塑胶模具设计标准

一．材质

1.模具钢材

A.钢材规格:模仁镶件一般用SKD-61牌号.特殊要求另行考虑.

B.加工性能:热处理前车,铣.钻,磨加工均可.热处理后性能好,硬度为HRC 50-53.只能模床

加工.放电加工.线割加工.

C.附表1:模具钢,工具钢规格特性对照表

2.塑胶材质

A.附表2:缩水率对照表

B.缩水的计算方法及其影响因素:

热塑性塑料的特性是在加热後膨胀，冷却後收缩，当然加压以後体积也将缩小。在注塑成形过程中，首先将熔融塑料注射入模具型腔内，充填结束後熔料冷却固化，从模具中取出塑件时即出现收缩，此收缩称为成形收缩。塑件从模具取出到稳定这一段时间内，尺寸仍会出现微小的变化，一种变化是继续收缩，此收缩称为後收缩。另一种变化是某些吸湿性塑料因吸湿而出现膨胀。例如尼龙610含水量为3%时，尺寸增加量为2%；玻璃纤维增强尼龙66的含水量为4%时尺寸增加量为0.3%。但其中起主要作用的是成形收缩。目前确定各种塑料收缩率（成形收缩＋後收缩）的方法，一般都推荐德国国家标准中DIN16901的规定。即以23℃±0.1℃时模具型腔尺寸与成形後放置24小时，在温度为23℃，相对湿度为50±5%条件下测量出的相应塑件尺寸之差算出。

收缩率S由下式表示： S={(D－M)/D}×100%(1)

其中：S-收缩率； D-模具尺寸； M-塑件尺寸。

如果按已知塑件尺寸和材料收缩率计算模具型腔则为 D=M/(1-S) 在模具设计中为了简化计算，一般使用下式求模具尺寸：

D=M+MS(2)

如果需实施较为精确的计算，则应用下式： D=M+MS+MS2(3)

但在确定收缩率时，由於实际的收缩率要受众多因素的影响也只能使用近似值，因而用式(2)计算型腔尺寸也基本上满足要求。在制造模具时，型腔则按照下偏差加工，型芯则按上偏差加工，便於必要时可作适当的修整。

难於精确确定收缩率的主要原因，首先是因各种塑料的收缩率不是一个定值，而是一个范围。因为不同工厂生产的同种材料的收缩率不相同，即使是一个工厂生产的不同批号同种材料的收缩率也不一样。因而各厂只能为用户提供该厂所生产塑料的收缩率范围。其次，在成形过程中的实际收缩率还受到塑件形状，模具结构和成形条件等因素的影响。下面对这些因素的影响作一介绍。

a.塑件形状

对於成形件壁厚来说，一般由於厚壁的冷却时间较长，因而收缩率也较大，如图1所示。对一般塑件来说，当熔料流动方向L尺寸与垂直於熔料流方向W尺寸的差异较大时，则收缩率差异也较大。从熔料流动距离来看，远离浇口部分的压力损失大，因而该处的收缩率也比靠近浇口部位大。因加强筋、孔、凸台和雕刻等形状具有收缩抗力，因而这些部位的收缩率较小。

b.模具结构

浇口形式对收缩率也有影响。用小浇口时，因保压结束之前浇口即固化而使塑件的收缩率增大。注塑模中的冷却回路结构也是模具设计中的一个关键。冷却回路设计得不适当，则因塑件各处温度不均衡而产生收缩差，其结果是使塑件尺寸超差或变形。在薄壁部分，模具温度分布对收缩率的影响则更为明显。

c.成形条件

料筒温度：料筒温度（塑料温度）较高时，压力传递较好而使收缩力减小。但用小浇口时，因浇口固化早而使收缩率仍较大。对於厚壁塑件来说，即使料筒温度较高，其收缩仍较大。

补料：在成形条件中，尽量减少补料以使塑件尺寸保持稳定。但补料不足则无法保持压力，也会使收缩率增大。

注射压力：注射压力是对收缩率影响较大的因素，特别是充填结束後的保压页号335压力。在一般情况下，压力较大的时因材料的密度大，收缩率就较小。

注射速度：注射速度对收缩率的影响较小。但对於薄壁塑件或浇口非常小，以及使用强化材料时，注射速度加快则收缩率小。

模具温度：通常模具温度较高时收缩率也较大。但对於薄壁塑件，模具温度高则熔料的流动阻抗小，*]而收缩率反而较小。

成形周期：成形周期与收缩率无直接关系。但需注意，当加快成形周期时，模具温度、熔料温度等

必然也发生变化，从而也影响收缩率的变化。在作材料试验时，应按照由所需产量决定的成形周期进行成形，并对塑件尺寸进行检验。用此模具进行塑料收缩率试验的实例如下。注射机：锁模力70t 螺杆直径Φ35mm 螺杆转速80rpm

成形条件：最高注射压力178MPa 料筒温度230(225-230-220-210)℃ 240(235-240-230-220)℃ 250(245-250-240-230)℃ 260(225-260-250-240)℃ 注射速度57cm3/s 注射时间0.44～0.52s 保压时间6.0s 冷却时间15.0s C. 附表3:常用材料的成型参考温度二．模具编号规定

1. 模具编号流水号编排.

