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第二章
常用塑料的性能和注塑机有关参数、功能的介绍 　

   
在注塑模具的设计过程中，模具材料的选择、流道系统的布置、冷却方案和顶出方案的设计，都和塑料本身的性质密切相关。尽管塑料的内部结构比较复杂，系统地掌握其性能也比较困难，然而，对于一般的模具设计工程师来说，对塑料特性作一些基本的了解和认识，比如：流动性、机械性能、物理性能、化学性能及成型工艺等等，将有很大的帮助。

   
我们常说的塑料，是对所有塑料品种的统称，它的应用很广泛，因此，分类方法也各有不同。按用途大体可以分为通用塑料和工程塑料两大类。通用塑料如聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚苯乙烯(PS)、改性聚苯乙烯(例如：SAN、HIPS)、聚氯乙烯(PVC)等，这些是日常使用最广泛的材料，性能要求不高，成本低。工程塑料指一些具有机械零件或工程结构材料等工业品质的塑料。其机械性能、电气性能、对化学环境的耐受性、对高温、低温的耐受性等方面都具有较优越的特点，在工程技术上甚至能取代某些金属或其它材料。常见的有ABS、聚酰胺(简称PA，俗称尼龙)、聚碳酸酯(PC)、聚甲醛(POM)、有机玻璃(PMMA)、聚酯树脂(如PET、PBT)等等，前四种发展最快，为国际上公认的四大工程塑料。

   
按加热时的工艺性能，塑料又可以分为热固性塑料和热塑性塑料两大类。热固性塑料在受热后分子结构转化成网状或体型而固化成型，变硬后即使加热也不能使它再软化。这种材料的特点是质地坚硬，耐热性好，尺寸比较稳定，不溶于溶剂。常见的有酚醛树脂(PF)、环氧树脂(EP)、不饱和聚酯(UP)等等。热塑性塑料在受热条件下软化熔融，冷却后定型，并可多次反复而始终具有可塑性，加工时所起的是物理变化。常见的有聚氯乙烯(PVC)、聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚苯乙烯(PS)及其改性品种、ABS、尼龙(PA)、聚甲醛(POM)、聚碳酸酯(PC)、有机玻璃(PMMA)等等。这类塑料在一定塑化温度及适当压力下成型过程比较简单，其塑料制品具有不同的物理性能和机械性能。

   
我们现在接触的都是热塑性塑料，热塑性塑料可分为两大类：结晶形塑料和无定形塑料。所谓结晶，就是聚合物由熔融态分子的无次序状态到凝固态有规则地进行重排的性质。具有这种性质的塑料就叫结晶形塑料。反之，就叫无定形塑料，或叫非结晶形塑料。结晶形材料具有比较明显的熔点，当加工温度进入熔点后即出现粘流态，聚合物粘度迅速下降，发生不可逆的塑性形变。而无定形塑料，由常温下的固态加温直至软化最后到粘流态，中间没有明显的熔点。作为判别结晶形塑料和无定形塑料方法，一般来说，不透明的或半透明的是结晶形塑料，例如聚乙烯、聚丙烯、聚甲醛、聚酰胺、聚酯等，透明的是无定形塑料，例如聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯(有机玻璃)、聚砜等。当然，也有例外情况，比如ABS属于无定形塑料，却不透明。

a. 流动性

    不同形态的热塑性塑料具有不同的工艺性能、收缩性能及物理、机械性能等。

   
一般来说，对于结晶形塑料，当加工温度高于其熔点时，其流动性较好，能很快的充满型腔，它所需要的注射压力也可以较小。而无定形塑料的流动性较差，因此，注入型腔的速度较慢，它所需要的注射压力也要较大。所以，在模具设计时，可以根据塑料的流动性来设计合理的流道系统尺寸，一方面可避免流道系统尺寸太大而浪费材料，同时也延长注塑成型周期，另一方面避免流道系统尺寸太小而导致充填、保压困难。当然，也有例外，比如，聚苯乙烯虽然是无定形塑料，但它的流动性却很好。反映流动性的指标通常有熔融指数(MFR)和表观粘度。MFR是指在熔体流动速率仪中，在一定的温度和负载下，熔体每10min从标准毛细管中流出的质量，它的单位是g/10min。对于高分子聚合物来讲，在通常的注塑成型条件下，它们的流动行为大都不服从牛顿流动定律，属于非牛顿流体，它们流动剪切应力与剪切速率的比值称为表观粘度。表观粘度在一定温度下并不是一个常数，可随剪切应力、剪切速率而变化，甚至有些还随时间而变化。

b. 收缩性

   
热塑性塑料由熔融态到凝固态，都要发生不同程度的体积收缩。而结晶形塑料一般比无定形塑料表现出更大的收缩率和收缩范围，且更容易受成型工艺的影响。结晶形塑料的收缩率一般在1.0%~3.0%，而无定形塑料的收缩率在0.4%~0.8%。对于结晶形塑料，还应考虑其后收缩，因为它们脱模以后在室温下还可以后结晶而继续收缩，后收缩量随制品厚度和环境温度而定，越厚后收缩越大。

附表 2-1 :常见塑料的成型收缩率

注：带 “ * ” 的参数为本公司推荐值。

c. 流变性

   
高聚物的流变性是指加工过程中，应力、形变、形变速率与粘度之间的关系。这就涉及到温度、压力、时间及分子结构、分子量大小及其分布对这些要素的影响。根据塑料的流变性，塑料又可分为剪敏性材料和热敏性材料。粘度对剪切速率的依赖性越强，粘度随剪切速率的提高而迅速降低，这种塑料属于剪敏性塑料。常见的剪敏性塑料有ABS、PS、PE、PP、POM等等。如果熔体粘度对温度的依赖性越强，粘度随温度的上升而下降得越快，这种塑料属于热敏性塑料。常见的热敏性塑料PC、PA、PMMA等等。对于高分子聚合物来讲，剪切速率对以上两种材料的粘度都有影响，剪切速率的提高都可以在不同程度上降低熔体的粘度，可以使熔体产生“剪切变稀”现象。所以，在设计流道系统时，并不是流道尺寸越大，压力降就越小，适当小的流道尺寸可以提高熔体的剪切速率来降低粘度，进一步减少压力降，这种效果对剪敏性材料来得明显些。较小的浇口尺寸可以使增加熔体的剪切速率，产生大量的摩擦热，熔体温度明显上升，熔体粘度跟着下降，增加流动性。所以，小浇口的采用对于剪敏性塑料往往是成功的。但制品的壁厚较厚时，应该考虑到保压而适当加大浇口尺寸以延长浇口的凝固时间。

