塑料注射模设计要点
第2章塑料注射模设计要点
塑料注射模是塑料模具中产量、产值最大，同时也是技术难度最大的一类模具。因此，模具设计实训中应至少完成一副塑料注射模的设计(以下除非特别注明，本书中的塑料模一般指的就是塑料注射模)；本章结合企业工作的实际需要，将与塑料模相关的设计要点与规范做一简要的复习。
2.1 常用塑料及其成型特点
常见塑料的中、英文名称及与模具设计相关的参数如表2-1和表2-2所示。
表2-1 常用的工程塑料及其成型特点
第2章塑料注射模设计要点
续表
塑料材料名称收缩率
/%
密度
/(g/cm3)
溢边值
/mm
料筒温度
/℃
模具温度
/℃
通用中文名称英文缩写
LCP LCP 0.02 1.7 —385～400 35～200 SBS弹性体SBS 1.5 0.96～1.10 —145～160 25～30 SEBS弹性体SEBS 1.6 0.87～0.91 —180～200 35～65 热塑性聚酸酯TPU 1.2 1.24 —190～200 21～49 TPV TPV 1.5～2.5 0.97 —180～190 10～80 COP COP 1.4 1.2 —220～250 45
表2-2 常用的通用塑料及其成型特点
塑料材料名称收缩率
/%
密度
/(g/cm3)
溢边值
/mm
料筒温度
/℃
模具温度
/℃
通用中文名称英文缩写
通用级聚苯乙烯GPPS 0.3～0.6 1.16 0.03 200～250 40～60
抗冲击性聚苯乙烯HIPS 0.5 1.08 0.03 210～270 20～50
丙烯腈丁二烯苯乙烯
共聚物
ABS 0.6 1.05 0.04 210～260 50～80
丙烯腈苯乙烯共聚物AS(SAN) 0.6 1.07 0.03 220～270 40～80
丁二烯苯乙烯共聚物BS(K料) 0.5 1.01 —190～230 30～50
低密度聚乙烯LDPE 3 0.92 0.02 220～260 20～40
高密度聚乙烯HDPE 3 0.96 0.02 190～280 30～70
乙烯醋酸乙烯酯共聚物EVA 2 0.95 —140～200 20～40
聚氯乙烯PVC 1.5 1.38～1.41 0.06 170～190 20～40
聚丙烯PP 2 0.91 0.03 210～280 20～50
有机玻璃(亚加力) PMMA 0.6 1.18 0.03 220～240 60～80
2.2 塑料注射模的基本组成
一般情况下，对于塑料模具而言，主要有两类：一类为二板模，俗称大水口模；另一类为三板模，俗称细水口模。
不管是二板模还是三板模，塑料模具一般由以下几个部分组成。
1. 模架
模架构成了塑料模具最基本的框架部分。模架一般可从专业模架厂商处直接采购。
2. 塑料模具的核心部分——型腔和型芯
主型腔和主型芯俗称模仁或内模，是模具里面最重要的组成部分。设计工作的大部分时间也是花费在模仁的设计上。不过，有些比较简单的模具没有模仁部分，产品直接在模板上面成型，特别是早期的塑料模具大都如此，这种结构已经逐步淘汰。
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3. 塑料模具辅助零件
如定位环、浇口套、推杆(也称顶杆或顶针)、拉料杆(俗称抓料销)、支撑柱、顶出板导柱和导套、支撑钉(俗称垃圾钉)等。如果是三板模，往往还要设置专门的顺序开模控制机构。
4. 塑料模具的辅助系统
一般的塑料模具有以下3个系统，即浇注系统、顶出系统、冷却系统。有时，因为所运用的塑料材料需加热的温度很高，所以，有的模具还会存在一个加热系统。
5. 抽芯机构
当塑料制品侧向有孔或卡勾时，模具还必须设置一个或多个处理这些孔、卡勾脱模的机构，如滑块、斜推杆、油压缸等。这种处理的机构称为侧向分型抽芯机构。
2.3 标准模架
为了缩短模具的设计与制造时间，模具制造企业的设计者往往将工作的重点放在模仁的设计与加工上，而作为基础构件的模架往往采用专业厂家的标准模架。
标准模架又称标准模座或者标准模胚，它由专业的厂家进行生产，模具的设计人员根据模具的需求可以直接从模架厂商订购。
目前的标准模架一般可分为二板式模架和三板式模架。二板式模架俗称大水口模架，主要适用于采用侧向浇口的模具；三板式模架俗称细水口模架，比较适合于采用点浇口的模具。根据模架的具体功能和结构，这两类模架又各自细分为若干个不同的样式。
2.3.1 二板式模架
二板式标准模架的组成如图2-1所示，它一般由以下几个部分组成。
(1) 模板：上下固定板、公母模板、上下顶出板、模脚等。在某些情况下，母模侧还会有一块承压板。
