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：
① 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。
% E$ _2 K5 M* m" s# H' Y8 R, D2. 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：
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 ^( k  j4 c5 }① 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 a" y7 c% S. I( a1 B5 r⑤特殊的材料和热处理要求；⑥部品壁厚较薄处（t<0.6mm）
⑦部品壁厚较厚处；⑧外观上有无特别仕样要求
2 b' o9 l: d4 O  h- @6 L  E⑨三维曲面部分；⑩设计者、日期、纳期、价格等
3. 部品立体形状的理解
' _8 O8 Q6 J3 f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。
# T$ y; R7 W6 b& t. m0 [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。
' T( L  J+ b) N  P①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
⑴浇口种类、位置、数量
) @: _  X! y" x" S( E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。
⑶成型品表面划伤等缺陷的规定
金型设计者应避免可能发生上述缺陷的金型结构设计。
- E6 X% L: W& j3 W( G+ W⑷未注公差的要求。
& g" P9 _) P: Q" a⑸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
) \+ C1 z* a; m+ E' e/ O7 p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。
  {" t" j) w7 V  |2 d; C⑺其他各视图的检讨。方法同上
- Y: |0 h2 k0 R. d- V⑻必要型缔力的检讨
$ n0 k' u& j  o. ~$ M- k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）
P：注射压力（Kg/cm2），取300～500，视成型条件而定
  H4 o( Q( B, H% jA：制品在注射方向上的投影面积cm2
; M  d- G2 _+ |% ^3 ?3 D7 ]⑽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。
% S( Y$ ~8 ]$ O& K/ e. `0 P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
⑾其他事项
0 I" M! }% ^1 j- a, E+ N2 x如客户提供的资料不全，需跟客户联系，取得全部资料。
8 @0 h" V& Z" }/ Z. N: a8 X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
) o$ j9 b( M' V; Q" ?. ^: R& P8 ]9 ]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。
下面就成型品基本图的设计手法进行讲解：
1. 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
! m0 O7 v0 D; H  `1 F" a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；
  R+ u; q- Q& g+ ?4 f$ D& t③ 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：
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
; I7 t0 N, v! o4. 浇口形状的确定
5. 分型面的确定
0 ^, ~, L5 I. e. V' B* v) v应参照下述原则:
! |7 T7 U6 b4 P+ S" C1 J① 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. 金型制作寸法的决定
- q9 c; Z8 z- D3 ?. N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
7 x: ]. q' l% d) g" u( |8 ]0 Z②片侧公差: L=3-0.2 →L0=[(3+2.8)/2]×1.02=2.96
1 D( t; Y4 V! r5 @6 H经过上述方法计算出的寸法，要经过以下两方面的补正：
- {# v' s) H- j! X① 金型制作上可修改性的补正。
② 奇数寸法的偶数化。
9 `; f7 `: ?  e2 H7 x1 Z$ v7. 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。
9 j  \; }% ^9 e- G7 L8 L) k9 R" Z; e* Q8. 拔模斜度的决定（可动侧）
/ H( s8 V# L4 P: w6 [4 k3 R8 ?3 [4 f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
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。
7 l0 s; U# Z' \  e% A④ 顶杆孔周围最小1mm壁厚保证。
! H3 P; ]( Z( v0 t2 q# p+ n1 J1 E10. 生产数的记入
# j- ]# ~7 t& I3 m2 \
  

三.金型构造设计 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： 5 v+ J! V% {. S1 v9 _$ w- b① 滑杆间距的确认 7 w2 ~: t; H9 Y8 J0 M! C金型大小不可超过滑杆间距，通常要留20mm以上的安全距离。 , O: Y% }% u  O* Z, }( N/ X) B3 V② 最小型厚的确认 , \" l  r& o+ c1 ^# }' z0 m8 c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 . g* I; U& ]$ I! c# S6 W# }④ 最大锁模力的确认 ( w5 J7 |: a; o⑤ 理论射出容量的确认 " r2 {1 x5 T/ z$ E' ]⑥ 定位圈直径的确认（以选择定位圈型号） 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 : \6 ?" C- Y. _; y# tT=最小型厚+最大开模距离-S1-S2-S 2. 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。 5 x+ k. ~' k4 m& C4 G# K0 \0 ~/ f3. 型腔壁厚度的确定 见P126～P131附录论述 " r. M7 q" B+ p5 E* b- {- M( v. Y7 }4. 模架的选择 " c- I* y' t$ }# Y' ]& d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。 5 j7 P; X$ Y. w% W6 {② 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 在模板厚度确定后，进行分型动作的检讨。 & b4 C% p& w/ b① 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 5 s% u' `- ?