模具订单与研发方案.ppt

第一章模具订单与研发方案,深圳大学机电与控制工程学院,1.1 模具询价单,模具开发商从客户处应收到的资料：零件成品图纸及CAD数据模型模具使用的注塑机模穴数塑料的类型在进行模具设计前还要了解其他一些因素：指定塑料的模塑特性如何?成型零件数，即预计成型周期次数?制品用在何处，怎样使用？制品是否要同其他零件进行配合?公差?收缩率?,脱模斜度?浇注系统类型?模具基本结构?(二板式/三板式)热流道?浇口位置、流动和熔接痕、顶出痕?表面精整要求?模腔布置?模具所需的备件?注塑机的性能指标是否合适：吨位?注射量?塑化能力?是否安排了制品的机械移出?模具项目周期?模具T1日期?,1.2 塑件的结构工艺性,塑料结构件的设计是由它的用途、性能以及外观要求决定的，但是由于塑件大多是由塑料注射模注射成型的，在塑件成型过程中，有它独特的工艺特点，所以，在设计塑料结构件时，应充分考虑塑料成型工艺的特点，才能设计出既满足使用及外观要求，又能高效低耗成型的塑件。而对于模具设计者来说，对设计塑料结构件的基本常识有详细了解是十分必要的。,1.2.1 塑件尺寸精度,塑件是在热状态下注射成型的，因此塑件的尺寸精度除受模具的制造误差影响外，还受到塑料收缩的影响。而塑料收缩率受到以下几个因素的影响。不同品牌的塑料其收缩率是各不相同的，而同一品牌的塑料也因生产厂家、生产批量以及所含水分与挥发物等的差异，都会使收缩率有所不同。在成型过程中，注射压力、时间及温度等注射成型条件的变化，也直接影响其收缩率，如注射压力高时，塑件的收缩率就小些。塑件的壁厚、几何形状等也会影响成型收缩率，如壁薄的塑件收缩较小。模具结构，如浇口尺寸大时，收缩小；料流方向平行，则收缩大，这些因素都直接影响着塑件的收缩率。,1.2.2 壁厚,壁厚必须合理。不宜过小，这是因为在使用上必须有足够的强度刚度；在注塑成型时熔体能够充满型腔；在脱模时能够承受脱模机构的冲击和振动。壁厚也不宜过大，否则使其收缩率加大，增加了尺寸的不稳定性，延长了塑件的冷却时间，并且造成材料的浪费；常选取1.54 mm。如图1-1（a）所示是不合理的结构，而图1-1（b）则是合理结构。有时为了使可能产生的熔接痕处于适当的位置，有意改变制品的壁厚。如图1-2所示，为了保证制品顶部质量，增大顶部厚度，使熔体流动畅通，避免熔接痕产生于顶部。,图1-1塑料制品的壁厚设计,图1-2 塑料制品的不均匀壁厚,1.2.3 加强筋,尽量在不增加壁厚的情况下，通过设置加强筋提高塑件强度和刚度。有的加强筋还能改善成型时熔体的流动状况。图1-3（a）中的壁厚大而不均匀，图1-3（b）的图采用了加强筋，壁厚均匀，既省料又提高了强度、刚度，避免了气泡、缩孔、凹痕、翘曲等缺陷。加强筋的尺寸见图1-4。加强筋的厚度比壁厚小。,图1-3 采用加强筋减小壁厚,塑料制品中设置加强筋有以下要求：布置加强筋时，应尽量减少塑料的局部集中，以免产生缩孔和气泡。图l-5为加强筋的布置情况，其中图l-5（a）因塑料局部集中，所以不合理；图l-5（b）的结构形式较好。加强筋的尺寸不宜过大，矮一些、多一些为好，加强筋之间的中心距应大于两倍壁厚。如图1-6 所示，这样既可以避免缩孔产生，又可以提高制品的强度和刚度。加强筋布置的方向应尽量与熔体流动的方向一致，以利于熔体充满型腔，避免熔体流动受到搅乱。加强筋的端面不应与制品支承面平齐，应有一定间隙。,图1-4 加强筋的尺寸,图1-5 加强筋的布置,图1-6 加强筋的设计,1.2.4 支承面,当塑料制品需要由一个面为支承时，以整个底面作为支承面是不合理的，如图1-7所示，因为塑料制品稍有变形就会造成底面不平。为更好地起支承作用，常采用边框或底脚（三点或四点）为支承面。,图1-7 支撑面的设计,1.2.5 脱模斜度,为了便于塑件脱模并且防止脱模时擦伤制品表面，与脱模方向平行的制品表面一般应具有合理的脱模斜度。其大小主要取决于塑料的收缩率、塑料制品的形状和壁厚以及部位。塑件内孔以型芯小端为准，斜度沿扩大方向标出；塑件外形以型腔大端为准，斜度沿减小方向标出。在一般情况下，脱模斜度为。在开模时，为了让制品留在动模一边，内表面斜度比外表面斜度小，相反，为了让制品留在定模一边，则外表面斜度比内表面斜度小。,图1-8 脱模斜度,1.2.6 孔的设计,塑料制品的孔有通孔、盲孔、螺纹孔、异形孔等。对这些孔的设置有以下要求：孔的形状宜简单。复杂形状的孔，模具制造较困难。