基礎(chǔ)模具設(shè)計(jì)

1、第1章 模具設(shè)計(jì)基礎(chǔ)本章主要介紹注塑模具的成型工藝、注塑模具的分類與結(jié)構(gòu)、注塑模具的設(shè)計(jì)過程，這些都是在進(jìn)行模具設(shè)計(jì)之前需要掌握的基礎(chǔ)知識(shí)；并介紹了注塑模具的設(shè)計(jì)過程，簡(jiǎn)要地介紹了通用模具設(shè)計(jì)的一般流程；此外還介紹了UG Mold Wizard NX 5.0的設(shè)計(jì)過程及功能等，使讀者對(duì)基于UG的模具設(shè)計(jì)有一定的了解。圖1-11.1 注塑成型工藝注塑成型工藝是成型塑料制品的一種常用方法，其工藝流程如圖1-1所示。從以上工藝流程可以看出，注塑成型是一個(gè)循環(huán)過程，完成注塑成型需要經(jīng)過預(yù)塑、注塑、冷卻定型3個(gè)階段。（1）預(yù)塑階段。螺桿開始旋轉(zhuǎn)，然后將從料斗輸送過來的塑料向螺桿前端輸送，塑料在高溫和剪切

2、力的作用下塑化均勻并逐步聚集在料筒的前端，隨著熔融塑料的聚集，壓力越來越大，最后克服螺桿背壓將螺桿逐步往后推，當(dāng)料筒前部的塑料達(dá)到所需的注塑量時(shí)，螺桿停止后退和轉(zhuǎn)動(dòng)，預(yù)塑階段結(jié)束。（2）注塑階段。螺桿在注塑油缸的作用下向前移動(dòng)，將儲(chǔ)存在料筒前部的塑料以多級(jí)速度和壓力向前推壓，經(jīng)過流道和澆口注入已閉合的模具型腔中。（3）冷卻定型階段。塑料在模具型腔中經(jīng)過保壓，防止塑料倒流直到塑料固化，型腔中壓力消失。一個(gè)生產(chǎn)周期中冷卻定型時(shí)間占的比例最大。注塑過程是一個(gè)周期性循環(huán)過程，每個(gè)循環(huán)內(nèi)要完成模具關(guān)閉、填充、保壓、冷卻、開模、頂出制品等操作。其中，注塑（熔體填充）、保壓和冷卻是關(guān)系到能否順利成型的3個(gè)關(guān)

3、鍵環(huán)節(jié)。然而熔體的流動(dòng)行為和填充特性又和填充的壓力、速度以及熔體的溫度密切相關(guān)，了解熔體的流動(dòng)行為等相關(guān)特性，對(duì)于設(shè)計(jì)整個(gè)注塑工藝意義重大。 注塑工藝參數(shù)1注塑壓力注塑壓力是由注塑系統(tǒng)的液壓系統(tǒng)提供的。液壓缸的壓力通過注塑機(jī)螺桿傳遞到塑料熔體上，塑料熔體在壓力的推動(dòng)下，經(jīng)注塑機(jī)的噴嘴進(jìn)入模具的豎流道（對(duì)于部分模具來說也是主流道）、主流道、分流道，并經(jīng)澆口進(jìn)入模具型腔，這個(gè)過程即為注塑過程，或者稱之為填充過程。壓力的存在是為了克服熔體流動(dòng)過程中的阻力，或者反過來說，流動(dòng)過程中存在的阻力需要注塑機(jī)的壓力來抵消，以保證填充過程順利進(jìn)行。在注塑過程中，注塑機(jī)噴嘴處的壓力最高，以克服熔體全程中的流動(dòng)阻力

4、。其后，壓力沿著流動(dòng)長度往熔體最前端波前處逐步降低，如果模腔內(nèi)部排氣良好，則熔體前端最后的壓力就是大氣壓。影響熔體填充壓力的因素很多，概括起來有3類：（1）材料因素，如塑料的類型、粘度等；（2）結(jié)構(gòu)性因素，如澆注系統(tǒng)的類型、數(shù)目和位置，模具的型腔形狀以及制品的厚度等；（3）成型的工藝要素。2注塑時(shí)間這里所說的注塑時(shí)間是指塑料熔體充滿型腔所需要的時(shí)間，不包括模具開、合等輔助時(shí)間。盡管注塑時(shí)間很短，對(duì)于成型周期的影響也很小，但是注塑時(shí)間的調(diào)整對(duì)于澆口、流道和型腔的壓力控制有著很大作用。合理的注塑時(shí)間有助于熔體理想填充，而且對(duì)于提高制品的表面質(zhì)量以及減小尺寸公差有著非常重要的意義。 注塑時(shí)間要遠(yuǎn)遠(yuǎn)低

5、于冷卻時(shí)間，大約為冷卻時(shí)間的1/101/15，這個(gè)規(guī)律可以作為預(yù)測(cè)塑件全部成型時(shí)間的依據(jù)。在作模流分析時(shí)，只有當(dāng)熔體完全是由螺桿旋轉(zhuǎn)推動(dòng)注滿型腔的情況下，分析結(jié)果中的注塑時(shí)間才等于工藝條件中設(shè)定的注塑時(shí)間。如果在型腔充滿前發(fā)生螺桿的保壓切換，那么分析結(jié)果將大于工藝條件的設(shè)定。3注塑溫度注塑溫度是影響注塑壓力的重要因素。注塑機(jī)料筒有56個(gè)加熱段，每種原料都有其合適的加工溫度（詳細(xì)的加工溫度可以參閱材料供應(yīng)商提供的數(shù)據(jù)）。注塑溫度必須控制在一定的范圍內(nèi)。溫度太低，熔料塑化不良，影響成型件的質(zhì)量，增加工藝難度；溫度太高，原料容易分解。在實(shí)際的注塑成型過程中，注塑溫度往往比料筒溫度高，高出的數(shù)值與注塑

