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注塑模具基础知识3


第三章 塑料注射模设计基础
学习的目的和要求 注射机的基本结构、 第一节 注射机的基本结构、类型与选用 第二节 塑料注射成形原理与过程 第三节 注射成形的主要工艺参数 第四节 注射模的工作原理与基本结构组成 第五节 注射模的典型结构 第六节 分型面的设计 第七节 注射模的排气 第八节 注射模与注射机的关系

学习的目的和要求
熟悉注射模具

的分类、注射机的基本结构与类型 掌握注射成形原理、了解注射生产过程 熟悉注射成形主要工艺参数的选择和控制 掌握注射模具的典型结构 能够熟练地默画出图3-12所示的模具结构 掌握分型面的选择方法 掌握注射模型腔数量的确定方法 掌握注射模与注射机之间的关系

注射机的基本结构、 第一节 注射机的基本结构、类型与选用
注射机是注射成形生产的主要设备,在注射机上, 利用注射成形模具,采用注射成形工艺获取制品的方 法,称作注射成形。注射成形技术能够一次成形形状 复杂且质量高的制品,生产效率及自动化程度高、材 料的加工适应性强,既可成形热塑性塑料,又可成形 热固性塑料,因而在塑料制品加工业中被广泛应用, 是塑料制品的主要成形工艺方法之一。 据统计,全世界注射机的产量在近10年来增加了 10倍,产量占塑料机械产量的35 %~ 40 %,成为塑 料机械中增长最快、产量最多的机种。目前用注射机 加工的塑料量约占塑料产量的30 %,这个比例还在扩 大。注射机正朝着大型、高速、高效、精密、自动化、 小型、微型、节能的方向发展。

3.1.1 注射机的基本组成
注射机全称塑料注射成形机,它由注射装置、合模装置、 电气和液压控制系统、润滑系统、水路系统、机身等组成, 图3-1和图3-2所示分别是普通柱塞式和螺杆式注射机的结 构示意图。各组成部分的作用如下: 注射装置 将固态塑料预塑为均匀的熔料,并以高速将 熔料定量地注入模腔。 合模装置 使模具打开和闭合,并确保在注射时模具不 开启。在合模装置内还设有供推出制品用的推出装置。 液压、 液压、电气控制系统 使注射机按照工序要求准确地动 作,并精确地实现工艺条件要求(时间、温度、压力)。 润滑系统 为注射机各运动部件提供润滑。 水路系统 用于注射机液压油的油温冷却、料斗区域冷 却以及模具冷却。 机 身 它是一个稳固的焊接构件。机身上方左边安 置合模机构,右边安置注射装置。机身下方安置电气及液 压控制系统。

3.1.2 注射机的工作过程
各种注射机完成注射成形的动作程度可能不 完全相同,但其成形的基本过程还是相同的。下 面以最常用的螺杆式注射机为例,说明其工作过 程,如图3-3所示。 1 合模 模具首先以低压高速进行闭合,当动模接近 定模时,合模装置的液压系统将合模动作切换成 低压低速(即试合模),在确认模具内无异物存在 时,再切换成高压低速从而将模具锁紧。

2 注射装置前移 注射座移动油缸工作使注射装置前移,保证 喷嘴与模具主流道入口以一定的压力贴合,为注 射工序做好准备。 3 注射与保压 完成上面两项工作后,便可向注射油缸注入 压力油,于是与注射油缸活塞杆相连接的螺杆便 以高压高速将料筒内的熔料注入模腔。熔料充满 模腔后,要求螺杆仍对熔料保持一定的压力,以 防止模腔内的熔料回流,并向模腔内补充制品收 缩所需要的物料,避免制品产生缩孔等缺陷。保 压时,螺杆因补缩会有少量的前移。

4 冷却和预塑 一旦浇口料固化即卸除保压压力。此时,合模油缸的 高压也可卸除,制品在模内继续冷却定型。为了缩短成形 周期,将预塑程序安排在制品冷却的时间段内进行。预塑 是指注射装置对下一模用的塑料进行塑化。经过塑化,固 态塑料变成有流动性的均匀的熔体,当塑化量达到预定值 后,螺杆自动停止塑化。 5 注射装置后退 成形时,为了避免喷嘴长时间与冷模具接触而使喷嘴 端口处形成冷料,影响下次注射和制品质量,需要将喷嘴 撤离模具,即安排注射装置后退程序。当模具温度较高时, 可以取消此程序,使注射装置固定不动。 6 开模和顶出制品 模内制品冷却定型后,合模装置即可开模,顶出装置 动作使制品顶离模具。清理模具,为下一模成形做好准备。 图3-4所示为注射机工作过程循环框图。

3.1.3 注射机的分类
随着注射成形工艺技术的发展与应用范围的 不断扩大,注射机的类型不断增加。注射机的分 类方法较多,常用的有以下几种: 1按外形结构特征分类 按外形结构特征分类 按照注射机的外形结构,注射机可分为卧式、 立式和直角式三种类型。

卧式注射机 卧式注射机是注射机产品中 最基本、最普通的形式,其结构特征如图3-1 和图3-2所示,它们的特点是注射系统与合模 系统的轴线重合并与机器安装底面平行,因此 机身较低、便于操作维修,且制品顶出脱模后 可自动坠落,易于实现机械化或自动化。其缺 点是机床占地面积较大,向模内安放嵌件比较 困难,而且模具安装比较麻烦。如图3-5所示 即为卧式注射机的实例。

(2)立式注射机 立式注射机的外形结构特征 及实例如图3-6所示。它的特点是注射系统与合模 系统的轴线重合并与机器安装底面垂直。它的优 点是占地面积小,安装、拆卸模具方便,在下模 安装嵌件时,嵌件不易倾斜或下落。其缺点是制 品由模具中推出后,需人工取出,有碍于自动操 作,若要实现全自动化,必须采用机械手进行取 件。另外,还有机身高不稳定、加料不方便、对 厂房高度有一定要求等缺点。目前,这类注射机 主要用于生产注射量小于60cm3 的多嵌件制品, 它们的结构也多为柱塞式结构,塑化效果不佳。

(3)直角式注射机 直角式注射机的外形 结构特征及实例如图3-7所示。它们的特点是 合模系统与注射系统的轴线垂直,使用和安 装特点介于前面两类注射机之间,使用也较 普遍,特别适用于生产形状不对称的制品和 使用侧浇口的模具。目前国内角式注射机的 生产量小,但它是一种不可缺少的重要形式。

2 按注射机大小规格分类 按注射机规格可将注射机分为五种类别, 如表3-1所示。

3 按成形制品精度的高低分类 注射机分为普通(或通用)型、精密型和超精 密型。普通注射机用于成形一般精度的制品。而 精密和超精密型注射机不仅可以成形形状更加复 杂、壁厚更薄、精度和质量更高的制品,并且能 够稳定地控制制品的重复精度。但是精密注射机 的价格比普通注射机要昂贵得多。 此外还有各种各样的为生产特定产品而设计 的专用注射机,例如眼镜注射机。

3.1.4 注射机的技术参数
1 公称注射量 公称注射量是指在对空注射的条件下,注射 螺杆或柱塞作一次最大注射行程时,注射装置所 能达到的最大注射量。它通常用两种参数表示, 即“注射质量”和“理论注射容量”,这两者均 是以注射聚苯乙烯( PS)塑料作为标准。“注射质 量”是指注射机的螺杆(或柱塞)作一次最大行程 所注射出的熔料的质量( g)。“理论注射容量”则 为注射机料筒的截面积与螺杆的最大行程的乘积, 单位为cm3 。 公称注射量反映了注射机能够生产塑料制品 的最大质量,常用作表征注射机规格的主要参数。

2 注射压力 注射时,料筒内的螺杆或柱塞对熔料施加足 够大的压力,此压力称为注射压力。其作用是克 服熔料从料筒流经喷嘴、流道和充满型腔时的流 动阻力,给予熔料充模的速率以及对模内的熔料 进行压实。注射压力大小对制品的尺寸和重量精 度,以及制品的内应力有着重要影响。为了满足 不同加工需要,许多注射机通过改变螺杆直径或 调节注射系统的油压来改变最大注射压力。

3 锁模力 锁模力又称合模力,是指熔料注入模腔时, 合模装置对模具施加的最大夹紧力。当高压熔料 充满模腔时,会在型腔内产生一个很大的力,力 图使模具沿分型面胀开,因此必须依靠锁模力将 模具夹紧,使腔内塑料熔料不外溢跑料。锁模力 是保证制品质量的重要参数,在一定程度上反映 注射机生产制品的能力,因此,锁模力常用作表 示注射机规格大小的主要参数。 4 塑化能力 塑化能力是指在一小时内,塑化装置所能塑 化的熔料量。

