第5章 塑料注射模的设计

第5章塑料注射模的设计§5.1概述§5.2模具与注塑机的关系§5.3普通浇注系统的设计§5.4侧向分型与抽芯机构的设计§5.5推出机构的设计第5章塑料注射模的设计§5.6无流道凝料注射模§5.7热固性塑料注射成型模具§5.8气体辅助注射成型§5.9精密注射成型与模具塑料注射成型是塑料制品高效率的生产方法之一，注射成型获得的塑料制品在各种塑料制品中所占的比重很大。而注射成型模具是实现注射成型加工的重要工艺装备，目前约占整个塑料成型模具的一半以上。本章主要介绍热塑性塑料普通流道注射成型模具。5.1.1注射模的基本结构注射模基本结构由定模和动模两部分组成，动模安装在注塑机的移动模板上，定模安装在注塑机的固定模板上。注射时，定模和动模闭合构成浇注系统和型腔，开模时，定模和动模分开，由开模机构将塑料制品推出，如图5-1所示。5.1.2注射模的分类§5.1概述下一页(1)按生产的塑料分，可分为热塑性塑料注射模和热固性塑料注射模。(2)按注塑机类型分，可分为立式注塑机用注射模、卧式注塑机用注射模和角式注塑机用注射模。(3)按浇注系统形式分，可分为普通流道注射模及热流道注射模具。(4)按模具结构特征分，可分为单分型面、双分型面、斜导柱(或弯销、斜滑块、齿轮齿条)侧向分型与抽芯注射模具，有活动镶件的注射模具，推出机构在定模一侧的注射模和自动卸螺纹注射模具等。5.1.3典型注射模特点1.单分型面注射模单分型面是指在模具的动模板与定模板之间只有一个分型面，如§5.1概述下一页上一页§5.1概述图5-1所示。单分型面注射模是最基本的一种注射模，具有结构简单，适应性强，操作方便，应用广泛等特点。2.双分型面注射模双分型面注射模有两个分型面，也称三板式注射模。如图5-2所示，A-A为第一分型面，B-B为第二分型面。由于塑件和浇口凝料是分开的，因此需要有两个分型面，分别用来取出塑件和凝料。在第一分型面的右边是定模板，开设了主流道，固定在注塑机的定模板上;在两个分型面之间的，称为中间板，中间板上开有成型塑件外表面的型腔和浇口，由模具上的导柱支承;第二分型面左边部分为模具的动模下一页上一页§5.1概述部分，成型塑件内表面型芯被安装在动模座板上，连接在注塑机的移动模板上。注塑机开模时，将主浇道的凝料从定模板的主流道中脱出。待动模继续后退到能够脱凝料的距离后，第二分型面分型，将塑件与浇口拉开，塑件与型芯一起后退，而浇注系统的凝料在第一分型面上被取出。当动模继续后退，注塑机的顶杆接触推板时，推出机构开始工作，将塑件从凸模推出，塑件由第二分型面自行落下。这种注射模具有在塑件中心设置点浇口，截面积较小，塑件的外观好，并且有利于自动化生产;但双分型面的注射模结构复杂，成本较高，模具的质量增大，因此，双分型面注射模很少用于大型塑件或流动性较差的塑料成型。下一页上一页3.带活动镶块的注射模有些塑件在内腔中有侧凸或侧凹结构，很难用侧向抽芯机构来实现。这时可采用设置活动镶块的办法。如图5-3所示，该模具的结构特点是，通过活动镶块形成塑件的侧凸形状。图示为合模成型状态，开模后，推杆9将活动镶块3(由三块组合型芯)及塑件推出模外，然后用手或工具将镶块与塑件分离，合模时，在弹簧8作用下，推杆9复位。重新安装镶块，再进行下一循环。4.侧向分型与抽芯注射模当塑件侧壁有通孔，凹穴或凸台时，其成型零件必须制成可侧向移动的，否则，塑件无法脱模。下一页上一页§5.1概述带动型芯滑块侧向移动的整个机构称侧向分型与抽芯机构。如图5-4所示为常见的斜导柱侧向抽芯注射模。其工作原理是:开模时，动模部分向后移动，开模力通过斜导柱驱动侧型芯滑块，迫使其在动模板的导滑槽内向外滑动，直至滑块与塑件完全脱开，完成侧向抽芯动作。这时塑件包在型芯上随动模继续后移，直到注塑机顶杆与模具推板接触，推出机构开始工作，推杆将塑件从型芯上推出。合模时，复位杆使推出机构复位，斜导柱使侧型芯滑块向内移动复位，最后由楔紧块锁紧。5.