注塑模具设计必须掌握的基础知识

注塑模的设计

一、 注塑模主要由成型部件（指动、定模部分有关组成型腔的零件）、浇注系统（将熔融的塑料从注射机喷嘴进入模具型腔所经的通道）、导向部件（使模具合模时能准确对合）、推出机构（模具分型后，塑料从型腔中推出的装置）、调温系统（为满足注射工艺对模具温度的要求）、排气系统（将成型时型腔内的空气和塑料本身挥发的气体排出模外，常在分型面上开设排气槽）和支承零部件（用来安装固定或支承成型 零部件及其它机构的零部件）组成，有时还有侧向分型与抽芯机构。


二、 注塑模具的设计步骤

1、 设计前的准备工作

（1） 设计任务书

（2） 熟悉塑件，包括其几何形状，塑件的使用要求，塑件的原料

（3） 检查塑件的成型工艺性

（4） 明确注塑机的型号和规格

2、制定成型工艺卡

（1） 产品的概况 如简图、重量、壁厚、投影面积、外形尺寸、有无侧凹和嵌件

（2） 产品所用的塑料概况 如品名、型号、生产厂家、颜色、干燥情况

（3） 所选的注塑机的主要技术参数 如注射机与安装模具间的相关尺寸、螺杆类型、功率

（4） 注塑机压力与行程

（5） 注塑成型条件 如温度、压力、速度、锁模力等

3、注塑模具结构设计步骤

（1） 确定型腔的数目。 条件：最大注射量、锁模力、产品的精度要求、经济性

（2） 选择分型面。 应以模具结构简单、分型容易且不影响塑件的外观和使用为原则

（3） 确定型腔的布置方案。 尽可能采用平衡式排列

（4） 确定浇注系统。 包括主流道、分流道、浇口、冷料穴等。

（5） 确定脱模方式。 根据塑件所留在模具的不同部位而设计不同的脱模方式。

（6） 确定调温系统结构。 调温系统主要由塑料种类所决定。

（7） 确定凹模或型芯采用镶块结构时，命题地划分镶块并同时镶块的，可加工性及安装固定方式。

（8） 确定排气形式。 一般排气可以利用模具分型面和推出机构与模具的间隙，而对于大型和高速成型的注塑模，必须设计相应的排气形式。

（9） 决定注塑模的主要尺寸。 根据相应的公式计算成型零件的工作尺寸及决定模具型腔的侧壁厚度、型腔底板、型芯垫板、动模板的厚度、拼块式型腔的型腔板厚度及注塑模的闭合高度。

（10） 选用标准模架。 根据设计、计算的注射模的主要尺寸，来选用注塑模的标准模架，并尽量选择标准模具零件。

（11） 绘模具的结构草图。 绘制注塑模的完整的结构草图，绘制模具结构图是模具设计的十分重要的工作。

（12） 校核模具与注射机的有关尺寸。 对所使用的注射机的参数进行校核：包括最大注射量、注塑压力、锁模力、及模具的安装部分的尺寸、开模行程和顶出机构的校核。

（13） 注塑模结构设计的审查。 进行初步审查并征得用户的同意，同时有必要对用户提出的要求加以确认和修改。

（14） 绘制模具的装配图。 清楚地表明注注塑的各个零件的装配关系、必要的尺寸、序号、明细表、标题栏及技术要求（技术要求的内容为以下几项：1、对模具结构的性能要求，如对推出机构、抽芯机构的装配要求；2、对模具装配工艺的要求，如分型面的贴合间隙、模具上下面的平行度；3、模具的使用要求；4、防氧化处理、模具编号、刻字、油封及保管等要求；5、有关试模及检验方面的要求。）。

（15） 绘制模具零件图。 由模具装配图或部件图拆绘零件图的顺序为：先内后外，先复杂后简单，先成型零件后结构零件。

（16） 复核设计图样。 注塑模设计的最后审核是注射模设计的最后把关，应多关注零件的加工性能。

三、注塑模具的审核

1、基本结构方面

（1） 注塑模的机构和棊参数是否与注射机匹配。

（2） 注塑模是否具有合模导向机构，机构设计是否合理。

（3） 分型面选择是否合理，有无产生飞边的可能，塑件是否滞留在设在顶出脱模机构的动模（或定模）一侧。

（4） 型腔的布置与浇注系统的设计是否合理。 浇口是否与塑料原料相适应，浇口位置是否相当，浇口与流道几何形状及尺寸是否合适，流动比数量是否合理。

（5） 成型零部件设计是否合理。

（6） 顶出脱模机构与侧向公型。 或抽芯机构是否合理、安全和可靠。有无干涉与咬合。

（7） 是否有排气机构，其形式是否合理。

（8） 是否需要温度调节系统。 其热源和冷却方式是否合理。

（9） 支承零部件结构是否合理。

（10） 外形尺寸能否保证安装，固定方式选择得是否合理可靠，安装用的螺栓孔是否与注射机构、定模固定板上的螺孔位置一致。

2、设计图纸方面

（1） 装配图 零部件的装配关系是否明确，配合代号标注得是否恰当合理，零件的标注是否齐全，与明细表中的序号是否对应，有关的说明是否具有明确的标记，整个注塑模的标准化程度如何。

