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吴悠 盖塑料模具设计 I 盖塑料模具设计 摘要 塑料工业是当今世界上增长最快的工业门类之一，而注塑模具是其中发展较快的种类，因此，研究注塑模具对了解塑料产品的生产过程和提高产品质量有很大意义。 本设计介绍了塑料模具的基本结构和注塑模的一些典型结构，注射成型的基本原理，对注塑产品提出了基本的设计原则；详细介绍了注射模具浇注系统和凹凸模尺寸的设计过程，最后介绍了当今世界上最为普及的三维 通过本设计，可以对注塑模具有一个初步的认识，注意到设计中的某些细节问题，了解模具结构及工作原理 。 关键词 ：塑料模具 ,注塑模 ,典型结构 。 吴悠 盖塑料模具设计 he DA is in of is to to cf of to to of in of in AM to to a in of 1 第 一 章 模具 设计总 述 具工业 在国民 经济 中的地 位 模 具工 业是 国民 经济 的基 础工 业， 是国 际上 公认 的关 键工 业。模 具生 产技 术水 平的 高低 是衡 量一 个国 家产 品制 造水 平高 低的 重要标 志， 它在 很大 程度 上决 定着 产品 的质 量， 效益 和新 产品 的开 发能力。振兴和发展我国的模具工业，正日益受到人们的关注。早在 1989年 3 月中国政府颁布的关于当前产业政策要点的决定中，将模具列为机械工业技术改造序列的第一位。 模 具工 业既 是高 新技 术产 业的 一个 组成 部分 ，又 是高 新技 术产业 化的 重要 领域 。模 具在 机械 ，电 子， 轻工 ，汽 车， 纺织 ，航 空，航 天等 工业 领 域 里， 日益 成为 使用 最广 泛的 主要 工艺 装备 ，它 承担了 这些 工业 领域中 60 90 的产品 的零 件， 组件 和部 件的 生产加工。 模 具制 造的 重要 性主 要体 现在 市场 的需 求上 ，仅 以汽 车， 摩托车 行业 的模 具市 场为 例。 汽车 ，摩 托车 行业 是模 具最 大的 市场 ，在工 业发 达的 国家 ，这 一市 场占 整个 模具 市场 一半 左右 。汽 车工 业是我 国国 民经 济五 大支 柱产 业之 一， 汽车 工业 重点 是发 展零 部件 ，经济 型轿 车和 重型 汽车 ，汽 车模 具作 为发 展重 点， 已在 汽车 工业 产业政策中得到了明确。汽车基本车型不断增加， 2005 年将达到 170 种。一 个型 号的 汽车 所需 模具 达几 千副 ，价 值上 亿元 。为 了适 应市 场的需求，汽车将不断换型，汽车换型时约有 80的模具需要更换。中国 摩托 车产 量位 居世 界第 一， 据统 计， 中国 摩托 车共有 14 种 排量2 80 多个车型， 1000 多个型号。单辆摩托车约有零件 2000 种，共计5000 多个，其中一半以上需要模具生产。一个型号的摩托车生产需1000 副模具，总价值为 1000 多万元。其他行业，如电子及通讯，家电，建筑等，也存在巨大的模具市场。 国模具 技术的 现状 及发展 趋势 80 年代以来 ，在国家产业政策和与之配套的一系列国家经济政策 的支 持和 引导 下， 我国 模具 工业 发展 迅速 ，年 均增 速均为 13%，1999 年我国模具工业产值为 245 亿，至 2000 年我国模具总产值预计为 260元，其中塑料模约占 30%左右。在未来的模具市场中，塑料模在模具总量中的比例还将逐步提高。 我 国塑 料模 工业 从起 步到 现在 ，历 经半 个多 世纪 ，有 了很 大发展，模具水平有了较大提高。在大型模具方面已能生产 48 英寸大屏幕 彩电 塑壳 注射 模具 、 容 量洗 衣机 全套 塑料 模具 以及 汽车保 险杠 和整 体仪 表板 等塑 料模 具； 精密 塑料 模具 方面 ，已 能生 产照相 机塑 料件 模具 、多 型腔 小模 数齿 轮模 具及 塑封 模具 。如 天津 津荣天和机电有限公司和烟台北极星 具有限 公司制造的多腔 轮模具，所生产的这类齿轮塑件的尺寸精度、同轴度、跳动 等要 求都 达到 了国 外同 类产 品的 水平 ，而 且还 采用 最新 的齿 轮设计 软件 ，纠 正了 由于 成型 收缩 造成 的齿 形误 差， 达到 了标 准渐 开线齿形要求。还能生产厚度仅为 一模两腔的航空杯模具和难度较高的塑料门窗挤出模等等。注塑模型腔制造精度可达 面粗糙度 模具质量、寿命明显提高了，非淬3 火钢模寿命可达 10 30 万次，淬火钢模达 50 1000 万次，交货期较以前缩短，但和国外相比仍有较大差距 。 但 是近 年许 多模 具 企 业加 大了 用于 技术 进步 的投 资力 度， 将技术 进步 视为 企业 发展 的重 要动 力。 