5 合模装置的基本尺寸 (1)模板尺寸和拉杆内距 模板尺寸是指模板外围的长 度和高度尺寸。拉杆内距是指两拉杆之间(不包括拉 杆本身)的距离,用“水平距离/ mm×垂直距离/mm” 表示,这两个参数限制了模具外形尺寸和装模方向。 (2)最大模厚和最小模厚 是指移动模板关闭模具,达 到规定锁模力时,动模固定板与定模固定板间的最大 和最小距离。由这两个参数可以了解设备允许容纳模 具的厚度范围。 (3)模板最大距离 是指动模固定板与定模固定板台面 之间的最大距离mm。 (4)开模行程 是指动模固定板能够移动的最大行程。 模具是依靠动模固定板的移动来实现合拢或打开,确 定开模行程的需要量时,应以保证模具打开后能顺利 取出制品为度。

3.1.5 注射机的型号规格表示法
注射机的型号规格有三种表示方法:锁模力、注射量/ 锁模力、注射量。 锁模力表示法是用注射机的最大锁模力参数来表征该 机的型号规格。此表示法直观、简单,可直接反映注射制 品的面积大小。注射量/锁模力表示法是用理论注射容量 与锁模力两个参数共同表示注射机的型号规格,这种表示 方法能够比较全面地反映注射机加工制品的能力。注射量 表示法是用注射机的理论注射容量参数来表征注射机的型 号规格。 这三种表示方法当中,锁模力法和注射量/锁模力法在 国际上用的比较普遍。注射量法我国以前采用得较广,现 在国产机用前两种方法的居多。国产注射机的型号规格及 主要技术参数可参考其生产厂家的产品说明书。

3.1.6 注射机的选用原则
随着工业的发展,生产中需注射成形的塑料 制品不断增多,而注射成形必须用注射模在注射 机上进行。因而在生产塑料制品、设计注射模具 时,选用合适的注射机是一项必不可少的工作。 所选择的注射机与塑件大小、模具结构、型腔数 目、位置等因素有关。在准备塑料制品的生产、 设计注射模的各阶段都要考虑选择注射机的问题。 1.注射机的选用原则与方法 注射机的选用原则与方法 注射机选用的总原则是技术上先进,经济上 合理,确保产品质量。以此来全面衡量机器的技 术经济特性,并以下列因素为选择依据。

⑴机器的生产效率 包括注射机的注射量、 循环时间和自动化程度。 ⑵成形制品的质量 以注射制品的内在质量 和外在质量来考核。内在质量包括成形制品的物 理和化学性能及其均匀性;外在质量为制品的几 何形状、尺寸、外观和色泽等。成形制品的质量 主要取决于注射机的熔融性能、熔融作用过程、 物料在机内的塑化以及混合和分散的机能。注射 成形制品质量的好坏与选择的机型、螺杆以及工 艺配方、原料质量、模具和加工工艺条件的控制 都有直接关系。 ⑶功率消耗 注射机的功率消耗主要由注 射螺杆的驱动功率和加热功率构成。以高效、低 能耗注射机为优选机型。

⑷机器的使用寿命 主要取决于螺杆、料筒和减 速器的磨损情况以及传动箱止推轴承的使用寿命。设 计、选料和制造精良的塑化部件、传动减速系统和自 控系统,虽然使机组投资增加,但机组使用寿命长, 维修费用低,产品质量好。 ⑸注射机的通用性和专用性 要求加工范围广, 宜选用通用性强的注射机,如通用型螺杆注射机。如 用户加工产品单一,宜选用专用注射机。如单注射多 模位注射机等。专用注射机有可能使机器性能优异, 产品质量提高,自动化程度高,造价也较便宜,因此 经济性好。 注射机的选用一般可按三步法进行:首先是注射 机形式的选择,其次是注射螺杆形式的选择;然后再 按照生产规模和产品质量要求确定注射机的主要技术 参数

2. 注射机形式的选择 注射机按外形特征可分为卧式、立式、角式 和特殊式等四大类。若工厂厂房较为宽敞,生产 一般性的塑料制品,又要求具有较高的自动化程 度,宜选用卧式注射机;若工厂车间面积受到一 定限制,又加工尺寸较小的多嵌件制品,从嵌件 的安装定位角度考虑,宜选择注射量小的立式注 射机;对于一些小型的、又要求加工中心部分不 允许留有浇口痕迹的平面制品。较多地选用角式 注射机;有些塑料制品的冷却定型时间较长,或 对于安放嵌件需要较长辅助时间的大批量塑料制 品的生产,为了能充分发挥注射装置的塑化能力, 一般选用特殊形式的注射机,如多模转盘式注射 机。

3. 根据产品要求选择注射机的主要技术参数 注射机生产厂家给出的产品样本上,有关的设备性能 分别记载在注射装置、合模装置和各附属装置等功能类别 内。当准备选用注射机时,应综合考虑以下几方面的性能, 以最终决定是否可以使用该设备。①根据成形制品的大小 (尺寸、重量人),估算是否有足够的成形能力。②是否 有足够的位置来安装准备使用的模具。③是否有足够快的 操作速度以达到预定的成形周期。 ⑴与塑料制品的大小有关的性能 ①注射量 根据塑件的尺寸和材料计算出塑件的最大 质量mg, 再加上浇注系统塑料的质量mj。即为一次注射到 模具内所需的塑料量,考虑到注射系数,应增大25%左右。 因为注射机的注射量是以聚苯乙烯塑料为标准的,因此, 若加工其他材料的塑料制品,应根据其密度换算成聚苯乙 烯料的质量。再根据型腔数N来选择注射量。 即mmax=(Nmg+mj)×1.25

②注射压力 不同尺寸和形状的塑料制品, 以及不同的塑料品种,所需的注射压力是各不相 同的。应根据塑料的注射成形工艺来确定塑件的 注射压力。所选择的注射机其最大注射压力能满 足一该制品的成形需要。 ③合模力 注射成形时,熔体在模具型腔内 的压力很高,其作用在模具上的压力也很大,易 使模具沿分型面胀开。首先应根据加工条件,确 定模腔压力,作用在分型面上力的大小等于塑件 和浇注系统在分型面上投影面积之和乘以型腔内 熔体的压力。所选的注射机的额定合模力应大于 作用在分型面上的力。

⑵与模具大小有关的尺寸 注射机型号繁多,安装模具的各种尺寸也不相同, 在设计注射模和选择注射机时必须考虑喷嘴尺寸、定 位圈大小、模厚、模板上安装螺钉孔的位置与尺寸等 因素。一般来说,模具外形尺寸应在注射机动、定模 板所规定的安装模具的尺寸范围内;模具厚度应在注 射机规定的最大和最小模厚范围内。所选的注射机的 开合模行程必须大于制品最大高度的二倍以上。 ⑶与成形周期有关的性能 注射机动作快慢的表示方法常用空循环时间这一 指标来表示。它是指不供给注射机原料,使机器以最 高速度无负荷空运转时,每个循环所需要的实际动作 时间。使用时可根据制品生产量的大小来选定。

综上所述,选择注射机时要遵守以下原则: ①用户要依据生产规模选择注射机的台数和 型号。 ②依制品结构、材料的性质选择注射机类型、 螺杆形式和主要技术参数,两者需彼此相适应, 以求确保产品的产量和质量。 ③选择的注射机类型、型号和规格应符合注 射机产品样本等技术资料的规定,否则按专用或 特殊机处理。 由于选择注射机时所需考虑的各项技术参数 较多,它们之间又是互相制约的,要尽量同时满 足各方面的要求。

第二节 塑料注射成形原理与过程
3.2.1 塑料的注射成形原理 注射成形是根据金属压铸成形原理发展而来 的,其基本原理就是利用塑料的可挤压性与可模 塑性,首先将松散的粒状或粉状成形物料从注射 机的料斗送入高温的机筒内加热、熔融、塑化, 使之成为粘流熔体,然后在柱塞或螺杆的高压推 动下,以很大的流速通过机筒前端的喷嘴注射进 入温度较低的闭合模具中,经过一段保压冷却定 型时间后,即可保持模具型腔所赋予的形状和尺 寸。开合模机构将模具打开,在推出机构的作用 下,即可取出注射成形的塑料制件。注射成形原 理如图3-8所示。

