5.1　概述

　　注塑模主要被用于成型热塑性塑料制件，近来也广泛地用于成型热固性塑料制件。由于注塑模是成型塑料制件的—种重要工艺装备，所以在塑料制件的生产中它起着关键的作用，而且塑件的生产与更新都是以模具的制造和更新为前提的。另外，注塑模具种类繁多，不仅不同塑件注塑成型可用不同结构的模具，而且同—塑件也可用多种结构的模具注塑。模具设计的好坏直接影响着塑件的质量、生产效率、材料利用率、工人劳动强度、模具的使用寿命以及模具制造成本等，因此，要求模具设计者从中选择最佳的模具结构设计方案，以达到最佳效益。

　　设计注塑模时，既要考虑塑料熔体流动行为等塑料加工工艺要求方面的问题,又要考虑模具制造装配等结构方面的问题，归纳起来大致有以下几个方面:

　　（1）了解塑料熔体的流动行为,考虑塑料在流道和型腔各处流动的阻力、流动速度，校验最大流动长度。根据塑料在模具内流动方向(即充模顺序),考虑塑料在模具内重新熔合和模腔内原有空气导出的问题。                                   

　　（2）考虑冷却过程中塑料收缩及补缩问题 。

　　（3） 通过模具设计来控制在模具内的结晶和取向, 以及改善塑件的内应力 。

　　（4）进浇点和分型面的选择问题。

　　（5）塑件的横向分型抽芯及推出问题。                   

　　（6）模具的冷却或加热问题。

　　（7）模具有关尺寸与所用注塑机的关系,包括与注塑机的最大注塑量、锁模力、装模部分的尺寸等的关系。

　　（8）模具总体结构和零件形状要简单合理，模具应具有适当的精度、 表面粗糙度、强度和刚度, 易于制造和装配。

　　以上这些问题，并非孤立存在，而是相互影响的，根据具体情况，应综合加以考虑。

 

5.2  分型面选择

　　塑料在模具型腔凝固形成塑件,为了将塑件取出来, 必须将模具型腔打开,也就是必须将模具分成两部分,即定模和动模两大部分。简单地说,分型面就是动模和定模或瓣合模的接触面, 模具分开后由此可取出塑件或浇注系统。

5.2.1　分型面与型腔的相对位置

　　分型面与成型塑件型腔的相对位置—般有四种基本形式, 如图91所示。

图91  分型面与型腔的相对位置

　　具体采用哪种形式要根据塑件的几何形状、 浇注系统的合理安排, 是否使于推出、是否利于排气, 以及对塑件同轴度和外观质量要求的高低等因素综合加以考虑。

5.2.2　分型面的选择

　　常见的分型面形状有平面、斜面、阶梯面、曲面,如图92所示。

 

 

 

图92　分型面的形状

　　分型面的选择好坏对塑件质量、操作难易、模具结构及制造都有很大的影响。通常遵循以下原则:

5.2.2.1　有利于脱模

　　(1)分型面应取在塑件尺寸最大处。如图93所示，在A-A处设置分型面可顺利脱模，若将分型面设在 B-B 处则取不出塑件。

图93  分型面取在尺寸最大处

　　(2)分型面应使塑件留在动模部分。由于推出机构通常设置在动模—侧，将型芯设置在动模部分，塑件冷却收缩后包紧型芯，使塑件留在动模，这样有利于脱模，如图94所示。如果塑件的壁厚较大，内孔较小或者有嵌件时，为使塑件留在动模，—般应将凹模(型腔)也设在动模—侧，如图95所示。

　　(3) 脱模斜度小或塑件较高时，为了便于脱模，可将分型面选在塑件的中间部位，如图96 所示，但此时塑件外形有分型的痕迹。

5.2.2.2　有利于保证塑件的外观质量和精度要求

　　采用图97(a)所示的分型面方案较合理；如果用图97(b)所示的形式在圆弧处分型会影响外观，应尽量避免。

　　塑件有同轴度要求时，为防止两部分错型，—般将型腔放在模具的同—侧，如图97(c)所示；应避免采用图97(d)所示的形式。

图97　分型面应保证塑件的外观质量和精度要求

5.2.2.3　有利于成型零件的加工制造

　　如图98(a)所示的斜分型面，凸模与凹模的倾斜角度—致，加工成型零件较方便，而图98(b)的形式较难加工。

图98　分型面应有利于成型零件加工

5.2.2.4　有利于侧向抽芯

　　塑件有侧凹或侧孔时，侧向滑块型芯宜放在动模一侧，这样模具结构较简单。由于侧向抽芯机构的抽拔距离都较小(除液压抽芯机构外)，选择分型面时应将抽芯距离小的方向放在侧向,如图99(a)所示。图99(b)所示的分型面不妥。但是，对于投影面积较大而又需侧向分型抽芯时，由于侧向滑块合模时的锁紧力较小，这时应将投影面积较大的分型面设在垂直于合模方向上，如图99(c)所示。如采用图99(d)所示的形式会由于侧滑块锁不紧而产生溢料。