孔与孔之问，孔与壁之间均应有足够的距离，见表1-4，孔径与孔的深度有一定关系，如表1-5所示。如果使用要求两个孔的间距或孔边距小于表 1-4 规定的数值时，如图1-9，可将孔设计成图1-9(b)的结构形式。,表1-4 热固性塑料孔间距、孔边距与孔径,表1-5 孔径与孔深的关系,图1-9 孔间距或孔边距过小时的改进设计,塑料制品上紧固用的孔和其它受力的孔，应设计出凸边予以加强，如图1-10 所示。固定孔可采用图1-11(a)所示沉头螺钉孔形式，一般不采用图1-11(b)所示沉头螺钉孔形式。如果必须采用图1-11(b)形式时，则应采用图1-11(c)的形式，以便设置型芯。,图1-10 孔的加强,图1-11 固定孔的形式,1.2.7 螺纹,塑料制品上的螺纹可以在注塑时直接成型，也可以注塑后进行机械加工，对于经常拆装或受力较大的螺纹则采用金属的螺纹嵌件。,图1-12 塑件螺纹设计,设计塑料螺纹时，应有如下要求：1)注塑外螺纹直径不宜小于4mm，内螺纹直径不宜小于2mm。为了减小螺距的积累误差，应尽量缩短配合长度，其应小于螺纹直径的1.5至2倍。2)在端部应有大于0.5mm的无螺纹区，制造较容易，又可防止出现毛刺，在使用时还起导向作用，如图1-12所示。3)对于塑件的同轴线上有前后两段螺纹的零件，其螺纹的螺距和旋转方向应一致，这样可以同时旋出螺纹零件，简化模具结构和塑件量产。,1.2.8 齿轮,图1-13 塑件齿轮相关尺寸,设计塑料齿轮时，应有如下要求：1)相互啮合的塑料齿轮应采用相同的塑料制造，避免因收缩不一致引起啮合状态不佳。2)各部分尺寸关系：式中 H 轮辐厚度，mm；D 轮毂轴孔直径，mm；D1-轮毂外径，mm；t1-轮辐宽度，mm；m 齿轮模数。3)塑料齿轮孔与轴配合采用过渡配合的形式，其固定方法应避免采用键槽连接的方式，应采用如图1-13所示的固定形式。,1.2.9 嵌件结构,在塑料制品内嵌入金属零件形成不可卸的连接，所嵌入的零件即称嵌件。各种塑料制品中嵌件的作用不尽相同，有的是为了增加塑料制品的局部强度、硬度、耐磨性；有的是为了保证电器性能，有的是为增加制品形状和尺寸的稳定性，提高精度等。嵌件的材料一般为金属材料，也有用非金属材料的。常用的嵌件如图1-14所示。其中图1-14(a)为圆筒形嵌件，有通孔和不通孔，有螺纹套、轴套和薄壁套管等；图1-14(b)的为圆柱形嵌件，有螺杆、轴销、接线柱等；图1-14(c)为导电片状嵌件和焊片；图1-14(d)为汽车方向盘中的细杆状贯穿嵌件；图1-14(e)为有机玻璃表壳中嵌入ABS塑料，属于非金属嵌件。,图1-14 常见的嵌件种类,设计带嵌件的塑料制品时，应注意的主要问题是嵌件固定的牢靠性、制品的强度以及注塑过程中嵌件定位的稳定性。解决以上问题的关键是嵌件的结构设计及其与塑料制品的配合关系。1）嵌件材料与塑料制品材料的膨胀系数应尽可能接近。必须保证嵌件受力时不发生转动或顶出。其结构有以下几种：嵌入部分表面滚花和开槽，小件可只滚花不开槽，如图1-14(b)所示；嵌入部分压扁，如图1-15(a)所示，这种结构用于导电部分必须保证有一定横截面；板、片状嵌件嵌入部分采用切口、冲孔、打弯方法固定，如图1-15(b)所示；薄壁管状嵌件可将端部翻边以便固定，如图1-15(c)所示。圆柱形或套管嵌件嵌入部分的尺寸推荐如图1-16所示：H=D,h=0.3H,h1=0.3H,d=0.75D。特殊情况下H最大不超过2D。嵌件各转角部位应以圆角过渡。,图1-15 嵌入的结构,图1-16 嵌件尺寸,2）嵌件在模具中固定时必须保证嵌件在模具中定位正确和牢靠，以防注塑时发生歪斜或变形，此外，还应防止注塑时塑料挤入嵌件上的预留孔或螺纹中。圆柱形嵌件一般采用插入模具相应孔中加以固定。为了增加嵌件固定的稳定性和防止塑料挤入螺纹线中，采用图1-17所示的结构及配合。对于不通孔的螺纹嵌件，可将嵌件插入模具中的圆形光杆上，如图1-18(a)所示；为了增强稳固性，可采用外部凸台或内部台阶与模具密切配合，如图1-18(b)、(c)、(d)所示。对于通孔的螺纹嵌件，可将其拧在具有外螺纹的插入嵌件上，如图1-18(e)所示。对于注射压力不大，螺纹细小（M3.5以下）的通孔嵌件也可直接插在光杆上。无论是柱形或环形嵌件，在模具中伸出的自由长度均不应超过定位部分直径的两倍，否则，在注塑时熔体压力会使嵌件位移或变形。当嵌件过高或使用细杆状或片状的嵌件时，应在模具上设置支柱予以支承，如图1-19所示。但支柱在制品上留下的孔应不影响制品的使用。