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注射模具中熱量控制評估
B. A. McCalla1, P. S. Allan*1 and P. R. Hornsby2
摘要：
注射模具的熱量控制和管理對于獲得最佳的生產(chǎn)工藝來說是一個重要的條件。本文介紹的是一個關(guān)于傳統(tǒng)的模具冷卻和一個稱為“間歇冷卻技術(shù)”的新技術(shù)的對比調(diào)查報告。間歇冷卻技術(shù)的原則是：是在注射成型周期中利用冷卻介質(zhì)流量的間歇性來精確控制模具型腔表面的溫度。
一個測量型腔壓力，型腔表面溫度和模具背面溫度測量的儀表是用來對本課題進行研究的。結(jié)果表明，傳統(tǒng)的冷卻方法和“間歇冷卻技術(shù)”的對比中，聚丙烯（PP），聚碳酸酯以及填充的鋁粉的滑石粉起著重要作用。當使用“間歇冷卻技術(shù)”而未填充聚丙烯（PP）時比傳統(tǒng)的冷卻技術(shù)多22%的時間。
關(guān)鍵詞：注塑、模具冷卻、脈沖冷卻、模具溫度控制
引言：
注射模具溫度控制系統(tǒng)的目的是使型腔表面溫度循環(huán)保持一致，而這在注射模具中是必須的。型腔表面溫度的周期變化可以導致性能的變化，如：收縮、內(nèi)應力、變形和表面質(zhì)量的保證。冷卻系統(tǒng)的效率是主要因素
將影響整個周期時間，因為模具從注射溫度冷卻的可以開模的溫度是成型周期中時間最長的。模具材料的熱性能、冷卻通道的設計,鑄件壁厚,冷卻介質(zhì)的屬性都將影響成型效率。眾多的產(chǎn)品設計采用熱塑性材料來提高冷卻效率。比如：（1）具有高導熱系數(shù)的鈹銅已用于制造模具鑲件。（2）正形的冷卻通道已用來實現(xiàn)復雜模具零件的均勻散熱。（3）冷卻探頭以及一些特殊的設計用來在冷卻介質(zhì)中創(chuàng)造湍流。
所有的這些特點都對模具的冷卻的重要的作用，但他們在模具中沒有特定的熱管理。
在工業(yè)行業(yè)中傳統(tǒng)的冷卻方法是在一副模具中利用冷卻液來冷卻。用于控制溫度的傳感器可以設在模具中或控制單元中。這種冷卻方法的特點是冷卻液不斷流動，通常只有一個傳感器用于模具。
在過去15年來，在模具傳熱中熱管理已經(jīng)得到發(fā)展。“脈沖冷卻技術(shù)”利用脈沖在模具中公開不同的冷卻區(qū)域。它還可以利用注射熔體的熱量來控制模具的溫度，因此只有從來源處的多余的熱量被提取了?！伴g歇冷卻技術(shù)”的簡單操作如下：（1）模具最先得到的熱量來源于設計過程中的聚合物。此外該工具可以初步使用輔助加熱系統(tǒng)。（2）當模具到達設定溫度將由脈沖冷卻控溫接管。在模具各處的表面溫度將決定冷卻液的需求。（3）只有當傳感器發(fā)出需要冷卻液的指令時“間歇冷卻技術(shù)”控制系統(tǒng)才會提供冷卻液。（4）當模具表面溫度在冷卻循環(huán)中達到一致的步調(diào)時，這個過程將有率地運行。
“間歇冷卻技術(shù)”的特點是型腔表面的溫度來決定冷卻液的供給?！伴g歇冷卻技術(shù)”要做是，去除由聚合物提供的多余的熱量以及在整個周期中精密地控制模具表面的溫度。“間歇冷卻技術(shù)”的一個顯著的特點 是利用受控的脈沖來控制冷卻液以降溫而傳統(tǒng)的冷卻方法是不能這樣的。
正如前面所說“間歇冷卻技術(shù)”已經(jīng)存在于這個行業(yè)15年，但是在那個時候整個過程還沒有制定一個詳細的評估。這個研究的目的是評估“間歇冷卻技術(shù)”以及將它和傳統(tǒng)的冷卻技術(shù)對比。為了實現(xiàn)這個目的，我們設計一副注射模具用來提供給傳統(tǒng)的冷卻技術(shù)和“間歇冷卻技術(shù)”。本文給出了兩種冷卻方法的評價和關(guān)于它們的周期，冷卻的一致性和設置運行的簡單化。
實驗
模具工具
本副試驗模具既有廣泛應用于聚合物加工行業(yè)中的直接冷卻方法，又有英國可再生能源推廣有限公司的“間歇冷卻技術(shù)”
圖1模具原理圖，圖中央顯示了模塑組件。圖中插入了一個聚丙烯（PP）的照片。
這個模塑組件包括三個部分：一個2毫米厚的中空箱，一個兩毫米厚的中空管，兩個ISO力學測試機。
圖2 流道，澆口，四個型腔壓力傳感器的位置
如圖2所示，該塑件從三個地方澆注，而且三個澆口設計成從任何一個澆口都可以澆注。該型腔儀器包括四個6190A型壓力溫度傳感器，6190A是由5049A型智能放大器控制。該型壓力是由相反的澆口處記錄到的。該模具需要三個獨立溫度控制區(qū)域：固定板，推板，核心部分。圖3A和圖3B三個熱敏電阻是三個溫度的區(qū)域的位置。
圖3A是常規(guī)操作的冷卻水道圖。為了直接比較“PCT”和傳統(tǒng)冷卻系統(tǒng)，傳統(tǒng)的有三個加熱\冷卻系統(tǒng)，每一個都控制一個溫度區(qū)間。傳統(tǒng)的冷卻包括主要加強板中的水道。每個區(qū)域溫度的監(jiān)測由三個探針傳導。
圖3B顯示的是“PCT”的安排。這表明：標記為“未使用”的水道可以在成型前加快預熱。當開始成型和“PCT”的開關(guān)標記為開是這些水道是不工作的。三個區(qū)域的溫度是由冷卻液脈沖的閉環(huán)控制利用三個傳感器連接到“PCT”控制器中來控制。該控制器只有在探頭溫度高于設定溫度時才會供給冷卻液。
圖3 A為傳統(tǒng)冷卻技術(shù)的管道B為脈沖冷卻技術(shù)的管道：在圖3A中所有的通道采用典型的安裝。必須指出在冷卻區(qū)1等3都是活躍的。圖3B中標有“不使用”的通道作為初始加熱用，但他們在成型過程中并不使用。
所有的溫度和壓力傳感器都連接到Adept Strawberry Tree Data Shuttle Express和一個采集分析數(shù)據(jù)的電腦中。
注塑
該實驗的評估來源于一個帶有以下樹脂化合物的注射模具（DEMAG 150 NCIII）
（1）聚碳酸酯，未填充(GE Plastics LEXAN141R)
(2) 聚丙烯,未填充(Moplen SM 6100 from Basell)
(3) 聚丙烯,添加了10%，20%，30%的滑石粉
（4）基于導電化合物的聚丙烯，添加44%的導電材料
填充的PP復合材料的滑石粉是由PP粉末制成的。該模具為傳統(tǒng)冷卻技術(shù)及“脈沖冷卻技術(shù)”而設計（圖2）。當一次成型中基本成型條件已經(jīng)達到，由于壓力傳感器將開關(guān)置于保壓而得到優(yōu)化。這套注射成型機被設置成全自動的，而且在讀數(shù)從數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中記錄之前可以強化。當注射條件被設置成需要特定的樹脂化合物，相同的條件也被用于傳統(tǒng)冷卻技術(shù)及“脈沖冷卻技術(shù)”。這意味著，這兩套模具在成型周期中的任何差異都將影響到模具冷卻方法的選用。典型的模具型腔壓力和溫度如圖4A所示。模具的冷卻時間從型腔充滿開始，（即從注射壓力到保壓壓力的變化）到型腔壓力降低到大氣壓。周期時間由溫度傳感器建立，如圖B所示。這套模具可以用于不同溫度下直接冷卻和脈沖冷卻。對于脈沖冷卻技術(shù)，冷卻液的溫度設置在11度。建立這套模具的原則是間歇冷卻，如下程序：
（1） 模具所需的溫度是由間歇冷卻技術(shù)控制的。
（2） 當溫度超過設定的溫度時這個工具開始加熱。
（3） 繼續(xù)成型，間歇冷卻技術(shù)控制器可以使型腔表面溫度從開始成型一直保持穩(wěn)定。
在直接（傳統(tǒng)）實驗中有三個水加熱器，設定的溫度的達到方法是由水加熱器單獨控制直到達到三個傳感器的溫度。但是應該指出，這些傳感器用于正常的工業(yè)實踐中。收集了不同溫度下的由數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)收集到的溫度的十套模具。
圖4 A為PP在模具溫度為50度時采用直接冷卻時型腔壓力。B為為PP在模具溫度為50度時采用直接冷卻時澆口1和3（圖2中）附近的型腔表面溫度
機械測試
ISO標準的拉伸樣本建立在所有實驗拉伸速度都為交差的速度。圖5顯示的最大拉伸壓力（A）和拉伸模量的結(jié)果。從結(jié)果中可以看出，間歇冷卻和傳統(tǒng)冷卻拉伸模量的性能的差異不大。通常間歇冷卻技術(shù)中拉伸模量和最大應力值比傳統(tǒng)的要低。間歇冷卻和傳統(tǒng)冷卻的冷卻時間保持一致。
圖5 溫度從20度到50度的PP模具采用傳統(tǒng)冷卻和脈沖冷卻時最大拉伸應力（a）和拉伸模量（b）
結(jié)果與討論
聚丙烯樹脂：
