《模具设计从入门到精通》培训教材

塑膠模具基礎課程講議第一章 塑 料一塑料的分子结构塑料主要成份是树脂树脂有天然树脂和合成树 脂两种。二塑料的成份1. 树脂主要作用是将塑料的其它成份加以粘合并决定塑料的类型(热 塑性或热固性)和主要性能如机械物理电化学性能等。 树脂在塑料中的比例一般为4065%。 2.填充剂又称填料正确地选择填充剂可以改善塑料的性能和扩 大它的使用范围。 3.增塑剂有些树脂的可塑性很小柔软性也很差为了降低树脂的 熔融粘度和熔融温度改善其成型加工性能改进塑料的柔 韧性弹性以及其它各种必要的性能通常加入能入树脂相 容的不易挥发的高沸点的有机化合物。这类物质称增塑剂。 增塑常是一种高沸点液纳或熔点固体的酯类化合物。 4.着色剂又称色料主要是起美观和装饰作用包括涂料两部分。 5.稳定剂凡能阴缓塑料变质的物质称稳定剂分光稳定剂热稳定 剂抗氧剂。 6.润滑剂改善塑料熔体的流动性减少或避免对设备或模具的磨擦 和粘附以及改进塑件的表面光洁度。三塑料的工艺特性 塑料在常温下是玻璃态若加热则变成高弹态进而变成粘流态从而具有优良的可塑性可以用许多高生产率的成型方法来制造产品这样就能节省原料节省工时简化工艺过程且对人工技朮要求低易组织大批量生产。1. 收缩率或称缩水率。设计前一定先问供货商的缩水率模具设计时采用计算收缩率=常温模具尺寸-常温塑件尺寸 2.比容和压缩率。 3.流动性。是塑料成形中一个很重要的因素流动性好的易长毛边设计时配合的间隙气槽的深度等要根据不同材料的流动性设计尺寸。 4.吸湿性热能性及挥发物含量。吸水的塑料有的在塑料成型后直接放于水中让它吸饱水后再进行使用有的塑料吸湿性特别大比例有1100 5.结晶性。 6.应力开裂及熔体液裂。 7.定型速度。四塑料种类1.热塑性塑料这类塑料的合成树都是线型或支链型高聚物因而受热变软甚至成为可流动的稳定粘稠液体在此状态时具有可塑性可塑制成一定形状的塑件冷却后保持既得的形状如再加热又可变软成另一种形状如此可以进行反复多次。这一过程中只有物理变化而无化学变化其变化是可逆的。（反复多次成型）塑料种类a.聚氯乙烯(PVC) 产量大有毒不能用作食品包装。 b.聚苯乙烯(PS) 是最早的工业化塑料品种之一。 c.聚乙烯(PE) d.聚炳烯(PP) e.尼龙(PA) f.聚甲醛(POM) g.聚碳酸脂(PC)可用于食品包装镜片。h.ABS塑料 i.聚砚(PSU) j.聚苯醚(PPO)K.氟塑料 l.聚酯树脂 N.有机玻璃（PMMA） 2.热固性塑料这类塑料的合成树脂是体型高聚物因而在加热之初因分子呈线型构具有可熔性和可塑性可塑制成一定形状的塑件当继续加热时分子呈现风状结构当温度达到一定程度后树脂变成不溶和不熔的体型结构使形状固定下来不再变化。如有加热也不软化不再具有可。在一定变化过程中既有物理变化又有化学变化因此变化过程中不可逆的。（一次成型）种类A.酚酸塑料 PF B.氨基塑料 C.环氧树脂 EPD.酚醛塑料（PF）又称电木用于电气开关热固性材料。第二章 通用注射成型系统及工作循环一通用注射线型系统是指热塑料的通用注射成形系统其包括用来成型的和最后成型好的塑件以及用来保证塑件成型的注射机和注射模待组成。 常用注射成型系统1.机身 2.电同及油泵 3.注射油缸 4.齿轮箱 5.齿轮传动电同 6.料斗 7.螺杆 8.加热器 9.料筒 10.喷嘴 11.定模固定板 12.模具 13.导柱 14.动模固定板 15.合模机构 16.合模油缸 17.螺杆传动齿轮 18.螺杆花键 19.油箱 重点1.料斗 干燥储料作用（一般在成型之前要对塑料作干燥）2.