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1、塑料注射模具设计CAI系统塑料及其工艺特性塑料制品的设计原则塑料注射成型原理注射成型模具设计概述浇注系统的设计成型零部件的设计结构零件的设计脱模机构的设计分型抽芯机构的设计温度调节系统排气系统第四章注射成型模具设计概述目录一、设计注射模具应考虑的问题二、注射模设计原则三、注射模具典型结构四、注射模具的类型五、塑料模具的设计步骤一、设计注射模具应考虑的问题设计注射模具时，既要考虑塑料熔体流动行为等塑料加工工艺要求方面的问题，又要考虑模具制造装配等模具结构方面的问题，归纳起来大致右以下几个方面；了解塑料熔体的流动行为，考虑塑料在流道和型腔各处流动的阻力，流动速度，校验最大流动长度。根据塑料在模具内
2、流动方向(即充模顺序)，考虑塑料在模具内重新熔合和模腔内原有空气排出的问题。考虑冷却过程中塑料收缩及补缩问题。通过模具设计来控制塑料在模具内结晶、取向和改善制品的内应力。浇点和分型面的选择问题。制件的横向分型抽芯及顶出的问题。模具的冷却或加热问题。模具有关尺寸与所用注射机的关系，包括与注射机的最大注射量、锁模力、装模部分的尺寸等的关系。模具总体结构和零件形状要简单合理，模具应具有适当的精度、光洁度、强度和刚度，易于制造和装配。以上这些问题，并非孤立存在，而是相互影响的，应综合加以考虑。二、注射模具的设计原则单向流动单方向的流动设计原则是保证在填充过程中，塑料应该在一个方向上流动,并且保持一个直
3、的流动前沿。这导致单方向定位的产生。流动平衡动所有的流动路径应该是平衡的那就是，在相同时间以相同压力进行充填。恒定压力梯度最有效率的填充方式是压力梯度(压力降低对单位长度)沿着流动路径是固定的时候。最大剪应力剪应力在填充的时候应该是小于材料临界的最大剪切应力，数值依赖于材料和应用。熔接/融合位置在最不敏感部位放置熔接和融合线。避免滞留仅可能避免在流体流动路径分为厚的和薄流动路径那里设置浇口。避免潜流通过浇口的设置避免潜流保证流体在最后充填区相遇。可控制的摩擦加热磨擦加热腔熔体温度，这将在产品中获得较低的应力,而不引起塑料的降解因塑料长期处于较高的温度。流道热阀利用热阀设计流道系统,保证浇口冻结
4、时型腔刚好充填完毕和已充分保压这避免在模具充填完毕后过保压或产生倒流。可接受流道/型腔比为高压力降设计流道系统,使流道材料最小获得一个低比率的流道/型腔设计。三、注射模具典型结构(1)浇注系统将塑料由注射机喷嘴引向型腔的通道称浇注系统，其由主流道，分流道，内浇口，冷料穴等结构组成。(2)成型零件是直接构成塑料件形状及尺寸的各种零件，由型芯（成型塑件内部形状），型腔（成型塑料外部形状），成型杆，镶块等构成。根据各部分起作用不同分类:(3)导向部件 用来保证模具的动模和定模在模具闭合时的准确定位，有时也用来保证脱模机构的运动灵活平稳。通常由导柱和导套组成。(4)脱模机构 实现塑件脱模的装置。其结构
5、形式很多，最常用的有推杆、推管和推板等脱模结构。(5)分型抽芯机构 对于有侧孔和侧凸凹的塑件，在塑件被推出之前，模具必须先进行侧向抽芯或分型，方能顺利脱模，广义来讲，它也是实现塑件脱模的装置。(6)温度调节系统 为了满足塑料成型工艺对模具温度的要求，需要温度调节系统对模具温度进行调节。(7)排气系统 为了将型腔内的气体排出，通常在模具的分型面上设置排气槽，对于小型塑件围排气量不大，可直接利用分型而排气。许多模具的推杆或型芯与模板的配合间隙均可起到排气的作用，可不必另外开设排气槽。(8)其它零部件 包括支承、固定零件，定位和限位零件等。定模部分：一部份留于模具机座的定模板上。动模部分：随注射机动
