塑胶模具设计(高级).doc

一. 总体结构设计二. 浇注系统设计三. 顶出系统设计四. 温控系统设计五. 排气系统设计六. 抽芯系统设计七. 模具强度计算八. 其它特殊设计一. 总体结构设计一套完整的模具，它函盖有多个相关系统，它们之间相辅相成只有当各系统达到一最佳组合，才能保证模具的正常使用和精度因模具的结构必须符合产品的要求，不同的产品有不同的要求，而产品存在变化性和多样性，这就决定了模具的多样性一般来说，典型之塑料模具包括：浇注系统，顶出系统，温控系统，排气系统，抽芯系统等为了便于理解，我们将对各系统设计原则进行分述众所周知，模具业为一专业性和经验性极强的行业，模具界也深切体会到模具设计之重要，往往因设计不良，尺寸错误造成加工延误，成本增加等不良效果但培养一名足够经验，能独立作业且面面具到之模具设计师，须三五年以上磨练才能达成因他所要掌握的技能和实际经验，函盖到相关学科的方方面面，必须要有能力来判断协调各系统之间的取舍轻重分模面(Parting surface)为使产品从模具中取出，模具必须分成公母模侧两部分，此分界面称之为分模面它有分模和排气的作用，但因模具精度和成型之差异，易产生毛边，结线，有碍产品外观及精度，选择分模面时注意： 不可位于明显位置而影响产品外观 开模时应使产品留在有脱模机构的一侧 位于模具加工和产品后加工容易处 对于同轴度要求高的产品，尽可能将型腔设计在同一侧 避免长抽芯，考虑将其放在公模开模方向，如一定要有应将抽芯机构尽量设在公模侧 般不采用圆弧部分分模，这样会影响产品外观 对于流动性好易溢边之塑料，应采用插破方式分型可防治毛边产生 对于高度高，脱模斜度小之产品，可取中间分模，型腔分两边以有利于脱模一套模具的分模面，可能有一个或多个，在确定分模面时，还应考虑如下因素： 产品的形状，尺寸，壁厚详加研究分析，找最佳方向来分模，俗称“拆模” 了解塑料性能和成型性以及浇注系统的布局 注意排气和脱模，简化模具结构，操作方便，加工容易它的形式有多种：水平，阶梯，斜面，垂直，曲面等脱模斜度(Draft)为使产品容易从模具中脱出，模具上必须设置脱模斜度其大小视产品形状，塑料，模具结构，表面精度和加工方式不同而异一般为，目前尚无确切数值和公式，大多是依经验值，在不影响产品外观和性能之情形下，脱模斜度愈大愈好箱盒和盖：类型小于50mm50100mm大于100mm浅薄件杯状S/H1/301/351/301/601/60以下1/51/10母模侧大于公模侧栅格：栅格形状，尺寸及肉厚不同应有不同的脱模斜度，经验公式如下：0.5(A-B)/H =1/121/14A=大端尺寸B=小端尺寸H=高度栅格节距在4mm以下之场合，脱模斜度为1/10左右, 栅格肉厚超过mm，斜度不可过份加大，可在母模侧多留胶位处分模，如栅格段胶位加大，可考虑加大斜度 加强筋：可改善料流，防止应力变形，并起补强作用纵肋：0.5(A-B)/H=1/5001/200底肋：0.5(A-B)/H=1/1501/100凸柱：0.5(大端直径 小端直径)/1/301/20(内外孔在模具同一侧)母模侧：0.5(大端直径 小端直径)/1/501/30 公模侧：0.5(大端直径 小端直径)/1/1001/50 (内外孔在模具两侧)注: 母模侧脱模斜度可较公模侧大些，以利于脱模肉厚（Thickness）产品的肉厚会直接影响到成型周期和生产效率，并会因肉厚不均引起缩收下陷和应力产生，设计模具时，决定肉厚应注意：1. 产品机械强度是否充分2. 能否均匀分散冲击力和脱模力，不发生破裂3. 有埋入件时，须防止破裂，是否会因肉薄产生结合线而影响强度4. 尽可能肉厚一致，以防缩收下陷5. 