塑料模具设计事例研究

小黄豆

一.设计准备
1. 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：
, h  _% r7 S' z; G& C6 u/ H① 部品图；②金型设计制作仕样书；③设计制作契约书；④其他
2 n8 ?* q  W1 }8 ~/ W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
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：
) b1 v  V4 k6 y/ ~' y7 f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 公差要求较严格处；②对金型构造有影响的部位；
2 x; V8 F6 e; E( m% A( E② 现有图面无法理解的部分；④注记中特别突出的事项
7 C+ p# u* A7 N) m+ W  a⑤特殊的材料和热处理要求；⑥部品壁厚较薄处（t<0.6mm）
: W; L2 T: v) [! G- B7 `# o- }⑦部品壁厚较厚处；⑧外观上有无特别仕样要求
⑨三维曲面部分；⑩设计者、日期、纳期、价格等
- ^+ F9 S2 Y! j% X/ D9 Y) ^3. 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。
准备好纸和铅笔。
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。
# c" ^5 S* e; k4.标题栏的检讨
, {# M+ w% Q$ z5 L  M% j' M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
: b) f& |8 [! B2 j) {3 }2 R( v& [9 i/ @⑴浇口种类、位置、数量
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。
⑵入子分割线的要求
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。
0 H5 X# C; s+ @! M% S⑶成型品表面划伤等缺陷的规定
9 ^+ u; E9 i* F! T  P/ e金型设计者应避免可能发生上述缺陷的金型结构设计。
⑷未注公差的要求。
8 e: q9 O& [7 v) i6 d⑸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
⑻必要型缔力的检讨
  v/ h. d7 h2 b9 b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）
( z0 Z# O! q+ I8 F& S( HP：注射压力（Kg/cm2），取300～500，视成型条件而定
A：制品在注射方向上的投影面积cm2
# u0 }' ^, N* n" Q" X⑽必要射出体积的检讨
6 H9 \. v6 O+ d' e0 u2 a在选择注射机时，要进行射出体积的检讨。
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
; i  J3 W1 q& C) N2 |⑾其他事项
4 E9 D/ W: ?: Y: R# }如客户提供的资料不全，需跟客户联系，取得全部资料。
. J3 F" y0 C. N/ J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
# G7 s; G3 S4 S& y下图是金型设计工作的大致流程：
3 G* q& J' I  p! ?% x/ i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
( t- w* K: U) T# {0 q" o* D! \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。
# X, v1 I: E6 [: W" F下面就成型品基本图的设计手法进行讲解：
) ]5 [% H3 `8 H& j) |! f1. 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
应全面考虑以下几个方面:
0 o6 Q9 }2 l, Z! v8 C① 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
在设计工作中，根据工作条件，采用下述方法来分析验证：
3 H+ n( l- t2 H6 |* q  e① 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
7 }$ G: l* Q* D) C/ K- S6 H# v4. 浇口形状的确定
0 k. u6 v& R5 k, _5. 分型面的确定
2 Z; N$ @" I( Q; e应参照下述原则:
' S6 t" O/ _# X" {5 i① 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.
