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塑胶模具培训 目录 1 常用塑料材料特征2 模具鋼材選用3 模具与注射机的關系4 注射模具結构5 澆注系統6 冷卻系統7 行位机构8 脫模机构 1 常用塑料材料特征 一 塑料的分类二 热塑性材料的分类三 聚乙烯四 聚丙烯五 聚苯乙烯六 ABS七 聚碳酸酯八 聚甲醛 一 塑料的分类 我们常说的塑料 是对所有塑料品种的统称 它的应用很广泛 因此 分类方法也各有不同 按用途大体可以分为通用塑料和工程塑料两大类 通用塑料如聚乙烯 PE 聚丙烯 PP 聚苯乙烯 PS 改性聚苯乙烯 例如 SAN HIPS 聚氯乙烯 PVC 等 这些是日常使用最广泛的材料 性能要求不高 成本低 工程塑料指一些具有机械零件或工程结构材料等工业品质的塑料 其机械性能 电气性能 对化学环境的耐受性 对高温 低温的耐受性等方面都具有较优越的特点 在工程技术上甚至能取代某些金属或其它材料 常见的有ABS 聚酰胺 简称PA 俗称尼龙 聚碳酸酯 PC 聚甲醛 POM 有机玻璃 PMMA 聚酯树脂 如PET PBT 等等 前四种发展最快 为国际上公认的四大工程塑料 按加热时的工艺性能 塑料又可以分为热固性塑料和热塑性塑料两大类 热固性塑料在受热后分子结构转化成网状或体型而固化成型 变硬后即使加热也不能使它再软化 一 塑料的分类 这种材料的特点是质地坚硬 耐热性好 尺寸比较稳定 不溶于溶剂 常见的有酚醛树脂 PF 环氧树脂 EP 不饱和聚酯 UP 等等 热塑性塑料在受热条件下软化熔融 冷却后定型 并可多次反复而始终具有可塑性 加工时所起的是物理变化 常见的有聚氯乙烯 PVC 聚乙烯 PE 聚丙烯 PP 聚苯乙烯 PS 及其改性品种 ABS 尼龙 PA 聚甲醛 POM 聚碳酸酯 PC 有机玻璃 PMMA 等等 这类塑料在一定塑化温度及适当压力下成型过程比较简单 其塑料制品具有不同的物理性能和机械性能 二 热塑性材料的分类 我们现在接触的都是热塑性塑料 热塑性塑料可分为两大类 结晶形塑料和无定形塑料 所谓结晶 就是聚合物由熔融态分子的无次序状态到凝固态有规则地进行重排的性质 具有这种性质的塑料就叫结晶形塑料 反之 就叫无定形塑料 或叫非结晶形塑料 结晶形材料具有比较明显的熔点 当加工温度进入熔点后即出现粘流态 聚合物粘度迅速下降 发生不可逆的塑性形变 而无定形塑料 由常温下的固态加温直至软化最后到粘流态 中间没有明显的熔点 作为判别结晶形塑料和无定形塑料方法 一般来说 不透明的或半透明的是结晶形塑料 例如聚乙烯 聚丙烯 聚甲醛 聚酰胺 聚酯等 透明的是无定形塑料 例如聚苯乙烯 聚碳酸酯 聚甲基丙烯酸甲酯 有机玻璃 聚砜等 当然 也有例外情况 比如ABS属于无定形塑料 却不透明 附表1 1 常见塑料的成型收缩率 注 带 的参数为推荐值 三 聚乙烯 聚乙烯 Polyethylene 简称PE 是塑料中产量最大的 日常生活中使用最普通的一种 特点是质软 无毒 价廉 加工方便 注射用料为乳白色颗粒 分子式为 由于主链为C C键结构 无侧基 柔顺性好 分子呈规整的对称性排列 所以是一种典型的结晶高聚物 聚乙烯比较容易燃烧 燃烧时散发出石蜡燃烧味道 火焰上端黄色 下端蓝色 熔融滴落 离火后能继续燃烧 目前大量使用的PE料主要有两种 即HDPE和LDPE A HDPE和LDPE的基本性能HDPE 低压高密度聚乙烯 俗称硬性软胶 分子结构中支链较少 相对密度0 94g cm3 0 965g cm3 结晶度80 90 其最突出的性能是电绝缘性优良 耐磨性 不透水性 抗化学药品性都较好 在60 下几乎不溶于任何溶剂 耐低温性良好 在 70 时仍有柔软性 缺点主要有 耐骤冷骤热性较差 机械强度不高 热变形温度低 HDPE主要用来制作吹塑瓶子等中空制品 其次用作注塑成型 制作周转箱 旋塞 小载荷齿轮 轴承 电气元件支架等 LDPE 高压低密度聚乙烯 俗称软胶 分子结构之间有较多的支链 密度0 910g cm3 0 925g cm3 结晶度55 65 易于透气透湿 有优良的电绝缘性能和耐化学性能 柔软性 伸长率 耐冲击性 透光率比HDPE好 机械强度稍差 耐热性能较差 不耐光和热老化 大量用作挤塑包装薄膜 薄片 包装容器 电线电缆包皮和软性注塑 挤塑件 三 聚乙烯 HDPE LDPE在性能上的相同点 1 吸水率较低 成型加工前可以不进行干燥处理 2 聚乙烯为剪敏性材料 粘度受剪切速率的影响更明显 3 收缩率较大且方向性明显 制品容易翘曲变形 由於聚乙烯是結晶型聚合物 它的結晶均勻程度直接影響到製品密度的分布 所以 要求模具的冷卻水佈置儘可能均勻 使密度均勻 保證製品尺寸和形狀精度 三 聚乙烯 B 模具设计时应注意 1 聚乙烯分子有取向现象 这将导致取向方向的收缩率大于垂直方向的收缩率而引起的翘曲 扭曲变形 以及对制品性能产生的影响 为了避免这种现象 模具设计时应注意浇口位置的确定和收缩率的选择 2 聚乙烯质地柔软光滑 易脱模 对于侧壁带浅凹槽的制品 可采取强行脱模的方式进行脱模 3 由于聚乙烯流动性较好 排气槽的深度应控制在0 03mm以下 三 聚乙烯 四 聚丙烯 聚丙烯 Polypropylene 简称PP 俗称百折软胶 由丙烯聚合而成 分子式为 属于结晶形高聚物 有着质轻 