注射模设计
出处：按学科分类—工业技术 江苏科学技术出版社《模具工实用技术手册第2版》第291页（11655字）
(一)确定成型设备
选择成型设备的主要依据是成型制件所需的最大注射容量V成、锁模力F成、塑化量G成(见表2．2－39)。
表2．2－39 成型设备计算
此外，设计模具时还应考虑：
①模具的最大外形尺寸应符合注射机的模板尺寸和拉杆间距。
②定位环尺寸应符合注射机模板的定位孔尺寸，浇口套主浇道端部的圆弧半径应符合注射机喷嘴圆弧尺寸(一般应比喷嘴圆弧半径大1mm)。
③模具的固定应符合注射机模板固定用螺孔尺寸。
(二)浇注系统
浇注系统是指注射机喷嘴到型腔之间的进料通道。其中包括：主流道、分流道、浇口、冷料穴等。
1．主流道
是注射机喷嘴与型腔(单型腔模)或与分流道之间的进料通道。
主流道一般不直接开设在定模板上，而是制成单独的浇口套镶在定模板上。常用的浇口套的结构形式、参数见图2．2－1。图(a)是浇口套带定位环的整体形式，一般用作小型模具；图(b)、(c)是浇口套与定位环的分离形式，由于结构灵活而被广泛使用。主流道推荐尺寸与设计要点可参考表2．2－40
图2．2－1 浇口套结构
表2．2－40 主流道推荐尺寸与设计要点
浇口套目前已商品化，可参考表8．2－26进行选择。
2．分流道
分流道是指主流道和浇口的连接部分。理想的分流道应该是在相同流量(相同的截面积)的前提下，流动阻力和热损失均为最小。为此，分流道设计应遵循的原则是：
①比表面积(流道表面积与其体积之比)为最小。
②流道长度应尽量短，截面尽量小。
分流道的截面形状可参考表2．2－41进行选择。
表2．2－41 分流道截面形状
注：1．表中比表面积数值是在流道截面积相同时得出的。
2．工艺性包括流道的加工工艺性和成型工艺性。
分流道的截面尺寸选择不仅与塑料的种类有关，而且与塑件的质量、结构及模具的尺寸有关。表2．2－42是常用塑料的流道直径，可供参考。
表2．2－42 常用塑料的流道直径 (mm)
分流道的布置应能满足熔融塑料对各个型腔的均衡填充。为此，一般均采用图2．2－2所示的平衡式布置。由于受到制品几何形状、冷却条件、模具结构等因素的限制而不能采用平衡式布置时，允许使用图2．2－3所示的非平衡式布置。实践中采用修整浇口尺寸的方法来实现均衡填充。
图2．2－2 分流道的平衡式布置
图2．2－3 分流道的非平衡式布置
3．冷料穴
注射成型时，喷嘴前端的熔料温度较低，为防止其进入型腔，通常在流道末端设置用以集存这部分冷料的冷料穴。
冷料穴的设置如图2．2－4所示，即沿料流方向做成延长流道。
(a)直浇口型
(b)横浇口型
“→”表示料流方向
(c)分流道
图2．2－4 冷料穴的设置
4．浇口
浇口是连接分流道和型腔的进料通道。在浇注系统各要素中，浇口的形状、尺寸和位置对塑件质量影响最大。
(1)浇口的形状和尺寸(表2．2－43)
表2．2－43 浇口的形状和尺寸
(2)浇口的位置
浇口的位置对制件质量影响很大。在确定浇口位置时，应充分考虑物料的流动状况、填充顺序、冷却与补料、塑件性能要求等因素。
①浇口尺寸较小时，需避免产生喷射和蠕动(蛇形流)等熔体断裂现象。因此，以采用冲击型浇口为好(图2．2－5b、d、f)。
图2．2－5 冲击型与非冲击型浇口
②在避免喷射的前提下，浇口应开设在塑件端面较厚的部位，以利于熔料流动和补料，保证充模完整。
③浇口位置的选择应有利于排气，尽量避免封闭产生气囊(图2．2－6)。
图2．2－6 浇口位置对排气的影响
④浇口位置的选择应能避免
在塑件表面产生熔接痕，特别是圆形或圆筒形塑件，在熔料汇集处应加开冷料穴(图2．2－7)。
图2．2－7 消除熔接痕的冷料穴
