm³表示。理论注射容积Vc为
2 Vc D s S 4
式中Vc—理论注射容积（cm³ ； ） Ds—螺杆直径（cm）； S—螺杆最大注射行程（cm）。
S
在注射过程中，随温度和压力的变化，塑料的密度也在发 生变化，加上漏损等因素，注射机的最大注射容积（公称注 射容积，小于理论容积）为
（2）注射压力的校核 注射压力是指螺杆前端作用于塑料熔体单位面积上的力，用以克服熔 体流经喷嘴、浇注系统和模腔等处的流动阻力。所选用注射机的注射压 力必须大于成形塑件所需的注射压力。即满足
P注≥P成
P注—选用注射机的最大注射压力（MPa） P成—成形塑件所需的注射压力（MPa） 注塑生产实践中，按照塑料的流动性能和塑件精度要求不同，对成形 所需的注射压力可大致划分为如下几种情况： 1）熔体流动性好，塑件形状简单，壁厚大时，成型所需注射压力一般 小于70 MPa。 2）熔体粘度较低，塑件形状和尺寸精度要求一般，成形时的注射压力 常选用70～100 MPa。 3）熔体粘度中等，塑件形状复杂程度一般，但有一定精度要求，注射 压力常选用100～140 MPa。 4）熔体粘度较高，塑件壁薄、尺寸大，或壁厚不均，精度要求严格 的，注射压力常选用140～180 MPa。 对精密制品，注射压力已用到250～360 MPa，个别可达到400MPa 以上。
2 模具在注射机上安装尺寸校核
模具在注射机上安装固定涉及如下几方面尺寸： （1）模具外形尺寸与注射机拉杆间距 模具外形尺寸应小于注射机工作台面的有效尺寸。模具长宽方向的尺 寸要与注射机拉杆内间距相适应，模具至少有一个方向的尺寸能穿过拉 杆空间，如图5—12。
1－注射机顶出杆； 2－注射机动模板； 3－压板； 4－动模； 5－注射机拉杆； 6－螺钉； 7－定模； 8－注射机定模板； 9－模具浇口套； 10－注射机喷嘴 图5—12 模具在注射机 上的安装
图5-4 侧向抽芯模具典型结构
2 注塑模具的典型结构分析
注塑模的典型结构如图5-5所示。图示的模具结构主要有 以下几部分组成。 水孔 （1）成型零件 这类零件用来成形制品 的内外几何结构与尺寸， 其加工精度与表面粗糙度 要求高，且对模具材料也 有很高的要求，如加工性， 抛光性，寿命等方面。 型腔（凹模）：成型制 品的外表面形状，如图中 的件4。 型芯（凸模）：成型制 品内表面形状，如图中的 件7。
图5－7 圆锥定位元件
（4）脱模机构 脱模机构的主要作用是当模具打开时，将制品从模具的型 腔或型芯上脱下来，以便制品自动坠落；或将制品推出一定 距离后，由机械手抓取制件。通常脱模机构都设在模具的动 模一侧，因注射机的顶出油缸在动模一侧。脱模机构由顶杆、 顶杆固定板及顶杆垫板等组成，如图中的件5、10、和11。
3）注射量的校核
模具设计时选用的注射机的最大注射量应大于成型制品所 需要的量。一次成型所需要的量为制品的体积或重量加上浇 注系统的量，一般应不超过注射机最大注射量的80%,如图510所示。 ① 注射机最大注射量以最大注射容积标定时，按下式校 核： KV≥Vs = nV单 ＋ V浇
V—注射机的最大公称注射容积（cm 3 )；
2）最大注射重量 注射机对空注射时，螺杆作一次最大注射行程所能射出的 PS塑料重量，用g表示。（PS的密度ρ＝1.06 g/ cm³ ）。因 各种塑料的密度及压缩比不同，注射其它塑料时，按下式对 最大注射重量进行换算：
Gmax G
1 f 2 2 f1
（g）
Gmax—注射某种塑料时的最大注射量（g）; G—以PS为标准的注射机的公称注射重量（g）（已考虑 漏损）; ρ 1—所用塑料在常温下的密度（g/cm³ ）; ρ 2—PS在常温下的密度（g/cm³ ），通常为1.06 g/cm³ ）; f1—所用塑料的体积压缩比，由实验测定; f2—PS的压缩比，可以取为2.0。