无毒 无味的特点 而且还具有耐腐蚀 耐高温 机械强度高的特点 注射用的聚丙烯树脂为白色 有蜡状感的颗粒 聚丙烯容易燃烧 火焰上端呈黄色 下端蓝色 冒少量黑烟并熔融滴落 离火后能继续燃烧 散发出石油味 聚丙烯大致分为单一的聚丙烯均聚体和改进冲击性能的乙烯 丙烯共聚体两种 共聚的聚丙烯制品其耐冲击性比均聚聚丙烯有所改善 CH2CH nCH3 A PP性能上的主要优点 1 由于在熔融温度下流动性好 成型工艺较宽 且各向异性比PE小 故特别适于制作各种形状简单的制品 制品的表面光泽 染色效果 外伤痕留等方面优于PE料 2 通用塑料中 PP的耐热性最好 其制品可在100 下煮沸消毒 适于制成餐具 水壶等及需要进行高温灭菌处理的医疗器械 热变形溫度为100 105 可在100 以上長期使用 3 屈服强度高 有很高的弯曲疲劳寿命 用PP制作的活动铰链 在厚度适当的情况下 如0 25 0 5mm 能承受7000万次的折叠弯曲而未有大的损坏 4 密度较小 为目前已知的塑料中密度最小的品种之一 常见塑料的密度范围见附表1 2 四 聚丙烯 表1 2 常见塑料密度范围 A PP性能的主要缺点 1 由于是结晶聚合物 成型收缩率比无定形聚合物如PS ABS PC等大 成型时尺寸又易受温度 压力 冷却速度的影响 会出现不同程度的翘曲 变形 厚薄转折处易产生凸陷 因而不适于制造尺寸精度要求高或易出现变形缺陷的产品 2 刚性不足 不宜作受力机械构件 特别是制品上的缺口对应力十分敏感 因而设计时要避免尖角缺口的存在 3 耐候性较差 在阳光下易受紫外线辐射而加速塑料老化 使制品变硬开裂 染色消退或发生迁移 四 聚丙烯 B 模具设计 1 成型收缩率大 选择浇口位置时应满足熔体以较平衡的流动秩序充填型腔 确保制品各个方向的收缩一致 2 带铰链的制品应注意浇口位置的选择 要求熔体的流动方向垂直于铰链的轴心线 3 由于PP的流动性较好 排气槽深度不可超过0 03mm 四 聚丙烯 五 聚苯乙烯 聚苯乙烯 Polystyrene 简称PS GPS 俗称通用级PS或硬胶 是一种无定形透明的热塑性塑料 先由苯与乙烯加成得乙苯 再由乙苯制得苯乙烯 最后由苯乙烯加聚反应得聚苯乙烯 化学结构式为 A PS性能的主要优点 1 光学性能好 其透光率达88 92 可用作一般透明或滤光材料器件 如仪表 收录机上的刻度盘 电盘指示灯 自行车尾灯的透光外罩等 2 易于成型加工 因其比热低 熔融粘度低 塑化能力强 加热成型快 故模塑周期短 而且 成型温度和分解温度相距较远 可供选择范围广 加之结晶度低 尺寸稳定性好 被认为是一种标准的工艺塑料 3 着色性能好 PS表面容易上色 印刷和金属化处理 染色范围广 注射成型温度可以调低 能适应多种耐温性差的有机颜料的着色 制出色彩鲜艳明快的制品 B PS性能的主要缺点 1 其最大的缺点是性脆易裂 因其抗冲击强度低 在外力作用下易于产生银纹屈服而使材料表现为性脆易裂 制件仅能在较低的负载使用 耐磨性也较差 在稍大的磨擦碰刮作用下很易拉毛 2 耐热温度较低 其制品的最高连续使用温度仅为60 80 不宜制作盛载开水和高热食品的容器 1 此外 PS的热胀系数大 热承载力较差 嵌入螺母 螺钉 导柱 垫块之类金属元件的塑料制品 往往在嵌接处出现裂纹 4 成型加工工艺要求较高 虽然PS透明 易于成型 但如果加工工艺不善 将带来不少问题 例如 a PS制品老化现象较明显 长时间光照或存放后 会出现混浊和发黄 b PS对热的敏感性很大 很易在不良的受热受压加工环境中发生降解 五 聚苯乙烯 C PS的改性为了改善PS强度较低 不耐热 性脆易裂的缺点 以PS为基质 与不同单体共聚或与共聚体 均聚体共混 可制得多种改性体 例如 高抗冲聚苯乙烯 HIPS 苯烯腈 苯乙烯共聚体 SAN 等等 HIPS它除了具有聚苯乙烯易于着色 易于加工的优点外 还具有较强的韧性和冲击强度 较大的弹性 SAN具有较高的耐应力开裂性以及耐油性 耐热性和耐化学腐蚀性 D 模具设计 1 PS的热胀系数与金属相差较大 在PS制品中不宜有金属嵌件 否则当环境温度变化时 制品极易出现应力开裂现象 2 因PS性脆易裂 故制品的壁厚应尽可能均匀 不允许有缺口 尖角存在 厚薄相连处要用较大的圆弧过渡 以避免应力集中 3 为防止制品因脱模不良而开裂或增加内应力 除了选择合理的脱模斜度外 还要有较大的有效顶出面积 有良好的顶出同步性 4 PS对浇口形式无特殊要求 仅要求在浇口和制品连接处用较大的圆弧过度 以免在去浇口时损伤制品 五 聚苯乙烯 六 ABS ABS Acrylonitrile Butadiene Styrene 俗称超不碎胶 是一种高强度改性PS 由丙烯腈 丁二烯和苯乙烯三种组元以一定的比例共聚而成 化学结构式为 三元结构的ABS兼具各组分的多种固有特性 丙烯腈能使制品有较高的强度和表面硬度 提高耐化学腐蚀性和耐热性 丁二烯使聚合物有一定的柔顺性 使制件在低温下具有一定的韧性和弹性 较高的冲击强度而不易脆折 苯乙烯使分子链保持刚性 使材质坚硬 带光泽 保留了良好的电性能和热流动性 易于加工成型和染色 ABS本色为浅象牙色 不透明 无毒无味 属于无定形塑料 粘度适中 它的熔体流动性和温度 压力都有关系 其中压力的影响要大一些 ABS树脂是一种缓慢燃烧的材料 燃烧时火焰呈黄色 冒黑烟 气味特殊 