模具設計基礎知識概述

2.2模具零件表面粗糙度與拔模斜度1表面粗糙度表面粗糙度的評定參數(shù)應從輪廓算術(shù)平均偏差Ra、微觀不平度十點高度Rz、輪廓最大高度Ry中選取。在高度特性參數(shù)常用的參數(shù)值范圍內(nèi)（Ra為0.025~6.3um，Rz為0.1~25um）推薦優(yōu)先選用Ra。輪廓算術(shù)平均偏差的數(shù)值由以下算式獲得。其意義為在一個取樣長度內(nèi)，縱坐標值Z(x)絕均值的算術(shù)平均值。4/14/20251微觀不平度十點高度的數(shù)值由以下算式獲得。式中，Zpi第i個最大的輪廓高，Zvi為第i個最大的輪廓谷深。表面粗糙度既要滿足零件的功能要求，又要考慮工藝經(jīng)濟性。因此，在滿足零件表面功能要求的前提下，盡量選用數(shù)值大的粗糙度。4/14/20252表面粗糙度符號、代號一般注在可見輪廓線、尺寸界線、引出線或它們的延長線上。符號的尖端必須從材料外指向表面表面粗糙度代號中數(shù)定及符號的方向必須按圖2-16a)、圖2-16b)標注，帶有橫線的表面粗糙度符號應按圖2-16c)標注。在同一圖樣上，每一表面一般只標注一次符號、代號，并盡可能靠近有關(guān)的尺寸線，見圖2-16a)。當?shù)匚华M小或不便標注時，符號代號可以引出標注，如圖2-16d)。4/14/20253沖模零件表面粗糙度的選定4/14/20254壓鑄模零件的表面粗糙度選定4/14/20255拔模斜度如圖2-17所示，有增加鑄件壁厚、增減鑄件壁厚和減少鑄件壁厚三種形式。未注拔模斜度大小根據(jù)模樣的拔模高度、材料類型、斜度位置等有關(guān)。4/14/20256對構(gòu)成鑄件外側(cè)壁的拔模斜度取表2-7的二分之一。文字符號的拔模斜度取10～15’。當圖樣中未注拔模斜度方向時，按減少鑄件壁厚方向制造。4/14/202572.3注塑模具澆注系統(tǒng)設計1澆注系統(tǒng)設計的基本要點澆注系統(tǒng)的設計包括主流道的選擇、分流道截面及尺寸的確定、澆口位置的選擇、澆口形式及澆口截面尺寸的確定。當采用點澆口時，為了確保分流道的脫落，還應注意脫澆口裝置的設計。在設計澆注系統(tǒng)時，首先是選擇澆口的位置，澆口位置選擇的適當與否，將直接關(guān)系到制品的成型質(zhì)量及注射過程是否能順利進行。4/14/20258澆口位置的選擇應遵循以下原則。1）設計澆注系統(tǒng)時，流道應盡量減少彎折。2）設計澆注系統(tǒng)時，應考慮到模具是一模一腔還是一模多腔，澆注系統(tǒng)應按型腔布局設計，盡量與模具中心線對稱。3）塑膠制品投影面積較大時，在設計澆注系統(tǒng)時，應避免在模具的單面開設澆口，否則會造成注塑時受力不均。4）設計澆注系統(tǒng)時，應考慮去除澆口方便，修正澆口時在塑膠制品上不留痕跡，以保證塑料制品外觀。5）一模多件，防止將大小相差懸殊塑膠制品放在同一付模具內(nèi)。6）在設計主流道時，避免熔融的塑膠直接沖擊小直徑型芯及嵌件，以免產(chǎn)生彎曲或折斷。7）在滿足塑膠成型和排氣良好的前提下，要選取最短的流程，這樣可縮短填充時間。4/14/202598）能順利地引導熔融的塑膠填充各個部位，并在填充過程中不致產(chǎn)生塑膠渦流、紊亂現(xiàn)象，使型腔內(nèi)的氣體順利排出模外。9）在成批塑膠制品生產(chǎn)時，在保證產(chǎn)品質(zhì)量前提下，要縮短冷卻時間及成型周期。10）因主流道處有收縮現(xiàn)象，若塑料制品在這個部位要求精度較高時，主流道應留有加工余量或修正余量。11）澆口的位置應保證塑膠流入型腔時，對著型腔中寬暢、厚壁部位，以便于塑料的流入。12）盡量避免使制品產(chǎn)生熔接痕，或使其熔接痕產(chǎn)生在制品不重要的部位。