螺杆 核心部位起混料碾料产生压力推料等作用 3.喷嘴 与模具上的主胶道相连接二塑料成型种类射出成型压铸成型吸塑成型吹塑成型发泡成型挤压成型等。三工作循环计量 塑化 注射充模 保压增密 制品冷却 开模 顶件 取件 闭模 后加料四1.单色模具注射机分立式卧式角式等。2.单色多模注射机。3.多色单模注射机。4.多色多模的注射机。立式注射机料斗在上面母模在上公模在下开模时母模上开公模不动。四注射机装置部分技朮参数1.公称注射量(g或m3) 2.注射压力(Pa) 3.注射速度 4.线型时间 5.指压 6.螺杆转速 7.注射行程 8.喷嘴接力 9.加热功率 10.喷嘴温度 11.料筒温度 12.喷嘴球半径 13.喷嘴孔直径 14.螺杆直径 15.螺杆有效长度 16.螺杆长径比 17.螺杆的压缩比五合模装置部分技朮参数 1.锁模力(合模力)是指注射机的合模机构对模具所能施加的夹紧力 (KN)。 2.合模速度(m/s) 动模转动最高速度。 3.开模力(KN) 为取出制品模具开启最大力。 4.开模速度(M/S) 开模时动模移动速度。 5.顶出力(KN) 顶出装置的最大推力。 6.模温控制参数()模具要求恒定的温度值。 7.合模装置的基本尺寸。第三章 塑 件一塑件的基本内容 1.立体空间内容几何结构尺寸及精度。 2.塑件表面的内容标记符号文字表面图案图形粗糙度。 3.静态动态性能机械物理化学等性能。 4.环境人机工程。 5.塑料的选择。 6.成本价格。 7.成型模具及成型方法实现的可行性经济性等。二几何结构及尺寸精度 1.结构包括内部结构和外部结构的设计。1-1.形状塑件的形状应尽可能保证有利于成型原则。 1-2.脱模斜度由于塑件冷却后产生收缩会使塑件紧紧包住模具型 芯和型腔中的凸起部分（主要包模仁）为了便于取出塑件防止脱模时撞伤或擦伤塑件设计塑件时其内外表面沿脱模方向均应具有足够的脱模斜度。在设计时应注意以下几个方面 a.压缩成型较大的塑件时要求内表面的脱模斜度大于外表面的脱 模斜度。 b.常用脱模斜度值为11.5也可小到0.5。 c.对于高度不大的塑件可不取脱模斜度。 1-3.壁厚塑件的壁厚与使用要求及工艺要求有关。 a.在塑模成型上壁厚过小熔融塑料在模具型腔中的流动阴力较大。 b.壁厚过大会造成用料过多增加成本且会给成型工艺带来困 难。在塑件上还会产生气泡缩孔凹痕翘曲等影响产品外 观。 c.在成型工艺上还要求塑件各部位的壁厚尽可能均匀。 1-4.加强筋它是塑件中经常会用到的增加塑件强度的办法其优点a. 使塑件壁厚均匀即节约了材料又提高了强度还可避免塑 件中外观缺陷。 b.增加塑件的刚性。 c.沿料流方向的加强筋还能降低塑料的充模阴力。加强筋的设计要求a. 为了增强塑件的强度及刚性加强筋应设计得矮一些多一些 为好。 b.加强筋之间的中心距应大于两倍的壁厚。 c.对于薄壁塑件也可将其设计成球面或拱曲面形状。1-5.支承面以塑件的整个底面作为支承面是不合理的。通常利用的 是边框支承或底脚支承。1-6.圆角塑件上除了使用上要求必须采用尖角之外其余所有转角处均应采用圆弧过渡因为尖角处易产生应力集中影响塑件强度。采用圆角的优点主要有两方面 a.避免应力集中提高了塑件强度及美观。 b.模具在淬火和使用时不致因应力集中而开裂。1-7.孔塑件上的孔是用模具的型芯来成型的在设计上应注意以下 几点 a.孔应设置在不易削弱塑件强度的地方。 b.在孔之间及孔与边缘之间均应有足够的距离(一般应大于孔径)。 c.对于盲孔在挤塑或注射成型时其孔深不得大于孔径的4倍。1-8.