《塑料成型工艺与模具设计》-项目 ４　确定注射模结构及注射机

４.１注射模的分类与组成１.注射模的分类（１）按生产的塑料分类按生产的塑料分类，注射模可分为热塑性塑料注射模和热固性塑料注射模。（２）按注射机类型分类按注射机类型分类，注射模可分为立式注射机用注射模、卧式注射机用注射模和角式注射机用注射模。（３）按浇注系统形式分类按浇注系统形式分类，注射模可分为普通流道注射模及热流道注射模。下一页返回４.１注射模的分类与组成（４）按模具结构特征分类按模具结构特征分类，注射模可分为单分型面、双分型面、斜导柱（或弯销、斜滑块、齿轮齿条）侧向分型与抽芯注射模具，有活动镶件的注射模具，推出机构在定模一侧的注射模和自动卸螺纹注射模等。（５）按成型技术分类按成型技术分类，注射模可分为低发泡注射模、精密注射模、气辅成型注射模、双色注射模、多色注射模。上一页下一页返回４.１注射模的分类与组成２.注射模的组成注射模由动模和定模两部分组成，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，动模与定模闭合构成浇注系统和型腔。开模时，动模与定模分离以便取出塑料制品。根据模具中各零部件所起的作用，一般注射模又可细分为以下基本组成部分，如图４－１所示。（１）成型零件成型零件是直接与塑料接触，并决定塑料制件形状和尺寸精度的零件，即构成型腔的零件，如图４－１中所示的型芯１２（成型塑件的内表面）、定模板１１（成型塑件的外表面）等，它们是模具的主要零件。上一页下一页返回４.１注射模的分类与组成（２）浇注系统浇注系统是熔融塑料从注射机喷嘴进入模具型腔所流经的通道。通常，浇注系统由主流道、分流道、浇口和冷料穴四部分组成，起到输送管道的作用，如图４－１中的浇口套９。（３）导向机构导向机构通常由导柱和导套（或导向孔）组成，如图４－１中的导柱３即是动模板１３上的导向孔。此外，对多腔或较大型注射模，其推出机构也设置有导向零件，以避免推板运动时发生偏移，造成推杆的弯曲和折断或顶坏塑件。（４）推出机构推出机构指在开模过程中将塑件及流道凝料从成型零件及流道中推出或拉出的零部件。图４－１中所示的推出机构由推杆１６、拉料杆１、推杆固定板１７和推板１８等组成。上一页下一页返回４.１注射模的分类与组成（５）侧向分型抽芯机构当塑件上有侧孔或侧凹时，开模推出塑件以前，必须先进行侧向分型，将侧型芯从塑件中抽出，方能顺利脱模，这个动作过程是由分型抽芯机构实现的。（６）冷却与加热装置冷却与加热装置是用以满足成型工艺对模具温度要求的装置。冷却时，一般在模具型腔或型芯周围开设冷却通道，如图４－１中的冷却水通道１０。而加热时，则在模具内部或周围安装加热元件。（７）排气系统排气系统是在注射过程中，为将型腔内的空气以及塑料在受热和冷凝过程中产生的气体排出去而开设的气流通道。排气系统通常是在分型面处开设排气槽，有的也可利用活动零件的配合间隙排气。上一页下一页返回４.１注射模的分类与组成（８）支承与固定零件支承与固定零件主要起装配、定位和连接的作用，包括有定模座板、垫块、支承板、定位环、销钉和螺钉等，如图４－１中所示的定模座板６、定模板１１、动模板１３、支承板１４、动模支架１５。注射模就是依靠上述各类零件的协调配合来完成塑件成型功能的。当然，并不是所有的注射模都具备上述八个部分，但型芯、浇注系统、推出机构和必要的支承固定零件是必不可少的。上一页返回４.２典型的注射结构１.单分型面注射模（１）工作原理单分型面注射模又称为两板式模。单分型面是指在模具的动模板与定模板之间只有一个分型面。如图４－１所示，型芯１２固定在动模板１３上，连接在注射机的移动模板上，而具有型腔的定模板１１固定在定模座板６上，连接在注射机的固定模板上。