一些 国内 模具 企业 已普 及了 二维陆续开始使用 国际通用软件，个别厂家还引进了 件，并成功应用于冲压模的设计中。 在制造技术方面， 术的应用水平上了一个新台阶，以生产家用电器的企业为代表，陆续引进了相当数量的 美国 美国 司的国 司的 国 司的 本 司 的 色列公司的 国 司的 澳大利亚 司的 模分析软件等等。这些系统和软件的引进，虽花费了大量资金，但在我国模具行业中，实现了 集成，并能支持 术对成型过程，如充模和冷 却等 进行 计算 机模 拟， 取得 了一 定的 技术 经济 效益 ，促 进和 推动了我国模具 术的发展。近年来，我国 自主开发的塑料模 统有 了很 大 发展 ，主 要有北 航 华正 软件 工程研 究 所开发的 统、华中理工大学开发的注塑模 统及 件等 ，这 些软 件具 有适 应国 内模 具的 具体 情况 、能 在微 机上 应用 且价格较低等特点，为进一步普及模具 术创造了良好条件。 据 有关 方面 预测 ，模 具市 场的 总体 趋热 是平 稳向 上的 ，在 未来 的模4 具 市场 中， 塑料 模具 的发 展速 度将 高于 其它 模具 ，在 模具 行业 中的比 例将 逐步 提高 。随 着塑 料工 业的 不断 发展 ，对 塑料 模具 提出 越来越 高的 要求 是正 常的 ，因 此 ， 精密 、大 型、 复杂 、长 寿命 塑料 模具的发展将高于总量发展速度。同时，由于近年来进口模具中，精密、大 型、 复杂 、长 寿命 模具 占多 数， 所以 ，从 减少 进口 、提 高国 产化率 角度 出发 ，这 类高 档模 具在 市场 上的 份额 也将 逐步 增大 。建 筑业的 快速 发展 ，使 各种 异型 材挤 出模 具、 料管 材管接 头模 具成为 模具 市场 新的 经济 增长 点， 高速 公路 的迅 速发 展， 对汽 车轮 胎也提 出了 更高 要求 ，因 此子 午线 橡胶 轮胎 模具 ，特 别是 活络 模的 发展速 度也 将高 于总 平均 水平 ；以 塑代 木， 以塑 代金 属使 塑料 模具 在汽车 、摩 托车 工业 中的 需求 量巨 大； 家用 电器 行业 在 “ 十五 ” 期 间将有 较大 发展 ，特 别是 电冰 箱、 空调 器和 微波 炉等 的零 配件 的塑 料模需 求很 大； 而电 子及 通讯 产品 方面 ，除 了彩 电等 音像 产品 外， 笔记本电脑和网机顶盒将有较大发展，这些都是塑料模具市场的增长点。 加 入世 贸组 织后 ，一 些国 家纷 纷将 制造 业向 我国 转移 ，模 具工业 正面 临空 前的 发展 机遇 。据 上海 模具 工业 协会 透露 ， “ 九五 ” 期间 ，国 内模 具行 业产 值年 增长 幅度 约为 13%， 高档 模具比 例提 高，模 具商 业化 程度 提高近 10%，模 具行业 的进 出口 比例 趋向 合理 ，进口量占市场总量的 20%，金额近 10 亿美元，出口额已达 1 亿美元。 目前，世界模具市场总体上供不应求，市场量 维持 600 亿 650亿美元。我国汽车、家电、通讯等领域的高性能模具钢年需求约 20万 吨， 其中 相当 一部 分依 靠进 口。 为尽 快改 变这 种局 面， 去年 底，5 上 钢五 厂与 上海 大学 联合 开发 我国 第一 条精 品模 具钢 专业 生产 线，达到国际先进水平，年产量可达 吨，这个精品模具基地，将有力地促进汽车模具的国产化。 据分析，未来我国 模具 的 9 大发展趋势是： 1、 模具 日趋大型化。 2、 模具 的精度 将越 来越 高。 10 年前 精密 模具 的精 度一 般为 5微米，现已达到 2米， 1 微米精度的 模具 也将上市。 3、多功能复合 模具 将进一步发展。新型多功能复合 模具 除了冲压 成型 零件 外， 还担 负叠 压 、 攻丝 、铆 接和 锁紧 等组 装任 务， 对钢材的性能要求越来越高。 4、热流道 模具 在塑料 模具 中的比重也将逐渐提高。 5、随着塑料成型工艺的不断改进与发展，气辅 模具 及适应高压注塑成型等工艺的 模具 也将随之发展。 6、 标准件 的应用将日益广泛。 模具 标准化及 模具 标准件 的应用将 极大 地影 响 模具 制 造周 期， 还能 提高 模具 的质 量和 降低 模具 制造成本。 7、快速经济 模具 的前景十分广阔。 8、随着车辆和电机等产品向轻量化发展 ，压铸模的比例将不断提高。同时对压铸模的寿命和复杂程度也将提出越来越高的要求。 9、以塑代钢、以塑代木的进程进一步加快，塑料 模具 的比例将不 断增 大。 由于 机械 零件 的复 杂程 度和 精度 的不 断提 高， 对塑 料 模具 的要求也越来越高。 6 第 二 章 各类 塑料模 具及 其特点 种模具 的分类 和占 有量 模具主要类型有：冲模，锻摸，塑料模，压铸模，粉末冶金模，玻 璃模 ，橡 胶模 ，陶 瓷模 等。 