- @( P. |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 ' Y6 e. E& `( O2 k+ A3 r9 t③ 止动螺栓长度决定 ; }. l1 S. W3 l" VL=固定侧型板厚+S1 % o1 H2 V7 a+ \7 f④ 止动螺栓头部长度决定 ⑤ 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 / B1 Z* K6 h5 I6 E⑥ 拉料勾长度决定 " T. c1 |+ L# G+ W. f( c9 K/ f⑦ 流道顶出装置决定 ⑧ 浇口套周边机构决定 8 k% T5 a" ~" K, W# w5 ]8 h2 b+ c# U⑨ 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   M  H5 `/ F" B  Y5 p0 b7. 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.   R# i" b$ \" A( ]  q: r8. 流道从流道板顺利脱出的方法: 采用RUNNER EJECTING SET(MISUMI市贩品) , H0 ^9 Q) r9 D' \! O  a$ X9. 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. : T9 Q* j# K# V2 d4 o" s10. 冷却水孔的决定 : _; R- _3 F4 G3 G为了恒定模具温度，必须开设冷却水孔，通以冷却用水。 / h$ P  G) f9 Y- X: J# u! ^/ a4 }% k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 / q: n8 m: S, F4 _5 x) ~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 5 X. V; T. f  k, x0 J  n* N6 S本公司均采用PUNCH公司的标准部品。 + Q% L( W) G- {浇口套头部SR寸法要比注射机喷嘴的SR寸法大1mm左右。 0 P) u$ N+ U0 z% B4 M( p. \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。 % H, M2 K" B: H9 a' S' q对于锥度来说，采用片侧1°比较好。 4 ~3 I5 K9 w- O$ Z13. 定位圈的配置 + I" [2 u% I" i& e1 }) d2 z5 G% a, e结合成形机仕样，采用PUNCH市贩品。 14. 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 1 M" I8 z; E$ r# V: v9 S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。 3 S+ K0 J. c- G- y( @/ v9 ]+ f* n16. 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 % c% ^* W% ~6 w: G% K* k* h3 d3 w- a至此，金型的构造设计基本完成。四.部品图设计 : u5 K/ Y! O" x1 K5 ?$ ?- B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： ; E% }6 b8 K5 E8 w⑴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。 5 D8 V( H2 q. [) c0 O( V0 o⑵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： ① 成形品寸法公差。 ② 与别的部品之间的关系（配合）等。 0 B, x1 }) X* Z2 Q. {) M③ 便于金型的修正。 / Y/ |1 X" F" d' d: u9 ^④ 机械加工方法所能达到的加工能力。 5 c1 ~, X9 n' k. I/ a' j0 r⑤ 加工费用。 ⑥ 其他。 # D$ _0 b% w0 l$ U⑶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。 9 d- [' Z& A; ~6 T⑷浇口设计 ⑸固定方法 5 W  s! z: ~6 a+ _5 x/ D⑹材质、硬度的决定 ( x# M; U: [" n0 K- g0 }  e+ u考虑以下方面： ① 成形品的形状、寸法精度维持机能。 ② 成形品表面品质决定机能。 ③ 耐冲击，刚性、强度要足够。 ④ 耐腐蚀性。 6 S$ M6 B4 ^7 J1 X- P4 T⑤ 耐磨性。 ⑥ 机加工性。 : i+ p8 T" d9 J0 m0 V5 `# ~  T( p⑦ 镜面特性。 ⑧ 热传导性。 , T# z/ X* [% [3 k: x⑨ 热处理性。 / U7 j( d& A/ f) Y* ~: R, W⑩ 材料价格。 2. 固定侧型芯的设计 7 o2 k1 _3 g/ T4 I# Z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。 ) `# G% ~% F- T8 f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 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。 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： ⑴详细设计、重要设计检查时，最好在精力充沛时进行。 ⑵连续工作1～2小时，应休息10～15分钟，保持头脑清醒。 ; V/ t; k0 ~1 i3 }3 e% z⑶不要惧怕失败，在失败中取得成长的经验。 ⑷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。 检图工作主要内容如下：   W- E4 n. i( U* K: h1 T/ g, }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。 6 \! z" X+ G' |2 y) T( A⑵金型取数是否合适。 / {, g# C) Q3 I3 z5 a⑶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？ ) S' x: ?9 P( F" S⑹成形品生产成本是否在预算范围内？ ⑺金型纳期可否完成？ 7 J7 a) @* Y( N; `# d5 a9 o6 p⑻为保证纳期，是否采取了合理的措施？ ⑼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？ 1 Q$ O5 ^( m3 M: m* u- H. M5 L& N⑿冷却水道有无干涉处？ ⒀支撑柱、顶杆、定出导向柱有无干涉？ ⒁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？ 5 F* h6 A) b/ @2 {7 _; Y3 S⒄成形机取付仕样是否满足要求？ ⒅其他特殊要求是否满足？ 2. 金型构造方面的检讨 6 z' c( h: A( N- u⑴目前的设计正确与否，有无可以改进之处？ $ d+ [: }8 E. ~* Z. l- `/ d/ r⑵树脂流动的预想是否正确？ ⑶型芯、型腔离型对策正确与否？ ⑷滑块与滑动型芯的设计是否正确？ ⑸配合处公差是否正确？ ⑹排气道是否合适？ ( R7 Z. p: p% F; O⑺配合间隙是否合适？ ⑻装配时是否困难？ ⑼拆卸是否方便？ + G- S' q* F* N4 Y1 ?; E- C⑽对白化现象有无预防？ . T" B# w% e& |4 X% I5 c⑾两侧各部件之间有无干涉？ 4 q% v2 T" {# P% I. i* y$ B6 _3. 进行详细检讨的部分： ⑴有无尺寸相互不一致处？ ⑵断面形状正确与否？ 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？ 8 L6 p; n7 W9 R0 u⑻加工方法是否经过妥善考虑？ ⑼电极设计是否正确？ ' L) c  j* Z: }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？ ⑿废旧图面是否已被替换？ 5 Y$ r; c4 X" Y, r  F' ~$ l( ^$ t* H⒀寸法公差、表面粗糙度有无过于严格处？ 0 T5 T) x: o$ n. f  O8 a1 p3 |* e⒁机械加工性是否适当？