2. 镶件编号前模镶件编号用F 标识,后模用M 标识. 流水号排列.电极,垫板.组立图等用文字标识

三. 绘图规定

1. 需出图面有组立图,镶件图,电极图等要齐全,根据图面加工完后即可组立,

2. 所有须注明配合公差规定:

轴:-0.005/-0.015 孔:+0.005/+0 3.所有未注公差规定:

如图示

四.模具的基本结构

1.模具結構

2.澆注系統

A：設計流道的基本原則

a.基本原理

普通的流道系統(Runner System)也稱作澆道系統或是澆注系統，是熔融塑料自射出機射嘴(Nozzle)到模穴的必經通道。流道系統包括主流道(Primary Runner)、分流道(Sub-Runner)以及澆口(Gate)。下圖顯示了典型的流道系統組成。

主流道：也稱作主澆道、注道(Sprue)或豎澆道，是指自射出機射嘴與模具主流道襯套接觸的部分起算，至分流道為止的流道。此部分是熔融塑料進入模具後最先流經的部分。

分流道：也稱作分澆道或次澆道，隨模具設計可再區分為第一分流道(First Runner)分流道(Secondary

Runner)。分流道是主流道及澆口間的過渡區域，能使熔融塑料的流向獲得平緩轉換；對於多

模穴模具同時具有均勻分配塑料到各模穴的功能。

澆口：也稱為進料口。是分流道和模穴間的狹小通口，也是最為短小肉薄的部分。作用在於利用緊縮流動面而使塑料達到加速的效果，高剪切率可使塑料流動性良好(由於塑料的切變致稀特性);

黏滯加熱的升溫效果也有提昇料溫降低黏度的作用。在成型完畢後澆口最先固化封口，有防止

塑料回流以及避免模穴壓力下降過快使成型品產生收縮凹陷的功能。成型後則方便剪除以分離

流道系統及塑件。

冷料井：也稱作冷料穴。目的在於儲存補集充填初始階段較冷的塑料波前，防止冷料直接進入模穴影響充填品質或堵塞澆口，冷料井通常設置在主流道末端，當分流道長度較長時，在末端也應開

設冷料井。

b.設計基本原則

模穴佈置(Cavity Layout)的考慮: 盡量採用平衡式佈置(Balances Layout )。模穴佈置與澆口開設力求對稱，以防止模具受力不均產生偏載而發生撐模溢料的問題。模穴佈置儘可能緊湊以縮小模

具尺寸。

流動導引的考慮: 能順利地引導熔融塑料填滿模穴，不產生渦流，且能順利排氣。盡量避免塑料熔膠正面衝擊直徑較小的型芯和金屬嵌件，以防止型芯位移(Core Shift)或變形。

熱量散失及壓力降的考慮: 熱量損耗及壓力降越小越好。流程要短。流道截面積要夠大。盡量避免流道彎折及突然改變流向(以圓弧角改變方向)。流道加工時表面粗糙度要低。多點進澆可以降低壓力降及所需射壓，但會有縫合線問題。

流動平衡的考慮:一模多穴(Multi-Cavity)充填時，流道要平衡，盡量使塑料同時填滿每一個模穴，以保證各模穴成型品的品質一致性。分流道盡量採用自然平衡式的佈置方式(Naturally-Balanced Layout) 無法自然平衡時採用人工平衡法平衡流道。

廢料的考慮: 在可順利充填同時不影響流動及壓力損耗的前提下，減小流道體積(長度或截面積大小)以減少流道廢料產生及回收費用。

冷料的考慮:在流道系統上設計適當的冷料井(Cold Slug Well)、溢料槽以補集充填初始階段較冷的塑料波前，防止冷料直接進入模穴影響充填品質。

排氣的考慮: 應順利導引塑料填滿模穴，並使模穴內空氣得以順利逃逸，以避免包封燒焦的問題。

成形品品質的考慮:避免發生短射、毛邊、包封、縫合線、流痕、噴流、殘餘應力、翹曲變形、模仁偏移等問題。流道系統流程較長或是多點進澆(Multiple Gating)時，由於流動不平衡、保壓不足或是不均勻收縮所導致的成品翹曲變形問題應加以防止。產品外觀性質良好，去除修整澆口方便，澆口痕(GateMark)無損於塑件外觀以及應用。