除部 分冲 模以 外的 的上 述各 种模 具都属于腔型模，因为他们一般都是依靠三维的模具形腔是材料成型。 （ 1）冲模：冲模是对金属板材进行冲压加工获得合格产品的工具。冲模占模具总数的 50以上 。按工艺性质的不同，冲模可分为落 料模 ，冲孔 模，切 口模 ，切边 模，弯 曲模 ，卷边 模，拉 深模 ，校平 模， 翻孔模 ，翻边 模， 缩口模 ，压印 模， 胀形模 。按组 合工 序不同，冲模分为单工序模，复合模，连续模。 （ 2）锻模 ：锻模是金属在热态或冷态下进行体积成型是所用模具的总称。按锻压设备不同，锻模分为锤用锻模，螺旋压力机锻模 ，热 模锻 压力 锻模 ，平 锻机 用锻 模， 水压 机用 锻模 ，高 速锤 用锻 模，摆 动碾 压机 用锻 模， 辊锻 机用 锻模 ，楔 横轧 机用 锻模 等。 按工 艺用途 不同 ，锻 模可 分为 预锻 模具 ，挤 压模 具， 精锻 模具 ，等 温模 具，超塑性模具等。 （ 3）塑料模：塑料模是塑料成型的工艺装备。塑料模约占模具总数的 35，而且有继续上升的趋势。塑料模主要包括压塑模，挤塑 模， 注射 模， 此外 还有 挤出 成型 模， 泡沫 塑料 的发 泡成 型模 ，低发泡注射成型模，吹塑模等。 （ 4）压铸模： 压铸模是压力铸造工艺装备，压力铸造是使液态金 属在 高温 和高 速下 充填 铸型 ，在 高压 下成 型和 结晶 的一 种特 殊制7 造方法。压铸模约占模具总数的 6。 （ 5）粉末冶金模：粉末冶金模用于粉末成型，按成型工艺分类粉 末冶 金模 有： 压模 ，精 整模 ，复 压模 ，热 压模 ，粉 浆浇 注模 ，松装烧结模等。 模具所涉及的工艺繁多，包括机械设计制造，塑料，橡胶加工，金属材料，铸造（凝固理论），塑性加工，玻璃等诸多学科和行业，是一个多学科的综合，其复杂程度显而易见。 类塑 料模具结 构 塑 料模 是保 证塑 件形 状、 尺寸 、精 度和 表面 质量 的主 要工 艺装备 ，塑 料模 种 类 繁多 ，可 根据 塑料 类型 、塑 件结 构、 生产 批量 、成型 方法 和成 型设 备的 不同 ，采 用各 种不 同形 式的 模具 。常 见塑 料模有压缩模、压注模、注射模、移动式、固定式、单型腔、多型腔等。要 掌握 模具 设计 技术 ，必 须认 识和 了解 常见 模具 结构 的工 作原 理、功 能作 用、 技术 要求 、应 用范 围等 内容 ，方 能在 实际 生产 中， 正确选择和应用模具结构。下面分别介绍塑料模中常用的几类机构： 图（ 1）是单分型面注塑模的典型结构。其工作原理是： 开模时 ，动模后退 ， 模具从分型面分开 ， 塑件包紧在型芯 13 上随动模部分一起向左移动而脱离凹模 14，同时，浇注系统 凝料在拉料 杆 10 的作 用下 ，和 塑件 制作 一起 向左 移动 。移 动一 定距 离后 ，当 注射 机的顶杆接触推板 9 时，脱模机构开始动作，推杆 11 推动塑件从型芯13 上脱下来，浇注系统凝料同时被 拉料杆推出。 8 图（ 1） 技术要求： 推杆与推杆孔之间一般采用 H7/合，型芯与型芯孔采用了导 柱和导套之间采用间隙配合一般采用 H7/配合 ，型芯与动模板采用了间隙配合一般采用 H7/配合。模具上需设有冷却或加热装置。 图（ 2）是双分型面注塑模 。其工作原理是 ： 开模时，动模后退 ，在弹簧 2 的作用下 ， 流道板 13 同时向左移动，模具从 型面分开。当 型面分开一定距离后 ， 定距拉 板 1 通过固定在流道板 13 上的限位销 3 将中间板拉住 ， 使中间板停止运动。动模继续后9 退 ， 此时 型面分开。因塑料制件包紧在型芯 16 上 ， 将浇口自行拉断 ， 从 型面将浇注系统凝料取出。动模部分继续后退 ，注 射机的推杆接触推板 9 时 ， 脱模机构开始工作 ， 11 推动推件板 5将塑件从型芯 16 上脱下。 功 能及 其作 用： 这种 模具 结构 较复 杂 ， 重量 大 ， 成本 高 ， 主要用于采用点浇口的单型腔或多型腔注射模。 图（ 2） 图（ 3）是 侧向分型抽芯注射模 。其工作原理： 开模时 ， 动模部分左移 。侧型芯滑块 3 可在型芯固定板 5 上开设的导滑槽中滑动。动模左移时 ， 在导滑槽的作用下 ， 侧型芯滑块 3 在斜导柱 2 的作10 用 下沿 着斜 导柱 轴线 方向 移动 ， 相 对动 模向 模具 外侧 移动 ， 进 行抽芯 动作 。当 斜导 柱和 侧型 芯滑 块脱 开的 时候 ， 侧 型芯 滑块 被定 位 ，相对动模不再移动。动模继续左移 ， 由推杆 11 将塑件从动模边顶出 ，浇 注系 统凝 料同 时被 顶出 。合 模时 ， 在 斜导 柱的 作用 下使 侧型 芯滑块 复位 ， 为 防止 成型 时在 料的 压力 作用 下移 位去 由楔 紧块 对侧 型芯滑块锁紧。脱模机构由复位杆复位。 图（ 3） 图（ 4）是溢式压缩模的结构 。