第5章 注射模基本结构与注射机

目的与要求 1 了解塑料模具的分类方法 2 掌握单分型面注射模的结构特点和动作过程 3 掌握注射模的组成结构 第5章注射模基本结构与注射机 重点 塑料模具的基本结构及各零部件在模具中的功能 难点 塑料模具结构的组成 热固性塑料模 按成型材料分 按成型工艺分 一 塑料模具的分类 5 1塑料模具的分类及基本结构 热塑性塑料模 压缩模 压注模 注射模 一 塑料模具的分类 按注射机类型分 卧式注射机模具 立式注射机模具 按典型结构特征分 单分型面注射模 双型面注射模 侧向分型与抽芯注射模具 角式注射机模具 带有活的镶块的注射模 二 注射模的结构组成 注射模的组成 动模和定模 动模安装在注射机的移动模板上 定模安装在注射机的固定模板上 注射成型时动模和定模闭合构成浇注系统和型腔 开模时动模与定模分离取出塑料制品 注射模总体结构组成如图所示 1 成型部件 组成 型芯和凹模 作用 型芯形成制品的内表面形状 凹模形成制品的外表面形状 合模后型芯和凹模便构成了模具的型腔 图5 l 该模具的型腔由件13和件14组成 2 浇注系统 又称为流道系统 作用 将塑料熔体由注射机喷嘴引向型腔的一组进料通道 结构 按制造工艺要求 有时型芯或凹模由若干拼块组成 有时做成整体 在易损坏 难加工的部位采用镶件 组成 主流道 分流道 浇口和冷料穴 浇注系统的设计十分重要 它直接关系到塑件的成型质量和生产效率 根据模具中各个部件所起的作用 注射模总体结构组成分为 3 导向部件 作用 确保动模与定模合模时能准确对中 避免制品推出过程中推板发生歪斜现象 支撑移动部件重量 4 推出机构 作用 开模过程中 将塑件及其在流道内的凝料推出或拉出 组成 常采用导柱与导套 有时还需在动模和定模上分别设置互相吻合的内 外锥面来辅助定位 组成 图5 1 推杆11 推出固定板8 推板9及主流道的拉料杆10 其中 推出固定板和推板的作用是夹持推杆 在推板中一般还固定有复位杆 复位杆的作用是在动模和定模合模时使推出机构复位 5 调温系统 作用 满足注射工艺对模具温度的要求 常用办法 热塑性塑料用注射模 主要是在模具内开设冷却水通道 利用循环流动的冷却水带走模具的热量 模具的加热除可用冷却水通道通热水或蒸汽外 还可在模具内部和周围安装电加热元件 6 排气槽 作用 将成型过程中的气体充分排除 常用办法 在分型面处开设排气沟槽 分型面之间存在有微小的间隙 对较小的塑件 因排气量不大 可直接利用分型面排气 不必开设排气沟槽 一些模具的推杆或型芯与模具的配合间隙均可起排气作用 有时不必另外开设排气沟槽 7 侧抽芯机构 有些带有侧凹或侧孔的塑件 被推出前须先进行侧向分型 抽出侧向型芯后方能顺利脱模 此时需要在模具中设置侧抽芯机构 8 支承零部件 为了安装固定或支承成型零部件以及前述各部分机构的零部件均称为支承零部件 支承零部件组装在一起构成模具的基本骨架 图5 l中的定模座板3 动模垫板6 动模底座7 等都属于支承零部件 另外模具结构也可分为 成型零件 直接与塑料接触的 决定塑件形状和尺寸精度的零件 结构零件 在模具中起安装 定位 导向 装配等作用的零件 合模导向机构与支承零部件合称基本结构零部件 已标准化 5 2注射模的典型结构 1 单分型面注射模具 又称为两板式模具 是注射模具中最简单 最常用的一类 约占全部注射模具的70 结构 图5 l 型腔的一部分 型芯 在动模板上 另一部分 凹模 在定模板上 主流道设在定模一侧 分流道设在分型面上 开模后由于动模上拉料杆的拉料作用以及塑件因收缩包紧在型芯上 制品连同流道内的凝料一起留在动模一侧 动模上设置有推出机构 用以推出制品和流道内的凝料 注射模具有两个分型面 从两个不同的分型面分别取出流道凝料和塑件 又称三板式模具 2 双分型面注射模具 座 工作原理 由于弹簧2的作用 模具首先在A分型面分兴 中间板 定模板 13随动模一起后退 主流道凝料被拉出 当动模移动一定距离后 由于定距拉板1的限制 中间板13与定模板14做定距离的分开 以便取出这两块板之间流道内的凝料 在中间板与动模板分开后 利用推件板5将包紧在型芯上的塑件脱出 双分型面注射模具能在塑件的中心部位设置点浇口 制造成本较高 结构复杂 需较大的开模行程 塑件的外形结构复杂 无法通过简单的分型从模具内取出塑件 这时可在模具中设置活动镶件和活动的侧向型芯或半块 哈夫块 结构 图5 3 开模时活动部件不能简单地沿开模方向与制件分离 