在继续燃烧时不会熔融滴落 A 主要优点 1 综合性能比较好 机械强度高 抗冲击能力强 低温时也不会迅速下降 缺口敏感性较好 抗蠕变性好 温度升高时也不会迅速下降 有一定的表面硬度 抗抓伤 耐磨性好 摩擦系数低 2 电气性能好 受温度 湿度 频率变化影响小 3 耐低温达 40 4 耐酸 碱 盐 油 水 5 可以用涂漆 印刷 电镀等方法对制品进行表面装饰 6 较小的收缩率 较宽的成型工艺范围 B 主要缺点 1 不耐有机溶剂 会被溶胀 也会被极性溶剂所溶解 2 耐候性较差 特别是耐紫外线性能不好 3 耐热性不够好 普通ABS的热变形温度仅为95 98 六 ABS C ABS的改性ABS能与其他许多热塑性或热塑性塑料共混 改进这些塑料的加工和使用性能 如将ABS加入PVC中 可提高其冲击韧性 耐燃性 抗老化和抗寒能力 并改善其加工性能 将ABS与PC共混 可提高抗冲击强度和耐热性 以甲基丙烯酸甲酯替代ABS中丙烯腈组分 可制得MBS塑料 即通常所说的透明ABS 综上所述 ABS是一类较理想的工程塑料 为各行业所广为采用 航空 造船 机械 电气 纺织 汽车 建筑等制造业都将ABS作为首选非金属材料 D 模具设计1 排气为防止在充模过程中出现排气不良 灼伤 熔接缝等缺陷 要求开设深度不大于0 04mm的排气槽 六 ABS 七 聚碳酸酯 聚碳酸酯 Polycarbonate 简称PC 俗称防弹玻璃胶 常指双酚A型聚碳酸酯 它性能优越 不仅透明度高 冲击韧性极好 而且耐蠕变 使用温度范围宽 电绝缘性 耐候性优良 无毒 是一种有优异工程性能的较理想的塑料 外观透明微黄 刚硬而带韧性 其分子式为 聚碳酸酯的结晶倾向较小 没有准确的熔点 一般认为属于无定形塑料 流动性较差 冷却速度较快 制品易产生应力集中 它的流变性很接近牛顿型流体 它的粘度主要受温度影响 聚碳酸酯可缓慢燃烧 火焰呈黄色 黑烟炭束 熔融起泡 散发出特殊花果臭 离火后慢慢熄灭 CH3 OCOC nCH3O A PC优良的综合性能主要表现在以下几个方面 1 机械强度高 其冲击强度是热塑性塑料中最高的一种 比铝 锌还高 号称 塑料金属 弹性模量高 受温度影响极小 抗蠕变性能突出 即使在较高温度 较长时间下蠕变量也十分小 优于POM 其他如韧性 抗弯强度 拉伸强度等亦优于PA及其他一般塑料 PC的低温机械强度是十分可贵的 所以在较宽的温度范围内 低温抗冲击能力较强 耐寒性好 脆化温度低达 100 2 热性耐气候性优良 PC的耐热性比一般塑料都高 热变形温度为135 143 长期工作温度达120 130 是一种耐热环境的常选塑料 其耐候性也很好 有人做过实验 将PC制件置于气温变化大的室外 任由日晒雨淋 三年后仅仅是色泽稍黄 性能仍保持不变 3 成型精度高 尺寸稳定好 成型收缩率基本固定在0 5 0 7 流动方向与垂直方向的收缩基本一致 在很宽的使用温度范围内尺寸可靠性高 七 聚碳酸酯 B PC的主要缺点 1 是自身流动性差 即使在较高的成型温度下 流动亦相对缓慢 2 是在成型温度下对水分极其敏感 微量的水分即会引起水解 使制件变色 起泡 破裂 3 抗疲劳性 耐磨性较差 缺口效应敏感 PC优良的综合性能使其在机械 仪器仪表 汽车 电器 纺织 化工 食品等领域都占据著重要地位 制成品有 食品包装 餐饮器具 安全帽 泵叶 外科手术器械 医疗器械 高级绝缘材料 齿轮 车灯灯罩 高温透镜 窥视孔镜 电器连接件和镭射唱片 镭射影碟等 七 聚碳酸酯 C 模具设计PC制品与模具设计除了遵循一般塑料制品与模具的设计原则外 还需注意以下几点 1 由于PC的流动性较差 所以 流道系统和浇口的尺寸都应较大 优先采用侧浇口 扇形浇口 护耳式浇口 2 由于熔体粘度较大 要求型腔的材料比较耐磨 3 熔体的凝固速度较快 流动的不平衡对充填过程影响明显 为了防止滞流 型腔应该获得较好的充填秩序 4 PC对缺口较为敏感 要求制品壁厚均匀一致 尽可能避免锐角 缺口的存在 转角处要用圆弧过渡 圆弧半径不小于1 5mm 5 为防止在成型过程中出现排气不良现象 需开设深度小于0 04mm的排气孔槽 七 聚碳酸酯 八 聚甲醛 聚甲醛 Polyoxymethylene 简称POM 俗名赛钢 是一种没有侧链 高密度 高结晶度的线型聚合物 聚有优异的综合性能 这种材料最突出的特性是具有高弹性模量 表现出很高的硬度和刚性 POM是一种结晶形塑料 熔融状态下具有良好的流动性 其表观粘度主要受剪切速率影响 是一种剪敏性材料 按分子链化学结构不同 聚甲醛可分为均聚和共聚两种 均聚物的密度 结晶度 机械强度等较高 共聚物的热稳定性 成型加工性 耐酸碱性较好 聚甲醛容易燃烧 火焰上端黄色 下端蓝色 并熔融滴落 散发出强烈的刺激性甲醛味 鱼腥臭 离火后能继续燃烧 A 主要优点 a POM具有良好的耐疲劳性和抗冲击强度 适合制造受周期性循环载荷的齿轮类制品 b 耐蠕变性好 与其他塑料相比 POM在较宽的温度范围内蠕变量较小 可用来作密封零件 c 耐磨性能好 POM具有自润滑性和低摩擦系数 该性能使它可用来作轴承 转轴 d 耐热性较好 在较高温下长期使用力学性能变化不大 均聚POM的工作温度在100 共聚POM可在114 e 吸水率低 成型加工时 对水分的存在不敏感 B 主要缺点 a 凝固速度快 制品容易产生皱纹 熔接痕等表面缺陷 b 