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第一章模具设计基础第一章简介•模具在汽车、拖拉机、飞机、家用电器、工程机械、冶金、机床、兵器、仪器仪表、轻工、日用五金等制造业中，起着极为重要的作用。模具是实现上述行业的钣金件、锻件、粉末冶金件、压铸件、注塑件、玻璃件和陶瓷件等生产的重要工艺设备。采用模具生产毛坯或成型零件，是材料成型的重要方式之一，与切削加工相比，具有材料利用率高、能耗低、产品性能好、生产效率高和成本低等显著特点。本章学习目标•了解模具制造的特点及其发展趋势。•了解塑料的工艺特征。•掌握注塑模具基础知识。1.1模具制造概述模具制造的特点•模具制造的方式•模具制造的特点模具制造的分类•注塑模具•冲压模具•压铸模具1.1模具制造概述1.2模具生产的发展趋势•发展精密、高效、长寿命模具•模具的高效、精密、数控自动化加工技术•发展简易模具技术•发展专业化生产•相关技术的共同提高1.3塑料•塑料是一种可塑成形的材料，它是以高分子聚合物为主要成分而组成的混合物，当对其加热、加压时，具有可塑性。合成树脂是塑料的主体。在合成树脂中，加入添加剂，如填充剂、增塑剂、着色剂等，可以得到性能各不相同的塑料品种。因此，塑料的性能主要取决于合成树脂的性能。1.3塑料塑料的组成和分类1塑料的工艺特性2常用塑料的名称及其工艺性能3塑料热力学性能及成型过程变化4•塑料的组成（1）合成树脂（2）稳定剂（3）添加剂（4）增塑剂（5）润滑剂（6）着色剂（7）固化剂1.3塑料•塑料的分类方法主要有两种•（1）按成型性能分类热塑性塑料又称受热可熔性塑料热固性塑料又称受热不可熔塑料•（2）按用途分类通用塑料工程塑料1.3塑料塑料的工艺特性•热固性塑料的工艺特性（1）收缩性（2）流动性（3）硬化特性1.3塑料•热塑性塑料的工艺特性（1）收缩性（2）流动性（3）结晶性（4）热敏性（5）热性能和冷却速度1.3塑料常用塑料的名称及其工艺性能•热塑性塑料主要包括聚苯乙烯（PS）、聚乙烯（PE）、AS树脂、ABS树脂、聚丙烯（PP树脂）、聚甲基内烯酸甲酯（PMMA树脂）、聚氯乙烯（PVC树脂）、聚碳酸酯（PC树脂）、聚甲醛（P()M树脂）、聚酰胺（PA树脂）、PET树脂、PBT树脂。•热固性塑料主要包括氨基塑料和酚醛树脂。1.3塑料•塑料的热力学性能及成型过程的变化（1）塑料的热力学性能（2）塑料成型过程的变化1.3塑料1.4注塑成型模具基础•1注塑模具的成型理论•2注塑成型的工艺过程•3注塑模具的分类和典型结构•4注塑模具设计的一般流程•5分型面的选择•6浇注系统设计•7成型零件设计•8导向机构设计•9抽芯机构设计•10推出机构设计•11温度调节系统设计1.4注塑成型模具基础•1注塑模具的成型理论在模具开始工作，将加热融化的塑料注满一个挖有空腔的模块，然后对模块强制冷却，熔料凝固成固体。为了取出凝固体，用分型面把模块分割成型芯和型腔两部分。包裹凝固体外表面轮廓的一半模块称为型腔工件，包裹凝固体内表面轮廓的另一半模块称为型芯工件，型芯和型腔零件统称为成型工件。包裹着凝固体内外表面的相交线称为分型线。分型线水平地向四周延伸形成切割模块的分型面。实现把分型模腔方法按照适当的比例（1+收缩率）加工成需要的形状，凝固体就成为了有用的塑料制品。光有成型工件还不能连续大批量生成塑料制品，型芯和型腔零件要安装在固定的模架上，加工出浇口、流道等，配上脱模机构等其他组件和零件，成为能与注塑机配合工作的模具，才能连续生成塑件。1.4注塑成型模具基础•1注塑模具的成型理论沿着型芯和型腔工件，分型面将模具剖切成定模和动模两部分，生产时要把定模、动模分别固定在注塑机固定板和移动板上。注塑机工作时的状态是注塑机固定板一直固定不动，而移动动模板在注塑机拉杆上作活塞运动，因此安装固定的模具动模、定模部分的型芯和型腔工件也能随之移动，进行活塞运动。