其工作原理是 ： 把塑料放入型腔加热 ， 再进行合模，保温、保压、固化后开模，利用推杆推出。 功 能及 其作 用： 机构 简单 、造 价低 、耐 用、 安装 嵌件 方便 ，塑11 件容易取出，但塑件带有飞边，去除困难，且浪费塑料。 技术要求： 模具无加料室，模腔总高度 h 基本上就是塑件的高度。 应 用范 围： 适用 于压 制扁 平、 尺寸 小和 形状 简单 的塑 件， 压制小 批量 或试 制， 低精 度和 强度 没有 严格 要求 的塑 件。 不宜 压制 压缩率 高的 塑料 ，如 ：带 状、 片状 或纤 维填 料的 塑料 ，不 宜成 型薄 壁或壁厚均匀性要求很高的塑件。 图（ 4） 图（ 5）是半溢式压缩模。其工作原理是： 把塑料放入型腔加热，再进行合模，保温、保压、固化后开模 ，利用推杆推出。 功 能及 其作 用： 塑件 承受 压力 大， 溢料 量极 少， 密实 性好 ，机械强度高。 技术要求： 导柱和导向孔之间的配合为 H7/凸模与凹模12 有高度不大的间隙配合，一般每边间隙值约 右。凸模与凹模的密切配合。必须设推出装置。 图（ 5） 图（ 6）是 固定式压注模 。其工作原理： 开模时，压力机滑块带动上模回程，上模部分与加料室在 I I 处分形，以便从该分型面处往加料室。当上模回程到一定高度时，拉杆 20 迫使拉钩 19 转动 并与 下模 部分 脱开 ，接 着定 距拉 杆发 挥作 用， 带动 上凹 模板 及加料室在 处与下模分型，以便推出机构将塑件从该型面处推出 。 功 能及 其作 用： 使用 方便 、生 产效 率高 、劳 动强 度小 、模 具使用寿命长，但是模具结构复杂、造价高、且安装嵌件不方便。 技术要求： 推杆与推杆孔之间一般采用 H7/合。上、下模分别与 压力机的饿滑块和工作台面固定联接。 应用范围： 适用于产量大、尺寸大的塑件生产。 13 图（ 6） 塑模 具的典型 结构 机 构是 模具 中重 要的 组成 部件 ，选 择和 设计 机构 是模 具设 计中的重要内容，正确选择和设计机构是保证模具结构科学合理的前提 。塑料模工作动作相对较多，因此所 涉及的机构类型和数量也比较多，主 要包 括合 模导 向机 构、 脱模 机构 、侧 向分 型与 抽芯 机构 、先 行复位 机构 、顺 序定 距分 型机 构等 。要 掌握 模具 设计 技术 ，必 须认 识和了解常用机构的工作原理、功能作用、技术要求、应用范围等内容，方 能在 实际 生产 中， 正确 选择 和应 用机 构。 下面 分别 介绍 塑料 模中常用的几类机构： 1 脱模机构（推出机构） 14 图（ 7）是 一级 推杆脱模机构 。其工作原理： 开模时，靠注射机的机械推杆使脱模机构运动，推动塑件脱落。 功能及其作用： 推杆加工简单，更换方便滑动阻力小，脱模效果好。 技术要求： 推杆与推杆孔之间一般采用 H7/合。 应用范围： 适用于板状塑件。 图（ 7） 2 侧向分型与抽芯机构 图（ 8）是 斜销分型与抽芯机构 。其工作原理 ： 成型塑件上侧孔的侧型芯 5 随着滑块 8 在开模过程中侧移离开塑件，而滑块 8 的侧移离开塑件，而滑块 8 的侧移则是斜销 3 则固定在定模上下不能运动，着就迫使滑块 8 在开模运动的同时作侧向分型抽芯 动。 功能及其作用： 机构紧凑、动作安全可靠、加工制造方便。保证闭模时斜导柱能很准确地插入滑块的斜孔，使滑块复位。 技术要求： 斜销与其固定的模板之间采用过度配合 H7/应用范围： 适用于抽芯力不大及抽芯距小于 60 80场合 。 15 图（ 8） 图（ 9）是 斜杆导滑的内侧分型抽芯机构 。其工作原理： 塑件内侧的凸台由斜杆 5 的头部成型 (该结构斜杆与成型滑块合为 体 ),在型芯 7 上开有斜孔 ,滑座 2 固定在推杆固定板 l 上 ,斜杆的成型端可在型芯的斜孔内滑动 ,而另一端与滑座 T 形槽配合。推出时 ,推杆固定 板使斜杆沿斜孔移动 ,推出塑件并进行内侧抽芯 ,同时斜杆的底端可在滑座的 T 形槽内滑动 ,保证不致卡死。斜杆由复位杆 3 复位 。 功能及其作用： 推出时，推杆固定板使斜杆沿斜孔移动，推出塑件并进行内侧抽芯，同时斜孔的底端可在滑座的 T 形槽内滑动，保证16 不致卡 死。推板可通过支架、滚轮、可带动斜杆进行抽拔和复位。技术要求： 斜销与其推件板镶块之间采用过度配合 H7/应用范围： 适用于不宜采用斜杆导滑的外侧分型抽芯机构的情况下。 图（ 9） 17 第 三章 盖的 塑料 模具结 构 塑件 的设计 能设计 功能设计是要求塑件 应具有满足使用目的功能 ,并达到一定的 技术 指标 。该 塑件 是 ， 承受 较大 外力 的几 率不 大 ,如 冲击载 荷等 情况 比较 少 ;塑 件的 工作 温度是 室温 ,这使 得在材 料选 择时对热 变形 温度 ,脆化温 度 ,分 解温 度的要 求降 低 。 