塑料模具设计事例研究

小黄豆

一.设计准备
* R  G7 ^. a7 {8 P) [: B1. 必需的图纸、金型仕样书的内容等的确认：
在正式的金型设计之前，下列图纸或文件通常要具备：
0 K' L) G9 W. W" w) c① 部品图；②金型设计制作仕样书；③设计制作契约书；④其他
并且要对上述资料完全理解，不明确处要得到客户的确认。
2. 把握图面的概要
0 P1 r. S1 _: d' p7 x部品图决定了金型设计的最终目的，必须透彻地理解。日本客户提供的部品图是按照JIS制图规定采用三角法绘制的，通常由以下部分构成：
正面图、平面图、侧面图、断面图、详细图、参考图、注记、公差一览、仕上记号一览、标题栏、其他
在视图过程中要注意以下方面：
1 H" J- t- f: j2 d$ ]# w( \( O① 公差要求较严格处；②对金型构造有影响的部位；
② 现有图面无法理解的部分；④注记中特别突出的事项
⑤特殊的材料和热处理要求；⑥部品壁厚较薄处（t<0.6mm）
1 [# Q0 ~+ O! I8 x3 t- g8 m+ Q⑦部品壁厚较厚处；⑧外观上有无特别仕样要求
# t4 u/ }2 t+ I. U⑨三维曲面部分；⑩设计者、日期、纳期、价格等
$ P# z/ M- D" j' i/ \9 O3. 部品立体形状的理解
部品图是二维绘制的，要通过视图转换成设计者头脑中的三维形状，而手绘立体图对此很有帮助。
/ H8 N. L6 b  H" u* B2 N准备好纸和铅笔。
2 |, P( c6 h' H+ P: r- t* r首先绘制出制品的大致外形轮廓，然后再根据自己对部品图的理解，绘制出部品各部位的断面图。
上述这些对将来分型面的确定、入子的分割非常重要。如果条件允许，使用粘土等辅助物来帮助理解会更好。
4.标题栏的检讨
部品图的标题栏一般注明了图面中的公差、部品的材料等一些内容，必须要认真研读。
①部品名；②图名；③图番；④材质（包括收缩率）；⑤仕样，指材质的详细仕样，如生产厂家、商品名、髦??牛虎蕹叨龋虎呱杓普撸虎啾涓?福?br> 5.注记部分的检讨
+ ?! H, [: d- a, }% l: @0 o⑴浇口种类、位置、数量
" R; D  P; Y, t* \9 S9 c; t如无特殊要求，则金型设计者在自行决定后需征得客户的同意。
# T6 X' p7 Q3 o( P- t% L/ N# g) c⑵入子分割线的要求
! Z6 V% H5 Z# L) k2 ~7 z1 q+ N由于入子分隔线会在制品表面形成接痕，影响外观，尤其对折叠部位有害，所以设计者应遵守部品图的规定。
5 S& ]+ D5 B2 H) F9 F# Y⑶成型品表面划伤等缺陷的规定
' H9 M' @0 i( `7 A, c4 Y& ?$ `金型设计者应避免可能发生上述缺陷的金型结构设计。
# O/ R! `$ R2 S7 b⑷未注公差的要求。
⑸成型品形状及尺寸上的变更需征得客户的同意，作为金型设计者来说，不可自行决断。
⑹主视图的检讨
主视图是图面中尺寸较集中的地方，确认两侧公差及片侧公差，并标记其中较严格者。
⑺其他各视图的检讨。方法同上
" T7 d! h" r% b⑻必要型缔力的检讨
熔融树脂在注射时，会在金型分型面上产生一个相当大的注射压力。如注射机最大型缔力小于注射压力，则模板之间就会产生缝隙，发生溢边现象。必要型缔力的计算如下：
F=P×A F：必要型缔力（Kg）
2 |: q& P9 N' o$ q  r4 c' `P：注射压力（Kg/cm2），取300～500，视成型条件而定