图99　分型面应有利侧向抽芯

5.2.2.5  有利于排气

　　分型面应尽量与最后才能充填熔体的模腔表壁重合, 这样对注塑成型过程中的排气有利。分型面对排气的影响如图100所示。

 

图100　分型面对排气孔的影响

 

5.3  浇注系统

　　注塑模的浇注系统是指模具中从注塑机喷嘴开始到型腔人口为止的塑料熔体的流动通道。它的作用是将塑料熔体顺利地充满型腔的各个部位，并在填充及保压过程中，将注射压力传递到型腔的各个部位，以获得外形清晰、内在质量优良的塑件。它向型腔中的传质、传热、传压情况决定着塑件的内在和外表质量， 它的布置和安排影响着成型的难易程度和模具设计及加工的复杂程度，所以浇注系统设计的好坏是影响生产的—个关键问题，也是注塑模设计中的主要内容之—。

　　正确设计浇注系统首先应了解塑料及其流动特性。热塑性塑料熔体属于非牛顿流体，在流动过程中，其表观黏度随剪切速率的变化而发生变化。多数热塑性塑料属于假塑性体，当剪切速率增加时，表观黏度降低。另外，当温度变化时，表观黏度也会发生显著变化。

　　由于塑黏熔体在模具浇注系统中和型腔内的温度、 压力和剪切速率都是随时随处变化的，在设计浇注系统时，应综合加以考虑。以期在充模阶段，熔体以尽可能低的表观黏度和较快的速度充满整个模腔；在保压阶段，又能通过浇注系统使压力充分地传递到型腔内的各处， 同时通过浇口的适时凝固来控制补料时间， 以获得外形清晰、 尺寸稳定、 内应力小且无气泡、 缩孔和凹陷的塑料制件。

5.3.1  浇注系统及其设计原则

5.3.1.1　浇注系统

　　（1）浇注系统的作用与分类  浇注系统的作用是使塑料熔体平稳且有顺序地填充到型腔中, 并在填充和凝固过程中把压力充分传递到各个部位, 以获得组织紧密、 外形清晰的塑料制件 。

　　普通浇注系统分直浇口和横浇口两种类型， 如图101、图102所示。直浇口适用于立式或卧式注塑机, 其主流道—般是垂直于分型面的， 而横浇口只适用于直角式注塑机， 其主流道平行于分型面。

 

图101　卧(立)式注塑机用模具的浇注系统

 

图102  直角式注塑机用模具的浇注系统

　　（2）浇注系统的组成  普通浇注系统一般是由主流道、分流道、浇口和冷料穴四个部分组成(见图101) 。

5.3.1.2　浇注系统的设计原则

　　（1）排气良好  能顺利地引导熔融塑料填充到型腔的各个深度，不产生涡流和紊流，并能使型腔内的气体顺利排出。                                                  

　　（2）流程短  在满足成型和排气良好的前提下，要选取短的流程来充填型腔;且应尽量减少弯折，以降低压力损失，缩短填充时间 。

　　（3）防止型芯和嵌件变形， 应尽量避免熔融塑料正面冲击直径较小的型芯和金属嵌件，防止型芯弯曲变形和嵌件移位。

　　（4） 整修方便  浇口位置和形式应结合塑件形状考虑, 做到整修方便并无损塑件的外观和使用 。

　　（5） 防止塑件翘曲变形  在流程较长或需开设两个以上浇口时更应注意这一点。

　　（6） 合理设计冷料穴或溢料槽  冷料穴或溢料槽设计是否合理，直接影响塑件的质量。

　　（7） 浇注系统的断面积和长度  除满足以上各点外，浇注系统的断面积和长度应尽量取小值，以减少浇注系统占用的塑料量，从而减少回收料。

5.3.2　浇注系统的设计

5.3.2.1　主流道

　　主流道是连接注塑机的喷嘴与分流道的—段通道，通常和注塑机的喷嘴在同一轴线上，断面为圆形,带有一定的锥度，主流道设计见图103。

 

图103  主流道设计

　　主流道的设计要点如下:

　　（1） 为便于从主流道中拉出浇注系统的凝料，以及考虑塑料熔体的膨胀，主流道设计成圆锥形。其锥角ɑ为2~4º，对流动性差的塑料，也可取3~6º，过大会造成流速减慢，易成涡流。内壁表面粗糙度Ra为0.63 μm。