在材 料的 选择 时要综合各种因素 。 料 选择 通常 ,选择塑件的材料依据是它所处在的工作环境及使用性能 的要 求 ,以 及原材 料厂 家提 供的 材料 性能 数据 工 作状态下 的 结 构 件 来 说 ,要 考 虑 的 主 要 是 材 料 的 力 学 性 能 ,如 屈 服 应 力 ,弹性模量 ,弯 曲 强 度 ,表 面 硬 度 等 件 对 材 料 的 要 求 首 先 必 须 是 粗糙 度和 透光 性好 ,其 次才 是成 型难 易和 经济 性问 题 ,以下 是对 几种材料的性能对比，如表 1所示。 表 1 材料的特性 塑料名称 伸强度/ 6672 18 弯曲强度/10 95113 断 裂 伸 长 率/% 2 80100 落 球 冲 击 强度 J/m 16 422 洛氏硬度（ M） 115 82 101 氧指数（ 变 形 温 度/ 85 134 100 维 卡 软 化 点/ 105 153 120 马 丁 耐 热 温度 / 112 体 积 电 阻 率/ 017 10 1917 016 10 14 1015 吸水率 % 光度 /% 8892 93 93 雾度 % 3 射率 格 （ 元 / 1150123 330004 19500219 吨） 0 1000 0700 和 机 械 加 工 一 样 要考 虑 到 加 工 工 艺 问 题 ， 模 具 成 型 也 要 考 虑到 材料 的注 塑特 性， 在各 特点 都相 差无 几的 情况 下， 好的 成型 特性是 选择 材料 的主 要标 准， 以下 是三 种材 料的 性能 和成 型特 性比 较，如表 2 所示。 表 2 材料的性能和成型特性比较 塑料 品种 性 能 特 点 成 型 特 点 模具设计 注意事项 使用温度 主要用途 聚苯乙烯 （ 透明性 好 ， 电性 能 好 ，抗 拉 强 度高 ， 耐 磨性 好 ， 质脆 ， 抗 冲击强度差 ， 化 学稳 定 性 教好 成型性能好，成型前可不干燥，但注射时应防止溢料，制品易产 生 内 应力，易开裂 因流动性好，适宜 用 点 浇口，但因热膨胀大，塑件中 不宜有嵌件 30 80 装饰制品，仪表壳，绝缘零件，容器，泡沫塑料，日用品等 20 有机玻璃（ 透光率 最 好 ，质轻坚韧 ， 电 气绝 缘 性 好/ 但表面硬度不高 ， 质 脆易 开 裂 ，化 学 稳 定性 较 好 ，但 不 耐 无机 酸 ， 易溶 于 有 机溶剂 流动性差，易产生流痕 ，缩孔，易分解，透明性好，成型 前 要 干燥，注射时速度不能太高 合理设 计 浇 注系统，便于充型，脱模斜 度 尽 可能大，严格控 制 料 温与模温，以防分解 80 透明制品，如窗玻璃，光学镜片，灯罩等 聚碳酸酯（ 透光率 较 高 ，介 电 性 能好 ， 吸 水性 小 ， 力学性能好 ， 抗 冲耐寒性好，熔融温度高，黏性大，成型前需干燥，易产生残余应力，甚至裂尽可能 使 用 直接浇口，减小 流 动 阻力，塑料要干燥，不宜采 用 金 属 130 脆化温度为 100在机械上做齿轮，凸轮，蜗轮，滑轮等，电机电子产21 击 ， 抗 蠕变 性 能 突出 ， 但 耐磨 性 差 ，不 耐 碱 ，酮，酯 纹，质硬，易损模具，使用性能好 嵌件，脱模斜度 2 品零件，光学零件等 以上的性能分析对比中看出 ,在透光度方面三种材料相差不大，成型特性上以聚碳酸酯 最 好， 所以 最终选定 计 塑 料制 件的 结构 工艺 性是 指塑 件结 构对 成型 工艺 方法 的适 应性 料 生 产 过 程 中 ,一 方 面 成 型 会 对 塑 件 的 结 构 ,形状 ,尺 寸 精 度 等诸 方面 提出 要求 ,以 便降 低模 具结 构的 复杂 程度 和制 造难 度 ,保 证生产 出价 廉物 美的 产品 ;另一 方面 ,模具设 计者 通过 对给 定塑 件的 结构工艺性进行分析 ,弄 清 塑 件 生 产 的 难 点 ,为模具设计和制造提供依据 。 该塑件为比较高端水平的产品 。 表面形状要求完整光滑。此塑件的 特点 是有 两个 和电 池连 接 的 接触 头， 所以 在设 计模 具时 要用 到内侧 抽芯 机构 。 塑 件上 各处 的轮 廓过 度和 壁厚 连接 处， 一般 采用 圆角连 接， 有特 殊要 求时 才采 用尖 角结 构。 尖角 容易 产生 应力 集中 ，在受 力或 受冲 击载 荷时 会发 生破 裂。 圆角 不仅 有利 于物 料充 模， 同时也有利于融料在模具型腔内的流动和塑件的脱模。 件的尺 寸精 度及 表面质 量 22 （ 1）尺寸精度的选择；塑件的尺寸精度是决定塑件制造质量的首 要标 准， 然而 ，在 满足 塑件 使用 要求 的前 提下 ，设 计时 总是 尽量将 其尺 寸精 度放 低一 些， 以便 降低 模具 的加 工难 度和 制造 成本 。对塑 件的 精度 要求 ，要 具体 分析 ，根 据装 配情 况来 确定 尺寸 公差 ，该塑件是 比较高端的产品 ，所以精度要求 比较高。 （ 2）尺寸精度的组成及影响因素；制品尺寸误差构成为： = s+ z + c+ 制件总的成型误差； s 塑料收缩率波动所引起的误差； z 模具成型零件制造精度所引起的误差； c 模具磨损后所引起的误差； a 模具安装，配合间隙引起的误差； 影响塑料制品尺寸精度的因素比较复杂，归纳有以下三个方面。 1） 模具 模具各部分的制造精度是影响制件尺寸精度重要的因素。 2） 塑料材料 主要是收缩率的影响，收缩率大的尺寸精度误差就大。 3） 成型工艺 成型工艺条件的变化直接造成材料的收缩，从而影响尺寸精度。 塑机 的选择 塑机简 介 1956年制造出世界上第一台往复螺杆式注塑机 ,这是注塑成型23 工 艺 技 术 的 一 大 突 破 ,目 前 注 塑 机 加 工 的 塑 料 量 是 塑 料 产 量 的 30%;注 塑机 的产 量占 整个 塑料 机械 产量 的 50%料 成型设 备制 造业中增长最快 ,产量最多的机种之一 。 注塑机的分类方式很多 ,目前尚未形成完全统一标准的分类方法 。 常用的说法有 : （ 1）按设备外形特征分类 :卧式 ,立式 ,直角式 ,多工位注塑机； （ 2） 按 加 工 能 力 分 类 :超小型 ,小型 ,中型 ,大 型 和 超 大 型 注 塑机。 此外还有按用途分类和按合模装置的特征分类 ,但日常生活中用的较 少。 塑 机基 本参 数 注 塑 机 的 主 要 参 数 有 公 称 注 射 量 ,注 射 压 力 ,注射速度 ,塑化能力 ,锁 模 力 ,合 模 装 置 的 基 本 尺 寸 ,开 合 模 速 度 ,空 循 环 时 间 等 制造 ,购买和使用注塑机的主要依据 。 (1)公 称注 塑量 ；指 在对 空注 射的 情况 下 ,注 射螺 杆或柱 塞做一次 最大 注射 行程 时 ,注 射装 置所 能达到 的最 大注 射量 ,反 映了 注塑机的加工能力 。 (2)注 射压 力； 为了 克服 熔料 流经 喷嘴 ,浇道 和型 腔时的 流动阻力 ,螺杆 (或柱塞 )对 熔料 必须 施加足够 的压 力 ,我们 将这 种压 力称为注射压力 。 (3)注 射速 率； 为了 使熔 料及 时充 满型 腔 ,除 了必 须 有足 够的注射 压力 外 ,熔 料还必 须有 一定 的流 动速 率 ,描 述这 一参数 的为 注射速24 率或注射时间或注射速度 。 (4)塑化能力；单位时间内所能塑化的物料量 的 整 个 成 型 周 期 配 合 协 调 ,若 塑 化 能 力 高 而 机 器 的 空 循 环 时 间长 ,则不能发挥塑化装置的能力 ,反之则会加长成型周期 。 (5)锁 模力 ；注 塑机 的合 模机 构对 模具 所能 施加 的最 大夹 紧力 ,在此力的作用下模具不应被熔融的塑料所顶开 。 (6)合模装置的基本尺寸；包括模板尺寸 ,拉杆空间 ,模板间最大开距 ,动 模 板 的 行 程 ,模 具 最 大 厚 度 与 最 小 厚 度 等 参 数 规 定 了机器加工制件所使用的模 具尺寸范围 。 (7)开合模速度；为使模具闭合时平稳 ,以及开模 ,推出制件时不使 塑料 制件 损坏 ,要 求模 板在 整个 行程 中的 速度 要合 理 ,即 合模 时从快到慢 ,开模时由慢到快在到停 。 (8)空 循环 时间 ；在 没有 塑化 ,注射保 压 ,冷却 ,取 出制件 等动作的情况下 ,完成一次循环所需的时间 。 定注射 机 （ 1） 由公称注射量选定注射机 由注射量选定注射机 建模分析得（材料密度取 : 经过 总体积 V=30 所以 总质量 M=36g； 选 择注塑机为： 具结 构设计 体设计 25 设计方案拟定，我将确定以下内容： （ 1） 首先确定分型面。 （ 2） 确定型腔数和排列形式以及型腔，型芯的结构。 （ 3） 浇口位置，脱浇道结构的确定和排气系统的确定。 （ 4） 冷却系统的选定。 （ 5） 导向，定位结构的确定。 （ 6） 推出结构和复位结构的选定。 料 模具 设计 1 分型面位置的确定 如 何 确 定 分 型 面 ， 需 要 考 虑 的 因 素 比 较 复 杂 。 由 于 分 型 面 受 到塑 件在 模具 中的 成型 位置 、浇 注系 统设 计、 塑件 的结 构工 艺性 及精度 、嵌 件位 置形 状以 及推 出方 法、 模具 的制 造、 排气 、操 作工 艺等多 种因 素 的 影响 ，因 此在 选择 分型 面时 应综 合分 析比 较， 从几 种方案 中优 选出 较为 合理 的方 案。 选择 分型 面时 一般 应遵 循以 下几 项原则： 1)分型面应选在塑件外形最大轮廓处。 2)便于塑件顺利脱模，尽量使塑件开模时留在动模一边。 3)保证塑件的精度要求。 4)满足塑件的外观质量要求。 5)便于模具加工制造。 6)对成型面积的影响。 7)对排气效果的影响。 