注射成形是热塑性塑料成形的重要方法之一, 到目前为止,除氟塑料以外,几乎所有的热塑性 塑料都可以用注射成形的方法成形,广泛应用于 各种塑料制件的生产。注射成形的优点是:成形 周期短;能一次成形形状复杂、尺寸精确、带有 金属或非金属嵌件的塑料制件;注射成形的生产 率高,易实现自动化生产。注射成形的缺点是所 用的注射设备价格较高,注射模具的结构复杂, 生产成本高,生产周期长,不适合于单件小批量 的塑件生产。除了热塑性塑料外,一些流动性好 的热固性塑料也可用注射方法成形,其原因是这 种方法生产效率高,产品质量稳定。

3.2.2 注射生产前的准备
为了使注射成形生产顺利进行和保证制品质 量,在注射成形前应作一定的准备工作,如原料 预处理、清洗机筒、预热嵌件和选择脱模等。 1原料预处理 原料预处理 生产前对成形原料进行的预处理包括分析检 验成形原料的质量和预热干燥。 (1)分析检验成形原料的质量 根据注射成形 对原料的工艺特性要求,检验原料的含水量、色 泽、细度及均匀度、有无杂质并测试其热稳定性、 流动性和收缩率等指标。如果检验中出现问题, 应及时采取措施加以解决。

(2)预热干燥 对于吸湿性强或粘水性强的塑 料,如尼龙、聚碳酸酯、ABS 等,成形前应根据 成形工艺允许的含水性要求,进行充分的预热干 燥,目的是除去物料中过多的水分和挥发物,以 防止成形后塑件出现气泡和银丝等缺陷,同时也 可以避免注射时发生水降解。对于吸湿性强或粘 水性不大的塑料,如果包装储存的好,也可以不 进行预热干燥。如图3-9所示就是常用的热风干燥 机。

2 清洗料筒
生产中如需改变塑料品种、更换物料、调换颜色,或 发现成形过程中出现了热分解或降解反应,则应对注射机 料筒进行清洗。通常,柱塞式注射机料筒存量大,必须将 料筒拆卸清洗。对于螺杆式料筒,可采用对空注射法清洗。 采用对空注射法清洗螺杆式料筒时,若欲更换的塑料的成 形温度低于料筒内残料的成形温度时,应将料筒和喷嘴温 度升高到欲换塑料的最高成形温度,切断电源,加入欲换 塑料的回料,并连续对空注射,直到将全部残料排除为止; 若欲更换的塑料的成形温度高于料筒内残料的成形温度时, 应将料筒和喷嘴温度升高到欲换塑料的最低成形温度,然 后加入欲换塑料或其回料,并连续对空注射,直到将全部 残料排除为止。若欲更换的两种塑料成形温度相差不大时, 不必变更温度,先用回料,然后用欲换之塑料对空注射即 可。残料属热敏性塑料时,应从流动性好、热稳定性好的 聚乙烯、聚苯乙烯等塑料中选择粘度较高的品级作为过渡 料对空注射。

3 预热嵌件 对于有嵌件的塑料制件,由于金属与塑料的 收缩率不同,嵌件周围的塑料容易出现收缩应力 和裂纹,因此,成形前可对嵌件进行预热,减小 它在成形时与塑料熔体的温差,避免或抑制嵌件 周围的塑料容易出现的收缩应力和裂纹。在嵌件 较小时对分子链柔顺性大的塑料也可以不预热。 4 选择脱模剂 注射成形生产中,为了使塑料制件容易从模 具内脱出,有的模具型腔或模具型芯还需涂上脱 膜剂,常用的脱模剂有硬脂酸锌、液体石蜡和硅 油等。对于含有橡胶的软制品或透明制品不宜使 用脱模剂,否则将影响制品的透明度。

3.2.3 注射成形过程
完整的注射成形工艺过程可以分为加料、塑 化计量、注射充模和冷却定型等阶段,如图3-10 所示。下面分阶段阐述成形各个阶段的工作原理。

1 加料 将粒状或粉状塑料加入注射机料斗,由柱塞 或螺杆带入料筒进行加热。 2塑化计量 塑化计量 成形物料在注射机机筒内经过加热、压实以 及混合等作用以后,由松散的粉状或粒状固态转 变成连续的均化熔体之过程称为塑化。所谓均化 包含四方面的内容,即物料经过塑化之后,其熔 体内必须组分均匀、密度均匀、粘度均匀和温度 分布均匀。所谓计量是指能够保证注射机通过柱 塞或螺杆,将塑化好的熔体定温、定压、定量地 输出机筒所进行的准备动作,这些动作均需注射 机控制柱塞或螺杆在塑化过程中完成。

3 注射充模 柱塞或螺杆从机筒内的计量开始,通过注射油缸 和活塞施加高压,将塑化好的塑料熔体经过机筒前端 的喷嘴和模具中的浇注系统快速送入封闭模腔的过程 称为注射充模。注射充模又可细分为流动充模、保压 补缩和倒流三个阶段。 (1)流动充模 塑化好的塑料熔体在注射机柱塞 或螺杆的推进作用下,以一定的压力和速度经过喷嘴 和模具的浇注系统进入并充满模具型腔,这一阶段称 为充模。很显然,熔体在注射过程中会遭到一系列的 流动阻力,这些阻力一部分来源于机筒、喷嘴、模具 浇注系统和模腔表壁对熔体的外摩擦,另一部分则来 源于熔体自身内部产生的粘性内摩擦。为了克服流动 阻力,注射机必须通过螺杆或柱塞向熔体施加很大的 注射压力。

(2)保压补缩 保压补缩阶段指从熔体充满模腔至柱 塞或螺杆在机筒中开始后退为止的阶段为保压补缩阶段。 其中,保压是指注射压力对模腔内的熔体继续进行压实的 过程,而补缩则是指保压过程中,注射机对模腔内逐渐开 始冷却的熔体因成形收缩而出现的空隙进行补料之动作。 保压补缩时间应适当,时间过长容易使塑料件产生应力, 引起塑件翘曲或开裂。 (3)倒流 倒流指柱塞或螺杆在机筒中向后倒退时, 模腔内熔体朝着浇口和流道进行的反方向流动。很明显, 整个倒流过程将从注射压力撤退开始,至浇口处熔体冻结 时为止。引起倒流的原因主要是注射压力撤退后,模腔压 力大于倒流压力,且熔体与大气相通所造成的结果。由此 可见,倒流是否发生或倒流的程度如何,均与保压时间有 关。一般来讲,保压时间较长时,保压压力对模腔内的熔 体作用时间也越长,倒流较小,塑件的收缩情况会有所减 轻。而保压时间短时,情况则刚好相反。

4 冷却定型 冷却定型从浇口冻结时间开始,到制品脱模为止, 是注射成形工艺过程的最后一个阶段。在此阶段,补 缩或倒流均不再继续进行,型腔内的塑料继续冷却、 硬化和定型。当脱模时,塑料制件具有足够的刚度, 不致产生翘曲和变形。随着冷却过程的进行,温度继 续下降,型腔内塑料收缩,压力下降,到开模时,型 腔内的压力下降到最低值(但不一定等于外界大气 压)。型腔内压力与外界大气压力之差值称为残余压 力,残余压力大小与塑件保压阶段的长短有关。残余 压力为正值时,脱模较困难,塑件易刮伤或崩裂;残 余压力为负值时,塑件表面有缺陷或内部有真空泡。 所以,只有在残余压力接近零时,脱模才较便利,并 能获得满意的塑件。 塑件冷却冷却定型后即可开模,在推出机构的作 用下,将塑料制件推出模外,完成注射成形过程。

3.2.4 塑件的后处理
由于成形过程中塑料熔体在温度和压力作用下的 变形流动行为非常复杂,再加上流动前塑化不均以及 充模后冷却速度不同,制品内经常出现不均匀的结晶、 取向和收缩,导致制品内产生相应的结晶、取向和收 缩应力,脱模后除引起时效变形外,还会使制品的力 学性能、光学性能及表观质量变坏,严重时还会开裂。 为了解决这些问题,可对制品进行一些适当的后处理, 常用的后处理方法有退火和调湿两种。 退火是将塑件放在定温的加热介质(如热水、热 油、热空气和液体石蜡等)中保温一段时间的热处理 过程。利用退火时的热量,能加速塑料中大分子松弛, 从而消除或降低制品成形后的残余应力。生产中的退 火温度一般都在制品的使用温度以上10~20?C至热变 形温度以下10~20?C之间进行选择和控制。保温时间 与塑料品种和制品厚度有关,如无数据资料,也可按 每毫米厚度约需半小时的原则估算。退火冷却时,冷 却速度不易过快,否则还有可能重新产生温度应力。