薄片嵌件还可在熔体流动方向上设孔，以降低熔体对嵌件的压为，如图1-19(c)所示。,图1-17 圆柱形嵌件在模具内的固定方法,图1-18 圆环嵌件在模具内的固定方法,3）设置嵌件会在嵌件周围塑料中产生内应力，内应力大小与塑料特性、嵌件材料与塑料膨胀系数差异以及嵌件结构有关，内应力大的会导致制品开裂。为此，嵌件周围塑料必须有足够的厚度。嵌件通常设置在制品的厚大部位，如图1-20所示。,图1-19 细长嵌件在模具内的支撑方法,图1-20 嵌件设置位置及尺寸,1.2.10 表面标记,如图1-21所示，塑料制品上的花纹，例如凸、凹纹、皮革纹等，有的是使用上的需要，有的则是为了装饰。设计的花纹应易于成型和脱模，便于模具制造，为此，标记应与脱模方向一致。塑料制品侧表面的皮革纹等是依靠侧壁斜度保证脱模的。,图1-21 塑料制品上的文字结构形式,塑料制品上的标记、符号和文字有三种不同的结构形式：第一种为凸字，如图1-21(a)所示，这种形式制模方便，但使用过程凸字容易损坏；第二种为凹字，如图1-21(b)所示，凹字可以填上各种颜色的油漆，字迹鲜艳，但这种形式如果用传统方法加工模具则较麻烦，现多用电铸、电火花加工或冷挤压方法制造；第三种为凹坑凸字，在凸字的周围带有凹入的装饰框，如图1-21(c)所示，制造这种结构形式的模具可以采用镶块，在镶块中刻凸字，然后镶入模体中。这种结构形式的凸字在使用时不易损坏，模具制造也较方便。,1.3 模具规格,模具基本结构形式1.二板式模具二板式结构模具是指主流道、流道、浇口与型腔在同一侧的模具，如图1-22所示，是由分型面区分移动部分与固定部分的最普通的结构形式。此种结构的优缺点如下：1)结构简单、操作方便、能满足制品自动落下的要求；2)造成故障的原因少，使用寿命长，能缩短成型周期；3)模具价格便宜；4)能比较容易地选择浇口形状与位置；5)除直接浇口之外，除非采取特殊措施，浇口位置被局限于制品的侧端面；6)在成型之后，通常必须进行制品与浇口的切断工作。,1.浇口套；2.导柱；3.定模板；4.型芯；5.动模板；6.动模垫板；7.顶管；8.限位钉；9.支承块；10.型芯；11.螺钉；12.动模座板；13.顶杆固定板；14.拉料杆；15.顶杆垫板；16.复位杆图1-22 两板式注射模,如图1-23所示，为已安装在注塑机上的某蓝牙产品塑料耳架的一模一腔二板式注塑模实物照片。,a)定模 b)动模图1-23 某蓝牙耳架一模一腔二板式注塑模,1.三板式模具 在动模与定模部分之间再设有一块流道板，它与定模板之间设置有流道，与动模板之间设置有型腔，这样构成的模具称之为三板式结构模具，如图1-24所示。它无论是一模一穴还是一模多穴，都可以在制品的侧端面以外、一般在中间的部位采用单点或多点针点浇口，可以满足产品外观要求，并且省略浇口切除工序；三板式结构模具的优缺点如下：1)浇口位置能设置在制品中间；2)能采用针点浇口；3)若采用针点浇口或潜伏浇口时，可以省略人工切断浇口工作；4)必须分别取出制品与浇注系统凝料；5)必须有开模行程足够的注射机；6)结构复杂，发生问题的因素增加，使用经久性差；7)模具费用高；8)成型周期长。,1.浇口套；2.导柱；3.定模座板；4.定模板；5.弹簧；6.限位杆；7.型芯；8.动模板；9.动模垫板；10.支承块；11.螺栓；12.复位杆；13.顶杆；14.动模座板；15.顶杆固定板；16.顶杆垫板图1-24 三板式注射模,如图1-25所示，为已安装在注塑机上的某蓝牙产品塑料外盖的一模一腔三板式注塑模实物照片。,a)定模 b)动模,图1-25 某蓝牙外盖一模两腔三板式注塑模,模具类型,1斜导柱侧抽芯模具结构 图1-26是一个采用斜导柱侧抽芯机构的模具结构，它显示了如何对一个厨房用具外壳制品上的侧凹结构进行脱模。,1.顶出固定板；2.顶出垫板；3.齐缝销；4.顶杆；5.后定位环；6.顶出底板；7.顶柱；8.拉料杆；9.顶套；10.定位销；11.螺钉；12.回程杆；13.导柱；14.导套；15.动模垫板；16.回程杆；17.型芯镶件；18.型腔镶件；19.定位环；20.浇口套；21.型腔镶件；22.型腔垫板；23.斜滑块；24斜导柱；25.耐磨板；26.压板；27.定模板；28.滑动镶件；29.冷却水管；30.动模板；31.耐磨板；47.支撑块；48.动模座板 图1-26 斜导柱侧抽芯模具,2斜推杆侧抽芯模具结构 斜推杆侧抽芯机构的基本形式如图1-27所示。