注塑模具简介及实例

模具设计及塑料注射成型

一、模具结构

模具的基本结构有二板式模具和三板式模具。

二板式模具

1.浇道套sprue bush;

2.导柱guide pin;

3.定模板fixed mould plate;

4.型芯core;

5.动模板moving mould plate;

6.动模垫板moving mould support plate;

7.顶管sleeve;

8. 限位钉stop pin;

9.支承块spacer block; 10.型芯core; 11.螺钉screw;12.动模座板clamping plate of moving mould; 13. 顶杆固定板ejector-retainer plate;14.拉料杆sprue puller pin; 15.顶杆垫板ejector-support plate; 16.复位杆return pin

（1）两板式模具也叫单分型面模具，它只有一个分型面，是注塑模中最简单也是最常见的种类。两板式注塑模的主流道设在定模上，分流道设在分型面上，开模后塑件连同浇注系统凝料一起留在动模一侧。动模上设有脱模机构，用来推出塑件和浇注系统凝料。

两板式模具的优点：

1) 结构简单，操作方便，能满足塑件自动落下的要求。

2) 造成故障的原因少，使用寿命长，能够缩短成型周期。

3) 模具价格便宜。

4) 能够比较容易地选择进料口的形状与位置。

两板式模具的缺点：

1) 除直浇口之外，除非采取特殊措施，进料口被局限于塑件的侧端面。

2) 在成型之后，通常必须进行塑件与进料口的切断工作。

三板式模具

1.浇道套 sprue bush;

2.导柱 guide pin;

3.定模座板 fixed mould clamping plate;

4.定模板 fixed mould plate;

5.弹簧 spring;

6. 限位钉 stop pin;

7.型芯 core;

8.动模板 moving mould plate;

9.动模垫板 moving mould support plate;10.支承块 spacer block; 11.螺钉 screw; 12.复位杆 return pin; 13.顶杆 ejector pin; 14.动模座板 clamping plate of moving mould; 15.顶杆固定板ejector-retainer plate; 16.顶杆垫板ejector-support plate;

（2）三板式模具也叫双分型面模具，它有两个分型面，浇注系统凝料和塑件分别从不同的分型面取出。三板式模具与两板式模具相比，增加了一个可以移动的中间板（推料板）。开模时，推料板和定模板做定距分离，便于取出这两块板间的浇注系统凝料。三板式注塑模用于点浇口进料的单型腔或多型腔模具。

三板式模具的优点：

1)进料口位置能设置在塑件的中间位置。

2)能采用点浇口。

3)可以满足产品的外观要求，并且可以省略人工切断浇口工作。

三板式模具的缺点：

1)必须有开模行程足够的注射机。

2)结构复杂，发生问题的因素增加，使用耐久性差。

3)模具费用高。

4)成型周期长。

（3）点浇口模架（在直浇口模架上加装推料板和拉杆导柱）基本型分为DA、DB、DC、DD型。

点浇口DA型模架点浇口DB型模架点浇口DC型模架点浇口DD型模架二.、模具的类型

斜导柱抽芯Angle pin core-pulling

斜推杆抽芯Slanted lifer core-pulling

高光无痕注塑Weldless plastic injection

螺纹抽芯Mould with unscrewing unit

定模脱模

热流道系统

叠层模具

双色模具

气体辅助成型模具

斜导柱侧抽芯模具结构

1.顶针固定板ejector-retainer plate;

2.顶针垫板ejector-support plate;

3.齐缝销straight pin;

4.顶针ejector pin;

5.后定位环back locating ring;

6.顶出底板back ejector-support plate;

7.顶柱pillar; 8,16.拉料杆sprue puller pin;

9.顶套ejector bush; 10.定位销location pin;

11.螺钉screw; 12.回程杆return pin;

13.导柱guide pin; 14.导套guide bush;

15.动模垫板moving mould support plate;

17.型芯镶件core insert; 18,21.型腔镶件cavity insert;

19.定位环locating ring; 20.浇道套sprue bush; 22.定模垫板fixed mould support plate;

23.斜滑块slanted slide; 24.斜导柱angle pin; 25,31.耐磨板wear plate;36.压板wedge plate;

27.定模板fixed mould plate; 28.滑动镶件slide insert;29.冷却水管cooling pipe;

30.动模板moving mould plate;32.支撑块spacer block;33.动模座板moving mould clamping plate

斜推杆侧抽芯模具结构

1.顶杆垫板ejector-support plate;

2.导槽架channel frame;

3.滚动轴rolling axis;

4.顶杆ejector pin;

5.动模板moving mould plate;

6.型芯core;

7.斜推杆slanted lifter;

8.定模板fixed mould plate;