- \! g( f, [6 h* `2 X1 a7 S6 N5 UA：制品在注射方向上的投影面积cm2
- u" f0 @  \( K7 F7 t⑽必要射出体积的检讨
在选择注射机时，要进行射出体积的检讨。
+ w# a# H, O8 }3 r* F7 B% C7 j, T包括聊吧、制品在内的体积总和要小于注射机最大注射量的1/2～2/3
  \) A' P0 A2 i7 G0 d8 g  F⑾其他事项
% K! |1 ^0 O6 A: D! Z如客户提供的资料不全，需跟客户联系，取得全部资料。
使用彩笔标记出自己认为较重要的，以利于下一步的设计。
二.成型品基本图的设计
下图是金型设计工作的大致流程：
初期检讨→成型品基本图设计→金型构造设计→部品图设计→检图→出图
塑料注射金型的设计从成型品基本图的设计入手，其正确与否决定了成型制品的好坏。
$ s  _: B: p& R0 a: G: l下面就成型品基本图的设计手法进行讲解：
8 j( ?* E# y1 j) }8 x% ~9 p1. 了解成型材料的特性
最关键的是流动性能的好坏和收缩率的大小
2. 可充填性的检讨
: {) K/ e- E  ^/ C应全面考虑以下几个方面:
① 型腔可否完全填充；②溶接痕的位置；③气泡的发生；
③ 成型品的变形；⑤点浇口的切断痕；⑥其他
, ^. L& z# `1 y! M% G' r: D- {在设计工作中，根据工作条件，采用下述方法来分析验证：
① 类似金型的比较；②流动比（L/T）的计算；③CAD、CAE
3. 浇口位置的确定
4. 浇口形状的确定
5. 分型面的确定
应参照下述原则:
# Z) i2 {& M6 W1 f+ M① 尽量采用平面;②易于加工;③无离型不良发生;④外观上分割线无影响处.
6 O6 ^- {; [3 ^/ v1 f7 e! f6. 金型制作寸法的决定
) K1 ^# k; N7 J1 V# g由于塑料冷却以后的收缩性，故金型制作寸法要考虑“成型收缩率”，方法如下：（以收缩率0.2%为例）
" _6 N5 `6 I) b& d, J* F. r①两侧公差: L=25±0.05 →L0=1.02×25=25.5
* _* _8 b* J+ v1 S②片侧公差: L=3-0.2 →L0=[(3+2.8)/2]×1.02=2.96
经过上述方法计算出的寸法，要经过以下两方面的补正：
" `9 n( \9 A' t% B① 金型制作上可修改性的补正。
1 P4 }/ P! z' v' N' m+ _* v② 奇数寸法的偶数化。
7. 拔模斜度的决定（固定侧）
为防止离型不良，有必要在固定侧型芯处设置拔模斜度，但要在成型品公差范围内，一般以30’～3°为宜。
8. 拔模斜度的决定（可动侧）
9 I' b+ H! s7 z* O& w7 C. `如有必要，可动侧也可加拔模斜度，但一般可不加。如有顶出不良，可通过加装顶杆的方法来解决。
/ L% X& m( {0 a( b7 q% E$ ]9. 顶杆的配置
按照以下原则：
① 顶出面积尽可能大，因细小的顶杆孔难以加工。
2 f4 X8 Q6 \( ~4 t② 尽量采用圆顶杆，因方顶出孔难以加工（但利用镶件指钕咦龀龅慕霞虻ィ??br> ③ 顶杆要配置在型芯附近。
④ 顶杆孔周围最小1mm壁厚保证。
10. 生产数的记入
6 |; T/ `; C  ]3 c
, y( I% o8 n2 N5 G' z8 m  