收缩率大 较难控制制品的尺寸精度 c 加工温度范围较窄 热稳定性差 即使在正常的加工温度范围内受热稍长 也会发生聚合物分解 八 聚甲醛 C 模具设计a 在熔融态时 凝固速度快 结晶度高 体积收缩大 为满足正常的充填和保压 要求浇口尺寸大一些 且流动平衡性好一些 b 刚性好而韧性不足 弧形浇口不适合于POM 以防浇口断裂而无法正常脱模 c 为防止POM分解而腐蚀型腔 型腔材料应该选用耐腐蚀的材料d POM熔体流动性较好 为防止排气不良 熔接痕 灼伤变色等缺陷 要求模具开设良好的排气槽 深度不超0 02mm 宽度在3mm左右 附表 常用塑料基本性能表 八 聚甲醛 2 模具鋼材選用 模具材料选用现常选择的钢材厂家为 龙记钢材 常用模具材料如附表 优质进口模具钢材一览表 3 模具与注射机的關系 一 以下是海天注塑机的参数表 二 注射机的校核 4 注射模具結构 一 胶件排位二 分模面的确定三 成形零件设计 4 注射模具結构 模具结构由注射机类型和胶件特点所决定 由于胶件千变万化及所用注射机不同 模具结构也各不相同 但无论怎样变化 进行模具设计时应着重从以下几个方面考虑 1 注塑机的技术规格 2 塑胶的工艺性能 3 浇注系统 包括流道 浇口等 4 成型零部件 5 常用结构零部件 6 行位机构 7 顶出机构 8 模具温度控制 9 排气 10 模具材料 胶件排位是指据客户要求 将所需的一种或多种胶件按合理注塑工艺 模具结构进行排列 胶件排位与模具结构 塑胶工艺性相辅相成 并直接影响着后期的注塑工艺 排位时必需考虑相应的模具结构 在满足模具结构的条件下调整排 从注塑工艺角度需考虑以下几点 1 流动长度 每种胶料的流动长度不同 如果流动长度超出工艺要求 胶件就不会充满 2 流道废料 在满足各型腔充满的前提下 流道长度和截面尺寸应尽量小 以保证流道废料最少 3 浇口位置 当浇口位置影响胶件排位时 需先确定浇口位置 再排位 在一件多腔的情况下 浇口位置应统一 4 进胶平衡 进胶平衡是指胶料在基本相同的情况下 同时充满各型腔 为满足进胶平衡一般采用以下方法 一 胶件排位 A 按平衡式排位 如图4 1 1 适合于胶件体积大小基本一致的情况 B 按大胶件靠近主流道 小胶件远离主流道的方式排位 再调整流道 浇口尺寸满足进胶平衡 注意 当大小胶件重量之比大于8时 应同产品设计者协商调整 在这种情况下 调整流道 浇口尺寸很难满足平衡要求 6 型腔压力平衡 型腔压力分两个部分 一是指平行于开模方向的轴向压力 二是指垂直于开模方向的侧向压力 排位应力求轴向压力 侧向压力相对于模具中心平衡 防止溢胶产生批峰 一 胶件排位 图4 1 1 满足压力平衡的方法 A 排位均匀 对称 轴向平衡如图4 1 2 侧向平衡如图4 1 3 非对称排位不好 对称排位较好 图4 1 2 F 左 右对称侧向力平衡 图4 1 3 增加斜面锁紧平衡侧向压力 图4 1 4 B 利用模具结构平衡如图4 1 4这是一种常用的平衡侧压力的方法 具体的技术要求参见下节 二 分模面的确定 分模面选择原则打开模具取出胶件或浇注系统的面 称之为分模面 分模面除受排位的影响外 还受塑件的形状 外观 精度 浇口位置 行位 顶出 加工等多种因素影响 合理的分模面是塑件能否完好成型的先决条件 一般应从以下几个方面综合考虑 1 符合胶件脱模的基本要求 就是能使胶件从模具内取出 分模面位置应设在胶件脱模方向最大的投影边缘部位 2 确保胶件留在后模一侧 并利于顶出且顶针痕迹不显露于外观面 3 分模线不影响胶件外观 分模面应尽量不破坏胶件光滑的外表面 4 确保胶件质量 例如 将有同轴度要求的胶件部分放到分模面的同一侧等 5 分模面选择应尽量避免形成侧孔 侧凹 若需要行位成形 力求行位结构简单 尽量避免前模行位 6 合理安排浇注系统 特别是浇口位置 7 满足模具的锁紧要求 将胶件投影面积大的方向 放在前 后模的合模方向上 而将投影面积小的方向作为侧向分模面 另外 分模面是曲面时 应加斜面锁紧 8 有利于模具加工 强度校核模具强度计算较为复杂 一般采用简化的计算方法 计算时采取保守的做法 原则是 选取最不利的受力结构形式 选用较大的安全系数 然后再优化模具结构 充分提高模具强度 为保证模具能正常工作 不仅要校核模具的整体性强度 也要校核模具局部结构的强度 整体性强度主要针对型腔侧壁厚度 型腔底板厚度 合模面所能承受的压力等几个方面 计算按 模具设计验证 执行 实际选用尺寸应大于计算尺寸并取整 对于其他零部件 如镶件 斜顶 行位 铲鸡 甚至导柱等的强度 根据下面的简单计算进行校核 校核时应从强度与弯曲两个方面分别计算 选取较大的尺寸 二 分模面的确定 D464 ab312 ab26 MMaxWZ D332 简化模型如图4 2 2所示 强度计算 弯曲计算 fy WZ抗弯模量 方形件WZ 圆形件WZ Z截面模量 方形件WZ 圆形件IZ D 圆直径 允许最大抗弯应力 王牌钢 200Mpa 预硬化模具钢 300 350PaE 2 1X105Mpa 图4 2 2 F 杆件所受的力 fy 弹性变形量MMax最大弯距 FL33EIZ 三 成形零件设计 模具零件按其作用可分为成形零件与结构零件 成形零件是指直接参与形成型腔空间的结构件 如凹模 型腔 凸模 型芯 镶件 行位等 结构零件是指用于安装 定位 导向 顶出以及成形时完成各种动作的零件 