6、模板运动的部分。定模部分与动模部分闭合则可形成型腔与浇注系统。根据其运动特点均可分为两大部分：一 按注射机类型分立式注射机上用的模具；卧式注射机上用的模具；直角式注射机上用的模具。四、注射模具的类型移动式（仅用立式注射机）固定式注射模具。二按其在注射机上的安装方式分1、单分型面模 分流道位于分型面上，需切除流道凝料。2双分型面注射模（又称：三板式注射模、点浇口注射模)其与单分型面注射 模相比，在动模与定校之间增加了一块活动板(浇注板或中间板)。开模时活动板与定模板作定距分型，以便取出浇道凝料，如图所示。三 按注射模具的总体结构特征分由于塑件结构的特殊要求，如带有侧孔或螺纹孔的塑件，需要在模具上
7、设有活动的型芯或螺纹型芯或对拼组合式凹模等镶块。图示为塑件内侧带有凸台，采用活动镶块3成型，开模后额件与浇道料同时留在镶块3上，当动模与定模开到一定距离后，顶杆垫板11碰到注射机的顶杆，推动顶杆9使镶块3沿型芯4的斜面向右移动，镶块3和塑件一起脱离型芯4，从而先成脱离动棋动作，然后通过手工或其他装置，使塑件与镶块分离。3带有活动镶块的注射模当塑件带有侧凹或侧凸时，在模具上常设有侧向分型抽芯机构。如图所示，利用开模力使斜导柱带动滑块向外滑移而抽出型芯，而与塑件分离。4带侧向分型抽芯的注射模 对带有内螺纹或外螺纹的塑件要求自动卸螺纹时，在模具上设有可转动的螺纹型芯或型环，利用注射机的往复运动或旋转
8、运动，或者装置专门的原动机件(如电动机、液压马达等)和传动装置，带动螺纹型芯或型环转动，使塑件脱出。图示为用于直角式注射机的自动卸螺纹注射模，螺纹型芯由注射机开合模的丝杆带动旋转使其与塑件相脱离。5自动卸螺纹的注射模 一般注射模开模后，塑件均留在动模一侧，故顶出装置也设在动模一侧。但有时由于塑件的特殊要求或形状的限制，开模后塑件将留在定模上(或可能留在定模上)，则在定模的一侧设置项出装置。开模时由拉板或杠杆等带动顶出装置顶出塑件。图示为定模设有顶出装置的注射模，在定模一侧设有脱模板7，开模时由设在动模侧的拉板8带动，将塑件从定模型芯11上强制脱下。6定模设顶出装置的注射模 五、塑料模具的设计步
9、骤一、接受任务书六、模具总装图的技术要求二、收集分析吸收原始资料七、绘制全部零件图三、影响模具结构因素八、校对、审图、描图、送晒四、绘制模具图九、试模及修模五、模具总装图十、整理资料进行归档1、接受任务书成型塑料制件的任务书通常由制件设计者提出，其内容如下：1.经过审签的正规制制件图纸，并注明采用塑料的牌号、透明度等。2.塑料制件说明书或技术要求。3.生产产量。4.塑料制件样品。通常模具设计任务书由塑料制件工艺员根据成型塑料制件的任务书提出，模具设计人员以成型塑料制件任务书、模具设计任务书为依据来设计模具。2、收集、分析消化原始资料收集整理有关制件设计、成型工艺、成型设备、机械加工及特殊加工资
10、料，以备设计模具时使用。1.消化塑料制件图了解制件的用途，分析塑料制件的工艺性，尺寸精度等技术要求。例如塑料制件在外表形状、颜色透明度、使用性能方面的要求是什么，塑件的几何结构、斜度、嵌件等情况是否合理，熔接痕、缩孔等成型缺陷的允许程度，有无涂装、电镀、胶接、钻孔等后加工。选择塑料制件尺寸精度最高的尺寸进行分析，看看估计成型公差是否低于塑料制件的公差，能否成型出合乎要求的塑料制件来。此外，还要了解塑料的塑化及成型工艺参数。2.消化工艺资料分析工艺任务书所提出的成型方法、设备型号、材料规格、模具结构类型等要求是否恰当，能否落实。成型材料应当满足塑料制件的强度要求，具有好的流动性、均匀性和各向同性
11、、热稳定性。根据塑料制件的用途，成型材料应满足染色、镀金属的条件、装饰性能、必要的弹性和塑性、透明性或者相反的反射性能、胶接性或者焊接性等要求。3.确定成型方法采用直压法、铸压法还是注射法。4、选择成型设备根据成型设备的种类来进行模具，因此必须熟知各种成型设备的性能、规格、特点。例如对于注射机来说，在规格方面应当了解以下内容：注射容量、锁模压力、注射压力、模具安装尺寸、顶出装置及尺寸、喷嘴孔直径及喷嘴球面半径、浇口套定位圈尺寸、模具最大厚度和最小厚度、模板行程等，具体见相关参数。要初步估计模具外形尺寸，判断模具能否在所选的注射机上安装和使用。5.具体结构方案（一）确定模具类型如压制模（敞开式、