注射机开模时，移动模板带动动模部分左移，模具开始分型，塑件由于拉料杆１及型芯１２的作用，连同流道内的凝料随动模后退，当注射机的顶杆接触到模具的推板时，推出塑件及流道凝料。这种注射模具有结构简单，成型塑件的适应性强，操作方便，应用广泛等优点，但其缺点是塑件连同凝料在一起，需手工处理。下一页返回４.２典型的注射结构（２）设计注意事项１）分流道开设在分型面上，既可以开设在动模一侧也可以开设在定模一侧，还可以开设在动、定模两侧的分型面上，视塑件的具体形状而定。但如果开设在动、定模两侧的分型面上，则必须注意合模时的对中拼合。２）由于推出机构一般设在动模一侧，所以应尽量使塑件在动模一边，以便推出。此外还要考虑注射成型后塑件对凸模或型芯的包紧力，其大小往往用凸模或型芯被塑件所包住的侧面积的大小来衡量。一般将包紧力大的凸模或型芯设置在动模的一侧，包紧力小的凸模或型芯设置在定模的一侧。３）为了让主流道凝料在分型时留在动模一侧，动模一侧必须设有拉料杆。上一页下一页返回４.２典型的注射结构４）单分型面注射模的合模导柱既可设置在动模一侧也可设置在定模一侧，通常设置在型芯凸出分型面最长的那一侧。需要指出的是，标准模架的导柱一般都设置在动模一侧。５）推杆的复位有多种方法，如复位杆复位和弹簧复位等，常用复位杆复位。２.双分型面注射模（１）工作原理双分型面注射模又称为三板式注射模，与单分型面注射模相比，在图４－２中动模板３和定模板１１之间加了一块中间板１２。如图４－２所示，Ａ—Ａ为第一分型面，Ｂ—Ｂ为第二分型面。由于塑件和浇注系统凝料是分开的，因此需要有两个分型面，分别用来取出塑件和凝料。上一页下一页返回４.２典型的注射结构（２）设计注意事项１）双分型面注射模使用的浇口一般为点浇口，截面积较小，浇口直径只有０.５～１.５ｍｍ。若浇口过小，熔体流动阻力太大，浇口也不容易加工；若浇口太大，浇口不容易自动拉断，且拉断后会影响塑件的表面质量。２）导柱可以在定模一侧，也可以对动模部分进行导向，通常设置在凸模较高的一侧；如果是推件板推出机构，动模部分也一定要设置导柱。３）Ａ—Ａ分型面的分模距离应保证能取出浇注系统凝料，其分型距离Ｓ为Ｓ＝Ｓ′＋（３～５）ｍｍ上一页下一页返回４.２典型的注射结构３.带活动镶块的注射模当塑件带有侧孔或螺纹孔时，无法通过分型面来取出塑件，需要在模具上设置活动的型芯或对拼组合式镶块。如图４－３所示，模具开模时，动模板５和定模板１分开，塑件的外腔与定模脱开，塑件留在活动镶块３上，当动模继续后退，推板１１接触到注射机的顶杆时，设置在活动镶块３上的阶梯推杆９将活动镶块３连同塑件一起推出，再由人工将活动镶块３上的塑件取下来。合模时，推杆９先在弹簧８的作用下复位，之后，由人工将活动镶块３插入型芯的锥面的相应的孔中，最后模具合模，再进行下一循环。这种注射模手工操作多，生产效率低，劳动强度大，只适用于小批量生产。上一页下一页返回４.２典型的注射结构４.带侧向抽芯、侧向分型的注射模带活动镶块的注射模具仅适用于侧面有孔或凹槽的塑件的小批量生产，当这类塑件的批量较大时，就应采用侧向抽芯或侧向分型的注射模。带动型芯滑块侧向移动的整个机构称侧向分型与抽芯机构。图４－４所示为常见的斜导柱侧向抽芯注射模。图中塑件的侧壁有一孔，这个孔由侧型芯滑块３来成型。开模时，动模板１４与定模板１６分开，由于斜导柱２固定在定模板１６上，而侧型芯滑块３由导滑槽与动模部分相连，因此，斜导柱在开模力的作用下，带动侧型芯滑块沿导滑槽向外滑动，直至滑块与塑件完全脱开，完成侧向抽芯动作。上一页下一页返回４.２典型的注射结构５.自动卸螺纹注射模成型带有内螺纹或外螺纹的塑件时，为了能自动卸螺纹，在模具内设有能转动的螺纹型芯或螺纹型环，利用注射机的往复运动或旋转运动，或设置专门的原动机件（如电动机、液压马达等）和传动装置与模具连接，开模后带动螺纹型芯或螺纹型环转动，使塑件脱模。图４－５所示为角式注射机上使用的自动卸螺纹注射模。