6、速率和材料的性能有關(guān)，最高可達(dá)30。這是由于熔料通過注料口時(shí)受到剪切而產(chǎn)生很高的熱量造成的。在作模流分析時(shí)可以通過兩種方式來補(bǔ)償這種差值，一種是設(shè)法測(cè)量熔料對(duì)空注塑時(shí)的溫度，另一種是建模時(shí)將射嘴也包含進(jìn)去。4保壓壓力與時(shí)間在注塑過程將近結(jié)束時(shí)，螺桿停止旋轉(zhuǎn)，只是向前推進(jìn)，此時(shí)注塑進(jìn)入保壓階段。保壓過程中注塑機(jī)的噴嘴不斷向型腔補(bǔ)料，以填充由于制件收縮而空出的容積。如果型腔充滿后不進(jìn)行保壓，制件大約會(huì)收縮25%左右，特別是筋處由于收縮過大而形成收縮痕跡。保壓壓力一般為充填最大壓力的85%左右，當(dāng)然要根據(jù)實(shí)際情況來確定。5背壓背壓是指螺桿反轉(zhuǎn)后退儲(chǔ)料時(shí)所需要克服的壓力。采用高背壓有利于色料的分散和塑

7、料的融化，但卻同時(shí)延長了螺桿回縮時(shí)間，降低了塑料纖維的長度，增加了注塑機(jī)的壓力，因此背壓應(yīng)該低一些，一般不超過注塑壓力的20%。注塑泡沫塑料時(shí)，背壓應(yīng)該比氣體形成的壓力高，否則螺桿會(huì)被推出料筒。有些注塑機(jī)可以將背壓編程，以補(bǔ)償熔化期間螺桿長度的縮減，這樣會(huì)降低輸入熱量，令溫度下降。不過由于這種變化的結(jié)果難以估計(jì)，故不易對(duì)機(jī)器作出相應(yīng)的調(diào)整。 注塑成型工藝過程塑件的注塑成型工藝過程主要包括填充保壓冷卻脫模等4個(gè)階段，這4個(gè)階段直接決定著制品的成型質(zhì)量，而且這4個(gè)階段是一個(gè)完整的連續(xù)過程。1填充階段填充是整個(gè)注塑循環(huán)過程中的第一步，時(shí)間從模具閉合開始注塑算起，到模具型腔填充到大約95%為止。理論上

8、，填充時(shí)間越短，成型效率越高，但是實(shí)際中，成型時(shí)間或者注塑速度要受到很多條件的制約。l 高速填充。如圖1-2所示，高速填充時(shí)剪切率較高，塑料由于剪切變稀的作用而存在粘度下降的情形，使整體流動(dòng)阻力降低；局部的粘滯加熱影響也會(huì)使固化層厚度變薄。因此在流動(dòng)控制階段，填充行為往往取決于待填充的體積大小。即在流動(dòng)控制階段，由于高速填充，熔體的剪切變稀效果往往很大，而薄壁的冷卻作用并不明顯，于是速率的效用占了上風(fēng)。l 低速填充。如圖1-3所示，熱傳導(dǎo)控制低速填充時(shí)，剪切率較低，局部粘度較高，流動(dòng)阻力較大。由于熱塑料補(bǔ)充速率較慢，流動(dòng)較為緩慢，使熱傳導(dǎo)效應(yīng)較為明顯，熱量迅速為冷模壁帶走。加上較少量的粘滯加熱

9、現(xiàn)象，固化層厚度較厚，又進(jìn)一步增加壁部較薄處的流動(dòng)阻力。 圖1-2 圖1-3 由于噴泉流動(dòng)的原因，在流動(dòng)波前面的塑料高分子鏈排向幾乎平行流動(dòng)波前。因此兩股塑料熔膠在交匯時(shí)，接觸面的高分子鏈互相平行；加上兩股熔膠性質(zhì)各異（在模腔中滯留時(shí)間不同，溫度、壓力也不同），造成熔膠交匯區(qū)域在微觀上結(jié)構(gòu)強(qiáng)度較差。在光線下將零件擺放適當(dāng)?shù)慕嵌扔萌庋塾^察，可以發(fā)現(xiàn)有明顯的接合線產(chǎn)生，這就是熔接痕的形成機(jī)理。熔接痕不僅影響塑件外觀，同時(shí)由于微觀結(jié)構(gòu)的松散，易造成應(yīng)力集中，從而使得該部分的強(qiáng)度降低而發(fā)生斷裂。一般而言，在高溫區(qū)產(chǎn)生熔接的熔接痕強(qiáng)度較佳，因?yàn)楦邷厍樾蜗拢叻肿渔溁顒?dòng)性較佳，可以互相穿透纏繞，此外高溫度

10、區(qū)域兩股熔體的溫度較為接近，熔體的熱性質(zhì)幾乎相同，增加了熔接區(qū)域的強(qiáng)度；反之在低溫區(qū)域，熔接強(qiáng)度較差。 2保壓階段保壓階段的作用是持續(xù)施加壓力，壓實(shí)熔體，增加塑料密度（增密），以補(bǔ)償塑料的收縮行為。在保壓過程中，由于模腔中已經(jīng)填滿塑料，背壓較高。在保壓壓實(shí)過程中，注塑機(jī)螺桿僅能慢慢地向前作微小移動(dòng)，塑料的流動(dòng)速度也較為緩慢，這時(shí)的流動(dòng)稱作保壓流動(dòng)。由于在保壓階段，塑料受模壁冷卻固化加快，熔體粘度增加也很快，因此模具型腔內(nèi)的阻力很大。在保壓的后期，材料密度持續(xù)增大，塑件也逐漸成型，保壓階段要一直持續(xù)到澆口固化封口為止，此時(shí)保壓階段的模腔壓力達(dá)到最高值。在保壓階段，由于壓力相當(dāng)高，塑料呈現(xiàn)部分可壓