12、半闭合式、闭合式）、铸压模、注射模等。（二）确定模具类型的主要结构选择理想的模具结构在于确定必需的成型设备，理想的型腔数，在绝对可靠的条件下能使模具本身的工作满足该塑料制件的工艺技术和生产经济的要求。对塑料制件的工艺技术要求是要保证塑料制件的几何形状，表面光洁度和尺寸精度。生产经济要求是要使塑料制件的成本低，生产效率高，模具能连续地工作，使用寿命长，节省劳动力。三、影响模具结构因素1.型腔布置根据塑件的几何结构特点、尺寸精度要求、批量大小、模具制造难易、模具成本等确定型腔数量及其排列方式。对于注射模来说，塑料制件精度为3级和3a级，重量为5克，采用硬化浇注系统，型腔数取4-6个；塑料制件为一般
13、精度（4-5级），成型材料为局部结晶材料，型腔数可取16-20个；塑料制件重量为12-16克，型腔数取8-12个；而重量为50-100克的塑料制件，型腔数取4-8个。对于无定型的塑料制件建议型腔数为24-48个，16-32个和6-10个。当再继续增加塑料制件重量时，就很少采用多腔模具。7-9级精度的塑料制件，最多型腔数较之指出的4-5级精度的塑料增多至50%。2.确定分型面分型面的位置要有利于模具加工，排气、脱模及成型操作，塑料制件的表面质量等。3.确定浇注系统（主浇道、分浇道及浇口的形状、位置、大小）和排气系统（排气的方法、排气槽位置、大小）。4.选择顶出方式（顶杆、顶管、推板、组合式顶出）
14、决定侧凹处理方法、抽芯方式。5.决定冷却、加热方式及加热冷却沟槽的形状、位置、加热元件的安装部位。6.根据模具材料、强度计算或者经验数据，确定模具零件厚度及外形尺寸，外形结构及所有连接、定位、导向件位置。7.确定主要成型零件，结构件的结构形式。8.考虑模具各部分的强度，计算成型零件工作尺寸。以上这些问题如果解决了，模具的结构形式自然就解决了。这时，就应该着手绘制模具结构草图，为正式绘图作好准备。四、绘制模具图要求按照国家制图标准绘制，但是也要求结合本厂标准和国家未规定的工厂习惯画法。在画模具总装图之前，应绘制工序图，并要符合制件图和工艺资料的要求。由下道工序保证的尺寸，应在图上标写注明工艺尺寸
15、字样。如果成型后除了修理毛刺之外，再不进行其他机械加工，那么工序图就与制件图完全相同。在工序图下面最好标出制件编号、名称、材料、材料收缩率、绘图比例等。通常就把工序图画在模具总装图上。1.绘制总装结构图绘制总装图尽量采用1：1的比例，先由型腔开始绘制，主视图与其它视图同时画出。五、模具总装图1.模具成型部分结构2.浇注系统、排气系统的结构形式。3.分型面及分模取件方式。4.外形结构及所有连接件，定位、导向件的位置。5.标注型腔高度尺寸（不强求，根据需要）及模具总体尺寸。6.辅助工具（取件卸模工具，校正工具等）。7.按顺序将全部零件序号编出，并且填写明细表。8.标注技术要求和使用说明。六、模具总
16、装图的技术要求1.对于模具某些系统的性能要求。例如对顶出系统、滑块抽芯结构的装配要求。2.对模具装配工艺的要求。例如模具装配后分型面的贴合面的贴合间隙应不大于0.05mm模具上、下面的平行度要求，并指出由装配决定的尺寸和对该尺寸的要求。3.模具使用，装拆方法。4.防氧化处理、模具编号、刻字、标记、油封、保管等要求。5.有关试模及检验方面的要求。七、绘制全部零件图由模具总装图拆画零件图的顺序应为：先内后外，先复杂后简单，先成型零件，后结构零件。1.图形要求：一定要按比例画，允许放大或缩小。视图选择合理，投影正确，布置得当。为了使加工专利号易看懂、便于装配，图形尽可能与总装图一致，图形要清晰。2.