三.金型构造设计 4 b$ j0 U7 s! a成型品基本图完成以后，即可开展最重要的工作-金型构造图面的设计。这部分工作占金型设计全部研讨工作的80%。下面就是具体的设计流程： 1. 成型机金型取付仕样的确认： ① 滑杆间距的确认 金型大小不可超过滑杆间距，通常要留20mm以上的安全距离。 ! N9 [- I2 J( u9 o/ }. _② 最小型厚的确认 金型的型厚要大于注射机的最小型厚 ③ 最大开模行程的确认 ④ 最大锁模力的确认 6 C1 s, |* ?, F2 A6 M* |⑤ 理论射出容量的确认 ( e1 D8 }, u; i6 C" M⑥ 定位圈直径的确认（以选择定位圈型号） ) _/ t; h) L! @⑦ 注射机喷嘴先端形状的确认（以选择浇口套型号） ⑧ 最大型厚的计算 / ]7 g! c1 L5 l( ~) q' RT=最小型厚+最大开模距离-S1-S2-S 6 m& a  u3 f) a3 p% Y2. 型腔配置方法的检讨 对于多型腔模具而言，要妥善安排型腔位置，使之投影中心完全位于模架中心上，并使流道最短地达到均衡进料。 3. 型腔壁厚度的确定 3 K4 G+ {9 o) k9 C2 v见P126～P131附录论述 4. 模架的选择 3 N; K9 p9 u2 B' \  b* i7 V4 R$ C对于塑料注射模具而言，模架均已标准化。我公司均采用日本FUTABA（双叶）的模架。在选择模架时，除了大小规格外，应确认以下方面： 5 q- A/ m- c! B: l- {9 b4 V① 导柱导套的位置，有的导柱在固定侧，而有的在可动侧。根据需要来选择。 : z. x' N- J- r6 u② 对于各模板的厚度，应结合成型品基本图来确认。一般来说，要使镶件非成形部分的长度在30mm左右为宜。 ③ 目前我们有FUTABA的标准模架CAD库，可使用它来快速生成模架图。 ! H# S" G* E, v+ ]' L5. 分型动作的决定 . X3 \2 b; a5 X# e# q在模板厚度确定后，进行分型动作的检讨。 ① 固定侧型板与流道板之间的开模距离S1 5 Z1 T4 Q7 F" kS1=点浇口套长度+浇口套长度+10～20 0 I: c) T: z; }, _+ P! V② 流道板与固定侧座板之间的开模距离S2 S2=拉料勾勾头长度+3mm安全距离   K. B* Q& E( i) K: n③ 止动螺栓长度决定 L=固定侧型板厚+S1 ④ 止动螺栓头部长度决定 " |) w2 ]" \. L⑤ 支撑导柱长度决定 # f5 y$ r' u) v5 g6 j) t: }  ~L=固定侧型板厚+S1+流道板厚+S2+固定侧座板厚 ⑥ 拉料勾长度决定 . Z/ w+ S: E' m' i8 F/ X9 p# L⑦ 流道顶出装置决定 ⑧ 浇口套周边机构决定 4 X& G- r$ C: B. P- t6 Q+ B6 A9 g⑨ 要做到使成形品顶出后自然落下的模具布局 6. 浇口套采用PUNCH市贩品 4 j) J7 b: D5 e7. 开模次序的确定,并采用相应机构来确保这种开模次序的实现. 8. 流道从流道板顺利脱出的方法: 采用RUNNER EJECTING SET(MISUMI市贩品) 9. 支撑柱配置的检讨 在注射时,注射机会在可动侧型板的底部产生一个瞬间的注射压力,引起型板变形.为防止此种现象发生,可在模架中设置支撑柱,以不妨碍顶杆和力征安排在每个型腔附近为原则. 10. 冷却水孔的决定 为了恒定模具温度，必须开设冷却水孔，通以冷却用水。 ; Y1 {: b. o  w$ B* t冷却水孔的大小与冷却效率关系不大，中等大小的模具一般采用ф8.5的水孔即可，接口处采用PT1/8的管螺纹。 : c( H0 P0 j8 ]4 b( ~5 O冷却水孔的位置与数量与冷却效果有密切关系，在确定时，应尽可能地近型腔和尽可能地多，但不要发生干涉。 8 i$ |" |* X( k11. 顶出部分的配置 , Z5 o# z/ ]1 a7 `7 G* p& ]结合成形品基本图，合理配置顶杆位置，注意不要与冷却水孔及支撑柱等部件发生干涉。 / e: L5 [8 Y8 V& `6 A2 z/ S" q12. 浇口套的配置 本公司均采用PUNCH公司的标准部品。 浇口套头部SR寸法要比注射机喷嘴的SR寸法大1mm左右。 浇口套开口处ф寸法要比注射机喷嘴的ф寸法大0.5mm左右。 对于锥度来说，采用片侧1°比较好。 1 @& c4 I7 c' ~  A$ g13. 定位圈的配置 ; G6 c- D0 M, e9 x' x* g结合成形机仕样，采用PUNCH市贩品。 * u3 S0 o/ f2 i1 Q( g; b: I14. 排气道的配置 为了使型腔内空气顺利排出，有时需设排气道。不过一般设计中不予考虑，生产中如发现有排气不良，再予以解决。 15. 顶出导柱与顶出导套的设计 为了提高顶出部件运动的精度，从而延长顶杆、型芯寿命，防止顶杆拉伤，可设计顶出导柱与顶出导套。 6 W9 J, J. [# G: B) z16. 部品番号的确定 . s; K$ v! ]5 d. o( G& m本公司制定有金型用部品番号的命名规则，按此规则进行确定。 17. 其他 至此，金型的构造设计基本完成。四.部品图设计 在进行构造设计完成以后，根据成形品基本图和金型构造图进行金型部品图设计，包括下述内容： : v0 A4 P% U/ d3 T. g; ?, W' w⑴设计需加工的部品图面。 & u; K( w) D) \9 M# K% _2 i( u9 y⑵外构件追加工部品图面。 " a. Z% i6 S# I( d/ F⑶购入部品仕样书。 1. 型腔部分的设计： 2 F) G9 L% w" w: a⑴从金型构造图中把型腔部分的外形提取出来。X-Y方向与模板嵌合，注意公差与配合。Z方向采用螺钉或挂钩或键固定均可。 ⑵成形部分形状与寸法 根据成形品基本图来决定，并考虑以下方面： / E8 `, i1 _9 w$ B3 Q9 @1 u① 成形品寸法公差。 ② 与别的部品之间的关系（配合）等。 * T; f; f4 b3 z* X& e: g" A7 z③ 便于金型的修正。 # e& B8 A6 v: @  K% o: R3 g④ 机械加工方法所能达到的加工能力。 ! g2 k1 l+ a: G2 n8 P⑤ 加工费用。 ⑥ 其他。 ⑶型芯均采用挂钩的形式与型腔件配合，X-Y方向用公差来严格控制。 ⑷浇口设计 & D$ b; y3 o# L$ v. k1 B# [1 ]⑸固定方法 ⑹材质、硬度的决定 & O; a" \$ O0 u5 h2 Z# J9 C考虑以下方面： ① 成形品的形状、寸法精度维持机能。 0 W- h/ R# B: N& j② 成形品表面品质决定机能。 " l% F; W# ?5 u% p8 T4 X; N③ 耐冲击，刚性、强度要足够。 - b1 G# [9 g! R3 N( c2 K④ 耐腐蚀性。 8 u6 f) X' p3 H7 S⑤ 耐磨性。 ⑥ 机加工性。 " S5 v  G  X( U: I" P⑦ 镜面特性。 ⑧ 热传导性。 ⑨ 热处理性。 ⑩ 材料价格。 2. 固定侧型芯的设计 # u$ }: }9 u& }" \% n形状与寸法根据成形品基本图确定。 材质的选择参考上面的内容。 ) s. M% B1 `  l+ w" j. T可动侧型芯、型腔设计大致与固定侧相同，但多出顶出部分的设计内容。 至此，金型部品图中与成形有关的部分已完成，下面进行金型构造部分的部品设计。 五.检图 + S: S& z4 ~' I+ c部品图设计完了以后要进行检图，这与设计工作同等重要。在投入生产前发现错误，要比在生产中或完成后才发现要节省大量的金钱与精力。 $ C/ o9 X! i3 Z" Y9 m# w5 R5 f检图工作，可由设计者自身承担，也可由第三者担任。在检图中应把握如下原则： / x5 {% k  v) @7 o& W; d, x  I1 A⑴详细设计、重要设计检查时，最好在精力充沛时进行。 % g- {& w" F3 b; `( J⑵连续工作1～2小时，应休息10～15分钟，保持头脑清醒。 ⑶不要惧怕失败，在失败中取得成长的经验。 ! U0 J2 g' @% M( x⑷不要从详细设计着手，应从总体方案开始，这样容易发现大的原则性的错误。 2 Z/ s8 P$ }! w% ^- h7 U; ]' k⑸可调查类似金型在使用过程中发生的问题，并与自己的设计工作相对照。 检图工作主要内容如下： 1. 重要的原则性的项目 ⑴根据型芯、型腔明细表，有无遗漏设计的部分。 7 b) ]: I# i/ m) o  [) T⑵金型取数是否合适。 % N" Y5 t# B- P5 ^⑶分型面的设置是否正确？是否满足金型仕样书的要求？ ⑷型腔可否完全填充？ ⑸制作费用是否在预算范围内？ ⑹成形品生产成本是否在预算范围内？ ⑺金型纳期可否完成？ ⑻为保证纳期，是否采取了合理的措施？ 9 m  Y& ~( H. r9 L8 ]% J8 }$ q⑼成形品型腔可否顺利脱出？ ⑽成形品型芯可否顺利脱出？ ⑾浇口、流道的配置有无不当？ ⑿冷却水道有无干涉处？ ⒀支撑柱、顶杆、定出导向柱有无干涉？ 0 c! `% b  b) p/ m4 E4 x" p⒁成形收缩率计算是否正确？ ⒂镶件分割方式是否正确？ ⒃两侧相互配合的部件设计是否正确？ ⒄成形机取付仕样是否满足要求？ 7 x% r, l4 B  y9 R* n+ C9 s⒅其他特殊要求是否满足？ 2. 金型构造方面的检讨 , A  }) K' R# i( O9 R* u: l9 S⑴目前的设计正确与否，有无可以改进之处？ ⑵树脂流动的预想是否正确？ 2 x5 l* u, v7 K6 h  A⑶型芯、型腔离型对策正确与否？ ! I% S+ T9 `" A& o$ S* X⑷滑块与滑动型芯的设计是否正确？ 2 c) T1 J& ]( d: L⑸配合处公差是否正确？ ⑹排气道是否合适？ ⑺配合间隙是否合适？ ⑻装配时是否困难？ ⑼拆卸是否方便？ ⑽对白化现象有无预防？ ⑾两侧各部件之间有无干涉？ 3. 进行详细检讨的部分： ⑴有无尺寸相互不一致处？ . }5 i+ H' R8 o⑵断面形状正确与否？ ⑶部品个数是否正确？ 4 T; `4 ^2 F+ \% o6 d$ I⑷部品材质是否正确？ ⑸型板刚性是否满足要求？ ⑹型腔刚性、强度是否满足要求？ # H% ]& g* ]- k2 [0 O# Q⑺浇口形状是否合适？ 8 K5 m& d! v4 i  T9 w⑻加工方法是否经过妥善考虑？ ) C+ f. b& V# ^- N( f3 r⑼电极设计是否正确？ ⑽标准部品发注书是否有误？ ⑾客户仕样变更部分是否已全部变更？ 4 s) q# \3 q- X0 Q" w⑿废旧图面是否已被替换？ ⒀寸法公差、表面粗糙度有无过于严格处？ ) U% P1 o0 U" m' Q! B⒁机械加工性是否适当？