d. 取向效应

   
影响制品性能的因素还有塑料熔体在流动过程中的取向效应。塑料熔体的大分子在外力的作用下被拉伸而顺着流动方向互相平行排列，这种排列在塑料冷却凝固之前来不及消除而冻结在固态制品中，便形成了取向效应。取向效应会使制品的整体性受到削弱，表现为各个的方向的物理机械性能的不一致，也可能导致各个方向收缩不均匀，从而可能导致制品翘曲变形。按熔体中大分子受力的形式和作用的性质可分为剪切应力作用下的“流动取向”和受拉伸作用下的“拉伸取向”下。控制取向的条件有以下因素：

(1) 熔体温度和模具温度的下降会加强取向效应；

(2) 注射压力增加可提高剪切速率和剪切应力而加强取向效应；

(3) 制品厚度越薄，取向效应越强；

(4) 较大的浇口尺寸将加强取向效应。

    有时采取某些特别的措施增强取向效应，使取向方向的拉伸强度和弯曲强度得 到提高。如拉伸薄膜、铰链等。

    聚乙烯(Polyethylene,简称PE)是塑料中产量最大的、日常生活中使用最普通的一种，特点是质软、无毒、价廉、加工方便。
注射用料为乳白色颗粒。分子式为：

    由于主链为C-C键结构，无侧基，柔顺性好，分子呈规整的对称性排列，所以是一种典型的结晶高聚物。

    聚乙烯比较容易燃烧，燃烧时散发出石蜡燃烧味道，火焰上端黄色、下端蓝色，熔融滴落，离火后能继续燃烧。

    目前大量使用的PE料主要有两种，即HDPE和LDPE。

   
HDPE(低压高密度聚乙烯，俗称硬性软胶)分子结构中支链较少，相对密度0.94g/cm3~0.965g/cm3，结晶度80%~90%。其最突出的性能是电绝缘性优良，耐磨性、不透水性、抗化学药品性都较好，在60℃ 下几乎不溶于任何溶剂；耐低温性良好，在-70℃时仍有柔软性。缺点主要有：耐骤冷骤热性较差，机械强度不高，热变形温度低。

    HDPE主要用来制作吹塑瓶子等中空制品，其次用作注塑成型，制作周转箱、旋塞、小载荷齿轮、轴承、电气元件支架等。

   
LDPE(高压低密度聚乙烯，俗称软胶)分子结构之间有较多的支链，密度0.910g/cm3~0.925g/cm3,结晶度55%~65%。易于透气透湿，有优良的电绝缘性能和耐化学性能，柔软性、伸长率、耐冲击性、透光率比HDPE好，机械强度稍差，耐热性能较差，不耐光和热老化。
   
大量用作挤塑包装薄膜、薄片、包装容器、电线电缆包皮和软性注塑、挤塑件。

    HDPE、LDPE在性能上的相同点：

1. 吸水率较低，成型加工前可以不进行干燥处理。

2. 聚乙烯为剪敏性材料，粘度受剪切速率的影响更明显。

3. 收缩率较大且方向性明显，制品容易翘曲变形。

4.
由於聚乙烯是結晶型聚合物，它的結晶均勻程度直接影響到製品密度的分布。所以，要求模具的冷卻水佈置儘可能均勻，使密度均勻，保證製品尺寸和形狀精度。

1).聚乙烯分子有取向现象，这将导致取向方向的收缩率大于垂直方向的收缩率而引起的翘曲、扭曲变形，以及对制品性能产生的影响。为了避免这种现象，模具设计时应注意浇口位置的确定和收缩率的选择。

2).聚乙烯质地柔软光滑，易脱模，对于侧壁带浅凹槽的制品，可采取强行脱模的方式进行脱模。

3). 由于聚乙烯流动性较好，排气槽的深度应控制在0.03mm以下。

2.4 聚丙烯

    聚丙烯(Polypropylene,简称PP，俗称百折软胶)由丙烯聚合而成，分子式为：

   
属于结晶形高聚物，有着质轻、无毒、无味的特点，而且还具有耐腐蚀、耐高温、机械强度高的特点。注射用的聚丙烯树脂为白色、有蜡状感的颗粒。

    聚丙烯容易燃烧，火焰上端呈黄色，下端蓝色，冒少量黑烟并熔融滴落，离火后能继续燃烧，散发出石油味。    

    聚丙烯大致分为单一的聚丙烯均聚体和改进冲击性能的乙烯—丙烯共聚体两种。共聚的聚丙烯制品其耐冲击性比均聚聚丙烯有所改善。

1).由于在熔融温度下流动性好，成型工艺较宽，且各向异性比PE小，故特别适于制作各种形状简单的制品，制品的表面光泽、染色效果、外伤痕留等方面优于PE料.

2).通用塑料中，PP的耐热性最好。其制品可在100℃下煮沸消毒，适于制成餐具、水壶等及需要进行高温灭菌处理的医疗器械。热变形溫度为100℃~105℃,可在100℃以上長期使用。　　

3).屈服强度高，有很高的弯曲疲劳寿命。用PP制作的活动铰链，在厚度适当的情况下(如0.25~0.5mm),能承受7000万次的折叠弯曲而未有大的损坏。

4).密度较小，为目前已知的塑料中密度最小的品种之一。常见塑料的密度范围见附表 2-2 。

    表 2-2：常见塑料密度范围

1.由于是结晶聚合物，成型收缩率比无定形聚合物如PS、ABS、PC等大。成型时尺寸又易受温度、压力、冷却速度的影响，会出现不同程度的翘曲、变形，厚薄转折处易产生凸陷，因而不适于制造尺寸精度要求高或易出现变形缺陷的产品。