它主要由斜滑块2、斜推杆5、动模板4和主型芯3组成。,1.顶杆；2.斜滑块；3.主型芯；4.动模板；5.斜推杆；6.弹簧；7.回程杆；8.顶出固定板；9.镶块图1-27 斜推杆内侧抽芯机构,图1-28滚轮式斜推杆外侧抽芯机构。滚轮9由轮轴8连接在斜推杆7上，即斜推杆是通过滚轮与顶出固定板10做滚动接触的，由滑动摩擦变为滚动摩擦，大大减少了相对摩擦力。,1.侧型芯；2.圆型芯；3.主型芯；4.动模板；5.顶杆；6.复位杆；7.斜推杆；8.滚轴；9.滚轮；10.顶出固定板图1-28 滚轮式斜推杆外侧抽芯机构,图1-29的斜推杆7用滚动轴3安置在导槽架2上，减轻了移动摩擦，并在合模时带动斜推杆复位。,1.顶出垫板；2.导槽架；3.滚动轴；4.顶杆；5.动模板；6.型芯；7.斜推杆；8.定模板图1-29 斜推杆内抽芯机构,图1-30是平移式斜推杆内抽芯机构。在内侧抽芯动作开始时，塑件应部分含在主型芯中，否则会引起塑件的平移而影响抽芯。斜推杆端部钩状斜面是为了防止推杆在复位时与主型芯的直面端角相碰而被损坏。为此，在设计时应使，在合模时，推杆上的D点首先与主型芯上的D0点相碰外移，推杆始终不与主型芯端面相碰。,1.主型芯；2.动模板；3.斜推杆；4.顶杆；5.回程杆；6.顶出固定板图1-30 平移式斜推杆内抽芯机构,图1-31是摆动式斜推杆侧抽芯机构。,1.动模板；2.主型芯；3.回程杆；4.顶杆；5.斜推杆；6.心轴；7.摆杆座；8.顶出固定板图1-31 摆动式斜推杆内抽芯机构,3带螺纹抽芯结构的模具 只有使用卸螺纹装置，才有可能经济地成型大批量、高质量的螺纹制品。形成螺纹的模具零件，通常包括成型内螺纹的型芯和成型外螺纹的管套，都能在模具中旋转，使得脱模过程中，可以将注塑制品取出，而不管模具可能处在开启的还是关闭状态。注塑制品的设计应该防止塑件本身旋转。,a)采用齿条的卸螺纹模具，如图1-32所示。,图1-32 采用齿条的卸螺纹模具,b)采用大导程丝杠的模具，如图1-33所示。,图1-33 采用大导程丝杠的模具,4定模设有脱模机构的模具 对一些外表面不允许有顶出痕迹的塑件，其模具设计是将塑件保留在定模一侧，这样的模具需要不同的脱模结构将塑件从型芯上刮落。如图1-34所示，推板可以通过拉杆螺钉启动。拉杆螺钉通过铰链、气压或者液压动作附在动模部分。这样在脱模方向上通过动模部分的牵引启动推出动作，如图1-35所示。另外两种选择方案如图1-36所示，推出机构由杠杆或曲柄结构带动。这种模具结构减少了模具的闭合高度。这一点在某些特殊场合是十分有利的。比如，深型腔的模具采用一般的顶出形式，会因为模具闭合高度过大，而不能满足注射机的技术要求，而改用定模顶出，即可解决问题。,图1-34 使用拉杆螺钉的定模侧脱模机构,图1-35 使用铰链的定模侧脱模机构,1-推杆；2-复位弹簧；3-杠杆；4-凸轮杆；a)杠杆结构,1-推杆；2-复位弹簧；5-凸轮杆；6-杠杆b)曲柄结构图1-36 采用杠杆或曲柄机构的脱模机构,5热流道系统 热流道是在模具主浇道至成型制品浇口之间的流道，在注射加工过程中始终保持一定的温度水平，所以在流道中的塑料是不固化的，在生产过程中，没有流道凝料产生。1)绝热流道 对于单腔模具，可以使用绝热浇口套，如图1-37所示，如果将这一原理用于多浇口模具，就产生了绝热流道，如图1-38所示。其中大的流道断面应尽可能的靠近模腔。浇口套周围的空气增加了绝缘效果。使用这种绝缘流道要求生产不间断、生产周期快速。在生产间断时，流道将固化，这时必须将流道去除，以备形成新的绝缘流道。如果成型模具用于需经常更换颜色或材料种类的场合，这种流道更具有优越性。主浇口套与模腔相连的浇口内表面必须是锥形的，以使得浇口内固化的塑料在每一注射周期中随制品被抽出去。这样，成型的制品上就留有一个小的锥形浇口痕迹。,图1-37 绝缘浇口套,图1-38 绝热流道,2)加热热流道和热流道喷嘴 从原理上可以将加热流道分为内加热热流道系统和外加热热流道系统。（1）加热热流道，如图1-39所示。,1.歧管板；2.加热棒；3.流道图1-39 内加热热流道,（2）外加热热流道，如图1-40所示。,1.模板；2.背板；3.支撑板；4.定模座板；5.绝热板；6.定位环；7.盖板；8.歧管；9.反射板；10.支撑垫板；11.垫圈；12.端部密封塞；13.定位环；14.浇口套；15.内置滤芯；16.加热套；17.开槽沉头螺钉；18、19.紧定螺钉；20.