塑料模具设计第五周

1、第十周 第一讲目的和要求：了解注射模具浇口尺寸的计算和浇口的设计原则，学会浇口的位置选择。简单了解排气和引气系统设计的内容（方式、原则）。熟悉凹模和凸模的设计。重点难点：浇口尺寸的计算和浇口的设计原则、浇口的位置选择、凹模和凸模的类型和设计特点4.5.3浇口的设计3. 各种浇口尺寸的计算（1）浇口的横截面积一般取分流道横截面积的3%-9%，对于流动性差尺寸较大的塑件，其浇口尺寸取较大值，反之取较小值。浇口长度和其表面粗糙度都一定要求。见表4-10 各种浇口尺寸计算见表4-11常用塑料的点浇口与侧浇口推荐值（2）保证平衡进料浇口尺寸计算举例实际生产中，根据计算结果、经验并结合软件模拟确定浇口尺寸

2、。在加工浇口时先将浇口做得小一些，在试模时根据实际情况增加，直至达到各个型腔均匀进料，同时充满型腔的目的。具体问题具体分析。分流道布置有一种非平衡的第一种情况，现作如下分析： 1）对分流道横截面大且流程短（d6mm,L200mm）的中小型模具，由于分流道内塑料熔体的T、P变化不大，熔体先到离主流道最近的浇口处，进入型腔。这时分流道尚未充满，其对熔体的阻力比浇口处对熔体的阻力小得多，熔体在浇口处初凝而不再充型。熔体会继续沿分流道前进直到整个分流道被充满。当分流道内的熔体压力升高后会首先充满远离主流道的型腔，然后再返回来依次冲开初凝时间较短的浇口。并依次充满各型腔。为使各型腔能基本上同时充满，就将

3、靠近主流道的浇口做大些，而远离主流道的浇口做小些，或使靠近主流道的浇口长一些，而远离主流道的浇口短一些。针对浇口尺寸无有效计算方法，靠试验而定。 2）对分流道比较细长（d200mm）以及流道中熔体的阻力和温度都不可忽略的大中型模具，T、P降会使远离主流道的浇口难以充型，这时应该将远离主流道的浇口做大些，靠近主流道的浇口做小些，以期实现各型腔同时充满。如图4-74分流道横截面较小且流程较长，如果将所有二级分流道和浇口的横截面积设为相同，则靠近主流道的型腔比远离主流道的型腔先充满。如果将靠近主流道的型腔的二级分流道和浇口的横截面积设置小一些，而远离主流道的型腔的二级分流道和浇口的横截面积大一些，就

4、可以实现各个型腔同时充满。当各型腔的二级分流道的长度和横截面积相同时，可以借助经验公式。k = S/(la(1/2) k-浇口平衡系数（各型腔大小相同时，k是常量） a主流道到型腔浇口的距离。例题 4.1酌情讲对于分流道非平衡布置的第二种情况，即各型腔的大小及浇口长度都不相同时，有人工平衡的公式：k1/k2 = M1/M2 = (S1l2a2(1/2)/(S2l1a1(1/2) M1、M2是型腔1、2的塑料填充量。针对型腔的平衡布置和非平衡布置中，非平衡布置型腔增加了浇口尺寸计算难度，但却可以缩短分流道的总长度，实际生产应用广泛。当塑件的技术要求较多时，不宜采用非平衡布置。 4. 浇口的设计原

5、则 （1） 避免引起熔体破裂现象-浇口横截面尺寸小而型腔宽度厚度大，高速料流通过浇口由于受到很高的切应力作用，会产生喷射和蠕动（蛇形流）等熔体破裂现象。喷射的细丝或断裂物高度定向且很快冷却变硬，与后进入的熔体不能很好熔合而出现熔接痕。有时熔体直接从型腔一端喷到另一端，造成折叠，使塑料形成波纹状痕迹。如图4-76. 喷射还会使型腔气体难以排出，形成气泡。克服缺陷的办法：采用冲击型浇口或浇口位置设在正对型腔壁或粗大型芯的方位，如图4-77.高速料流直接冲击到型腔和型芯壁上，是料流平稳地充满型腔，避免熔体破裂现象，保证塑件质量。 （2） 有利于塑料熔体补缩在避免喷射前提下，浇口位置应设在塑件横截面最