合页的设计合页的设计主要有以下几点a. 对于塑件本身壁厚小的中间薄膜处应相薄壁厚大的薄膜处应 厚一些但不得超过0.5mm。 b.合页部分的厚度应均匀一致。 c.成型时塑料必须从塑件本身的边通过中间薄膜流向另一边脱 模后立即折曲几次。1-9.止转凸凹塑件上设计的止转凸凹一般是为了便用握持和塑件成型后易于拧出在设计时应当注意凸凹纹方向与脱模方向一致性及模具便于加工性。1-10.螺纹 a.塑件上的螺纹可以模塑时直接成型也可在模塑后机械加工成型。b. 模塑的螺纹其外螺纹直径不宜小于4mm内螺纹直径不宜小于 2mm精度不高于3级。c. 为防止塑件上螺孔的最外围螺纹崩裂或变形应使孔始端有一深 度0.20.8mm的台阶孔螺纹末端也不宜延伸到与底面相接。1-11.齿轮 a.齿轮各部分的尺寸有如下的规定 a-1.轮缘宽度最小为齿高的3倍。 a-2.辐板的厚度应等于或小于轮缘厚度。 a-3.轮壳厚度应等于或大于轮缘厚度。 a-4.轮壳外径最小应为轴孔径的1.53倍。 a-5.轮壳长度应相当于轴径。 b.在设计齿轮时还应注意 b-1.尽量避免截面的突然变化。 b-2.尽可能加大圆角及圆弧过渡的半径。 b-3.轴与孔尽可能不采用过盈配合可采用过渡配合。1-12.嵌件 嵌件的用途 a.增加塑件局部的强度硬度耐磨性导电性导磁性。 b.增塑件的尺寸和形状的稳定性提高精度。 c.降低塑料的消耗及满足其它多种要求。 2.嵌件表面形式菱形滚花直纹滚花六边形切口打孔折弯 压偏等。 3.嵌件的设计要求 3-1.为了防塑件应力开裂嵌件周围的塑料层应有足够的厚度同时 嵌件本身结构不应带有尖角。 3-2.单侧带有嵌件的塑件因两侧收缩不均匀造成很大的内应力 会使塑件产生弯曲或断裂。 3-3.为了防止嵌件受到塑料流动压力产生位移或变形嵌件应牢固固 定在模具内。 3-4.嵌件设计应尽量用不通孔或不通螺孔。 3-5.为了避免鼓胀套筒嵌件不应设置在塑件的表面或边缘附近。 3-6.为了提高嵌件装在模具里的稳定性在条件许可时嵌件上应有 凸缘并便其凹入或凸起1.52mm。 3-7.当嵌件自由伸出长度超过嵌件支承的直径2倍时垂直于压塑方 向的嵌件应有支承柱。 3-8.当嵌件为螺杆时光杆部分与模具的配合部分应具有IT9级精度 的间隙配合。 3-9.为了使嵌件与塑件牢固地连接在一起嵌件的表面应具有止动的 部分以防嵌件移动。塑膠模具的基本結構塑膠模具依總體功能結構可分為成型系統澆注系統排氣系統冷卻系統頂出系統等一.澆注系統定義模具中從注射機噴嘴開始到型腔為止的塑料流動通道。其由主流道分流道澆口及泠料穴組成。相關的一些中英文對照CAV.NO 第几號模窩 RUNNER 澆道GATE 澆口 CAVITY 型腔 (一).主流道1.定義主流道是指從注射機噴嘴與模具接觸的部位起到分流道為止的這一段。2.設計上的注意事項（1）.主流道的端面形狀通常為圓形。（2）.為便于脫模主流道一般制作都帶有斜度但如果主流道同時穿過多塊板子時一定要注意每一塊塊子上孔的斜度及孔的大小。（3）.主流道大小的設計要根據塑膠材料的流動特性來定（4）.主流道在設計上大多采用圓錐形.（如圖示）制作時要注意A.小端直徑D2=D1+（0.51mm）B.小端球半徑R2=R1+（12mm）(其中D1R1分別為注射機射出口的直徑及注射頭的球半徑)澆口套機床噴嘴3.澆口套由于主流道要與高溫塑料及噴嘴接觸和碰撞所以模具的主流道部分通常設計成可拆卸更換的襯套簡稱澆注套或澆口套（1）.其作用主要為A.使模具安裝時進入定位孔方便而在注塑機上很好地定位與注塑機噴嘴孔吻合并能經受塑料的反壓力不致被推出模具B.