塑料成型工艺与模具设计项目二教案.docx

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塑料成型工艺与模具设计项目二教案

项目二注射模具设计

教学要求

了解注射模具的结构特征，掌握其结构形式，八大组成部分的设计。

教学重点

掌握型腔数量确定的方法和型腔布局的形式；掌握分型面的设计原则。

掌握浇注系统的设计方法；掌握排气系统的设计方法；掌握引气系统的设计方法。

教学难点

掌握凹模和型芯的结构设计、适用范围、装配要求；熟悉成型零件工作部分尺寸计算公式中各字母的含义。

掌握推出机构的组成及分类；掌握各种简单推出的结构及工作原理。

掌握各种斜导柱侧向分型与抽芯机构的类型及动作原理。

课时安排

本项目安排38课时。

教学大纲

教学内容

任务一塑件在模具中的位置

一、型腔数量及排列方式

（一）型腔数量的确定

（二）型腔的布局

图中列出了多型腔模具型腔布局的实例。

二、分型面的设计

（一）分型面的形式

（二）分型面的选择

任务二浇注系统

浇注系统是指由注射机喷嘴中喷出的塑料进入型腔的流动通道。

在设计时要使塑料熔体平稳有序地填充型腔，并在填充和凝固过程中把注射压力充分传递到各个部分，以获得组织紧密的塑件。

（一）浇注系统的组成及设计原则

（二）浇注系统的设计

（三）排气系统与引气系统的设计

任务三模具成型零部件

直接与塑料接触构成制品形状的零件称为成型零件，成型零部件在塑料熔体进入时，要承受高温熔体的冲刷；在塑件脱模取出时，要受到脱模摩擦磨损等。

所以成型零件要有正确的形状，合理的结构和尺寸，较高的强度、刚度和耐磨性。

一、成型零件的结构设计

（一）凹模

1、整体式凹模

整体式凹模由整块材料加工而成，如图所示。

2、组合式凹模

（1）整体嵌入式凹模

（2）局部镶拼式凹模

对于型腔的某些部位，为了加工上的方便，或对特别容易磨损、需要经常更换的，可将该局部作成镶件，再嵌入凹模，如图5-38所示。

（3）底部镶拼式凹模

为了便于机械加工、研磨、抛光和热处理，形状复杂的型腔底部可以设计成镶拼式。

（4）铡壁镶拼式凹模

（5）多件镶拼式凹模

凹模也可以采用多镶块组合式结构，根据型腔的具体情况，在难以加工的部位分开，这样就把复杂的型腔内表面加工转化为镶拼块的外表面加工，而且容易保证精度。

（6）四壁拼合式凹模

大型和形状复杂的凹模，把四壁和底板单独加工后镶入模板中，再用垫板螺钉紧固。

（二）凸模和型芯

1、主型芯的结构

主型芯按结构可分为整体式和组合式两种

2、小型芯的结构

小型芯成型塑件上的小孔或槽。

小型芯单独制造，再嵌入模板中。

对于异形型芯，为了制造方便，常将型芯设计成两段，型芯的连接固定段制成圆形，并用凸肩和模板连接；也可以用螺钉紧固。

多个互相靠近的小型芯，用凸肩固定时，如果凸肩发生重迭干涉，可将凸肩相碰的一面磨去，将型芯固定板的台阶孔加工成大圆台阶孔或长腰圆形台阶孔，然后再将型芯镶入。

（三）螺纹型芯和型环的结构设计

1、螺纹型芯的结构

螺纹型芯在模具上安装的形式如图所示。

1、螺纹型环的结构

螺纹型环常见的结构如图所示。

二、成型零件工作尺寸的计算

（一）型腔和型芯的工作尺寸计算

模具成型零件工作尺寸与塑件尺寸的关系如图所示。

1、型腔的径向尺寸

2、型芯的径向尺寸

3、型腔深度尺寸和型芯的高度尺寸

4、中心距尺寸

（二）螺纹型环和型芯的尺寸计算

1、螺纹型环的工作尺寸

（1）螺纹型环的大径

（2）螺纹型环的中径

（3）螺纹型环的小径

2、螺纹型芯的工作尺寸

（1）螺纹型芯的大径

（2）螺纹型芯的中径

（3）螺纹型芯的小径

3、螺纹型芯或型芯的螺距尺寸

4、牙型角

三、模具型腔侧壁和底板厚度的计算

（1）模具成型过程中不发生溢料

当高压熔体注入型腔时，模具型腔的某些配合面产生间隙，间隙过大则出现溢料。

（2）保证塑件尺寸精度

由塑件尺寸精度确定的刚度条件可用表所列的经验公式计算出来。

（3）保证塑件顺利脱模

（一）矩形型腔结构尺寸计算