三、模具设计

图1 圆盖帽

实验要求：图1中的圆盖帽，直径约为33mm，厚1.5mm，外拔模斜度为0.5，内拔模斜度为0.8。

在SolidWorks软件下其设计具体步骤如下：

1）打开图1所示的圆盖帽。

2）构建热塑件：插入→特征→比例放缩（1.005）

3）抽取外壳：插入→曲面→等距曲面

4）填充孔型：插入→曲面→平面区域

5）设置分型面：插入→曲面→平面区域

6）隐藏实体

7）插入→曲面→缝合曲面

8）插入→切除→使用曲面

9）动模的系列图：

10）整个模具图：

四、注塑成型

塑料成型的方法很多，注射成型就是其中的一种，注射成型又称为注塑成型，简称注塑，是热塑性塑料的一种主要成型方法。由于他具有应用面广、成型周期短、生产效率高、生产条件较好、易于实现机械化和自动化等诸方面的优点，因此在整个塑性成形工艺中站着举足轻重的作用。

注射成型所用的设备是注射机。注射机的类型很多，分类方法也各不相同。应用最普遍的是柱塞式注射机和螺杆式注射机。其中柱塞式注塑机机构如图2：

图2

1.射嘴nozzle;

2.射嘴法兰front adapter;

3.螺旋止逆阀screw head assembly;

4.电热圈heater band;

5.料筒barrel;

6.螺杆injection screw;

7.料斗hopper; 8.轴承bearing; 9.液压马达hydraulic motor;

10.射台液压缸oil tank for injection seat;

11.射台机心cylinder rod for injection seat;

12.射台液压缸塞oil tank stopper for injection;

13.射胶液压缸injection oil tank; 14.射台底座injection unit base block;

15.中心调节螺钉nozzle center adjusting bolt; 16.传动体driving housing;

17.传动体导杆driving housing guide rod; 18.导杆支撑guide rod bracket 1、注射成型原理及工艺过程

（1）、注射成型原理

注射成型就是指将粒状或粉状塑料从注射机的料斗送入高温的料筒内加热熔融塑化，使其成为粘流态熔体，然后再注射机柱塞或螺杆的高压推动下，以很大的流速通过喷嘴，注入模具腔，进过一段时间的保压冷却定型后，开启模具便可以从模腔中脱出具有一定形状和尺寸的塑料制件。如此完成一次注射工作循环，完成一次循环所需的时间可以从几秒到几十秒不等，这主要取决于制件的大小和厚度。图3为注射成型工作循环。

图3

（2）注射成型工艺过程

注射成型工艺过程包括,成型前的准备、注射成型过程以及制件的后处理三个阶段。

成型前的准备：

1）原料外观的检验和工艺性能的测定

检验内容包括对色泽、粒度、均匀性、流动性及收缩率等的检验。

2）原料的预热、干燥

除去原料中过多的水分和挥发物，以防止成型后塑件出现气泡和花纹等缺陷。

3）清洗料筒

当更换原料品种及颜色时需清洗料筒。

4）预热嵌件

因金属与塑料的收缩率不同，为减少嵌件在成型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，成型前应对金属嵌件进行预热。

5）选择脱模剂

为使塑件容易从模具内脱出，模具型腔或型芯需要喷涂脱模剂。

6）模具预热

注射成型过程：

完整的注射成型过程包括加料、塑化、充模、保压、倒流、冷却和脱模等过程。

1）加料

将粒状或粉状塑料加入注射机料斗中，由柱塞或螺杆带入料筒进行加热。

2）塑化

粒状或粉状塑料在料筒内加热熔融呈粘流态并具有良好可塑性的过程，称为塑化。

3）充模

塑化好的塑料熔体在注射机柱塞或螺杆的推动作用下，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。

4）保压

充模结束后，在注射机柱塞或螺杆推动下，熔体仍然保持压力，使料筒中的熔料继续进入型腔，以补充型腔中塑料的收缩，从而提高塑件密度，减少塑件收缩，克服塑件表面缺陷，这一阶段称为保压。

5）倒流

保压结束后，柱塞或螺杆后退，型腔中的熔料压力解除，这时型腔中的熔料压力将比浇口前方的压力高，如果此时浇口尚未冻结，型腔中熔料就会通过浇口流向浇注系统，使塑件产生收缩、变形及质地疏松等缺陷，这种现象称为倒流。如果撤除注射压力时浇口已经冻结，则倒流现象就不会发生。由此可见，倒流是否会发生及倒流的程度如何，均与保压时间有关，一般来说，保压时间过长时，倒流较小。

6）冷却

塑件在模内的冷却过程是指从浇口处的塑料熔体完全冻结时起到塑件从模具型腔内推出为止的全部过程。这时补缩或倒流均不再进行，型腔内的塑料继续冷却并凝固定型。

7）脱模

塑件冷却到一定的温度，具有足够的强度，不会产生翘曲和变形，即可开模，在推出机构的作用下将塑件推出模外。

塑件的后处理：

由于塑化不均匀或塑料在型腔内的结晶、取向、冷却及金属嵌件的影响等原因，塑件内部不可避免地存在一些内应力，从而导致塑件在使用的过程中产生变形或开裂。为解决这些问题，可对塑件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。