6、厚处，利于熔体填充及补缩。这也是为保证注射过程最终压力有效传递到塑件较厚部位，防止缩孔。如图4-78，厚壁，直接浇口。 （3） 有利于塑料熔体流动如果塑件上设有加强肋，浇口的位置应设在使熔体顺着加强肋的开设方向，以改变熔体流动条件，如图4-79. （4） 有利于型腔内气体的排出如果进入型腔熔体过早地封闭排气途径，型腔内的气体就不能顺利排出，塑件上就会产生气泡、疏松，甚至充不满、熔接不牢等缺陷，或在注射时由于气体压缩而产生高温，使塑料局部炭化烧焦。如图4-80盒形塑件，酌情举例说明。也可在空气汇集处镶入多孔的粉末冶金材料，利用微孔的透气作用排气，或在顶部开设排气结构，利用配合间隙排气，采用组合式

7、型腔。 （5） 减少塑件熔接痕增加熔接强度熔体在充型过程中都有料流间的熔接存在。浇口位置设计时应考虑增加熔接的强度，尽量减少产生熔接痕，保证塑件强度。产生熔接痕的原因很多，浇口数目越多，产生熔接痕的几率越大。如图4-81.在熔体流程不太长的情况下，无特殊要求最后不设两个或两个以上浇口。但浇口数多后，料流的流程短，熔接强度提高。对大型制品，采用多点进料有利于提高熔接强度；对大型板状塑件，设置多个浇口如图4-82减少内应力和翘曲变形，在可能产生熔接痕的情况下，应采取工艺和模具设计措施，增加料流熔接强度。如图4-83可在熔接处的外侧开冷料槽，以便料流前锋的冷料溢进槽内，避免产生熔接痕。如图4-84、

8、85箱形壳体塑件，浇口位置不同，流程长短不同，熔接痕方位和熔接强度不同，可增加过渡浇口或多点浇口。如图4-86圆孔平板塑件，浇口位置应考虑熔接痕方位对塑件的影响，注射成型后，熔接痕与孔连成一线，使塑件强度降低。 （6） 防止料流将型芯或嵌件挤压变形对筒形塑件应避免偏心进料以防止型芯弯曲。如图4-87筒形塑件不同加料发式。如图4-88壳体塑件的不同进料方式。 （7） 注意高分子取向对塑件性能的影响注射成型时应尽量减少高分子沿着流动方向上的定向作用，必须恰当设置浇口位置。尽量避免由于定向作用造成的不利影响，而利用定向作用产生的有利影响。a是口部带有金属嵌件的PS制品，b是聚丙烯盒子。 （8） 保证

9、流动比在允许范围内针对确定大型塑件的浇口位置，流动比即塑料熔体所允许的最大流动距离比。最大流动比指的是熔体在型腔内流动的最大长度与相应的型腔厚度之比。当浇注系统和型腔横截面尺寸各处不相等时，有流动比计算公式。K = ni=1(Li/ti) 当型腔厚度增大时，熔体所能达到的流动距离也长。，当制品的浇口形式和开设位置不同时，计算出的流动比也不同。表4-12 常用塑料的允许流动比范围，是常用塑料的流动比经验数据，供参考。若计算值大于经验值，就需要改变浇口位置或增加制品壁厚或采用多浇口等方式来减小流动比。 5. 浇口位置选择实例典型零件的浇口选择实例见表4-134.6 排气和引气系统设计 注射成型中可