注料时型芯和型腔工件闭合成封闭模腔，只留有进料通道，加热融化的塑料在注塑机柱塞（螺杆）的挤压下从喷嘴经注料通道高速进入成型模腔，填满模腔的熔料经压实冷却后凝固成塑料制品。型芯和型腔工件又随着注塑机移动动模板的开模运动分开，随后注塑机推出机构将塑件从模具中推出。1.4注塑成型模具基础•2注塑成型的工艺过程1.4注塑成型模具基础•2注塑成型的工艺过程•加料：将粒状或粉状塑料原料加入到注塑机的料斗中，并使用柱塞或螺杆带入料筒。•塑化：加入的塑料在料筒中经过加热、压实和混料等过程后，使其由松散的原料转变为熔融状态并具有良好的可塑性的均化熔体。•充模：塑化好后的熔体被柱塞或螺杆推挤至料筒的前端，经过喷嘴、模具浇注系统进入并充满在模具型腔。•保压补缩：这个过程从塑料熔体充满型腔时起，至柱塞或螺杆退回时为止。在该段时间里，模具中的熔体冷却叫收缩，柱塞或螺杆迫使料筒中的熔料不断补充到模具中，以补充因收缩而留出的空隙，保持模具型腔内的熔体压力仍然为最大。该过程对于提高塑件密度，保证塑件形状完整、质地致密，克服表面缺陷有重要意义。•倒流：保压后，柱塞或螺杆后退，型腔中压力解除，这时型腔中的熔料的压力将比浇口前方的高，如果浇口尚未凝结，型腔中的熔料将会通过浇口流向浇注系统，这一过程就是倒流。倒流使塑件产生收缩、变形以及质地疏松等缺陷。如果保压结束时浇口已经凝结结实，就不会存在倒流的现象。•冷却：塑件在模具内的冷却过程是指从浇口处的塑料熔体完全冻结时开始到塑件将从模具型腔内推出为止的全部过程。实际上冷却过程从塑料注入型腔时就已经开始，它包括从充模完成，即保压开始到脱模前的这段时间。•脱模：塑件冷却到一定的温度即可开模，在推出机构的作用下将塑件推出模具外。1.4注塑成型模具基础•3注塑模具的分类和典型结构（1）注塑模具的分类注塑模具的分类方法很多，按加工塑料的品种可分为热塑性塑料注塑模和热固性塑料注塑模；按注塑机类型分为卧式、立式和角式注塑机用注塑模；按型腔数目可分为单型腔注塑模和多型腔注塑模。另外还可以按照二板式、滑块模具、哈夫模具和三板式模具等划分。1.4注塑成型模具基础•3注塑模具的分类和典型结构（2）注塑模具的典型结构1.4注塑成型模具基础•4注塑模具设计的一般流程（1）前期准备工作（2）制定成型工艺卡（3）注塑模具结构设计步骤（4）注塑模具的审核1.4注塑成型模具基础•4注塑模具设计的一般流程1.4注塑成型模具基础•5分型面的选择选择分型面时，应考虑的基本原则是：（1）不应影响制品尺寸的精度和外观；（2）尽量简单；避免采用复杂形状，使模具制造容易；（3）不妨碍制品脱模和抽芯；（4）有利于浇注系统的合理设置；（5）尽可能与料流的末端重合，有利于排气。1.4注塑成型模具基础•5分型面的选择合理选择分型面举例（1）塑件脱模方便塑件脱模方便，不仅要求选取的分型面位置不会使塑件卡在型腔无法取出，也要求塑件在动、定模打开时尽可能滞留在动模一侧，因为模具的脱模机构在动模一侧。按这一要求，一般都是将主型芯装在动模一侧，使塑件收缩包紧在主型芯上，这时型腔可以设在定模一侧，如右图所示。1.4注塑成型模具基础•5分型面的选择合理选择分型面举例（1）塑件脱模方便为了使塑件不致于留在定模一侧，应该将型腔设置在动模一侧，如右图所示。1.4注塑成型模具基础1.4注塑成型模具基础•5分型面的选择合理选择分型面举例（2）模具结构简单如果塑件形状比较特殊，若按照上面那张图的方案，将分型面设计成平面,型腔底面不容易切削加工，不如将分型面设计为斜面，使型腔底面成为平面，便于加工，如下面那张图所示。从简化模具考虑，对需要抽芯的塑件，应尽量避免在定模部分抽芯。1.4注塑成型模具基础•5分型面的选择合理选择分型面举例（3）型腔排气顺利型腔气体的排除，除了利用顶出元件的配合间隙外，主要靠分型面，排气槽也都设在分型面上。因此，分型面应该选择在熔体流动的末端。1.4注塑成型模具基础•5分型面的选择合理选择分型面举例（4）确保塑件质量右图所示的塑件，为一双联齿轮，要求大、小齿、内孔三者保持严格同轴，以利于齿轮传动平稳，减小磨损。