PP模具溫度與冷卻時間變化的比較 如表（1），圖形形式如（6）所示。
值得注意的是，為了達到這個值，直接冷卻實驗的冷卻液溫度比所需模具溫度低。在成型過程中冷卻液溫度根據(jù)反應區(qū)溫度記錄而設置的，這種做法在工廠是不正常的。然而，在直接冷卻和PCT技術(shù)這個過程設定模具溫度是直接允許來做比較。
這些成型實驗所記錄的冷卻時間明顯證明脈沖冷卻比直接冷卻更有效率。其主要原因是 PCT技術(shù)的冷卻液溫度比直接冷卻技術(shù)來的低。因此，模腔冷卻液和直接冷卻最佳溫度比較，證實PCT技術(shù)更有效率。
圖6 采用傳統(tǒng)冷卻和脈沖冷卻時的冷卻時間及模具溫度
圖7顯示的是模具澆口對面溫度傳感器的接收的平面圖。這些曲線給出確切的成型測量周期，并顯示型腔溫度為50度的PP注射模中，PCT技術(shù)的成型周期比傳統(tǒng)的成型周期縮短22%。
圖6證明在溫度變化范圍，PCT技術(shù)的成型周期最佳效率在模具溫度的最低處，而當模具溫度超過55度是就沒有什么意義了。出現(xiàn)這一現(xiàn)象的原因是，當模具溫度升高時，由于對流、輻射和傳導，模具中熱量損失比例可能會增高。因此大量的熱供到樹脂成型模具傳導給周圍環(huán)境熱量比低溫模具來的多。所以采用PCT技術(shù)要求減少模具溫度的增加。模具溫度最終將不變當樹脂成型模具熱供給與成型過程環(huán)境熱量損失相持平。圖6表示這個研究中在溫度為60度時，PP混合物模具成型的情況。
它也預計PCT的效益將減少當PCT冷卻液溫度保持在11度但模具溫度卻降低。其原因是直接冷卻方法中冷卻液的溫度和PCT技術(shù)一樣，從而導致在PCT中使用冷卻劑比傳統(tǒng)方法的優(yōu)勢就不存在。我們應該可以恢復PCT技術(shù)在低模具溫度成型過程的優(yōu)勢如果冷卻液的溫度進一步降低。然而這個冷卻設備可能伴隨著凝結(jié)問題。
圖7模具表面溫度被設置成50度時傳統(tǒng)冷卻等脈沖冷卻成型周期的比較
聚丙烯復合導熱：
聚丙烯導熱的結(jié)果都顯示的圖8和圖9.圖8顯示在50度時稀釋的比純的PP節(jié)省冷卻時間60%。
圖8 在模具溫度為50度時Konduit-PP采用直接冷卻和脈沖冷卻的冷卻時間圖9在模具溫度為50度時填充有鋁的PP的直接冷卻等脈沖冷卻的冷卻時間的不同點
圖9顯示的是稀釋的結(jié)果，其表明直接冷卻和間歇冷卻的差異隨著熱導率的增加而降低。
事實上在整個過程中傳統(tǒng)冷卻技術(shù)和間歇冷卻技術(shù)在稀釋過時的冷卻時間變化很小。這一結(jié)果意味著隨著熱導率的增加，冷卻液在冷卻系統(tǒng)中的冷卻作用變成了一個不太重要的因素。為了進一步解釋PP和鋁（最主要的添加劑）的導熱能力。從中表明，純的聚丙烯的熱量比稀釋過的多8%?，F(xiàn)重要的是稀釋過的導熱系數(shù)約為純聚丙烯的5.5倍。所有的結(jié)果表明如預期，稀釋過的散熱速度會明顯比純的聚丙烯快（約5.5倍）。從成型試驗結(jié)果表明，稀釋過的冷卻時間比純的聚丙烯約少4倍（圖8所示）。圖9表明在50度時，PP中導電填料（鋁）的體積分數(shù)對傳統(tǒng)冷卻技術(shù)和間歇冷卻技術(shù)的影響。因此人們相信，隨著導電填料的增加熱量的散發(fā)增加最終將變得太快而使得間歇冷卻無法有效地做出反應。這在圖10中進一步表明從其他實驗模具中得到結(jié)果。事實上傳統(tǒng)的冷卻技術(shù)和間歇冷卻技術(shù)在稀釋過的冷卻時間在整個成型溫度范圍變化很小
圖10 Konduit-PP復合材料的冷卻時間及模具溫度：對純凈的Konduit可以看出采用直接冷卻和脈沖冷卻的冷卻時間幾乎沒有變化
結(jié)論是：PP成型中間歇冷卻將有時間比傳統(tǒng)的冷卻技術(shù)更加有效地散熱，但是稀釋過的散熱率太快以至這種優(yōu)勢不能成為優(yōu)勢。
必須指出，控制傳感器的位置在模腔表面下21毫米。如果這個距離可以減小使間歇冷卻控制器的反應時間減小而且間歇冷卻的反應也將變得比這個實驗的記錄更加明顯。
填充滑石粉的聚丙烯：
圖11和圖12表明了填充有滑石粉的聚丙烯的實驗結(jié)果。冷卻時間的趨勢和konduit化合物的趨勢相似。雖然上一節(jié)中所說的填充的導電化合物的金屬的效果沒有如預期那樣，但是填充物的增加還是使得冷卻時間減短。填充了30%的質(zhì)量的滑石粉的PP的冷卻時間比純PP的減少40%。圖11結(jié)果表明，填充了了10%的滑石粉的PP在用間歇冷卻技術(shù)時不順應這一趨勢。所有的實驗的結(jié)果都是相同的。對于這種情況在本項目中是無法給出解釋的。然而同時證明，關(guān)于導熱系數(shù)滑石片具有較高的各向異性。然而依然很難解釋填充了滑石粉顆粒的各向異性的結(jié)果。
圖11填充有滑石粉的PP的在模具溫度為40度時直接冷卻和脈沖冷卻的冷卻時間
圖12填充有滑石粉的PP的冷卻時間及模具溫度
聚碳酸酯：
圖13顯示了聚碳酸酯的結(jié)果。它顯示出隨著模具溫度的增加冷卻時間也相應地變長。對于PP的話，間歇冷卻和傳統(tǒng)冷卻之間的比較差異比較小。對于PP實驗，有個事實可以證明熔體提供給模具的溫度在高溫時比在低溫時散發(fā)到周圍的熱量比例更高。跟傳統(tǒng)冷卻技術(shù)相比，在80度時對于樹脂化合物間歇冷卻技術(shù)在整個循環(huán)時間沒有明顯的優(yōu)勢。但也有其他的好處，間歇冷卻技術(shù)將提供給所有的冷卻液更好的條件，這將在下一節(jié)中討論。
圖13在不同溫度時聚碳酸酯采用直接冷卻和脈沖冷卻的比較
間歇冷卻技術(shù)的其他好處
傳統(tǒng)冷卻中沒有的間歇冷卻技術(shù)提供的其他好處跟模具的生產(chǎn)和整個系統(tǒng)的效率有關(guān)。據(jù)指出傳統(tǒng)的方法在本文中不能作為一個系統(tǒng)但是在工業(yè)行業(yè)中卻是十分正常的。這個安排使用的是三個獨立的溫度控制單元。為了有效地運行控制器控制的傳感器必須在這個位置安裝有間歇冷卻的單元。隨著模具中溫度區(qū)域的增加傳統(tǒng)冷卻的獨立冷卻單元將變得更加不切實際。然而間歇冷卻控制器對于大量的溫度區(qū)域也可以變得很緊湊。
間歇冷卻也被期待成比傳統(tǒng)冷卻更加有效率。這個的基礎是基于傳統(tǒng)冷卻一直不變的冷卻液而間歇冷卻僅僅工作于間歇性的冷卻液的這個原則。另外一個關(guān)于間歇冷卻技術(shù)“增強聚合物加工程序”表明用間歇冷卻技術(shù)將比傳統(tǒng)冷卻技術(shù)節(jié)省23%的能量。
結(jié)論
從上面的研究中可以得出以下結(jié)論。
1.間歇冷卻技術(shù)可以比傳統(tǒng)冷卻技術(shù)減短成型周期。在模具50時，PP材料用間歇冷卻技術(shù)將減少22%的時間。
2.間歇冷卻技術(shù)可以縮短時間的原因是間歇冷卻技術(shù)的冷卻液的溫度可以明顯地低于傳統(tǒng)冷卻技術(shù)。
3.間歇冷卻技術(shù)可以提供比傳統(tǒng)冷卻技術(shù)更加緊湊的設備。用間歇冷卻控制器時，一個中央冷卻單元可以讓多個成型裝置工作?？刂破魈峁┩瑯拥臏囟葏s可以控制設定成不同溫度的模具。
4.作為一個單獨的模具輔助工具間歇冷卻已被證明比傳統(tǒng)冷卻更加有效率。這個效率可以時一步地被利用因為一個單一的間歇冷卻控制器對于相同的成型機器可以控制多個冷卻工具而傳統(tǒng)的冷卻卻需要一個復雜的控制器。
5.跟傳統(tǒng)冷卻相比間歇冷卻的好處減少模具溫度的升高和聚合物中添加的導電材料。然而我們相信如果間歇冷卻控制器的傳感器的位置被制造成更加接近模具表面的話間歇冷卻的效果將得到加強。
6.在本實驗中用間歇冷卻和傳統(tǒng)冷卻在機械性能方面沒有明顯的區(qū)別。
致謝
作者在此感謝EPSRC為建立在布魯內(nèi)的布拉德福德皇后大學的“增加聚合物程序”而提供的財政支持，筆者還要感謝John Guest Ltd, UK設計和制造模具工具，Rowland Evans of R. E. Promotion Services Ltd, UKBradford University 和 Queens University Belfast在在間歇冷卻技術(shù)上的技術(shù)合作。
參考文獻
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9. A. L. Kelly, P. D. Coates and R. Evans: Proc. Ann. Tech. Conf.,
Chicago, IL, USA, May 2004, SPE.