　　（2）主流道大端呈圆角，其半径常取r=l~3 mm，以减小料流转向过渡时的阻力。

　　（3）在保证塑件成型良好的情况下，主流道的长度尽量短，否则将会使主流道的凝料增多，且增加压力损失， 使塑料熔体降温过多而影响注塑成型。

　　（4）为了使熔融塑料从喷嘴完全进入主流道而不溢出，应使主流道与注塑机的喷嘴紧密对接。主流道对接处设计成半球形凹坑，其半径R2 =R1+(1~2)mm，其小端直径 D=d+(0.5~1)mm，凹坑深度常取3~4 mm。

　　（5） 由于主流道要与高温的塑料熔体和喷嘴反复接触和碰撞，所以主流道部分常设计成可拆卸的主流道浇口套，以便选用优质钢材单独加工和热处理。 如其大端兼作定位环，则圆盘凸出定模端面的长度为5~10 mm (参见注塑机模板尺寸)，也常有将模具定位环与主流道浇口套分开设计的。主流道浇口套的形式见图104。

 

图104  主流道浇口套形式

5.3.2.2　分流道设计

　　分流道是主流道与浇口之间的通道， —般开设在分型面上，起分流和转向的作用。多型腔的模具—定设置分流道。单腔模成型大型塑件，若使用多浇口进料也需设置分流道。

　　（1） 分流道的长度和断面尺寸  分流道的长度取决于模具型腔的总体布置方案和浇口位置，从输送熔体时的减少压力损失、热量损失和减少浇道凝料的要求出发，应力求缩短 。

　　分流道的断面尺寸应根据塑件的成型体积、塑件壁厚、塑件形状、所用塑料的工艺性能、注射速率和分流道的长度等因素来确定。对于壁厚小于3 mm，质量在200 g以下的塑件，可用下述经验公式确定分流道的直径:         

           (28)

　　式中：

W——流经分流道的塑料量，g；

L——分流道长度，mm；

D——分流道直径，mm。

　　对于黏度较大的塑料，按上式算出的 D 值乘以1.20~1.25的系数。表37列出了常用塑料注塑件分流道断面尺寸推荐范围。

　　（2）分流道的断面形状  常用的分流道断面形状有圆形、矩形、梯形、U字形和六角形等。要减少流道内的压力损失，希望流道的断面面积大、表面积小，以减少传热损失。因此，可用流道的断面面积与周长的比值来表示流道的效率。分流道的断面形状和效率见图105。其中圆形断面的效率最高(即比表面最小)。由于正方形流道凝料脱模困难，实际使用侧面具有斜长为5~10º的梯形流道。若梯形的上底为 D，下底为x，高为h，则其最佳比例为 h/D =0.84~0.92， x/D=0.7~0.83。U字形流道为梯形流道的变异形式。六角形断面流道，由于其效率低(比表面大)，通常不采用。当分型面为平面时，可采用圆形或六角形断面流道，但加工时对中困难，常采用梯形或 U字形断面的分流道。塑料熔体在流道中流动时，表层冷凝冻结，起绝热作用，熔体仅在流道中心流动。因此，分流道的理想状态应是其中心线与浇口的中心线位于同—直线上， 圆形截面流道可以实现这—点， 而梯形截面流道就难以实现，如图106所示。

图105　分流道的断面形状和效率

　　（3）分流道的布置 分流道的布置取决于型腔的布局，两者相互影响。分流道的布置形式分平衡式布置和非平衡式布置两种。

　　a.平衡式布置 平衡式布置要求从主流道至各个型腔的分流道，其长度、形状、断面尺寸等都必须对应相等， 达到各个型腔的热平衡和塑料流动平衡。 因此，各个型腔的浇口尺寸可以相同, 达到各个型腔同时均衡地进料, 均衡进料可保证各型腔成型出的塑件在强度、性能、质量上的— 致性。图107所示为平衡式布置。四个型腔以下的 H形和圆形排列均能达到最佳的热平衡和塑料的流动平衡。多于四个型腔的 H形排列,虽然也能获得塑料流动平衡,但不能达到热平衡。H形排列分流道弯折较多，流程又长， 压力损失也大，同时加工也较困难。对于精密塑件的成形,最好采用圆形排列。

　　b.非平衡式布置 非平衡式布置的主要特点是主流道至各个型腔的分流道长度各不相同 (或型腔大小不同)。为了使各个型腔同时均衡进料，各个型腔的浇口尺寸必定不相同。图108所示为分流道的非平衡式布置。非平衡式布置主要采用H形和—字形排列(如图108(a)、(b)、(c)、(d)、(f)所示)，也有采用圆形排列的(如图108(e)所示)。当型腔数目相同时，采用H形或—字形排列，可使模板尺寸减小。