10、能产生的气体有：型腔浇注系统中原有的空气，塑料受热或凝固产生的低分子挥发气体和塑料中的水分在注射温度下汽化形成的水蒸气。这些气体若不能排出，就可能被压缩产生高温，引起局部炭化烧焦，也有可能挤入塑料熔体产生气泡、空洞或填充不足等缺陷。对成型大型制品，精密制品及PVC、POM等易分解产生气体的树脂排气尤为重要。 4.6.1 排气的几种方式 （1） 利用模具分型面或配合间隙排气-如图4-91所示 （2） 开设排气槽排气-热塑性塑料注射模的排气槽及尺寸。 （3） 在型腔相应部位镶嵌烧结的金属块（多孔性合金块）排气适用于型腔最后充填部位不在分型面上，其附近又无可供排气的推杆或可活动的型芯。如图4-93所

11、示，注意金属块底下的通气孔直径不宜过大，以免金属块受力变形。 4.6.2 排气结构的设计原则 1. 排气槽应开设在型腔最后填充的部位，如塑件、流道、冷料穴的浇注终端，如图4-94所示. 2. 排气槽最好开设在型腔一侧，使所产生的飞边、凝料较容易脱模或去除； 3. 排气槽应尽量设在便于清模的位置，以防止积存凝料。 排气槽的深度与塑料品种的流动性、注射压力、注射温度有关。常用塑料的排气槽深度见表4-14. 排气槽的宽度根据具体情况而定。浇口的位置不同，排气槽开设的位置也不同，如同4-95所示。 4.6.3 几种引气方式 塑件粘附型腔的情况较严重，开模时应设置引气装置（尤其整体结构的深型腔）。常见的

12、引气形式有： 1. 镶拼式侧隙引气如图4-96、97所示。 利用成型零件分型面及配合间隙排气时，其排气间隙也可为引气的间隙。但在镶块或型芯与其他成型零件为过盈配合时，空气无法被引入型腔，如果把排气间隙放大，则镶块的位置精度将受到影响。所以只能在镶块侧面的局部位置开设引气孔，如图4-96所示。如图4-97所示，塑料熔体的流向与引气孔成直线或直角关系。镶拼式侧隙引气孔的封胶部分，一般不大于塑料熔体的最小排气槽的深度以免被溢料堵塞而起不到作用。引气孔部分须延续到模外。采用虽然结构简单，但引气孔容易堵塞。 2. 气阀式引气常见的气阀式引气装置如图4-98所示。中心推杆端部设置一个密封的圆锥面；在用托模

13、板推出塑件时，在塑件底部设置浮动的圆形阀杆。采用气阀式引气方式虽然结构比镶拼式引气方式复杂，但引气孔一般不会堵塞。4.7 注射模具成型零件设计型腔或模膛用来填充塑料熔体以成型制品的空间。而构成这个型腔的零件叫成型零件（包括凹模、凸模、小型芯、螺纹型芯或型环）。由于成型零件直接与高温高压的塑料熔体接触，并且脱模时反复与塑件摩擦，因此要求有足够的强度、刚度、硬度、耐磨性和较低的表面粗糙度值，还要考虑零件的加工性及模具的制造成本。 4.7.1 凹模的结构设计 凹模又称阴模，是成型塑件外轮廓的零件。根据需要有以下三种形式： 1. 整体式凹模一整块金属（也称定模板或凹模板）直接加工而成。其特点是非穿通式

14、模体，强度好，不易变形。但成型后其热处理变形，浪费贵重材料，故只用于小型且形状简单的塑件成型。 2. 整体嵌入式凹模 对于小件一模多腔式模具，一般是将每个凹模单独加工后压入定模板，如图4-100所示。其特点是形状尺寸一致性好，更换方便。凹模由侧面定位，其定位方式有所不同。凹模结果不同，固定方式也不同（台阶凹模固定板；不带台阶螺钉；凹模与定模板用过盈配合不用螺钉）。凹模横截面是圆形且具有方向性，应设置圆柱销止转。 3. 组合式凹模用于大型模具。对于形状较复杂的凹模或尺寸较大时，可把凹模做成通孔型的，然后再装上底板，S底板S凹模底面，如图4-101所示。凹模的刚度和强度较差时，在高压熔体作业下组合