11、縮特性。在壓力較高區(qū)域，塑料較為密實(shí)，密度較高；在壓力較低區(qū)域，塑料較為疏松，密度較低，因此造成密度分布隨位置及時(shí)間發(fā)生變化。保壓過程中塑料流速極低，流動(dòng)不再起主導(dǎo)作用；壓力為影響保壓過程的主要因素。保壓過程中塑料已經(jīng)充滿模腔，此時(shí)逐漸固化的熔體作為傳遞壓力的介質(zhì)。模腔中的壓力借助塑料傳遞至模壁表面，有撐開模具的趨勢(shì)，因此需要適當(dāng)?shù)逆i模力進(jìn)行鎖模。漲模力在正常情形下會(huì)微微將模具撐開，對(duì)于模具的排氣具有幫助作用；但若漲模力過大，易造成成型品毛邊、溢料，甚至撐開模具。因此在選擇注塑機(jī)時(shí)，應(yīng)選擇具有足夠大鎖模力的注塑機(jī)，以防止?jié)q?，F(xiàn)象并能有效進(jìn)行保壓。3冷卻階段在注塑成型模具中，冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)非常重

12、要。這是因?yàn)槌尚退芰现破分挥欣鋮s固化到一定剛性，脫模后才能避免塑料制品因受到外力而產(chǎn)生變形。由于冷卻時(shí)間占整個(gè)成型周期約70%80%，因此設(shè)計(jì)良好的冷卻系統(tǒng)可以大幅縮短成型時(shí)間，提高注塑生產(chǎn)率，降低成本。設(shè)計(jì)不當(dāng)?shù)睦鋮s系統(tǒng)會(huì)使成型時(shí)間拉長，增加成本；冷卻不均勻更會(huì)進(jìn)一步造成塑料制品的翹曲變形。根據(jù)實(shí)驗(yàn)，由熔體進(jìn)入模具的熱量大體分兩部分散發(fā)，一部分有5%經(jīng)輻射、對(duì)流傳遞到大氣中，其余95%從熔體傳導(dǎo)到模具。塑料制品在模具中由于冷卻水管的作用，熱量由模腔中的塑料通過熱傳導(dǎo)經(jīng)模架傳至冷卻水管，再通過熱對(duì)流被冷卻液帶走。少數(shù)未被冷卻水帶走的熱量則繼續(xù)在模具中傳導(dǎo)，至接觸外界后散溢于空氣中。注塑成型的成

13、型周期由合模時(shí)間、充填時(shí)間、保壓時(shí)間、冷卻時(shí)間及脫模時(shí)間組成。其中以冷卻時(shí)間所占比重最大，大約為70%80%。因此冷卻時(shí)間將直接影響塑料制品成型周期長短及產(chǎn)量大小。脫模階段塑料制品溫度應(yīng)冷卻至低于塑料制品的熱變形溫度，以防止塑料制品因殘余應(yīng)力導(dǎo)致的松弛現(xiàn)象或脫模外力所造成的翹曲及變形。影響制品冷卻速率的因素有：l 塑料制品設(shè)計(jì)方面。主要是塑料制品壁厚。制品厚度越大，冷卻時(shí)間越長。一般而言，冷卻時(shí)間約與塑料制品厚度的平方成正比，或是與最大流道直徑的1.6次方成正比。即塑料制品厚度加倍，冷卻時(shí)間增加4倍。l 模具材料及其冷卻方式。模具材料，包括模具型芯、型腔材料以及模架材料對(duì)冷卻速度的影響很大。模

14、具材料熱傳導(dǎo)系數(shù)越高，單位時(shí)間內(nèi)將熱量從塑料傳遞而出的效果越佳，冷卻時(shí)間也越短。l 冷卻水管配置方式。冷卻水管越靠近模腔，管徑越大，數(shù)目越多，冷卻效果越佳，冷卻時(shí)間越短。l 冷卻液流量。冷卻水流量越大（一般以達(dá)到紊流為佳），冷卻水以熱對(duì)流方式帶走熱量的效果也越好。l 冷卻液的性質(zhì)。冷卻液的粘度及熱傳導(dǎo)系數(shù)也會(huì)影響到模具的熱傳導(dǎo)效果。冷卻液粘度越低，熱傳導(dǎo)系數(shù)越高，溫度越低，冷卻效果越佳。l 塑料選擇。塑料的是指塑料將熱量從熱的地方向冷的地方傳導(dǎo)速度的量度。塑料熱傳導(dǎo)系數(shù)越高，代表熱傳導(dǎo)效果越佳，或是塑料比熱低，溫度容易發(fā)生變化，因此熱量容易散逸，熱傳導(dǎo)效果較佳，所需冷卻時(shí)間較短。l 加工參數(shù)設(shè)

15、定。料溫越高，模溫越高，頂出溫度越低，所需冷卻時(shí)間越長。冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)規(guī)則：l 所設(shè)計(jì)的冷卻通道要保證冷卻效果均勻而迅速。l 設(shè)計(jì)冷卻系統(tǒng)的目的在于維持模具適當(dāng)而有效率的冷卻。冷卻孔應(yīng)使用標(biāo)準(zhǔn)尺寸，以方便加工與組裝。l 設(shè)計(jì)冷卻系統(tǒng)時(shí)，模具設(shè)計(jì)者必須根據(jù)塑件的壁厚與體積決定下列設(shè)計(jì)參數(shù)冷卻孔的位置與尺寸、孔的長度、孔的種類、孔的配置與連接以及冷卻液的流動(dòng)速率與傳熱性質(zhì)。4脫模階段脫模是一個(gè)注塑成型循環(huán)中的最后一個(gè)環(huán)節(jié)。雖然制品已經(jīng)冷固成型，但脫模還是對(duì)制品的質(zhì)量有很重要的影響，脫模方式不當(dāng)，可能會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品在脫模時(shí)受力不均，頂出時(shí)引起產(chǎn)品變形等缺陷。脫模的方式主要有兩種：頂桿脫模和脫料板脫模。設(shè)

