第4章 注射模具概述

第四章注射模概述一、注射模的基本結(jié)構(gòu)二、注射模具與注射機的關(guān)系三、標準模架的選用

(重點掌握)第一節(jié)注射模的基本結(jié)構(gòu)一、注射模的結(jié)構(gòu)組成

注射模的組成：動模和定模。動模安裝在注射成型機的移動模板上，定模安裝注射機的固定模板上。注射成型時動模和定模閉合構(gòu)成澆注系統(tǒng)和型腔。開模時動模與定模分離取出塑料制品。根據(jù)模具中各個部件所起的作用，可將注射模分為以下幾個基本組成部分。

1．成型部件

組成：型芯和凹模。

作用：型芯形成制品的內(nèi)表面形狀，凹模形成制品的外表面形狀。合模后型芯和凹模便構(gòu)成了模具的型腔，該模具的型腔由件13和件14組成)

。

2．澆注系統(tǒng)又稱為流道系統(tǒng)。作用：將塑料熔體由注射機噴嘴引向型腔的一組進料通道。

結(jié)構(gòu)：按制造工藝要求，有時型芯或凹模由若干拼塊組成，有時做成整體，在易損壞、難加工的部位采用鑲件。組成：主流道、分流道、澆口和冷料穴。澆注系統(tǒng)的設(shè)計十分重要，它直接關(guān)系到塑件的成型質(zhì)量和生產(chǎn)效率。3．導(dǎo)向部件

作用：①確保動模與定模合模時能準確對中；②避免制品推出過程中推板發(fā)生歪斜現(xiàn)象；③支撐移動部件重量。

4．推出機構(gòu)

作用：開模過程中，將塑件及其在流道內(nèi)的凝料推出或拉出。組成：圖5—1，推桿11、推出固定板8、推板9及主流道的拉料桿10。其中，推出固定板和推板的作用是夾持推桿。在推板中一般還固定有復(fù)位桿，復(fù)位桿的作用是在動模和定模合模時使推出機構(gòu)復(fù)位。

組成：常采用導(dǎo)柱與導(dǎo)套，有時還需在動模和定模上分別設(shè)置互相吻合的內(nèi)、外錐面來輔助定位。5．調(diào)溫系統(tǒng)

作用：滿足注射工藝對模具溫度的要求。常用辦法：①熱塑性塑料用注射模，主要是在模具內(nèi)開設(shè)冷卻水通道，利用循環(huán)流動的冷卻水帶走模具的熱量；②模具的加熱除可用冷卻水通道通熱水或蒸汽外，還可在模具內(nèi)部和周圍安裝電加熱元件。6．排氣槽

作用：將成型過程中的氣體充分排除。常用辦法：①在分型面處開設(shè)排氣溝槽；②分型面之間存在有微小的間隙，對較小的塑件，因排氣量不大，可直接利用分型面排氣，不必開設(shè)排氣溝槽；③一些模具的推桿或型芯與模具的配合間隙均可起排氣作用，有時不必另外開設(shè)排氣溝槽。7．側(cè)抽芯機構(gòu)

有些帶有側(cè)凹或側(cè)孔的塑件，被推出前須先進行側(cè)向分型，抽出側(cè)向型芯后方能順利脫模，此時需要在模具中設(shè)置側(cè)抽芯機構(gòu)。

8．標準模架為了減少繁重的模具設(shè)計與制造工作量，注射模大多采用了標準模架結(jié)構(gòu)，圖5—l中的定位圈l、定模座板3、定模板4、動模板5、動模墊板6、動模底座7、推出固定板8、推板9、推桿11、導(dǎo)柱12等都屬于標準模架中的零部件，它們都可以從有關(guān)廠家訂購。

二、注射模具按結(jié)構(gòu)特征分類

從模具設(shè)計的角度出發(fā)，注射模按總體結(jié)構(gòu)特征分為以下幾類。1．單分型面注射模具

又稱為兩板式模具，是注射模具中最簡單、最常用的一類，約占全部注射模具的70％。結(jié)構(gòu)：（圖5-l）型腔的一部分(型芯)在動模板上，另一部分(凹模)在定模板上。主流道設(shè)在定模一側(cè)，分流道設(shè)在分型面上。開模后由于動模上拉料桿的拉料作用以及塑件因收縮包緊在型芯上，制品連同流道內(nèi)的凝料一起留在動模一側(cè)，動模上設(shè)置有推出機構(gòu)，用以推出制品和流道內(nèi)的凝料。單分型面注射模具結(jié)構(gòu)簡單、操作方便，但是除采用直接澆口外，型腔的澆口位置只能選擇在制品的側(cè)面。注射模具從兩個不同的分型面分別取出流道凝料和塑件。與兩板式的單分型面注射模具相比，雙分型面注射模具在動模板與定模板之間增加了一塊可以移動的中間板(又名澆口板)，故又稱三板式模具。2．雙分型面注射模具

