36第四章模具总体结构设计

精密模具设计PrecisionMouldDesign大连理工大学机械工程学院模具研究所InstituteofDie&MouldofSchoolofMechanicalEngineeringDalianUniversityofTechnology第四章注射模具的总体结构设计4.1注射模具的基本结构类型4.2注射模具与注射机的关系4.3模具型腔数量的确定4.4注射模具分型面的确定4.1注射模具的基本结构类型1注射模具的基本类型注塑制品种类繁多，结构形状复杂。模具结构也有多种类型。（1）按塑料类型分类注射模具热塑性塑料热固性塑料基本结构相似,设计上有差别（2）按模具总体结构分类1）单分型面模具只需一次开模即可将塑件及浇注系统从模具中取出的，称为单分型面模具（两板模）。可以是单型腔，也可以是多型腔。单分型面模具合模开模2）多分型面模具除主分型面外，还增加了一个或几个与主分型面平行的分型面的模具，又称三板式模具。常用点浇口进料方式。模具结构相对复杂。图4-8多分型面模具定模固定板主流道弹簧定模板推板导柱拉杆推杆定模固定板拉料杆脱流道板二级流道弹簧定模板塑件拉杆推板推板导柱推杆合模开模图4-9侧向抽芯模具典型结构带有侧孔或侧向凹、凸结构的塑件，脱模时须先将成型侧孔或侧凹的模具零件分开，然后才能脱出塑件。3）侧向抽芯或分型的模具4）叠层模具结构5）热流道模具结构2注塑模具的典型结构分析（1）成型零件成形塑件的内外表面与结构尺寸的零件。要求：加工精度高，表面粗糙度值低；材料的加工性，抛光性，热处理性能好。型腔（凹模）：成型制品的外表面形状。型芯（凸模）：成型制品内表面形状。图4-10注塑模具的典型结构1－定位环；2－浇口套；3－定模固定板；4－定模型腔板；5－顶杆；6－动模板；7－型芯；8－垫板；9－支承块；10－顶杆固定板；11－顶杆垫板；12－动模固定板；13－垫钉；14－拉料杆；15－复位杆；16－导柱；17－导套水孔（2）浇注系统将注射机喷嘴射出的塑料熔体引向闭合的模具型腔的通道。通常由主流道，分流道、浇口和冷料穴组成。图4－11浇注系统的典型结构（3）合模导向与定位零件导柱与导套配合实现动、定模开合运动的导向与定位。模具中心与注射机喷嘴中心，靠定模上的定位环来定位。精密模具还需有精定位机构，即采用锥面定位元件。脱模机构的主要作用是将制品从模具型腔或型芯上脱下来，或将制品推出一定距离后，由机械手抓取。脱模机构一般都设在模具的动模一侧，因注射机的顶出油缸在动模一侧。脱模机构由推杆、推杆固定板及推杆垫板等零件组成。（4）脱模机构模具加热常用电热元件或热水等；模具冷却常用冷却水。一般热塑性塑料成型时要对模具进行冷却，如图中件4上的水孔。热固性塑料成型时需对模具加热。有些塑料成型时，需对模具加热；有的则需对模具进行冷却。（5）温度调节系统（6）排气系统塑料熔体注入模具型腔时，模腔内的气体须迅速彻底排出。否则，会使型腔充填不满或因气体在高压力作用下快，快速升温而使塑件局部烧伤，故在模具中应开设有排气槽。（7）复位机构模具完成推出动作后，需将动、定模闭合以便进行下一次注射。合模时为防止推杆损伤型腔表面，一般采用复位杆带动推出机构后退到原位。有些模具还设有弹簧先复位机构。（8）模架模具中各模板和导柱、导套及复位杆等，通过螺钉联接组合在一起的装配体叫模架。模架是实现模具基本功能的基础零件。模架的尺寸规格已系列化、标准化、商品化。模具设计时可直接选用。图4－13标准模架（9）其它零件除了上述主要功能零件外，有些模具还有侧向抽芯机构、先复位机构、限制开模顺序的限位机构和二次脱模机构等其辅助零件。辅助零件4.2注射模具与注射机的关系1注射机工艺参数的校核（1）注射量的校核图4-14注射机注射量注射机最大注射量反映了注射机所能成型的塑件体积或重量。1）最大注射容积注射机对空注射时，螺杆做一次最大注射行程所能射出的塑料熔体的体积，以（cm³）表示。