作為澆注系統的主流道將料筒內的塑料過渡到模具內保証料流有力暢通地到達型腔在注射過程中不應有塑料溢出同時保証主流道凝料脫出方便。（2）結構形式有整體式和分體式整體式即台肩與構成主流道部份做成一體分體式即台肩與構成主流道部份分開制作日本的工業標准JIS中國的工業標准SJB(二)。分流道定義主流道與澆口之間的一段它是熔融塑料由主流道流入型腔的過渡段也是澆注系統中通過斷面面積變化及塑料轉向的過渡段能使塑料得到平穩的轉換。1.截面設計A.一般設計截面為圓形B.從加工方便性來看一般設計為U形V形梯形正六邊形C.分流道的斷面形狀及尺寸大小應根據塑件的成型體積塑件壁厚塑件形狀所用塑料工藝特性注射速率分流道長度等因素來確定。2.分流道的布置形式有平衡式進料和非平衡式進料兩種形式。平衡式進料就是保証各個進料口同時均衡地進料非平衡式進料就是各個進料口不能同時均衡地進料一般要做模流分析來進行評估。(三).澆口1.定義澆口又稱進料口或內流道。它是分流道與塑件之間狹窄的部份也稱澆注系統最短小的部份2.作用能使分流道輸送過來的熔融塑料的流速產生加速度形成理想的流態順序并速速地充滿型腔同時還起著封閉型腔防止熔料倒流的作用并在成型后便于使澆口與塑件分離。3.澆口的形式1.側向澆口內側澆口普通側澆口（邊緣澆口）外側澆口扇形澆口常用來成型寬度較大的薄片狀塑件平縫式澆口護耳式澆口隙式澆口 一般點澆口2.點澆口 潛伏式澆口（我公司大多采用此種方式）盤環型澆口輪輻式澆口爪形澆口園環形澆口3.澆口位置的選擇（1）澆口選擇有阻擋物最近的距離。（2）澆口的尺寸及位置選擇應避免產生噴射和蠕動。（3）澆口應開設在塑件斷面最厚處。（4）澆口位置的選擇應使塑料流程最短料流變向最少。（5）澆口位置選擇應有利于型腔內氣體的排出。（6）澆口位置的選擇應減少或避免塑件的熔接痕增加熔接牢度。（7）澆口位置的選擇應防止料流將型腔型蕊嵌件擠壓變形。(四).冷料穴1.結構冷料穴是用來儲臧注射間隔期間產生的冷料頭的防止冷料進入型腔而影響塑件質量并使熔料能順利地充滿型腔冷料穴又稱冷料井。2.拉料形式（1）鉤形（工形）拉料杆（2）球形拉料杆3.圓錐形拉料杆4.拉料穴A.帶頂杆 B.不帶頂杆一般凹模结构设计一首先复习一下上节课所讲的内容 1.分模面的确定 从分模面与开模的方向来看有平行于开模方向垂直于开模方向与开模方向成斜角。 2.分模线分模线不要影响产品外观,尽量选择在产品棱边上。 产品的外表面是由母模制作产品的内表面是由公模仁成型制成。 3.cavity数量的确定 3-1.是根据所用注射机的最大注射量确定型腔数量。(切记算出之数 值不能四舍五入,只能取小)。 3-2.根据注射机的最大锁模力确定型腔数量。 3-3.根据塑件精度确定型腔数量。 3-4.根据经济性确定型腔数。备注注射机的规格主要是用机器吨位或锁模力另一种是用注射 量确定。二一般母模的设计 凹模是成型产品外形的主要部件。 其结构特点随产品的结构和模具的加工方法而变化。镶拼的组合方式的优点 对于形状复杂的型腔若采用整体式结构比较难加工。所以采用组合式的凹模结构。同时可以使母模边缘的材料的性能低于母模的材料避免了整体式凹模采用一样的材料不经济由于凹模的镶拼结构可以通过间隙利于排气减少母模热变形。对于母模中易磨损的部位采用镶拼式可以方便模具的维修避免整体的母模报废。镶拼的组合方式的缺点 组合式凹模的刚性不及整体式的易在塑件表面留下痕迹模具结构比较复杂。(镶拼式的结构可以平衡变形量)。 1.整体式凹模 a.