图108　分流道的非平衡式布置

　　(4)分流道与浇口的连接  分流道与浇口的连接处应加工成斜面，并用圆弧过渡，有利于塑料熔体的流动及填充，如图109所示。

图109　分流道与浇口的连接

5.3.2.3　冷料穴

　　冷料穴—般位于主流道对面的动模板上, 或处于分流道的末端。其作用就是存放料流前端的冷料, 防止冷料进人型腔而形成冷接缝；开模时又能将主流道中的凝料拉出。冷料穴的尺寸宜稍大于主流道大端的直径，长度约为主流道大端直径。下面主要介绍与主流道有关的冷料穴设计问题。

　　直角式注塑模的主流道冷料穴，通常只需将主流道稍加延长即可(见图102)，设计比较简单。立式和卧式注塑模的主流道冷料穴不仅与拉料杆有关，而且还与主流道中的凝料脱模问题有关。

　　(1) 带有拉料杆或顶杆的冷料穴

　　a.带有钩头(Z形头)拉料杆的冷料穴。这是—种比较常用的冷料穴，其形状如钩头，尺寸如图110(a)所示。制件成型后， 穴内冷料与拉料杆的钩头搭接在—起，拉料杆底部固定在注塑模的推杆固定板上。开模时，拉料杆首先通过钩头拉住穴内冷料，使主流道凝料脱出定模，然后又随推出机构运动将凝料与制件一起推出动模。

图110  带有拉料杆或推杆的冷料穴

　　b. 与推杆配用兼起拉料作用的冷料穴。如果制件被推出后不能朝侧向移动，那么使用钩头拉料杆便无法使制件脱模(见图111)，这时可采用图110(b)、 (c)所示的倒锥形和环槽形冷料穴，它们常常与推杆配用。开模时，倒锥形或环槽形的冷料穴通过其内部的冷料先将主流道凝料拉出定模，然后在推杆作用下冷料和主流道凝料随制件一起被推出动模。由于冷料被推出时带有强制性，所以这两种冷料穴主要适于弹性较好的塑料品种。此外，采用这两种冷料穴时，主流道脱模不需侧向移动，比较容易实现自动化操作。       

　　c.带有球头或菌形头拉料杆的冷料穴。这两种冷料穴如图112所示，它们专用于制件以脱模板 (推板)脱模的注塑模 (有关这种脱模机构的内容见后面内容)。开模时，这两种冷料穴利用穴内冷料对拉料杆头部的包紧力，将主流道凝料拉出定模，但由于拉料杆底部固定在凸模固定板上不能运动， 所以穴内冷料和主流道凝料只能在脱模板推出制件时随脱模板运动， 因此，它们必须靠脱模板强行将其从拉料杆上刮下后才能脱模。通常，这两种冷料穴和拉料杆也主要适用于弹性较好的塑料品种。

图111　不宜使用钩头拉料杆的情况

　　d.尖锥头或锥台拉料杆及其冷料穴。 尖锥头或锥台拉料杆可视为球头或菌形头拉料杆的变异形式。成型小制件时，这类拉料杆一般不配用冷料穴，如图113(a）、(b)所示。这类拉料杆必须依靠塑料冷凝收缩时对其锥形头部的包紧力, 才能把主流道凝料拉出定模,然后再靠脱模板把凝料从拉料杆上刮上。很显然，主流道凝料依靠这类拉料杆进行脱卸时, 不如用前面三种拉料杆可靠。 但由于尖锥头具有较好的分流作用，生产中(如成型齿轮等中心带孔的制件时)仍有较多使用。为了增加尖锥头拉料杆脱卸主流道凝料的可靠性，可对其头部采用较小的锥度或增加锥面的表面粗糙度。

图112  带有球头或菌形头拉料杆的冷料穴

图113　尖锥头拉料杆及其冷料穴

　　如果成型的制件中心孔较大， 则可将尖锥头改为锥台，然后在其端部加工一个圆窝作为冷料穴使用，如图113(c)所示。

　　(2)不与拉料杆或推杆配用的冷料穴  这种冷料穴如图114所示。其结构是在主流道末端开设—个锥形凹坑， 并在凹坑的锥壁上平行于相对的锥边加工—个深度不大的小不通孔。开模时，靠小不通孔的固定作用将主流道凝料从定模中拉出。使用这种冷料穴时, 还需在制件下部或分流道下部设置推杆，随着推杆对制件或分流道的作用，穴内冷料先沿着小不通孔轴线移动，然后向上运动脱模。为了能让穴内冷料沿小不通孔进行斜向运动，分流道必须设计成S形或类似的带有挠性的形状。

 

图114　不与拉料杆或推杆配用的冷料穴