2.刚性不足，不宜作受力机械构件。特别是制品上的缺口对应力十分敏感，因而
设计时要避免尖角缺口的存在。　　

3.耐候性较差。在阳光下易受紫外线辐射而加速塑料老化，使制品变硬开裂、染
色消退或发生迁移。

1).成型收缩率大，选择浇口位置时应满足熔体以较平衡的流动秩序充填型腔，确保制品各个方向的收缩一致。

2).带铰链的制品应注意浇口位置的选择，要求熔体的流动方向垂直于铰链的轴心线。

3).由于PP的流动性较好，排气槽深度不可超过0.03mm。 

   
聚苯乙烯(Polystyrene，简称PS、GPS，俗称通用级PS或硬胶)是一种无定形透明的热塑性塑料，先由苯与乙烯加成得乙苯，再由乙苯制得苯乙烯，最后由苯乙烯加聚反应得聚苯乙烯。化学结构式为：

    聚苯乙烯容易燃烧，火焰为橙黄色，浓黑烟炭束，软化、起泡，散发出苯乙烯单体味。

1).光学性能好。其透光率达88%~92%,可用作一般透明或滤光材料器件，如仪表、收录机上的刻度
盘、电盘指示灯、自行车尾灯的透光外罩等。　　

2).易于成型加工。因其比热低、熔融粘度低、塑化能力强、加热成型快，故模塑周期短。而且，成型温度和分解温度相距较远，可供选择范围广，加之结晶度低、尺寸稳定性好，被认为是一种标准的工艺塑料。

3).着色性能好。PS表面容易上色、印刷和金属化处理，染色范围广，注射成型温度可以调低，能适应多种耐温性差的有机颜料的着色，制出色彩鲜艳明快的制品。

1.其最大的缺点是性脆易裂。因其抗冲击强度低，在外力作用下易于产生银纹屈服而使材料表现为性脆易裂，制件仅能在较低的负载使用；耐磨性也较差，在稍大的磨擦碰刮作用下很易拉毛。

2.耐热温度较低。其制品的最高连续使用温度仅为60~80℃，不宜制作盛载开水和高热食品的容器。

3.此外，PS的热胀系数大，热承载力较差，嵌入螺母、螺钉、导柱、垫块之类金属元件的塑料制品，往往在嵌接处出现裂纹。

4. 成型加工工艺要求较高。虽然PS透明、易于成型，但如果加工工艺不善，将带来不少问题，例如：

    a). PS制品老化现象较明显，长时间光照或存放后，会出现混浊和发黄。

    b). PS对热的敏感性很大，很易在不良的受热受压加工环境中发生降解。　

   
为了改善PS强度较低、不耐热、性脆易裂的缺点，以PS为基质，与不同单体共聚或与共聚体、均聚体共混，可制得多种改性体。例如：高抗冲聚苯乙烯(HIPS)、苯烯腈-苯乙烯共聚体(SAN)等等。HIPS它除了具有聚苯乙烯易于着色、易于加工的优点外，还具有较强的韧性和冲击强度、较大的弹性。SAN具有较高的耐应力开裂性以及耐油性、耐热性和耐化学腐蚀性。

1.PS的热胀系数与金属相差较大，在PS制品中不宜有金属嵌件，否则当环境温度变化时，制品极易出现应力开裂现象。

2.因PS性脆易裂，故制品的壁厚应尽可能均匀，不允许有缺口、尖角存在，厚薄相连处要用较大的圆弧过渡，以避免应力集中。

3.为防止制品因脱模不良而开裂或增加内应力，除了选择合理的脱模斜度外，还要有较大的有效顶出面积、有良好的顶出同步性。

4.PS对浇口形式无特殊要求，仅要求在浇口和制品连接处用较大的圆弧过度，以免在去浇口时损伤制品。

该文章所属专题：模具设计指南

    胶件结构不合理，会造成模具制造和胶件成形的困难；模具工程师应对胶件结构提出改进方案，并知会产品设计人员，由其确认。

    当接到客户资料，应对资料进行必要的处理，其方式见本章附录1。

    根据客户资料，胶件结构分析主要有以下几方面：(1)注塑工艺对胶件结构的要求；(2)模具对胶件结构的要求；(3)产品装配对胶件结构的要求；(4)表面要求。

    胶件产生收缩凹陷、气烘、困气、变形、烧焦等工艺性问题,是与胶件的局部胶厚、浇口设置、冷却等因素影响有关。分析胶件结构的工艺性应从以下几方面进行。

    胶件壁厚应均匀一致，避免突变和截面厚薄悬殊的设计，否则会引起收缩不均，使胶件表面产生缺陷。

    胶件壁厚一般在1～6mm范围内，最常用壁厚值为1.8～3mm，这都随胶件类型及胶件大小而定。

    对已建3D模型之胶件，应用 Pro/E 进行截面分析，可发现胶件壁厚不均匀问题，其步骤：

    Analysis ? Model Analysis ? Thickness ? [给定最大胶厚和最小胶厚，选分析起始点和结束点，确定分析所对应的平行截面]?Compute ,如图3.1.1 图3.1.2所示。

 

    另外，胶件壁厚还与熔体充模流程有密切关系；其流程是指熔料从浇口起流向型腔各处的距离。在常规工艺条件下，流程大小与胶件壁厚成正比关系。胶件壁厚越大，则允许最大流程越长。可利用关系式或图表(见《塑料模具技术手册》68～69页)校核胶件成形的可能性。

    胶件壁厚为2.5mm，常规成形条件，其常用料的流程如下：

    ABS ：  流程220 mm；        PC  ：  流程120 mm；

    HDPE：  流程280 mm；         POM ：  流程180 mm。

    常见壁厚不均会产生的问题：

(1)局部厚胶位如图3.1.1所示，易产生表面收缩凹陷。

(2)如图3.1.2所示，胶件两边薄胶位，易产生成形滞流现象。

(3)止口位如图3.1.3所示,胶厚采用渐变方法以消除表面白印；另有胶件内部拐角位增加圆角使其壁厚均匀。

 

(4)如图3.1.4所示，胶件平面中间凹位过深，实际成形胶件产生拱形变形；解决变形的方法是减小凹位深度，使壁厚尽量均匀。

(5)如图3.1.5所示，尖角位表面易产生烘印，避免烘印的办法是加圆角过渡。

    胶件骨位其作用有增加强度、固定底面壳、支撑架、按键导向等。由于骨位与胶件壳体连接处易产生外观收缩凹陷；所以，要求骨位厚度应小于等于0.5t(t为胶件壁厚),一般骨位厚度在0.8～1.2mm范围。