自动却螺纹注射模成型带有内螺纹或外螺纹的塑件时，为了能自动卸螺纹在模具下一页上一页§5.1概述内设有能转动的螺纹型芯或螺纹型环，利用注塑机的往复运动或旋转运动，或设置专门的原动机件(如电动机、液压马达等)和传动装置与模具连接，开模后带动螺纹型芯或螺纹型环转动，使制件脱模。如图5-5所示为直角式注塑机上使用的自动卸螺纹注射模。螺纹型芯的旋转由注塑机开合模的丝杆带动，使其与制件分离。为了防止螺纹型芯与制件一起旋转，一般要求制件的外形具有防转结构。如图5-5所示是利用制件顶面的凸出图案来防止制件随螺纹型芯转动而转动，以便制件与螺纹型芯分开。开模时，在分型面A-A分开的同时，螺纹型芯7由注塑机的开合模的丝杆带动而旋转，从而开始拧出制件，此时制件暂时还留在型腔内不动。下一页上一页§5.1概述下一页上一页§5.1概述当螺纹型芯在制件内尚有一个螺距时，定距螺钉4使分型面B-B分开，制件即被带出型腔，继续开模(开合模丝杆继续旋转)，直到制件全部脱离螺纹型芯和型腔。6.推出装置设在定模一侧的注射模如前所述，推出机构一般设置在动模一侧，但有些塑件因受形状限制，将其留在定模一侧更有利于成型的质量。这时，定模一侧就要设置推出机构，一般来用拉板，拉杆形式。如图5-6所示是生产塑料衣刷的注射模就属于这一类型，型芯11形成衣刷内腔形状，成型镶块镶人动模板5内，是形成衣刷的毛刷的。通过紧固螺钉4连接拉板8和动模板5。开模时，动模部分向左移动，塑件包紧在凸模11上而与动模板和成型镶块分离，当动模部分移至一定的距离，拉板8右端碰到螺钉6，使螺钉6向左移动，而螺钉6又与推件板7连接在一起，使推件板也向左移动，从而拉动塑件从型芯11上脱下，完成脱模动作。7.热流道注射模利用加热或绝热的方法使注塑机喷嘴到型腔浇口之间的塑料呈熔融状态，在成型过程中只需取出塑件而没有浇注系统凝料，如图5-7所示。塑料熔体从喷嘴21进入模具后，在流道中给以加热保温，使其仍保持熔融状态，每一次注射完毕，只在型腔内的塑料冷凝成型，取出塑料制品后又可继续注射，这就大大节省了塑料的用量，提高了§5.1概述下一页上一页生产效率，有利于实现自动化生产，保证塑料制品的质量。但无流道注射模结构复杂，造价高，对模具温度的控制要求严格，因此汉适用于大批量生产。§5.1概述返回上一页注射模必须安装在与其相适应的注塑机上才能进行生产，如图5-8所示，因而在设计模具时，必须熟悉所选用注塑机的技术规范(表5-1)。如注塑机的最大注射量、最大注射压力、最大锁模力、最大成型面积、模具最大厚度和最小厚度、开模最大行程、安装模板的螺孔(或T形槽)位置和尺寸、定位孔尺寸、喷嘴球面半径等，以便设计的模具与选用注塑机相适应。5.2.1国产注塑机合模部分的基本参数国产注塑机合模部分的基本参数包括模板尺寸、拉杆空间、模板间最大开距、动模板的行程、模具最大厚度和最小厚度等。下一页§5.2模具与注塑机的关系这些参数规定了注塑机所安装模具的尺寸范围。例如国产XS-ZY-1000卧式注塑机模板技术参数，如图5-9所示。其余国产注塑机合模部分的基本参数，可查阅相关产品手册。5.2.2注塑机有关工艺参数的校核注射模具需要安装在注塑机上才能进行工作，因此注射模具与注塑机相关的参数必须匹配。故设计注射模，要对注塑机的最大注射量、最大注射压力，锁模力、有关安装尺寸、开模行程和顶出装置等关工艺参数进行校核。现就有关参数校核分述如下。1.最大注射量的校核所谓公称注射量，是指在对空注射时，螺杆或柱塞作一次最大下一页上一页§5.2模具与注塑机的关系行程时，所能达到的注射量。根据生产经验总结，设计注射模时，塑件和浇注系统凝料所用的塑料量不能超过注塑机的公称注射量的80%(1)注射量以容积表示。式中V—塑件的总体积(塑件+浇注系统)(cm3);V机—注塑机的最大注射量(cm3);V塑料—成型塑件所需塑料的体积(cm3);K压—压缩比。(2)注射量以质量表示。下一页上一页§5.2模具与注塑机的关系式中G—塑件的总质量(塑件+浇注系统)(g);G机—注塑机的最大注射量(g);p'—料筒温度和压力下塑料的密度(g/cm3)2.