任 務 書
1．畢業(yè)設計的背景：
注射成型具有成型周期短、能一次成型形狀復雜、尺寸精確、帶有金屬嵌件或非金屬嵌件的塑料制件，生產(chǎn)率高，易實現(xiàn)自動化生產(chǎn)。實際生產(chǎn)中有32%的塑料制品都是利用注射機注射成型的。我國的注塑模具起步比較晚，與國外相比有相當?shù)牟罹唷，F(xiàn)階段，注塑模的設計制造與以往有了長足的進展，學好三維軟件能夠使企業(yè)跟上國外注塑模具的發(fā)展。
2．畢業(yè)設計(論文)的內(nèi)容和要求：
畢業(yè)設計的主要內(nèi)容：
分析塑件制品的工藝性，選擇注射機并校核，確定分型面及型腔數(shù)目，設計型腔型芯的形狀并計算模板的厚度，設計流道系統(tǒng)和推出機構(gòu)，設計模具的冷卻系統(tǒng)，選擇模架、模具零件的制造。
畢業(yè)設計的要求：
1.與課題有關(guān)的外文文獻翻譯不少于5000漢字；
2.設計說明書的字數(shù)不少于20000字，圖紙總量不少于3張A0圖紙
3.主要參考文獻不少于15篇（包括2篇以上外文文獻）
3．主要參考文獻：
[1]夏江梅主編.塑料成型模具與設備.機械工業(yè)出版社,2005.
[2]張維合主編.注塑模具設計實用手冊.化學工業(yè)出版社,2011.
[3]張孝民主編.塑料模具技術(shù).機械工業(yè)出版社,2003.
[4]付偉主編.注塑模具設計原則、要點及實例解析.機械工業(yè)出版社，2010.
[5]葉久新，王群主編. 塑料成型工藝及模具設計.機械工業(yè)出版社,2008
4．畢業(yè)設計(論文)進度計劃(以周為單位)：
第1、2周 調(diào)研實習，查閱文獻，整理收集資料。明確課題任務，完成開題報告和外文翻譯
第3、4周 對塑件進行工藝性分析、選擇注射機、理解注射工藝參數(shù)，確定分型面、型腔的數(shù)目、型腔型芯的確定，選擇合適的模架、設計澆注系統(tǒng)，確定脫模方式，確定冷卻系統(tǒng)
第5-10周 繪制裝配圖和零件圖
第11、12周 編寫設計說明書
第13周 整理設計資料，完善并提交設計成果，準備答辯。
教研室審查意見：
室主任簽名： 年 月 日
學院審查意見：
教學院長簽名： 年 月 日
摘要
本課題主要是針對塑料制品的模具設計,通過對塑件進行工藝的分析和比較,最終設計出一副注塑模。本課題以產(chǎn)品結(jié)構(gòu)工藝性，模具的整體結(jié)構(gòu)為基礎，根據(jù)模具鑄造系統(tǒng)、頂出系統(tǒng)、模具成型部分的結(jié)構(gòu)、冷卻系統(tǒng)、注塑機的選擇以及相關(guān)參數(shù)的核查、皆有詳盡計算，并且簡單的設計了模具的加工工藝過程。經(jīng)過該設計過程證明此模具能夠滿足塑件所需求的加工工藝。依據(jù)題目設計的主體要求是注塑模具的設計。即設計出一副注塑模具以達到能生產(chǎn)塑件產(chǎn)品的目的，從而實現(xiàn)自動化增加產(chǎn)能。對于具體結(jié)構(gòu)，所設計的模具減少了制造周期。該設計因塑料模具制造而設計，它有條理的闡釋了該塑料模具具體到每一個零部件的加工工藝過程以及整套模具的組裝與使用，它包括選擇注塑機的各種參數(shù)，零件的加工方法，注塑模具的組成，涉及的計算問題以及特殊加工技術(shù)。在這個模具構(gòu)設過程中，使用基于計算機的繪圖軟件繪制了相關(guān)零件圖和裝配圖。
關(guān)鍵詞 模具；注射模；塑料
Abstract
This topic is mainly aimed at the mold design of plastic products, through the analysis and comparison of the plastic parts, the final design of an injection mold. This topic to product molding process, the overall structure of the mould as the foundation, based on the mould gating system, ejection system, mold molding part of the structure, cooling system, the selection of injection molding machine and related parameters of verification, have detailed calculation, and simple design of mould machining process. The design process proves that the mould can meet the requirements of the plastic parts. According to the subject design the main requirement is the injection mold design. The design of a plastic injection mold to achieve the purpose of producing plastic products, thus realizing automation to increase production capacity. For the specific structure, the designed mold reduces the manufacturing cycle. The design for plastic mold manufacturing and design, the plastic mold is illustrated it organized specific to each of the parts processing process as well as the whole set of mold assembly and use, including the selection of injection machine of various parameters, spare parts processing method, the calculation problem of the injection mould structure and the involved, special processing technology and so on. In this mold design, the computer drawing software is used to draw the relevant parts drawing and assembly drawing.
Keywords mould injection mould plastic
44
目 錄
摘要 I
Abstract II
1 緒論 1
2 塑件的分析 2
2.1塑件結(jié)構(gòu)分析 2
2.1.1 塑件形狀分析 2
2.1.2 塑件視圖 2
2.1.3脫模斜度 2
2.1.4塑件壁厚 3
2.1.5 加強肋支撐面 3
2.1.6 圓角 3
2.1.7 尺寸精度分析 4
2.2 塑件材料的選擇與工藝性分析 5
2.2.1 工藝性分析 5
2.2.2 材料的選擇 6
2.2.3 塑料的成型工藝 6
2.3 熱塑性塑料產(chǎn)生的質(zhì)量缺陷及產(chǎn)生原因 7
3 注塑機的選擇與校核 10
3.1 注塑機的選擇 10
3.2 注塑機的校核 10
4 分型面系統(tǒng) 12
4.1 型腔的確定 12
4.2 分型面的確定 13
5 澆注系統(tǒng) 15
5.1 澆注系統(tǒng)的功能 15
5.2 主流道的設計 16
5.3澆口的設計 17
6 成型零件設計 19
6.1成型零件的結(jié)構(gòu)設計 19
6.2成型零件工作尺寸計算 20
7 頂出系統(tǒng) 23
7.1 脫模機構(gòu)的選用原則 23
7.2推桿設計 23
7.3 脫模力的計算 25
8 溫度系統(tǒng). 27
8.1 模具溫度對制品質(zhì)量的影響 27
8.1.1 模具溫度對模塑周期的影響 27
8.1.2 模溫調(diào)節(jié)系統(tǒng)的選用原則 27
8.2 冷卻系統(tǒng)的設計 28
8.2.1 設計原則 28
8.2.2 冷卻時間的確定 28
9 排氣系統(tǒng) 29
10 導向系統(tǒng) 31
10.1 導柱導向機構(gòu) 31
10.2 導向孔、導套的結(jié)構(gòu)及要求 31