图3.1.6

骨深15mm以下，脱模斜度应有0.5?以上；骨深15mm以上，骨位根部与顶部厚度差不小于0.2mm，如图3.1.6所示。

为改善某些深骨位的流动状况，骨位上增加走胶米仔；如图3.1.7所示喇叭骨加走胶米仔，模具制作镶件。

该文章所属专题：模具设计指南

    模具报价或模具订料，系指模具设计和制造前的准备工作。根据客户提供的胶件报价(参考)资料或正式胶件资料，确定胶件在模具中的位置和数量，以及模坯和模料的尺寸、材料。

    注射模具类型依据模具基本结构分为两类：一类是二板模也称大水口模；另一类是三板模也称细水口模。其它特殊结构的模具，也是在上述两种类型的基础上改变，如哈夫模、热流道模、双色模等。所有模具按固定在注射设备上的需要，又有工字模和直身模之分；通常模具宽度尺寸小于等于300mm，选择工字模如图4.1.1所示；宽度尺寸大于300mm，选择直身模如图4.1.2所示。

    二板模是指那些能从分模面分开成前、后两半模的模具。二板模常见类型如下图：

    三板模主要由三个部分或模板组成，开模后，各模板之间相隔一段距离，胶件从形成分模面的两块模板之空间距离落下，浇道则从另一空间距离落下(这是对冷流道模具来讲)，这种把胶件与浇道分隔开的模具称三板模。三板模如图4.1.7所示，其开模要求为:

    D为模具中最长入浇道值，A=D+E+(10～15mm)，并且，A/110mm(手横向取浇道间距)；

    (2) B+C=A+2mm，通常取C=10～12mm。

该文章所属专题：模具设计指南

    胶件排位是指据客户要求,将所需的一种或多种胶件按合理注塑工艺、模具结构进行排列。胶件排位与模具结构、塑胶工艺性相辅相成，并直接影响着后期的注塑工艺,排位时必需考虑相应的模具结构，在满足模具结构的条件下调整排。

    从注塑工艺角度需考虑以下几点：

(1)流动长度。每种胶料的流动长度不同，如果流动长度超出工艺要求，胶件就不会充满。(具体参见第二章)

(2)流道废料。在满足各型腔充满的前提下,流道长度和截面尺寸应尽量小，以保证流道废料最少。

(3)浇口位置。当浇口位置影响胶件排位时，需先确定浇口位置，再排位。在一件多腔的情况下，浇口位置应统一。

(4)进胶平衡。 进胶平衡是指胶料在基本相同的情况下,同时充满各型腔。
    为满足进胶平衡一般采用以下方法:

A.按平衡式排位(如图5.1.1)，适合于胶件体积大小基本一致的情况。

B.按大胶件靠近主流道，小胶件远离主流道的方式排位，再调整流道、浇口尺寸满足进胶平衡 (关于流道、浇口设计详见第九章)。
    注意：当大小胶件重量之比大于8时，应同产品设计者协商调整。在这种情况下，调整流道、浇口尺寸很难满足平衡要求。

(6)型腔压力平衡。型腔压力分两个部分,一是指平行于开模方向的轴向压力；二是指垂直于开模方向的侧向压力。排位应力求轴向压力、侧向压力相对于模具中心平衡，防止溢胶产生批峰 。

    满足压力平衡的方法：

A.排位均匀、对称。轴向平衡如图5.1.2；侧向平衡如图5.1.3

B.利用模具结构平衡 如图5.1.4 这是一种常用的平衡侧压力的方法，具体的技术要求参见下节。

    从模具结构角度需考虑一下几点
(1)满足封胶要求

    排位应保证流道、唧咀距前模型腔边缘有一定的距离,以满足封胶要求。一般要求D1≥5.0mm，D2≥10.0mm，如图5.1.5所示。

    行位槽与封胶边缘的距离应大于15.mm。

(2)满足模具结构空间要求

    排位时应满足模具结构件，如铲鸡、行位、斜顶等的空间要求。同时应保证以下几点：

A.模具结构件有足够强度

B.与其它模胚构件无干涉

C.有运动件时,行程须满足出模要求.有多个运动件时，无相互干涉.如图5.1.6

D.需要司筒的位置要避开顶棍孔的位置

(3)充分考虑螺钉、冷却水及顶出装置

     为了模具能达到较好的冷却效果,排位时应注意螺钉、顶针对冷却水孔分的影响，预留冷却水孔的位置。

(4)模具长宽比例是否协调

    排位时要尽可能紧凑，以减小模具外形尺寸，且长宽比例要适当，同时也要考虑注塑机的安装要求。

    打开模具取出胶件或浇注系统的面，称之为分模面。分模面除受排位的影响外，还受塑件的形状、外观、精度、浇口位置、行位、顶出、加工等多种因素影响。合理的分模面是塑件能否完好成型的先决条件。一般应从以下几个方面综合考虑：

(1)符合胶件脱模的基本要求，就是能使胶件从模具内取出，分模面位置应设在胶件脱模方向最大的投影边缘部位。

(2)确保胶件留在后模一侧，并利于顶出且顶针痕迹不显露于外观面。

(3)分模线不影响胶件外观。分模面应尽量不破坏胶件光滑的外表面。

(4)确保胶件质量，例如,将有同轴度要求的胶件部分放到分模面的同一侧等

(5)分模面选择应尽量避免形成侧孔、侧凹，若需要行位成形，力求行位结构简单，尽量避免前模行位.。

(6)合理安排浇注系统，特别是浇口位置。

(7)满足模具的锁紧要求，将胶件投影面积大的方向，放在前、后模的合模方向上，而将投影面积小的方向作为侧向分模面；另外，分模面是曲面时，应加斜面锁紧。

(8)有利于模具加工。

(1)台阶型分模面

    一般要求台阶顶面与根部的水平距D≥0.25，如图5.2.1所示。为保证D的要求，
    一般调整夹角“A”的大小，当夹角影响产品结构时，应同相关负责人协商确定。当分模面中有几个台阶面，且H1≥H2≥H3时，角度“A”应满足A1≤A2≤A3，并尽量取同一角度方便加工。