16、計(jì)模具時(shí)要根據(jù)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)選擇合適的脫模方式，以保證產(chǎn)品質(zhì)量。對(duì)于選用頂桿脫模的模具，頂桿的設(shè)置應(yīng)盡量均勻，并且位置應(yīng)選在脫模阻力最大以及塑件強(qiáng)度和剛度最大的地方，以免塑件變形損壞。而脫料板則一般用于深腔薄壁容器以及不允許有推桿痕跡的透明制品的脫模，這種機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)是脫模力大且均勻，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，無明顯的遺留痕跡。 工藝控制注塑成型工藝對(duì)制品的成型質(zhì)量有著非常重要的影響，合理的模具結(jié)構(gòu)和優(yōu)化的工藝參數(shù)是成型優(yōu)良制品的前提。因此，為了保證制品的質(zhì)量，要對(duì)注塑成型工藝進(jìn)行相應(yīng)的控制。主要包括填充過程控制、保壓過程控制、保壓切換控制以及冷卻與模溫控制等，下面對(duì)這些工藝控制進(jìn)行具體的介紹。1填充過程控制塑

17、料在填充過程中，在料筒中受到螺桿的剪切和加熱圈加熱而塑化。塑料的熔體在螺桿運(yùn)動(dòng)的驅(qū)使下通過噴嘴注入模具型腔。由于在填充過程中料筒的體積保持不變（塑料的壓縮比較小，密度的變化相對(duì)來說可以忽略），因此注塑機(jī)的體積注射速率正比于螺桿的線性推進(jìn)的速度。利用這種關(guān)系通過控制螺桿的運(yùn)動(dòng)進(jìn)而控制注塑機(jī)體積注射速率。螺桿的運(yùn)動(dòng)是由注塑機(jī)的液壓回路控制的?，F(xiàn)在的注塑機(jī)基本上都采用了封閉的控制系統(tǒng)，因而可以實(shí)現(xiàn)對(duì)注塑過程的多級(jí)控制，以達(dá)到精確控制的目的。螺桿推進(jìn)速度的變化，引起體積注射速率的變化，進(jìn)而達(dá)到填充過程中相對(duì)均勻的熔前速度。如前所述，由于注塑過程中制品的截面是不斷變化的，即熔前面積是不斷變化的，要想保持

18、注塑過程中的熔前速度一致，必須根據(jù)變化的熔前面積實(shí)時(shí)調(diào)整螺桿的推進(jìn)速度，這一點(diǎn)在實(shí)際中非常困難。實(shí)際使用中，只能采用分段控制螺桿速度的辦法來達(dá)到這個(gè)目的。2保壓過程控制保壓壓力控制對(duì)于減小飛邊和防止機(jī)械損傷有非常重要的意義。良好的保壓壓力控制方式有助于減小制品收縮，提高制品的外觀質(zhì)量。保壓壓力一般為注塑壓力的80%90%。保壓時(shí)間過長或過短都對(duì)成型不利。過長會(huì)使得保壓不均勻，塑件內(nèi)部應(yīng)力增大，塑件容易變形，嚴(yán)重時(shí)會(huì)發(fā)生應(yīng)力開裂。過短則保壓不充分，制件體積收縮嚴(yán)重，表面質(zhì)量差。保壓曲線分為兩部分，一部分是恒定壓力的保壓，大約需要23s，稱為恒定保壓曲線；另一部分是保壓壓力逐步減小釋放，大約需要l

19、s，稱為延遲保壓曲線。延遲保壓曲線對(duì)于成型制件的影響非常明顯。如果恒定保壓曲線變長，制件體積收縮會(huì)減小，反之則增大；如果延遲保壓曲線斜率變大，延遲保壓時(shí)間變短，制件體積收縮會(huì)變大，反之則變?。蝗绻舆t保壓曲線分段且延長，制件體積收縮變小，反之則變大。可以通過特定的軟件工具如MoldFlow的分析結(jié)果來判定保壓數(shù)據(jù)。當(dāng)型腔完全充滿時(shí)，保壓開始；當(dāng)熔料前端停止流動(dòng)時(shí)，說明型腔已經(jīng)補(bǔ)縮達(dá)到一定程度，或者說熔料已經(jīng)不再前進(jìn)，此時(shí)恒定保壓結(jié)束，延遲保壓開始；當(dāng)澆口完全凝固時(shí)，噴嘴對(duì)型腔的補(bǔ)料結(jié)束，保壓結(jié)束。任何一種塑料原料都有自己的不流動(dòng)溫度，不流動(dòng)溫度的值略大于該原料的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度。當(dāng)熔料溫度下降到

20、它所對(duì)應(yīng)的不流動(dòng)溫度后，熔料便不再流動(dòng)。通過填充過程的動(dòng)態(tài)溫度顯示可以很容易地獲取熔前的不流動(dòng)溫度，從而確定延遲保壓的準(zhǔn)確開始時(shí)刻。3保壓切換控制注塑填充過程中當(dāng)型腔快要充滿時(shí)，螺桿的運(yùn)動(dòng)從流動(dòng)速率控制轉(zhuǎn)換到壓力控制。這個(gè)轉(zhuǎn)化點(diǎn)稱為保壓切換控制點(diǎn)，即V/P轉(zhuǎn)換點(diǎn)。保壓切換對(duì)于成型工藝的控制有非常大的意義。保壓切換點(diǎn)以前主要是通過螺桿的旋轉(zhuǎn)，使得熔料前進(jìn)，熔體的速度和壓力很大。保壓切換以后，螺桿停止旋轉(zhuǎn)，只是通過螺桿的向前擠壓推動(dòng)熔料前進(jìn)，壓力較小。如果不進(jìn)行保壓切換，只是通過螺桿旋轉(zhuǎn)推進(jìn)塑料前進(jìn)，那么當(dāng)型腔充滿時(shí)壓力仍舊很大，造成注塑壓力陡增，所需鎖模力也會(huì)變大，甚至?xí)霈F(xiàn)飛邊等一系列的缺陷。