結(jié)構(gòu)：圖5—2在定模板與中間板間設(shè)置流道，在中間板與動模板之間設(shè)置型腔，中間板適用于采用點澆口進料的單型腔或多型腔模具。在開模時由于定距拉板1的限制，中間板13與定模板14做定距離的分開，以便取出這兩塊板之間流道內(nèi)的凝料，在中間板與動模板分開后，利用推件板5將包緊在型芯上的塑件脫出。雙分型面注射模具能在塑件的中心部位設(shè)置點澆口，制造成本較高、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，需較大的開模行程。

結(jié)構(gòu)：圖5—3。開模時活動部件不能簡單地沿開模方向與制件分離，而是在脫模時將它們連同制品一起移出模外，然后用手工或簡單工具將它們與塑件分開。當將這些活動鑲件嵌入模具時還應(yīng)可靠地定位。這類模具的生產(chǎn)效率不高，常用于小批量或試生產(chǎn)。塑件的外形結(jié)構(gòu)復(fù)雜，無法通過簡單的分型從模具內(nèi)取出塑件，這時可在模具中設(shè)置活動鑲件和活動的側(cè)向型芯或半塊(哈夫塊)。3．帶有活動鑲件的注射模具

結(jié)構(gòu)：圖5—4。在開模時，斜導(dǎo)柱利用開模力帶動側(cè)型芯橫向移動，使側(cè)型芯與制件分離，然后推桿能順利地將制品從型芯上推出。除斜銷、斜滑塊等機構(gòu)利用開模力作側(cè)向抽芯外，還可以在模具中裝設(shè)液壓缸或氣壓缸帶動側(cè)型芯做側(cè)向分型抽芯動作。這類模具廣泛地應(yīng)用在有側(cè)孔或側(cè)凹的塑件的大批量生產(chǎn)中。塑件上有側(cè)孔或側(cè)凹，在模具內(nèi)可設(shè)置由斜銷或斜滑塊等組成的側(cè)向分型抽芯機構(gòu)，使側(cè)型芯作橫向移動。4．帶側(cè)向分型抽芯的注射模具

自動卸螺紋的注射模圖5—5，該模具用于直角式注射機，螺紋型芯由注射機合模機構(gòu)的絲杠帶動旋轉(zhuǎn)，以便與制件相脫離。當要求能自動脫卸帶有內(nèi)螺紋或外螺紋的塑件時，可在模具中設(shè)置轉(zhuǎn)動的螺紋型芯或型環(huán)，利用機構(gòu)的旋轉(zhuǎn)運動或往復(fù)運動，將螺紋制品脫出，或者用專門的驅(qū)動和傳動機構(gòu)，帶動螺紋型芯或型環(huán)轉(zhuǎn)動，將螺紋制件脫出。5.自動卸螺紋的注射模具

一般當注射模具開模后，塑料制品均留在動模一側(cè)，故推出機構(gòu)也設(shè)在動模一側(cè)，這種形式是最常用、最方便的，因為注射機的推出機構(gòu)就在動模一側(cè)。但有時由于制件的特殊要求或形狀的限制，制件必須要留在定模內(nèi)，這時就應(yīng)在定模一側(cè)設(shè)置推出機構(gòu)，以便將制品從定模內(nèi)脫出。定模一側(cè)的推出機構(gòu)一般由動模通過拉板或鏈條來驅(qū)動。6．推出機構(gòu)設(shè)在定模的注射模具