（2） 零件图 零件号、名称、加工数量是否胡确切的标注，尺寸公差和五花八门公差标注是否合理齐全，成型零件容易磨损的部位是否预留了修磨量，哪些零件具有超高精度要求，这种要求是否合理，各个零件的材料靠垫是否恰当，热处理要求和表面粗糙度要求是否合理。

（3） 制图方法 制图方法是否正确，是否合乎国家标准，图面表达的几何图形与技术要求是否容易理解。

3、注塑模设计质量

（1） 设计注塑模时，是否正确地考虑了塑料原料的工艺特性、成型性能，注塑机类型可能对成型质量产生的影响，对成型过程中可能产生的是否在注塑模设计时采取了相应的预防措施。

（2） 是否考虑了塑件对注塑模导向精度的要求，导向结构设计得是否合理。

（3） 成型零部件的工作尺寸计算是否正确，能否保证产品的精度，其本身是否有足够的强度和刚度。

（4） 支承零部件能否保证模具具有足够的整体强度和刚度。

（5） 是否考虑了试模和修模要求。

4、装拆及搬运条件方面

有无便于装拆时用的槽、孔等，是否作了标记。


分型面的设计

设计塑料成型模具时，分型面的设计是一个重要的设计内容，分型面选择合理，模具结构简单，塑件容易成型，并且塑件质量高。如果分型面选择不合理，模具结构变得复杂，塑件成型困难，并且塑件质量差。

分型面的形状 主要有平面、斜面、阶梯面、曲面等。

选择分型面的一般原则 如何确定分型面，需要考虑的因素比较复杂。由于分型面受到塑件在模具中的成型位置、浇注系统设计、塑件的结构工艺性及精度、嵌件位置形状以及推出方法、模具的制造、排气、操作工艺等多种因素的影响，因此在选择分型面时应综合分析比较，从几种方案中优选出较为合理的方案。选择分型面时一般应遵循以下几项原则：

1、为了便于塑件起模，分型面一般使塑件在开模时留在下模或动模上，且分型面应选在塑件外形的最大轮廓处。

2、选择分型面时，应尽量只采用一个与开模方向垂直的分型面，并尽量避免侧向抽芯与侧向分型。

3、对于有同轴度要求的塑件，模具设计时应将有同轴度要求的部分设计在同一模板内。

4、分型面的选择应有利于防止溢料。当塑件在分型面上的投影面积接近于注射机的最大面积时，就有可能产生溢料。

5、分型面的选择应有利于排气。为此，一般分型面应与熔体流动的末端重合。

对于高度较高的塑件，其外观无严格要求时，可将分型面选择在中间。此外，选择分型面是还应考虑到塑件的精度、塑件的外观质量要求、模具加工难易程度等因素。

浇口的设计

浇口的规划和塑件的尺度、形状模具结构，注射工艺条件及塑件功能等要素有关。但就根本效果来说，浇口截面要小，长度要短，由于只要毖才能满足增大流料速度，快速冷却封闭，便于塑件分离以及浇口残痕最小等要求。

一、浇口位置的要求

1.外观要求(浇口痕迹,熔接线)

2.产品功能要求

3.模具加工要求

4.产品的翘曲变形

5.浇口容不容易去除

二、对生产和功能的影响

1.流长（FlowLength）决定射出压力，锁模力，以及产品填不填的满流长缩短可降低射出压力及锁模力。

2.浇口位置会影响保压压力，保压压力大小，保压压力是否平衡，将浇口远离产品未来受力位置（如轴承处）以避免残留应力，浇口位置必须考虑排气，以避免积风发生不要将浇口放在产品较弱处或嵌入处，以避免偏位（CoreShaft）。

三、选择浇口位置的技巧

1.将浇口放置于产品最厚处，从最厚处进浇可提供较佳的充填及保压效果。如果保压不足，较薄的区域会比较厚的区域更快凝固，避免将浇口放在厚度突然变化处，以避免迟滞现象或是短射的发生。

2.可能的话，从产品中央进浇，将浇口放置于产品中央可提供等长的流长，流长的大小会影响所需的射出压力，中央进浇使得各个方向的保压压力均匀，可避免不均匀的体积收缩。

3.浇口(Gate)：浇口是一条横切面面积细小的短槽,用以连接流道与模穴.横切面面积所以要小,目的是要获得以下效果:

1）模穴注不久,浇口即冷结

2）除水口简易

3）除水口完毕,仅留下少许痕迹

4）使多个模穴的填料较易控制

5）减少填料过多现象

设计浇口的方法并无硬性规定,大都是根据经验而行,但有两个基本要素须加以折衷考虑:

1.浇口的横切面面积愈大愈好,而槽道之长度则愈短愈佳,以减少塑料通过时的压力损失.