⑤浇口位置的选择应考虑定向方位对应力开裂的影响，一般应使分子定向与主要应力方向一致。对图2．2－8所示带有金属嵌件的塑件，浇口选在B处比A处更为有利。
图2．2－8 定向方位对应力开裂的影响
⑥对有细长型芯的圆筒形制件，应避免偏心进料，以防型芯受料流冲击变形。如图2．2－9的b、c所示。
图2．2－9 改变浇口位置防止型芯变形
⑦大型或扁平薄壁制件为防止翘曲变形，可采用多点进料(图2．2－10所示)。
图2．2－10 采用多点进料防翘曲变形
⑧浇口应尽量开设在不影响塑件外观的部位，如边缘或底部。
⑨浇口位置的选择应使塑料充模流程最短，以减少压力损失。
⑩校核流动距离比。
流动比计算公式
式中 Li——流路各段长度(mm)；
ti——流路各段厚度(mm)；
n——流路分段数量。
流动距离比随塑料熔体性质、温度、注射压力、浇口种类等而变化。表2．2－44是由实践得出的大致范围，可供模具设计时参考。
表2．2－44 几种塑料的流动距离比
(3)浇注平衡
设计多型腔模或单型腔模多点进料时，为保证填充条件一致，应结合流道平衡保证浇口平衡，尽量做到使熔料同时均匀充满各型腔或型腔的各个部位。为此，必须将浇口尺寸进行修正。实用的做法是：首先保证浇口的长度和深度不变，然后通过改变浇口宽度的方法来进行修正。即开始时浇口的宽度取偏小尺寸，通过试成型逐步修正加宽，从而达到平衡浇注。
(三)成型零部件结构
成型零部件是指构成模具型腔的零件。设计原则如下：
第一步 根据塑料性能、塑件的使用要求确定型腔的总体结构，主要内容有：浇口及其位置、分型面、排气、脱模、模温调节等。
第二步 从机械加工工艺要求出发，决定型腔各个零件的组合方式及装配结构。
第三步 根据塑件尺寸，计算成型零件的工作尺寸并确定零件结构的细部尺寸。
第四步 根据成型工艺要求对关键成型零件进行强度和刚度校核。
1．分型面选择(见表2．2－45)
表2．2－45 分型面选择原则
2．成型零件结构
成型零件包括：凹模、型芯、镶件、螺纹型芯、螺纹型环等。
凹模是指成型塑件外表面的凹状零件。
型芯是指成型塑件内表面的凸状零件。习惯上，尺寸较大的称作凸模，尺寸较小的称作型芯。
镶件是指当成型零件(凹模、凸模或型芯)有易损或难以整体加工的部位时，与主体件分离制造并镶嵌在主体件上的局部成型零件。
螺纹型芯是用以直接成型塑件内螺纹的零件。
螺纹型环是用以直接成型塑件外螺纹的零件。
通常，凹模、型芯可做成整体式的，也可做成组合式的。选择的原则是在满足成型要求的条件下，加工工艺性要好。表2．2－46是凹模、型芯常用的几种组合形式。
表2．2－46 凹模、型芯常用组合形式
对于镶嵌在主体成型零件上的小型芯，图2．2－11给出了不同场合下型芯的固定方式。
图2．2－11 小型芯的固定方式
螺纹型芯由于脱模的特殊需要，除自动脱螺纹以外，一般均做成活动形式，即随着塑件一起脱模，然后在模外手工旋下。螺纹型芯的固定方式参考图2．2－12、图2．2－13。
图2．2－12 螺纹型芯的配合安装
图2．2－13 螺纹型芯的弹性安装
(四)导向机构
导向机构有三个作用：
(1)定位作用——保证模具闭合后型腔具有正确的形状。
(2)引导作用——保证型芯准确进入凹模。
(3)承受一定的侧向力。
导柱导向是导向机构最普遍的形式，其结构如图2．2－14所示。
图2．2－14 导柱导向机构
1．导柱导向机构设计要点
(1)导柱长度应比型芯端面高度高出6mm～8mm，以引导动、定模正确闭合。
(2)导柱、导套应有先导部分，一般均做成锥度或圆弧状。
(3)导柱的固定方式可参考图2．2－15，导套的固定方式可参考图2．2－16。
图2．2－15 导柱的固定形式