圖5—6塑料衣刷注射模具，由于制品的特殊形狀，為了便于成型采用了直接澆口，開模后制件滯留在定模上，故在定模一側(cè)設(shè)有推件板7，開模時由設(shè)在動模一側(cè)的拉板8帶動推件板7，將制件從定模中的型芯11上強制脫出。原理：通過采用對流道加熱或絕熱的辦法來保持從注射機噴嘴到澆口處之間的塑料保持熔融狀態(tài)，每次注射成型后流道內(nèi)均沒有塑料凝料。常被簡稱為無流道注射模具。包括：熱流道和絕熱流道模具。7．無流道凝料注射模具缺點：模具成本高，澆注系統(tǒng)和控溫系統(tǒng)要求高，對制件形狀和塑料有一定的限制。

優(yōu)點：提高了生產(chǎn)率，節(jié)約塑料，保證注射壓力在流道中的傳遞，利于改善制件的質(zhì)量，實現(xiàn)全自動操作。第二節(jié)注射模具與注射機的關(guān)系一、注射量的校核

注射機標稱注射量的表示方法：①容量(cm3)，②質(zhì)量(g)。國產(chǎn)的標準注射機的注射量均以容量(cm3)表示。

模具設(shè)計時，須使在一個注射成型周期內(nèi)所需注射的塑料熔體的容量或質(zhì)量在注射機額定注射量的80％以內(nèi)。需注射入模具內(nèi)的塑料熔體的容量或質(zhì)量，應(yīng)為制件和澆注系統(tǒng)兩部分容量或質(zhì)量之和，即(5-1)式中V(m)——一個成型周期內(nèi)所需注射的塑料容積或質(zhì)量，cm3(g)；

n——型腔數(shù)目；

Vn(mn)——單個塑件的容積或質(zhì)量，cm3或g；

Vj(mj)——澆注系統(tǒng)凝料的容量或質(zhì)量，cm3或g。故應(yīng)使：(5-2)式中:Vg(mg)——注射機額定注射量，cm3或g。一般情況下，僅對最大注射量進行校核即可，但有時還應(yīng)注意注射機能處理的最小注射量。例如，對于熱敏性塑料，最小注射量應(yīng)不小于注射機額定最大注射量的20％，因為當每次注射量過小時，塑料在料筒內(nèi)停留的時間將過長，這樣會使塑料高溫分解，影響制件的質(zhì)量和性能。

一、注射量的校核(續(xù))

二、注射壓力的校核校核的目的：校驗注射機的最大注射壓力能否滿足制品成型的需要。只有在注射機額定的注射壓力內(nèi)才能調(diào)整出某一制件所需要的注射壓力。確定制品成型所需的注射壓力的方法:①類比法；②參考各種塑料的注射成型工藝數(shù)據(jù)，一般制品的成型注射壓力為70～150MPa。③注射模模擬計算機軟件(如美國的CFLOW、澳大利亞的MOLDFLOW、華中理工大學(xué)的H-FLOW等)，對注射成型過程進行計算機模擬，獲得注射壓力的預(yù)測值。

影響制件成型所需注射壓力的因素：塑料品種、注射機類型、噴嘴形式、制件形狀的復(fù)雜程度以及澆注系統(tǒng)等。三、鎖模力的校核進行鎖模力校核原因:

因高壓塑料熔體充滿型腔時，會產(chǎn)生一個沿注射機軸向的很大推力，其大小等于制件與澆注系統(tǒng)在分型面上的垂直投影之和(圖5—8)乘以型腔內(nèi)塑料熔體的平均壓力。該推力應(yīng)小于注射機額定的鎖模力T合，否則在注射成型時會因鎖模不緊而發(fā)生溢邊跑料現(xiàn)象(圖5—9)。型腔內(nèi)塑料熔體的壓力(MPa)按下式計算

p=kpo

(5—3)式中po——注射壓力，MPa；

k——壓力損耗系數(shù)，隨塑料品種、注射機形式、噴嘴阻力、流道阻力等因素變化，可在0．2～0．4的范圍內(nèi)選取。

型腔壓力另幾種確定方法：①經(jīng)驗估計，成型中、小型塑料制品時型腔壓力p取20～40MPa。對于流動性差、形狀復(fù)雜、精度要求高的制品，成型時需要較高的型腔壓力。常用塑料推薦選用的型腔壓力見表5—l，因制件形狀和精度不同時常選用的型腔壓力見表5—2。②利用注射流動和保壓模擬軟件來預(yù)測成型時所需的鎖模力，由于模擬過程中綜合考慮了多種因素的影響，故可靠性比以上的估算方法要好得多。

