塑胶模具设计初级.docx

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塑胶模具设计初级

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一.概述

二.塑料及塑料制品

三.典型塑料模胚结构图

四.一般塑模设计及加工

五.试模与维护

六.模具管理

一.概述

1.塑料模具定义及在国民经济中的重要作用:

塑料模就是利用其特定形状去成型具有一定形状和尺寸的塑料制品的工具,它对塑料零件的制造质量和成本起决定性影响.在我们日常生活及社会各领域,无处不见模具产品的踪影.现在,我们就概括说说模具工业在国民经济中的重要作用.

在电子、汽车、电机、仪器、电器、仪表、家电和通讯等产品中，60％～80％的零部件都要依靠模具成形。

用模具生产制件所表现出来的高精度、高复杂程度、高一致性、高生产率和低消耗，是其它加工制造方法所不能比拟的。

模具又是“效益放大器”，用模具生产的最终产品的价值，往往是模具自身价值的几十倍、上百倍。

目前全世界的模具年产值，约有600亿美元。

日、美等工业发达国家，其模具工业产值已超过机床工业产值。

从1997年开始，我国模具工业产值也超过了机床工业产值。

模具生产技术水平的高低，已成为衡量一个国家产品制造水平高低的重要标志，在很大程度上决定着产品的质量、效益和新产品的开发能力。

　　第一，模具工业是高新技术产业的一个组成部分。

例如,属于高新技术领域的集成电路的设计与制造，不能没有做引线框架的精密级进冲模和精密的集成电路塑封模；计算器的机壳、接插件和许多元器件的制造，也必须有精密塑料模具和精密冲压模具；数字化电子产品（包括通讯产品）的发展，没有精密模具也不行。

不仅电子产品如此，在航天航空领域也离不开精密模具。

例如,形状误差小于0.1～0.3μm的空空导弹红外线接收器的非球面反射镜，就必须用高精度的塑料模具成型。

因此可以说，许多高精度模具本身就是高新技术产业的一部分。

有些生产高精度模具的企业，已经被命名为“高新技术企业”。

　　第二，模具工业又是高新技术产业化的重要领域。

模具制造技术水平的提高，模具工业的技术升高，离不开同高新技术的嫁接。

CAD/CAE/CAM技术在模具工业中的应用，快速原型制造技术的应用，使模具的设计制造技术发生了重大变革，就是一个最好的例证。

模具的开发和制造水平的提高，有利于采用数控精密高效加工设备；逆向工程、并行工程、敏捷制造、虚拟技术高速加工等先进制造技术在模具工业中的应用，也要与电子信息等高新技术嫁接，实现高新技术产业化。

　　第三，模具工业是装备工业的一个组成部分。

模具作为基楚工艺装备，在装备工业中自然应有其重要地位。

因为国民经济各产业部门需要的装备，其零部件有很大一部分是用模具做出来的。

各产业部门需要的装备，有许多是电子信息技术的载体。

好象一个人，不仅要有聪明的脑袋和灵敏的神经系统，还要有坚强的躯干和灵巧的双手和双脚。

机械工业制造的装备一旦与电子信息技术嫁接，就如虎添翼，脑袋更灵光，神经更灵敏，手脚更灵巧了。

　　第四，模具工业地位之重要，还在于国民经济的五大支柱产业——机械、电子、汽车、石化、建筑，都要求模具工业的发展与之相适应，以满足五大支柱产业发展的需要。

机械、电子、汽车工业需要大量的模具，特别是轿车大型覆盖件模具、电子产品的精密塑料模具和冲压模具，目前在质与量上都还不能满足这些支柱产业发展的需要。

这几年，我国每年要进口7亿美元左右的模具。

我国石化工业一年生产约500多万吨聚乙烯、聚丙烯和其它合成树脂，很大一部分需要塑料模具成型，做成制品，才能用于生产和生活的消费。

1997年我国产的塑料制品达700多万吨；2005年塑料制品将增加到1500万吨左右。

建筑业过去与模具工业的关系不大，现在不同了，地板砖和卫生洁具需要大量的陶瓷模具，塑料管件和塑钢门窗也需要大量的塑料模具成型。

从五大支柱产业对模具的需求当中，也可以看到模具工业地位之重要。

我们应该进一步加深对模具工业地位与作用的认识，把模具工业放在它应有的位置上，并争取得到有关部门和社会各界的重视和大力支持，采取各种有力措施，加速模具工业的发展。

2.模具分类:

生产中因产品的多样化便造就我们加工工艺的多样化,最终决定模具的多样化.那幺生产中我们到底有哪几种模具?