肉太薄是否会引起充填不足或阻碍料流以下为常见塑料标准肉厚参考:塑料PEPPPAPOMPSPBTABSPMMAPVCPCAS肉厚0.53.00.63.00.53.01.55.01.23.50.83.01.23.51.55.02.05.01.55.01.23.5凸柱（Boss）一般为产品上凸出之圆柱，它可增强孔的周边强度，装配孔及局部增高之用必须防止因肉厚增加造成缩水和因聚集空气造成充填不满或烧焦现象，设计时注意点：1. 其高度以不超过本身直径之两倍为宜，否则须增设加强筋2. 其位置不宜太接近转角或侧壁，以利于加工3. 优先选择圆形，以利于加工和料流，如在底部可高出底面0.30.5mm孔(Hole)在多数产品上都有孔的存在，其主要有三种方法来取得:1. 在产品上直接成型2. 在产品上先成型预留孔，再机加工完成3. 成型后完全由机加工钻孔设计时须注意以下几点：1. 孔与孔之间距离须孔径2倍以上2. 孔与产品边缘之距离应为孔径之3倍以上3. 孔之周边宜增加肉厚4. 孔与产品侧壁之距离应为孔径0.75倍以上5. 孔之直径在1.5mm以下时，很容易产生弯曲变形，须注意孔深不宜超过孔径2倍以上6. 分模面在中间之通孔，为防止偏心，可将不重要一侧之孔径加大螺纹(scrow)为装配之用，产品上有时会有螺纹设计，它可以直接成型，也可以在成型后再机械加工对于经常拆卸或受力大之螺纹，则采用金属螺纹镶件，设计时注意如下原则：1. 螺距小于0.75mm之螺纹避免使用，最大可使用螺距5mm之螺纹2. 因塑料收缩原因，避免直接成型长螺纹，以防螺距失真3. 螺纹公差小于塑料收缩量时，避免使用4. 如内外螺纹配合，须留0.10.4mm之间隙5. 螺纹部分应有1-3脱模斜度6. 螺牙不可延长至产品末端，须设0.8mm左右之光杆部位以利于模具加工和螺纹寿命7. 在一些类似瓶盖产品上，它会设一些竖琨纹，其间距宜大，最小为1.5mm，一般为3.0mm，在分模面设至少0.8mm平坦部位镶嵌件(Insert)为了防止产品破裂，增加机械强度或作为传导电流之媒体及装饰之用，在产品成型时常埋入镶嵌件，注意要点：1. 保证镶件牢靠性，镶件周围胶层不能太薄2. 镶件和镶件孔配合时须松紧合适，不影响取放3. 为使镶件与塑料结合紧密，埋入部分常设计成粗糙或凹凸之形状(压花钻孔冲弯切槽倒扣等) 其它要点(Other)1. 加强筋不可太厚，一般不超过肉厚的一半，以防缩水2. 只要不影响外关和功能，光面尽量改为咬花面，这样可减少模具加工难度，增加美感，防止缩水产生3. 在凸柱周边，可除去部分肉厚，以防止收缩下陷4. 肉厚较薄之孔，应将孔边及高度增加，以便补强5. 心芯梢受收缩力影响，产品顶出时易造成破裂，可设置凸边，承受顶出力6. 转角设，可改善强度，防止应力集中有利于料流7. 避免锐角，薄肉部份易使材料充填不足8. 外边有波纹之产品，为方便后加工，可改为加强边缘9. 分模面有阶段形时，模具加工不易，考虑改为斜线或曲线分模10. 贯穿之抽芯易发生故障，改为两侧抽芯为佳11. 因圆形比其它形状加工更易，可降低成本，优先选用12. 在产品上加蚀文字或图案时，如无特殊要求，尽量设计凹字，便于模具加工二. 浇注系统设计浇注系统是塑模设计中一重要环节，常分为普通和无流道浇注系统它跟所用塑料产品形状，尺寸，机台，分模面有密切关系设计时注意以下原则：1. 流道尽量直，尽量短，减少弯曲，光洁度在Ra=1.60.8um之间2. 考虑模具穴数，按模具型腔布局设计，尽量与模具中心线对称3. 当产品投影面积较大时，避免单面开设浇口，以防注射受力不均4. 浇口位置应去除方便，在产品上不留明显痕迹，不影响产品外观5. 主流道设计时，避免塑料直接冲击小型芯或小镶件，以免产生弯曲或折断6. 主流道先预留加工或修正余量，以便保证产品精度1. 主流道设计主流道是连接机台喷嘴至分流道入口处之间的一段信道，是塑料进入模具型腔时最先经过的地方其尺寸，大小与塑料流速和充模时间长短有密切关系太大造成回收冷料过多，冷却时间增长，包藏空气增多易造成气泡和组织松散，极易产生涡流和冷却不足；如流径太小，热量损失增大，流动性降低，注射压力增大，造成成型困难一般情况下，主流道会制造成单独的浇口套，镶在母模板上但一些小型模具会直接在母模板上开设主流道，而不使用浇口套主流道设计要点：1. 