四、安裝部分的尺寸校核校核的目的：為了使注射模具能順利地安裝在注射機上并生產(chǎn)出合格的制件。1．模具厚度注射機規(guī)定的模具最大與最小厚度：指注射機模板閉合后達到規(guī)定鎖模力時動模板和定模板最大與最小距離。所設(shè)計模具的厚度應(yīng)落在注射機規(guī)定的模具最大與最小厚度之內(nèi)，否則將不可能獲得規(guī)定的鎖模力。當模具厚度小時，可加墊板。

2．模具的長度與寬度要與注射機拉桿間距相適應(yīng)，模具安裝時應(yīng)可以穿過拉桿空間在動、定模固定板上固定。安裝的方式有：螺釘直接固定和用螺釘壓板壓緊兩種(圖5—10)。設(shè)計時必須使安裝尺寸與動、定模板上的螺孔尺寸與位置相適應(yīng)。①用螺釘直接固定時模具固定板與注射機模板上的螺孔應(yīng)完全吻合；②用壓板固定時，只要在模具固定板需安放壓板的外側(cè)附近有螺孔就能固定緊。壓板方式具有較大的靈活性。對于質(zhì)量較大的大型模具，采用螺釘直接固定則較為安全.③．定位環(huán)尺寸為了使模具主流道的中心線與注射機噴嘴的中心線重合，模具定模板上凸出的定位環(huán)（圖5-10中b處)與注射機固定模板上的定位孔(圖5—10中a處)呈較松動的間隙配合H11／h11。定位環(huán)的高度一般小型模具為8—10mm，大型模具為10-15mm。

3．定位環(huán)尺寸4．噴嘴尺寸

圖5-11，注射機噴嘴頭部的球面半徑R1應(yīng)與模具主流道始端的球面半徑R2吻合，以免高壓塑料熔體從縫隙處溢出。一般R1應(yīng)比R2小1-2mm，否則主流道內(nèi)的塑料凝料將無法脫出。圖5—11中，R1>R2屬不正確的配合。五、開模行程的校核

模具開模后為了便于取出塑件，要求有足夠的開模距離。注射機的開模行程是有限的，模具設(shè)計時須進行注射機開模行程的校核。不同形式的鎖模機構(gòu)的注射機，其最大開模行程有的與模具厚度有關(guān)，有的則與模具厚度無關(guān)。

液壓—機械式合模機構(gòu)的注射機(如XS-ZYl25型等)，其最大開模行程是由肘桿機構(gòu)的最大行程所決定的，而不受模具厚度的影響，當模具厚度變化時可由其調(diào)模裝置調(diào)整。校核時只需使注射機最大開模行程大于模具所需的開模距離，即

Smax≥S(5—4)式中Smax——注射機最大開模行程，mm；

S——模具所需開模距離，mm。

(1)注射機最大開模行程與模具厚度無關(guān)時的校核(2)注射機最大開模行程與模具厚度有關(guān)時的校核

直角式注射機和全液壓式合模機構(gòu)的注射機(如XS-ZY250型等)，其最大開模行程等于注射機移動模板與固定模板之間的最大開距Sk減去模具閉合厚度Hm(圖5—12)，校核可按下式式中Sk——注射機移動模板與固定模板之間的最大距離，mm；

Hm——模具閉合厚度，mm。

Sk-Hm≥S(5—5)或Sk≥Hm+S(5—6)問題的關(guān)鍵在于求出模具所需開模距離S，根據(jù)模具結(jié)構(gòu)類型的不同討論下列幾種情況。①單分型面注射模(圖5—13)

模具所需開模距離為

S=Hl+H2+(5～10)mm（5-7）式中Hl——塑料脫模需要的頂出距離，mm；

H2——塑件厚度(包括澆注系統(tǒng)凝料)，mm。校核時，對最大行程與模厚無關(guān)的情況按下式Smax≥H1+H2十(5～10)mm（5-8）

對最大行程與模厚有關(guān)的情況則按下式Sk≥Hm+H1+H2+(5～10)mm（5-9）②雙分型面注射模（圖5-14）

S=H1+H2+a+(5～10)mm(5—10)

式中a——取出澆注系統(tǒng)凝料所需澆口板與固定模板之間的距離，mm。對最大行程與模厚無關(guān)的情況可按下式校核Smax≥H1+H2+a+(5～10)mm(5-11)