塑件带有内螺纹，当注射机开模时，注射机的开合模的丝杆带动模具的螺纹型芯旋转，以使塑件与螺纹型芯脱模。为了防止螺纹型芯与塑件一起旋转，一般要求塑件的外形具有防转结构。图４－５所示为利用塑件顶面的凸出图案来防止塑件随螺纹型芯转动而转动，以便塑件与螺纹型芯分开。上一页下一页返回４.２典型的注射结构６.推出机构设置在定模的注射模注射机的顶出机构设在注射机的动模部分，为了设计的方便，注射模具的推出装置也应相应地设置在模具的动模部分，塑件就应设计为留在动模一侧。但有的塑件由于它的特殊要求和形状的限制，必须要留在定模一侧，这时，就应在定模一侧设置推出机构，如拉板、拉杆等形式。如图４－６所示，这是一套成型塑料衣刷的注射模，由于衣刷形状的限制，直接浇口需要设计在衣刷的背面。因此，塑件由于包住型芯，而留在定模一侧。在开模时，由于塑件对型芯１１抱紧力较大，Ａ—Ａ分型面先分型，塑件从成型镶块３上脱出而留在定模部分；当开模到一定距离以后，紧固螺钉４触到拉板８上时，拉板８带动螺钉６，推出机构开始工作，Ｂ—Ｂ分型面分型，塑件被从型芯１１上脱出。上一页下一页返回４.２典型的注射结构７.热流道注射模采用热流道注射模注射成型，模具浇注系统中的塑料始终保持熔融状态，在成型过程中只需取出塑件而没有浇注系统凝料。如图４－７所示，塑料熔体从喷嘴２１进入模具后，在流道中给以加热保温，使其仍保持熔融状态，每一次注射完毕，只在型腔内的塑料冷凝成型，取出塑料制品后又可继续注射，这就大大节省了塑料的用量，提高了生产效率，有利于实现自动化生产，保证塑料制品的质量。但无流道注射模结构复杂，造价高，对模具温度的控制要求严格，因此仅适用于大批量生产。上一页返回４.３注射机的选用和注射模的关系设计注射模时，首先要确定模具的结构、类型和尺寸，同时还必须了解模具和注射机的关系及注射机的有关工艺参数、模具安装部位的相关尺寸。因此，需对模具和注射机的一些参数，如模具的型腔个数、注射机的最大注射量、最大注射压力、锁模力、有关安装尺寸、开模行程和顶出装置等有关数据进行校核，并通过校核来设计模具和选用注射机型号，确保设计出的模具可在所选用的注射机上安装和使用。１.型腔数量的确定和校核设计模具首先就是要确定模具型腔的数量，型腔的数量与注射机的塑化速率、最大注射量、锁模力有关，因此，必须从这三个方面对型腔的数量来进行校核。下一页返回４.３注射机的选用和注射模的关系１）按注射机的额定塑化量确定型腔数量，即２）按注射机的最大注射量确定型腔数量，即３）按注射机的额定锁模力确定型腔数量，即上一页下一页返回４.３注射机的选用和注射模的关系２.最大注射量的校核塑件和浇注系统凝料的总质量一般要小于注射机公称注射量的８０％。若最大注射量小于塑件所需注射量，就会导致塑件的形状不完整或内部组织疏松，塑件强度下降等缺陷；也要注意最小注射量，通常大于额定注射量的２０％。最大注射量的校核应注意的是柱塞式注射机和螺杆式注射机标定的公称注射量是不同的，国际上规定柱塞式注射机的公称注射量是以一次注射聚苯乙烯的最大克数为标准；而螺杆式注射机标定的公称注射量是以螺杆在料筒中的最大推出容积表示。３.注射压力的校核注射压力的校核是校核注射机的额定注射压力能否满足塑件成型时所需的压力，为此，注射机的额定注射压力应大于塑件成型所需要的注射压力，即ｐ≥ｐ塑（４－４）上一页下一页返回４.３注射机的选用和注射模的关系４.锁模力的校核锁模力，也称合模力，是指注射机的合模装置对模具所施加的最大夹紧力，由于高压塑料熔体充满型腔时，会产生一个沿注射机轴向（模具开合方向）的很大推力，这个力如果大于注射机的公称锁模力，将产生溢料现象。因此，注射机的公称锁模力必须满足Ｆ＞ｐ塑（Ａ＋Ａ１）（４－５）５.安装部分的尺寸校核设计模具时应校核的主要参数有喷嘴尺寸、定位圈尺寸、最大模具厚度、最小模具厚度及模板上的安装螺孔尺寸。