调湿处理是一种调整制品含水量的后处理工 序,主要用于吸湿性很强、且又容易氧化的聚酰 胺等塑料制品,它除了能在加热和保温条件下消 除残余应力之外,还能促使制品在加热介质中达 到吸湿平衡,以防它们在使用过程中发生尺寸变 化。调湿处理所用的加热介质一般为沸水或醋酸 钾溶液(沸点为121?C),加热温度为100~ 121?C(热变形温度高时取上限,反之取下限), 保温时间与制品厚度有关,通常约取2~9h。 应该指出,并非所有塑料制品都要进行后处 理,通常,只是对于带有金属嵌件、使用温度范 围变化较大、尺寸精度要求高和壁厚大的制品才 有必要进行后处理。

第三节 注射成形的主要工艺参数
在塑料原材料、注射机和模具结构确定之后,注 射成形工艺条件的选择与控制,便是决定成形质量的 主要因素。一般来讲,注射成形具有三大主要工艺参 数,即温度、压力和时间。下面分别予以阐述。 3.3.1 温度 注射成形时的温度条件主要指料温和模温两方面 的内容,其中料温影响塑化和注射充模,而模温则同 时影响充模与冷却定型。 1 料温 料温指塑化物料的温度和从喷嘴注射出的熔体温 度,其中,前者称为塑化温度,而后者称为注射温度。 因此,料温主要取决于料筒和喷嘴两部分的温度。使 物料具有良好的流动性且不产生变质的温度为最佳料 温。

(1)料筒温度 使用注射机时,需对注射机的料筒 按照后段、中段和前段三个不同区域进行分别加热与 控制。后段指加料料斗附近,该段加热的温度要求最 低,是对物料起始加热,若过热则会使物料粘结,影 响顺利加料;前段指靠近料筒内螺杆(或螺杆)前端 的一段区域,一般这段温度为最高;中段即指前段与 后段之间的区域,对该段温度控制介于前、后段温度 之间。总的来说,料筒加热是由后段至前段温度逐渐 升高,以实现塑料逐渐升温达到良好的熔融状态要求。 为了避免熔料在料筒里过热降解,除必须严格控 制熔体的最高温度外,还必须控制熔料在料筒里的滞 留时间。通常,提高料筒温度以后,都要适当缩短熔 体在料筒里的滞留时间。螺杆式和柱塞式注射机由于 其塑化过程不同,因而选择的料筒温度也不同。在注 射同一种塑料时,螺杆式料筒温度可比柱塞式料筒温 度低10~20℃。

判断料筒温度是否合适,可采用对空注射法 观察或直接观察塑件质量的好坏。对空注射时, 如果料流均匀、光滑、无泡、色阵均匀,则说明 料温合适;如果料流毛糙、有银丝或变色现象, 则说明料温不合适。 (2)喷嘴温度 为了防止喷嘴处的塑料熔体发 生冷凝而阻塞喷嘴或冷料被注入模腔内影响制品 质量,喷嘴温度不能过低,只可略低于料筒前段 温度,否则会使熔体产生早凝,其结果不是堵塞 喷嘴孔,就是将冷料充入模具型腔,最终导致成 品缺陷。喷嘴温度也不能过高,否则会发生“流 涎”现象。

2模具温度 模具温度
模具温度指和制品接触的模腔表壁温度,它直接 影响熔体的充模流动行为、制品的冷却速度和成形后 的制品性能等。模具温度的高低取决于塑料是否结晶 和结晶程度、塑件的结构和尺寸、性能要求和其他工 艺条件(熔料温度、注射速度、注射压力和模塑周期 等)。 一般来讲,提高模具温度可以改善熔体在模内的 流动性、增加制品的密度和结晶度,以及减小充模压 力和制品中的应力。但制品的冷却时间、收缩率和脱 模后的翘曲变形将延长或增大,且生产率也会因冷却 时间延长而下降。反之,若降低模温,虽能缩短冷却 时间和提高生产率,但在温度过低的情况下,熔体在 模内的流动性能将会变差,并使制品产生较大的应力 或明显的熔接痕迹等缺陷。此外,除了模腔表壁的粗 糙度之外,模温还是影响制品表面质量的因素,适当 地提高模温,制品的表面粗糙度也会随之下降。

模具温度通常是由通入定温的冷却介质来控 制的,也有靠熔料注入模具自然升温和自然散热 达到平衡的方式来保持一定的温度。在特殊情况 下,也可用电阻加热丝和电阻加热棒对模具加热 来保持模具的定温。但不管采用什么方法对模具 保持定温,对塑料熔体来说,都是冷却的过程, 其保持的定温都低于塑料的玻璃化温度或工业上 常用的热变形温度,这样才能使塑料成形和脱模。 采用较高模具温度的塑料品种有聚碳酸酯、 聚砜和聚苯醚等,采用较低模具温度的塑料品种 有聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯和聚酰 胺等。

为了缩短成形周期,确定模具温度时可采用 两种方法。一种方法是把模具温度取得尽可能低, 以加快冷却速度缩短冷却时间。另一种方法则需 要模温保持在比热变形温度稍低的状态下,以求 在比较高的温度下将塑件脱模,然后由其自然冷 却,这样做也可以缩短塑件在模内的冷却时间。 具体采用何种方法,需要根据塑料品种和塑件的 复杂程度确定。 3脱模温度 脱模温度 制品由模内脱出即测得的温度称为脱模温度, 它应低于成形塑料的热变形温度。

3.3.2 压力
注射成形时需要选择与控制的压力包括注射压力、 保压力和塑化压力。其中,注射压力又与注射速度相 辅相成,对塑料熔体的流动和充模具有决定作用;保 压力和保压时间密切相关,主要影响模腔压力以及最 终的成形质量;背压力的大小影响物料的塑化过程、 塑化效果和塑化能力,并与螺杆转速有关。 1 注射压力 注射压力是指注射时在螺杆头部产生的熔体压强。 其作用是克服塑料流经喷嘴、流道、浇口及模腔内的 流动阻力,并使型腔内塑料受到一定压力的压实作用。 注射压力不仅是熔体充模的必要条件,同时还影响制 品质量,如制品成形尺寸、性能等,且对模具工作顺 利和安全性方面造成影响。注射压力过高易产生溢料 或使模具的强度或刚性不足。注射压力与料温又有紧 密联系。料温高时需较低注射压力,料温低时需较高 的注射压力,彼此经恰当的组合而获得满意的效果。

注射压力的大小取决于注射机的类型、塑料的品种、 模具浇注系统的结构、尺寸与表面粗糙度、模具温度、塑 件的壁厚及流程的大小等,关系十分复杂,目前难以作出 具有定量关系的结论。在注射机上常用表压指示注射压力 的大小,一般在40~130MPa 之间,压力的大小可 通过注射机的控制系统来调整。 2 保压力 在注射成形的保压补缩阶段,为了对模腔内的塑料熔 体进行压实以及为了维持向模腔内进行补料流动所需要的 注射压力叫做保压力。在保压阶段中,模腔内的塑料因冷 却收缩而让出些许空间,这时若交口未冻结,螺杆在保压 压力的作用下缓慢前进,使塑料可继续注入型腔进行补缩。 一般取保压压力等于或略低于注射压力。 保压力的大小取决于模具对熔体的静水压力,并与制 品的形状、壁厚有关。一般来讲,对形状复杂和薄壁的制 品,为了保证成形质量,采用的注射压力往往比较大,即 保压力稍低于注射压力。对于厚壁制品,保压力的选择比 较复杂,需要根据制品使用要求灵活处理保压力的选择与 控制问题。

3塑化压力 塑化压力 塑化压力(有称背压)是指采用螺杆式注射 机生产时,注射机螺杆顶部的熔体在螺杆转动后 退时所受到的压力。背压是通过调节注射液压缸 的回油阻力来控制的。背压增加了熔体的内压力, 加强了剪切效果,由于塑料的剪切发热,因此而 提高了熔体的温度。背压的增加使螺杆退回速度 减慢,延长了塑料在料筒中的受热时间,塑化质 量可以得到改善。但背压不能过大,否则会产生 熔体反流和漏流的现象,从而降低了熔体的输送 能力,减少塑化量,增加功率消耗。同时,背压 过高可能造成物料剪切发热或切应力过大,以致 熔体发生降解。一般操作中,在保证塑件质量的 前提下,塑化压力应越低越好,其具体数值随所 用塑料的品种而定,一般为6MPa 左右,通常很 少超过20MPa。