對最大開模行程與模厚有關(guān)的情況校核Sk≥Hm+H1+H2+a+(5～10)mm(5—12)模具所需開模距離需增加澆口板與定模板間為取出澆注系統(tǒng)凝料所需分開的距離a，故得

注意:塑件脫模所需的推出距離H1常常等于模具型芯高度，但對于內(nèi)表面為階梯狀的塑件，有些不必推出型芯的全部高度即可取出塑件，圖5—15.③利用開模動作完成側(cè)向分型抽芯當模具的側(cè)向分型抽芯或脫螺紋是依靠開模動作來實現(xiàn)時，圖5—16斜銷側(cè)向抽芯機構(gòu)，為完成側(cè)向抽芯距離l，所需的開模距離設(shè)為HC。當最大開模行程與模厚無關(guān)時，其校核按下述兩種情況進行當Hc>H1+H2時，取Smax≥Hc+(5～10)mm(5-13)

當HC<H1+H2時，取Smax≥H1十H2+(5～10)mm(5-14)六、頂出裝置的校核國產(chǎn)注射機頂出裝置有下列四種形式。

①中心頂桿機械頂出，如角式SYS-45及SYS—60，臥式XS-Z-60，立式SYS-30等注射機。②兩側(cè)雙頂桿機械頂出，如XS-ZY-125注射機。③中心頂桿液壓頂出與兩側(cè)雙頂桿機械頂出聯(lián)合作用，如XS-ZY250、XS-ZY-500注射機。

④中心頂桿液壓頂出與其他開模輔助液壓缸聯(lián)合作用，如XS-ZY-1000注射機。設(shè)計模具推出機構(gòu)時，需校核注射機頂出的頂出形式，弄清所使用的注射機是中心頂出還是兩側(cè)頂出，最大的頂出距離、頂桿直徑、雙頂桿中心距等，并要注意在兩側(cè)頂出時模具推板的面積應(yīng)能覆蓋注射機的雙頂桿，注射機的最大頂出距離要保證能將塑件從模具中脫出等。

第三節(jié)標準模架的選用一、普通標準模架的優(yōu)點和局限性

注射模具在結(jié)構(gòu)上存在相似性，圖5—17為典型的單分型面(二板式)模具的軸測裝配總成。從圖中可以看到，除了凹模和型芯取決于塑件以外，其余的模具零件極其相似，連各個模具零件的裝配關(guān)系都有著一致性。即使是較為復(fù)雜的雙分型面(三板式)模具、三分型面(四板式)模具，也是在兩板式模具的基礎(chǔ)上增加了一塊或兩塊模板，結(jié)構(gòu)的相似性并未改變。正是由于注射模具結(jié)構(gòu)的相似性，才使模具零件和模架的標準化成為可能。選用標準模架有如下優(yōu)點:①簡單方便、買來即用、不必庫存。

②能使模具成本下降。

③簡化了模具的設(shè)計和制造。

④縮短了模具生產(chǎn)周期，促進了塑件的更新?lián)Q代。⑤模具的精度和動作可靠性得到保證。⑥提高了模具中易損零件的互換性，便于模具的維修。但采用標準模架時，也會帶來某些不便:

①模板尺寸的局限性，在標準模架中模板的長、寬、高都只是在一定的范圍內(nèi)，一些特殊的塑件，可能無標準模架可選。②由于在標準模架中導(dǎo)柱、緊固螺釘及復(fù)位桿的位置已確定，有時可能會妨礙冷卻管道的開設(shè)。③由于動模兩墊塊之間的跨距無法調(diào)整，在模具設(shè)計中往往需要增加支撐柱來減小模板的變形。綜上所述，采用標準模架的優(yōu)越性是十分明顯的，我們希望在模具設(shè)計中，要盡可能選用標準模架，不僅如此，而且能在標準模架的基礎(chǔ)上實現(xiàn)模具制圖的標準化、模具結(jié)構(gòu)的準化以及工藝規(guī)范的標準化。

二、標準模架簡介我國于1990年頒布并實施GB／T12556．2一1990《塑料注射模中小型模架技術(shù)條件》和GB／T12555．2一1990《塑料注射模大型模架技術(shù)條件》兩項國家標準。模架周界尺寸范圍≤560mm×900mm。按結(jié)構(gòu)特征可分為基本型和派生型?；?/p>