理论注射容积Vc为式中Vc—理论注射容积（cm³）；Ds—螺杆直径（cm）；S—螺杆最大注射行程（cm）。SDVsc•=24πS（cm³）注射量的标定方法V—注射机的最大注射容积（cm³）；α—注射系数，一般为0.7—0.9。包括塑料密度变化和漏损等因素。密度变化因素：无定型塑料约为0.93，结晶型塑料约为0.85。漏损因素：如螺杆与料筒工作间隙，杆直径为Φ30，间隙δ小＝0.10，δ大＝0.25。注射过程中，因塑料的密度变化及漏损等因素，注射机的最大注射容积（公称注射容积）小于理论容积。SDVVC•==24παα（cm³）Gmax—注射某种塑料时的最大注射重量（g）;G—以PS为标准的注射机公称注射重量（g）（漏损）;ρ1—所用塑料在常温下的密度（g/cm³）;ρ2—PS在常温下的密度（g/cm³），通常为1.06g/cm³;f1—所用塑料的体积压缩比，由实验测定;f2—PS的压缩比，可以取为2.0。2）最大注射重量螺杆作一次最大注射行程所能射出的PS塑料重量，用“g”表示。注射其它塑料时，按下式对最大注射重量进行换算：1221maxffGG••=ρρ（g）Vs—制品加浇注系统的容积（cm³）；3）注射量的校核通常成型制品连同浇注系统在内，一般应不超过注射机的最大注射量的80%。①注射机最大注射量以注射容积标定时，按下式校核：KV浇单VnVVs+=≥单V浇VV—注射机的最大注射容积（cm³)；—单个制品的容积（cm³)；—浇注系统的容积（cm³)；K—注射机的最大利用系数，K=0.8；n—型腔数量（成形件数量）。②注射机最大注射量以注射重量标定时，按下式校核：为保证塑件质量，模具一次成型的塑料重量（件+浇）应在注射机公称注射量的35%～75%内，最大可达80%，最低不应小于10%。最佳注射量范围应在50%～80%内。Gs—制品加浇注系统的重量（g）；KGsGnGG≥=+浇单G单G浇G—注射机的最大注射重量（g),PS塑料；—单个制品的重量（g)；—浇注系统的重量（g)；K—注射机的最大利用系数，K=0.8；n—型腔数量（成型件数量）。注射其它塑料时用最大注射重量Gmax（g），进行换算。（2）注射压力的校核注射机的注射压力必须大于成型塑件所要需的注射压力。即满足P注≥P成P注—选用注射机的最大注射压力（MPa）；P成—成型塑件所需的注射压力（MPa）。按塑料的流动性和塑件精度要求不同，注射压力可分为如下几种情况：★熔体流动性好，塑件形状简单，壁厚大时，注射压力一般小于70MPa。★熔体粘度较低，塑件形状和尺寸精度要求一般，注射压力常选用70～100MPa。★熔体粘度中等，塑件形状复杂程度一般，但有一定精度要求，注射压力常选用100～140MPa。★熔体粘度较高，塑件壁薄、尺寸大，或壁厚不均，精度要求严格的，注射压力常选用140～180MPa。★对精密制品，注射压力已用到250～360MPa，个别可达到400MPa以上。（3）锁模力的校核注射机的锁模力必须大于注射充模时型腔产生的胀模力。否则在注射成型时会因锁模不紧而发生溢边现象。图4-15锁模力与涨模力制品与浇注系统在分型面上的投影面积之和A锁模力应满足T锁＝KP平均AT锁—注射机额定锁模力（KN）；P平均—型腔平均压力（MPa）；A—塑件加浇注系统在分型面上的总投影面积（c㎡）；K—安全系数，通常为1.1～1.2。ｐ平均＝ｋPｋ—压力损耗系数，据塑料品种、浇注系统结构及尺寸、塑件形状、成形工艺条件等不同，通常取0.25～0.5。P—注射压力（MPa）。因压力损失，模具型腔的熔体压力一般为25～50MPa。中小型塑件成形时的型腔压力可取20～40MPa。精密塑件成形时的型腔压力可取39～44MPa或更高。2模具在注射机上安装尺寸校核（1）模具外形尺寸与注射机拉杆间距模具外形尺寸应在注射机的安装尺寸范围内。图4—16模具在注射机上的安装（2）模具厚度设计的模具应在注射机允许的模具厚度范围内，即应满足Hmin≤Hm≤HmaxHm—模具厚度（mm）；Hmin—允许安装的最小模具厚度（mm）；Hmax—允许安装的最大模具厚度（mm）。