1）退火处理

退火处理是将塑件放在定温的加热介质（如热水、热空气或液体石蜡等）中保温一段时间，然后缓慢冷却至室温，从而消除塑件内应力的过程。提火温度一般在塑件使用温度以上10-20c至热变形温度以下10-20c之间进行选择和控制。退火时间与塑料品种和塑件厚度、形状、成型条件等有关。退火处理时，冷却速度不应过快，否则会重新产生应力。

2）调湿处理

调湿处理是将刚脱模的塑件放入热水中，以隔绝空气、防止塑件氧化、加快

吸湿平衡的一种后处理方法。目的是使塑件颜色、性能、尺寸得到稳定，尽快达到吸湿平衡。调湿处理主要用于吸湿性很强且又容易氧化的聚酰胺等塑件。

需要指出的是，并非所有的塑件脱模后都需进行后处理，通常只对那些有金属嵌件、尺寸精度高、壁厚大、使用温度范围大的塑件进行后处理。

2、注射成型工艺参数的确定

对于一定的塑件，当选择了适当的塑料品种（本实验选用ABS）、成型方法以及设备，设计了合理的成型工艺过程及模具结构之后，在生产中，工艺条件的选择及控制就是保证成型顺利进行和塑件质量的关键。注射成型最主要的工艺参数是温度、压力和时间。

（1）温度

注塑成型过程需要控制的温度包括料筒温度、喷嘴温度和模具温度。、

1）料筒温度料筒温度的选择应保证塑料塑化良好，能够顺利实现注射，又不引起塑料分解。料筒温度应根据塑料的热性能确定，各种塑料具有不同的流动温度。

采用不同类型的注塑机，塑料在料筒内的塑化过程不同，因此选择料筒的温度也不同。对于柱塞式注塑机，料筒温度应高些，以使料筒内外层受热、塑化均匀。选择料筒温度还应该结合塑件及模具结构特点。薄壁塑件的的模腔较狭窄，熔体注入阻力大，冷却快，因此料筒温度料筒温度应该选择高一些，以便提高塑料的流动性，达到顺利冲模的目的。而对厚壁塑件，则料筒温度可以选择低一些。

2）喷嘴温度塑料在注射时，快速通过喷嘴，尚有一定的摩擦加热作用，为防止喷嘴流涎，喷嘴温度通常略低于料筒的最高温度。但是喷嘴温度过低则造成熔体冷却堵塞喷嘴，或在模腔中流入冷凝料。

3）模具温度模具温度决定于塑料的特性、塑件尺寸与结构、性能要求及其他工艺条件等。

（2）压力

注射成型过程中的压力包括塑化压力、注塑压力和保压压力。它们关系到塑化和成型的质量。

1）塑化压力塑化压力是指采用螺杆式注射机时，螺杆顶部熔体在螺杆旋转后退时所受到的压力，亦称背压，其大小可以通过液压系统中的溢流阀来调整。塑化压力的大小应根据塑料品种而定，对于热敏性塑料，塑化压力应低些，以防止防止塑料过热分解；对于热稳定性高的塑料，塑化压力高些不会有分解的危险；对熔体粘度大的塑料，塑化压力高，螺杆转动系统容易造成超载；注射熔体粘度很低的塑料时，塑化压力要低些，否则塑化效率将很快降低。总的来说，塑化压力不宜过高。

2）注射压力注射压力就是指柱塞或螺杆顶部对塑料所施加的压力。其作用是克服塑料流动冲模过程中的流动阻力，使熔体具有一定的冲模速率，对熔体进行压实。

注射压力的大小取决于塑料品种、注塑机类型、模具结构、塑件厚度和流程以及其他工艺条件，尤其是浇注系统的结构和尺寸。

3）保压压力和保压时间

保压压力的大小取决于模具对熔体的静水压力，与制件的形状和壁厚有关。一般来说，形状复杂和薄壁制件，由于采用的注射压力大，保压药理可以略低于注射压力。

保压压力的时间一般为20~120s，与物料温度、模具温度、制件壁厚、模具的流到和浇口大小有关。保压压力和保压时间的选择原则是保证成型质量。

（3）时间

完成一次注塑过程所需要的时间，成为型周期，它是决定注射成型生产率及塑件质量的一项重要因素。它包括以下介个部分：

冲模时间（柱塞或螺杆前进时间）

注射时间

保压时间（柱塞或螺杆停留在前进位置的时间）

成型周期

闭模冷却时间（柱塞后退或螺杆转动后退的时间聚包括在这段时间

内）

其他时间（指开模，脱模、涂拭脱模剂等）

成型周期直接影响生产效率和设备利用率，应在保证产品质量的前提下，尽量缩短成型周期中的各个阶段的时间。

五、实验结果

以ABS为原料，注塑得到的产品满足实验要求