10.3 導柱布置 31
結(jié)論 32
致謝 33
參考文獻 34
1 緒論
在中國的經(jīng)濟發(fā)展中，模具制造身為工業(yè)生產(chǎn)基石的一員，它的作用是當代人不可忽視的，提高中國的模具工業(yè)技術(shù)水平更是當代人的責任。隨著人們投入越來越多的關(guān)注的眼神，加快和提高模具生產(chǎn)的技術(shù)水平和速度刻不容緩，這樣才能更好更快的增強中國在世界模具設計和制造領(lǐng)域的競爭力。
在中國“十三五”規(guī)劃中，確認了模具制造技術(shù)對中國基礎工業(yè)領(lǐng)域的重要意義。同時作為一種特殊的工藝裝備，它主要生產(chǎn)一些提供給大型工業(yè)產(chǎn)品的相關(guān)零件，這些零件多使用批量大且消耗快，大多機器設備部件都需要用到模具制造技術(shù)，它與很多產(chǎn)業(yè)都有密切的關(guān)系，要想快速發(fā)展制造業(yè)及有關(guān)行業(yè)和技術(shù)，優(yōu)良的技術(shù)，充足的資金是萬萬不能缺少的。它的生產(chǎn)需要精密的制造技術(shù)、高超的計算機水平、優(yōu)良的智能控制和達到綠色生產(chǎn)的目的。同時模具也是一種高科技產(chǎn)品.因為利用模具制造可以高批量生產(chǎn)，制造出的產(chǎn)品替換性非常高，且對能量、材料的利用率非常高，所以盡管它對精度要求比較高，制造過程相對復雜;，但是卻愈加變得受到中國各工業(yè)部門的重視，被廣泛應用于機械、電子、汽車、信息、航空、航天、輕工、軍工、交通、建材、醫(yī)療、生物、能源這些工業(yè)生產(chǎn)中。模具制造業(yè)為中國創(chuàng)造了巨大的經(jīng)濟效益，促進了中國國防現(xiàn)代化的發(fā)展，同時在高端技術(shù)服務領(lǐng)域中也作出了顯著地貢，模具制造業(yè)更是一種節(jié)能環(huán)保的產(chǎn)業(yè)。工業(yè)如果要想進步，模具制造業(yè)就要先邁出一步，不能制造出更加高科技的的模具就不可能得到更精美的工業(yè)產(chǎn)品。如今，模具技術(shù)的發(fā)展狀況已經(jīng)成為了一個國家制造業(yè)水準的重要指標，同時也是保證中國趕超發(fā)達國家的一個不可或缺的重要項目。通過對中國現(xiàn)今模具技術(shù)的觀察，可以看出，與那些發(fā)達國家相比，中國仍然有十多年的差距要追趕。比如，很多高超的模具中國依然無法制作，所以只能大量進口，浪費了巨額資金。所謂落后就要挨打，中國的很多產(chǎn)業(yè)發(fā)展都受到了制約，如一些高級汽車、精度更高的鋼制品、軍用武器設備、相關(guān)電子產(chǎn)品等等。由此可見，大力促進模具制造業(yè)技術(shù)的進步乃是中國目前的重中之重。
? 在世界層面上，工業(yè)化國家勞動力成本持續(xù)增加; 為了節(jié)省成本，擴大利潤，這些發(fā)達國家不得不持續(xù)不斷的將模具制造輸送到發(fā)展中國家特別是中國這樣已經(jīng)有良好的技術(shù)水準的國家。這樣外國公司就會不停的向中國采購模具，那么中國也不妨乘此機會分一杯羹?？偠灾?，“十三五”期間對模具市場持樂觀態(tài)度; 模具行業(yè)前景一片大好.當然，中國也必須看到本國的勞動成本也在持續(xù)拔高，之前的優(yōu)勢變得愈來愈小。又因為中國的創(chuàng)新能力薄弱，在這方面的高端領(lǐng)域的底蘊缺乏，所以對模具制造的重視決不能放松
在飛速發(fā)展的當代，世界模具行業(yè)的發(fā)展已經(jīng)超越了不斷上升的電子行業(yè)，使模具工業(yè)基本具有高新、準確、利潤高等特點，因此受到廣泛贊頌。在工業(yè)界，模具被譽為工業(yè)產(chǎn)品之母，所有工業(yè)制品皆是依靠模具才能得以批量生產(chǎn)進而得以快速發(fā)展。由此可見模具行業(yè)對世界各國的重要性，又在工業(yè)界具有怎樣的顯赫地位。在衡量一個國工業(yè)制造水平時，模具技術(shù)在其中又起到怎樣的指示性作用。
2 塑件的分析
2.1塑件結(jié)構(gòu)分析
2.1.1 塑件形狀分析
該塑件構(gòu)造相對簡易，外表平滑.塑件構(gòu)造工藝性直接關(guān)聯(lián)到模具具現(xiàn)后的類型、結(jié)構(gòu)、生產(chǎn)周期與成本。不能達到模塑成型工藝要求塑料部件設計就無法成形，不能確保內(nèi)在與外觀品質(zhì)，促成塑料部件的高效生產(chǎn)和保持低成本的目標。
2.1.2 塑件視圖
圖 2 1 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)圖
2.1.3脫模斜度
由于產(chǎn)品在逐漸冷卻后會收縮，它將牢固地纏繞在芯部中心或線條的凸出部分周圍，因此如果要使塑料部件可以方便地從模具中取出或釋放，那么，有必要設計合理的零件拔模角度，以便在塑料零件制造和模具設計達到充足的考量。設計出合理的拔模角度。當前模具設計尚沒有準確的計算公式，所以就需要依靠先輩遺留的經(jīng)驗資料。塑料的類別與塑料零件的拔模角度、塑料零件形體和模具構(gòu)成皆有所關(guān)聯(lián)，通常選擇0.5°，最小大概為15~ 20分。下表為幾種普遍取用的脫模斜度：
表 2 1幾種塑料的常用脫模斜度
制品
斜度
聚酰胺通用
聚酰胺增強
聚乙稀
聚甲基丙稀酸甲脂
聚丙烯
聚碳酸脂
ABS塑料
脫模
斜度
型腔
20′-40′
20′-50′
20′-45′
20′-40′
25′-45′
35′-1o
35′-1o3′
型心
25′-40′
20′-40′
20′-45′
0′-1o
20′-45′
30′-50′
35′-1o
2.1.4塑件壁厚
在生產(chǎn)制造中，塑料產(chǎn)品必須有合理的的厚度，這既使得塑料制品自身在利用過程中有充足的剛度和強度，而且還允許塑料在模制過程中具有相對良好的流動形狀。
因為塑料材料性能、使用要求、成型工藝以及塑件幾何尺寸等眾多原因的限制，依據(jù)成型工藝的需求，塑件壁厚應該在最大程度上使制件各部位壁厚均勻，防止有的地方太厚又或者有的部位太薄，不然則會造成成型后制件因為收縮不平均而使塑件產(chǎn)生縮孔或變形，填充不足或者凹陷燒傷等瑕疵。除此之外還規(guī)定熱塑性塑料的厚度必須處于1mm—4mm之間，太厚則會生出空氣和瑕疵，與此同時也不利于降低溫度。
2.1.5 加強肋支撐面
為了避免因塑料件截面壁過厚，而產(chǎn)生成型瑕疵，同時合理的加強塑件得強度和剛性，在這種情況下，技術(shù)人員通常的做法是在塑料制品的某些地方合理的位置恰當設置增強肋，又或者添加一些起穩(wěn)固效果的部件。有增強效果的肋不只可預防零件扭曲，而且對塑料零件模塑在腔體內(nèi)完美成型有改善效果。此外，增加了加強肋后，或許會出現(xiàn)背部凹陷，但如果位置設置合理，壁厚均勻，就可以避免這種情況發(fā)生。
2.1.6 圓角
為了提高塑料零件的部分或全部零件的機械強度，以便在模塑過程中改善塑料零件的頂出和脫模并且有助于模腔中的塑性流動條件，因此，角落和角落周圍的塑料部件是圓形的。因此，使用塑料部件不僅需要使用銳角或無法形成圓角，而且還要嘗試選擇圓角特征。塑件上選擇這種方式還能夠使制成的塑料零件得到增強，避免成型塑料零件加熱時或者在機器運轉(zhuǎn)中受到壓力而損壞的問題。根據(jù)塑件的產(chǎn)品圖表明：該產(chǎn)品清晰地被圓形特征包圍，其最大圓角特征R=1mm，其最小圓角特征r=0.3mm
根據(jù)理論得出，塑件的邊緣圓角特征與塑件壁厚存在著以下關(guān)系：
圖 2 2 圓角特征與壁厚關(guān)系圖
圖 2-3 張力集中與邊緣修飾圖
P——外力負荷，T——厚度，R——圓角半徑。
因為圖2-3可以得出：圓角會影響塑料部件。所以圓形倒角最好讓制件壁不受到影響，并讓塑件都有相同的厚度，對于產(chǎn)品圖季表示了其圓角，另外因為塑件受到應力的影響，它的外觀需要適應模具設計和制件的構(gòu)造，所以，得到了如c03所示的圖紙來來構(gòu)造相關(guān)零件，而不是尋找其他的解決辦法。
2.1.7 尺寸精度分析
一般情況下塑件的尺寸精度指制造完成后其得到的塑料零件尺寸和CAD圖紙中大小是否保持一致。通常來說，塑料因工藝條件和材料引起的塑料收縮率范圍大小，型腔型芯的磨損程度、模具制造精度、工藝控制等因素來決定塑件尺寸精度。然而塑件的尺寸精度又在相當大程度上被模具的某些結(jié)構(gòu)特點所影響。所以，塑件的尺寸精度應最大程度選擇的小些。由于沒有圖紙沒有給出明確的要求，那不妨選擇IT10級精度。IT8=0.72mm.