以下便是对模具的一个总体分类:

模具分类

冲压模

　普通冲裁模

　级进模

　复合模

　精冲模

　拉深模

　弯曲模

　成形模

　切断模

　其它冲压模

**塑料模**

　热热性塑料注射模

　热热固塑料注射模

　热热固塑料压塑模

　挤塑模

　吹塑模

　真空吸塑模

　其它塑料模

锻

锻锻造模

　热锻模

　冷锻模

　金属挤压模

　切边模

　其它锻造模

铸造模

　压力铸造模

　低压铸造模

　失蜡铸造模

　翻砂金属模

粉末冶金模

　金属粉末冶金模

　非金属粉末冶金模

橡胶膜

　橡胶注射成型模

　橡胶压胶成型模

　橡胶挤胶成型模

　橡胶浇注成型模

　橡胶封装成型模

　其它橡胶模

拉丝模

　热拉丝模

　冷拉丝模

无机材料成型模

　玻璃成型模

　陶瓷成型模

　水泥成型模

　其它无机材料成型模

模具标准件

　冷冲模架

　塑模模架

顶杆

螺丝

其它模具

　食品成型模具

　包装材料模具

　复合材料模具

　合成纤维模具

　其它类未包括的模具

以上所有模具,在其相应的生产领域中,都有其举足轻重的作用.因为我们个人的精力所限和社会分工的结果,使我们无法逐一去了解和精通每一种类型的模具奥秘,结合我厂实际,我们所看到和接触最多的模具便是塑料模,而几乎100％的塑料模具是热塑性塑料注射模.所以下面的内容我们将重点禅述此类模具细节.细分下去,热塑性塑料模具又可分为以下机几种:

标准模具（两板模.三板模.拼合型腔模具,推板脱模模具）.迭层模具.热流道模具.冷流道模具和特殊设计模具.此类模具详情在以后会有涉及,在此不详述.

3.模具产品发展趋势:

至2000年，我国模具总产值预计约260～270亿元。

模具行业产业结构也有了较大的改善，模具商业化程度提高了近10％，中高档模具和塑料模具占模具总量的比例有了明显提高。

　　由于我国模具工业起步较晚，底子薄，因此，虽然尽期发展较快，但就总量来看，仍供不应求，特别是大型、精密、复杂、长寿命模具供需矛盾仍然十分突出。

目前，就整个模具市场来看，进口模具约占市场总产量的20％左右，其中中高档模具进口的比例达40％以上，而有些低档模具已出现过剩。

　　现在的工业经济已经到了大批量规模经济和小批量多品种生产同时发展的时期，大批量生产和小批量多品种生产对模具要求虽然有所不同，但就其对模具的依赖性来说，则只是大同小异。