21、保壓切換的選擇應(yīng)該適當(dāng)，過早或過遲的保壓切換都對(duì)成型不利。過早地進(jìn)行保壓切換會(huì)使充模壓力降低，充模困難，甚至出現(xiàn)打不滿的現(xiàn)象。過遲的保壓切換將導(dǎo)致注塑壓力增大，甚至于出現(xiàn)飛邊。保壓切換可以根據(jù)位置、體積、壓力等進(jìn)行。例如，當(dāng)注塑壓力達(dá)到某一定值時(shí)即進(jìn)行保壓切換。如果按照體積值進(jìn)行切換，一般選擇型腔填充到95%（注塑體積）時(shí)進(jìn)行切換。注塑機(jī)中的保壓切換一般都是按照注塑位置進(jìn)行的，也就是說當(dāng)螺桿行進(jìn)到某一位置隨即發(fā)生保壓切換。4冷卻與模溫控制模具溫度對(duì)于成型工藝的影響很大。如果模具溫度太低，一方面塑料熔體冷卻變快，凝固層厚度增加，熔體粘度也增加，導(dǎo)致成型壓力變大，成型相對(duì)困難；另一方面，塑料熔體的

22、流動(dòng)不順暢，容易出現(xiàn)流動(dòng)痕跡，制品的輪廓不光滑，同時(shí)熔接痕的長度和清晰度都變大，制品外觀質(zhì)量下降。模溫對(duì)制品的性能也有一定的影響，特別是結(jié)晶型塑料制品。模具溫度直接影響到結(jié)晶型塑料的結(jié)晶程度和結(jié)晶質(zhì)量，參見第3章。例如，PA6屬于半結(jié)晶型材料，其結(jié)晶程度隨著模溫的升高而變大，結(jié)晶質(zhì)量也隨著模溫的升高而增高。隨著結(jié)晶程度的不斷提高，晶相和非晶相的比例逐漸接近，制品透明程度下降。當(dāng)模溫為60時(shí)，制品是完全不透明的；當(dāng)模溫降到20左右時(shí)，制品是完全透明的。但模具溫度也不能太高，太高會(huì)使冷卻時(shí)間變長，生產(chǎn)效率下降。模具的前后溫度對(duì)制品的變形有很大的影響，實(shí)踐證明，制品總是向模溫較高的一側(cè)彎曲，所以模具

23、的前后溫度應(yīng)盡量相等，差異最大不應(yīng)超過10。模溫是由模具冷卻系統(tǒng)控制的?？梢酝ㄟ^調(diào)節(jié)冷卻水的溫度和流速來控制制品的變形趨勢(shì)和變形量。冷卻系統(tǒng)的控制有兩種，一種是流速控制，另一種是壓力控制?，F(xiàn)在有專門用于調(diào)節(jié)冷卻水的冷卻控制機(jī)。5其他工藝控制方式工藝控制的方法還有很多，如熱流道溫度的控制。熱流道溫度一般與制品的成型溫度相當(dāng)，但加熱圈必須保證均勻加熱。如果受熱不均勻，局部溫度過高，結(jié)果會(huì)使得塑料分解，容易產(chǎn)生水花等注塑缺陷。熱流道控制系統(tǒng)必須做到精確控溫。另外閥式澆口也是控制工藝的一種好方法?？梢造`活地調(diào)整澆口的打開和關(guān)閉時(shí)間，從而控制進(jìn)澆早晚，進(jìn)而控制熔料在型腔中的流動(dòng)，達(dá)到避免熔接痕出現(xiàn)，提高

24、制品外觀質(zhì)量等目的。1.2 注塑模具的分類與結(jié)構(gòu)塑件的結(jié)構(gòu)形狀往往是決定模具結(jié)構(gòu)的最關(guān)鍵因素，不同的塑件有不同的模具結(jié)構(gòu)，根據(jù)這些結(jié)構(gòu)可以對(duì)模具進(jìn)行分類，本節(jié)主要介紹注塑模具的分類與結(jié)構(gòu)。 注塑模具的分類注塑模具的分類方法很多，根據(jù)不同的分類依據(jù)可以對(duì)注塑模具進(jìn)行不同的分類。下面是注塑模具的主要分類方法：l 按塑件所用材料分，可分為熱塑性塑料注塑成型模具和熱固性塑料注塑成型模具。l 按注塑成型機(jī)分，可分為臥式、立式和直角式注塑模具。l 按模具的型腔數(shù)量分，可分為單型腔注塑模具和多型腔注塑模具。l 按模具在注塑機(jī)的安裝方式分，可分為移動(dòng)式注塑模具和固定式注塑模具。 注塑模具的結(jié)構(gòu)下面主要介紹常見

25、的一些注塑模具結(jié)構(gòu)，包括單分型面注塑模具、多分型面注塑模具、斜導(dǎo)柱側(cè)向抽芯注塑模具、斜銷內(nèi)抽芯注塑模具以及熱流道注塑模具。1單分型面注塑模具單分型面注塑模具也稱兩板式注塑模具，常見于大水口注塑成型模具中，如圖1-4所示。這類模具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，對(duì)塑件成型的實(shí)用性強(qiáng)，因此應(yīng)用非常廣泛。這種模具的缺點(diǎn)是澆口大，因此往往還要增加一道去除澆口的工序，而且在制品表面會(huì)留下澆口痕跡。因此，適用于對(duì)制品表面要求不高的模具。2多分型面注塑模具多分型面注塑模具有兩個(gè)或兩個(gè)以上的分型面，其中以雙分型面最為常見。雙分型面注塑模具常稱為三板式模具，由于這種模具常用于點(diǎn)澆口進(jìn)膠的產(chǎn)品，因此，亦稱細(xì)水口模具，如圖1-5所示。雙