浇口套内孔为圆锥形(2-6)，光洁度在Ra=1.60.8um锥度须适当，太大造成压力减少，产生濣流，易混进空气产生气孔，锥度过小会使流速增大，造成注射困难2. 浇口套口径应比机台喷嘴孔径大12mm，以免积存残料，造成压力下降，浇道易断3. 一般在浇口套大端设置倒圆角(R=13mm)，以利于料流4. 主流道与机台喷嘴接触处，设计成半球形凹坑，深度常取35mm特别注意浇口套半径比注嘴半径大12mm，一般取R=1922mm之间，以防溢胶5. 主流道尽量短，以减少冷料回收料，减少压力和热量损失6. 主流道尽量避免拼块结构，以防塑料进入接缝，造成脱模困难7. 为避免主流道与高温塑料和射嘴反复接触和碰撞造成损坏，一般浇口套选用优质钢材加工，并热处理8. 其形式有多种，可视不同模具结构来选择，一般会将其固定在模板上，以防生产中浇口套转动或被带出2. 分流道设计分流道是主流道的连接部分，介于主流道和浇口之间，起分流和转向作用分流道必须在压力损失最小的情况下，将熔融塑料以较快速度送到浇口处充模，因在截面积相等的条件下，正方形之周长最长，圆形最短面积如太小，会降低塑料流速，延长充模时间，易造成产品缺料，烧焦，银线，缩水；如太大易积存过多气体，增加冷料，延长生产周期，降低生产效率对于不同塑料材质，分流道会有所不同，但有一个设计原则：必须保证分流道的表面积与其体积之比值最小即在分流道长度一定的情况下，要求分流道的表面积或侧面积与其截面积之比值最小分流道型式有多种，它因塑料和模具结构不同而异，常用型式有圆形，半圆形，矩形，梯形，形，正六边形，如图：设计时基本原则：. 在条件允许下，分流道截面积尽量小，长度尽量短. 分流道较长时，应在末端设置冷料穴，以容纳冷料和防止空气进入，而冷料穴上一般会设置拉料杆，以便于胶道脱模. 在多型腔模具中，各分流道尽量保持一致，长度尽量短，主流道截面积应大于各分流道截面积之和. 其表面不要求过份光滑(Ra=1.6左右)，有利于保温. 如分流道较多时，应考虑加设分流锥，可避免熔融塑料直接冲击型腔，也可避免塑料急转弯使塑料平稳过渡. 分流道一般采用平衡式方式分布，特殊情况可采用非平衡方式，要求各型腔同时均衡进胶，排列紧凑，流程短，以减少模具尺寸. 流道设计时应先取较小尺寸，以便于试模后有修正余量一般的流道直径（尺寸）树脂流道径mm)ABS.AS4.89.5ACETAL(P.O.M)3.29.5压克力8.09.5耐冲击用压克力8.012.7酢酸塞璐珞4.811.1IONOMER2.39.5耐龙1.69.5PC4.89.5PB4.89.5PE1.69.5PPO6.49.5PS3.29.5PVC3.29.53. 浇口设计浇口是指流道末端与型腔之间的连接部分，是浇注系统的最后部分其作用是使塑料以较快速度进入并充满型腔它能很快冷却，封闭防止型腔内还未冷却的热胶倒流设计时须考虑产品尺寸，截面积尺寸，模具结构，成型条件及塑料性能有关浇口尽量短小，与产品分离容易，不造成明显痕迹，其类型多种多样，主要有：浇口的种类及其特微浇口的种类浇口的断面积成形性后精修加工其它特点直接浇口大1.成形性良好，后加工困难2.浇口部易生内部残锱应力。膜浇口扁形浇口良好困难1.成形性良好，后加工困难2.流痕或定向佳，具防止变形之效果环形浇口圆形浇口1成形性容易，后加工困难。2主要适于圆筒部品，有孔成品，可得无结合线之凸片浇口稍良好稍良好1为侧面浇口之一种，可解决浇口部的残锱应力问题侧面浇口容易1.浇口断面可任意变更，也可做多数个浇口，或者只1个浇口，而在数个地方做附属浇口也可以2.易发生喷痕之不良情形针点浇口隧道浇口小易生浇口，堵塞情形不必要1. 浇口在成形自动切数断，故有利于自动成形。2. 