生產效率的考慮:盡可能減少所需的後加工，使成形週期縮短，提高生產效率。

頂出點的考慮: 需考慮適當的頂出位置以避免成形品脫模變形。

使用塑料的考慮: 黏度較高或L/t比較短的塑料避免使用過長或過小尺寸的流道。

3. 顶出系统

為使射出成形能率及成形品品質提高﹐亦有必要施行自動運轉﹐為此必需能使注道﹐流道及成形品自動而确實脫模﹒再者﹐少量生產之制品﹐型模制作日數及价格有所限制﹐亦由於成形品形狀及澆口之种類不能自動脫模之場合﹐此際可決定成形品及注道﹐流道最容易脫模之頂出机构﹒

同一形狀之成形品亦由於材料种類及澆口形式之不同頂出方法亦隨之异﹐必需將最适當之方法組合使用﹒成形品頂出方法之決定﹐當然受成形品材料及形狀等所左右﹐但原則上在成形品上制成缺口﹐階層等﹐使能形成最确實之脫模﹐并且故障較少﹐再都故障發生之場合必需能簡單補修﹒

同一形狀之成形品亦因由於外表﹐精度﹐成形性不同﹐而變化使用之頂出方法﹒

頂出方法一般使用頂出梢(直梢﹐階段梢)﹐筒套﹐刮料板﹐空气等﹐單獨使用或組合使用﹐則視型模之壽命長短,型模加工之難易選定之﹒

(1)頂出之种類

1)頂出梢

梢之加工最為容易﹐必需硬度之場合﹐施行淬火磨削等亦較其他方法為容易﹐可在成形品之任意位置上配置﹐為使用最多者﹒孔之加工容易﹐精度亦能達規定﹐滑動抵抗最小﹐契住發生少﹒因之型模壽命長﹐互換性使在破損之際﹐補修可以容易﹒然而在小面積上頂出﹐頂出應力集中於成形品之

局部﹐杯類及箱形物品之退縮傾斜小﹐脫模抵抗大之成形品上﹐將發生壓陷及頂穿等﹐此种場合﹐使用頂出梢大多不适當﹒

2)方形或板狀頂出梢

板狀頂出板等件之加工﹐熱處理等并無困難點﹐但孔之加工困難﹐需要使用放電加工等特殊加工﹒將型模板及心型部份分割﹐形成組合型﹐加工變為容易﹐但制造工時增加﹐成形品由於有分割線﹐對透明件之外觀有不良影響﹐亦有不允許之場合﹒再者﹐滑動抵抗亦較,圓梢為多﹐板之厚度較薄﹐容易引起彎折及挫屈﹐在可能限度中避免使用﹒

3)套筒

套筒之加工性比較良好﹐但套筒內徑小而長度長者﹐加工較難﹐使用於肉薄件容易發生開裂﹒由於套筒之端面全面頂出﹐成形品頂出均一﹐能形成确實脫模﹐成形品開裂較少發生﹒

4)刮料板

刮料板及心型之加工并不比頂出梢為難﹐滑動面机械加工及配合則需要較多時間﹐滑動面契合部必需淬火﹐熱處理為困難﹒再者﹐互換性亦趨向不良﹐修補必需較多人工﹒刮料板与心型配合面形狀為圓形或方形者﹐机械加工及配合加工比較容易﹐但如為連續變化之曲線形者﹐則變為困難﹒再者﹐為使施行淬火后仍保有互換性﹐使用襯套嵌入﹐使補修容易﹐特別有數個型穴者﹐可僅將破損單件換調﹒刮料板与其他頂出方法比較﹐為頂出面積廣大﹐成形品能确實脫模﹐對脫模抵抗較大之杯類及帽類之成形品脫模有效﹐廣泛應用﹒再者﹐外觀上几無頂出痕跡顯示﹐此亦為优點之一﹒

5)空气壓出方法

空气壓出方法為設置閥等﹐將空气通入隙間﹐加工較為簡單﹐對杯類及箱形等深度較大之成形品之脫模為极有效之方法﹒

附表4:常规标准化法

五.标准件使用规定

附表5:模具标准件

六设计流程

1.设计之前的资料审查.