图2．2－16 导套的固定形式
(4)导柱与导向孔(或导套)的配合一般为H8／f8。
(5)导柱的布置必须保证动、定模只能按一个方向合模。通常可采用相同直径不对称布置(图2．2－17b、c)或不同直径对称布置(图2．2－17a、d)形式。
(a)
(b)
(c)
(d)
图2．2－17 导柱的布置形式
(6)导柱与导套的组合形式见图2．2－18。
图2．2－18 导柱与导套的组合形式
2．导柱导套的结构尺寸(参见表8．2－16～表8．2－18)
(五)推出机构
推出机构的作用是：塑件成型以后，使其从预定模板上脱出，所以又称为脱模机构。推出机构不仅要完成塑件的可靠脱出，而且要保证合模时与其他零件不发生干扰、完全复位。为此，推出机构设计应遵循的一般原则是：
(1)推出运动要可靠、灵活、无卡死现象，机构本身要有足够的强度和刚度，足以克服脱模阻力。
(2)保证塑件在推出过程中不变形。
(3)推出力的分布应尽量靠近型芯，且推出面积应尽可能大。
(4)推出力的位置应设在不易使塑件产生变形的部位，如凸缘、加强筋、厚壁等处，尽量避免推出力作用在塑件的平面上。
(5)为不影响塑件尺寸和使用，一般推出零件端头应稍高出成型零件表面(0．1mm左右)。
1．简单推出机构
是指塑件在推出零件的作用下，通过一次推出动作就能将塑件完全脱出的推出机构。又称一次推出机构。
表2．2－47 几种常用的简单推出机构
(1)推杆推出机构设计要点
①推杆结构形状参考表2．2－48。
表2．2－48 推杆的形状与尺寸
注：1．直径d与型腔板部分的配合一般取H8／f8，配合长度一般为(2～3)d。
2．尺寸L、N由模具结构决定。
3．d、t、W取决于脱模阻力大小。如果受推出位置约束时，则应考虑增加推杆数量。
②推杆的固定方式参考表2．2－49。
表2．2－49 推杆的固定形式
③推出机构在完成塑件脱模后，为进行下一个工作循环，必须回复到初始位置。常用的复位形式有复位杆(表2．2－3中件16)复位和弹簧复位(图2．2－19)。
图2．2－19 弹簧复位
④导向装置：在推板可能发生偏斜，造成推杆弯曲或折断的场合下，可设置推出机构导向装置(表2．2－3)。表中导柱18固定在动模板8上，也可固定在垫板4上或采用两端同时支承的方法。
(2)推管推出机构设计要点
①推管推出的结构形式参见表2．2－50。
表2．2－50 常见推管推出的结构形式
注：推管的内径与型芯配合、外径与模板配合，配合要求一般为H7／f7。推管与模板的配合长度一般取0．8倍～2倍的推管外径，推管与型芯的配合长度一般取推出行程加3mm～5mm。
②推管推出的复位可参照推杆推出设计。
③导向装置亦参考推杆推出设计。
(3)推件板推出机构设计要点
①推件板推出的结构形式参见表2．2－51。
表2．2－51 常见推件板推出的结构形式
②不需另设复位机构，利用合模动作由推件板带动推出机构复位。
③为减少推件板与型芯的摩擦，其配合结构可参考图2．2－20设计。
图2．2－20 推件板与凸模配合结构
④对大型深腔塑件，为防止脱模过程中塑件与型芯间形成真空，应附设进气装置，如图2．2－21。
(a)弹性机构
(b)中心推杆机构
图2．2－21 进气装置
2．双推出机构
塑件在开模时，可能留在定模内，也可能留在动模里，这时则需要在定、动模两侧均设置推出机构，即双推出机构。
双推出机构通常用于两板模。表2．2－52是各种常用的双推出机构。
表2．2－52 常见的双推出机构
3．顺序推出机构
在某些情况下，塑件开模时需定模先分型，然后动、定模再分型，才能使其顺利脱出。这种按一定顺序依次脱模的机构称为顺序推出机构。