浇口的痕迹不明显，通常不必后加工。3. 浇口之压力损失大，必须高之射出压力。4. 浇口部份易被固化之残锱树脂堵隹。 盘形浇口: 沿产品外圆周而扩展进料，其进料点对称，充模均匀，能消除结合线有利于排气水口常用冲切方式去除，设计时注意冲切工艺 扇形浇口: 从分流道到模腔方向逐渐放大呈扇形，适用于长条或扁平而薄之产品，可减少流纹和定向应力扇形角度由产品形状决定，浇口横面积不可大于流道断面积 环形浇口:沿产品整个外圆周扩展进胶，它能使塑料绕型芯均匀充模，排气良好，减少结合线但浇口切除困难，它适用于薄壁长管状产品 点浇口: 是一种截面积小如针状之浇口，一般用于流动较好之塑料，其浇口长度一般不超过其直径，所以脱模后浇口自动切断，不须再修正而浇口残痕不明显在箱罩，盒壳体及大面积产品中应用相当广泛，它可以使模具增加一个分模面，便于水口脱模其缺点是因进浇口较小易造成压力损耗，成型时产生一些不良(流痕，烧焦，黑点)其形状有菱形，单点形，双点形，多点形等 侧浇口: 一般开设在模具一边，分模面上由内侧或外侧进胶，截面多为矩形，适用于一模多穴 直接浇口: 直接由主流道进入模腔，适用于单穴深腔壳形，箱形模具其流道流程短，压力损失少，有利于排气，但浇口去除不便，会留明显痕迹 潜伏浇口: 其浇口呈倾斜状潜伏在分模面一方，在产品侧面或里面进胶脱模时可自动切断针点浇口，适用自动化生产设计要点: . 进胶口应开设在产品肉厚部分，保证充模顺利和完全. 其位置应选在使塑料充模流程最短处，以减少压力损失，有利于模具排气. 可通过模流分析或经验，判断产品因浇口位置而产生之结合线处，是否影响产品外观和功能，可加设冷料穴加以解决. 在细长型芯附近避免开设浇口，以免料流直接冲击型芯，产生变形错位或弯曲. 大型或扁平产品，建议采用多点进浇，可防止产品翘曲变形和缺料. 尽量开设在不影响产品外观和功能处，可在边缘或底部处. 浇口尺寸由产品大小，几何形状，结构和塑料种类决定，可先取小尺寸再根据试模状况进行修正. 一模多穴时，相同的产品采用对称进浇方式，对于不同产品在同一模具中成型时，优先将最大产品放在靠近主流道的位置. 在浇口附近之冷料穴，尽端常设置拉料杆，以利于浇道脱模4. 热流道目前浇注系统发展和改进的一个重要方向，就是开发热流道模具它与一般注射模具的主要区别就是注射成型过程中，浇注系统内之塑料不会冷却拟固，也不会形成浇道与产品一起脱模因此也称无流道模具，在大型和精密模具设计中，应用已越来越广泛它有以下优点:. 缩短成型周期，省去剪浇口，修整产品，破碎回收等工序，节约人力，物力，提高生产效率. 因无冷胶，可减少材料消耗. 因生产中温度严格控制，显着提高产品质量，降低次品产生. 因浇注系统中塑料始终处于融熔状态，有利于压力传递，可降低注射压力，利于成型. 因无浇道产生，所以可缩短开模行程，有利于模具和机台寿命但热流道模具结构复杂，温度控制要求严格，需要精密的温控系统，制造成本较高，不适合小批量生产根据不同塑料特性，对热流道模具有不同要求，见下表:PEPPPSABSPOMPVCPC井式喷嘴可可稍困难稍困难不可不可不可延长喷嘴可可可可可不可不可绝热流道可可稍困难稍困难不可不可不可半绝热流道可可稍困难稍困难不可不可不可加热流道可可可可可可可 三. 顶出系统设计产品完成一个成形周期后开模，产品会包裹在模具的一边，必须将其从模具上取下来，此工作必须由顶出系统来完成它是整套模具结构中重要组成部分，一般由顶出，复位和顶出导向等三部分组成一. 按动力来分. 手动顶出: 当模具开模后，由人工操纵顶出系统顶出产品它可使模具结构简化，脱模平稳，产品不易变形但工人劳动强度大，生产率低，适用范围不广一般在手动旋出螺纹型芯时使用. 机动顶出: 通过注射机动力或加设之马达来推动脱模机构顶出产品，它可通过机台上的顶杆推顶针板，来达到脱模目的也可在公母模板上安装定距拉杆或链条，靠开模力拖动顶出机构顶出产品，调模时必须注意控制开模行程，适用于顶出系统在母模侧之模具. 