26、分型面注塑模具應(yīng)用極廣，主要用于設(shè)點(diǎn)澆口的單型腔或多型腔模具，側(cè)向分型機(jī)構(gòu)設(shè)在定模一側(cè)的模具以及塑件結(jié)構(gòu)特殊需要按順序分型的模具。 圖1-4 圖1-5第一次分型的目的是拉出澆道的凝料，第二次分型拉斷進(jìn)料口使?jié)驳赖哪吓c塑件分離，從而頂出的塑件不需要再進(jìn)行去除料道凝料的處理。3斜導(dǎo)柱側(cè)向抽芯注塑模具當(dāng)塑件側(cè)壁有通孔、凹穴、凸臺(tái)等特征時(shí)，其成型零件就必須做成可側(cè)向移動(dòng)的，帶動(dòng)型芯側(cè)向移動(dòng)的整個(gè)機(jī)構(gòu)稱為側(cè)向抽芯機(jī)構(gòu)或橫向抽芯機(jī)構(gòu)。側(cè)向抽芯機(jī)構(gòu)種類很多，有斜導(dǎo)柱側(cè)向抽芯、液壓抽芯以及氣動(dòng)抽芯等，其中最常見的是斜導(dǎo)柱側(cè)向抽芯機(jī)構(gòu)，如圖1-6所示。開模時(shí)，斜導(dǎo)柱先帶動(dòng)滑塊往外移，當(dāng)側(cè)型芯完全脫出產(chǎn)品時(shí)，頂

27、出機(jī)構(gòu)才開始動(dòng)作，頂出制品。圖1-64斜銷內(nèi)抽芯注塑模具當(dāng)產(chǎn)品的內(nèi)部有倒扣時(shí)，需要使用斜銷來成型這些倒扣位，把這類帶有斜銷的模具統(tǒng)稱為斜銷內(nèi)抽芯注塑模具，如圖1-7所示。這類模具結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，需要在模具上增加斜銷機(jī)構(gòu)。開模時(shí)，先打開前、后模，然后注塑機(jī)的頂出機(jī)構(gòu)推動(dòng)模具的頂板往脫模方向運(yùn)動(dòng)，此時(shí)，斜銷慢慢脫出產(chǎn)品的倒扣位，完全脫出后，通過模具上的脫料機(jī)構(gòu)頂出制品。5熱流道注塑模具由于快速自動(dòng)化注射成型工藝的發(fā)展，熱流道注塑模具正被逐漸推廣使用，如圖1-8所示。它與一般注塑模具的區(qū)別是注射成型過程中澆注系統(tǒng)內(nèi)的塑料是不會(huì)凝固的，也不會(huì)隨塑件脫模，所以這種模具又稱無流道模具。這種模具的主要優(yōu)點(diǎn)如下

28、：l 基本上實(shí)現(xiàn)了無廢料加工，既節(jié)約了原材料，又省去了切除冷料工序。l 減少進(jìn)料系統(tǒng)壓力損失，充分利用注射壓力，有利于保證塑件質(zhì)量。因此，熱流道注塑模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高，對(duì)模溫的控制要求嚴(yán)格，適合于大批量生產(chǎn)。 圖1-7 圖1-81.3 注塑模具的設(shè)計(jì)過程注塑模具的設(shè)計(jì)過程是從介紹設(shè)計(jì)任務(wù)書開始的，模具制造商拿到客戶的訂單時(shí)，首先要對(duì)客戶對(duì)模具的有關(guān)具體要求進(jìn)行分析，然后根據(jù)這些相關(guān)的技術(shù)要求確定模具的有關(guān)結(jié)構(gòu)，然后才開始設(shè)計(jì)模具。下面就一般模具的設(shè)計(jì)流程進(jìn)行介紹。1接受任務(wù)書成型塑料制件的任務(wù)書通常由制件設(shè)計(jì)者提出。其內(nèi)容如下：l 經(jīng)過審簽的正規(guī)制件圖紙，并注明采用塑料的牌號(hào)、透明度等。l

29、塑料制件說明書或技術(shù)要求。l 生產(chǎn)產(chǎn)量。l 塑料制件樣品。通常模具設(shè)計(jì)任務(wù)書由塑料制件工藝員根據(jù)成型塑料制件的任務(wù)書提出，模具設(shè)計(jì)人員以成型塑料制件任務(wù)書、模具設(shè)計(jì)任務(wù)書為依據(jù)來設(shè)計(jì)模具。2收集、分析、消化原始資料 收集整理有關(guān)制件設(shè)計(jì)、成型工藝、成型設(shè)備、機(jī)械加工及特殊加工資料，以備設(shè)計(jì)模具時(shí)使用。主要包括下面內(nèi)容： l 消化塑料制件圖，了解制件的用途，分析塑料制件的工藝性、尺寸精度等技術(shù)要求。如塑料制件在外表形狀、顏色透明度、使用性能方面的要求是什么，塑件的幾何結(jié)構(gòu)、斜度、嵌件等情況是否合理，熔接痕、縮孔等成型缺陷的允許程度，有無涂裝、電鍍、膠接、鉆孔等后加工。選擇塑料制件尺寸精度最高的尺

30、寸進(jìn)行分析，看看估計(jì)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來。此外，還要了解塑料的塑化及成型工藝參數(shù)。 l 消化工藝資料，分析工藝任務(wù)書所提出的成型方法、設(shè)備型號(hào)、材料規(guī)格、模具結(jié)構(gòu)類型等要求是否恰當(dāng)，能否落實(shí)。 成型材料應(yīng)當(dāng)滿足塑料制件的強(qiáng)度要求，具有好的流動(dòng)性、均勻性和各向同性、熱穩(wěn)定性。根據(jù)塑料制件的用途，成型材料應(yīng)滿足染色、鍍金屬的條件、裝飾性能、必要的彈性和塑性、透明性或者相反的反射性能、膠接性或者焊接性等要求。3選擇成型設(shè)備根據(jù)成型設(shè)備的種類來設(shè)計(jì)模具，必須熟知各種成型設(shè)備的性能、規(guī)格、特點(diǎn)。例如對(duì)于注射機(jī)來說，在規(guī)格方面應(yīng)當(dāng)了解以下內(nèi)容：注射容量、鎖模壓力、