3.3.3 成形周期
注射成形周期指一次注射成形工艺过程所需的时间,它 包含着注射成形过程中所有的时间问题,直接关系到生产 效率的高低。注射成形周期的时间组成如图3-11所示,下 面主要阐述成形周期中最重要的注射时间、保压时间和冷 却时间,至于其他操作时间,可根据生产条件灵活掌握。

1 注射时间 注射时间指注射活塞在注射油缸内开始向前 运动至保压补缩结束为止所经历的全部时间,它的 长短与塑料的流动性能、制品的几何形状和尺寸 大小、模具浇注系统的形式、成形所用的注射速 度和其他一些工艺条件等许多因素有关。注射时 间由流动充模时间和保压时间两部分组成,对于普 通制品,注射时间大致为5-130s,特厚制品可长达 10-15min,其中主要花费在保压上面,而流动充 模时间所占比例很小,如普通制品的流动充模时 间仅为2-10s。 (1)流动充模时间 注射机螺杆完成一次推进 动作,将塑料注满型腔所用的时间叫流动充模时 间。在生产中流动充模时间极短,一般在3~5秒, 大型塑件也不过在10秒以内结束。

(2)保压时间 指从塑料充满型腔开始至注射螺 杆后退时为止的这一段时间。保压时间应恰当,过长 对提高制品密度非但无效用,反而易使制品产生内应 力,引起制品翘曲或开裂。过短会引起模腔的塑料倒 流,从而使制品产生缩陷、中空等缺陷。 保压时间一般取20~120s,大型和厚壁制品可达 1~5分钟,甚至更长。保压时间与料温、模温、制品 壁厚以及模具的流道和浇口大小有关。合理恰当的保 压时间应在保压力和注射温度条件确定以后,根据制 品的使用要求试验确定。确定保压时间的具体方法为: 先用较短的保压时间成形制品,脱模后检验制品的体 积质量,然后逐次延长保压时间继续进行试验,直到 制品体积质量达到制品的使用要求或不再随保压时间 延长而增大时为止,然后就以此时的保压时间为最佳 值进行选取。

2 模内冷却时间 模内冷却时间指注射结束到开启模具这一阶 段所经历的时间,它的长短受注进模腔的熔体温 度、模具温度、脱模温度和制品厚度等因素的影 响,对于一般制品约取30~120s。确定闭模冷却 时间终点的原则为:制品脱模时应具有一定刚度, 不得因温度过高发生翘曲和变形。在保证此原则 的条件下,冷却时间应尽量取短一些。

第四节 注射模的工作原理与基本结构组成
注射模的结构,与塑料品种、制品的结构形 状、尺寸精度、生产批量、注射工艺条件和注射 机的种类等许多因素有关,因此其结构可以千变 万化,种类十分繁多。但是,在长期的生产实践 中,我们为了掌握注射模的设计规律和设计方法, 通过归纳、分析之后发现,无论各种注射模结构 之间差别多大,但在工作原理和基本结构组成方 面都有一些普遍的规律和共同点。下面以图3-12 所示的注射模典型结构为例,分析注射模的工作 原理和基本结构组成。

3.4.1 注射模的工作原理
任何注射模都可以分为定模和动模两大部分。 定模部分安装固定在注射机的固定模板(定模固 定板)上,在注射成形过程中始终保持静止不动: 动模部分则安装固定在注射机的移动模板(动模 固定板)上,在注射成形过程中可随注射机上的 合模系统运动。开始注射成形时,合模系统带动 动模部分朝着定模方向移动,并在分型面处与定 模部分对合,其对合的精确度由合模导向机构, 即由导柱8和固定在定模板2上的导套来保证。

动模和定模对合之后,加工在定模板中的凹模型 腔与固定在动模板1上的凸模7构成与制品形状和尺寸 一致的闭合模腔,模腔在注射成形过程中可被合模系 统提供的合模力锁紧,以避免它在塑料熔体的压力下 涨开。注射机从喷嘴中注射出的塑料熔体经由开设在 浇口套6中的主流道进入模具,再经由分流道和浇口 进入模腔,待熔体充满模腔并经过保压、补缩和冷却 定型之后,合模系统便带动动模后撤复位,从而使动 模和定模两部分从分型面处开启。当动模后撤到一定 位置时,安装在其内部的顶出脱模机构将会在注射机 顶杆21的推顶作用下与动模其他部分产生相对运动, 于是制品和浇口及流道中的凝料将会被它们从凸模7 上以及从动模一侧的分流道中顶出脱落,就此完成一 次注射成形过程。

3.4.2 注射模的结构组成
通过分析图3-12可知,该模具的主要功能结构由 成形零部件(凸、凹模)、合模导向机构、浇注系统 (主、分流道及浇口等)、脱模机构、温度调节系统 以及支承零部件(定、动模座,定、动模板和支承板 等)组成,但在许多情况下,注射模还必须设置排气 结构和侧向分型或侧向抽芯机构。因此,一般都认为, 任何注射模均可由上述八大部分功能结构组成。下面 主要结合图3-12简介这些结构在注射模的作用。 1 成形零部件 成形零部件是指定、动模部分中组成模腔的零件。 通常由凸模(或型芯)、凹模、镶件等组成,合模时 构成模腔,用于填充塑料熔体,它决定塑件的形状和 尺寸,如图3-12所示的模具中,动模板1和凸模7成形 塑件的内部形状,定模板2成形塑件的外部形状。

2浇注系统 浇注系统 浇注系统是熔融塑料从注射机喷嘴进入模具模腔 所流经的通道,它由主流道、分流道、浇口和冷料穴 组成。 3导向机构 导向机构 导向机构分为动模与定模之间的导向机构和顶出 机构的导向机构两类。前者是保证动模和定模在合模 时准确对合,以保证塑件形状和尺寸的精确度,如图 3-12中导柱8、导套9;后者是避免顶出过程中推出板 歪斜而设置的,如图3-12中推板导柱16、推板导套17。 4脱模机构 脱模机构 用于开模时将塑件从模具中脱出的装置,又称顶 出机构。其结构形式很多,常见的有推杆脱模机构、 推板脱模机构和推管脱模机构等。图3-12中推杆13、 推杆固定板14、拉料杆15、推杆18和复位杆19组成 顶杆脱模机构。

5加热和冷却系统 加热和冷却系统 为了满足注射工艺对模具的温度要求,必须 对模具温度进行控制,所以模具常常设有冷却系 统并在模具内部或四周安装加热元件。冷却系统 一般在模具上开设冷却水道(图3-12冷却水道3)。 6 排气系统 在注射成形过程中,为了将型腔内的空气排 出,常常需要开设排气系统,通常是在分型面上 有目的地开设若干条沟槽,或利用模具的推杆或 型芯与模板之间的配合间隙进行排气。小型塑件 的排气量不大,因此可直接利用分型面排气,而 不必另设排气槽。

7 侧向分型与抽芯机构 当塑件上的侧向有凹凸形状的孔或凸台时,就 需要有侧向的凸模或型芯来成形。在开模推出塑件 之前,必须先将侧向凸模或侧向型芯从塑件上脱出 或抽出,塑件才能顺利脱模。使侧向凸模或侧向型 芯移动的机构称为侧向抽芯机构。图3-13为一斜导 柱驱动型芯滑块侧向抽芯的注射模,侧向抽芯机构 是8斜导柱10、侧型芯滑决11、锁紧块9和侧型芯滑 块的定位装置(挡块5、滑块拉杆8、弹簧7)等组 成。

8 支承零部件 用来安装固定或支承成形的零部件及前述的 各部分机构的零部件均称为支承零部件。支承零 部件组装在一起,可以构成注射模具的基本骨架。 根据注射模中各零部件与塑料的接触情况, 上述八大部分的功能结构也可以分为成形零部件 和结构零部件两大类。其中,成形零部件系指与 塑料接触,并构成模具型腔的各种零部件;结构 零部件则包括支承、导向、排气、推出塑件、侧 向分型与抽芯、温度调节等功能构件。在结构零 部件中,合模导向机构与支承零部件合称为基本 结构零部件,因为二者组装起来可以构成注射模 架(GB/T12553-2006《塑料注射模模架》已做 出具体的标准化规定)。任何注射模均可以以这 种模架为基础,再添加成形零部件和其他必要的 功能结构件来形成。

专家提醒
图3-12是学习和掌握塑料注射模设计的基础, 相当于比着葫芦画瓢中的葫芦,非常非常重要, 一定要熟练掌握,要求能够背诵着画出来,时间 控制在30分钟之内。