  E0 d! v; g. m7 @- p6. 金型制作寸法的决定
9 h% A" ^2 |1 ~/ ~8 ~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）
①两侧公差: L=25±0.05 →L0=1.02×25=25.5
* p2 z8 s1 A! I; W( m②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 ~1 Y1 h6 ~' F3 _, E% A: c① 金型制作上可修改性的补正。
0 {; l0 y! e; o( y* f0 Z7 Z1 v0 q② 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。
' V" t1 u9 X) Y+ V( }  y4 i2 F8. 拔模斜度的决定（可动侧）
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。
9. 顶杆的配置
# Q1 Y9 v9 b! e3 t3 q3 W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 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。
/ G- v5 N7 D- N" H- M$ V" \④ 顶杆孔周围最小1mm壁厚保证。
5 Q( @1 J6 X. N6 U  Y10. 生产数的记入
" X! P2 Y* Z1 Z6 `  f- Y2 s3 f
# |, R- L! L# p8 ^5 }& v- k; P, X  

三.金型构造设计 8 A5 z9 S( Y  A6 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： 6 F+ e9 `* B0 v# Z- J# O/ M① 滑杆间距的确认 ; d) V/ O  I8 o' f! l9 r金型大小不可超过滑杆间距，通常要留20mm以上的安全距离。 ② 最小型厚的确认 ( z- {4 r; J( h8 i) S) t4 Z# p2 U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 ⑤ 理论射出容量的确认 ⑥ 定位圈直径的确认（以选择定位圈型号） $ b2 K" @/ |  K0 a$ [! Q⑦ 注射机喷嘴先端形状的确认（以选择浇口套型号） 4 C0 Z2 y! _/ T6 ^4 b⑧ 最大型厚的计算 % g; ]1 s, R* x/ ?, HT=最小型厚+最大开模距离-S1-S2-S 6 e; q6 Z6 {( P8 r2. 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 # k; D$ _8 z4 V( |* s见P126～P131附录论述 , a- M' ?/ v$ i4. 模架的选择 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： ① 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。 , q7 T, \# P) d/ j② 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。 5. 分型动作的决定 4 O8 n8 F/ O8 z9 L2 U在模板厚度确定后，进行分型动作的检讨。 , _5 d9 {" a5 t& V) {① 固定侧型板与流道板之间的开模距离S1 S1=点浇口套长度+浇口套长度+10～20 . k( ]# [* M+ |② 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 , q1 K, V* J& }# |" @③ 止动螺栓长度决定 " s* k+ V. N8 C" B( b5 N8 p& p* T3 YL=固定侧型板厚+S1 ④ 止动螺栓头部长度决定 + X9 N9 Z) m9 J2 f. G⑤ 支撑导柱长度决定 L=固定侧型板厚+S1+流道板厚+S2+固定侧座板厚   s4 t$ U, r9 D& ~6 A4 b8 b⑥ 拉料勾长度决定 ⑦ 流道顶出装置决定 ⑧ 浇口套周边机构决定 ⑨ 要做到使成形品顶出后自然落下的模具布局 $ `, a1 f! L5 i! V4 r' c6. 浇口套采用PUNCH市贩品 7. 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. . m; k, T" g6 a' }8. 流道从流道板顺利脱出的方法: ' a' m% s. l7 U: I/ q采用RUNNER EJECTING SET(MISUMI市贩品) % u- J$ |4 w# ]/ h$ k' S) O# [6 d9. 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.   Z2 `0 B$ d$ z" K" f7 X10. 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。 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。 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。 11. 顶出部分的配置 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。 12. 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。 ; ^  p& w4 k! m( i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。 + q' P! p, @7 x2 C+ C+ i% m对于锥度来说，采用片侧1°比较好。 13. 定位圈的配置 结合成形机仕样，采用PUNCH市贩品。 * L" |& ]8 g& }2 Q8 r14. 排气道的配置 # n3 R) h) p2 C) m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。 & o8 ~/ \0 y$ Z15. 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。 & {8 _, D" Y! m/ g6 I, H. l, t16. 部品番号的确定 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 3 F+ m) v$ v0 j4 `+ e至此，金型的构造设计基本完成。四.部品图设计 * [  l* x8 O# x* R) U2 G" H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： ⑴设计需加工的部品图面。 ⑵外构件追加工部品图面。 ⑶购入部品仕样书。 1. 型腔部分的设计： ⑴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 4 j# b8 B) _: l根据成形品基本图来决定，并考虑以下方面： ① 成形品寸法公差。 ( y7 B1 c1 U) ?* U! `② 与别的部品之间的关系（配合）等。 " [7 f- ^  d) m% S0 H+ j% Z1 V③ 便于金型的修正。 $ y% t6 W# Z1 X% N2 Q4 l, N  u④ 机械加工方法所能达到的加工能力。 & V. _6 x2 A* p: R6 v+ P: a⑤ 加工费用。 ⑥ 其他。   }: L; _) x7 D- M, @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 & i+ s* L8 A4 `3 L8 o0 o⑸固定方法 ⑹材质、硬度的决定 ; _1 N; p6 q; w7 s+ W2 Z考虑以下方面： 4 l9 A  K/ C6 J. L* }& n① 成形品的形状、寸法精度维持机能。 4 V; I  b) T  |/ g1 g6 j8 Y9 O. t② 成形品表面品质决定机能。 9 B- S# O3 b7 d③ 耐冲击，刚性、强度要足够。 ④ 耐腐蚀性。 $ B; @' [  o' ?' Z  ^4 u⑤ 耐磨性。 ⑥ 机加工性。 ⑦ 镜面特性。 ! w- Z$ v4 k0 u7 N⑧ 热传导性。 ⑨ 热处理性。 ⑩ 材料价格。 2. 固定侧型芯的设计 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。 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。 8 I) d- a4 e+ O! c$ ], a五.检图 4 Y8 K/ P; |! @  d4 g# K' t4 j6 u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。 " Z/ Y1 G4 j0 ^. u' B) t/ R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：   H4 @0 k5 z& p2 y+ _3 s9 ]⑴详细设计、重要设计检查时，最好在精力充沛时进行。 - j: |- k' M! e! d% i8 V0 s⑵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。 2 @/ W! j5 `/ u# y* l3 o5 K⑷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。 ⑸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。 7 [$ w6 V+ l- V9 c/ ^5 L/ |检图工作主要内容如下： ( Q- K, N! X: D1. 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。 4 C* e* |+ J3 \- d0 e⑵金型取数是否合适。 . J$ r# F6 B' G9 X7 W7 ^7 `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？ 2 v% a- @7 Q& c2 d% K⑹成形品生产成本是否在预算范围内？ ⑺金型纳期可否完成？ " g+ O* D$ w, u: f5 a, m⑻为保证纳期，是否采取了合理的措施？ ( A: F* \4 `8 ^0 k⑼成形品型腔可否顺利脱出？ 4 n2 w# N+ d3 e( U⑽成形品型芯可否顺利脱出？ ⑾浇口、流道的配置有无不当？ 9 E) v1 e+ n8 s0 X⑿冷却水道有无干涉处？ ⒀支撑柱、顶杆、定出导向柱有无干涉？ 2 t% t' V) T# I* v8 B" U⒁成形收缩率计算是否正确？ ⒂镶件分割方式是否正确？ + x3 S) [0 ?& p, o' T9 G5 v5 W⒃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？ # _* E. w; q2 ~; S# P* `+ j⒅其他特殊要求是否满足？ 8 H% [6 U! E* a! I2. 金型构造方面的检讨 ⑴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？ ⑶型芯、型腔离型对策正确与否？ # ?' I1 C; q5 w8 Q⑷滑块与滑动型芯的设计是否正确？ ⑸配合处公差是否正确？ 0 Q" |: L8 R+ u  Q; s! r" J⑹排气道是否合适？ ⑺配合间隙是否合适？ # P/ j! Y8 x" |* q( W* M⑻装配时是否困难？ ⑼拆卸是否方便？ ⑽对白化现象有无预防？ 2 u4 ^$ G* |$ g1 W$ _, h9 _⑾两侧各部件之间有无干涉？ $ Q, _6 Z! X6 o: t$ A9 |5 p3. 进行详细检讨的部分： 5 l1 D9 k/ M# c! G- s$ g⑴有无尺寸相互不一致处？ ⑵断面形状正确与否？ * x1 u) y. o4 q8 ^' Y1 ?⑶部品个数是否正确？ ⑷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？ ⑺浇口形状是否合适？ ⑻加工方法是否经过妥善考虑？ 4 O5 h8 P; K+ t. w7 s6 Y- v! U) {⑼电极设计是否正确？ * O. G5 s4 t5 Y! i⑽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 ^  _, o% I2 a1 G9 v  r- g⑿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？ 9 S7 L# j: J6 A8 J# F⒁机械加工性是否适当？