产品结构设计-模具基础

二、注射成型工艺过程 基本工序：加热塑化、加压注射和冷却定型。
⒈ 加料：
⑴每次加料量尽可能一致； ⑵计量装置来控制。 ⒉ 加热塑化：在规定时间内提供足够数量的熔融塑料。
⒊加压注射和冷却定型：
塑料熔体进入模腔内的流动情况可分为充模、压实、倒流和浇口冻结后的 冷却四个阶段。在这四个阶段中，塑料熔体温度将不断降低。 ⑴充模阶段：（t1）
⑵压实（保压）阶段：（ t1～t2）
⑶倒流阶段：（ t2～t3） ⑷冷却阶段：（ t3～t4） ⒋ 脱模：在推出机构的作用下将塑件推出模外。
三、注射成型工艺条件选择
工艺条件为温度、压力和时间。 ⒈温度 料筒温度、喷嘴温度、模具温度和脱模温度等。前两种影响塑料的塑化和流动， 而后一种温度影响塑料的流动与冷却。 ⑴料筒温度

冲压模、塑胶模、压铸模的总和一般占模具总量的80％左右。
冲压模
一. 什么是冲压？
二. 冲压加工概述
三. 冲压加工的工艺特点
四. 模具的基本结构 五. 模具的基本组成部分 六. 各零部件的作用
一. 什么是冲压？
冲压：通过冲床和模具对板材、带材、管材及型材等材料施
加压力，使其材料产生分离或塑性变形，从而获得所需形状
4.导正钉和误送料检测装置 导正钉的作用是在模具未做工之前将料条精确导正。 误送料检测装置的主要作用是连接感应器，料条在送错位时，可防止模具闭合， 已达到保护模具的目的
5.外导柱、导套及内导柱、导套 以上均为模具的定位元器件（采购标准件），模具在做工时，外导柱导套首先进 行初定位，然后内导柱导套进行精确定位，以保证模具的精确度 6.限位柱： 防止合模高度设置错误而损坏模具，对模具和内部镶件起保护作用
⑵注射压力 指柱塞或螺杆头部对塑料熔体所施加的压力。作用是克服塑料熔体从 料筒流向型腔的流动阻力；对熔体压实获得准确形状；在熔体冷却收缩时 进行补料。 ⑶保压压力 形状复杂和薄壁制品，保压力可略低于注射压力。其具体数据可参考 表3-3所示。
3.时间（成型周期） 它由注射时间、保压时间、冷却时间和辅助时间四部分组成。 完成一次注射过程所需的时间称为成型周期，它包括以下各部分：
④模具需加热和冷却装置（不同塑料，模温不同）； ⑤专用注射机。
3.2 注射成型工艺
原料的检验、染色和干燥 成型前准备 嵌件预热 料筒清理 模具清理 注射过程
退火 成型后处理 调湿
一、注射成型前的准备 ⒈ 成型前对原料的质量检验 ⒉ 塑料的干燥 ⒊ 料筒的清洗 ⒋ 嵌件的预热 金属与塑料两者收缩率不同，嵌件周围的塑料容易出现收缩应力和裂 纹，使塑件强度降低。因此，除在设计塑件时加大嵌件周围的壁厚外， 还可对金属嵌件进行预热。 ⒌ 脱模剂的使用 模具型腔粗糙度太高，塑料易于粘模，造成脱模困难。
产品结构设计
——模具基础知识
西北工业大学工业设计系
吴 通
什么是模具？

模具就是利用其特定形状去成型具有一定形状和尺寸的制品的工具,它对 零件的制造质量和成本起决定性影响---模具为产品之母 。

在我们日常生活及社会各领域，无处不见模具产品的踪影。
模具生产技术水平的高低，已成为衡量一个国家产品制造水平高低的重 要标志，在很大程度上决定着产品的质量、效益和新产品的开发能力。
压延可得薄膜、板材、人造革等。
塑料的成型工艺方法与成型模具： 模塑成型法 压缩模 压棍（模） 真空成型模
塑料成型方法及 其模具
压注模
注射模 挤出模
吹塑模
彩印模 发泡模 搪塑模 热压印模
3.1
注射成型特点和原理
一、注射成型特点 注射成型具有成型周期短、生产率高、能一次成型外形复杂、尺寸精确， 带有金属或非金属嵌件的塑件，易于实现自动化生产，生产适应性强等优点。 但是注射成型所需设备昂贵，模具结构也比较复杂，且制造成本高。因此注
⒈ 柱塞式原理：60g以下立式注射机
柱塞式注射机存在的问题： ⑴塑化不均匀：塑件内应力较大
①筒壁和分流梭的传热，没有混合作用；
②塑料导热性差，外层塑料熔融时，内层塑料还未熔融，等到内层塑料熔融，外层塑料长时 间受热而降解。