1、组合式矩形型腔

组合式矩形型腔结构有很多种，典型结构如图所示。

侧壁厚度和底板厚度

2、整体式矩形型腔

整体式矩形型腔如图所示，这种结构与组合式型腔相比刚性较大。

侧壁厚度和底板厚度

3、矩形型腔动模支承板厚度

侧壁厚度和底板厚度

（二）圆形型腔结构尺寸计算

1、组合式圆形型腔

组合式圆形型腔结构及受力状况如图所示。

侧壁厚度和底板厚度

2、整体式圆形型腔

整体式圆形型腔结构及受力状况、变形情况如图所示。

侧壁厚度和底板厚度

任务四推出机构

在注射成型的每一循环中，都必须使塑件由模具型腔中或型芯上脱出，模具中脱出的机构称为推出机构，或称脱模机构。

推出机构的动作通常是由安装在注射机上的顶杆或液压缸完成的。

推出机构的推出过程以推杆推出为例，如教材图2-74所示。

推出包括开模、推出、取件、合模、推出机构复位等过程。

推出零件有推杆、复位杆、推杆固定杆和推板等。

推杆将塑件从型芯中推出；复位杆在合模过程中使推杆复位；推杆固定板和推板连接，固定所有推杆和复位杆，传递推出力并使整个推出机构能协调运动。

一、推出机构的结构组成

1、推出机构的组成

如图所示的模具中，推出机构由推杆1、拉料杆6、推杆固定板2、推板5、推板导柱4、推板导套3及复位杆7等组成。

2、推出机构的分类

3、推出机构的设计原则

1）设在动模一侧

2）保证塑件不能变形

3）机构简单动作可靠

4）良好的塑件外观

5）合模时能正确复位

二、脱模力的计算

一般而论，塑料制件刚开始脱模时，所需克服的阻力最大，即所需的脱模力最大，塑件脱模时的型芯的受力分析图件教材。

三、简单推出机构

（一）推杆推出机构

1、推杆位置的设置

（1）推杆应设在脱模阻力大的地方。

如图所示，型芯周围塑件对型芯包紧力很大。

（2）推杆应均匀布置

（3）推杆应设在塑件强度刚度较大处

2、推杆的直径

推杆在推塑件时，应具有足够的刚性，以承受推出力，为此只要条件允许，应尽可能使用大直径推杆，当结构限制，推杆直径较小时，推杆易发生弯曲、变形。

3、推杆的形状及固定方式

下图所示是各种形状的推杆。

A型、B型为圆形截面的推杆，C型、D型为非圆形截面推杆。

（二）推管推出机构

对于中心有孔的圆形套类塑件，通常使用推管推出机构。

推出机构的几种形式。

（三）推件板推出机构

作用面积大，推出力大而均匀，运动平稳，并且塑件上无推出痕迹。

但如果型芯和推件板的配合不好，则在塑件上会出现毛刺，而且塑件有可能会滞留在推件板上。

图所示是推件板推出机构的示例。

对于大型的深腔塑件或用软塑料成型的塑件，推件板推出时，塑件与型芯间容易形成真空，造成脱模困难，为此应考虑增设进气装置。

（四）活动镶件及凹模推出机构

当有些塑件不宜采用上述推出机构时，可利用活动镶件或凹模将塑件推出。

下图是利用活动镶件或凹模推出塑件的结构

四、推出机构的导向与复位

（一）导向零件

（二）复位零件

1、复位杆复位

2、弹簧复位

任务五侧向分型与抽芯

侧向分型与抽芯是将活动型芯抽出和复位的机构。

某些塑料制件，由于使用上的要求，不可避免地存在着与开模方向不一致的分型，除极少数情况可以进行强制脱模外，一般都需要进行侧向分型与抽芯，才能取出制件。

一、注射模的侧向分型与抽芯机构的分类

（一）侧向分型与抽芯机构的分类

当注射成型侧壁带有孔、凹穴、凸台等的塑料制件时，模具上成型该处的零件就必须制成侧向移动的零件，以便在脱模之前先抽掉侧向成型零件，否则就无法脱模。

带动侧向成型零件作侧向移动的整个机构称为侧向分型与抽芯机构。

侧向分型与抽芯机构按其动力来源可分为手动、机动、液压或气动三大类。

（二）抽芯力与抽芯距的计算

侧向型芯或侧向成型模腔从成型位置到不妨碍塑件的脱模推出位置所移动的距离称为抽芯距，用S表示。

为了安全起见，侧向抽芯距离通常比塑件上的侧孔、侧凹的深度或侧向凸台的高度S0大2～3mm，即S=S0+（2～3）mm；但在某些特殊情况下，当侧型芯或侧型腔虽已脱出，但仍阻碍塑件脱模时，就不能简单地使用此方法得到抽芯距的长度。