26 8)对侧向抽芯的影响。 其中最重要的是第 5）和第 2）、第 8）点。为了便于模具加工制造 ，应 尽是 选择 平直 分型 面工 易于 加工 的分 型面 。 我 设计 的分 型面如图 1 所示。 图（ 1） 左 边有 个滑 块分 型， 右边 有斜 杆分 型。 因为 分型 面的 选择 应尽 可能使 塑件 在开 模后 留在 后模 一边 ，所 以这 样有 助于 后模 设置 的推 出机构动作。 2 型腔数目的确定 注 塑 模 的 型 腔 数 目 ,可以是一模一腔 ,也 可 以 是 一 模 多 腔 ,在型腔数目的确定时主要考虑以下几个有关因素： （ 1） 塑件的尺寸精度 ； （ 2）模具制造成本； （ 3）注塑成型的生产效益 。 由于 1 模 1 腔可以保证高注射压力和快注射速率， 并且精度高， 所以我采用 1 模 1 腔的形式。 如图 2 所示。 27 图 2 3 浇口的设计 浇口亦称进料口，是连接分流道与型腔的通道，除直接浇口外，它 是浇 注系 统中 截面 最小 的部 分， 但却 是浇 注系 统的 关键 部分 ，浇口的位置、形状及尺寸对塑件性能和质量的影响很大。 1） 浇口的选用 浇口可分为限制性和非限制性浇口两种。我将采用限制性浇口。 限制性浇 口一方面 通过截面 积的突然 变化，使 分流道输 送来的塑 料熔体的 流速产生 加速度， 提高剪切 速率，使 其成为理 想的流动 状态，迅 速面均衡 地充满型 腔，另一 方面改善 塑料熔体 进入型腔 时的流动 特性，调 节浇口尺 寸，可控 制填充时 间、冷却 时间及塑 件表面质 量，同时 还起着封 闭型腔防 止塑料熔 体倒流， 并便于浇口凝料与塑件分离的作用。 28 限制性浇口有点浇口，侧浇口等形式，我采用 侧 浇口，其有以 下优点： （ 1） 形状简单，去除 浇口方便，便于加工，而且尺寸精度容易保证 ； （ 2） 试模时如发现不当，容易及时修改； （ 3） 能相对独立地控制填充速度及封闭时间； 2）浇口位置的选择 模具设计时 ，浇口的位置及尺寸要求比较严格 ，初步试模后还需 进一步修 改浇口尺 寸，无论 采用何种 浇口，其 开设位置 对塑件成 型性能及 质量影响 很大，因 此合理选 择浇口的 开设位置 是提高质 量的重要 环节，同 时浇口位 置的不同 还影响模 具结构。 总之要使 塑件具有 良好的性 能与外表 ，一定要 认真考虑 浇口位置 的选择，通常要考虑以下几项原则： （ 1）尽量缩短流动距离。 （ 2）浇口应开设在塑件壁厚 最大处。 根 据本 塑件 的特 征， 综合 考虑 以上 几项 原则 ，我 选的 浇口 位置 如图3 所示。 图 3 29 4 冷料穴的设计 在 完 成 一 次 注 射 循 环 的 间 隔 ， 考 虑 到 注 射 机 喷 嘴 和 主 流 道 入 口这 一小 段熔 体因 辐射 散热 而低 于所 要求 的塑 料熔 体的 温度 ，从 喷嘴端 部到 注射 机料 筒以 内约 10 25 深度 有个 温度 逐渐 升高 的区域 ，这 时才 达到 正常 的塑 料熔 体温 度。 位于 这一 区域 内的 塑料 的流动 性能 及成 型性 能不 佳， 如果 这里 温度 相对 较低 的冷 料进 入型 腔，便 会产 生次 品。 为克 服这 一现 象的 影响 ，用 一个 井穴 将主 流道 延长以 接收 冷料 ，防 止冷 料进 入浇 注系 统的 流道 和型 腔， 把这 一用 来容纳 注射间隔所产生的冷料的井穴称为冷料穴。 冷 料 穴 一 般 开 设 在 主 流 道 对 面 的 动 模 板 上 （ 也 即 塑 料 流 动 的 转向处 ），其标称直径与主流道大端直径相同或略大一些，深度约为直径的 1 ，最终要保证冷料的体积小于冷料穴的体积，冷料穴有六种形式，常用的是端部为 Z 字形和拉料杆的形式，具体要根据塑料性能合理选用。本模具中的冷料穴的具体位置和形状如图 4 中所示。 图 4 5 导向与定位机构 30 注 射模 的导 向机 构主 要有 导柱 导向 和锥 面定 位两 种类 型。 导柱导 向机 构用 于动 、定 模之 间的 开合 模导 向和 脱模 机构 的运 动导 向。锥面定位机构用于动、定模之间的精 密对中定位。 导 柱： 国家 标准 规定 了两 种结 构形 式， 分为 带头 导柱 和有 肩导柱 ，大 型而 长的 导柱 应开 设油 槽， 内存 润滑 剂， 以减 小导 柱导 向的摩 擦。 若导 柱需 要支 撑模 板的 重量 ，特 别对 于大 型、 精密 的模 具，导柱的直径需要进行强度校核。 导 套： 导套 分为 直导 套和 带头 导套 ，直 导套 装入 模板 后， 应有防止被拔出的结构，带头导柱轴向固定容易。 设计导柱和导套需要注意的事项有： 1）合理布置导柱的位置，导柱中心至模具外缘至少应有一个导柱 直径 的厚 度； 导柱 不应 设在 矩形 模具 四角 的危 险断 面上 。