4/14/2025102主流道設計主流道是指連接注塑機噴嘴與分流道的塑膠通道，是溶料注入模具最先經(jīng)過的一段流道，其形狀、大小會直接影響塑膠的流動速度和注塑時間。1）垂直式主流道的設計d－主流道小端直徑，即主流道與注射機噴嘴接觸處的直徑。d＝注射機噴嘴孔徑十（0.5-1）mmL－主流道的長度。根據(jù)模具的具體結(jié)構(gòu)，在設計時確定。A－主流道的錐度。A一般在2-4°范圍內(nèi)選取，對粘度大的塑料，A可取3°-6°。但由于受標準錐度鉸刀的限制，應盡量選用標準錐度值，或選用標準澆口套。一般而言，尺寸D比D'大10-20%左右。4/14/2025112）傾斜式主流道的設計在設計模具時，往往由于受制品及模具結(jié)構(gòu)的影響，或者由于澆注系統(tǒng)及腔數(shù)的限制，使主流道偏離模具中心，有時這一距離很大，造成模具在使用時出現(xiàn)很多問題。第一，在頂出制品時，由于頂出不在模具中心，推板及頂針固定板容易頂偏，造成頂針折斷，制品變形或損壞。第二，由于主流道不在中心，會造成單面披縫過大而產(chǎn)生溢料。上述問題雖然可以采用三板模結(jié)構(gòu)來解決，但這樣會使模具成本提高。所以在上述情況下，采用傾斜式主流道的設計可以避免或改進其不足。圖2-19是有關(guān)傾斜式主流道的設計參數(shù)。傾料角α主要與塑膠性能有關(guān)，如PE、PP、PA、POM等塑膠，其傾料角α最大可達30°;HIPS、ABS、PC等塑膠，傾科角最大可達20°，SAN，PMMA不能用傾斜式主流道。傾斜式主流道的其他設計參數(shù)與垂直式主流道的設計相同。4/14/2025123）分流道設計分流道是塑膠進入型腔前的過渡部分，可通過截面的形狀，尺寸大小及方向變化，使塑膠平穩(wěn)進入型腔保證成型的最佳效果。常用分流道的形式及尺寸如表2-8所示。4/14/202513對分流道的要求主要有1）塑膠流經(jīng)分流道時的壓力損失及溫度損失要小。2)分流道的固化時間應稍后于制品的固化時間，以利于壓力的傳遞及保壓。3)保證塑膠迅速而均勻地進入各個型腔。平衡式分流道如圖2-20所示。4)分流道的長度應盡可能短，其容積要小。5)要便于加工及刀具選擇。6)每節(jié)流道要比下一節(jié)分流道大10-20%左右。如圖2-20，D=dx[1+（10-20）]%。4/14/202514分流道的截面有圓形截面和梯形截面，如圖2-21所示。圓形截面分流道的優(yōu)點是表面積與體積之比為最小，在容積相同的分流道中，圓形截面分流道的塑膠與模具接觸的面積為最小，因此其壓力損失及溫度損失小，有利于塑膠的流動及壓力傳遞。其缺點是圓形截面分流道必須在動模及定模上分別加工。梯形截面分流道與圓形截面相比熱損失較大，但便于分流道的加工及刀具的選擇，因此也是常用的形式。(常用于三板模)4/14/202515在同一模具上成型兩種大小不同的塑膠制品，為了保證在注塑時，塑膠能同時充滿模具上大小不同的型腔，這時單使用修正澆口大小，不一定能達到充填平衡效果，必須對分流道進行修正才能達到預期效果。4)澆口設計澆口是分流道和型腔之間的連接部分，也是注塑模具澆注系統(tǒng)的最后部分，通過澆口直接使熔融的塑膠進入型腔內(nèi)。澆口的作用是使從流道來的熔融塑膠以較快的速度進入并充滿型腔，型腔充滿塑膠后，澆口能迅速冷卻封閉，防止型腔內(nèi)進未冷卻的熱料回流。4/14/202516澆口設計與塑膠制品形狀、塑膠制品斷面尺寸、模具結(jié)構(gòu)、注射工藝參數(shù)(壓力等)及塑膠性能等因素有關(guān)。澆口的截面要小，長度要短，這樣才能增大料流速度，快速冷卻封閉，便以使塑膠制品分離，塑膠制品的流口痕跡亦不明顯。