二、斜导柱侧向分型与抽芯机构的设计

斜导柱侧向分型与抽芯机构原理，如下图2-1所示。

斜导柱3固定在定模板4上，侧型芯1由销钉2固定在滑块9上，开模时，开模力通过斜导柱迫使滑块在动模板10的导滑槽内向左移动，完成抽芯动作。

为了保证合模时斜导柱能准确地进入滑块的斜孔中，以便使滑块复位，机构上设有定位装置，依靠螺钉6和压紧弹簧7使滑块退出后紧靠在限位挡块8上定位。

此外，成型时侧型芯将受到成型压力的作用，从而使滑块受到侧向力，故机构上还设有楔紧块5，以保持滑块的成型位置。

塑件靠推管11推出型腔。

该机构的特点是结构简单、制造方便、工作可靠。

图2-1斜导柱侧向分型与抽芯机构

1—侧型芯；2—销钉；3—斜导柱；4—定模板；5—胁紧块；6—螺钉；

7—压紧弹簧；8—限位挡块；9—滑块；10—动模板；11—推管

任务六温度调节系统

塑料件的成型工艺过程中，模具温度会直接影响到塑料的充模、塑件的定型、模塑周期和塑件质量。

模温过低，熔体流动性差，塑料成型性能差，塑件轮廓不清晰，表面质量差；模温过高，成型收缩率大，脱模和脱模后塑件变形大，并且易造成溢料和粘模。

而且，对于注射成型，注射时间占成型时间的5%，冷却时间约占80%，推出时间约占15%。

可见，模塑周期主要取决于冷却定型时间，缩短冷却时间可通过调节塑料和模具的温差来实现。

在模塑成型过程中，无论是热固性塑料还是热塑性塑料，模具的温度都将直接影响到塑件的质量和生产率。

由于各种塑料的性能和成型工艺要求不同，对模具温度的要求也不同。

例如一般热塑性塑料注射到模具型腔内的熔体温度不超过200℃，件固化后从模具型腔中取出时的温度在60℃以下。

温度的降低是依靠在模具中通人冷却水，将热量带走。

对于要求模温较低（一般低于80℃）的塑料，如聚氯乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、ABS等，只需设置冷却系统即可，因为通过调节水的流量就可达到调节模具温度的目的。

对于要求模温较高（80℃～20℃）的塑料，如聚碳酸酉旨、聚飒、聚苯醚等，若模具较大，模具散热面积广，有时单靠注人高温塑料来保持模具温度是不够的，因此需要设置加热装置。

又如，热固性塑料的注射成型，熔融塑料在料筒内的温度为70℃～0℃，熔融塑料高速流经喷嘴和模具流道时，由于剧烈磨擦，温度从70℃～0℃瞬间提高到130℃左右，达到临界固化状态，迅速充满模具型腔，随后在高温模具（模温通常保持在160℃～90℃之间，因塑料品种不同而有差异）内固化定型，因此模具需要加热。

有些塑件的物理性能、外观和尺寸精度要求很高，对模具温度的要求十分严格，为此要设计专门的模温调节器，对模具各部分的温度进行严格控制。

模具的加热方式有热水、热油、蒸汽和电阻丝加热等，模具的冷却主要采用循环水冷却方式。

本节主要介绍注射模的加热和冷却系统的设计。

用热水、热油或水蒸气加热也需在模具内开设加热通道，因此与冷却通道设计基本相同。

任务七注射模标准模架

模具标准化也称为模具技术化，是指在模具设计和制造中所应遵循的技术规范、基准和准则。

模具标准化对提高模具设计和制造水平、提高模具质量、缩短制造周期、降低成本和采用新技术都具有重要意义。

一标准模架

模架是注射模的骨架和基体，通过它将模具的各个部分有机地联系成一个整体；它是由模板、导柱、导套和复位杆等零件组成，但未加工型腔的一个组合体。

标准模架则是由结构、形式和尺寸都已经标准化并具有一定互换性的零件成套组合而成的一类模架。

我国现行的塑料注塑模架的国家标准是GB/T12555－2006《塑料注射模模架》，之前的GB/T12555.1－1990《塑料注射模大型模架》和GB/T12556.1－1990《塑料注射模中小型模架》两个标准已作废。