定位销、定位销；22.筒状加热器；23.热电偶；24接线盒；25.热流道喷嘴；26.金属O型圈；27.模具嵌件；28.O型圈图1-40 外加热热流道,6层叠式模具结构 叠层模具这种特殊的模具专用于浅薄零件的大量生产，它的型腔位于两个或更多的分型面里，它们被同时填充。注射机需要附加更长的开启行程。想用两倍的型腔数量来让生产率提高100是不能实现的，因为需要更长的开模和闭模行程，但生产率可提高大约80%，锁紧力比正常模高出15。如图1-45所示。肘节机构可在一定范围内控制选择不同长度的开模时间，这就可以做到在不同叠层里的注塑制品的质量不一样。打开路径的曲率可以通过枢轴点和肘节机构的几何形状来调整到一个更大的范围。同时，注射动作是被移动中心部件的同一部件促发。图1-46 展示了不同类型的肘节机构。,a)采用液压单元 b)采用肘节机构 c)采用齿条机构图1-45 层叠模具中心部分运动的方法,图1-46 用于层叠模具的肘节机构,如图1-47所示，这种模具有2个分型面A和B，且包括复合模腔。模具的中部是模腔板4和5、热流道系统16以及热流道喷嘴17，熔体由喷嘴17注入模腔。熔料经由一个安置在中心的延伸套18而达到热流道系统，延伸套18与主浇口衬套21相连。当模具在A处打开时，热流道系统和延伸套向左移动，使主浇口衬套21与注塑机喷嘴分开，为防止熔体从主浇口衬套21滴落并在护管24中固化，主浇口衬套21装有自锁机构。两个分型面的同步打开是借助于齿轮齿条机构来实现的，这个机构分别固定于两个半模上，并且借助于装于中间部位的一个小齿轮被成对起动。为了从分型面A上顶出制品，用气缸（图中没有画出）作用在顶板34和35上，注塑机的顶出动作用来从分型面B上顶出制品。,A,B模具分型面；1,2,3模板；4,5模腔板；6,7内嵌型芯；9,10型芯固定板；11导柱；12导套；15,16热流道；17热流道喷嘴；18延伸衬套；1923带有自锁机构的主浇口套；24护管；27脱模板；28顶杆；32,34,35顶板；42喷嘴管；45定位环；46定位销图1-47 带有热流道的层叠模具,7双色模具结构 大多数双色注塑时，两股熔体是通过分别的浇口系统连续进入型腔，它要求特殊模具技术，因为需要第二次填充的这些模具区域，在填充第一种熔体时，必须隔断第二种熔体，不让它穿入。这种分离式模具通过两种方式实现，一是通过旋转模具，如图1-48所示；一是非旋转型芯后退技术，如图1-49所示。,a)旋转模板或旋转模具的一侧,图1-48 用于复合注塑的旋转模具系统,图1-49 型芯支撑方法,b)具有旋转型芯或三角架的模具 对于这种技术，只有注塑制品推出部分或喷嘴一侧的型腔同预成型件旋转，而两模板保持定位。c)具有传递和镶件技术的模具 在第一个型腔预成型之后，通过一个手动装置或直接用手把它送入第二个型腔，用第二种塑料最后注塑。这种传递技术术语也用于使用不同的注射机成型最终的注塑制品。总体来说，因为经济原因，在这些模具中首选旋转模具，否则就需要更复杂的旋转装置和能容纳更多型腔的模板。此外，预成型和最终成型的热分离更易完成（尤其对热塑性塑料和热固性塑料的层压制品非常重要）。其缺点就是需要确定预成型后零件的中心。d)具有可退回滑块和型芯的模具（型芯后退模具）这是一种模具成本相当低的技术。通过型芯后退技术，在一个模具中，中间无需开启注射机和传递前一工步成型的制件，就可能生产出多种颜色、多组件的注塑制品。对于第二种成型材料，首先通过可移动镶件或型芯关闭型腔空间，只有当第一种成型材料注射完成后才打开。,8高光无痕注塑模具 传统上由于注塑水冷模具制造都是在工具钢毛坯上进行各种机加工而成，其水冷管只能通过钻交叉直孔形成简单孔道，热传递效率较低，造成模具内腔表面温度不均，甚至使塑件成型后产生翘曲。高光注塑成型从模具结构的设计和加工工艺着手，利用高温蒸汽(也可用高温压力水或导热油)，冷却水，抽真空等手段的科学协调控制从而可以迅速提高模具温度和快速冷却，由于最大限度地增加了模具内部管路，高温蒸汽使得模腔表面可以快速升温到树脂的热成型温度以上，这样，就不会因为在流道或模具表面的急速降温而形成附着在模壁上的固化层，从而实现快速注塑和填充，实现无冷却成形和获得高光亮外观和韧性、强度都非常好的塑件，克服扭曲变形、表面凹陷、熔接痕、波纹等不良现象；成型完成后，通过切换阀门，引入致冷水，又可使模具温度迅速降低，大幅缩短注塑周期，可降低70以上；内部压力平衡，它是一种塑料精密注射成型的理想解决方案。