如定位圈 唧咀 螺钉 拉料杆 顶针 密封圈 定距拉板 拉勾等等 常用结构零件参见下节 成形零件设计时 应充分考虑胶料的成形收缩率 脱模斜度 制造与维修的工艺性等 A 胶料的成形收缩率胶料的成形收缩受多方面的影响 如胶料品种 胶件几何形状及大小 模具温度 注射压力 充模时间 保压时间等 其中影响最显著的是胶料品种 胶件几何形状及壁厚 不同的胶料具有不同的收缩率范围 参见第二章 常用塑料 具体的收缩率根据推荐值而定 如有改动 需相应负责人确定 值得注意的是 对同一胶件增加收缩值时 3D设计和2D设计所选用的参考点应相同 否则将会使3D和2D设计不统一 B 脱模斜度合理的脱模斜度是便于脱模 获取高质量表面要求的必要条件 在胶件设计时 一般都会给出较为合理的脱模斜度 但由于有时考虑不周 胶件选用或形成了不合理的脱模斜度 这将势必影响胶件的表面质量 所以在模具设计时应对胶件的脱模斜度进行检查 并与相关的负责人协商解决不合理的地方 以下是对脱模斜度的一般要求 1 常用胶料如ABS HIPS PC PVC等 胶件外表面的脱模斜度参照下述选用 外表面为光面的小胶件 脱模斜度 1 大胶件的脱模斜度 3 外表面蚀纹面Ra 6 3 脱模斜度 3 Ra 6 3 脱模斜度 4 外表面火花纹面Ra 3 2 脱模斜度 3 Ra 3 2 脱模斜度 4 2 不论胶件内表面的骨位 柱位是否设计有脱模斜度 在进行模具设计时 都应按下述要求增加或修改脱模斜度 骨位根部的厚度小于0 5t t 为胶件的壁厚 骨位顶部的厚度应大于或等于0 8mm 具体的脱模斜度依照已确定的厚度差及骨位的高度而定 若骨位长度方向两侧需要脱模斜度时 在不影响胶件内部结构的情况下 应选取较大的脱模斜度 三 成形零件设计 柱位的要求按第三章第三节的内容对其进行修改 3 在增加或修改擦 碰穿位的脱模斜度时 按第五章第二节中对台阶型分模面的要求选用 影响胶件结构时 应与相关负责人协商解决 C 成形零件的工艺性模具设计时 应力求成形零件具有较好的装配 加工及维修性能 为了提高成形零件的工艺性 主要应从以下几点考虑 1 不能产生尖钢 薄钢如图4 3 1a 4 3 1b 4 3 1c 2 易于加工易于加工是成型零件设计的基本要求 模具设计时 应充分考虑每一个零件的加工性能 通过合理的镶拼组合来满足加工工艺要求 例如 为了胶件止口部位易于加工 一般采用图4 3 2a 4 3 2b所示的镶拼结构 其他组合方式或不做镶拼均为不合理的设计结构 3 易于修整尺寸及维修对于成型零件中 尺寸有可能变动的部位应考虑组合结构 如图4 3 3所示 对易于磨损的碰 擦位 为了强度及维修方便 应采用镶拼结构 4 保证成型零件的强度 5 易于装配针对镶拼结构的成型零件而言 易于装配是模具设计的基本要求 而且应避免安装时出现差错 对于形状规整的镶件或模具中有多个外形尺寸相同的镶件 设计时应考虑避免镶件错位安装和同一镶件的转向安装 常常采用的方法是镶件非对称紧固或定位 如图4 3 4b所示 在图4 3 4a中 紧固位置对称 易产生镶件1与镶件2的错位安装 同一镶件也容易转向安装 在图4 3 4b中 每个镶件的紧固位置非对称布置 且镶件1与镶件2的紧固排位也不相同 从而避免产生错位安装及同一镶件转向安装 另外 为了避免错位安装 也可采用定位销非对称排布的方法 易于修正外形尺寸 图4 3 3 镶件 6 不能影响外观在进行成型零件设计时 不仅要考虑其工艺性要求 而且要保证胶件外观面的要求 胶件是否允许夹线存在是决定能否制做镶件的前提 若允许夹线存在 则应考虑镶拼结构 否则 只能采用其他结构形式 图4 3 5中 胶件表面允许夹线存在 则可以采用镶拼结构 以利于加工 图4 3 6中 胶件正表面不允许夹线存在 为了利于加工或其他目的 将夹线位置移向侧壁 从而采用镶拼结构 图4 3 7中 当圆弧处不允许夹线时 更改镶件结构 将夹线位置移向内壁 7 综合考虑模具冷却 成型零件采用镶拼结构后 若造成局部冷却困难 应考虑采用其它冷却方法或整体结构 5 澆注系統 一 澆注系統組成和設計思路二 主流道設計三 分流道設計四 冷料井和流道 水口 的勾針設計五 澆口設計 一 澆注系統組成和設計思路 1 浇注系统组成如图5 1所示 主要包括 主流道 分流道 冷料井 浇口等 1 紧固螺钉2 紧固螺钉3 唧咀4 定位圈5 面板图4 5 1a 图5 1浇注系统组成1 主流道2 分流道3 胶件4 拉料槽5 冷料井6 冷料井7 分流道8 拉料槽9 分流道10 浇口 2 设计思路 1 注意对胶件外观的影响 如浇口外露 胶件表面夹水纹位置等 2 要根据胶件结构来分析浇注系统对其填充过程的影响 确保胶件内在质量和尺寸稳定 3 全自动操作模具其水口能自动脱落 并与浇件尽可能自动分离 4 设计时应留有一定的余地 以便于修正和提高可靠性 5 必须考虑到胶件生产的后续工序 如在装配 管理上的需要 往往要将多件联成一体 6 主流道进口处的位置应尽量与模具中心重合 一 澆注系統組成和設計思路 二 主流道設計 A 垂直式主流道设计 见图5 2 1 d 注塑机喷嘴直径 0 5 1 mm 一般取 3 0 3 5mm 2 3 4 对粘度大的塑料可取6 3 L 95mm 否则就考虑浇口套冷却 4 大头直径一般不大于 8 0mm 图5 2主流道设计 垂直式 B 常用唧嘴选择 