(2) 连接螺钉：S1——连接上固定板与母模板，一般有4～6个；S2——连接下固定板与公模板，它穿过模脚，与其是间隙配合，一般是4～6个，它的大小和到模具中心线之间的位置与S1一致，只是螺钉的长度不一样。S7——连接上下顶出板，分布在顶出板的4个角上，一般是4个。S8——连接下固定板与模脚，一般为4～6个。
(3) 辅助零件：导柱与导套，一般是4组。为了防止模具在安装时装反，4组导柱、导套中靠近基准的一套向模具中心线上偏移2mm，并在相对应的位置标刻有“OFFSET”的字样，该值不管模具大小，每套模具都一样；回位销，即复位杆，一般有4个，分布在顶出板4个角上。
(4) 其他部分：吊环孔——由于模具一般都较重，为了方便模具的安装和搬运，往往在模具上加工出吊环孔以便安装吊环。
根据上述特点，用户在订购二板式标准模架时，只需要决定以下几个尺寸即可：
第2章塑料注射模设计要点
①模具的长×宽。
②A板、B板的厚度(即公母模板的高)。
③模脚的高度。
据此，订购模架时只需标记出模架的型号和上述3组参数即可，如SC1530A60B70C90，
其表示的含义如下：
●SC——模架类型代号，代表的是大水口(二板式)系列的C类型。
●1530——模具的宽为150mm，长为300mm。
●A60——A板的厚度为60mm；B70——B板的厚度为70mm；C90——C板的高
度为90mm。
而各个连接螺钉、吊环孔、导柱与导套、回位销等的位置、大小、数量，用户一般不
能更改。
图2-1 典型二板式标准模架
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2.3.2 三板式模架
三板式标准模架的组成如图2-2所示，其与二板式标准模架在许多地方是相同的，一般也由以下几个部分组成。
图2-2 典型三板式标准模架
1. 模板
模板包括上下固定板、A板和B板、上下顶出板、模脚等。有时，B板下方还会有一块承压板。此外，它还多了一块不可缺少的板——脱浇板，俗称剥料板。
2. 连接螺钉
S1——连接下固定板与公模板，它穿过模脚，一般是4～6个。
S2——连接下固定板与模脚，一般为4～6个。
S3——连接上下顶出板，分布在顶出板的４个角上，一般是4个。
这里要特别注意的是，上固定板与剥料板、母模板之间没有螺钉进行连接，它依靠导
第2章塑料注射模设计要点柱B进行定位和导向，因为剥料板需要运动。
3. 辅助零件
辅助零件包括导柱与导套，三板式模架有两种导柱与导套，导柱、导套A和导柱、导
套B，总共8套。同样，为了防止模具在安装时装反，8套导柱、导套中靠近基准的两套
向模具中心线上偏了2mm，并标记有“OFFSET”的字样。
4. 其他部分
其他部分与二板式模架相同。用户在订购三板式标准模架时，除决定模具的长、宽以
及A板、B板、C板的厚度外，还应决定导柱B(大拉杆)的长度。
2.4 浇注系统
2.4.1 喷嘴与浇口套的关系
注射机喷嘴与模具浇口套的关系应满足如图2-3所示的关系。
图2-3 喷嘴与浇口套的关系
2.4.2 定位环
定位环的常见形式有A型和B型两种，当喷嘴直接作用于产品胶位面时，为防止浇口
套因受注射压力的作用而变形，可采取特殊形式的定位环，如图2-4所示。
(a) A 型定位环(b) B 型定位环
图2-4 定位环的形式与规格
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(e) 特殊形式定位环
图2-4 定位环的形式与规格(续)
2.4.3 浇口套
浇口套的形式如图2-5所示。当主流道长度大于80mm时，可用延伸浇口套以缩短流道长度；而锥度浇口套用于当主流道高度大于80mm时代替延伸浇口套，主要用于细水口和简化细水口模具。
图2-5 浇口套的形式与规格
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(e) 倾斜浇口套
图2-5 浇口套的形式与规格(续)
2.4.4 流道
塑料模常用的流道类型有圆形流道、半圆形流道和梯形流道。其断面形状及尺寸大小，应根据塑料件的成型体积、塑料件壁厚、形状和所用塑料的工艺特性、注射速率、分
流道长度等因素来确定。
1) 圆形流道
如图2-6所示，圆形流道的直径d一般在4～12mm范围内变动，对流动性很好的聚丙烯、尼龙等塑料，当分流道很短时，其直径可小到2mm；对流动性很差的聚碳酸酯、聚砜等，直径可达12mm；对多数塑料来说，分流道直径在5～6mm以下时，对流动性影响较大，但直径在8mm以上时，再增大其直径，对流动性的影响却不大。
图2-6 圆形流道