    角度“A”尽量按下面要求选用：

    当H ≤ 3mm，斜度 α ≥ 5?； 3mm ≤ H ≤ 10mm，斜度α ≥3?；

    H > 10mm，斜度α ≥ 1.5?；

    某些胶件斜度有特殊要求时，应按产品要求选取。

(2)曲面型分模面

    当选用的分模面具有单一曲面(如柱面)特性时，如图5.2.2，要求按图5.2.2a的型式即按曲面的曲率方向伸展一定距离建构分模面。否则，则会形成如图5.2.3a所示的不合理结构，产生尖钢及尖角形的封胶面，尖形封胶位不易封胶且易于损坏。

    当分模面为较复杂的空间曲面，且无法按曲面的曲率方向伸展一定距离时，不能将曲面直接延展到某一平面，这样将会产生如图5.2.4a所示的台阶及尖形封胶面，而应该延曲率方向建构一个较平滑的封胶曲面，如图5.2.4b所示。

 (3)封胶距离

    模具中，要注意保证同一曲面上有效的封胶距离。如图5.2.3a ,5.2.3b所示,一般情况要求D≥3mm

  

 (4)基准平面

    在建构分模面时，若含有台阶型、曲面型等有高度差异的一个或多个分型面时，必需建构一个基准平面，如图5.2.5a ，5.2.5b所示。

    基准平面的目的是为后续的加工提供放置平面和加工基准。     

(5)分模面转折位 如图5.2.6

    此处的转折位是指不同高度上的分型面为了与基准平面相接而形成的台阶面。
    台阶面要求尽量平坦，图示尺寸“A”一般要求大于15o，合模时允许此面避空。转角R优先考虑加工刀具半径，一般R≥3.0mm。

(6)平衡侧向压力

    由于型腔产生的侧向压力不能自身平衡,容易引起前、后模在受力方向上的错动，一般采用增加斜面锁紧,利用前后模的刚性,平衡侧向压力，如图5.2.7所示,锁紧斜面在合模时要求完全贴合。

    角度A一般为15°,斜度越大,平衡效果越差。

(7)唧嘴碰面处平坦化

    构建分模面时，如果唧嘴附近的分型面有高度差异，必须用较平坦的面进行连接，平坦面的范围要大于唧嘴直径，一般有效面积应大于?18mm,如图5.2.6所示

(8)细小孔位处分模面的处理

    不论小孔处原身留，还是镶针，一般采取以下方法，对孔位进行构造。为了模具制作简单，建议孔位处镶针，但须经过设计者允许。

A.直接碰穿 如图5.2.9 ，适用于碰穿位较平坦的结构。但对于“键盘”类的按键孔(如图5.2.10a)，为了改变有可能产生的“批锋”的方向，常采用插穿形式的结构及尺寸，如图5.2.10b所示。

B.中间平面碰穿 如图5.2.11a，适用于碰穿位较陡峭的结构采用中间平面碰穿的结构可以有效缩短碰穿孔处钢位的高度，改善钢位的受力情况。为避免前、后模偏位，建议采用5.2.11a图示尺寸及结构。图5.2.11b所示结构中，由于在碰穿处产生侧向分力，当碰穿孔较小时，在交变应力的作用下，碰穿孔处的钢位易于断裂，影响模具寿命。

C.插穿  一般不采用，仅仅用在以下所示的情况。

(1)当“a”点与“b”的高度差小于0.5mm时，如图5.2.12a，采用插穿结构。

(2)当“a”点高于“b”点时，如图5.2.12b，采用插穿结构。

    当采用插穿结构时，常采用图5.2.12c所示结构及尺寸。封胶面最小距离须保证1.0mm；导向部位斜度A≥5o 长度H≥2.5mm。

(9)避免产生尖钢

    当分型线须分割一个曲面时，为了避免产生尖钢,分型面的方向应为分型线上任一点的法线方向。如图5.2.13所示。

(10)综合考虑产品外观要求

    对于单个产品，分型面有多种选择时，要综合考虑产品外观要求，选择较隐蔽的分型面。对于有行位分型的成品，行位分型线必须考虑相邻成品的结构，如相邻成品同样需要行位分型，那幺行位分型线应调整对齐；如图5.2.14a；5.2.14b；5.2.14c；如相邻成品不需行位分型，在满足结构的情况下，行位分型线应尽量缩短如图5.2.7d

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    对有侧向分型、抽芯的机构统称行位机构。行位机构类型较多，分类方法多种多样。根据各类行位结构的使用特点，常用行位机构可以概括为以下几类：

(1)前模行位机构           (2)后模行位机构       (3)内行位机构    (4)哈呋模机构

(5)斜顶、摆杆机构       (6)液压(气压)行位机构

(1)行位机构的各组件应有合理的加工工艺性，尤其是成型部位。一般要求：

a.尽量避免出现行位夹线。若不可避免，夹线位置应位于胶件不明显的位置,且夹线长度尽量短小，同时应尽量采用组合结构，使行位夹线部位与型腔可一起加工。 如图7.2.1a，7.2.1b所示。

b.为了便于加工，成型部位与滑动部分尽量做成组合形式。如图7.2.2所示。

 (2)行位机构的组件及其装配部位应保证足够的强度、刚度。

    行位机构一般依据经验设计，也可进行简化计算(计算参阅第五章5.3节)，为保证足够的强度、刚度，一般情况采用：

A.结构尺寸最大。在空间位置可满足的情况下，行位组件采用最大结构尺寸

B .优化设计结构。例如以下几种情况

1)对较长行位针末端定位，避免行位针弯曲，如图7.2.3             

2)加大斜顶的断面尺寸，减小斜顶的导滑斜度，避免斜顶杆弯曲，如图7.2.4所示，在胶件结构空间“D”允许的情况下，加大顶的断面尺寸“a”“b”，尤其是尺寸“b”，同时，在满足侧抽芯的前提下，减小角度“A”，避免斜顶在侧向力的作用下杆部弯曲。

3)改变铲鸡的结构，增强装配部位模具的强度。如图7.2.5a ，7.2.5b ，7.2.6a 7.2.6b所示。

4)增加锁紧，提高铲鸡的强度。(参阅第五章5.3)