通 常设在长边离中心线的 1/3 处最为安全。导柱布置方式常采用 等径不对称布置，或不等直径对称布置。 2） 导 柱工 作部 分长 度 应比 型芯 端面高 出 68 以确 保 其导向与引导作用。 3）导柱可以设置在动模或定模，设在动模一边可以保护型芯不受损坏，设在定模一边有利于塑件脱模。 如图 5 是本设计中用的导柱和导套。 31 图 5 导柱 中 开设 了 油槽， 可以 内存润滑剂，以减小导柱导向的摩擦 。 4）为了便于模具在注塑机上安装以及模具浇口套与注塑机的喷嘴孔精确定位，应在模具上安装定位圈，用于与注塑机定位孔匹配。定位圈除完成浇口套与喷嘴孔的精确定位外，还可以防止浇口套从模内滑出。我采用的定位圈，用 它来压住浇口套 ，以防止浇口套滑出。 其公称尺寸为 120 6 推出结构和复位结构的选定 推 杆脱 模机 构是 最简 单、 最常 用的 一种 形式 ，具 有制 造简 单、推出效果好等特点。推杆直接与塑件接触，开模后将塑件推出。 1） 推杆的截面形状；可分为圆形，方形或椭圆形等其它形状，根 据塑 件的 推出 部位 而定 ，最 常用 的截 面形 状为 圆形 ；推 杆又 分为32 普 通推 杆和 成型 推杆 两种 ，前 者只 是起 到将 塑件 推出 的作 用， 后者不 仅如 此还 能参 与 局 部成 型， 所以 ，推 杆的 使用 是非 常灵 活的 。 图7 是本设计中用的推杆。 图 7 2）推杆的固定形式：推杆的固定形式有多种，但最常用的是推杆在固定板中的形式，此外还有螺钉紧固等形式。 3）推出机构的复位：脱模机构完成塑件的顶出后，为进行下一个 循环 必须 回复 到初 始位 置， 目前 常用 的复 位形 式主 要有 复位 杆复位 和弹 簧复 位。 本设 计采 用弹 簧复 位机 构， 弹簧 复位 机构 是一 种最简 单的 复位 方式 。推 出时 弹簧 被压 缩， 而合 模时 弹簧 的回 力就 将推出机构复位 。 如图 8 所示。 33 图 8 7 浇注系统设计 注 塑模 的浇 注系 统是 指模 具中 从注 塑机 喷嘴 开始 到型 腔入 口为止 的塑 料熔 体的 流动 通道 ，它 由主 流道 ，分 流道 ，冷 料穴 和浇 口组成 。它 向型 腔中 的传 质， 传热 ，传 压情 况决 定着 塑件 的内 在和 外表质 量， 它的 布置 和安 排影 响着 成型 的难 易程 度和 模具 设计 及加 工的复杂程度，所以浇注系统是模具设计中的主要内容之一。 1） 主流道 主 流道 是连 接注 塑机 的喷 嘴与 分流 道的 一段 通道 ，通 常和 注塑机 的喷 嘴在 同一 轴线 上， 断面 为圆 形， 有一 定的 锥度 ，目 的是 便于冷 料的 脱模 ，同 时 也 改善 料流 的速 度， 因为 要和 注塑 机相 配， 所以其尺寸与注塑机有关，如图 9 所示 ， 材料 流道衬套的固定34 是采用 螺钉来固定。 图 9 2） 分流道 在 多 型 腔 或 单 型 腔 多 浇 口 （ 塑 件 尺 寸 大 ） 时 应 设 置 分 流 道 ， 分流 道是 指主 流道 末端 与浇 口之 间这 一段 塑料 熔体 的流 动通 道。 它是浇 注系 统中 熔融 状态 的塑 料由 主流 道流 入型 腔前 ，通 过截 面积 的变化 及流 向变 换以 获得 平稳 流态 的过 渡段 。因 此分 流道 设计 应满 足良好 的压 力传 递和 保持 理想 的充 填状 态， 并在 流动 过程 中压 力损 失尽可能小，能将塑料熔体均衡 地分配到各个型腔。 分流道的断面形状有圆形，矩形，梯形， U 形和六角形。要减少 流道 内的 压力 损失 ，希 望流 道的 截面 积大 ，表 面积 小， 以减 小传热 损失 ，因 此， 可以 用流 道的 截面 积与 周长 的比 值来 表示 流道 的效率，其中圆形和正方形的效率最高，但正方形的流道凝料脱模困难 ，所以一般是制成梯形流道。在该模具上取直径为 6 35 8 侧抽芯机构 当 塑件 上具 有内 外侧 孔或 内外 侧凹 时， 塑件 不能 直接 从模 具中脱 出。 此时 需将 成型 塑件 侧孔 或侧 凹等 的模 具零 件作 成活 动的 ，这种零件称为侧型芯（俗称活动型芯）。在塑件脱模前先将侧型芯从塑件 上抽 出， 然后 再从 模具 中 推 出塑 件。 完成 侧型 芯抽 出和 复位 的机构 就叫 做侧 向分 型与 抽芯 机构 。 由 于本 塑件 有两 个 电 池脚 插口 ，所以 要用 到 斜 杆导 滑的 内侧 分型 抽芯 机构 。其 工作 原理 ： 塑 件内 侧的凹槽 由 斜 杆 的 头 部 成 型 ( 该结构斜杆与成型滑块合为一体 ),在型芯 上 开 有 斜 孔 ,滑 座 固 定 在 推 杆 固 定 板 上 ,斜 杆 的 成 型 端 可 在 型 芯 的斜孔内滑动 ,而另一端与滑座 T 形槽配