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2) 梯形流道
如图2-7所示，梯形流道的断面尺寸高度为h=2/3w，梯形斜边的倾角常取5°～10°，底部半径r=1.5mm，分流道宽度w常在4～12mm范围内变动。
图2-7 梯形流道
2.4.5 浇口
1. 浇口的设计原则
(1) 浇口应设置在产品较为厚壁处，使塑料从厚壁流向薄壁处，以减少压力的损失。
(2) 浇口应设置在制品最容易清除的地方，且尽量不要影响外观。
(3) 浇口位置和塑料流入方向，应使塑料流入型腔时，能沿型腔平行方向均匀地流入，并有利于型腔的排气，如图2-8所示。
图2-8 浇口位置的设置
(4) 浇口位置设置应尽量避免熔接痕、流痕产生于制品的重要部位，如图2-9所示。
图2-9 浇口位置
(5) 一模多腔时，浇口的尺寸应根据浇口与主流道的距离和制品的大小来开设。
(6) 浇口的设置应避免塑料直接冲击薄弱的型芯、镶件、滑块等，防止工件变形，如图2-10所示。
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图2-10 浇口位置
(7) 浇口的设置还应考虑制品在横向和纵向不同的收缩。
2. 浇口的类型与应用
1) 直接浇口
直接浇口较适用于一模一穴，根据客户确定而浇口不影响产品外观且成型深腔的大型
塑料制品，不宜成型平薄形塑料件和容易变形的塑料件。如图2-11所示，D值取8～12mm之间，对于平薄形塑料件和容易变形的塑料件，D值最大取2S，L值一般不超过150mm，遇到特殊结构可再加长。
图2-11 直接浇口
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2) 侧浇口
如图2-12所示，侧浇口也称标准浇口，标准浇口形状简单，加工方便，适合于除聚碳酸酯(PC)以外的所有塑料材料。其缺点是易产生流痕，不适合薄板形的透明制品，同时也不适合于细而长的桶形制品。
3) 搭接式浇口
如图2-13所示，搭接式浇口适合于外观面不允许有浇口痕迹的所有塑料制品。可减少标准浇口所产生的流痕。其缺点是浇口不易切除，材料是PVC、PU的制品不宜采用。
图2-12 侧浇口
图2-13 搭接式浇口
4) 潜伏式浇口
如图2-14所示，潜伏式浇口可以自动切断浇口，适合自动化生产。但由于流道弯折过度、压力损失过大，材料是PC、PMMA、SAN的制品不宜采用。
图2-14 潜伏式浇口
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5) 薄形浇口
如图2-15所示，薄形浇口主要适用于大型的平板产品，使产品不易产生变形、流痕、
气泡等现象。其缺点是浇口不易剪除。
6) 扇形浇口
如图2-16所示，扇形浇口主要适用于平板形制品及浅的壳形或盒形制品。这种浇口进
入型腔速度均匀，可降低塑料件的内应力和带入空气的可能性，去除浇口也方便。
图2-15 薄形浇口
图2-16 扇形浇口
7) 环形浇口
如图2-17所示，环形浇口适用于黏性塑料管形制品，可避免熔接痕及减缓压力。
图2-17 环形浇口
8) 牛角形潜伏浇口和圆弧形潜伏浇口
在制品表面既不允许留有任何浇口痕迹，又不能做普通潜伏浇口的情况下，选择如图2-18所示的牛角形潜伏浇口或如图2-19所示的圆弧形潜伏浇口。牛角形潜伏浇口要采用镶件式加工。
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图2-18 牛角形潜伏浇口
图2-19 圆弧形潜伏浇口
9) 点浇口
如图2-20所示，点浇口可应用于各种形式的制品，浇口附近的残余应力小，能自行拉断浇口，可实现自动化生产，对于较大的制品可多点进浇。但注射压力损失大，多数要采用三板式结构，模具结构较复杂，成型周期较长。
图2-20 点浇口
2.4.6 冷料井
原则上，所有流道要留冷料井。常用的冷料井结构与尺寸如图2-21所示。
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图2-21 冷料井结构与尺寸
2.4.7 流道凝料拉杆
为保证开模时流道凝料留在定模，应设置流道凝料拉杆。常用的流道凝料拉杆的结构
如图2-22所示。
图2-22 流道凝料拉杆
2.5 内模
直接参与成型制品形状的零件，一般称为主型芯、主型腔，俗称内模或模仁，是决定
制品质量的关键部件。
1. 内模尺寸
(1) 一般情况下的内模尺寸。一般情况下，可按图2-23所示的数据决定内模的长、宽
和高。