第五节 注射模的典型结构
注射模结构形式多种多样,分类方法很多,按成形工 艺特点可分为热塑性塑料注射模、热固性塑料注射模、低 发泡塑料注射模和精密注射模;按其使用注射机的类型可 分为卧式注射机用注射模、立式注射机用注射模和角式注 射机用注射模;按模具浇注系统可分为冷流道注射模、绝 热流道注射模、热流道注射模和温流道注射模;按模具安 装方式可分为移动式注射模和固定式注射模等。若根据注 射模的结构特征可分为以下几类: 1.单分型面注射模 . 开模时,动模和定模分开,从而取出塑件,称单分型 面模具,又称双板式模具,其典型结构如图3-12所示。单 分型面注射模是注射模具中最简单最基本的一种形式,它 根据需要可以设计成单型腔注射模,也可以设计成多型腔 注射模,是应用最广泛的一种注射模。如图3-14所示即为 单分型面注射模的实例。

2.双分型面注射模 . 双分型面注射模有两个分型面,如图3-15所 示。A-A为第一分型面,分型后浇注系统凝料由 此脱出;B-B为第二分型面,分型后塑件由此脱 出。与单分型面注射模具相比较,双分型面注射 模具在定模部分增加了一块可以局部移动的中间 板(又叫活动浇口板,其上设有浇口、流道及定 模所需要的其他零件和部件),所以也叫三板式 (动模板、中间板、定模板)注射模具,它常用 于点浇口进料的单型腔或多型腔的注射模具。开 模时,中间板在定模的导柱上与定模板作定距离 分离,以便在这两个模板之间取出浇注系统凝料。

双分型面注射模结构复杂,制造成本较高,零 部件加工困难,一般不用于大型或特大型塑料制品 的成形。如图3-16所示即为双分型面注射模的实例。

3.带有侧向分型与抽芯机构的注射模 . 当塑件有侧孔或侧凹时,需采用可侧向移动的 型芯或滑块成形。图3-13所示为利用斜导柱进行侧 向抽芯的注射模。图3-17为利用弯销进行侧向分型 的立式注射模。注射成形后,动模首先向下移动一 段距离,然后固定于定模板2上的弯销4的斜面段迫 使滑块3向外移动,与此同时脱模机构的推杆8推动 推件板5使塑件自型芯上脱下。

4.带有活动成形零部件的注射模 由于塑件的某些特殊结构,要求注射模设置可活动的成 形零部件,如活动凸模、活动凹模、活动镶件、活动螺纹型 芯或型环等,在脱模时可与塑件一起移出模外,然后与塑件 分离。图3-18所示即为带有活动镶块的注射模。

开模时,塑件包在型芯8和活动镶件9上随动模部分 向左移动而脱离定模板11,分型到一定距离,脱出机构开 始工作,设置在活动镶件9上的推杆3将活动镶件连同塑件 一起推出型芯脱模。合模时,推杆3在弹簧4的作用下复位, 推杆复位后动模板停止移动然后人工将活动镶件重新插入 镶件定位孔中,再合模后进行下一次的注射过程。 5.自动卸螺纹注射模 . 对带有螺纹的塑件,当要求自动脱模时,可在模具上 设置能够转动的螺纹型芯或型环,利用开模动作或注射机 的旋转机构,或设置专门的传动装置,带动螺纹型芯或螺 纹型环转动,从而脱出塑件。图3-19所示为自动卸螺纹型 芯的直角式注射模。开模时,A分型面分型,同时螺纹型 芯1随着注射机开合模丝杠8的后退而自动旋转,此时, 螺纹塑件由于定模板7的止转而并不移动,仍然留在模腔 内。当 A分型面分开一段距离,螺纹型芯在塑件内还有最 后一牙时,定距螺钉4拉动动模板5使 B 分型面分型。此 时,塑件随着型芯一道离开定模型腔,然后从 B 分型面两 侧的空间取出。

6 无流道注射模 无流道注射模是指采用对流道进行绝热或加热 的方法,保持从注射机喷嘴到型腔之间的塑料呈熔 融状态,使开模取出塑件时无浇注系统凝料。前者 称绝热流道注射模,后者称热流道注射模。图3-20 所示为热流道注射模。

7直角式注射模 直角式注射模 直角式注射模具仅适用于角式注射机。与其 他注射模截然不同的是该类模具在成形时进料的 方向与开合模方向垂直。图3-21所示是典型的直 角式注射模,开模时,带有流道凝料的塑件包紧 在凸模8上与动模部分一起向左移动,经过一定距 离后,推出机构开始工作,以推杆11推动推件板 6将塑件从凸模8上脱下。

直角式注射模的主流道开设在动、定模分型面的 两侧,且它的截面积通常是不变的(常呈圆形或扁圆 形),这与其他注射机用的模具是有区别的。主流道 的端部,为了防止注射机喷嘴与主流道口端的磨损和 变形,可设置可更换的流道镶块,如图3-21中的2所 示。 8 脱模机构在定模上的注射模 在大多数注射模中,其脱模装置均是安装在动模 一侧,这样有利于注射机开合模系统中顶出装置的工 作。在实际生产中,由于某些塑件受形状的限制,将 塑件留在定模一侧对成形更好一些,为了使塑件从模 具中脱出,就必须在定模一侧设置脱模机构。 图3-22所示为成形塑料衣刷的注射模,由于受塑 件的形状限制,将塑件留在定模上采用直角浇口能方 便成形。开模时,动模向左移动,塑件因包紧在凸模 11上留在定模一侧而从动模板5及成形镶块3中脱出。 当动模左移至一定距离时,拉板8通过定距螺钉6带动 推件板7将塑件从凸模上脱出。

第六节 分型面的设计
3.6.1 制品在模具中的位置 制品在模具中的位置,直接影响到模具结构的复 杂程度、模具分型面的确定、浇口的设置、制品的尺 寸精度和质量等。因此,开始制定模具方案时,首先 必须正确考虑制品在其中的位置,然后再考虑具体生 产条件、生产批量所需的机械化和自动化程度等其他 设计问题。 确定制品在模具中的位置时应遵循以下基本要求: 1.制品或制品组件(含嵌件)的正视图,应相对 于注射机的轴线对称分布,以便于成形; 2.制品的方位应便于脱模,注射模塑时,开模 后制品应留在动模部分,这样便于利用成形设备脱模;

3.当用模具的互相垂直的活动成形零件成 形孔、槽、凸台时,制品的位置应使成形零件的 水平位移最简便,使抽芯操作方便; 4.长度较长的管类制品,如果将它的长轴安 置在模具开模方向而不能开模和取出制品,或是 管接头类制品,要求两个平面开模的,应将制品 的长轴安置在与模具开模相垂直的方向。这样布 置可显著减小模具厚度,便于开模和取出制品。 但此时需采用抽芯距较大的抽芯机构,如液压抽 芯机构;

5.如果制品的安置有两个方案,两者的分型 面不相同且互相垂直,那么应该选择其中能使制 品在分型面上投影面积为最小的方案; 制品在模具中位置的选定,应结合浇注系统 的浇口部位、冷却系统和加热系统的布置,以及 制品的外观要求等综合考虑。

3.6.2 分型面的形式
模具闭合时动模和定模相配合的接触平面, 叫做分型面。在模具制造不良或锁模力不足的情 况下,模内熔融塑料能通过分型面溅出,在塑件 上形成较厚的飞边,经修整后还能留下明显的残 痕。 分型面有多种形式,常见的有水平分型面、 阶梯分型面、斜分型面和异型分型面等,如图323所示。哈夫模的分型面在哈夫的分割线上,如 图3-23(e)所示。除主分型面外,模具中还有辅助 分型面,如图3-23(f) 所示。

3.6.3 分型面的选择
分型面的选择是模具设计的第一步,分型面的选择受 塑件形状、壁厚、成形方法、后处理工序、塑件外观、塑 件尺寸精度、塑件脱模方法,模具类型、型腔数目、模具 排气、嵌件、浇口位置与形式以及成形机的结构等的影响。 分型面选择的原则是:脱出塑件方便、模具结构简单、确 保塑件尺寸精度、型腔排气顺利、无损塑件外观、设备利 用合理,具体分别说明如下。 1 塑件脱模方便 分型面应选在塑件外形最大轮廓处 塑件在动、定模 的方位确定后,其分型面应选在塑件外形的最大轮廓处, 否则塑件会无法从型腔中脱出,这是最基本的选择原则; 其次要求塑件在动、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。按照这一要求,主型芯 一般都安装在动模一侧,塑件收缩包紧在主型芯上而留在 动模一侧,此时可以将型腔设计在定模一侧。但当塑件内 含有带孔的嵌件,或当塑件上根本无孔时,或者由于塑件 外形复杂对型腔粘附力较大时,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,分别如图3-24中所 示。