液压顶出: 在模具上安装专用油缸，由注射机控制油缸动作，其顶出力速度和时间都可通过液压系统来调节，可在合模之前顶出系统先回位. 气动顶出: 利用压缩空气在模具上设置气道和细小的顶出气孔，直接将产品吹出产品上不留顶出痕迹，适用于薄件或长筒形产品二. 按模具结构分一次顶出机构，二次顶出机构，母模顶出机构，浇注系统顶出机构，螺纹顶出机构等设计原则:. 选择分模面时尽量使产品留在有脱模机构的一边，. 顶出力和位置平衡，确保产品不变形，不顶破. 顶针须设在不影响产品外观和功能处. 尽量使用标准件，安全，可靠有利于制造和更换顶出系统形式多种多样，它与产品之形状，结构和塑料性能有关，一般有顶杆，顶管，推板，顶出块，气压，复合式顶出等一. 顶杆它是顶出机构中最简单，最常见的一种形式，其截面积形式主要有如下： . 圆形 因圆形制造加工和修配方便，顶出效果好，在生产中应用最广泛但圆形顶出面积相对较小，易产生应力集中，顶穿产品，顶变形等不良在脱模斜度小，阻力大等管形，箱形产品中尽量避免使用当顶杆较细长时，一般设置成台阶形的有托顶针，以加强刚度，避免弯曲和折断设计要点:. 顶出位置应设置在阻力大处，不可离镶件或型芯太近，对于箱形类等深腔模具侧面阻力最大，应采用顶面和侧面同时顶出方式，以免产品变形顶破. 产品阻力均衡时，顶杆应对称设置，使受力平衡. 当有细而深之加强筋时，一般在其底部设置顶杆. 若模具上有镶件，顶针设在其上效果更佳. 在产品进胶口处避免设置顶针，以免破裂. 当产品表面不允许有顶出痕迹时，可设置顶出耳再剪除. 对于薄肉产品在分流道上设置顶针，即可将产品带出. 顶针与顶针孔配合，一般为间隙配合如太松易产生毛边，太紧易造成卡死为利于加工和装配，减少摩擦面，一般在模仁上预留1015mm之配合长度，其余部分扩孔0.51.0mm成逃孔. 为防止顶针在生产时转动，须将其固定在顶针板上，其形式多种多样，须根据顶针大小，形状，位置来具体确定，在此不一一列举10.顶出系统托模以后在进行下一周期生产时，必须退回原处，其形式主要有强制回位，拉杆回位，弹簧回位，油缸等二. 顶管又叫司筒或套筒顶针，它适用于环形筒形或带中心孔之产品顶出由于它是全周接触，受力均匀，不会使产品变形，也不易留下明显顶出痕迹，可提高产品同心度但对于周边肉厚较薄之产品避免使用，以免加工困难和强度减弱，造成损坏三. 推板此形式适用于各种容器，箱形，筒形和细长带中心孔之薄件产品它顶出平稳均匀，顶出力大，不留顶出痕一般会有固定连接，以免生产中或托模时将推板推落但只要导柱足够长，严格控制托模行程，推板也可不固定推板与型芯之间的配合须顺畅，防止摩擦或卡死，也必须防止塑料渗入间隙中，当产品为盲孔时，会因真空吸附造成脱模困难和产品变形，一般会在公模上设置一菌形阀，在顶出时菌形阀打开，进入空气，使脱模顺畅它可用弹簧回位，也可跟顶出装置连在一起兼作顶杆作用四. 顶出块有些带突缘或尺寸较大之产品，为便于加工和脱模，常设计成顶出块形式顶出大多其平面为分模面，下面有两支或数支较大直径顶杆连接，顶出面积较大，平稳在有成形面和尺寸较大之模具中应用较广泛五. 气压顶出当产品为深腔薄肉件时，用压缩空气顶出，简单而有效可在公模仁上设置一些细小进气孔，也可设置菌形杆，开模后通入56个大气压之压缩空气，使弹簧压缩开启阀门，高压空气进入产品与公模仁之间，使产品脱模但对于箱形产品，因气体进入会使侧壁横向抠张，而使空气漏掉，这时应配与推板配合使用 六. 复合顶出受产品形状影响，多数模具采用两种以上顶出方式，以便达到理想的顶出效果，具体形式须根据产品和模具结构来定，在此不作具体叙述七. 其它顶出方式 1. 点状进胶浇道自动脱落点浇口在母模一边，为取出胶道，须加设一分型面开模后一般由人工取出胶道，造成操作麻烦，生产率降低，为适应自动化生产，最好设计成自动脱落装置，使