见表5 1 图5 2主流道设计 垂直式 优先选择 新井 公司标唧嘴 详见撔戮當标准 图5 3标准长唧嘴 普通型 图5 4长唧嘴与定位环配合尺寸 1 适用于两板模 大水口 注意唧嘴的防转 避免碰伤模具 2 定位环优先选斝戮當公司标准件 1 适于两板模 大水口 主流道较长时 2 定位环为本公司标准 图5 5长唧嘴与定位环配合尺寸 1 适用于三板模 细水口模 可缩短主流道长度 便于水口脱模 2 适用于DCH2025 2740型模坯 图5 6短唧嘴 小型 1 适用于三板模 细水口模 可缩短主流道长度 便于水口脱模 2 适用DCH3030 4070型模坯 图5 7短唧嘴 中型 1 适用于三板模 细水口模 可缩短主流道长度 便于水口脱模 2 适用于DCH4545 5070型模坯 图5 8短唧嘴 大型 三 分流道設計 1 分流道设计原则A 使塑料沿分型面流动时 要求熔融胶尽快充满型腔 流动中热损失尽可能少 流动阻力尽可能低 故分流道尽可能短及选择合理截面 转折处应圆滑过渡 B 应能使塑料融体均匀地分配到各个型腔 大胶件取大截面短流道 小胶件则取小截面 C 分流道尺寸应与模腔容积 胶件壁厚模腔长度和相应的浇口尺寸成一定比例 D 易于脱模 分流道内熔体不能先于胶件固化 E 要便于加工及刀具选择 2 常用分流道截面及尺寸系列 见表5 2 常用胶件分流道布置方法和尺寸图例 说明 图5 11I形排列 非平衡式 1 非平衡式分流道较短 但流道与浇口必须适当修正 图5 13X形排列 2 平衡式排列分流道较长 适用于PE PA HIPS 等流动性较好的塑料 3 X形排列分流道较短 但不能充分利用模具有效面积 适于小胶件 3 分流道布置及截面尺寸的确定 见表5 3 图5 12H形排列 平衡式 4 辅助分流道设置的几种情况 A 有利于胶件后续工序 方便安装 喷油 电镀等 B 可改善成型质量 消除变形及保证顺利充模等 C 便于包装 运输 D 可使胶件和水口留于动模上 四 冷料井和流道 水口 的勾針設計 1 冷料井的作用 是防止在注射时将冷料注入型腔 而使制品产生缺陷 2 冷料井设计原则 A 冷料井的位置 一般都设计中主流道或分流道的未端 以便存放料流前端冷料 并根据料流方向来设置 B 主流道冷料井 圆柱体直径D取 6 0 8 0 mm 深 1 1 5 D 分流道冷料井 长度取 1 1 5 D C 胶件材料对冷料井的要求 对于POM PC PVC等胶料都必须在分流道上设置冷料井 冷料井长度不小于1 5D 3 常用冷料及勾针的形式和尺寸 常用冷料井及勾针的形式和尺寸见表5 4 图5 17揨斝 图5 18直身形 1 揨斝纬 糜谥髁鞯拦凑爰扒澳 鸡嘴入水处的水口勾针等 5 17 2 球扣形和园扣形常用做三板模分流道勾针或推板顶顶出无冷料井时 如图5 19 5 21 图5 19球扣形 图5 20倒锥形 图5 21园扣形 图5 22锥形 3 锥形常用做软胶 PVC料 及POM料等啤全自动时水口勾针 如花仔等 如图5 22 5 锥形吊针常用于插卡门和喇叭罩等胶件上 防止砌前模 6 分流道冷料井 长度 1 1 5 D 五 澆口設計 A 浇口位置和数目选择原则1 避免胶件表面产生缺陷 如 装配时浇口不外露 夹水纹不在明显部位 防止产生喷射纹 2 有利于流动 排气和保压 如 在避免产生喷射纹的前提下 尽量将浇口开在接近截面最厚处 保持浇口到型腔各处的流程基本一致 避免在腔内产生困气 如跑道效应产生的气纹 困气等 3 有利于增加夹水纹熔接强度 减少夹水纹数量 尽量避免夹水纹产生于手柄中间 螺丝柱及弹臂中间等位置 4 考虑流动距离比 以便确定较大胶件的浇口数目 流动比的大小见表1 1 5 防止型芯变形 如 不正对着吊针和细长型芯设置单边侧浇口 6 考虑提高胶件的生产效率和实现自动啤货 7 浇口的位置及残留物大小应不影响装配 B 常用胶件浇口位置和数目选择 一 面壳类面壳类设置浇口位置应着重考虑 1 夹水纹产生的位置长度 不影响外观 2 浇口应设置在接近胶件表面易缩水处 3 是否会气烘印和气花等 4 胶件中心碰穿位可放置唧嘴时 优先选择两板模入水 5 考虑到加工方便及注射时压力损失较小 当胶件允许有浇口痕迹时 则优先选择侧浇口 其次才选用潜伏式浇口 如图5 25 图5 26 图5 27所示 五 澆口設計 图5 25三板模两点入水 夹水纹在键盘上 图5 26两板模三点入水 夹水纹在贴纸范围内 图5 27两板模三点入水 夹水纹不在手柄中间 常用浇口形式和截面尺寸的确定 见下表 图5 34直接浇口 1 直接浇口大头直径D与胶件重量 材料的关系 胶料 85g 350g dDdD PE3 04 03 36 0ABS3 05 03 57 0HIPS3 05 03 37 0 图5 35后模搭底 一 PC3 05 53 58 0PMMA3 05 53 58 0PVC3 05 53 5注 直接浇口适于大型底壳类胶件 如 30 7032和30 7556等 PVC料的浇口比其它料大50 图5 37前模侧浇口 二 图5 38后模搭底 二 图5 36前模侧浇口 一 2 侧浇口尺寸计算 a 对于PE HIPS H 0 6T ABS PP PAH 0 7T PMMA POMH 0 8T PC PVCH 0 9T b 小型胶件W 1 2mm 如LOCK 电池门 插卡门等 中 大型胶件W 3 