,如图1-50所示为高光无痕塑件与传统塑件的对比，熔接痕等缺陷得以完全消除，外观细腻光亮，无需油漆工艺。,高光无痕环保塑件,传统塑件(需要喷油),熔接痕,图1-50 高光无痕塑件与传统塑件的对比,如图1-51所示，为作者研发的相应模具，它将注塑模具的定模模芯分割成高光面壳和背板两部分。高光面壳原则上保持全区域厚度均匀；同时在背板中加工与塑件表面形状保持一致的随形介质通路。,图1-51 作者研发的高光无痕注塑模具,图1-52是日本日立公司的高光无痕注塑模具结构，基本原理与图1-51相同，同样将注塑模具的定模模芯分割成高光面壳和背板两部分，但其随形介质通路开设在高光面壳背面之上。,图1-52 日立公司研发的高光无痕注塑模具,目前的高光无痕注塑模具结构中高光面壳制造难度和工作量都有所增大，对操作工人和加工设备的要求也较高。从原理上讲，高光面壳越薄传热效率越高，越有利于获得高光亮的塑件，但同时制造时越易产生加工变形，失去尺寸精度。高光面壳还需要双面加工，翻转加工另一面时安装定位对精度要求较高。另一方面，由于将传统的定模模芯分割成两部分，在高压蒸汽等热冷介质反复作用下对介质通路的密封要求也比传统模具结构高。目前，一些企业主要采用高光无痕注塑技术制造高光平板类产品，例如平板电视外框等，对于这类产品不需要制作高光面壳，而可采用深孔钻直接在模芯上钻削加工密集的平直的介质通路。但是由于绝大多数塑件产品表面都或多或少地存在曲面形状部分，如果不使用高光面壳，就难以实现高效均匀传热，很容易产生熔接痕和扭曲变形等缺陷。由于高光模具可以直接生产高光无痕环保塑件，可以避免后续的油漆工艺以及相应的含铅量的控制问题，大大有利于环境保护，这一公共技术未来将可带来注塑模具设计与制造理念上的变革，促进模具制造产业技术升级，对于构建以人为本的和谐社会，可以产生非常大的社会、经济效益。,9气体辅助注射成型 气体辅助注射成型可生产壁厚不均匀的制品，生产的制品不仅无表面缩痕、无翘曲变形、用料少，而且容易控制，外表面光洁无气泡。它是将高压惰性气体注射到塑料熔体芯部以成型中空截面，并辅助推动熔体流动，实现注射、保压及冷却的技术。气体辅助注射成型的工艺过程，可分为如下四个阶段。1)熔体注射。将塑料熔体定量地注入模具型腔，此阶段与传统的注射成型相似，只是气辅注射为“欠料注射”，即注射量为模具型腔容积的55%80%，具体的注射量随制品而异，以确保在注入高压气体时不会把熔体表层吹破，并且获得一个理想的充气体积为宜。,2)气体注入。把高压惰性气体，例如氮气注入熔体芯层，气体在塑料熔体的包围下沿阻力最小的方向前进，同时推动熔体流动前缘继续向前流动，最后充满模具型腔。此阶段，气体压力必须大于塑料熔体的压力，以便使制品形成中空状态。这一阶段在整个生产过程中起着非常重要的作用。它直接影响制品最后的质量。气体辅助注射成型中的许多缺陷，例如气穴、吹穿、欠料注射及气体渗入薄壁部分等都产生在这一阶段。3)气体保压。模腔充填完后，在保持气体压力的情况下使制品逐渐冷却，以补偿因物料冷却而引起的制品收缩。在该阶段，气体由内向外对塑料均匀施压，使制品外表面始终紧贴模具型腔内壁，在制品较厚部分的外表面不容易形成凹陷，提高了制品的质量。4)气体排出。当制品冷却到具有一定刚度和强度后，使气体泄压，并回收循环使用。最后打开模腔顶出制品。,气体辅助注射成型的优点包括：1)注射压力和锁模力低，从而降低了设备费用。2)制品翘曲变形小。3)制品表面质量高。4)可用于成型壁厚差异较大的制品。5)生产周期短。6)工艺控制要求严格。7)节省塑料原料。但是，气体辅助注射成型时，在制品注入气体和未注入气体的表面会产生不同的光泽，需要用花纹装饰或遮盖。气体辅助注射成型所用设备由普通注塑机和气体注射装置组成。气体注射装置包括气体压力制备系统、喷气嘴和特殊的气压控制系统三部分。一般使用的气体为氮气，气体压力和气体纯度由成型材料和制品的形状决定。压力一般在532MPa，最高为40MPa。高压气体每次注射时，以设定的压力定时从气体喷嘴注入。气体喷嘴一个或多个，设在注塑成型机喷嘴，模具的流道或型腔上。,1.3.3 分型面,分型面是模具结构中的基准面，它直接影响着成型塑件的质量、模具加工的工艺性以及注射成型的效率等等。因此确定模的分型面是模具设计中的重要环节之一。,分型面的选择原则：1)保证塑件外观。如图1-53(a)右图所示的分型面上，进料在塑件外表面易形成熔接痕或溢出，且不易清除。若改用左图的形式则较为理想。