经济发展较快时期，产品畅销，自然要求模具能跟上，而经济发展较慢时期，产品不畅销，企业必然想方设法开发新产品，这同样会给模具带来强劲的需求。

因此，从模具市场发展的总体趋势来看看应该是平稳向上的。

有鉴于此，国内外行家都称现代模具工业是不衰亡工业。

　　模具市场的总体趋势虽然平稳向上，但各类模具的表现却不可能一致，冲模、塑料模、压铸模的总和一般占模具总量的80％左右。

在未来的模具市场中，塑料模具和压铸模的发展速度将高于冲模，它门在模具总量中的比例将逐步提高。

随着工业的不断发展，对模具提出越来越高的要求是正常的，因此，精密、大型、复杂、长寿命模具的需求发展将高于总量发展速度。

同时，由于近年来每年近10亿美元的进口模具中，精密、大型、复杂、长寿命模具占多数，这类高档模具在市场上的份峏额也将逐步增大。

随着多品种小批量时代的逐步来临和企业要求模具能保证新产品的快速上市，各种快速经济模具必然应运而生，与此相关的快速原型制造技术及设备也必将得到快速发展。

建筑业的快速发展，使各种异型材模具、墙面和地面砖模具、PVC塑料管材管接头模具成为模具市厂新的经济增长点，其发展速度也将高于模具总体发展速度。

高速公路的迅速发展，对汽车轮胎也提出了更高要求，因此子午线橡胶轮胎模具，特别是活络模的发展速度也将高于总平均水平。

　　随着模具工业的不断发展，模具标准化程度必将不断提高，因此作为模具的基楚——模具标准件，在今后的模具市场中必将成为一类十分活跃而又高速发展的产品。

由于对模具的要求不断提高，高性能的模具钢用量也将以较快速度增长。

　　汽车、摩托车行业是模具最大的市场，在工业发达国家，这一市场占整个模具市场的一半左右。

为了适应市场需求，汽车换型时间不断缩短，轿车一般为3～4年，轻型为4～5年，其它车型约为6～8年。

汽车换型时约有80％的模具需要更换，一个型号的汽车，所需模具达几千副，价值上亿元。

据统计,国内摩托车总量1997年已超过1000万辆，居世界第一。

单辆摩托车约有零件2000种，共计5000多个，其中一半以上必须用模具生产。

一个型号的摩托车，共需模具近1000副，价值1000多万元，因此，模具总需求量很大。

　　据调查，单台电冰箱需用模具生产的零件约150个，共需模具约350副，价值约400多万元。

单台洗衣机需用模具生产的零件大约500多个，共需模具约200副，价值约2000万元（双桶洗衣机）到3000万元（全自动洗衣机），单台空调器仅塑料模就需近20副，价值约150万元左右。

单台微波炉共需模具近100副，价值约200万元。

现全国冰箱总量已超过1000万台，洗衣机1000多万台，空调器1200万台，如此强大的市场,给模具行业发展注入极大动力.在电子产品中，单台彩电大约有150个零件需用模具生产，共需模具约140副，价值达700万元，其中塑料模约10副，价值120万元左右。

按年产量4000万台，按每10万台需1整套模具，价格约700万元，则每年约有28亿元的市场。

　　其它如计算机.VCD机、DVD机、录像机、摄像机、手机等通讯设备所需模具也是一个不小的市场.目前世界模具市场供不应求，近几年，世界模具市场总量一直为600～650亿美元，美国、日本、法国、瑞士等国一年出口的模具约占本国模具总产值的1/3。

我国模具出口数量极少，与其它先进国家相比极不相称。

但我国模具钳工技术水平高，劳动力成本低，只要配备一些先进的数控制模设备，培训专业技术人才.提高模具加工质量，缩短生产周期，沟通外援渠道，模具行业还是有大片发展空间.

当前整个工业生产的发展特点是产品品种多、更新快、市场竞争激烈。

为了适应用户对模具制造的短交货期、高精度、低成本的迫切要求，模具必然会有如下发展趋势：

（1）模具设计由经验设计阶段向理论计算和计算器辅助设计方向发展,CAD.CAM.CAE技术广泛用于制模业,使模具结构更趋科学合理.大大提高模具加工精度,缩短模具设计加工周期,减少产品开发时间.

（2）模具向高精度大型和超小型方向发展。

10年前，精密模具的精度一般为5μm，现在已达2～3μm，不久1μm精度的模具将上市。

随着零件微型化及精度要求的提高，有些模具的加工精度要求在1μm以内，这就要求发展超精加工,减少钳工等手工操作量。

　　（3）多功能复合模具将进一步发展。

多色和多材质塑料成型模具也将有较快发展，这种模具缩短了产品的生产、装配周期，今后在不同领域将得到发展和应用。

　　（4）随着热流道技术的日益推广应用，热流道模具在塑料模具中的比重将逐步提高。

由于采用热流道技术的模具可提高制件的生产率和质量，并能大幅度节约制件的原材料，因此，热流道技术的应用在国外发展很快，已十分普遍。

许多塑料模具厂所生产的塑料模具已有一半以上采用了热流道技术，有的厂使用率甚至已达80％以上，效果十分明显。

国内热流道模具已有生产，有些企业使用率达20％～30％，但总的来看，比例太低，亟待发展。

　　（5）随着塑料成形工艺的不断改进与发展，气辅模具及适应高压注射成型等工艺的模具将随之发展。

塑料件的精度分尺寸精度、几何形状精度和外观精度（即光泽、色调等），为了确保这些精度，将继续研究发展高压注射成型工艺与模具以及注射压缩成型工艺与模具。

在注射成型中，影响成型件精度的最大因素是成型收缩，高压注射成型可减小树脂收缩率，增加塑件尺寸的稳定性。

模具要求刚性好，耐高压，特别是精密模具的型腔应淬火，浇口密封性好，模温能准确控制。

气体辅助注射成型技术已比较成熟，它能改善塑件的内在和外观质量，具有注射压力低、制品变形小、易于成型壁厚差异较大的制品等优点，而且可以节约原料及提高制件生产率，从而大幅度降低成本。