上一页下一页返回４.３注射机的选用和注射模的关系（１）喷嘴尺寸模具需要与注射机对接，所以模具的主流道始端应与注射机喷嘴头球面半径相适应。如图４－８（ａ）所示，注射机喷嘴前端的Ｒ０、前端孔径ｄ０与模具主流道浇口套始端的Ｒ和小端ｄ应满足（２）定位圈尺寸为了使模具主流道的中心线与注射机喷嘴的中心线重合，注射机定模板上设有一定位孔，模具的定位部分（或主流道衬套）要设有一个凸台，即定位圈，两者之间按一定的间隙配合，留有间隙０.１ｍｍ，否则将产生“流涎”现象。如图４－９所示，小型模具ｈ＝８～１０ｍｍ，大型模具ｈ＝１０～１５ｍｍ。上一页下一页返回４.３注射机的选用和注射模的关系（３）模具的厚度注塑模的动、定模两部分闭合后，沿闭合方向的长度叫作模具的厚度或模具的闭合高度。各种规格的注射机，对安装模具的最大厚度和最小厚度均有限制（国产机械锁模的角式注射机对模具的最小厚度无限制），在设计模具时应使模具的总厚度位于注射机安装模具的最大厚度和最小厚度之间，如图４－１０所示；同时应校核模具的外形尺寸，使模具能够从注射机拉杆之间装入。（４）模具的安装和紧固模具的动模安装在注射机动模板上，模具的定模安装在注射机定模板上。为了安装和紧固模具，注射机上的动模和定模两个固定板上都开有许多间距不同的螺孔。因此，设计模具时必须注意模具的安装尺寸应当与这些螺孔的位置及孔径相适应（只要保证与其中一组对应即可），以便能将动模和定模分别紧固在对应的两个固定板上。上一页下一页返回４.３注射机的选用和注射模的关系模具常用的安装紧固方法有两种：一种是在模具的安装部位打螺栓通孔，用螺栓直接和注射机的固定板紧固，如图４－１１（ａ）所示；另一种是采用压板压紧模具的安装部位，如图４－１１（ｂ）所示。一般情况下，模具质量较小的采用压板固定，模具质量较大的采用螺钉固定。６.开模行程和顶出机构的校核开模行程也叫作合模行程，指模具开合过程中动模固定板的移动距离，用字母Ｓ表示。注射机的开模行程是有限制的，塑件从模具中取出时所需的开模距离必须小于注射机的最大开模距离，否则塑件无法从模具中脱出。开模行程的大小直接影响模具所能成型制品的高度。因此，设计模具时必须校核注射机的开模行程和所需要的开模距离是否相适应。上一页下一页返回４.３注射机的选用和注射模的关系一般情况下，实际模具厚度Ｈｍ与注射机允许安装的最大模具厚度Ｈｍａｘ及最小模具厚度Ｈｍｉｎ之间必须满足Ｈｍｉｎ≤Ｈｍ≤Ｈｍａｘ（４－６）（１）注射机最大开模行程与模具厚度无关当注射机采用液压机械联合作用的锁模机构时，如ＸＳ－Ｚ３０、ＸＳ－ＺＹ－１２５、ＸＳ－Ｚ－５０等，最大开模行程由连杆机构的最大行程决定，并不受模具厚度的影响，即注射机最大开模行程与模具厚度无关。在这类注射机上使用单分型面和双分型面注射模具时，可分别用下面两种方法校核模具所需的开模距离是否与注射机的最大开模行程Ｓｍａｘ相适应。①对于单分型面注射模（见图４－１２），有上一页下一页返回４.３注射机的选用和注射模的关系②对于双分型面注射模（见图４－１３），有（２）注射机最大开模行程与模具厚度有关当注射机采用全液压式合模系统，如ＸＳ－ＺＹ－２５０和机械合模的ＳＹ－４５、ＳＹＳ－２０等角式注射机时，其最大开模行程Ｓｍａｘ直接与模具厚度有关，即上一页下一页返回４.３注射机的选用和注射模的关系如果在上述两类注射机上使用单分型面或双分型面模具，可分别用下面两种方法校核模具所需的开模距离是否与注射机的最大开模行程Ｓｍａｘ相适应。①对于单分型面注射模（见图４－１４），有②对于双分型面注射模（见图４－１３），有上一页下一页返回４.３注射机的选用和注射模的关系（３）有侧向抽芯时的最大开模行程校核当模具需要利用开模动作完成侧向抽芯动作时，如图４－１５所示，所需的最大开模行程必须还要考虑侧向抽芯抽拔距