(3)行位机构的运动应合理

    为了行位机构可以正常的工作，应保证在开、合模的过程中，行位机构不与其它结构部件发生干涉，且运动顺序合理可靠。通常应多考虑以下几点：

A.采用前模行位时，应保证开模顺序。如图7.2.7，在开模时，应从A—A处首先分型，然后B—B处分型。

B.采用液压(气压)行位机构时，行位的分型与复位顺序必须控制好，否则行位会碰坏。图7.2.8中，只有当锁紧块2离开行位后，行位机构才可以分型，合模前，行位机构须先行复位，合模后由锁紧块2锁紧行位。图7.2.9中，由于行位针穿过前模，须在开模前抽出行位针，合模后行位机构才可复位，由油缸压力锁紧行位。

C.行位机构在合模时，防止与顶出机构发生干涉。

    当行位机构与顶出机构在开模方向上的投影重合时，应考虑采用先复位机构,让顶出机构先行复位。(复位机构参见第八章8.6)

D.当驱动行位的斜导柱或斜滑板较长时，应增加导柱的长度。

    导柱长度L>D+15mm 如图7.2.10所示

    加长导柱的目的是为了保证在斜导柱或斜滑板导入行位机构的驱动位置之前，前后模已由导柱、导套完全导向，避免行位机构在合模的过程中碰坏。

(4)保证足够的行位行程，以利于胶件脱模。

    行位行程一般取侧向孔位或凹凸深度加上0.5~2.0mm。斜顶、摆杆类取较小值，其它类型取较大值。但当用拼合模成型线圈骨架一类的胶件时，行程应大于侧凹的深度，如图7.2.11所示，行程S由下式计算。

(5)行位导滑应平稳可靠，同时应有足够的使用寿命。

    行位机构一般采用T型导滑槽形式进行导滑。图7.2.12所示为几种常用的结构形式

    当行位机构完成侧分型、抽芯时，行位块留在导滑槽内的长度不小于全长的2/3。当模板大小不能满足最小配合长度时，可采用延长式导滑槽，如图7.2.13

    行位导滑面(即运动接触面及受力面)应有足够的硬度和润滑。一般来说，行位组件须热处理，其硬度应达到HRC40以上，导滑部分硬度应达到HRC52~56，导滑部分应加工油槽。

    在斜顶摆杆类的行位机构中，导滑面为配合斜顶摆杆的孔壁。为了减少导滑面磨损，实际配合面不应太长。同时，为了增加导滑面的硬度，局部应使用高硬度的镶件制作。如图7.2.14所示。

(6)行位定位应可靠

    当行位机构终止分型或抽芯动作后，行位应停留在刚刚终止运动的位置，以保证合模时胜利复位，为此须设置可靠的定位装置，但斜顶、摆杆类的行位机构无需设置定位装置。下面是几种常用的结构形式，如图7.2.15a，7.2.15b，7.2.15c，7.2.15d所示。

    图7.2.15a)普遍使用，但因内置弹簧的限制，行距较小。

    图7.2.15b)适用于模具安装后，行位块位于上方或侧面和行距较大的行位，行位块位于上方时，弹簧力应为行位块自重的1.5倍以上。

    图7.2.15c)适用于模具安装后，行位块位位于侧面。

    图7.2.15d)适用于模具安装后，行位块位位于下方，利用行位自重停留在挡块上。

(7)行位开启需由机械机构保证，避免单独采用弹簧的形式。

    图7.2.16a采用由弹簧单独提供开启动力，结构不合理。图7.2.16b主要由拉块“3”提供， 行位开启动力得到保证，结构合理。

 

 

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    胶件脱模是注射成型过程中最后一个环节，脱模质量好坏将最后决定胶件的质量；当模具打开时,胶件须留在具有脱模机构的半模(常在动模)上，利用脱模机构脱出胶件。

(1)为使胶件不致因脱模产生变形，推力布置尽量均匀，并尽量靠近胶料收缩包紧的型芯，或者难于脱模的部位，如胶件细长柱位，采用司筒脱模。

(2)推力点应作用在胶件刚性和强度最大的部位，避免作用在薄胶位，作用面也应尽可能大一些，如突缘、(筋)骨位、壳体壁缘等位置，筒形胶件多采用推板脱模。

(3)避免脱模痕迹影响胶件外观，脱模位置应设在胶件隐蔽面(内部)或非外观表明；对透明胶件尤其须注意脱模顶出位置及脱模形式的选择。

(4)避免因真空吸附而使胶件产生顶白、变形，可采用复合脱模或用透气钢排气，如顶杆与推板或顶杆与顶块脱模，顶杆适当加大配合间隙排气，必要时还可设置进气阀。

(5)脱模机构应运作可靠、灵活，且具有足够强度和耐磨性，如摆杆、斜顶脱模，应提高滑碰面强度、耐磨性，滑动面开设润滑槽；也可渗氮处理提高表面硬度及耐磨性。

(6)模具回针长度应在合模后，与前模板接触或低于0.1mm，如图8.1.1所示。

(7)弹簧复位常用于顶针板回位；由于弹簧复位不可靠，不可用作可靠的先复位。

    胶件脱模常用方式有顶针、司筒、扁顶针、推板脱模；由于司筒、扁顶价格较高(比顶针贵8～9倍)，推板脱模多用在筒型薄壳胶件，因此，脱模使用最多的是顶针。当胶件周围无法布置顶针，如周围多为深骨位，骨深/15mm时，可采用扁顶针脱模。顶针、扁顶针表面硬度在HRC55以上，表面粗糙度Ra1.6以下。顶针、扁顶针脱模机构如图8.1.1所示，设置要点如下：