完全整体式母模 它是由整块材料制作而成这种结构比较简单不易变形产品的质量好如果产品塑件比较复杂采用一般的加工方法制造母模型腔就较困难。所以完全整体式的适合简单的塑件。 b.整体嵌入式母模块 它属于一种完全整体式凹模的演变即将完全整 体式凹模变为整体式凹模块直接嵌入到固定板中或先嵌在模框中模框在嵌到固定板中的形式。固定板或模框墊板 完全整体式凹模 整体嵌入式母模块 2.完全整体式凹模块+局部镶拼嵌入是在守全整体式凹模块或整体 嵌入式凹模块的易损坏的部位及难加工的部位如图所示A. 图所示的结构比较简单但结合面要平整否则会有塑料流入使 毛边加厚。 B.图所示的结构采用圆柱形配合塑料不易流入。 3.完全镶拼嵌入式母模块。上图是一种侧壁和底部大面积的母模结构镶拼凹模块可直接嵌入到固定板中或嵌入到模框模框再嵌入到固定板中。 上图所表示的是底部大面积镶嵌组合式凹模。成 型 部 分 设 计一、 分模面的确定为了将塑件和浇注系统凝料等从密闭的模具内取出，以及为了安放嵌件，将模具适当地分成两个或若干个主要部分，这些可以分离的接触表面，通称为分模面。分模面的表示方法：1. 模具分开时，分模面两边的模板都作移动；2. 模具分开时，其中一方模板不动，另一方模板作移动A. 分模面的数目有：单分模面、双分模面、多分模面B. 分模面的形状有：平面、斜面、阶梯面、曲面C. 分模面与开模方向关系有：平行于开模方向、垂直于开模方向、与开模方向成一斜角选择分模面考虑原则：1. 塑件质量考虑，确保塑件尺寸精度A 同轴度要求的部份应在公模内成型，若放在公母模内成型，会因合模不准确而难于保证同轴度B 选择分模面时，应考虑减小由于脱模斜度造成塑件大小端尺寸差异，若模窝设在公模，会因脱模斜度造成塑件大小端尺寸差异太大，当塑件不允许有较大的脱模斜度时，采用这种结构使脱模困难，若塑件外观无严格要求，可将分模选在塑件中部，它可采用较小的脱模斜度有利于脱模确保塑件表面要求：分模面尽可能选择在不影响塑件外观的部位以及塑件外观的要求2. 注射机技术规格考虑：A 锁模力考虑：尽可能减少塑件在分模面上的投影面积。当塑件在分型面上的投影面积接近接近于注射机的最大注射面积时，有产生溢料的可能，模具的分模面尺寸在保证不溢料的情况下，应尽可能减少分模面接触面积，以增加分模面的接触压力，防止溢料，并简化分模面的加工B 模板间距考虑：分模面的确定要保证公母模开模行程最短3. 模具结构考虑A 尽量简化脱模部件a. 为便于塑件脱模，应使塑件在开模时尽可能留在公模，只要使塑件与公模的结合力大于塑件与母模的结合力即可，尽可能使塑难看 与母模之间有一定的结合力，而不要把塑件与模具的结合力都放在公模b. 当塑件的外形简单，但内形有较多的孔或复杂孔时，塑件成型后必然留在模仁上，此时模窝可设在母模上，开模后可用推板顶出塑件，若模窝设在公模上，使脱模困难c. 当带有金属嵌件时，因为嵌件不会收缩包紧模仁，所以模窝应设在公模，否则开模后塑件留在母模，使脱模困难d. 若塑件的模仁对称分布时，应迫使塑件留在公模上，采用顶管脱模e. 若塑件有侧孔时，应尽可能将模仁设在公模部份，避免母模抽芯，否则造成脱模困难B 侧抽芯机械考虑a. 应尽量避免侧抽芯机构，若无法避免侧抽芯，应使抽芯尽量短b. 由于斜滑块合模时锁紧力较小，对于投影面积较大的大型塑件，可将塑件投影面积大的分模面放在公母模合模的主平面上，而将投影面积较小的分模面作为侧向分模面，否则斜滑块的锁紧机构必须做得很庞大，或由于锁不紧而溢边C 量方便浇注系统的布置：分模面的确定不妨碍浇注系统的正常开设D 便于排气：为了有利于气体的排出，分模面尽可能与料流的末端重合E 便于嵌件的安放：当分模面开启后，要有一定的空间安放嵌件F 模具总体结构简化，尽量减少分模面的数目，尽量采用平直分型面。