而是在脱模时将它们连同制品一起移出模外 然后用手工或简单工具将它们与塑件分开 当将这些活动镶件嵌入模具时还应可靠地定位 这类模具的生产效率不高 常用于小批量或试生产 3 带有活动镶件的注射模具 塑件上有侧孔或侧凹 在模具内可设置由斜销或斜滑块等组成的侧向分型抽芯机构 使侧型芯作横向移动 结构 图5 4 在开模时 斜导柱利用开模力带动侧型芯横向移动 使侧型芯与制件分离 然后推杆能顺利地将制品从型芯上推出 除斜销 斜滑块等机构利用开模力作侧向抽芯外 还可以在模具中装设液压缸或气压缸带动侧型芯做侧向分型抽芯动作 这类模具广泛地应用在有侧孔或侧凹的塑件的大批量生产中 4 带侧向分型抽芯的注射模具 当要求能自动脱卸带有内螺纹或外螺纹的塑件时 可在模具中设置转动的螺纹型芯或型环 利用机构的旋转运动或往复运动 将螺纹制品脱出 或者用专门的驱动和传动机构 带动螺纹型芯或型环转动 将螺纹制件脱出 自动卸螺纹的注射模图5 5 该模具用于直角式注射机 螺纹型芯由注射机合模机构的丝杠带动旋转 以便与制件相脱离 5 自动卸螺纹的注射模具 5 3 1注射机分类 按外形特征可分为如下三类 1 立式注射机 特点 注射装置和合膜装置的轴线呈一线并与水平方向垂直排列 优点 占地面积小 模具装拆方便 安装嵌件和活动型芯简便可靠 缺点 不容易自动操作 只适用于小注射量的场合 一般注射量为60cm3以下 5 3注射模具与注射机 注射机为塑料注射成型所用的主要设备 2 卧式注射机 特点 注射装置与合膜装置的轴线呈一线并水平排列 优点 机体较矮 容易操作加料 制件推出后能自动落下 便于实现自动化操作 缺点 设备占地面积大 模具安装比较麻烦 注射量一般为60cm3以上 3 直角式注射机 特点 一般为柱塞式注射机 与螺杆式注射机区别 注射装置与合模装置轴线相互垂直排列 适用于中心部分不允许留有浇口痕迹的塑件 缺点 加料较困难 嵌件或活动型芯安放不便 只适用于小注射量的场合 注射量一般为45cm3以下 按塑料在料筒中的塑化方式分为两类 1 柱塞式注射机 柱塞在料筒内作往复运动 将熔料注入模具 分流梭作用是将料筒内塑料分成薄层 加快塑化 柱塞式注射机的注射量不宜过大 一般为30 60g 且不宜用来成型流动性差 热敏性强的塑料制件 2 螺杆式注射机 螺杆式注射机中螺杆既可旋转又可前后移动 因而能够胜任塑料的塑化 混合和注射工作 立式和角式注射机多为柱塞式结构 而卧式注射机的结构多为螺杆式 2 合模力表示法 用注射机的最大合模力 KN 来表示注射机的规格 3 注射量 合模力表示法 国际上趋于用注射量 合模力来表示注射机的主要特征 如XZ 63 50型注射机 X 塑料机械 Z 注射机 63 注射容量63cm3 合模力为50 10KN 我国习惯上采用注射量来表示注射机的规格 如XS ZY500 表示注射机在无模具对空注射时的最大注射容量为500cm3的螺杆式 Y 塑料 S 注射 Z 成型 X 机 1 注射量表示法 以标准螺杆注射时80 的理论注射量表示 5 3 2注射机型号规格的表示法 5 3 3注射机有关工艺参数校核 模具设计时 设计者必须根据塑件的结构特点 塑件的技术要求确定模具结构 而模具的结构与注射机之间有着必然的联系 模具定位圈的尺寸 模板的外围尺寸 注射量的大小 推出机构的位置及锁模力的大小等都必须参照注射机的类型及相关尺寸进行设计 否则模具就无法与注射机合理配合 注射过程也就无法进行 一 注射量的校核 注射机标称注射量的表示方法 容量 cm3 质量 g 国产的标准注射机的注射量均以容量 cm3 表示 模具设计时 须使在一个注射成型周期内所需注射的塑料熔体的容量 制件和浇注系统 在注射机额定注射量的80 以内 浇注系统的容量一般取塑件容量的15 20 学校做设计时以0 6nmn来估算 用注射量来确定型腔数目是最常用的一种方法 n 型腔数目 Vn mn 单个塑件的容积或质量 cm3或g Vj mj 浇注系统凝料的容量或质量 cm3或g 式中Vg mg 注射机额定注射量 cm3或g 二 注射压力的校核 校核的目的 校核注射机的额定注射压力是否满足制品成型时所需的注射压力 各种塑料注射成型时的注射压力p0 表4 1常用塑料的注射工艺参数 注射机额定注射压力pe 表5 1部分国产注射机规格和性能 一般要求注射机额定注射压力pe k p0 注射压力安全系数k 1 25 1 4 例如 塑件的材料为ABS 其注射压力 表4 1 p0 70 90MPa pe