(1)顶针直径 d￡?2.5mm时，选用有托顶针，提高顶针强度。

(2)扁顶针、有托顶针 K/H。

(3)顶位面是斜面，顶针固定端须加定位销；为防止顶出滑动，斜面可加工多个R小槽，如图8.1.2所示。

(4)扁顶针、顶针与孔配合长度L=10～15mm；对小直径顶针L取直径的5～6倍。

(5)顶针距型腔边至少0.15mm，如图8.1.2所示。

(6)避免顶针与前模产生碰面，如图8.1.3所示，此结果易损伤前模或出披峰。

    顶针位的布置原则(另见5.5节)。

    顶针、有托顶针、扁顶针配合部位
    如图8.1.4图8.1.5图8.1.6所示，配合要求如下：

图8.1.4

(1)顶针头部直径d及扁顶针配合尺寸t、w与后模配合段按配作间隙￡0.04mm配合

(2)顶针、扁顶针孔在其余非配合段的尺寸为d10.8mm或d110.8mm，台阶固定端与面针板孔间隙为0.5mm。

(3)顶针、扁顶针底部端面与面针板底面必须齐平。

(4)如图8.1.7所示，顶针顶部端面与后模面应齐平，高出后模表面 e￡0.1mm。

(1)固定顶针一般是在面针板加工台阶固定，如图8.1.4所示。为防止顶针转动，常用方式有两种：一种顶针轴向台阶边加定位销定位如图8.1.8所示；另一种横向加定位销定位如图8.1.9所示。

 (2)无头螺丝固定，如图8.1.10所示，此方式是在顶针端部无垫板时使用，常用在固定司筒针和三板模球形拉料杆上。

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    模具的浇注系统是指模具中从注塑机喷嘴开始到型腔入口为止的流动动通道，它可分为普通流道浇注系统和无流道浇注系统两大类型。普通流道浇注系统包括主流道、分流道、冷料井和浇口组成。如图
9-1所示。

1 .结合型腔的排位，应注意以下三点：

a .尽可能采用平衡式布置，以便熔融塑料能平衡地充填各型腔；

b .型腔的布置和浇口的开设部位尽可能使模具在注塑过程中受力均匀；

c .型腔的排列尽可能紧凑，减小模具外形尺寸。

2 .热量损失和压力损失要小

a .选择恰当的流道截面；

b .确定合理的流道尺寸；

    在一定范围内，适当采用较大尺寸的流道系统，有助于降低流动阻力。但流道系统上的压力降较小的情况下，优先采用较小的尺寸，一方面可减小流道系统的用料，另一方面缩短冷却时间。

c .尽量减少弯折，表面粗糙度要低。

3 .浇注系统应能捕集温度较低的冷料，防止其进入型腔，影响塑件质量；

4 .注系统应能顺利地引导熔融塑料充满型腔各个角落，使型腔内气体能顺利排出；

5 .防止制品出现缺陷；

    避免出现充填不足、缩痕、飞边、熔接痕位置不理想、残余应力、翘曲变形、收缩不匀等缺陷。

6 .浇口的设置力求获得最好的制品外观质量浇口的设置应避免在制品外观形成烘印、蛇纹、缩孔等缺陷。

7 .口应设置在较隐蔽的位置，且方便去除，确保浇口位置不影响外观及与周围零件发生干涉。

8 .考虑在注塑时是否能自动操作

9 .考虑制品的后续工序，如在加工、装配及管理上的需求，须将多个制品通过流道连成一体。 

(1)  定义：

    主流道是指紧接注塑机喷嘴到分流道为止的那一段流道，熔融塑料进入模具时首先经过它。一般地，要求主流道进口处的位置应尽量与模具中心重合。

(2) 设计原则：     
    热塑性塑料的主流道，一般由浇口套构成，它可分为两类：两板模浇口套和三板模浇口套。

    参照图9-2，无论是哪一种浇口套，为了保证主流道内的凝料可顺利脱出,应满足:
    D = d + (0.5 ~ 1) mm    (1)

    R1= R2 + (1 ~ 2) mm    (2) 

    其它相关尺寸详见第十六章第四节。

 

    (1) 定义及作用：   
    冷料井是为除去因喷嘴与低温模具接触而在料流前锋产生的冷料进入型腔而设置。它一般设置在主流道的末端，分流道较长时，分流道的末端也应设冷料井。     
    (2) 设计原则 ：
    一般情况下，主流道冷料井圆柱体的直径为6 ~ 12mm，其深度为6 ~ 0mm。对于大型制品，冷料井的尺寸可适当加大。对于分流道冷料井，其长度为(1 ~ 1.5)倍的流道直径。

    (3) 分类：
a .底部带顶杆的冷料井

    由于第一种加工方便，故常采用。Z形拉料杆不宜多个同时使用，否则不易从拉料杆上脱落浇注系统。如需使用多个Z形拉料杆，应确保缺口的朝向一致。但对于在脱模时无法作横向移动的制品，应采用第二种和第三种拉料杆。根据塑料不同的延伸率选用不同深度的倒扣d。若满足：(D-d)/D< d1，则表示冷料井可强行脱出。其中d1是塑料的延伸率。

    表9-1 树脂的延伸率( % )

b .推板推出的冷料井

c .无拉料杆的冷料井

    对于具有垂直分型面的的注射模，冷料井置于左右两半模的中心线上，当开模时分型面左右分开，制品于前锋冷料一起拔出，冷料井不必设置拉料杆。见图9-5。

d .分流道冷料井
    一般采用图9-6中所示的两种形式：图a所示的将冷料井做在后模的深度方向；图b所示的将分流道在分型面上延伸成为冷料井。有关尺寸可参考图9-6。

    熔融塑料沿分流道流动时，要求它尽快的充满型腔，流动中温度降尽可能小，流动阻力尽可能低。同时，应能将塑料熔体均衡地分配到各个型腔。所以，在流道设计时，应考虑：

(1) 流道截面形状的选用
    较大的截面面积，有利于减少流道的流动阻力；较小的截面周长，有利于减少熔融塑料的热量散失。我们称周长与截面面积的比值为比表面积(即流道表面积与其体积的比值)，用它来衡量流道的流动效率。即比表面积越小，流动效率越高。 

    表9-2 不同截面形状分流道的流动效率及散热性能

    从表9-2中，我们可以看出相同截面面积流道的流动效率和热量损失的排列顺序.
    圆形截面的优点是：比表面积最小，热量不容易散失，阻力也小。缺点是：需同时开设在前、后模上，而且要互相吻合，故制造较困难。U形截面的流动效率低于圆形与正六边形截面，但加工容易，又比圆形和正方形截面流道容易脱模，所以，U形截面分流道具有优良的综合性能。以上两种截面形状的流道应优先采用，其次，采用梯形截面。U形截面和梯形截面两腰的斜度一般为5°-10°。