还应考虑模具是否便于加工，便于成品取出，还有分模面应尽量选择在产品的棱线上面4. 模具制造难易性考虑：能确保模具机械加工容易安装 定位与导向系统一 锁紧零件主要为内六角螺丝与沉头孔。其中螺丝有公制与英制之分，牙间角分别为60与55。书写方式： 公制 螺牙大径*牙距英制 外径尺寸1英寸内螺牙个数螺丝与沉头孔采用大的间隙配合,常用的沉头孔尺寸如下： 规格 沉头孔直径 沉头孔深度 过孔直径 M2 4.5 3.0 2.5 M3 6.0 3.5 3.5 M4 7.5 4.5 4.5 M5 9.0 5.5 5.5 M6 10.5 6.5 6.5 M8 13.5 8.5 8.5 M10 16.5 10.5 10.5 M12 18.5 12.5 12.5常用螺丝规格： 规格 沉头孔直径 沉头孔深度 过孔直径 M2 3.8 3.0 2.5 M3 5.5 3.5 3.5 M4 7.0 4.5 4.5 M5 8.5 5.5 5.5 M6 10.0 6.5 6.5 M8 13.0 8.5 8.5 M10 16.0 10.5 10.5 M12 18.0 12.5 12.5 根据使用要求选择合适的螺丝。常规抬模孔选用粗牙，水塞为英制管螺牙。二 模体概述 模体即常说的模架，是注射模的骨架。标准模架一般由母模板.母模固定板.公模板.公模固定板.公模垫板.垫脚.顶出固定板.顶出垫板.导柱.导套.复位杆等组成。 模架中其它部分根据需要进行补充，如精定位装置.支承柱等。三 固定板及垫板 固定板用以固定凸模或型芯凹模导柱导套顶针等。要求有一定的厚度和强度。 垫板是盖在固定板上面或垫在固定板下面的平板，它的作用是防止型芯凸模导柱导套顶针等脱出固定板，并要承受一定的压力，因此它要具有较高的平行度和硬度。 垫板与固定板的连接方式常采用螺钉连接，在需要保证固定板与垫板之间的位置时，还要加销钉定位。四 支承件1. 垫脚 它的主要作用是在动模座板和动模垫板之间形成顶出机构的动作空间，或是调节模具的总厚度，以适应注射机的模具安装厚度要求。 结构形式有平行垫块与拐角垫块。2. 支承柱 起顶出空间的补充支承和顶针固定板的导向作用。常采用圆柱形。尽量均匀分布， 一般应根据公模垫板的受力工作状况及可用的空间而定。五 导向零件 作用：保证模具在进行装配和调模试机时，保证公母模之间一定的方向和位置。导向零件应承受一定的侧向力，起了导向和定位的作用。 导向机构零件包括导柱和导套等。 1. 导向结构的总体设计（1） 导向零件应合理的均匀分布在模具的周围或靠近边缘的部位，其中心至模具边缘应有足够的距离，以保证模具的强度，防止压入导柱和导套后发生变形。（2） 根据模具的形状和大小，一副模具一般需要2-4个导柱。如果，模具的凸模与凹模合模有方位要求时，则用两个直径不同的导柱，或用两个直径相同，但错开位置的导柱。（3） 由于塑件通常留于公模，所以为了便于脱模导柱通常安装在母模。（4） 导柱和导套在分型面处应有承屑槽（5） 导柱导套及导向孔的轴线应保证平行（6） 合模时，应保证导向零件首先接触，避免公模先进入模腔，损坏成型零件。2导柱的设计（1） 有单节与台阶式之分（2） 导柱的长度必须高出公模端面68mm（3） 导柱头部应有圆锥或球形的引导部分（4） 固定方式有铆接固定和螺钉固定（5） 其表面应热处理，以保证耐磨。 3.导套和导向孔（1） 无导套的导向孔，直接开在模板上，模板较厚时，导向孔必须做成