比对产品样板,产品CAD图面,产品3D档案,对产品结构,尺寸做进一步审查.

A.产品参数审查

a.产品用在何处(外观要求)怎样使用(力学性能要求)

b.成型塑料的收缩为多少

c.产品与其他零部件进行配合的公差要求

d.产品的脱模角度分别是多少

e.浇口位置,流线,结合线,顶出痕要求

f.产品外观有无特殊要求:咬花,蚀纹,雾面等

B.模具参数审查

a.产品成型塑料的模塑特性如何

b.预期一模出多少产品

c.需要何种类型的流道系统:冷流道,热流道

d.模腔的布局,

e.产品出模方式的选择

2.设计中(模具结构设计)

A.确定出模方向:首先根据产品结构确定出模方向,若无法正常成型和脱模则考虑设计斜销

(顶),内(外)滑快侧面抽芯等

B.确定PL面:以模具制造加工条件的要求为依据,满足产品外形要求来确定模具PL面位置,

便利与加工.

C.产品模穴布局平衡吗?针对产品布局不平衡问题对进浇口进行处理.

D.设计合理的浇口位置,浇口形状以及浇口数目.根据产品大小,成型材料的粘度,流动性能,可

能出现的料流结合线,模塑周期的长短,借用CAE模流分析软体来确定浇口位置,大小,形式(针点,侧边式,搭接式,…)数目.浇口的设计决定料流结合线,而结合线的汇集将是内应力集中,这对产品将是一个致命的破坏因素

E.镶件和成型销的设计,针对一些精巧细小的部位采取模仁镶件的方法,便于损坏更换

F.排气结构的设计,针对产品一些尖锐薄的位置,在注射过程因排气不良而容易形成真空一致

注射压力损失大而且沾料难以充饱产生射出产品缺胶现象,我们需在该处设置排气

G.顶出机构的设计,确定合适的顶出方案

H.冷却水路设计,我们根据预期模塑量,模塑周期来确定冷却水路,避免出现冷却不均甚至有

些地方无法被冷却的现象,注意前后模水线要相互配合,不能重叠平行,防止塑料分子链取向一致

I.滑块抽芯驱动机构,锁紧机构的设计,我们在给予滑块足够的抽芯力和抽芯距离的同时,应

根据滑块体积大小和所需的抽芯距离设计合适的滑块驱动机构以及滑块复位锁紧机构.

J.前后模仁定位装置设计,将模腔进行良好精确定位,可以补偿制造误差,热膨胀,磨损等失效因素,延长模具使用寿命.

K.滑快定位装置设计,滑块抽芯行程的定位使用较多的方式是采用波珠定位

L.次序开模机构的设计,我们在设计三板模,多板模时,至少有三个以上的开模面,如何保证他们按照我们的设计意图次序开模至关重要,我们可以根据模具大小,来设置标准的外部钢质开闭器,内部塑胶开闭器配合行程拉杆俩保证开模顺序.

M.三板模流道脱出装置的设计,针对三板模料头贯穿流道板,A板,前模仁如何完全的从模具中脱落,我们需要在前模板上设定流道小拉杆,然后人工钳出流道凝料,对与自动化要求较高的模具还可在流道上设计自动弹料机构

N.确定模架的大小,根据产品出模方向的投影面积和成型结构部件的布局确定模架的最小外形尺寸,选择最接近的标准模架或非标准模架\

O.3D分模及模具镶件的拆分,使用PRO/E软体进行3D组立建模.

P.绘制组立图面,保证所有镶件的工作位置,装配关系,以及工作状况的信息在视图上都有表达清楚明了,要求第三角摆放,严格的图层管理.

Q.绘制镶件图,电极图,必须依照2D图面要求规范进行绘制,严格的图曾管理.

R.镶件BOM建立,方便组立加工.材料订购.

3.设计后的审查

A.零件图尺寸标识是否合理,完整,有无过标,漏标尺寸,尺寸格式是否统一,精度公差要求是否

明确

B.零件图所标尺寸是否符合机加工,品管检测之便利

C.冷却水路之水径和分布合理吗?有没有与其他模具结构产生干涉现象,

D.结合3D组立检查模具镶件的设计是否正确,电极放电位位置图面尺寸标注是否详尽无误,

E.结合3D组立,滑块抽芯行程足够吗?锁紧块的强度够吗,拆分的镶件合理吗,是否有更好的,

更利于加工的拆分方法?

F.产品脱模是否可靠?顶出机构是否合理,可靠?

4.整理出图,受控发行

附表1

模具钢、工具钢规格特性对照

附表2

常用塑膠縮水率