0mm 按键支架 面壳 底壳等 c 0 5 L 2 0H 指浇口深度W 指浇口宽度L 指浇口长度T 指胶件壁厚 3 搭底式浇口对PVC料不适用 图5 39点浇口 图5 40二次浇口 4 点浇口常用于三板模结构 可较自由选择浇口位置 可以远离模具中心进胶 5 二次浇口常用于三板模中侧浇口或潜伏式浇口的设计中 可减少水口板与前模板开模间距 使水口顺利脱模 图5 41潜伏式浇口 后模鸡嘴 图5 42潜伏式浇口 前模鸡嘴 6 鸡嘴入水位置较自由 但水口胶片在胶件表面易产生气烘印 应注意水口胶片位置的选择 如面壳类做在贴OVERLAY范围内 7 按键类前模鸡嘴的点离分型面不能太高 否则装配使浇口外露 或在表面形成喷射纹 8 弧形浇口可潜入胶件背面 表面烘印较小 大弧形适于面壳 支架类胶件 注意 a 浇口位置分布平衡 b 顶出平衡 c 导向胶要注意长度 d 弧形尺寸合理易出模e 入水口方向与水平方向夹角在30 45 图5 43大弧形浇口 图5 44小弧形浇口 6 冷卻系統 一 模具温度控制的原则二 模具温度的控制方式三 冷却设计 一 模具温度控制的原则 为了保证在最有效的时间内生产出高外观质量要求 尺寸稳定 变形小的胶件 设计时应清楚了解模具温度控制的基本原则 1 不同胶料要求不同的模具温度 参见10 1 3节 2 不同表面质量 不同结构的模具要求不同的模具温度 这就要求在设计温控系统时具有针对性 3 前模的温度高于后模的温度 一般情况下温度差为20 30 左右 4 有火花纹要求的前模温度比一般光面要求的前模温度高 当前模须通热水或热油时 一般温度差为40 左右 5 当实际的模具温度不能达到要求模温时 应对模具进行升温 因此模具设计时 应充分考虑胶料带入模具的热量能否满足模温要求 6 由胶料带入模具的热量除通过热辐射 热传导的方式消耗外 绝大部分的热量需由循环的传热介质带出模外 铍铜等易传热件中的热量也不例外 7 模温应均衡 不能有局部过热 过冷 二 模具温度的控制方式 模具温度一般通过调节传热介质的温度 增设隔热板 加热棒的方法来控制 传热介质一般采用水 油等 它的通道常被称作冷却水道 降低模温 一般采用前模通 机水 20 C左右 后模通 冻水 4 C左右 来实现 当传热介质的通道即冷却水道无法通过某些部位时 应采用传热效率较高的材料 如铍铜等 模具材料的传热系数详见 塑料模具技术手册 第219页 将热量传递到传热介质中去 如图10 1 1 或者采用 热管 进行局部冷却 升高模温 一般采用在冷却水道中通入热水 热油 热水机加热 来实现 当模温要求较高时 为防止热传导对热量的损失 模具面板上应增加隔热板 热流道模具中 流道板温度要求较高 须由加热棒加热 为避免流道板的热量传至前模 导致前模冷却困难 设计时应尽量减少其与前模的接触面 三 冷却设计 冷却系统设计原则 1 冷却水道的孔壁至型腔表面的距离应尽可能相等 一般取15 25mm 如图10 2 1所示 2 冷却水道数量尽可能多 而且要便于加工 一般水道直径选用 6 0 8 0 10 0 两平行水道间距取40 60mm 如图10 2 1所示 3 所有成型零部件均要求通冷却水道 除非无位置 热量聚集的部位强化冷却 如电池兜 喇叭位 厚胶位 浇口处等 A板 B板 水口板 浇口部分则视情况定 4 降低入水口与出水口的温差 入水 出水温差会影响模具冷却的均匀性 故设计时应标明入水 出水方向 模具制作时要求在模坯上标明 运水流程不应过长 防止造成出入水温差过大 5 尽量减少冷却水道中 死水 不参与流动的介质 的存在 6 冷却水道应避免设在可预见的胶件熔接痕处 图10 2 1 7 保证冷却水道的最小边距 即水孔周边的最小钢位厚度 要求当水道长度小于150mm时 边间距大于3mm 当水道长度大于150mm时 边间距大于5mm 8 冷却水道连接时要由 O 型胶密封 密封应可靠无漏水 密封结构参见10 2 2 9 对冷却水道布置有困难的部位应采取其它冷却方式 如铍铜 热管等 10 合理确定冷却水接头位置 避免影响模具安装 固定 三 冷却设计 图10 2 2 O 型密封圈的密封结构 图10 2 3 常用密封结构如图10 2 4所示 常用装配技术要求参见列表 常用 O 型密封圈结构如图10 2 3所示 单位 mm 7 行位机构 一 行位的作用及分类二 行位设计原则三 行位机构的基本结构四 前模抽芯 一 行位的作用及分类 当胶件上有侧孔或侧壁有凹凸形状时 开模顶出胶件前将侧向型芯从模具中脱出 合模时复位 行位机构可分为 哈夫模和侧抽芯 也可分为 后模抽芯和前模抽芯 由于后模抽芯结构相对简化 制造维修方便 设计时应优先选用 二 行位设计原则 1 活动型芯与滑块连接应有强度和刚度 锁模块要能承受注射时的侧向压力 2 滑块在导滑槽中滑动应平稳可靠 滑动接触面应有含油槽 3 滑块限位可靠 4 锁紧块的倾斜角应大于斜导柱或传动面的倾斜角 一般大2 3 5 抽芯动作完成后 滑块留在导滑槽内的长度不小于全长的2 3 6 防止滑块和顶出机构复位时相互干涉 若有顶针和活动型芯水平投影重合 应采用推杆先复位机构 使顶针先复位 避免损坏模具 7 滑块设在定模时 应先抽出侧向型芯 可采用扣鸡实现定向定距拉紧 确保滑块先抽芯 8 抽芯应考虑采用可靠的抽芯装置 三 行位机构的基本结构 哈夫模 见下图 制品完全由一对行位成型 