31、注射壓力、模具安裝尺寸、頂出裝置及尺寸、噴嘴孔直徑及噴嘴球面半徑、澆口套定位圈尺寸、模具最大厚度和最小厚度、模板行程等，具體見相關(guān)參數(shù)。要初步估計(jì)模具外形尺寸，判斷模具能否在所選的注射機(jī)上安裝和使用。 4確定模具結(jié)構(gòu)方案選擇理想的模具結(jié)構(gòu)在于確定必需的成型設(shè)備，理想的型腔數(shù)，在絕對(duì)可靠的條件下能使模具本身的工作滿足該塑料制件的工藝技術(shù)和生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)的要求。對(duì)塑料制件的工藝技術(shù)要求是要保證塑料制件的幾何形狀、表面光潔度和尺寸精度。生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)要求是要使塑料制件的成本低，生產(chǎn)效率高，模具能連續(xù)地工作，使用壽命長，節(jié)省勞動(dòng)力。影響模具結(jié)構(gòu)及模具個(gè)別系統(tǒng)的因素很多，主要包括：l 型腔布置。根據(jù)塑件的幾何結(jié)構(gòu)特

32、點(diǎn)、尺寸精度要求、批量大小、模具制造難易、模具成本等確定型腔數(shù)量及其排列方式。l 確定分型面。分型面的位置要有利于模具加工、排氣、脫模及成型操作，保證塑料制件的表面質(zhì)量等。l 確定澆注系統(tǒng)（主澆道、分澆道及澆口的形狀、位置、大?。┖团艢庀到y(tǒng)（排氣的方法、排氣槽位置、大?。 選擇頂出方式（頂桿、頂管、推板、組合式頂出），決定側(cè)凹處理方法、抽芯方式。l 決定冷卻、加熱方式及加熱冷卻溝槽的形狀、位置、加熱元件的安裝部位。l 根據(jù)模具材料、強(qiáng)度計(jì)算或者經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，確定模具零件厚度及外形尺寸、外形結(jié)構(gòu)及所有連接、定位、導(dǎo)向件位置。l 確定主要成型零件、結(jié)構(gòu)件的結(jié)構(gòu)形式。l 考慮模具各部分的強(qiáng)度，計(jì)算成

33、型零件工作尺寸。以上這些問題如果解決了，模具的結(jié)構(gòu)形式就基本確定了。5繪制模具圖根據(jù)前面所確定的有關(guān)模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)模具，包括繪制模具3D圖、出模具零件工程圖及總裝圖。1.4 Mold Wizard簡(jiǎn)介Mold Wizard（注塑模具向?qū)В┦轻槍?duì)注塑模具設(shè)計(jì)的一個(gè)專業(yè)解決方案，它具有強(qiáng)大的模具設(shè)計(jì)功能，用戶可以使用它方便地進(jìn)行模具設(shè)計(jì)。Mold Wizard配有常有的模架庫與標(biāo)準(zhǔn)件庫，方便用戶在模具設(shè)計(jì)過程中選用，而標(biāo)準(zhǔn)件的調(diào)用非常簡(jiǎn)單，只需設(shè)置好相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)件的關(guān)鍵參數(shù)，軟件便自動(dòng)將標(biāo)準(zhǔn)件加載到模具裝配中，大大地提高了模具設(shè)計(jì)速度和模具標(biāo)準(zhǔn)化程度。Mold Wizard NX 5.0還具有強(qiáng)大的電極

34、設(shè)計(jì)能力，用戶可以使用它快速地進(jìn)行電極設(shè)計(jì)。簡(jiǎn)單地說，Mold Wizard NX 5.0是一個(gè)專為注塑模具設(shè)計(jì)提供專業(yè)解決方案的集成于UG NX5的功能模塊。 Mold Wizard的主要工作階段使用Mold Wizard進(jìn)行模具設(shè)計(jì)的主要工作階段如下：1模具設(shè)計(jì)準(zhǔn)備階段l 裝載產(chǎn)品模型。加載需要進(jìn)行模具設(shè)計(jì)的產(chǎn)品模型，并設(shè)置有關(guān)的項(xiàng)目單位、文件路徑，以及成型材料及收縮率等。l 設(shè)置模具坐標(biāo)系。在進(jìn)行模具設(shè)計(jì)時(shí)需要定義模具坐標(biāo)系，模具坐標(biāo)系與產(chǎn)品坐標(biāo)系不一定一致。l 設(shè)置產(chǎn)品收縮率。注塑成型時(shí)，產(chǎn)品會(huì)產(chǎn)生一定量的收縮，為了補(bǔ)償這個(gè)收縮，在模具設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)設(shè)置產(chǎn)品收縮率。l 設(shè)定模坯尺寸。Mold

35、 Wizard中稱之為工件，就是分型之前的型芯與型腔部分。l 設(shè)置模具布局。對(duì)于多腔?；蚨嗉?，需要進(jìn)行模具布局的設(shè)計(jì)。2分型階段l 修補(bǔ)孔。對(duì)模具進(jìn)行分型前，需先修補(bǔ)模型的靠破位，包括各類孔、槽等特征。l 模型驗(yàn)證（MPV）。驗(yàn)證產(chǎn)品模型的可制模性，識(shí)別型腔與型芯區(qū)域，并分配未定義區(qū)域到指定側(cè)。l 構(gòu)建分模線。創(chuàng)建產(chǎn)品模型的分型線，為下一步的分型面創(chuàng)建做準(zhǔn)備。l 建立分模面。根據(jù)分型線創(chuàng)建分型面。l 抽取區(qū)域。提取出型芯與型腔區(qū)域，為分型做準(zhǔn)備。l 建立型芯和型腔。分型創(chuàng)建出型芯與型腔。3加載標(biāo)準(zhǔn)件階段l 加載標(biāo)準(zhǔn)模架。Mold Wizard提供了常用的標(biāo)準(zhǔn)模架庫，用戶可從中選擇合適的標(biāo)準(zhǔn)模