對于此值可在下表查知：
表 2 2精度等級選用推薦值：
類別
塑料品種
建議采用的等級
高精度
一般精度
低精度
1
PS
3
4
5
ABS
聚甲苯丙烯酸甲脂
PC
PSU聚砜
PF
氨基塑料
類別
塑料品種
建議采用的等級
高精度
一般精度
低精度
1
30％玻璃纖維增強塑料
3
4
5
2
聚酰胺6.66 610 9.10 10
4
5
6
氯化聚乙醚
PVC硬
3
POM
5
6
7
PP
PE低密度
4
PVC
6
7
8
PE高密度
因為無明確的塑料零件相關(guān)規(guī)格，查表3-2取4-5級精度。
2.2 塑件材料的選擇與工藝性分析
2.2.1 工藝性分析
塑料的重要成分是以高分子量的樹脂組成。因此，它在特定的壓力和溫度條件范圍內(nèi)是塑性的，并且可以流動變形，之后它被模制成成品。在某些使用條件下，良好的材料可以保持尺寸和形狀，并且具有特定的性能要求。由化學知識可知道合成樹脂是通過加聚或縮聚反應而形成的，因此又被稱為聚合物或稱高聚物。塑料是以單體為原料，可以隨心意改變成分以及形體樣式，此外，為了改進塑料的性能，還要在高分子化合物中添加各種輔助材料，如填料、增塑劑、潤滑劑、穩(wěn)定劑、著色劑、抗靜電劑等，才能成為性能良好的塑料。塑料具有：1.質(zhì)量輕；2.電絕緣性能好；3.化學穩(wěn)定優(yōu)越；4抗潮濕性、耐酸堿腐蝕性 5.抗摩擦、優(yōu)異耐磨性，良好的自潤滑性；6.比強度高；7.光學性能好；8.成型加工方便；9.著色性能較強；10.粘結(jié)性能好； 11.導熱率低的特性。然而在當前塑料的利用中，卻也有一些不可忽視的問題，使塑料的利用受到制約。例如，塑料的機械強度通常不如金屬產(chǎn)品的機械強度。塑料不耐氯化烴（四氯化碳）溶劑，芳香烴如（苯）溶劑等。塑料比金屬或其他非金屬材料對溫度更敏感，因此塑料使用的溫度范圍要比其他材料窄得多。如果塑料長時間受壓即使溫度不高，其形狀也會逐漸產(chǎn)生“蠕變”。塑料零件這種逐漸發(fā)生的塑料流動目前不可控且無法回復如初的，致使塑件尺寸精度缺失?？梢姡谶x取塑料時必須要慎重。
2.2.2 材料的選擇
該塑件選取的材料為：聚丙烯（PP），是一種熱塑性材料。。PP 是一種半結(jié)晶性材料。相比PE較為堅硬而且有更高的熔點。因為聚合物PP 溫度高于零度時非常容易折斷，所以大多商業(yè)的PP 塑料是加入1%~4%乙烯的沒有規(guī)律的聚合物質(zhì)或者加大乙烯含量的鉗段式聚合物志的比重。高聚合物質(zhì)PP具備非常小的熱扭曲溫度(100*C )、不夠明亮、不夠通透、易折斷,可是它對瞬間壓力的抵抗很強。隨著乙烯含量的增加，PP的強度也隨之增強。PP 的維卡軟化溫度為150*C。因為PP的結(jié)晶度很高，且它不易有劃痕和外面也不算很脆。PP更不會很容易出現(xiàn)表面開裂。一般情況下，選取添加金屬添加劑、玻璃纖維、熱塑橡膠等物質(zhì)來改變PP的物理特性。PP的流動率MFR范圍在1～40。低MFR的PP材料瞬時抗壓能力很好，但是這種狀態(tài)下它不容易拉伸。對于一樣類型MFR的材料，一般高聚合式的剛度比平均聚物型的要高。因為結(jié)晶，PP的收縮率比較高通常為1.8%～2.5%。并且收縮的相對均勻性比PE-HD等材料好得多。只有添加30％的玻璃添加劑才能將其收縮率降低至0.7％。PP材料獲得簡單，合成工藝相對容易、價格低、密度小、加工成型容易。相比較于高聚乙烯，其拉伸性、壓縮性等都非常好，并且它很硬且韌性非常好，除此之外還有優(yōu)良的導電惰性和耐腐蝕性。PP也有缺陷，比如溫度很低時，很容易因為瞬時壓力損壞，且制成后收縮狠多，扭曲變形所需加熱溫度不夠，不過能夠通過添加輔助物質(zhì)改善。
它主要的成形特性如下：
1.不容易吸水，不易結(jié)晶，加熱時會損壞，倘若和溫度高的金屬制品接觸很容易分解。
2.流動性好，溢流量約0.003mm。
3.由于溫度降低很快，冷卻系統(tǒng)和澆注系統(tǒng)的散熱速度應該很慢。
4.制成后縮小比率很多，縮小涉及的位置也很多，易發(fā)生縮孔、扭曲、凹陷、方向性強。
2.2.3 塑料的成型工藝
表 2 3聚丙烯成型條
塑料名稱
聚丙烯
料筒溫度（℃）
后段
160～170
中段
200～220
前段
180～200
縮寫
PP
注射壓力（MPa）
70～120
注射成形機類型
螺桿式
注射時間（s）
0～5
密度（g/cm3）
0.90～0.91
保壓時間（s）
20 ～60
比容（ml/g ）
1.92
冷卻時間（s）
15～50
收縮率（% ）
1.0～2.5
總周期（s）
40～120
噴嘴溫度（℃）
170～190
螺桿轉(zhuǎn)速（r/min）
48
干燥
溫度（℃）
70～85
適用注射機類型
螺桿式
柱塞式均可
時間（h）
2
模具溫度（℃）
40～80
后處理
無
2.3 熱塑性塑料產(chǎn)生的質(zhì)量缺陷及產(chǎn)生原因
表2-4加熱變熱塑料常見外部瑕疵及為什么產(chǎn)生
制品表觀缺陷
產(chǎn)生的原因
塑料零件件有缺
1. 注料量不充足，填充物質(zhì)不充足和素化不完美；
2. 出料口、裝料桶及模具溫度不夠高；
3. 注入壓力太低；
4. 注入速度s過慢或過快；
5. 進入口徑或流途不夠大，進料口數(shù)量太少，定位不合理；
6. 飛邊溢料過多；
7. 塑料零件壁不厚，結(jié)構(gòu)不夠簡單并且表面積過大；
8. 原料的流動性能不夠好，且水所占比例過多比和所含揮發(fā)物質(zhì)很多
制品外圍飛
邊太大
1.型面接觸部位不貼合，還有距離，模具芯和塑件腔有些2.地方滑動部件間距太大；
3.模具剛性和強度差；
4.噴嘴、料桶及模具溫度過高；
5.注入時所受力很大、鎖模裝置不佳或緊鎖模力度不夠，6.進料的定態(tài)模板和動態(tài)模板不平行；
7.原料具有過大的流動性；
8.加料量太多
制件有氣泡
1.物質(zhì)干燥質(zhì)量太差，存在許多揮發(fā)物或水分
2.材料所處溫度高，塑料發(fā)生降解、分解，加熱時間過長；
3.注入速度過快；
4.注入壓力過小；
5.模具溫度不夠高，會出現(xiàn)真空氣泡；
6.模具排氣不良
塑件凹陷
1.投入料量不夠；
2.所用物質(zhì)溫度太高，模具溫度也太高，冷卻時間不夠；
3.塑件構(gòu)設不夠完美，壁過厚或有些地方不一樣厚
4注入和恒壓時間過少；
5.注射壓力不夠；
6.注入速度過快；
7.進料口方位不當，不方便于供料；
塑件大小不精確
1.注射機的電力，液壓裝置不完善；
2不能保持平均加料；
3.不均勻的塑料顆粒，不穩(wěn)定的收縮率；
4.不能保證制件過程中所處環(huán)境不變，制件所需時間一樣；
5.進料口不夠大，而且不能保證當多腔時每個塑料入口口徑相同，注射塑料忽大忽小
6.不能保證良好的模具精度，穩(wěn)定的活動零件，準確的定位；
塑件粘模
1.入料時所受力很大，入料時間忽長忽短；
2.模具溫度過高；
3.進料口尺寸過大或定位不當；
4.模腔表面不夠平滑或者有劃痕；
5.脫模斜度過小，不方便脫模；
6.出位置設計不合理
接合痕跡
1.塑料溫度不夠高，所用物質(zhì)不容易流動
2.注料所受力不夠，入料時太慢；
3.進料口裝置太長，斷面太大，入料處的大小和形狀、定位不合理，流動時所受阻力過大；
4.復雜的塑件形狀，壁多薄；
5.設計不出合理的冷料穴
塑件外觀褶皺
1.所用物質(zhì)溫度不夠，出料口溫度不夠；
2.入料時所受壓力不足，入料太慢；
3.冷料穴設計不合理；
4.塑料的流動性過差；
5.設計不出的合理模具冷卻系統(tǒng)；
6.流道設計彎曲、狹小，表面不光滑
塑件扭曲
1.模的溫度不合理，降溫時間不足；
2.塑料零件構(gòu)建不完善，厚度不能保持一致，沒有良好的剛度；
3.不合理的嵌件分布，預熱不夠；
塑料分子的取向力過大；
4.模具被推出的地方不對，所受壓力分布不均勻；
5.保壓補縮不夠，冷卻不穩(wěn)定，不均勻的收縮量；
制品逐步脫皮
1.加入了互有干擾的物質(zhì)；
2.混亂了不同級別的同種塑料；
3.塑化混亂；
1.原料被污染或者有異物
3 注塑機的選擇與校核
3.1 注塑機的選擇
注射模具是加載在注射機上來發(fā)揮作用的設備，所以要想構(gòu)建出合理的注射模具，就必須對注射機相關(guān)參數(shù)有深度的了解，。
注射機參數(shù)的選取通常是根據(jù)塑料零件的體積以及型腔的多少和定位，在已知模具構(gòu)成和預先確定整體大小參數(shù)的基礎上，就模具參數(shù)相關(guān)的的注射量、桿間距、注射壓力、夾緊力、模厚度的極限值、推動長度、出來后的位置、噴射形式、開模位置等進行計算，依靠這些已知的相關(guān)技術(shù)參數(shù)，采用一臺合理的注射機，如果使用者給出了所需的參數(shù)，相關(guān)設計人員絕不能直接加以利用，必須代入公式加以驗證，如果數(shù)據(jù)不能合理匹配，就需要設計人員加以修正或者聯(lián)系使用者共同修正。
1.所需注射量的計算
（1）塑件質(zhì)量、體積計算:
根據(jù)已知的設計，構(gòu)設相關(guān)模型,并利用相關(guān)軟件加以分析得：
塑料制件體積V1＝18.976 ；
（2）對澆注系統(tǒng)的體積進行初步估計
它可以計算為塑料零件體積的0.6倍，即
V2= V1×0.6＝18.976×0.6=10.24cm3
（3）該模具一次注射所需要的PP
2.注射機型號的選定
隨著科技的發(fā)展，國內(nèi)注射機生產(chǎn)廠家新興機型越來越多，并且隨著需求增加中國從國外引進的注射機型號也逐漸增加。眾所周知，所用設備的技術(shù)參數(shù)和規(guī)格是注塑模具建造和生產(chǎn)所需的技術(shù)準備。
基于上述推理計算，可以得出結(jié)論： SZ-10/16型注塑機是首選。相關(guān)技術(shù)參數(shù)如下：
注塑機最大注塑量：770 cm3 噴嘴球面半徑：SR15mm注塑
注塑壓力：1600MPa 最小模厚：150mm
最大開距：360mm 注塑機定位孔直徑：Φ160mm
注塑機拉桿的間距：950×850mm 鎖模力：1250KN
3.2 注塑機的校核
（1）注射容量和質(zhì)量核查
由于以容量計算時.