若将分型面按图(a)设计，大齿和小齿分别在定模和动模，难以保证二者良好的同轴度，若改用图(b)中方案使分型面位于大齿端面，型腔完全在动模，可保证良好的同轴度。1.4注塑成型模具基础•5分型面的选择合理选择分型面举例（5）无损塑件外观右图所示的塑件，底部带有环形支撑面，若分型面按图(a)中方案设计，会在环形支撑面处留下毛边痕迹。如果改为图(b)中方案、毛边产生在塑件端面，去除后对塑件外观无损。(a)(b)1.4注塑成型模具基础•5分型面的选择合理选择分型面举例（6）合理利用设备一般注塑模的侧向抽芯，都是借助模具打开时的开模运动．通过模具的抽芯机构进行抽芯，在有限的开模行程内，完成的抽芯距离有限制。因此，对于带有互相垂直的两个方向都有孔或凹槽的塑件，应避免长距离抽芯，如右图所示塑件，方案(a)不妥．方案(b)较好(a)(b)1.4注塑成型模具基础•6浇注系统设计浇注系统一般是由主浇道、分浇道、浇口和冷料穴四部分组成1.4注塑成型模具基础•6浇注系统设计（1）主浇道由注射机喷嘴与模具接触的部分起到分浇道为止的一段流道，是熔融塑料进入模具时最先经过的部分（2）分浇道它是主浇道与进料口之间的一段流道，是熔融塑料由主浇道流入型腔的过渡段，能使塑料的流向得到平稳的转换。对多腔模分浇道还起着向各型腔分配塑料的作用（3）浇口浇口是分流道与型腔之间的狭窄部分，也是最短小的部分。它的作用有三点：①使分流道输送来的熔融塑料在进入型腔时产生加速度，从而能迅速充满型腔；②成型后进料口处塑料首先冷凝，以封闭型腔，防止塑料产生倒流，避免型腔压力下降过快，以致在塑件上出现缩孔和凹陷；③成型后，便于使浇注系统凝料与塑件分离（4）冷料穴其作用是储存两次注射间隔中产生的冷料头，以防止冷料头进入型腔造成塑件熔接不牢，影响塑件质量，甚至发生冷料头堵塞住浇口，而造成成型不满。冷料穴一般开在主浇道末端，当分浇道较长时，在它的末端也应开设冷料穴1.4注塑成型模具基础•6浇注系统设计浇注系统的设计原则（1）根据制件的大小、形状、壁厚以及选择的分型面形式合理选择浇注系统的形式、大小及位置（2）浇注系统的形式、大小及位置应保证熔体进入型腔不产生紊流，且排气通畅（3）在满足成型和排气通畅的前提下，流程应尽量短，少转折，以减少压力损失，节省原料（4）进料口的形式和位置应结合制件的形状和要求，做到整修方便，且不影响制件的外观质量（5）进料口的位置应尽量避免正面冲击小型芯和金屑镶嵌件，防止小型芯变形或金属镶嵌件移位（6）进料口的位置和数量应保证在凝固过程中制件不翘曲、不变形1.4注塑成型模具基础•6浇注系统设计主浇道的设计主浇道是熔体从注射机喷嘴喷出时首先需经过的部位，与注射机喷嘴在同一轴线上，由于主浇道与热的熔体反复接触、碰撞，易受损，为了整修和制造方便，一般主浇道不直接开在定模上，而是制成可拆卸的浇口套固定在定模上，直浇口式主流道的几何形状和尺寸如右图所示，其截面一般为圆形1.4注塑成型模具基础•6浇注系统设计浇口套的设计由于注塑成型时主流道要与高温塑料熔体和注塑机喷嘴反复接触和碰撞，所以一般都不将主流道直接开在定模上，而是将它单独开设在一个嵌套中，然后将此套再嵌入定模内，该嵌套称为主流道衬套（或称为浇口套）。采用浇口套以后，不仅对主流道的加工和热处理以及衬套本身的选材等工作带来很大方便，而且在主流道损坏后也便于修磨或更换。1.4注塑成型模具基础•6浇注系统设计浇口套的设计常用的浇口套有A、B两种类型，其中B型是为了防止衬套在塑料熔体反压力作用下退出定模而特意设计的，使用时用固定在定模上的定位环压住衬套大端台阶即可。另外，衬套上的外径是为了与定位环内孔配合而设置的，至于衬套上的其他尺寸，均可根据具体情况设计或使用标准件。1.4注塑成型模具基础•6浇注系统设计定位环的设计定位环与注塑机定模固定板中心的定位孔相配合，其作用是为了使主流道与喷嘴和机筒对中，除了将定位环与主流道衬套设计成整体结构之外，单个的定位环形式如右图所示。1.4注塑成型模具基础•6浇注系统设计分流道的设计设计分流道时应注意以下