图1-53(b)左图的形式，使塑件外部可形成光洁的圆角；而右图中，塑件顶部有顶杆痕迹，并形成尖角影响美观。,(a)(b)图1-53 分型面的选用原则,2)有利于排气。排气尽量选择和物料流动的末端相重合。如图1-54所示，右图A处成盲肠状，不容易排气，易产生填空不满，出现气泡现象。若改用左图的形式，则模腔中的气体容易按分型面方向排出，故较为适用。,图1-54 有利于排气的分型面,3)尽量使塑件留在动模一侧。一般情况下，在开模时，将塑件留在设有顶出装置的动模一侧，以利于顶出、脱模。如图1-55所示，由于塑件的收缩对型芯的包紧力大于对型腔的包紧力，所以如右图的形式，开模时塑件将留在型芯上，与型芯一起脱离动模，正常情况无法将塑件顶出。左图则使塑件包紧型芯留在动模一侧，可用顶出系统顶出塑件。,图1-55 有利于脱模的分型面,4)保证塑件精度。如图1-56是塑料齿轮注射模的一部分，它的直径d和D有同轴度要求。右图中d和D分别从定模和动模形成，会由于合模时同心度的偏差而难于保证。采用左图的结构，直径d和D全部在动模中成型，很容易满足它们同心度的要求。,图1-56 保证塑件精度的分型面,5)容易加工。图1-57分别为斜面式分型面和曲面式分型面的实例。如左图的结构只需一个斜面或曲面与相对合的模板配合即可。因此，这种分型面贯通的结构形式较为理想，而右图中则需几个面的配合，即费时、费力，给配合工作带来了困难。,图1-57 有利于加工的分型面,6)考虑侧向分型面与主分型面的协调。带有侧孔或侧凸凹槽的塑件，往往把侧抽芯的部位放在动模一侧便于抽芯。这样，侧滑块在动模体内，而斜导柱和楔紧块安置在定模一侧也便于加工和配合，尽量避免在定模一侧抽芯，以简化模具结构。图1-58的右图是设置在定模一侧抽芯，斜导柱不管设在动模或定模，都必须采用顺序定距分型机构，使模具结构变得复杂。采用左图的形式，在动模一侧抽芯，斜导柱设在定模，在开模的过程中即可抽芯，是常用的结构形式。在选择侧抽芯时，应尽量选用抽芯距短的方案，而侧抽芯的形式对侧滑块所需的锁紧力影响很大。侧面积大时，注射压力以很大的侧面积对侧滑芯施加压力，则需要很大的锁模力。,图1-58 侧向分型面与主分型面的协调,7).分型面应与注射机的参数相适应。设计模具时，当注射机选定后，就应使模具各部均在注射机的技术参数的范图内。如图1-59所示，当塑件的投影面积A接近注射机的最大注射面积的临界状况应采用图 1-59a)的塑件安置方式。当A面能满足注射机的这个参数，而模具的闭合高度过大时，则应采用图1-59b)的方式。,a)b)图1-59 分型面应与注射机的参数相适应,8).考虑脱模斜度的影响。应避免或减少因脱模斜度形成塑件两端尺寸差异过大而产生的塑件壁厚不均匀的现象，这在较长的塑件中较为明显。如图1-60b)所示，由于型腔和型芯的脱模斜度是反向的，引起两端壁厚不均匀，而且塑件脱模也比较困难。如果塑件外观无严格要求，可用图1-60a)所示的方式，将分型面设在塑件的中间部位，可以部分弥补塑件壁厚不均匀的现象，同时有利于塑件脱模。,a)b)图1-60 脱模斜度对分型面的影响,1.3.4 浇注系统,浇注系统由主流道、分流道、浇口组成，此系统是模具设计中的重点，浇注系统的优劣，直接影响到制品的外观、物理性能、尺寸精度、成型周期等。从注射机喷嘴注出的熔融树脂，对于单型腔模具来说，是通过主流道直接注入型腔，而对于多型腔模具来说，则是通过主流道及枝状分流道注入型腔。通往型腔入口的狭窄部分称之为浇口。熔融树脂通过主流道、分流道、浇口时，由于摩擦作用而使压力降低，并在此状态下充满型腔。同时熔融树脂通过流道及限制性浇口时，由于摩擦作用产生摩擦热而使树脂温度上升，并在这种状态下注入型腔。而在模具内由于热传递而使树脂温度降低。,虽然流道、浇口在制品成型和质量等方面起着重要的作用，树脂注入模腔时增快的流动速度，以及经过流道、浇口所产生的摩擦温升无法用简单的公式来表示，在实际设计时，一般仅从制品形状、大小、树脂的特性等方面来决定流道及浇口的形式。观念上，流道及浇口形式应从制品造型设计和模具设计过程综合考虑。在选择浇注系统时，基本要点是选择不使从喷嘴注出的熔融树脂的温度与压力下降，适于填充入模的结构形式。因此要求主流道、分流道、浇口尽量“粗短”。但考虑到注射机的注射量、塑化能力、制品外观、加工、尺寸精度、物理性能、成型周期、原料损耗等方面、又需适当保持模具的温度，则要求流道、浇口尽量“细短”。