Vtotal≤0.8V注 （3-1）
式中 V注——注射機容量最大值（cm3）；
V total——模制件和鑄造系統(tǒng)的總體積（cm3）;；
0.8——最大注射容量的利用系數(shù)。
所以注塑機符合注射容量和質(zhì)量要求。
（2）夾緊力，注射面積和腔數(shù)合模力應該滿足下式：
Fs≥Fz=P（nAx +Aj）= PA (3-2)
補充：
A——塑料零件和鑄造裝置在分型面上的投影面積總和
Ax——塑料零件形腔在模具分型面上的軸向投影面積
Aj——塑料零件鑄造系統(tǒng)在模具分型面上的軸向投影面積
Fz——脹模力
Fs——合模力
P——模腔壓力 取75MPa
由于 Fs=1250KN≥75×5220mm2 =391.5KN
所以注塑成型機符合合模力以及注塑面積和型腔數(shù)量的要求。
（3）檢查模具與注塑機裝配部分的相關(guān)參數(shù)
1）模具閉合后相關(guān)參數(shù)要與注塑成型機樣板數(shù)據(jù)和拉桿距離相匹配
模具的長×寬為300×350mm
故滿足要求。
2）模具閉合高度校核
模具實際高度 H模=391mm ；
注塑成型機最小閉合厚度 Hmin=150mm即 H模 > H最小；
故滿足要求。
3) 開模行程校核
此處所采取的注塑成型機的極限距離與模具寬度有關(guān)。注塑成型機的開模距離應該滿足：
S機-（H模- H最?。? H1＋H2+（5～10）mm (3-3)
即S機-（H模-H最小）> H1＋H2+（5～10）mm
故滿足要求。
式中: H1——推出距離，單位mm；
H2——包括鑄造系統(tǒng)在內(nèi)的塑料部件的高度，單位mm；
S機 ——注塑機最大開模行程。
4 分型面系統(tǒng)
4.1 型腔的確定
注塑成型模具的凹模數(shù)量，通常是一模對應一個腔，這是單件生產(chǎn)方式，當然也能是多腔，這是多腔生產(chǎn)方式，模具按凹模數(shù)量可以分為兩類：
(1) 單型腔模具
這種類型的東西只有一個型腔模具，一次制成一個零件。
(2) 多型腔模具
此種類型有兩個或兩個以上的凹模，可由一種模具制成多個完整塑件?，F(xiàn)在通常都是設計單層腔。當然也有雙層凹模模具，優(yōu)點是樣本面積維持穩(wěn)定的狀況下，能夠得到更多數(shù)量的塑件，增加更多的利潤。
選取模具凹模數(shù)量時，則需要考慮幾個相關(guān)問題：
（1） 塑件大小與設備的關(guān)系
制造非小型制品時，通常選取單層凹模。主要是顧及到材質(zhì)的充模流動性，需要保證物質(zhì)充塞凹模，除此之外考慮到設計更多凹模會使模具變得笨重，增加了模具的設計難度。中小型塑料件成型模具多模腔的建設，可以更好地實現(xiàn)設備和模具的功能，提高生產(chǎn)效率，節(jié)約經(jīng)濟成本。
（2）能夠自如合理的運用現(xiàn)有設備
最好優(yōu)先使用公司擁有的生產(chǎn)資源，如成型設備，使生產(chǎn)更經(jīng)濟。
（3）使塑料零件的精度更容易滿足
通常，當塑件對精度沒有太高的要求時，其對塑件成型工藝以及模具制造的控制要求也會降低。在這種情況下，腔的數(shù)量可以根據(jù)設備的性能進行計算和確定。 當塑料零件的精度過高時，如果腔體太多，產(chǎn)品質(zhì)量得不到保證，模具加工成本也會增加。 此外，空腔的數(shù)量越多，每個空腔的模制工藝條件的一致性越不能得到保證。
（4）不使模具結(jié)構(gòu)復雜化
對于一些形狀更復雜或精度更高的塑料零件，由于增加了一個凹模，模具結(jié)構(gòu)將變得更加復雜。與此同時，模具制造的準確性也增加了很多，因此在確定凹模數(shù)量時要同時考慮利潤，不能盈利的就應該舍棄。
（5）視塑件生產(chǎn)批量要求
當生產(chǎn)的塑料零件數(shù)量不多時，通常會建造單腔模具以節(jié)省成本。 當塑件的產(chǎn)量較大或較大時，模具的結(jié)構(gòu)必須滿足完成相應任務的能力。
（6）降低模具制造費用
模具制造成本是產(chǎn)品成本的重要因素。 過于復雜和精確的塑料部件，其模具的每個模腔都會增加很多加工成本，得不償失
綜述得知，影響型腔數(shù)目因素很多且雜亂無章，應該三思而行，不能犯一葉障目的錯誤
本模具的型腔布置圖如下：
圖 4 1 型腔布置圖
4.2 分型面的確定
將模具合理地劃分為兩個或者幾個相互獨立的重要部分，它可以確保當接觸面分離時， 塑料部件和鑄造系統(tǒng)可以從材料中取出，并且在成型時可以完全封閉。 這樣的接觸表面稱為分型面。分型面的選取與塑料零件在模具中的注塑定型方位、零件的制造技術(shù)和準確度、鑄造系統(tǒng)設計、排氣、擠出方式以及鑲件位置和形狀、模具制造、制作技術(shù)這些因質(zhì)所關(guān)聯(lián)，除此之外，為了保證零件的品質(zhì)、使塑件容易脫模和零件構(gòu)設更容易，所以在擬定分型面時必須統(tǒng)籌兼顧、慎重考慮，這樣，可以從多個選項中選擇最合理的計劃。
b.擬定模具的分型面時，一般來說必須考慮到下列基本原則：
(1)最大可能的在制品截面輪廓最大的部分設置分型面，這樣能夠使制品順利脫模
(2)最好在能讓零件表面保持美觀的地方選取分型面。
(3) 打開模具時，最好將塑料部件放在活動模具的側(cè)面，以便塑料部件能順利脫模。
(4)盡可能的使分型面選在能夠使零件定位在動模一側(cè)的位置，因為注塑成型機的推出裝置在動模一側(cè)，
(5) 精度要求較高的塑料零件的部分零件會因模具夾緊不準確而造成模具夾緊不準確，從而造成尺寸誤差。
(6) 在正常情況下，選擇分型面時，短邊應為側(cè)拉芯，芯拉或分型的長邊應放置在動模的開模方向上。由于通常的邊緣抽芯裝置的牽引的長度很小，
(7) 最好不要在分型面上使用復雜的形狀，設計盡可能簡單。
(8)如果將分型面作為主要的派氣位置，那么就必須將分型面設計在噴的尾部，方便排氣裝置排氣。
綜上所述，可以看到塑料件的分型面如下圖所示：
圖 4 2 分型面
5 澆注系統(tǒng)
5.1 澆注系統(tǒng)的功能
在注射模具構(gòu)設中鑄造系統(tǒng)的設計是非常值得重視的。作為一種完整的輸送通道，鑄造系統(tǒng)能夠引導物質(zhì)由注塑成型機出口射向模具凹模。它不僅能夠傳質(zhì)、傳壓，而且可以傳導熱量，能夠?qū)λ芗|(zhì)量產(chǎn)生非常大的影響。因此對澆注系統(tǒng)的設計必須慎之又慎，否則就會影響模具的工藝操作及其整體結(jié)構(gòu)。
為了獲得塑件表面外觀清楚、明朗，內(nèi)部質(zhì)量優(yōu)良的塑料產(chǎn)品，本人設計了能將塑料熔體流暢的充滿整個模腔深處的澆注系統(tǒng)。此外，還需要達到快速有序的填充過程，良好的排氣條件，由于小的壓力損失導致的熱量損失少， 以及澆注系統(tǒng)可以容易地從產(chǎn)品中分離或去除的條件。
（1）鑄造系統(tǒng)的構(gòu)成。
不管應用于哪種類型的注塑成型機模具，它的鑄造系統(tǒng)通常情況下由下四處構(gòu)成：
① 主通道 是指一端與噴射器的噴嘴接觸并且噴射器的噴嘴的出口到達流動通道的 入口并且另一端連接到流動通道的流動路徑的一部分它是塑料熔體通過的通道， 與注塑機噴嘴處于同一軸線上。