侧抽芯 成型制品的局部凹凸的脱模结构侧抽芯机构大体上分为以下几种类型 斜导柱抽芯机构 见下图 开模时 由斜导柱带动侧滑块向外移动与胶件分离 然后由顶出机构将胶件从型芯上顶出 合模时 斜导柱带动侧滑块复位 并由锁紧块将其锁紧 图7 2斜导柱外抽芯1 锁紧斜楔2 斜导柱3 滑块4 定位块5 定位弹簧 揟 形槽抽芯机构 见下图 图7 3外抽芯1 锁紧斜楔2 滑块3 定位块4 定位弹簧 为了节省空间 减小模具尺寸 当抽拔距和抽拔力较小时 可采用斜锲锁紧块和斜导柱合二为一的结构 图7 3所示为80 19800面壳模具外抽芯机构 在锁紧块上加工出T字形 滑块上加工出T形槽 T字和T形槽之间应有0 5MM的间隙开模斜滑块2随B板向后运动 斜滑块2受锁紧块T字形约束 迫使斜滑块沿斜面滑动 实现抽芯动作侧滑块2在弹簧4和定位块3的作用下保持位置准确 合模时 斜面接触 T字形导入T形槽 并锁紧 图7 4内抽芯1 后模肉2 滑块3 弹簧4 定位块5 斜面镶块6 前模肉 如图7 4所示 为大哥大底壳模内抽芯机构 也采用滑块和斜导柱合二为一的结构 在滑块上加工出斜面在前模肉加工出导滑斜槽其斜面又分为工作斜面和锁紧斜面 一般取工作斜面15 锁紧斜面17 应保正锁紧斜面比工作斜面大2 开模时 滑块3在镶件6的工作斜面作用下 沿导滑槽向内滑动 实现抽芯 在弹簧4的作用下 保持位置准确 合模时 前模肉7上的锁紧斜面推动滑块复位 并锁紧 缺点 整体式结构不便于热处理 不耐磨 不便于维修 弯销抽芯机构 见下图 图7 5弯销抽芯1 锁块2 弯销3 侧滑块 特点 倾斜角度大 抽芯距大于斜导柱抽芯距 脱模力也较大 对抽芯起延迟作用 开模时 弯销2的直边部分与侧滑块3接触 这时锁块1脱离斜滑块 但不作向外的运动 当弯销2的斜边与侧滑块接触时 才开始向外运动实现抽芯 见图7 5 成形推杆抽芯机构 见下图 图7 6推杆抽芯1 底针板2 面针板3 斜顶杆4 滑块5 转轴 成形推杆抽芯机构的导滑部分为斜导柱 机构特点和斜滑块抽芯机构相似 不同之处是顶杆和型芯合二为一 因斜顶的动作是靠顶针板的动作为动力 如果斜顶杆的倾斜角度过大 易造成斜顶杆拉伤或顶针不缩等现象 角度太小 需增加模具方铁高度来调整斜滑块的抽芯距 一般斜顶杆宜取10 适用范围 抽芯距不大 不够位置做滑块 齿轮 齿条抽芯机构 如图 图7 7齿条 齿轮抽芯1 A板2 弹簧3 斜楔4 齿条5 型芯6 齿条7 齿轮 齿轮齿条抽芯机构都是利用齿轮拖动齿条将型芯抽出 这种结构便于抽任意斜度的型芯和圆弧型型芯 开模时 齿条4带动齿轴7旋转齿轴7带动齿条6拉动型芯从而实现抽芯 合模时齿条4带动齿轴7旋转齿轴7带动齿条4推动型芯 使型芯复位 见图7 7 液压或气动抽芯机构 见图 图7 8液压抽芯1 A板2 侧滑块3 B板4 拉杆5 连接器6 支架7 压缸 液压抽芯机构的侧滑块移动是靠液体的压力 通过油缸活塞及控制系统实现的 见图7 8 图7 9气动抽芯1 侧滑块2 气缸 开模时 由气缸2的气压力拉动侧滑块1完成抽芯动作 合模时也由气压力推动侧滑块复 见图7 9 前模抽芯因制品大都粘后模的 前模侧抽芯机构的滑块是设置在前模 因此必须保正侧滑块在开模之前完成抽芯动作 或利用一些机构使侧滑块在开模的一段时间内保持与制品的水平位置不变来完成侧抽芯动作 以下实例如图7 10 以供参考 a 合模时 b 开模时 图7 10前模抽芯 开模时 首先分开面板和A板1 1 斜滑块在斜导柱的作用下 完成抽芯动作 根据抽芯距决定限位杆的尺寸 其次分开A板和B板 型腔和塑件分离 最后由顶针顶出塑件 合模时 B板先合上A板 在锁模力的作用下 A板和面板相合 侧滑块在斜导柱的作用下复位 并由锁紧块锁紧 在A板和B板之间装有扣鸡来实现开模的先后顺序 8 脫模机构 一 常用脫模方式二 司筒脱模三 推板脱模四 推块脱模五 二次脱模 一 常用脫模方式 胶件脱模是注射成型过程中最后一个环节 脱模质量好坏将最后决定胶件的质量 当模具打开时 胶件须留在具有脱模机构的半模 常在动模 上 利用脱模机构脱出胶件 脱模设计原则 1 为使胶件不致因脱模产生变形 推力布置尽量均匀 并尽量靠近胶料收缩包紧的型芯 或者难于脱模的部位 如胶件细长柱位 采用司筒脱模 2 推力点应作用在胶件刚性和强度最大的部位 避免作用在薄胶位 作用面也应尽可能大一些 如突缘 筋 骨位 壳体壁缘等位置 筒形胶件多采用推板脱模 3 避免脱模痕迹影响胶件外观 脱模位置应设在胶件隐蔽面 内部 或非外观表明 对透明胶件尤其须注意脱模顶出位置及脱模形式的选择 4 避免因真空吸附而使胶件产生顶白 变形 可采用复合脱模或用透气钢排气 如顶杆与推板或顶杆与顶块脱模 顶杆适当加大配合间隙排气 必要时还可设置进气阀 5 脱模机构应运作可靠 灵活 且具有足够强度和耐磨性 如摆杆 斜顶脱模 应提高滑碰面强度 耐磨性 滑动面开设润滑槽 也可渗氮处理提高表面硬度及耐磨性 6 模具回针长度应在合模后 与前模板接触或低于0 1mm 如图8 1 1所示 7 弹簧复位常用于顶针板回位 由于弹簧复位不可靠 不可用作可靠的先复位 一 常用脫模方式 胶件脱模常用方式有顶针 司筒 扁顶针 推板脱模 由于司筒 扁顶价格较高 比顶针贵8 9倍 推板脱模多用在筒型薄壳胶件 因此 脱模使用最多的是顶针 当胶件周围无法布置顶针 如周围多为深骨