k p0 K 取1 3 k p0 117MPa 选择的注射机 表5 1 其额定注射压力pe必须大于此值 三 锁模力的校核 为什么要进行锁模力校核 当高压塑料熔体充满型腔时 会产生使模具分型面涨开的力 其大小等于制件与浇注系统在分型面上的垂直投影之和 图5 8 乘以型腔内塑料熔体的平均压力 该推力应小于注射机额定的锁模力Fp 否则在注射成型时会因锁模不紧而发生溢边跑料现象 图5 9 即要求 Fz P nA A1 FpFz 熔融塑料在分型面上的涨开力 Fp 注射机的额定锁模力 N A 单个塑件在模具分型面上的投影面积 mm2 A1 浇注系统在模具分型面上的投影面积 mm2p 塑料熔体对型腔的平均压力 其大小一般是注射压力的80 MPa 确定型腔数目时 还必须考虑塑件的尺寸精度 生产的经济性和注射机模板的大小等 一般来说 型腔数量越多 塑件精度越低 一般每增加一个型腔 塑件精度降低4 8 模具制造成本也越高 但生产率会显著增加 1 喷嘴尺寸 浇口套球面R和喷嘴前端球面半径R0喷嘴孔径d0和浇口套小端孔径d正确关系为 d d0 0 5 1 mmR R0 1 2 mm 四 安装部分的尺寸校核 校核的目的 为了使注射模具能顺利地安装在注射机上并生产出合格的制件 为了使模具主流道的中心线与注射机喷嘴的中心线重合 模具定模板上凸出的定位环与注射机固定模板上的定位孔呈较松动的间隙配合H9 f9 间隙一般为 0 2mm 定位环的高度一般小型模具为8 10mm 大型模具为10 15mm 2 定位环尺寸 3 模具厚度 模具厚度必须在注射机规定的模具最大与最小厚度之间 同时应校核模具的外形尺寸 使模具能从注射机的拉杆之间装入 即 Hmax Hm Hmin 安装的方式有 螺钉固定和压板固定两种 用螺钉直接固定时模具固定板与注射机模板上的螺孔应完全吻合 用压板固定时 只要在模具固定板需安放压板的外侧附近有螺孔就能固定 4 安装螺孔尺寸 压板方式具有较大的灵活性 适用于中小型模具 对于质量较大的大型模具 采用螺钉直接固定则较为安全 1 注射机最大开模行程与模具厚度无关时的校核 五 开模行程的校核 模具开模后为了便于取出塑件 要求有足够的开模距离 注射机的开模行程是有限的 模具设计时须进行注射机开模行程的校核 不同形式的锁模机构的注射机 其最大开模行程有的与模具厚度有关 有的则与模具厚度无关 液压 机械式合模机构的注射机 如XS ZYl25型等 其最大开模行程是由肘杆机构的最大行程所决定的 而不受模具厚度的影响 当模具厚度变化时可由其调模装置调整 校核时只需使注射机最大开模行程大于模具所需的开模距离 即 L l式中L 注射机最大开模行程 mm l 模具所需开模距离 mm 单分型面模具 L l H1 H2 5 10 mm双分型面模具 L l H1 H2 a 5 10 mm 2 注射机最大开模行程与模具厚度有关时的校核 直角式注射机和全液压式合模机构的注射机 如XS ZY250型等 其最大开模行程等于注射机移动模板与固定模板之间的最大开距L减去模具闭厚度Hm 图5 12 校核可按下式 式中L 注射机移动模板与固定模板之间的最大距离 mm l 模具所需开模距离 mm Hm 模具闭合厚度 mm L Hm l或L Hm l 问题的关键在于求出模具所需开模距离l 根据模具结构类型的不同讨论下列几种情况 单分型面注射模 模具所需开模距离为l Hl H2 5 10 mm 5 7 式中Hl 塑料脱模需要的顶出距离 mm H2 塑件厚度 包括浇注系统凝料 mm 校核时 对最大行程与模厚无关的情况按下式 L l H1 H2十 5 10 mm 对最大行程与模厚有关的情况则按下式 L l Hm H1 H2 5 10 mm 2 双分型面注射模 模具所需开模距离需增加浇口板与定模板间为取出浇注系统凝料所需分开的距离a 故得l H1 H2 a 5 10 mm式中a 取出浇注系统凝料所需浇口板与固定模板之间的距离 mm 对最大行程与模厚无关的情况可按下式校核 L l H1 H2 a 5 10 mm 对最大开模行程与模厚有关的情况则按下式校核 L l Hm H1 H2 a 5 10 mm 注意 塑件脱模所需的推出距离H1常常等于模具型芯高度 但对于内表面为阶梯状的塑件 有些不必推出型芯的全部高度即可取出塑件 3 具有侧向分型抽芯机构时的校核 当模具需要利用开模动作来实现侧向抽芯时 开模行程的校核需要考虑侧向抽芯所需的开模行程 图中斜销侧向抽芯机构所需的开模