    

    在图9-7的a图中，H 3 D1 > D2 3 D3；d1大于浇口最小截面,一般取(1.5~2.0)mm，h =d1，锥度a及b一般取2°~3°，d应尽可能大。为了减少拉料杆对流道的阻力，应将流道在拉料位置扩大，如图9-7c所示；或将拉料位置做在流道推板上，如图9-7d 所。
    在图9-7的b 图中，H 3 D1，锥度a及b一般取2°~3°，锥形流道的交接处尺寸相差0.5~1.0mm，对拉料位置的要求与图9-7a 相同。

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    模具温度对胶件的成型质量、成型效率有着较大的影响。在温度较高的模具里，熔融胶料的流动性较好，有利于胶料充填型腔，获取高质量的胶件外观表面，但会使胶料固化时间变长，顶出时易变形，对结晶性胶料而言，更有利于结晶过程进行，避免存放及使用中胶件尺寸发生变化；在温度较低的模具里，熔融胶料难于充满型腔，导致内应力增加，表面无光泽，产生银纹、熔接痕等缺陷。

不同的胶料具有不同的加工工艺性，并且各种胶件的表面要求和结构不同，为了在最有效的时间内生产出符合质量要求的胶件，这就要求模具保持一定的温度，模温越稳定，生产出的胶件在尺寸形状、胶件外观质量等方面的要求就越一致。因此，除了模具制造方面的因素外，模温是控制胶件质量高低的重要因素，模具设计时应充分考虑模具温度的控制方法。

    为了保证在最有效的时间内生产出高外观质量要求、尺寸稳定、变形小的胶件，设计时应清楚了解模具温度控制的基本原则。

(1)不同胶料要求不同的模具温度。参见10.1.3节

(2)不同表面质量、不同结构的模具要求不同的模具温度，这就要求在设计温控系统时具有针对性。

(3)前模的温度高于后模的温度，一般情况下温度差为20~30o左右。

(4)有火花纹要求的前模温度比一般光面要求的前模温度高。当前模须通热水或热油时，一般温度差为40o左右。

(5)当实际的模具温度不能达到要求模温时，应对模具进行升温。因此模具设计时，应充分考虑胶料带入模具的热量能否满足模温要求。

(6)由胶料带入模具的热量除通过热辐射、热传导的方式消耗外，绝大部分的热量需由循环的传热介质带出模外。铍铜等易传热件中的热量也不例外。

(7)模温应均衡，不能有局部过热、过冷。

    模具温度一般通过调节传热介质的温度，增设隔热板、加热棒的方法来控制。传热介质一般采用水、油等，它的通道常被称作冷却水道。

降低模温，一般采用前模通“机水”(20oC左右)、后模通“冻水”(4oC左右)来实现。当传热介质的通道即冷却水道无法通过某些部位时，应采用传热效率较高的材料(如铍铜等，模具材料的传热系数详见《塑料模具技术手册》第219页)，将热量传递到传热介质中去，如图10.1.1，或者采用“热管”进行局部冷却。

    升高模温，一般采用在冷却水道中通入热水、热油(热水机加热)来实现。当模温要求较高时，为防止热传导对热量的损失，模具面板上应增加隔热板。

热流道模具中，流道板温度要求较高，须由加热棒加热，为避免流道板的热量传至前模，导致前模冷却困难，设计时应尽量减少其与前模的接触面。

    下表为胶件表面质量无特殊要求(即一般光面)时常用的胶料注射温度、模具温度，模具温度指前模型腔的温度。

胶料名称	ABS	AS	HIPS	PC	PE	PP
注射温度(oC)	210~230	210~230	200~210	280~310	200~210	200~210
模具温度(oC)	60~80	50~70	40~70	90~110	35~65	40~80
胶料名称	PVC	POM	PMMA	PA6	PS	TPU
注射温度(oC)	160~180	180~200	190~230	200~210	200~210	210~220
模具温度(oC)	30~40	80~100	40~60	40~80	40~70	50~70

(1)冷却水道的孔壁至型腔表面的距离应尽可能相等，一般取15~25mm，如图10.2.1所示。

(2)冷却水道数量尽可能多，而且要便于加工。一般水道直径选用?6.0，?8.0，?10.0，两平行水道间距取40~60mm，如图10.2.1所示。

(3)所有成型零部件均要求通冷却水道，除非无位置。热量聚集的部位强化冷却，如电池兜、喇叭位、厚胶位、浇口处等。A板，B板，水口板，浇口部分则视情况定。

(4)降低入水口与出水口的温差。入水，出水温差会影响模具冷却的均匀性，故设计时应标明入水，出水方向，模具制作时要求在模坯上标明。.运水流程不应过长，防止造成出入水温差过大。

(5)尽量减少冷却水道中“死水”(不参与流动的介质)的存在。

(6)冷却水道应避免设在可预见的胶件熔接痕处。

(7)保证冷却水道的最小边距(即水孔周边的最小钢位厚度)，要求当水道长度小于150mm时，边间距大于3mm；当水道长度大于150mm时，边间距大于5mm。

(8)冷却水道连接时要由“O”型胶密封，密封应可靠无漏水。密封结构参见10.2.2。

(9)对冷却水道布置有困难的部位应采取其它冷却方式，如铍铜、热管等

(10)合理确定冷却水接头位置，避免影响模具安装、固定。

    常用“O”型密封圈结构如图10.2.3所示。可参见第十五章15.5节。

    常用密封结构如图10.2.4所示。常用装配技术要求参见列表：

(1)浅模腔冷却。前模如图10.2.5所示，后模如图10.2.6所示。

(2)深模腔冷却。如图10.2.7所示。

(3)较小的高、长型芯冷却。图10.2.8采用斜向交叉冷却水道；10.2.9采用套管形式的冷却水道。

 (4)无法加工冷却水道的部位采用易导热材料传出热量。如图10.2.10所示

 (5)哈夫模冷却。如图10.2.11所示。哈夫块上开设冷却水道，模坯上开设出水、入水管道的避空槽。

(6)成型顶块冷却。如图10.2.12所示。在顶块的出水、入水管道的接口处开设避空槽，避空槽的大小应满足引水管在顶块顶出时的运动空间。