塑膠制品質(zhì)量的缺陷，如困氣、縮水、夾水紋、分解、沖紋、變形等，往往都是由于澆口設計不合理而造成的。澆口設計包括澆口截面形狀及澆口截面尺寸的確定，流口位置的選擇。影響澆口截面形狀及其尺寸確定的因素，就制品而言，包括制品的形狀、大小、壁厚、尺寸精度、外觀質(zhì)量及力學性能等。制品所用塑膠特性對澆口設計的影響因素是塑膠的成型溫度、粘度(流動性)、收縮率及有無填充物等。此外，在進行澆口設計時，還應考慮澆口的加工、脫模及清除澆口的難易程度。4/14/202517按照常規(guī)來說，澆口的截面尺寸宜小不宜大，先確定得小一些，然后在試模時根據(jù)對型腔的充填情況再進行修正。特別是一模多腔的模具，通過修正可使各個型腔同時均勻充填。小澆口可以增加熔料流速，并且熔料經(jīng)過小澆口時產(chǎn)生很大摩擦而使熔料溫度升高，其表現(xiàn)粘度降低，有利于充填。另外，由于小澆口的固化較快，不會產(chǎn)生過量補縮而降低制品的內(nèi)應力，同時可以縮短注射成型周期，便于澆口的去除。但有些制品的澆口不宜過小，如一些厚壁制品，在注射過程中必須進行兩次以上的補壓才能滿足制品的要求，澆口過小會造成澆口處過早固化，使補料困難而造成制品缺陷。4/14/202518具體澆口截面尺寸的確定，根據(jù)不同的澆口型式和制品大小來確定。澆口位置的選擇，一般應注意以下問題:1)澆口位置應設在制品最大壁厚處，使塑膠從厚壁流向薄壁，并保持澆口至型腔各處的流程基本一致。2)防止?jié)部谔幃a(chǎn)生噴射而在充填過程中產(chǎn)生沖紋。3)澆口位置應設在制品的主要受力方向上，因為塑膠的流動方向上所承受的拉應力和壓應力特高，特別是帶填料的增強塑膠，這種情況更加明顯。4)在選擇澆口位置時應考慮制品的尺寸要求，因為塑膠經(jīng)澆口充填型腔時，在塑膠的流動方向與垂直于流動方向上的收縮不盡相同，所以應考慮到變形和收縮的方向性。5)設計澆口時，應考慮去除澆口方便，修正澆口時在塑膠制品上不留痕跡，以保證塑膠制品外觀。6)在澆口位置選定后，應首先經(jīng)膠件設計的工程師認可，或用較先進的設備模擬塑膠的流向以及通過經(jīng)驗豐富的專業(yè)人員研究，再確認澆口的位置是否正確。4/14/202519普通澆口形狀比較簡單，加工較方便，在一模多腔的分流道非平衡布置的模具上，修正澆口也比較容易，有時在生產(chǎn)現(xiàn)場也可以進行，幾乎各種塑膠都可使用這種澆口形式。其不足之處是制品和澆口不能自行分離。普通澆口的形式及尺寸可如表2-9所示，其數(shù)值取決于塑膠的流動性及制品的大小。4/14/202520點澆口具有很多優(yōu)點，幾乎可以應用于各種形式的制品。點澆口位置的選擇有較大的自由度，澆口附近的殘余應力較小，澆口能自行拉斷且留很小的痕跡。點澆口尤其適用于圓桶形、殼形、盒形制品，但對流動性較差的塑膠不宜用，如PMMA，PC等。常用于ABS，PP，POM等流動性較好的塑膠。對于較大的平板制品可以設置多個點澆口，以減小其翹曲變形。圓柱齒輪制品也可采用點澆口，通常是在一等邊三角形的頂點設置三個點澆口。點澆口的缺點是注射壓力損失較大，多數(shù)情況下必須采用三板模結(jié)構(gòu)，其模具結(jié)構(gòu)相對比較復雜，成型周期較長。流道與制品比例較大（廢料較多）。其形式及尺寸如圖2-22所示，其具體尺寸則依塑件的大小及塑膠的性能而定。4/14/2025214/14/202522潛澆口的設置比較靈活；可以在制品的內(nèi)外表面很多地方開設；澆口可以自動脫落且留下很小的痕跡。潛澆口分推切式及拉切式，不適用于成型較脆性的塑料，如SAN，PMMA，PS，透明料等。其形式有潛針推切式、潛塊推切式、拉切式，其尺寸如圖2-23所示。