② 分流道 脫澆板下水平的流道或枝柱流道尾部到進料口的一段通道。分流道通常定位于分型面上，分流道截面形狀通常為圓形、半圓形、梯形、U形及長方邢等，因為這樣便于料液凝結(jié)脫模和加工。分流道的作用是使融化的塑料流淌。在單凹模模具中分流道是為了減少塑料流動的距離。多凹模模具中分流道主要用來調(diào)配塑料比例，一般分流道分為很多等級。
③ 進料口 進料口亦稱塑料進入口即處于分流道尾部與凹模進口之間狹小且短的一截通道。它能夠使熔融塑料更快的流入模腔內(nèi)，并致密的充塞凹模。它體積最小，但很重要，進料口大小、形狀及放置方位對制品成型后的品質(zhì)有很大影響。
④ 冷料穴 渣坑通常設置在主干道的尾部和轉(zhuǎn)輪的轉(zhuǎn)向點上。 它捕獲和儲存來自熔體前沿的冷材料。 冷料穴也常常起拉鉤凝料的作用。
（2）澆注系統(tǒng)設計原則
進料口位置的擬定，不能造成噴射和蛇形流動以及湍流和渦流，而且并且便于補縮和創(chuàng)造良好的排氣條件。
為了適應塑料的性質(zhì)，根據(jù)各種塑料不同的屬性來設計鑄造系統(tǒng)。
在生產(chǎn)數(shù)量很多時，在確保制成后品質(zhì)良好的基礎上來減少通道長度，以降低壓力損失，縮短充模時間而達到減少制成所需時間的目的。
熔融塑料流淌時會有摩擦力，為了減低摩擦力最好防止塑料直接沖擊某些重要部位。
澆注系統(tǒng)易于使用且易于去除聚集體，并且易于在進料口分離或移除塑料部件，并且易于翻新，而不會影響產(chǎn)品的外觀。
熔接點的位置必須正確布置，如有必要，可配置冷材料或閃蒸罐。
盡量減少澆注系統(tǒng)的用料量。
進料口系統(tǒng)必須嚴格按照要求達到一定的精度和粗糙度，其中進料口必須具有IT8以上的精度。
當在一個模具中形成多個腔體時，每個腔體的體積應該保持一致，否則難以保證產(chǎn)品的質(zhì)量。。
根據(jù)制品的大小、長得樣子、厚度、工藝手段等無問題，綜合所 選分型面，同時考慮鑄造系統(tǒng)的狀況、入料口多少等。
5.2 主流道的設計
在鑄造系統(tǒng)中，塑料熔體從注射機噴口與模具之間的連接處到澆道的流動路徑稱為主通道。通常情況下熔體最先流過此部分。在臥式注射機中主流道與分型面互相垂直，以便容易拿出凝料，主流道通常為圓錐形和定位在主流道襯套（進料口套）中，為了容易注射，主流道起始部位的球面應該比注射機的噴嘴圓弧直徑大2～4mm，防止主流道口部堆積凝料而不利拔模，大多將主流道小端直徑設計的比噴嘴孔直徑大0.5～1mm。除此之外，進料口套主流道大端直徑D最大可能的選取得小一點。D值不能取得太大，否則模腔內(nèi)部壓力對進料口套的反作用力也會按照一定比例增加，當反作用力達到一定值時，進料口套就會從模體中彈出。
如下圖18所示為主流道各部尺寸：
圖 5 1 主流道
按照前面所選取的注射機的參數(shù)和設計要求主流道各部分尺寸計算如下：
a) 主流道設計為圓錐形，錐角為2°?6°，流道壁表面粗糙度Ra =0.63μm。且加工時應沿道軸向拋光。
b) 凹坑半徑R2的半徑比注射機的噴嘴球半徑R1大1~2mm;球面凹坑深度3~5mm;主流道初端孔徑d比注射成型機的噴口孔直徑大0.5~1mm;一般d=25~5mm。
c）主通道的末端是無圓角的圓角，圓角半徑r=1~3mm。
d) 主通道長度L最好小于60毫米，最長不得超過95毫米。
e) 主通道通常安裝在可拆卸的主襯套上; 其材料常用T8A，熱處理淬火后硬度53~57HRC。
5.3澆口的設計
模具構(gòu)建時，進料口方位的擬定和參數(shù)的確定十分嚴格，經(jīng)過初步試模后通常還好再次修改以提高進料口尺寸精度，因為進料口位置的選擇對塑件成型性能及質(zhì)量影響非常大，因此不管采用何種進料口，合理選擇進料口的構(gòu)建位置是提高塑件質(zhì)量不可或缺的步驟，與此同時不同的進料口定位還會與模具結(jié)構(gòu)有關(guān)聯(lián)。綜上所述，為了使塑件具有良好的性能和外觀，設計人員必須認真考慮進料口位置，并且一般考慮以下原則：
1）、盡量縮短流動距離。
2）進料口應設置在塑料部件的最大厚度處。
3）、必須盡量減少熔接痕。
4）、須便于凹模中氣體噴出。
5）、考慮分子定向影響。
6）、避免產(chǎn)生噴射和蠕動。
7）避免門彎曲和沖擊載荷。
8）、注意對外觀質(zhì)量的影響。
除此之外還應該考慮的因素有：
不要將進料口置于高壓力區(qū)域；
盡量避免或減少熔合線；
盡量保持融合線遠離高壓區(qū)域；
對于增強塑料，門的位置決定了零件的翹曲特性；
提供足夠的通風口以避免空氣積聚。
考慮到特殊的注塑過程，如下所示：
圖5 2 進料口的形式
6 成型零件設計
所謂成型零件就是模具中具有明確的制品參數(shù)和幾何形狀的零件。型腔、嵌塊、塑件中心、成形桿和成型環(huán)等皆為制成后的制品。由于成型部件直接與塑料，塑料熔體，高壓，材料流動腐蝕以及脫模時塑料部件之間的摩擦作用。 因此，模制部件必須具有低表面粗糙度，高尺寸精度和合理的幾何形狀，并且還要求模制部件具有穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)和良好的可加工性。具有一定的剛度、強度、表面硬度及較好的耐磨性能。
在制造模制部件時，凹模的整體結(jié)構(gòu)必須根據(jù)塑料的物質(zhì)屬性以及塑料零件的結(jié)構(gòu)和使用要求來確定。擬定分型面和進料口位置，選取拔模方法、出氣位置等，然后依據(jù)制成后的塑件工藝、加熱方式、裝配等要求完成成品結(jié)構(gòu)構(gòu)造，計算模制部件的工作尺寸并檢查關(guān)鍵模制部件的強度和剛度。
在模具構(gòu)造中，必須將制品主要尺寸按最大實體原則實行變形，在計算型腔和型芯工作尺寸之前，即極限值尺寸就是零件外部（名義尺寸），其公差△為負值；塑件的內(nèi)腔尺寸（名義尺寸）作為最小值，其公差△為正值；中心距尺寸作為公稱尺寸，其公差為正負△/2。
6.1成型零件的結(jié)構(gòu)設計
（1）凹模結(jié)構(gòu)設計
凹模是模制產(chǎn)品外部的重要零件。
結(jié)構(gòu)特點:當改變產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)和模具的加工方法，其結(jié)構(gòu)也發(fā)生變化。
鑲拼組合方式的優(yōu)勢: 一些復雜形狀的腔體，如果選擇單體結(jié)構(gòu)，將難以加工，所以選擇凹模結(jié)構(gòu)的組合。 并且模具邊緣材料的性能可以低于凹陷材料的性能，并且由于整體模具選擇相同的材料而不經(jīng)濟。 另外，模具的嵌件成型結(jié)構(gòu)可以促進通過間隙的排氣，從而減少主模具的熱變形。 在女模中，易于佩戴的地方采用馬賽克式，易于維護，設計簡單，不會造成整個模具報廢。
組合凹模使復雜凹模的機械加工變得簡單，并有利于模具成型部件的熱處理和模具的修理。 這樣可以更輕松地去除插頁并減少使用昂貴的模具材料。
圖 6 1 凹模
凹模的徑向尺寸計算公式見：
L=[Ls(1+k)-X△]0+δ （6-1）
式中 ：Ls——制件外型徑向公稱尺寸；
K——塑料的平均收縮率；
△——塑件的尺寸公差；
δ——模具制造公差，取零件相關(guān)對應尺寸公差的1/3~1/6。
凹模的深度尺寸計算公式：
H=[Hs(1+k)-X△]+δ0 （6-2）
式中:Hs——塑件高度方向的公稱尺寸。
經(jīng)查得PP的收縮率K=0.6%； 塑料零件沒有注意尺寸公差，所以它們根據(jù)MT5B公差進行選擇。