⑵注射压力损失大：消耗压实和克服塑料与料筒壁之间的摩擦阻力。（有效 压力30～50%） ⑶注射速度不均匀：各加热区中状态不同，先慢后快（压实）影响流态及塑 件质量。 ⑷注射量的提高受限制 ⑸产生层流现象：在分流梭中流动，容易形成层流并产生定向作用，使塑件 产生各向异性； ⑹清洗料筒困难：料筒与分流梭的配合间隙易嵌入塑料。
拉深模结构图
五. 模具的基本组成部分
上盖板
主要作用：是使脱料弹簧的压力得以 平衡，协调性好；将上模 固定于冲床上。
上模座
主要作用：放置外导套、限位柱以及 卸料弹簧上模座厚度的大 小与卸料弹簧的长度有直 接的关系
外导套
上垫板
主要作用：承受冲头或镶件在冲压过程受力回让，避免上模座发生凹陷或变形。
上模座
四、塑件的后处理
⒈ 退火处理：减小或消除内应力增加尺寸稳定性。 ⒉ 调湿处理：刚脱模尼龙塑件放在热水中，隔绝空气防止氧化而变色， 加快达到吸湿平衡。
3.3 注射工艺规程的制定
模塑工艺规程是塑件生产的纲领性文件、它指导着塑件的生产准备及生 产全过程。 工艺规程的内容：技术管理和经济管理 技术管理方面包括:
①料筒温度高于Tf 或Tm ，低于分解温度Td ； ②严格控制料筒最高温度及在料筒中停留的时间； ③螺杆式通常比柱塞式低10～20℃；
④薄壁塑件冷却快，料筒温度择高一些，厚壁塑件选择低一些；
⑤形状复杂或带有嵌件的塑件，或流程曲折较多或较长的，料筒温度应选择高一些； ⑥料筒温度分三段，逐步升高，由于螺杆式注射机的剪切摩擦热有助于塑化，故前端温度 可略低于中段，以防止塑料的过热分解。
其中：冲裁、弯曲、拉深、胀形等是冲压过程中几个主要的冲压工序
冷冲压加工概述
冲孔
折弯
卷圆
翻孔
凸包
切舌
拉深
三.冷冲压加工的工艺特点
优点： 1.冲压加工可以获得极高的生产效率
2.可以得到形状比较复杂、用其它加工方法难以加工的产品，如薄壳工件等
3.产品的尺寸精度与模具的精度相关；因此，尺寸较稳定、互换性较高 4.材料利用率较高，冲压耗能少；单位产品的成本较低
和尺寸的加工方法
二. 冷冲压加工概述
1.冲压按工艺分类主要有两大类：a 分离（冲裁）工序 b 成形工序 冲裁：使产品沿一定轮廓线与材料分离来获得工件的工序 成形：使材料在不被破坏的条件下发生塑性变形，从而达到所需形 状和尺寸的工件的工序 在实际生产过程中，常常是多种工序应用于一套模具上来满足形状 较为负杂的产品
上垫板
上夹板
夹板
主要作用：固定各冲头、镶件，保证零件作用位置和精度；（零件与夹板的 配合间隙为：单边+0.01；其与上模座用定位销来定位）
脱垫板
主要作用：固定卸料镶件、承受成型镶件在生产过程中所产生的集中应力。
脱料板
主要作用：1.放置卸料镶件，保证位置的精确性
2.当冲头冲剪完成后，借由卸料弹簧提供的力将冲头与冲压材料分离。
注射模
两板模﹑三板模使用示例
单一模穴直接浇口 采用两板模
多模腔普通浇口采 用两板模
单一模腔多点进胶 (针点)采用三板模
成品
内容简介：
1. 注射成型原理、特点 2. 注射机结构组成及各部分的作用 3. 螺杆式注射成型特点和工作原理 4. 注射成型工艺过程和工艺条件的选择
⒈成型要求： ①生产上：连续、自动、高速、高效、省力； ②规格上：制品多样化，满足不同要求； ③性能上：几种塑料复合满足多种用途； ④单体和不经造粒粉料直接成型。 ⒉成型方法： 热固性塑料：压缩、压注、层压等； 热塑性塑料：注射、挤出、吹塑、压延、发泡等。 注射成型、压缩成型、压注成型、挤出四种最为常用，本章只介绍注射成型。 ⒊工艺方法不同，产品也不同： 压制、注射、压注可以得到各种形状和尺寸塑件； 挤出可得到各种断面的连续型材，如管、棒、片、薄板、带材和各种异形 材； 挤出吹塑可得薄膜； 挤出或注射中空吹塑可得各种瓶、罐、桶等中空容器；
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7.导料销 导料销就是在模具中送料时起导向作用； 同时，它也起卸料作用，导料销的放置建议尽量靠近引导针。
8.固定螺栓： 固定螺栓的作用就是将模具各组件之间固定，提供锁紧力，是模具各组件 在手里的状态下保持稳定的状态