顺序推出机构通常用于三板模。表2．2－53是经常使用的几种顺序推出机构。
表2．2－53 几种顺序推出机构
4．两级推出机构
由于制品形状特殊或生产自动化的需要，在一次推出动作后塑件仍难以取下或不能自动脱落时，需要再增加一个推出动作；有时为避免一次推出时塑件脱模受力过大而损坏，需要将脱模过程分两次完成，以分散脱模力，保证塑件质量，这种脱模机构称作两级推出机构或双推出机构。
两级推出过程一般是先将塑件从上脱下，然后再将塑件从型腔中推出。大多用于型腔和凸模同在动模一侧的情况。常用的几种两级推出机构见表2．2－54。
表2．2－54 几种两级推出机构
5．自动脱螺纹机构
自动脱螺纹通常是指利用开模时的直线运动，通过齿条齿轮、丝杠、蜗轮蜗杆的传动，使螺纹型芯做回转运动而脱离塑件。结构上螺纹型芯可以一边回转一边移动，也可以只做回转运动，还可以通过大升角的丝杠螺母副使螺纹型芯回转而脱离塑件。
图2．2－22是侧向螺纹型芯的脱模机构。在齿条导柱的带动下，螺纹型芯一边旋转一边后退，实现自动脱螺纹。
图2．2－22 侧向螺纹型芯的脱模机构
图2．2－23是伞齿轮脱螺纹型芯机构。开模时，导柱齿条通过齿轮传动机构带动螺纹型芯和螺纹拉料杆旋转，实现塑件和凝料的自动脱出。
图2．2－23 伞齿轮脱螺纹型芯机构
图2．2－24是蜗轮蜗杆脱螺纹机构。蜗杆的动力可以利用开模动作，也可外加电机带动。
图2．2－24 蜗轮蜗杆脱螺纹机构
6．凝料的脱出
(1)主流道
主流道凝料脱出结构如图2．2－25所示。
图2．2－25 主流道凝料脱出结构
通常所使用的拉料杆(推杆)有三种形式，其结构尺寸如表2．2－55。
表2．2－55 主流道拉料杆 (mm)
(2)分流道
分流道凝料脱出结构如图2．2－26所示。
图2．2－26 分流道凝料脱出结构
通常所使用的拉料杆有三种形式，其结构尺寸如表2．2－56。
表2．2－56 分流道拉料杆 (mm)
表2．2－57是浇道凝料自动脱落应用示例。
表2．2－57 凝料自动脱落示例
(六)侧向分型与抽芯机构
当塑件有与开模方向不同的内外侧孔或侧凹时，必须将成型倒孔或侧凹的零件做成可动结构。在塑件脱模前，将其先行抽出，然后再自模具中推出塑件；塑件脱模以后再将其复位。完成这一过程的机构叫侧向分型与抽芯机构。
1．常用的侧向分型与抽芯机构(表2．2－58)
表2．2－58 常用的侧向分型与抽芯机构
2．侧向分型与抽芯机构的典型零件
(1)滑块的结构与应用(表2．2－59)
表2．2－59 滑块的结构与应用
(2)导滑槽的结构与应用(表2．2－60)
表2．2－60 导滑槽的结构与应用
(3)斜导柱与锁紧角(表2．2－61)
表2．2－61 斜导柱与锁紧角
(4)斜导槽板的结构(表2．2－62)
表2．2－62 斜导槽板的结构
(5)侧型芯滑块的定位(表2．2－63)
表2．2－63 侧型芯滑块的定位
(七)模具的温度调节系统
在注射成型过程中，模具的温度直接影响成型塑件的质量(成型性、尺寸稳定性、变形、表观缺陷、物理力学性能等)和生产效率。温度调节的目的就是使模温控制在适合塑件质量要求的最佳成型的温度范围内。
热塑性塑料注射成型时要求模具温度较低，经济的调节方法是采用冷却水冷却，即在模具型腔周围或型内开设冷却水道，用循环水带走多余热量，达到调节模具温度的目的。
1．冷却装置的计算(表2．2－64)
表2．2－64 冷却装置的计算
2．设计要点
①冷却水道的数量越多，对塑件的冷却也就越均匀。
②水道与型腔表面各处最好有相同的距离。
③对热量积聚大、温度上升快的部位要加强冷却。
④尽量降低入水与出水的温度差。
⑤冷却水道要避开塑件的熔接痕部位。保证水道密封。
⑥冷却水道要便于加工和清理。