（2）型芯結(jié)構(gòu)設計
用于小型塑料零件和大中型模具的多腔模具通常使用整體嵌入式核心。 采用更多嵌入式裝配方式的是肩墊式，另外還有通孔螺釘連接式，埋頭螺釘連接式等多種方式。
圖 6 2 型腔
6.2成型零件工作尺寸計算
成型零件上直接組成型腔凹模的部位的尺寸就是成型零件的工作尺寸，它直接對應塑件的形狀與尺寸。因為對塑件尺寸精度有影響的因素很多比較繁瑣，塑件自身精度也很難制成高精度，為了計算簡便，規(guī)定:
塑件的公差：塑料零件的公差是單方向的，零件外形尺寸公差取負值“-△”，零件腔尺寸公差取正值“+△”，如果零件上本來的公差的值與上不一樣，就需要按照原規(guī)則變化。而零件孔中心離尺寸公差按正態(tài)分布規(guī)律核查，即取±Δ2。
模具制造公差：根據(jù)經(jīng)驗可得，模具鑄造選擇零件塑件公差的13~16，即δz=（13~16）Δ，除此之外根據(jù)制件時候的公差值波動得“+”、“_”符號，凹模尺寸逐漸變大，則取“+δz”，中心的尺寸逐漸變小取“-δz”，中心距尺寸取“ ±δz2 ”?，F(xiàn)取Δ3。
模具的磨損量：根據(jù)經(jīng)驗可得，通常情況下的中型、小型零件，極限摩擦損失去零件公差的16，至于大型零件則取Δ6以下。另外，由于剝離方向是垂直的，所以對于腔體（或芯體端面）的底面，磨損量δc=0。
塑件的收縮率：零件制成后的收縮率受很多因質(zhì)影響，一般根據(jù)收縮率計算。即
S =Smax+Smin2=3.0+1.02％=2% （6-3）
模具在分型面上的合模間隙：由于注射壓力的影響和模具分型面的平整度，注射動模和定模時會有一定的間隙。 通常，當模具的平坦度高并且表面粗糙度低時，由塑料部件產(chǎn)生的毛邊也很小。 飛邊厚度一般應小于是0.02~0.1mm。
① 外型尺寸(mm)
根據(jù)公式：LM=[LS1+S-34Δ]-0+δz （6-4）
D1M=[D1S1+S-34Δ]0+δz
=[1151+2%-34×1.14]0+1.143
=116.4450+0.38
圖 6 3 產(chǎn)品尺寸圖
D2M=[D2S1+S-34Δ]0+δz
=[551+2%-34×0.74]0+0.743
=56.450+0.25
根據(jù)公式： HM=[HS1+S-23Δ]-0+δz （6-5）
H1M=[H1S1+S-23Δ]-0+δz
=[571+2%-23×0.74]0+0.743
=57.650+0.25
H2M=[H2S1+S-23Δ]-0+δz
=[31+2%-23×0.20]0+0.203
=2.930+0.07
② 內(nèi)腔尺寸（mm）
根據(jù)公式： lM=[lS1+S+34Δ]-δz0 （6-6）
d1m=[d1S1+S+34Δ]-δz0
=[1001+2%+34×1.0]-1.030
=102.75-0.330
d2m=[d2S1+S+34Δ]-δz0
=[471+2%+34×0.64]-0.6430
=48.58-0.210
根據(jù)公式： hM=[hS1+S+23Δ]-δz0 （6-7）
h1M=[h1S1+S+23Δ]-δz0
=[501+2%+23×0.64]-0.6430
=51.43-0.210
h2M=[H2S1+S+23Δ]-δz0
=[41+2%+23×0.24]-0.2430
=4.24-0.080
7 頂出系統(tǒng)
7.1 脫模機構(gòu)的選用原則
脫模機構(gòu)的選用原則：要求在開模過程中塑料件保留在活動模的側(cè)面，使推出機構(gòu)盡可能地位于活動模的一側(cè)，從而簡化模具結(jié)構(gòu);塑料零件脫模時不會發(fā)生變形（通常可能有輕微的彈性變形，但不會變成永久變形）; 根據(jù)彈射力的大小，應提供推力分布的合理分布;準確分析計算塑料件對模具的緊密度和附著力的大小和分布，并采用合理的推動裝置和定向推動位置。 使脫模力的大小和分布與脫模阻力保持合理的比例; 施力點應該靠近塑料部件對沖頭施加最大緊固力的位置，也應該是塑料部件的剛度和強度最大的位置。力的有效面積最大，以避免塑件在推出過程中變形或損壞;推桿的作用力不能太大，以免損壞塑件的推動部分;推桿的強度和剛度應足夠大，推動過程中不發(fā)生彈性變形; 發(fā)射位置優(yōu)選設置在塑料部件的內(nèi)部或?qū)λ芰喜考耐庥^幾乎沒有影響的位置，以便形成塑料部件的良好外觀。； 發(fā)射機構(gòu)結(jié)構(gòu)最簡單，運行可靠（即： 它的定位準確，可以準確復位，不會與其他部件發(fā)生干涉，具有一定的強度和剛性），且具有靈活性，便于制造和維護。
推出力計算：脫模力，是指在塑料成型時，因為尺寸上的收縮，會產(chǎn)生模屨的凸出部位上的保緊力。脫模機構(gòu)的一致性是包裝力對剝離方向施加的阻力。
依據(jù)塑料在制成后變小顯著，因此塑件的零件在加料后會仍然停留凸模上。當脫模斜度小于5度時，脫模斜度與脫模力成正比例關(guān)系，一旦推動，脫模力就會快速變小。因此，計算拔模所受力時，必須依無拔模角度代入。
當脫模斜度>5度時，可以計入脫模斜度的影響。
7.2推桿設計
（1）推桿的形狀，如下圖
圖 7 1 推桿
（2）推桿的位置與布局
a) 須設置在脫模阻力大的地方，均勻分布。
b) 應確保塑料部件被推出時，力量均勻，推出平衡而不變形;塑料件的脫模阻力相同時，其排列均勻; 如果某個地方的脫模阻力太大，請增加相應的數(shù)量。
c) 推桿應該位于塑料部件如厚壁，增強件，法蘭和其他塑料部件具有較強的強度和剛度的地方; 如果結(jié)構(gòu)是特殊的并且必須在薄壁上推動，則可以選擇盤形推動器來增加接觸面積。
d) 推桿的設置不會影響沖頭的強度和壽命。 如果推到端面上，則需要從芯體側(cè)壁δ≥0.13mm;如果推桿置于中心體內(nèi)部并推入零件內(nèi)時，則需要推桿與芯孔邊緣之間的距離為δ≥3mm。
e) 推桿應設置在模具內(nèi)無法進入排氣的位置，以方便排氣。
f) 當塑件上不能有推桿痕跡時，可以設置溢料槽在塑件外側(cè)，推入溢流槽中的集料以驅(qū)動塑料部件。
(3) 推件板設計的原則
a) 推板和芯子應以3°至10°的角度推在一起。 這減少了遠移摩擦并有助于定位以避免推板的偏心和閃光; 推板與核心側(cè)壁之間的間隙必須為0.20?0.25 mm，以免兩者之間產(chǎn)生劃傷或卡滯現(xiàn)象。 推板和芯子之間的縫隙不能填充塑料毛邊。 推板和芯體的表面粗糙度可以為Ra0.8?0.4μm。
b) 推板可以由鋼化45鋼制成。T8或T10等材料，硬化至53?55HRC，或?qū)⒋慊鹛撞迦胪瓢?，延長使用壽命。
c) 當通過推板將大型深腔殼型塑料部件推出時，應在芯體上添加進氣裝置。 為了防止塑料部件被釋放，在芯部和塑料部件之間形成真空。
d) 推板復位后，推板與動模板之間應留有2?3mm的間隙以保護模具。
(4) 開模行程與推出機構(gòu)的校核
對2分型面射入模，開模距離為:
S機≥H=H1+H2+a+(5~10)mm （7-1）
式中H1——為塑件推出距離
H2——包括鑄造系統(tǒng)在內(nèi)的塑料零件的高度
S機——注射成型機移動板極限行程
H——所需開模行程
a——中間板與定模分開距離
開啟行程H必須小于固定模具固定板和活動板移動板之間的距離減去模具厚度H1的值。即，H
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