17、标注尺寸要求统一、集中、有序、完整。标注尺寸的顺序为：先标主要零件尺寸和出模斜度，再标注配合尺寸，然后标注全部尺寸。在非主要零件图上先标注配合尺寸，后标注全部尺寸。3.表面粗糙度。把应用最多的一种粗糙度标于图纸右上角，如标注“其余3.2”。其它粗糙度符号在零件各表面分别标出。4.其它内容，例如零件名称、模具图号、材料牌号、热处理和硬度要求，表面处理、图形比例、自由尺寸的加工精度、技术说明等都要正确填写。八、校对、审图、描图、送晒(1)自我校对的内容是：1.模具及其零件与塑件图纸的关系模具及模具零件的材质、硬度、尺寸精度，结构等是否符合塑件图纸的要求。2.塑料制件方面塑料料流的流动、缩孔、熔接痕
18、、裂口，脱模斜度等是否影响塑料制件的使用性能、尺寸精度、表面质量等方面的要求。图案设计有无不足，加工是否简单，成型材料的收缩率选用是否正确。3.成型设备方面注射量、注射压力、锁模力够不够，模具的安装、塑料制件的南芯、脱模有无问题，注射机的喷嘴与哓口套是否正确地接触。4.模具结构方面1）.分型面位置及精加工精度是否满足需要，会不会发生溢料，开模后是否能保证塑料制件留在有顶出装置的模具一边。2）.脱模方式是否正确，推广杆、推管的大小、位置、数量是否合适，推板会不会被型芯卡住，会不会造成擦伤成型零件。3）.模具温度调节方面。加热器的功率、数量；冷却介质的流动线路位置、大小、数量是否合适。4）.处理塑
19、料制件制侧凹的方法，脱侧凹的机构是否恰当，例如斜导柱抽芯机构中的滑块与推杆是否相互干扰。5）.浇注、排气系统的位置，大小是否恰当。5.设计图纸1).装配图上各模具零件安置部位是否恰当，表示得是否清楚，有无遗漏2).零件图上的零件编号、名称，制作数量、零件内制还是外购的，是标准件还是非标准件，零件配合处理精度、成型塑料制件高精度尺寸处的修正加工及余量，模具零件的材料、热处理、表面处理、表面精加工程度是否标记、叙述清楚。3).零件主要零件、成型零件工作尺寸及配合尺寸。尺寸数字应正确无误，不要使生产者换算。4).检查全部零件图及总装图的视图位置，投影是否正确，画法是否符合制图国标，有无遗漏尺寸。6.
20、校核加工性能（所有零件的几何结构、视图画法、尺寸标注等是否有利于加工）7.复算辅助工具的主要工作尺寸（2）.专业校对原则上按设计者自我校对项目进行；但是要侧重于结构原理、工艺性能及操作安全方面。描图时要先消化图形，按国标要求描绘，填写全部尺寸及技术要求。描后自校并且签字。（3）.把描好的底图交设计者校对签字，习惯做法是由工具制造单位有关技术人员审查，会签、检查制造工艺性，然后才可送晒。（4）.编写制造工艺卡片由工具制造单位技术人员编写制造工艺卡片，并且为加工制造做好准备。在模具零件的制造过程中要加强检验，把检验的重点放在尺寸精度上。模具组装完成后，由检验员根据模具检验表进行检验，主要的是检验模
21、具零件的性能情况是否良好，只有这样才能俚语模具的制造质量。虽然是在选定成型材料、成型设备时，在预想的工艺条件下进行模具设计，但是人们的认识往往是不完善的，因此必须在模具加工完成以后，进行试模试验，看成型的制件质量如何。发现总是以后，进行排除错误性的修模。塑件出现不良现象的种类居多，有模具方面的原因，也有工艺条件方面的原因，二者往往交只在一起。在修模前，应当根据塑件出现的不良现象的实际情况，进行细致地分析研究，找出造成塑件缺陷的原因后提出补救方法。因为成型条件容易改变，所以一般的做法是先变更成型条件，当变更成型条件不能解决问题时，才考虑修理模具。修理模具更应慎重，没有十分把握不可轻举妄动。其原因是一旦变更了模具条件，就不能再作大的改造和恢复原状。九、试模及修模十、整理资料进行归档模具经试验后，若暂不使用，则应该完全擦除脱模渣滓、灰尘、油污等，涂上黄油或其他防锈油或防锈剂，关到保管场所保管。把设计模具开始到模具加工成功，检验合格为止，在此期间所产生的技术资料，例如任务书、制件图、技术说明书、模具总装图、模具零件图、底图、模具设计说明书、检验记录表、试模修模记录等，按规定加以系统整理、装订、编号进行归档。这样做似乎很麻烦，但是对以后修理模具，设计新的模具都是很有用处的。