（3）模具安装定位与紧固模具与注射机定位，通过定位环使其主流道中心与注射机喷嘴中心保持同心。定位环（1）开模行程与模具安装高度无关注射机的锁模机构采用机械与液压联合作用方式时，其开模行程是由肘杆机构的最大行程决定的，不受模具安装高度的影响。模具安装高度可在允许的最大和最小模具厚度之间进行调节。注射机的最大开模行程应大于模具所需的开模距离，即应满足Smax≧S（mm）3开模行程的校核Smax—注射机最大开模行程（mm）；S—模具所需开模距离（mm）。液压一曲肘式合模装置1-注塑模具；2-喷嘴；3-低压油嘴；4-高压油嘴；5-油缸（2）开模行程与模具安装高度有关直角式注射机和全液压式合模机构的注射机，其最大开模行程等于注射机移动模板与固定模板之间的最大开距Sk减去模具闭合高度Hm，即Sk≧Hm+SSk—注射机移动模板与固定模板之间的最大距离（mm）；Hm—模具闭合高度（mm）。模具所需开模距离S，根据模具结构类型不同可分为以下几种情况。1）对于单分型面模具，应满足以下关系，即S≧H1+H2+（5～10）（mm）S—注射机最大开模行程（mm）；H1—塑件脱模距离（mm）；H2—制品高度，包括浇注系统凝料，（mm）。图4-17单分型面模具的开模行程校核2）对于双分型面模具，按下式校核S≧H1+H2+a+（5～10）（mm）a—定模固定板与定模型腔之间需分开的距（mm），便于取出浇道凝料。图4-18双分型面模具的开模行程校核(3）具有侧抽芯机构的模具对于带有斜导柱侧向抽芯机构的模具，必须校核注射机开模行程是否能满足侧抽距离Sc所需要的开模行程Hc。图4-19侧向抽芯机构的开模行程校核①当HcH1+H2时，取②当Hc≤H1+H2时，取Sc≧Hc+（5～10）（mm）Sc≧H1+H2+（5～10）（mm）n—型腔数量；gV—注射机最大注射量（cm³）；jV—浇注系统所占有的注射容积（cm³）；zV—单个制品的容积（cm³）。4.3模具型腔数量的确定1以注塑机的最大注射量确定型腔数量n用最大注射量计算时，每次注射所需的塑料熔体量不应超过注射机最大注射量的80%。即zjgVVVn−≤8.02按注射机的额定锁模力确定型腔数量nzmjmAPAPTn−≤额额TmPjAzA—注射机的额定合模力（N）；—塑料熔体对型腔的平均压力(MPa)；—浇注系统在分型面上的投影面积(mm2)；—单个制品在分型面上的投影面积(mm2)。3按塑件年产量确定型腔数量n确定了塑件的年产量与注射机规格后，增加模具型腔数量，可降低塑件生产成本和加工费。TQtn≤Q—塑件年产量（件）；t—塑件成型周期（min）；T—一年中有效工作时间（min）。4按塑件精度要求来考虑型腔数目n生产实践表明，多型腔模具每增加一个型腔，塑件尺寸精度要降低4%～5%。精密模具一般不多于一模四腔。单型腔模具易于保证较高的塑件精度。为满足塑件尺寸精度，须使LΔs＋（n－1）LΔs·4%≤δ式中L—塑件基本尺寸，mm；Δs—单型腔模具注射时,塑件可能产生的尺寸误差的百分比；δ—塑件的尺寸公差，mm；采用双向对称偏差标注(±δ)。结晶型塑料如POM、PA等，δ＝（0.2～0.3）％；无定型塑料如PC、PS和ABS等可取δ＝（0.05～0.07）％。上式可简化为2425−Δ≤sLnδ5按经济性确定型腔数量n按总成型加工费用最小原则，并忽略准备时间和试生产原料消耗的费用，只考虑模具费用和成型加工费用。模具费用（Xm）为Xm=nC1＋C2式中C1—每一型腔所需承担的与型腔数有关的模具费用；C2—与型腔数无关的费用。成型加工费（Xj）为Xj＝N（）式中N—制品总件数；y—每小时注射成型加工费用，元/h;t—注射成型周期，s。塑件生产总费用（X）为X＝Xm＋Xj为使总的生产费用最小，令，求解并整理得nyt60160CNytn=0=dndx4.4注射模具分型面的确定模具上用于取出塑件和浇注系统凝料所分开的接触表面，称为