2 模具结构简单 图3-25中所示的塑件,形状比较特殊,若按照 图(a)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,如图(b)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。

3 确保塑件尺寸精度 如果精度要求较高的制品被分型面分割,则 会因为合模不准确造成较大的形状和尺寸偏差, 达不到预定的精度要求。图3-26中所示塑件,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。

4 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 面应尽量与最后才能充填熔体的模腔表壁重合,这样对 注射成形过程中的排气有利。如图3-27所示塑件,方案 (a)排气不畅,方案(b)排气顺利。

5 无损塑件外观 分型面不仅应选择在对制品外观没有影响的 位置,而且还必须考虑如何能比较容易地清除或 修整掉分型面处产生的溢料飞边。在可能的情况 下,还应避免分型面处产生飞边,如图3-28所示。 6 合理利用设备 一般注射模的侧向抽芯,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,如图3-29所示塑 件,方案(a)不妥.方案(b)较好。

除了上述原则之外,选择分型面时还应尽量减小模腔 (即制品)在分型面上的投影面积,以避免此面积与注射机 许用的最大注射面积接近时可能产生的溢料现象;尽量减小 脱模斜度给制品大小端尺寸带来的差异;便于嵌件安装等。

第七节 注射模的排气
3.7.1 排气结构的作用 注射模的排气是模具设计中不可忽视的一个 问题,特别是快速注射成形工艺的发展对注射模 排气的要求就愈严格。 注射模内积集的气体有以下四个来源: 1.进料系统和型腔中存有的空气; 2.塑料含有的水分在注射温度下蒸发而成 的水蒸气;

3.由于注射温度过高,塑料分解所产生的气 体; 4.塑料中某些配合剂挥发或化学反应所生成 的气体(在热固件塑料成形时,常常存在由于化学 反应生成的气体)。 在排气不良的模具中,上述这些气体经受很 大的压缩作用而产生反压力,这种反压力阻止熔 融塑料的正常快速充模,而且,气体压缩所产生 的热也能使塑料烧焦。在充模速度大、温度高、 物料粘度低、注射压力大和塑件过厚的情况下, 气体在一定的压缩程度下能渗入塑料内部,造成 熔接不牢、表面轮廓不清、充填不满、气孔和组 织疏松等缺陷。

3.7.2 设计要点
排气槽(或孔)位置和大小的选定,主要依靠 经验。通常将排气槽(或孔)先开设在比较明显的 部位,经过试模后再修改或增加,但基本的设计 要点可归纳如下: 1.排气要保证迅速、完全,排气速度要与充 模速度相适应; 2.排气槽(孔)尽量设在塑件较厚的成形部位; 3.排气槽应尽量设在分型面上,但排气槽溢 料产生的毛边应不妨碍塑件脱模; 4.排气槽应尽量设在料流的终点,如流道、 冷料井的尽端;

5.为了模具制造和清模的方便,排气槽应尽 量设在凹模的一面; 6.排气槽排气方向不应朝向操作面,防止注 射时漏料烫伤人; 7.排气槽(孔)不应有死角,防止积存冷料; 排气槽的宽度可取1.5~6mm,深度以塑料熔 体不溢出排气槽为宜,其数值与熔体粘度有关, 一般可在0.02~0.05mm范围内选择。根据一般经 验,常用塑料的排气槽厚度的取值如表3-1所示:

塑料注射模常见的排气形式有利用分型面排 气、利用拼镶件排气、利用推杆间隙排气、利用 排气槽排气和强制排气等多种形式,一般情况下, 大型模具才设计排气槽进行排气或者采取措施进 行强制排气,小型模具只需要利用分型面等模具 本身的间隙就可以满足排气要求。 想一想 注射模的排气量、排气槽尺寸能够定量计算 吗?如何进行定量计算?感兴趣的学生不妨深入 的钻研一下。

第八节 注射模与注射机的关系
任何模具设计人员在开始工作之前,除了必 须了解注射成形工艺规程之外,还应熟悉有关注 射机的技术规格和使用性能,正确处理注射模与 注射机之间的关系,使设计出的模具便于在注射 机上安装和使用。这是因为任何注射模只有安装 在注射机上才能使用,二者在注射成形生产中是 一个不能分割的整体。注射模在注射机上的安装 关系如图3-30所示。

开始设计注射模时,首先需要选择确定模具 的结构、类型和一些最基本的参数和尺寸,如型 腔的个数和需要的注射量、制品在分型面上的投 影面积、成形时需要用的工艺合模力、注射压力、 模具的厚度和安装固定尺寸以及开模行程等等。 这些数据均与注射机的技术规格密切相关,如果 二者之间不能匹配,模具将无法使用,此时只能 重新选择确定模具的结构类型或更换注射机机型。 为了了解模具结构类型与注射机机型是否匹配, 必须将二者之间的有关数据进行校核。

3.8.1 型腔数量的确定和校核
对于多型腔注射模,其型腔数量与注射机的性能参数、 塑件的精度和生产的经济性等因素有关,下面介绍根据这 些因素确定型腔数量的方法,这些方法也可用来校核初选 的型腔数量是否能与注射机规格相匹配。 1. 按注射机的塑化能力确定型腔数量 按注射机的塑化能力确定型腔数量N1
N1 ≤ Kmpt / 3600 ? mj ms

(3-1)

式中:K—注射机最大注射量的利用系数,一般取 0.8; mp —注射机的额定塑化量(g/h或cm3/h); t—成形周期(s); mj—浇注系统和飞边所需塑料熔体的质量或体积; ms—单个制品的质量或体积;

2. 按注射机的额定合模力确定型腔数量 按注射机的额定合模力确定型腔数量N2
N3 ≤ FI ? plAj plAs

(3-2)

式中:FI—注射机的额定合模力(N); Aj—浇注系统和飞边在模具水平分型面上的 投影面积(mm2); As—单个制品在模具水平分型面上的投影 面积(mm2) ; Pl—单位投影面积需用的合模力(MPa), 可近似取值为熔体对型腔的平均压力,参考表3-2 选取。

3. 按注射机的最大注射量确定型腔数量 按注射机的最大注射量确定型腔数量N3 式中:mI—注射机允许的最大注射量(g或cm3)。 4. 按生产的经济性确定型腔数量 (忽略注射准备 按生产的经济性确定型腔数量N5( 时间和试生产时的原材料费) 时间和试生产时的原材料费)
N5 =

KmI ? mj N2 ≤ ms

(3-3)

式中: t—成形周期(min); Y—每小时的工资和经营费(元); Σ—制品的生产总量(个); C—模具费用,。其中,C1是与型腔无关的费 用;C2是与型腔数成比例的费用中单个型腔分摊 的费用(元)。

tYΣ 60C

(3-4)

3.8.2 最大注射量校核
在一个注射成形周期内,注射模内所须的塑料熔体总 量mi与模具浇注系统的容积和型腔容积有关,其值用下式 计算: mi=Nms+mj (3-5) 式中:N—型腔的数量; ms— ms—单个制品的质量(或体积); mj—浇注系统和飞边所需的塑料质量(或体积)。 设计注射模时,必须保证mi小于注射机允许的最大注 射量mI,二者的关系为: mi =(0.1~0.8)mI 因聚苯乙烯塑料的密度是1.05g/cm3,近似于1g /cm3,因此规定注塞式注射机的允许最大注射量是以 一次注射聚苯乙烯的最大克数为标准的;而螺杆式注射机 是以体积表示最大注射量的,与塑料的品种无关。

3.8.3 锁模力校核
注射成形时,当高压的塑料熔体充满模具型腔时, 会产生使模具分型面涨开的力Fl,这个力的大小等于 塑件和浇注系统在分型面上的投影面积之和乘以型腔 的压力,即: Fl = (Aj+ As) Pl (3-6) Fl—塑料熔体在分型面上的涨开力。 塑料熔体在分型面上的涨开力应小于注射机的额 定锁模力 FI,才能保证注射时不发生溢料现象,为了 可靠地闭锁型腔,不使成形过程中出现溢料现象,该 力必须小于注射机的额定锁模力,二者的关系为: Fl≤(0.8~0.9)FI (3-7) FI —注射机的额定锁模力。

3.8.4 注射压力校核
塑料成形所需要的注射压力是由塑料品种、 注射机类型、喷嘴形式、塑件形状和浇注系统的 压力损失等因素决定的,注射压力的校核就是核 定注射机的额定注射压力是否大于成形时所需的 注射压力。同时,注射压力与塑料熔体在模具中 的流动比有关,对于初步选择确定的模具结构, 还应对其流动比所需用的注射压力进行校核,以 保证它不超过注射机允许使用的最大注射压力。