36、架。l 加載標(biāo)準(zhǔn)件。為模具裝配加載各類標(biāo)準(zhǔn)件，包括頂桿、螺釘、銷釘、彈簧等，可直接從標(biāo)準(zhǔn)件庫中調(diào)用。l 加載滑塊斜頂?shù)瘸樾緳C(jī)構(gòu)。適用于有側(cè)抽芯或內(nèi)抽芯的模具結(jié)構(gòu)，可以通過標(biāo)準(zhǔn)件庫來建立這些機(jī)構(gòu)。4澆注系統(tǒng)與冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)階段l 設(shè)計(jì)澆口。Mold Wizard提供了各類澆口的設(shè)計(jì)向?qū)?，用戶可通過該向?qū)砜焖偻瓿蓾部诘脑O(shè)計(jì)。l 設(shè)計(jì)流道。Mold Wizard提供了各類流道的設(shè)計(jì)向?qū)В脩艨赏ㄟ^該向?qū)砜焖偻瓿闪鞯赖脑O(shè)計(jì)。l 設(shè)計(jì)冷卻水道。Mold Wizard提供了冷卻水道的設(shè)計(jì)向?qū)?，用戶可通過該向?qū)砜焖偻瓿衫鋮s水道的設(shè)計(jì)。5完成模具設(shè)計(jì)的其余階段l 對(duì)模具部件建腔。在模具部件上挖出空腔位，放

37、置有關(guān)的模具部件。l 設(shè)計(jì)型芯、型腔鑲件。為了方便加工，將型芯和型腔上難加工的區(qū)域做成鑲件形式。l 電極設(shè)計(jì)階段。該階段主要是創(chuàng)建電極和出電極工程圖，可以使用Mold Wizard提供的電極設(shè)計(jì)向?qū)砜焖偻瓿呻姌O的設(shè)計(jì)。l 生成材料清單。創(chuàng)建模具零件的材料列表清單。l 出零件工程圖。出模具零件的工程圖，供零件加工時(shí)使用。 Mold Wizard的設(shè)計(jì)過程采用Mold Wizard進(jìn)行模具設(shè)計(jì)一般包括以下幾個(gè)過程：（1）裝入目標(biāo)零件。要求目標(biāo)零件必須是以Unigraphics文件格式保存的，另外要求實(shí)體造型過程要規(guī)范，否則如果造型中存在隱含的參數(shù)錯(cuò)誤，Mold Wizard就無法正確處理分型過程

38、。首次裝入目標(biāo)零件的過程就是生成一個(gè)新的模具設(shè)計(jì)項(xiàng)目的過程，在這個(gè)過程中需要設(shè)置模具項(xiàng)目中各個(gè)部件文件的名稱和保存的路徑，也可以設(shè)置模具收縮率，當(dāng)然也可以在生成模具項(xiàng)目后再進(jìn)行收縮率設(shè)置。（2）設(shè)置模具坐標(biāo)系。將產(chǎn)品坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換為模具坐標(biāo)系。模具坐標(biāo)系用于指出模具項(xiàng)目中零件坐標(biāo)系的設(shè)置情況。在模具設(shè)計(jì)項(xiàng)目中模具坐標(biāo)系有很多用途，如默認(rèn)的拔模方向、安裝模架時(shí)輔助定位和添加標(biāo)準(zhǔn)件時(shí)的輔助定位等。靈活地使用模具坐標(biāo)系是很重要的模具設(shè)計(jì)技巧。（3）設(shè)置收縮率。因?yàn)闊崦浝淇s的原因，加熱后的零件材料在模具中冷卻后會(huì)產(chǎn)生收縮，而使最終成型后的零件尺寸產(chǎn)生偏差，所以需要根據(jù)零件材料的收縮率來設(shè)置模具收縮率，從而

39、在模具設(shè)計(jì)過程中對(duì)這種收縮進(jìn)行補(bǔ)償。（4）設(shè)置工件。設(shè)置用來承載凸模和凹模的工件，模具就是用一系列的面對(duì)工件進(jìn)行切割而形成的，而用戶所需要做的工作就是生成這一系列的面。（5）模具布局。有時(shí)需要在一次拔模操作中生成多個(gè)零件以提高生成效率或配套生成零件，此時(shí)需要使用該功能來對(duì)模具中零件的擺放位置進(jìn)行設(shè)置。（6）修補(bǔ)零件?，F(xiàn)實(shí)使用中各種零件產(chǎn)品的幾何形狀是非常復(fù)雜的，不是所有的幾何特征都適合于直接分型，因此這時(shí)就需要對(duì)零件進(jìn)行修補(bǔ)，以使Mold Wizard能夠正確地進(jìn)行分型。（7）分型。Mold Wizard將根據(jù)用戶的設(shè)置進(jìn)行分型計(jì)算，以生成正確的凸模和凹模。（8）加入模架。模架是整個(gè)模具設(shè)計(jì)系統(tǒng)的骨架，承載著系統(tǒng)中所有的零件，約束著它們之間的幾何關(guān)系，Mold Wizard提供了常用的標(biāo)準(zhǔn)模架以供用戶使用，從而極大地提高了模具系統(tǒng)的設(shè)計(jì)效率。（9）加入推桿。推桿是用于將成型后的零件從模具中頂出的機(jī)構(gòu)，是模具系統(tǒng)中必要的輔助系統(tǒng)，Mold Wizard提供了許多標(biāo)準(zhǔn)的推桿，而且可以根據(jù)需要靈活地改變推桿的尺寸。（10）加入滑塊或內(nèi)抽芯。一些零件存在所謂的倒扣結(jié)構(gòu)，對(duì)這些倒扣結(jié)構(gòu)需要使用滑塊或內(nèi)抽芯結(jié)構(gòu)來輔助生成這些倒扣形狀。（11）加入內(nèi)嵌件。作用類似于滑塊