最大注射压力的校核注射时螺杆施于熔融塑料单位面积上的压力称为注射压力。设计模具时，成型塑料制品所需的注射压力应小于注塑机所标定的公称注射压力:式中P注—塑料成型时所需的注射压力(MPa);P公—注塑机公称注射压力(MPa)。P注受浇注系统，型腔内阻力，模具温度等因素影响。§5.2模具与注塑机的关系下一页上一页当P注太大时，塑件的毛边大，脱模困难，表面质量差，内应力大。当P注太小时，塑料不能顺利充满型腔，无法成型。3.锁模力的校核注塑机的合模装置对模具所施加的最大夹紧力称为锁模力。在注射压力作用下，高压的塑料熔体充满模具型腔前，经过注塑机喷嘴和模具浇注系统时虽有压力损失，但进入型腔时仍具有很高的压力，从而产生一个沿注塑机轴向，也即沿模具开合模方向很高的推力。为了保持动、定模紧密闭合，保证塑件精度，防止出现溢料，注塑机需要有足够大的锁模力。故模具从分型面涨开的力必须小于注塑机规定的锁模力，即:下一页上一页§5.2模具与注塑机的关系式中F—注塑机的额定锁模力(t);A—塑件与浇注系统在分型面上的投影面积(cm);P—熔融塑件在模腔内的压力(kg/cm2);k-安全系数，常取1.1~1.2。塑件简单时取小值，反之取大值。表5-2和表5-3分别列出常用塑料在注射成型时型腔内的压力经验值和所需锁模力，供设计时参考，在计算时，注意单位的换算。4.对注塑机有关安装尺寸的校核设计塑料模具时，不仅要与注塑机的有关工艺参数校核，还应对注塑机有关安装尺寸核对，避免模具安装不上。1)注塑机喷嘴与模具主流道始端配合的关系下一页上一页§5.2模具与注塑机的关系模具需与注塑机对接，所以模具主流道始端凹下的球面半径应与注塑机喷嘴头球面半径相适应。另外，注塑机的固定模板上有一个起定位作用的基准孔，模具安装后确保主流道与料筒、喷嘴中心线同轴模具上的定位圈凸台与这一定位孔间隙配合，如图5-10所示。浇口套球面R和喷嘴前端球面半径尺R0，喷嘴孔径氏和浇口套小端孔径d，正确关系为:2)模具模板尺寸与注塑机拉杆间距的关系注射模安装时，首先应顺利通过注塑机拉杆之间的空间，不同的注塑机，拉杆之间的间距不同。§5.2模具与注塑机的关系下一页上一页例如，XS-ZY-125型注塑机拉杆间距为290x260(上下x左右)，XS-ZY-500型注塑机拉杆间距为440x540(上下x左右)，所设计的注射模外形尺寸应小于注塑机拉杆间的距离，否则，无法通过。此外，模具的长宽应小于移动模板和固定模板长宽尺寸，并留有安装压板位置，如图5-11所示。3)模具闭合厚度与注塑机允许模具厚度的关系每台注塑机都有一个允许安装模具高度范围，所设计的模具高度应在允许范围内，如图5-12所示，即HminHHmax式中H—模具高度;Hmax，Hmin—分别是注塑机允许安装的最大和最小模具高度。§5.2模具与注塑机的关系下一页上一页4)模具的安装固定每台注塑机的移动模板和固定模板上都有一定数量、孔径的螺纹安装孔，并按一定的方式排列。例如，XS-ZY-125型注塑机上螺孔为M36一M16;在设计模具时，模板上安装用的孔的大小及孔距必须与这些螺纹安装孔相适应。模具的安装固定形式有两种，如图5-13(a)所示为压板固定，这种固定形式安装方便灵活，应用最广泛。如图5-13(b)所示为螺钉直接固定，这时模具座板上孔的位置和尺寸应与注塑机模板上的安装螺孔完全吻合，否则无法固定，这种固定法较少用。动、定模上螺钉和压板的数各为2~4个。5.开模行程的校核下一页上一页§5.2模具与注塑机的关系§5.2模具与注塑机的关系所谓开模行程S(合模行程)是指模具开启过程中动模固定板的移动距离。其大小直接影响模具所能成型的塑件高度。太小则不能成型高度较大的塑件，因为成型后，无法把塑件从动、定模之间取出。按注塑机类型不同，有以下三种情况。1)开模行程与模具安装高度无关时的校核当锁模机构是机械和液压式联合作用的注塑机，开模行程不