其中潛針推切式和潛塊推切式不適用于會因成型時噴射造成沖紋及漿糊斑等的塑膠，如PC料。圖中L>L1＋L2，且L1不能太短，應有足夠的距離讓澆口變形脫離型腔，一般情況下，L1應至少有8mm。4/14/202523直接澆口由于熔融塑膠經(jīng)澆口直接進入型腔，所以壓力損失很小，充型比較容易，并對各種塑膠都能適用。直接澆口的截面尺寸一般都比較大，澆道的固化時間較長，所以有足夠的時間進行補料，但在澆口處產(chǎn)生的應力也大。且會給去除澆口帶來困難，也會在制品上留下較大痕跡。直接澆口必須于與澆口正對的位置加工一球形冷料穴，并在澆口位置處定模留出一平臺以保證剪澆口后殘留水口不高于膠件表面。直接澆口的形式如圖2-24所示。4/14/202524凸耳式澆口主要用于高透明度平板形制品，以及要求變形很小的制品。凸耳澆口的作用是使熔融塑膠從澆口進入凸耳時，由于摩擦熱而改善其流動性。當料流沖擊凸耳側(cè)壁時，使流速降低并改變了流向，在凸耳處均勻而平穩(wěn)地進入型腔。從而避免塑件成型時因噴射造成的各種缺陷:如沖紋、內(nèi)應力引起的變形及其它漿糊斑等。凸耳式澆口適用于成型PC，有機玻璃等塑料，其形式及尺寸如圖2-25所示。4/14/202525扇形澆口在注塑時可以降低制品的內(nèi)應力，主要適用于平板形制品及淺的殼形或盒形制品及透明料，如PMMA，一定要做扇形澆口，否則有沖紋。其形式及尺寸如圖2-26所示。4/14/202526蕉形澆口適用于在注射成型不允許外表面有任何不良痕跡的膠件，宜用ABS等較軟性塑膠及中小型膠件。如圖2-27所示。圖中L>L1十L2，且L1不能太短，應有足夠距離讓澆口變形脫離型腔，一般情況下，L1應至少有8mm。4/14/202527冷料穴分為主流道冷料穴和分流道冷料穴。冷料穴的位置一般都設計在主流道和分流道的末端，亦即塑膠最先到達的部位，如圖2-28。4/14/202528冷料穴的作用是防止在注塑時將冷料射入型腔而使制品產(chǎn)生各種缺陷。如走膠不齊和影響外觀。冷料穴的大小、深淺要適宜，應根據(jù)產(chǎn)品的大小和形狀以及塑膠的特性而定，對于大形制品，冷料穴可適當加大。分流道冷料穴，其長度為L＝5-8mm。見圖2-28。如圖2-29A、B兩種形式的冷料穴均由于倒扣的作用，能將流道留在動模。圖A中α的大小應視乎塑膠的性能而定。如PBT為2°，PP，PA，ABS為3°。4/14/202529主流道的頂出系統(tǒng)常用的有兩種，如圖2-29。其中A為一般塑膠模使用，它利用頂針將主流道頂出動模，應當注意其頂針端面應與冷料穴頂部齊平或低下0.5-1mm。但此種冷料穴不適合用于脆性塑膠，如SAM、PMMA料。B是Z形，此種拉料槽為透明塑膠采用。塑膠注射模具的型腔，在熔融塑膠填充過程中，除了模具型腔內(nèi)有空氣外，還有因塑膠受熱而產(chǎn)生的氣體，尤其在高速注射成型時產(chǎn)生的氣體更多，因此在模具設計時必須設置排氣措。選擇排氣槽的位置是很重要的，一般在塑膠填充的同時，必須把氣體排出模外。否則被壓縮的空氣變成高溫燃燒，使熔融的塑膠焦化或熔接線處強度降低以及不成型，影響塑膠制品質(zhì)量。尤其對于大型塑膠注射模具，開設合理的排氣措更顯得重要。4/14/202530開設排氣槽應注意以下幾點:1）根據(jù)進料口的位置，排氣槽因開設在型腔最后充滿的地方，如圖2-30所示。4/14/2025312）盡量把排氣槽開設在模具的分型面上，如直接澆口排氣槽的位置，如圖2-31。3）對于流速較小的塑膠制品，可利用模具的分型面及零件配合的間隙進行排氣，如圖2-32。4/14/2025324）排氣槽的尺寸，要視乎塑膠的種類，如圖2-33中尺寸H，一般情況下，ABS、HIPS、.PC、PMMA、SAN為0.015，而高流動性的塑膠，如PP、