与之相适应，气辅模具在我国也已出现，并取得了良好效果。

　　（6）模具标准件的应用将日益广泛。

模具标准化及模具标准件的应用能极大地影响模具制造周期。

使用模具标准件不但能缩短模具制造周期，而且能提高模具质量和降低模具制造成本，因此模具标准件的应用必将日益广泛。

像塑料,冲压模胚,顶针.司筒.螺丝.弹簧.等都形成标准件.

　　（7）快速经济模具的前景十分广泛。

现在是多品种小批量生产的时代，21世纪，这种生产方式占工业生产的比例将达75％以上。

一方面是制品使用周期短，另一方面花样变化频繁，要求模具

的生产周期愈短愈好，开发快速经济模具越来越引起人们的重视。

例如研制各种超塑性材料来制作模具，用环氧（E）、聚酯（P）或其中填充金属（M）、玻璃（G）等增强物制作简易模具，用E、P、P—M、E—G、E—G—M、P－G—M来制作模具。

这些模具的主要特点是制造工艺简单，精度易控制，收缩率较小，价格便宜，寿命较高。

还可用水泥、塑料制作汽车覆盖件模具，这类模具在美、日等国家已有应用，但还需改进提高，扩大应用范围。

中、低熔点合金模具、喷涂成型模具、电铸模、精铸模、层迭模、陶瓷吸塑模、环氧树酯模及光造型等快速经济模具将进一步发展。

快换模架、快换凸模等也将日益发展。

另外，采用计算器控制和机械手操作的快速换模装置、快速试模装置技术也会得到发展和提高。

　　（8）随着车辆和电机等产品向轻量化发展，压铸模的比例将不断提高，同时对压铸模的寿命和复杂程度将提出越来越高的要求。

　　（9）随着以塑代钢、以塑代木的进一步发展，塑料模的比例不断提高，同时，由于机械零件的复杂程度和精度的不断提高，对塑料模的要求也将越来越高。

　　（10）模具技术含量将不断提高，中、高档模具比例将不断增大.

综上所述,模具行业的发展前景很好.各位有志于模具业的同仁,让我们一起来学习以下的内容,发挥我们各自的专长,贡献自己的力量!

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二.塑料及塑料制品

塑料模具是用来生产塑料制品的工具,所以我们在设计制造模具之前.必须对各种常用塑料的特性有充分了解和掌握.才能精确控制模具尺寸与塑料件尺寸及成型条件之间的内在关系.才能设计出优秀的模具,常用热塑性塑料之特性如下:

塑料

特性

缩水率

排气槽深度（mm）

模具设计注意事项

ABS（苯乙烯丁二烯丙烯睛共聚体）

1.非结晶性塑料吸湿性强要充分干燥

2.流动性中等注意结合线

3.宜用高料温高模温压力较高

0.4--0.5％

0.01—0.03

1.浇注系统阻力要小注意胶口位子大小

2.脱模斜度2∘以上

HIPS（改性聚苯乙烯）

1.吸湿性小不易分解性脆易裂内应力

2.流动性好

0.5％

0.01—0.03

1.壁厚一致圆角

2.脱模斜度2∘以上顶出平衡

3.浇口圆滑行式各异

PC（聚碳酸酯）

1.熔融沾度高须高温高压

2.易应力裂痕

3.较硬易损伤模具

4.不易出现溢料

5.有一定机械强度尺寸稳定耐热透明有自灭性耐燃烧无毒

0.4—0.6％

0.02—0.03

1.高温高压成型

2.充分干燥

3.分流道内浇口阻力小

4.壁厚一致避免金属镶嵌

PP（聚丙烯）

1.成型性优良

2.易弯曲变形

3.耐冲击机械强度高

1.2—2.0％

0.005—0.03

1.绞链产品浇口设计

2.注意缩孔变形

硬PVC（聚氯乙烯）

1.热稳定性差流动性差

2.成型与分解范围相近停机易分解

3.腐蚀模具（氯气）

4.外观易老化变坏

0.7％

0.01—0.03

1.控制料温

2.分流道内浇口阻力小

3.模具表面处理（镀铬）

POM（聚缩醛）

1.易分解

2.浇口处易出现料痕

3.收缩大易缩孔变形

4.未冷却便可取产品

1.8—2.5％

0.01—0.02

1.分流道内浇口阻力小防料痕与气孔

2.须治具

3.须控制成形条件温度

NYLON（尼龙）

1.沾度低流动性好易溢边

2.收缩率不稳定

3.易沾模

4.熔融前很硬易损伤模具螺杆

1.5—2.5％

0.005—0.02

1.防溢边精度高

2.防止缩孔注意顶出机构

3.注意流綖

PBT（聚对苯二甲酸二丁酯）

1.电气性能佳

2.流动性好有光泽

3.抗油性、抗化学品性能优良。

1.5—2.0％

0.005—0.015

1.模具精度高注意溢边

2.注意控制模温

AS

1.流动性成型性好

2.产品易裂

3.不易溢边

0.4—0.5％

0.02—0.04

1.注意脱模以防裂纹

2.避免侧凹脱模斜度1∘以上

PMMA（聚甲基丙烯酸甲酯）

1.流动性差易产生流痕高压成型

2.光学产品须注意透明度及树脂分解

0.4—0.5％

0.02—0.03

1.脱模斜度尽可能大

2.控制料温模具温度

3.浇道必须利于料流流动

在实际研发和生产中,产品设计师与模具设计师往往不属于同一人,这就造成各人会按自己的立场去设计完美自己的产品.如果两者在各自领域不是很了解,将有可能设计出来的产品在模具结构和制造工艺上造成不可行性.塑料制品的设计不仅要满足使用要求,而且要符合塑料的成型工艺特点,并且尽可能使模具结构减化.这样可使成型工艺稳定,保证塑料制品的质量,又可使生产成本降低,设计时考虑如下:

1.塑料的性能塑料的物理力学性能和工艺性能

2.成型方法要视具体的成型工艺来确定设计方案

3.模具结构和制造工艺有利于模具结构的简化和制造

设计内容主要包括:

几何形状尺寸精度表面质量

几何形状:

形状肉厚脱模斜度加强肋支撑面圆角孔螺纹嵌件

1.形状尽量避免侧壁凹槽或脱模方向垂直的孔,设计成球面或带凸缘形状可提高强度与刚性.

2.肉厚满足使用和成型条件,力求匀称,以防内应力.

3.脱模斜度为便于脱模,其大小与塑料性能,缩水率,形状,肉厚有关.注意:

（1）精度要求高,尺寸较高部位脱模斜度较小.

（2）形状复杂,不易脱模处脱模斜度较大.

（3）一般母模侧斜度比公模侧脱模斜度大.

方向:

内孔以小端为准,外形以大端为准,脱模斜度不包括在产品公差范围内.

4.加强肋可确保产品的强,度刚度,又不至于使产品的厚度过大.在适当位置设置可避免塑件变形改善料流方向.

5.支撑面凸边或凸点为支撑面,可增加产品刚度和平稳度.

6.圆角在转角处尽可能采用圆弧过渡,可避免应力集中,提高产品强度,改善料流状况及便于脱模.一般外半径R1=1.5肉厚,内半径R=0.5肉厚.

7.孔通孔,盲,螺纹孔,不影响产品强度,形状简单,简化模具制造工艺.须注意孔与孔,孔与壁之间间距.

8.螺纹可直接成型,也可成型后机械加工.对经常装卸或受力较大之螺纹采用金属镶嵌件.注意:

外螺纹牙型不宜过细,直径不宜小于4MM,内螺纹牙型不宜小于2MM,牙距须考虑收缩率.螺纹始端和末端须设计过渡长度,以防崩裂变形.

9.嵌件在产品中镶入金属或其它材料形成不可卸连接,可提高机械强度及耐磨性,保证电气性能,增加产品形状及尺寸的稳定性,提高精度.注意:

包裹层不可太薄,必须保证镶件在模具内固定的牢靠性.