3.8.5 开模行程校核
开模行程也叫做合模行程,指模具开合过程 中动模固定板的移动距离,用符号s表示。注射机 的开模行程是有限制的,当模具厚度确定以后, 开模行程的大小直接影响模具所能成形制品高度。 塑件从模具中取出时所需的开模距离必须小于注 射机的最大开模距离,否则塑件无法从模具中取 出,设计模具时必须校核它所需用的开模距离是 否与注射机的开模行程相适应。由于注射机的锁 模机构不同,开模行程可按下面三种情况校核。

(1) 注射机最大开模行程与模厚无关时的校核对于带 有液压-机械式合模系统的注射机(如国产的XS-ZY500、 XS-ZY350、XS-ZY125、XS-Z60、XS-Z30等注射机), 它们的开模行程均由连杆机构的冲程或其他机构(如XSZY1000注射机中的闸杆)的冲程确定,其最大值仅与冲 程的调节量有关,不受模具厚度影响。如果在这类注射机 上使用单分型面和双分型面注射模,可分别用下面两种方 法校核模具所需的开模距离是否与注射机的最大开模行程 互相适应: ① 对于单分型面注射模(图3-31) Smax ≥H1+H2+(5~10)mm (3-8) 3-8 式中:H1—制品所用的脱模距离; H2—制品高度(包括与制品相连的浇注系统凝 料)。 ② 对于双分型面注射模(图3-32) Smax ≥H1+H2+α+(5~10)mm (3-9) 式中:H1—制品所用的脱模距离; H2—制品高度; α—取出浇注系统凝料必需的长度。

(2)注射机最大开模行程与模厚有关时的校核 对于合模系统为全液压式的注射机以及带有 丝杠传动合模系统的直角式注射机(如SYS-45和 SY-60等),它们的最大开模行程直接与模具厚 度有关,即 Smax =Sk-HM 大间距。 (3-10) 式中:Sk ---注射机动模固定板和定模固定板的最

如果在上述两类注射机上使用单分型面或双分型 面模具,可分别用下面两种方法校核模具所需的开模 距离是否与注射机的最大开模行程 Smax相适应: ① 对于单分型面注射模(图3-33) Smax=sk-HM≥H1+H2+(5~10)mm 或 Sk≥HM+ H1+H2+(5~10)mm ② 对于双分型面注射模(图3-32) Smax=sk-HM≥H1+H2+α+(5~10)mm (3-13) 或 Sk≥HM+ H1+H2+α+(5~10)mm (3-14) (3-11) (3-12)

(3) 考虑侧向抽芯距离时的最大开模行程校核 当模具需要利用开模动作完成侧向抽芯动作时 (图3-34),若设完成侧向抽芯动作的开模距离为Hc, 则可分下面两种情况校核模具所需的开模距离是否与 注射机的最大开模行程相适应。 ① 当Hc>H1+H2时,可用Hc代替前面诸校核公 式中的H1+H2,其他各项均保持不变。 ② 当Hc≤H1+H2时,可不考虑Hc对最大开模行 程的影 响,仍用以上诸式进行校核。 除了以上介绍的三种校核情况外,注射成形带螺 纹的制品并需要利用开模运动完成脱卸螺纹的动作时, 若要校核注射机最大开模行程,还必须考虑从模具中 旋出螺纹部分所需的开模距离。

3.8.6 推顶装置校核
各种型号注射机的推出装置和最大推出距离不尽 相同,设计时应使模具的推出机构与注射机相适应。 通常是根据开合模系统推出装置的推出形式、推杆直 径、推杆间距和推出距离等,校核模具内的推杆位置 是否合理,推杆推出距离能否达到使塑件脱模的要求。 国产注射机的推出装置大致可分以下几类。 (1)中心顶杆机械顶出 如卧式XS-Z60、XSZY350、立式SYS-30、直角式SYS-45及SYS-60等型 号的注射机。 (2)两侧双顶杆机械顶出 如卧式XS-Z30和XSZY125等型号的注射机。 (3)中心顶杆液压顶出与两侧顶杆机械顶出联合 作用 如卧式XS-ZY250和XS-ZY500等型号的注射机。 (4)中心顶杆液压顶出与其他开模辅助油缸联合 作用 如XS-ZY1000注射机。

3.8.7 模具在注射机上的安装与固定尺寸校核
1. 模具外形尺寸与注射机拉杆间距 注射机动模和定模固定板的四个角部,一般 都有四根拉杆,它往往会对模具的外形安装尺寸 产生限制,即模具外形的长度尺寸不能同时大于 与它们对应的拉杆间距。如果模具的长度尺寸中 有一个超过了拉杆间距,必须考虑注射机动、定 模两个固定板处于最大间距位置时模具是否有可 能在拉杆空间内旋转。只有在可能旋转的情况下, 模具才能,被安装在两个固定板上,否则,必须 改变模具外形尺寸或更换注射机。注射机上的拉 杆及拉杆间距如图3-35所示。

2.定位圈尺寸 定位圈尺寸 一般情况下,注射成形过程中均要求模具中 的主流道中心线应与机筒和喷嘴的中心线重合。 为此,注射机定模固定板中心都开有一个定位孔, 要求模具定模板上凸出的定位圈应与注射机固定 模板上的定位孔呈较松动的间隙配合。注射模上 定位圈的形状如图3-36所示。

喷嘴尺寸 设计模具时,主流道始端的球面必须比注射 机喷嘴头部球面半径略大一些。主流道小端直径 要比喷嘴直径略大,以防止主流道口部积存凝料 而影响脱模。角式注射机喷嘴多为平面,模具的 相应接触处也是平面。注射机的喷嘴如图3-37所 示。

4.模具的安装尺寸与动、定模固定板上的螺孔 模具的安装尺寸与动、 模具的安装尺寸与动 为了安装压紧模具,注射机上的动模和定模 两个固定板上都开有许多间距不同的螺孔。因此, 设计模具时必须注意模具的安装尺寸应当与这些 螺孔的位置及孔径相适应,以便能将动模和定模 分别紧固在对应的两个固定板上。模具与固定板 的联接固定方式有两种:一种是在模具的安装部 位打螺栓通孔,用螺栓穿过此孔拧入注射机的固 定板;另一种方法采用压板压紧模具的安装部位。 一般来讲,后面一种方法比较灵活,只要在模具 固定板需安放压板的外侧附近有螺孔就能紧固。 但对于大型模具来讲,采用螺钉直接固定则较为 安全。

最大、 最大、最小模厚 注射模的动、定模两部分闭合后,沿闭合方 向的长度叫模具厚度或模具闭合高度。由于绝大 多数注射机的动模与定模固定板之间的距离都具 有一定的调节量,因此它们对安装使用的模具厚 度均有限制。一般情况下,实际模具厚度必须小 于注射机允许安装的最大模厚且大于注射机允许 安装的最小模厚。

实训与练习
一 实训 1 在老师的带领下,到生产企业实地参观塑件注射成形 的全过程。 1 在实训基地拆、装一套单分型面注射模,写出实训报 告。 2 在实训基地拆、装一套双分型面注射模,写出实训报 告。 3 在实训基地拆、装一套带有侧向分型与抽芯机构的注 射模,写出实训报告。 二 练习题 1. 阐述螺杆式注射机注射成形的原理。 2. 阐述述注射成形的工艺过程。 3. 阐述射成形工艺参数中的温度控制包括哪些?如何加 以控制? 4. 阐述注射成形过程中的压力包括哪两部分?一般选取 范围是什么?

5. 阐述注射成形周期包括哪几部分? 6. 注射机由哪些基本部分组成?简单描述各基本组 成部分的作用。 7. 按外形结构特征可将注射机分成那几类?并描述 每种类型的特点。 8. 注射模按其各零部件所起的作用,一般由哪几 部分结构组成? 9. 点浇口进料的双分型面注射模,定模部分为什么 要增设一个分型面?其分型距离是如何确定的? 10. 单分型面注射模具与双分型面注射模具在模具 结构及取件方法上有什么区别?

11.斜滑块侧向分型与抽芯注射模的工作原理是什么? 12. 制品在模具中的位置设计时应遵循以下基本要 求是什么? 13. 分型面的选择原则是什么? 14. 一般情况下,注射模在注射机上安装其厚度应 满足什么条件? 15. 设计注射模时,应对注射机哪些工艺参数进行 校核? 16. 注射模与注射机之间有那些要素必须协调?


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