15、底板变形时，熔体趁机渗入连接面，造成飞边，脱模困难，损伤棱边。 4. 镶嵌式凹模 （1） 局部镶拼式凹模对于形状复杂或易损坏的凹模，将难以加工或易损坏的部分做成镶件形式嵌入凹模主体，如图4-102所示。 （2） 侧壁镶拼嵌入式凹模用于大型和复杂的模具，如图4-103所示。将四壁和底部分别加工、热处理、研磨、抛光后压入模套，四壁相互锁扣连接，为使内侧接缝紧密，其连接处外侧应留有间隙。死角嵌入件的圆角半径应大于模套圆角半径。 采用镶拼结构的好处：1） 简化加工，将复杂的凹模内形加工变成镶件的外形加工，降低难度；2） 凹模使用镶件使局部精度耐磨性提高，可置换，镶件选用高碳钢或高碳合金钢淬火。淬火后变

16、形较小，可用于专用磨床研磨复杂的形状和曲面；3） 节约模具钢，对大型模具更明显；4） 有利于排气和冷却系统的设计和加工。结构设计应注意几点：1） 凹模刚度强度因镶件加入削弱，模板框应有足够的刚度强度；2） 镶件必须准确定位，并有可靠紧固。镶件之间及其与模框之间尽量采取凹凸槽相互扣锁，以减小整体凹模在高压下的变形和镶件的移动；3） 镶件拼缝必须配合紧密。转角和曲面处不能设置拼缝。拼缝线方向应与脱模方向一致。4） 镶拼件的结构应有利于加工、装配和调换。镶拼件的形状和尺寸精度应有利于凹模的总体精度，并确保定模和动模的对中性，还应避免累积误差。4.7.2 凸模的结构设计 凸模即型芯，是成型塑件内表面的

17、成型零件，通常分为整体和组合式两种： 1. 整体式凸模-如图4-104所示，将成型的凸模和动模板做成一体，结构牢固，还可省去动模垫板。但加工不方便，只适用于形状简单凸模高度较小的单型腔模具。 2. 组合式凸模根据其大小不同，其装配方式也不同。（1） 整体装配式凸模凸模单独加工后与动模板进行装配，如图4-105所示。台阶固定式较常用，采用型芯侧面和动模垫板与型芯固定板之间的销钉共同定位，采用螺钉连接型芯固定板，固定板压住型芯的台阶的方式进行连接。局部嵌入式其连接强度不及台阶固定式，适用于较大型模具，使用型芯侧面定位用螺钉连接。销钉定位式-螺钉连接，节省贵重材料，加工方便，但不适用于受侧向力的场合

18、。（2） 圆柱形小型芯的装配最常见的圆柱型芯结构，如图4-106所示。 反嵌法小型芯从模版背面压入，采用台阶和垫板的固定方法，用小间隙或过渡配合（定位配合长度有要求）。在非配合长度上扩孔，以利于装配和排气，台阶高度、台阶侧面与沉孔内侧面的间隙都有要求。为保证所有型芯装配后在轴向无间隙，型芯台阶的高度在嵌入后都必须高出模版装配平面，经磨削成同一平面再与垫板连接。当模板较厚或型芯较细时，为便于制造和固定，常将星星下端加粗或将小型芯的长度减小，并用圆柱衬垫或用螺钉压紧，如图4-107所示。当模具内有多个小型芯时，各型芯之间距离较近，如果对每个型芯都加工出单独的沉孔，则孔间壁厚较薄，热处理时易出现裂纹。可以在型芯固定板上加工出以个大的公用沉孔，如图4-108所示。各型芯的凸肩如果重叠干涉，课件向干涉的一面削掉一部分。压板可采取整体式。也可以用局部压板，将小型芯固定。对于成型3mm以下孔的圆柱型芯可采用正嵌法，将小型芯从型腔表面压入，结构和配合要求如图4-109所示。小型芯下部铆紧。（3） 异形型芯结构非圆的异形型芯在固定时大都采用反嵌法，如图4-110所示。在模板上加