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图2-23 内模尺寸
图2-23所示的表中提供的数据为制品形状正常的情况下使用，如制品有下面所述的情形，可不按此数据设计。
(2) 当产品有下列情况出现时，产品到内模边的距离可适当减小。
①当产品存在大面积的碰穿位，如图2-24所示。
图2-24 产品中间部位存在大面积碰穿
②当产品整体比较平坦，只有局部有小面积凸台，如图2-25所示。
图2-25 产品整体平坦
③当产品的截面形状大部分为圆弧，直身面较小，如图2-26所示。
图2-26 产品的截面形状大部分为圆弧
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(3) 当产品有下列情况出现时，产品到内模边的距离应适当增加。
①深腔形制品。其长、宽尺寸明显大于高度方向的尺寸，且高度的尺寸达到150mm
以上。如图2-27所示。
图2-27 深腔形制品
②深桶形制品。对于深桶形制品，也应考虑定模采用整体加工的形式并尽可能留有
定位止口，矩形的深桶件应比圆形的深桶件留厚些。如图2-28所示。
图2-28 深桶形制品
2. 内模螺钉的排布
内模与模板的固定一般通过螺钉连接，连接螺钉的排布如表2-3所示。
表2-3 内模螺钉
长度/mm 高度/mm 螺钉螺钉距边距均布螺钉数量
150以下<150 M6 15 4
≥150 M8
300以下<150 M8
≥150 M10
400以下<150 M10 20 6
≥150 M12
600以下—M12 25
600以上—M16 8
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3. 内模分型面及插穿位
1) 分型面
分型面往往被称为P/L面，是制品沿垂直于开模方向最大外形线所处的面。确定P/L 面应注意以下几点。
(1) P/L面应沿产品的外形拉伸，尽量避免线或点封胶。如果沿产品外形拉伸会产生尖角，可采用如图2-29(b)、(d)所示的方法避免。
图2-29 避免尖角的分型面
(2) 产品有较严格的外观要求，动模部分的胶位应比定模稍做小0.2～0.3mm。如图2-30所示。
图2-30 动模部分的胶位应比定模稍做小0.2～0.3mm
(3) 若产品没有平面，必须设计平面以方便加工制造。如图2-31所示。
图2-31 增加平面以方便加工
(4) 原则上内模的封胶位最小在5mm以上。对于大面积的P/L面，留15～20mm封胶即可，其他部分避空。如图2-32所示。
图2-32 内模的封胶位
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2) 插穿位
一般情况下，内模的插穿斜度应在2°以上，最好为3°～5°，对于表面积超过2500mm2的插穿面需要加开油槽，对于细小的、单独凸起的插穿位应设计镶件，以便于更换。
内模插穿方法的选用如图2-33所示。
图2-33 内模插穿方式的选用
4. 内模的镶拼结构
1) 内模镶拼的原因
内模需要镶拼结构的原因主要有下列几点。
(1) 整体加工困难(EDM或抛光困难)，如图2-34和图2-35所示。
(2) 排气不良，塑料充填困难。
(3) 互换性，当一套模具需要生产产品的多种型号时，可使用互换镶件达到目的。
(4) 强度弱，易损坏的部位。
(5) 当骨位的深度H≤20mm时，需镶拼。
图2-34 需要镶拼的地方
(6) 前动模局部有细小的突起，基于节约成本方面的考虑，如图2-36所示。
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图2-35 镶件
图2-36 单独突起
2) 内模镶拼的注意事项
(1) 内模镶拼时，应防止尖角的产生，如图2-37所示。
图2-37 防止尖角
(2) 内模镶件必须设计基准平面，以方便后续加工，如图2-38所示。
图2-38 垂直面
3) 内模镶拼的形式
(1) 通孔式(优先选用)，结构如图2-39所示。
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图2-39 通孔式
(2) 盲孔式。当内模上的镶件尺寸T过长时，或内模水道必须通过镶件处时，镶件需
镶盲孔。T1封胶位尺寸最低不能小于5mm，镶件用螺钉定位。如图2-40所示。
图2-40 盲孔镶件
4) 镶件的定位方式
(1) 挂台定位(常用)，如图2-41所示。
图2-41 挂台定位
(2)销钉定位，适用于长、宽小于10mm×10mm的薄形镶件，如图2-42所示。