9.螺塞： 模具中，螺塞一般都是配合弹簧一块使用的，用来限制弹簧使得弹簧在受 力的情况下能被压缩，螺塞可以用来调节弹簧的预压力
⒉ 螺杆式原理：60g以上卧式注射机
螺杆式注射机模塑工作循环
合模 注射 保压 冷却 开模 顶件 合模 注射
螺杆预热
特点：是一种间歇操作；塑化充分、扩大成型塑料品种、注射量提高、热 敏性和流动性差及大件均可。 ①塑料加热塑化是在高温料筒中完成； ②融料经喷嘴和浇注系统射入模腔；
③模具注射前已完全闭合；
下模板
主要作用：1.放置凹模镶件，保证位置的精确性
2.承受冲剪时的旁侧力
下模板
下垫板
下垫板
主要作用：承受镶块冲压时所产生的力，防止下模座凹陷或变形
下垫板
下模座
主要作用：放置外导柱、限位柱、弹簧以及浮料销组件
下模座
以上各板在加工时对于板的平面度及上下表面的平行度的要求较严，平面度：0.003 以下；平行度0.003以下
10.卸料弹簧及卸料螺钉： 卸料螺钉一般采用内螺纹式，这样既可以用来固定卸料板，也可以很方便 的对卸料板进行拆卸 卸料弹簧主要是给卸料板提供足够的压料力和卸料力 所谓的压料力通常就是指压住材料的力。当模具工作时就需要压料力，使 得材料在模具做工未完成前材料不会因为力的作用而发生移动 卸料力是指在模具做工完成后，冲头与材料是紧密连在一起的，要如何使 他们之间分开而不会影响料条的变形，这时候我们就会需要卸料力了使得冲头 与料条之间很平稳的分开 在模具设计阶段，设计人员必须计算卸料力的大小，当发生卸料力不足时， 在保证弹簧压缩量足够的情况下，我们可以调节螺塞来增加卸料力，也可以选 用压缩力更大的弹簧
⑴塑件的分析。
⑵成型方法的确定。 ⑶塑料模类型和模具结构形式的确定。 ⑷成型设备和工具、量具的选择。 ⑸成型工艺条件选择。 ⑹塑件检测方法的选择。 ⑺安全技术措施的规定。
5.冲压生产操作简单，易于实现自动化和机械化
6.适合于大批量的生产 缺点：
1.冲压模具一般比较复杂，模具加工周期较长，且成本较高
2.模具加工要求较高，不易制作 综上所述：在进行模具设计时，需要很强的想象力和创造力；在理论和经验方 面，对设计者和加工者的要求都很高
四.模具的基本结构
１－模柄， ２－上模座 ，３－凸模固定板， ４－弹簧，５－压边圈 ６－定位板， ７－凹模 ，８－下模座，９－卸料螺钉，10－凸模
射成型特别适合大批量生产。
注射成型压机
注射成型产品
颗粒、粉状 塑料
注射机 料筒
加热 熔融
充模
冷却 固化
注塑件
注射机的作用： ⑴加热熔融塑料，达到粘流状态； ⑵高压、高速射入型腔。
注射机各组成部分： ⑴注射装置 它的主要作用是使固态的塑料均匀地塑化成熔融状态，并以足 够的压力和速度将熔料注入闭合的模腔。 ⑵合模装置 它的主要作用是保证成型模具可靠，闭合和实现模具的开闭动 作。 ⑶液压传动和电器控制系统 液压和电器控制系统是为保证按照预定的工艺 要求（压力、速度、时间、温度）和动作程序准确地进行而设置的；液压系统是 注射机的动力系统；电器控制系统的作用是根据工艺过程的顺序和时间，使各动 力油缸完成开、闭模和注射等动作。 二、注射成型原理 塑化：指塑料在料筒内经加热达到流动状态并具有良好的可塑性的过程。 注射机按塑化方式分为：柱塞式注射机和螺杆式注射机。注射机类型不同， 成型原理也不同。
六.各零部件的作用
1. 导料板组件： 主要作用：在料带还没有进入模具之前先将料条导正，使料条与模具平行
2.冲头的结构 （1）.挂台固定，成本较低，但不方便维修。 （2）.压块固定适用于所有模具，方便维修。 （3）.入子固定一般用于精度要求较高的模具，方便维修，但成本较高。
3.卸料板镶件： 放置于卸料板内，冲头精确导向用，方便模具的调整，常规的形式有三种： 台阶式、锁紧式、双层式 最常用的是台阶式
⑵喷嘴温度
通常喷嘴温度要比料筒最高温度略低。
⑶模具温度
①通常冷却介质来控制，也有靠熔料注入模具自然升温和自然散热等保持定温的； ②壁厚大的，模温一般要高； ③必须低于塑料的热变形温度。
⒉压力 包括塑化压力、注射压力、保压力和模腔压力等。 ⑴塑化压力
螺杆顶部熔料在螺杆转动后退时所受到的压力，称背压。背压可驱除 物料中的空气，提高熔体密实程度。