尺寸精度:

材料缩水率和模具制造误差是主要因素

1.成形材料

2.成形条件

3.塑件形状

4.模具主流道尺寸料流方向分型面模具制造误差及磨损

5.成型后的条件测量误差存放条件

表面质量:

黑点白点条纹缩水气泡色差光泽性行（镜面）粗糙度（蚀纹）文字

三.典型塑料模胚结构图

SAType

SBType

SCType

SDType

FAType

FCType

GAType

GCType

三.一般塑模设计及加工

塑料模具之设计与制造,是一种高度专门化的技术范围.一个模具师在他的工作范围内要熟练的话,需要经过几年的刻苦磨练.在塑料工业开始要蓬勃发展之时,熟练模具人才之缺乏就已经是一个严重的问题.现在想要在这方面一展抱负之模具人才,依然有多数就业机会在等他.因模具是一精密昂贵的设备,同时从设计到加工完成.须数月时间.而每一套模具的设计,都要因产品的需要而作灵活运用,因此其结构上的每一细节,都须仔细考量和详加研究.假如现在我们接到一项开模通知单,将如何来展开开模动作呢?

下面我们就一起一步一步来学习:

1.一般塑模结构简介:

首先让我们来了解一下一套模具的基本结构（附模型）及作用（口述）,如下图:

模具的几个常用名词:

1.溶注口或水口（sprue）

塑料由此进入模腔内,亦称主流道.溶注口瀙套连接喷嘴与模具,已形成标准件.有些母模板较薄的模具,不须瀙套,直接在模具上钻出溶注口.

2.冷料穴（cold-slugwell）

喷嘴最前端的熔融塑料温度较低,形成冷料渣.在进料口的末端公模仁上开设洞穴,以防止冷料渣进入模腔,造成堵塞流道.减缓料流速度,产品上形成冷料痕结合线.

为了开模时从瀙套内拉出冷凝料,一般在冷料穴末端设置拉料杆（顶针上）.

3.分流道（runne）

分流道是主流道的连接部分,是塑料流入模腔的信道,它可在压力损失最小的条件下,将主流道内的塑料以较快的速度送到浇口处,其主要类型有:

圆形.半圆形.矩形.梯形.要求分流道的表面积或侧面积与其截面积的比值为最小.

4.栅门（gates）

亦称浇口,是分流道和型腔之间连接部分,也是浇注系统的最后部分.其作用是使流道内熔融塑料以较快速度进入模腔.型腔充满后浇口能很快冷却封闭,防止型腔内未冷却料回流.其类型.位置.形状.多种多样.主要有:

盘形.扇形.环形.点状.侧进胶.直接进胶.潜伏进胶.

5.排气槽（vent）

当模具完全闭合时,模腔与浇道内充满空气.注射时必须将空气排出模具以外,否则将产生烧焦,填充不满,毛边,气泡,银线等不良.排气槽的形式,大小.深度因材料和模具结构不同而异（如上表）,其方法主要有:

分模面排气法,顶针排气法,镶件排气法,水路排气法,真空排气法.

6.顶出系统（Ejectiondevice）

是将产品从模具上脱出之装置,亦称脱模机构.是模具的重要组成部分,其形式和推出方式因产品形状,结构和塑料特性有关,其零件有顶针,推板,顶出块,斜梢,司筒,油缸或气缸,齿轮等,它与模仁之间是间隙配合,表面积尽可能大,设在不影响外观和功能处,注意脱模平衡.

7.模穴模仁（Moldcavity）

模穴是在模板上挖框,,以便埋入模仁,主要是节省材料和加工方便方面考虑.有些分模面断差大的模具母模侧,会不挖模穴直接在模板上加工产品部分.模仁主要指模具的产品部分,其精度,材质要求比模胚部分要高,其形状,形式对不同的模具有不同的要求,为整套模具最重要部分.

8.模具钢（MoldSteel）

一套模具外观看似乎都是一样的钢铁,其实它的各部位因要求不同必须使用不同之材质,模具钢之选择对模具寿命,加工性,精度等影响很大.模具钢材料因模具之构造塑料产品要求不同而异.选材要求主要如下:

1.采购容易

2.机械加工性优良

3.耐磨,耐腐蚀,耐热性好

4.组织细