2.浇口须细窄,以便容易冷结及防止过量塑料倒流.故此浇口在流道中央,而它的横切面应尽可能成圆形.不过,浇口的开关通常是由模件的开关来决定的.

3.浇口尺寸：

浇口的尺寸可由横切面积和浇口长度定出,下列因素可决定浇口最佳尺寸:

1）胶料流动特性

2）模件之厚薄

3）注入模腔的胶料量

4）熔解温度

5）工模温度

决定浇口位置时,应紧守下列原则:

1.注入模穴各部份的胶料应尽量平均.

2.注入工模的胶料,在注料过程的各阶段,都应保持统一而稳定的流动前线.

3.应考虑可能出现焊痕,气泡,凹穴,虚位,射胶不足及喷胶等情况.

4.应尽量使除水口操作容易进行,最好是自动操作.

5.浇口的位置应与各方面配合。

四、浇口的平衡

如果不能获得平衡的流道系统,可採用下述浇口平衡法.以达到划一注模的目标.这种方法适用于有大量模穴的工模。  浇口的平衡法有两种：改变浇口槽道的长度及改变浇口的横切面面积。在另一种情况下,即模穴有不同的投影面积时,浇口也需要平衡.这时,要决定浇口的大小,就要先将其中一个浇口尺寸定出,求出它与其对应模穴体积相较的比率,并且把这个比率应用到其浇口与各对应模穴的比较上,便可相继求出各个浇口的尺寸.经过实际试注后,便可完成浇口的平衡操作。

五、浇口在流道的位置

当塑料流入流道时,塑料接近模面最先降热(冷却)及凝固.塑料再向前流动时只是在此凝固的塑料层流过.又由于塑料是低传热物质.固态的塑料形成绝绿层及保持层的仍可流动.所以,在理想的情况下,浇口应设置在横流道层位置,使得最佳的塑料流动效应.此情况最常见于圆形及六角形的横流道.然而梯形的横流道无法达致此效果,因浇口不能设置于流道的中间位置.

六、直接浇口(DirectGate)或大水口(SprueGate)

浇道直接供应塑料到制成品.浇道黏附在制成品上.在两板的工模.大水口通常是一出一隻，但在三板模或热流道工模的设计上,可以一啤多隻。

缺点：在制成品表面形成水口印会影响成品外观.而水口印大小在于唧咀的细直径孔。

七、唧咀的脱模角，唧咀的长度

因此大水口印可以减细,只要将上述唧咀的迟寸改小.但唧咀的直径受炉咀直径的影响，而水口要易于出模的关系，脱模角不能少过3度.所以只有唧咀长度可以减短,用加长炉咀即可.

浇口选择：浇口是流道和型腔的连接部分，也是注塑模进料系统的最后部分，其基本作用为：

1）使从流道来的熔融塑料以最快的速度进入充满型腔。

2）型腔充满后，浇口能迅速冷却封闭，防止型腔能还未冷却的塑料回流。

八、总结

浇口的设计和塑件的尺寸、形状模具结构,注射工艺条件及塑件性能等因素有关.但是根据上述两句基本作用来说,浇口截面小,长度要短,因为只有这样才能满足增大流料速度,快速冷却封闭,便于塑件分离以及浇口残痕最小等要求.

浇口设计要点可归纳如下:

1.浇口开设在塑件断面较厚的部位,使熔料从厚料断面流入薄断面保证充模完全;

2.浇口位置的选择,应使塑料充模流程最短,以减少压力损失;

3.浇口位置的选择,应有利于排除型腔中的空气;

4.浇口不宜使熔料直冲入型腔,否则会产生漩流,在塑件上留下旋形的痕迹,特别是窄的浇口更容易出现这种缺陷;

5.浇口位置的选择,应防止在塑料表面上产生拼缝线,特别实在圆环或是圆筒形的塑件中,应在浇口的面的熔料浇合处加开冷料井;

6.带有细长的型芯的注塑模的浇口位置,应当离成型芯较远,不使成型芯受料流冲而变形;

7.大型或扁平塑件成形时,为防止翘曲、变形、缺料可采用复式浇口；

8.浇口应尽量开设在不影响塑件外观的位置，如边缘底部；

9.浇口的尺寸取决于塑件的尺寸、形状和塑料的性能；

10.设计多个型腔注塑模时，结合流道的平衡来考虑浇口的平衡，尽量做到熔融料同时均匀充。