GB/T12555－2006《塑料注射模模架》标准规定了塑料注射模模架的组合形式、尺寸标记，适用于塑料注射模模架。

1.模架组成零件的名称

塑料注射模模架按其在模具的应用方式，可分为直浇口与点浇口两种形式，其组成零件的名称见下图2-2。

1－动模座板；2－内六角螺钉；3－内六角螺钉；　　　　　　　　　　　　1－动模座板；2－内六角螺钉；3－内六角螺钉；4－弹簧垫圈；　　　　　　　　　　　　

4－垫块；5－支承板；6－动模板；7－推件板；　　　　　　　　　　　　5－挡环；6－垫块；7－带头导柱；8－支承板；9－动模板；

8－定模板；9－内六角螺钉；10－定模痤板；　　　　　　　　　　　　　10－推件板；11－带头导套；12－定模板；13－直导套；

11－带头导套；12－导柱；13－直导套；　　　　　　　　　　　　　　　14－推料板；15－定模痤板；16－带头导套；17－导柱；18－直导套；14－复位杆；15－推杆固定板；16推板　　　　　　　　　　　　　　　　19－复位杆；20－内六角螺钉；21－推杆固定板；22－推板

图2-2注射模架零件名称

2.模架的组合形式

塑料注射模架按结构特征可分为36种主要结构，，其中直浇口模架12种、点浇口模架16种和简化点浇口模架8种。

（1）直浇口模架

直浇口模架12种、其中直浇口基本型有4种、直身基本型有4种、直身无定模座板型有4种。

直浇口基本型又分为A型、B型、C型和D型。

A型：

定模二模板，动模二模板。

B型：

定模二模板，动模二模板，加装推件板。

C型：

定模二模板，动模一模板。

D型：

定模二模板，动模一模板，加装推件板。

直身基本型分为ZA型、ZB型、ZC型和ZD型。

直身无定模板座板型分为ZAZ型、ZBZ型、ZCZ和ZDZ型。

直浇口模架组合形式见表2-1。

表2-1　直浇口模架组合形式（摘自GB/T12555－2006）

（2）点浇口模架

点浇口模架有16种，其中点浇口基本型为4种、直身点浇口基本型为4种、点浇口无推料板型为4种、直身点浇口无推料板型为4种。

点浇口模架组合形式见表2-2。

点浇口基本型分为DA型、DB型、DC型和DD型；直身点浇口基本型分为ZDA型、ZDB型ZDC型和ZDD型；点浇口无推料板型分为DAT型、DBT型、DCT型和DDT型；直身点浇口无推料板型分为ZDAT型、ZDBT型、ZDCT型和ZDDT型。

表2-2点浇口模架组合形式（摘自GB/T12555－2006）

（3）简化点浇口模架

简化点浇口模架分为8种，其中简化点浇口基本型有2种、直身简化点浇口型有2种、简化点浇口无推料板型有2种、直身简化点浇口无推料板型有2种。

简化点浇口基本型分为JA型和JC型；直身简化点浇口型分为ZJA型和ZJC型；简化点浇口

无推料板型分为JAT型和JCT型；直身简化点浇口无推料板型分为ZJAT型和ZJCT型。

3.模架导向件与螺钉安装方式

根据使用要求，模架中的导向件与螺钉可以有不同的安装方式，GB/12555－2006《塑料注射模模架》国家标准中的具体规定有以下5个方面。

（1）根据使用要求，模架中的导柱导套可以正装或者反装两种形式。

（2）根据使用要求，模架中的拉杆导柱可以装在外侧或装在内侧两种形式。

（3）根据使用要求，模架中的垫块可以增加螺钉单独固定在动模座板上。

（4）根据使用要求，模架的推板可以装推板导柱及限位钉。

（5）根据模具使用要求，模架中的定模板厚度较大时，导套的装配参照标准。

　4.基本型模架组合尺寸

GB/T12555－2006《塑料注射模模架》标准规定组成模架的零件应符合GB/T4169.1～4169.23－2006《塑料注射模零件》标准的规定。

标准中所称的组合尺寸为零件的外形尺寸和孔径与孔位尺寸。

基本型模架尺寸组合见表2-3。

表2-3基本型模架尺寸组合（摘自GB/T12555－2006）单位：

mm

（a）直浇口模架尺寸组合（b）点浇口模架尺寸组合

二、合模导向机构的设计

导向机构的作用主要是定位和定向，保证动模和定模两大部分或模内零部件之间的准确对合。

如使凸模的运行与加压方向平行，保证凸凹模的配合间隙；在推出机构中保证推出机构运动定向，并承受推出时的部分侧压力；在垂直分型时，使垂直分型拼块在闭合时准确定位等。

结构形式有导柱导向和锥面、销等定位。

设计的基本要求：

导向精确，定位准确，并具有足够的强度、刚度和耐磨性。