除此之外浇注系统所有的部位都必须进行充分的抛光。图1-61为主流道、分流道、浇口系统的布置。,1浇注系统的组成,1.冷料井；2.主流道；3.分流道；4.浇口；5.塑件；6.排气槽图1-61 注射模的浇注系统,2主流道 主流道位于模具的入口部，其作用是将塑化熔融的树脂，导入流道或型腔。一般的主流道衬套被镶配于型腔板或流道板上。采用直接浇口方式时，在制品上留有主流道的痕迹。由于主流道衬套承受成型压力，若要不使其产生位移，则应在定位环上设置阶梯状台肩来加以固定。主流道衬套内孔呈圆锥形，圆弧 R 处为锥孔的小端。锥孔的锥度越大，主流道越容易脱出。主流道衬套与喷嘴也有平面接触的形式，采用这种形式便于找正，接触配合严密。主流道衬套的设计要点有如下几点：1)主流道衬套的圆孤半径 R 应比喷嘴头部半径 R大l mm 左右；2)锥孔的小端直径应比喷嘴孔直径大 0.5l mm；3)尽可能缩短长度。4)锥孔要沿长度方向抛光，便于凝料脱出。,冷料穴一般设置在主流道的末端，即处于主流道正对面的动模板上和分流道的末端。它的作用是用来储存注射间歇期间，喷嘴前端由散热造成温度降低而产生的冷料。在注射时，如果它们进入流道；将堵塞流道并减缓料流速度；进入型腔，将在塑件上出现冷疤或冷斑。影响塑件质量。同时在开模时，冷料井又起到将主流道的凝料从浇口套中拉出的作用。冷料穴的直径应大于主流道的大端直径，其长度约为主流道的大端直径，这样有利于物料的流动。,顶杆式钩料装置是由冷料穴和顶杆组成，在冷料穴的底部设有一顶杆，顶杆固定在顶杆固定板上，并与顶出系统联动。其基本结构形式和主要尺寸如图1-62所示，其中图1-62a)是 Z 形钩料杆的结构形式。开模时，在端部 Z 形的作用下，将主流道凝料从浇口套中拉出，在顶出系统开始顶出动作时，与顶杆同时将塑件和浇注凝料一起顶出模体。这是一种常用的钩料顶出形式。但在凝料脱出时，需有一个侧向移动，不易实现凝料脱模自动化。有时受模具结构的限制，在凝料脱模时，不允许塑件侧向移动。,图1-62 顶杆式钩料装置,顶杆钩料装置的另一种形式是在冷料穴的内壁上，设置阻碍凝料被拔出的结构，利用冷料穴的内侧凹，将主流道凝料从浇口套中拉出，这些形式易实现操作自动化。但只适用于韧性较好的柔软材料。还有一种简单易行的方法，就是利用冷料穴内壁的粗糙面，完成钩料功能，也取得理想的效果。或者在冷料穴的一端，攻一段不完整的内螺纹。所谓不完整就是说螺纹高度做得很浅，只要能稳定地钩出主流道凝料即可。,推板式钩料装置如图1-63所示，钩料杆安装在型芯固定板上，不与顶出系统联动。图1-63a)为球头形钩料杆，图1-63 b)为分流锥式钩料杆，它们都是利用小于0.3 mm的侧凹环钩出凝料的。分流锥式钩料杆结构，便于加工，并起到分流的作用。图1-63c)是一种结构简单的钩料杆，它是将钩料杆端部做成有粗糙面的圆柱芯轴，或攻一段螺纹高度为0.10.2mm 的螺纹。,图1-63 推板式钩料装置,3分流道 在多型腔的模具中，分流道的布局形式很多。分流道的布局是围绕型腔的布局而设置的，即分流道的布局形式取决于型腔的布局，分流道和型腔的分布有平衡式和非平衡式两种。1)平衡式分流道 平衡式分布的特点是：从主流道到各个型腔的分流道，其长度、断面尺寸及其形状都完全相同，以保证各个型腔同时均衡进料，同时注射完毕。它大体有如下形式。,(a)辐射式 它是将型腔分布在以主流道为圆心沿圆周处均匀分布，分流道将均匀辐射至型腔处，如图1-64所示。在图1-64a)的布局中，由于分流道中没设置冷料穴，其冷料有可能进入模腔。图1-64b)比较合理，在分流道的末端设置冷料穴。图1-64c)是最理想的布局，它克服了以上分流道分布过密的不足，节省了凝料用量，制造起来也较为方便。辐射式的分布的缺点是：由于排列不够紧凑，在同等情况下使成型区域的面积较大，分流道较长，则必须在分流道上设顶料杆。同时设计和加工时，必须采用极坐标，给操作带来麻烦。如图1-64d)所示，外形较为理想的塑件采用了辐射式布局形式，使其排列紧凑，缩小了成型面积。,图1-64 辐射式分流道,(b)单排列式 单排列式的基本形式如图1-65所示，均在多型腔模中采用。在需要侧抽芯的多型腔模中，为了简化模具结构和均衡进料，往往也采用这种形式，只是必须将分流道设在定模一侧，便于流道凝料完整取出，和不妨碍侧分型的移动。图1-66为一个具有单排列式分流道的浇注系统实例照片。,图1-65 单排列式分流道,图1-66 单排列式分流道实例照片,(c)Y形 它是