【文章內(nèi)容簡介】 的設(shè)計(jì)制造水平不斷提高。性能穩(wěn)定的設(shè)備、合理的生產(chǎn)工藝、高質(zhì)量的模具是生產(chǎn)高質(zhì)量制品的必備條件。三、塑橡模具的結(jié)構(gòu)類別及使用設(shè)備（一）、塑料橡膠模具分類不同成型方法成型的制品使用的模具結(jié)構(gòu)與成型原理是不同的。按成型加工方法的不同，橡塑成型模具可分為以下幾大類。1． 注射成型模具在注射機(jī)的料筒內(nèi)加入物料，物料在注射機(jī)螺桿或柱塞的作用下，向前輸送，經(jīng)螺桿和外部加熱裝置的作用，由固態(tài)變?yōu)槿廴跔顟B(tài)，然后在注射機(jī)螺桿或柱塞的作用經(jīng)模具的澆注系統(tǒng)注入型腔中定型。塑料中熱塑性塑料多用注射模具生產(chǎn)，橡膠制品中也越來越多的使用注射模具生產(chǎn)。特點(diǎn)：模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜、適用于生產(chǎn)大型、厚壁、薄壁、形狀復(fù)雜、尺寸精度高的制品；生產(chǎn)效率高、質(zhì)量穩(wěn)定、能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)。 圖231 注射模具結(jié)構(gòu)2． 壓制成型模具將物料直接加入敞開的模具型腔內(nèi)，然后合模施壓。物料在模具中經(jīng)熱和壓力的作用成為熔融狀態(tài)，經(jīng)過物理或化學(xué)變化物料硬化定型。橡膠制品目前多采用壓制成型的方法生產(chǎn)。特點(diǎn)：模具結(jié)構(gòu)簡單，通用性強(qiáng)、使用面廣、操作方便。圖232 壓制模具結(jié)構(gòu)3． 擠出成型模具擠出成型模具又稱機(jī)頭。在擠出機(jī)中的物料經(jīng)螺桿旋轉(zhuǎn)向前輸送，在料筒加熱裝置的作用下，由固態(tài)變?yōu)槿廴跔顟B(tài)，經(jīng)擠出機(jī)機(jī)頭擠出成型。隨著機(jī)頭斷面形狀的改變可生產(chǎn)不同斷面形狀的連續(xù)制品。 特點(diǎn)：生產(chǎn)效率高、質(zhì)量穩(wěn)定、能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)。圖323擠出模具結(jié)構(gòu)4． 塑料中空吹塑成型模具塑料中空吹塑成型根據(jù)成型工藝方法可分為擠出成型和注射成型等多種。擠出成型就是將擠出機(jī)擠出的熔融管胚放入模具中，模具閉合夾緊，然后在管胚中通入壓縮空氣，使料胚膨脹貼緊模具定型成型。注射成型就是把注射機(jī)生產(chǎn)的型材放入模具中加熱并使之軟化，然后通入壓縮空氣，使料胚膨脹貼緊模具定型成型。 特點(diǎn)：模具受力小，模具結(jié)構(gòu)相對來講簡單，可成型用其他方法不能成型的制品。圖324 塑料中空吹塑模具結(jié)構(gòu) 除以上常用的模具外，還有壓鑄成型模具，塑料真空或壓縮空氣成型模具，塑料發(fā)泡模具等等。圖325 壓鑄模具結(jié)構(gòu)圖326 塑料真空或壓縮空氣模具（二）、設(shè)備簡介1． 注射成型機(jī)2． 平板硫化機(jī)3． 擠出成型機(jī)4． 塑料中空成型機(jī)第一節(jié) 概述利用塑料注射成型機(jī)成型塑料制品的模具就是塑料注射模具，其結(jié)構(gòu)由制品的形狀及注射機(jī)形式?jīng)Q定的。注射機(jī)成型的原理及特點(diǎn)在第二章中已有表述。塑料注射模具是塑料制品中應(yīng)用最廣的，由注射模具生產(chǎn)的制品已占塑料產(chǎn)品的80%以上。注射模具在結(jié)構(gòu)上也是塑料模具中最復(fù)雜的。掌握注射模具的基本結(jié)構(gòu)，其它模具也就觸類旁通了。注射模具安裝在注射機(jī)上生產(chǎn)，因此模具設(shè)計(jì)要和注射機(jī)的規(guī)格相聯(lián)系，同時(shí)也與制品的要求、生產(chǎn)要求有關(guān)。 圖311為單分型面塑料注射模具的結(jié)構(gòu)形式。它主要由六部分組成。圖311 單分型面塑料注射模具 （一）、澆注系統(tǒng) 將塑料熔體由注射機(jī)引向模具成型部分的通道稱為澆注系統(tǒng)。它分為普通澆注系統(tǒng)和熱流道澆注系統(tǒng)。普通澆注系統(tǒng)由主流道、分流道、澆口、冷料井組成。圖311為普通澆注系統(tǒng)的模具結(jié)構(gòu)。 （二）、成型零部件 成型制品的部分，它由型腔和型芯組成。是模具設(shè)計(jì)好壞的關(guān)鍵，它涉及到模具的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、成型零部件的尺寸計(jì)算、強(qiáng)度計(jì)算等。 （三）、導(dǎo)向部分 導(dǎo)向裝置的作用是確保動(dòng)模與定模在生產(chǎn)過程中閉合的準(zhǔn)確性，從而保證制品的質(zhì)量。由導(dǎo)柱和導(dǎo)向孔組成。大型模具或頂出零件比較多的模具在頂出板上也設(shè)有導(dǎo)向部分，目的是保證頂出過程中的準(zhǔn)確性。 （四）、頂出部分 塑料注入模具經(jīng)冷卻定型后，由模具的頂出裝置頂出。實(shí)現(xiàn)模具的下一次注射。根據(jù)制品的結(jié)構(gòu)形式頂出結(jié)構(gòu)有簡單頂出、二次頂出結(jié)構(gòu)等。 （五）、排氣系統(tǒng)在注射過程中把型腔內(nèi)氣體排出模具以外。保證制品的完整成型。（六）、冷卻加熱系統(tǒng)為了保證注射工藝對模具溫度的要求，模具設(shè)有冷卻加熱系統(tǒng)。普通澆注系統(tǒng)的模具設(shè)冷卻系統(tǒng)；熱流道模具的澆注系統(tǒng)設(shè)加熱裝置，成型部分設(shè)冷卻系統(tǒng)。第二節(jié) 澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)一、概述澆注系統(tǒng)是指模具中從注射機(jī)噴嘴開始到型腔為止的流動(dòng)通道，它分為普通澆注系統(tǒng)和熱流道澆注系統(tǒng)。澆注系統(tǒng)對制品性能、外觀質(zhì)量和成型難易程度都有直接影響，因此在設(shè)計(jì)澆注系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)綜合考慮以上因素。 設(shè)計(jì)塑料模具時(shí)必須遵循塑料熔體的流動(dòng)規(guī)律，這樣才能使所成型的塑料制品獲得最佳的質(zhì)量。塑料在注射過程中可分為三個(gè)區(qū)段。第一區(qū)段是塑料在螺桿（柱塞）與料筒壁之間進(jìn)行的輸送、壓縮、熔融和塑化，并將塑化好的塑料熔體存儲(chǔ)在料筒的前端，這方面的理論主要研究塑料由固態(tài)變?yōu)檎沉鲬B(tài)的過程；第二區(qū)段是儲(chǔ)存在料筒前端的塑料熔體經(jīng)螺桿（柱塞）作用，經(jīng)注射機(jī)噴嘴、模具澆注系統(tǒng)進(jìn)入型腔；第三區(qū)段是塑料熔體進(jìn)入模具型腔過程中的流動(dòng)、相變和固化。注塑過程的研究主要集中在第二區(qū)段，它涉及到熔體通過澆注系統(tǒng)時(shí)所受到的剪切力及熔體表觀粘度的變化，這些都直接影響到澆注系統(tǒng)的尺寸大小、制品的質(zhì)量等。下面就從理論上簡要討論塑料熔體在此區(qū)段的流動(dòng)特性。（一）、熔體流變方程的基礎(chǔ)概念 當(dāng)塑料熔體在外力作用下經(jīng)澆注系統(tǒng)流動(dòng)時(shí)，由于各點(diǎn)的流速不同存在著剪切力。設(shè)有剪切力τ于定溫下施于相距dy的兩平行液層，使兩平行液層以du的相對速度移動(dòng)。du/dy 稱為剪切速率或速度剃度（ ）。對牛頓液體來說，剪切力τ與剪切速率du/dy成正比。τ=η （321）比例常數(shù)η稱為牛頓粘度，它是液體流動(dòng)難易程度的量度。 當(dāng)塑料在圓形流道內(nèi)作穩(wěn)定流動(dòng)時(shí)，如圖321，設(shè)在長為L半徑為R的圓形流道兩端的壓力差為ΔＰ，其任意半徑r處的熔體所受的剪切力為：τ= （322）圖321 塑料熔體在圓形流道內(nèi)的流動(dòng)情況在管壁處其剪應(yīng)力為：τ= （323）矩形流道剪應(yīng)力為：τ = 對于牛頓液體在圓管橫截面內(nèi)各點(diǎn)流速呈拋物線分布（圖321 b所示），在中心的流速最大，在管壁處流速為零，其剪切速率在中心為零，在管壁處最大，其值為： （324）式中Q：單位時(shí)間的流量，厘米 故在管壁處有：η= （325）Q = 但大多數(shù)塑料熔體屬于非牛頓流體，剪應(yīng)力與剪切速率的關(guān)系不符合式321的正比關(guān)系，恒溫下，在一定的剪切速率范圍內(nèi)，可近似地用下面的指數(shù)定律描述它：τ=K （326）式中n：非牛頓指數(shù)，表示該流體與牛頓流體的偏離程度，對牛頓流體，n=1 非牛頓流體其粘度已不在是一個(gè)常數(shù)。在圓管內(nèi)流動(dòng)時(shí)，其各點(diǎn)流速分布不再呈拋物線分布，因此管壁處的剪切速率為 乘以校正系數(shù)。 （327）為了討論方便，將 叫做非牛頓流體在管壁處的表觀剪切速率，管壁處的剪應(yīng)力 與表觀剪切速率之比叫做表觀粘度 。表觀粘度隨剪切速率的變化而變化。= 所以 （328） （329）矩形流道：式中：W：矩形流道寬度h：矩形流道深度 由上面的公式可以看出：1． 澆口斷面尺寸增大澆口斷面尺寸，有利于Q值的提高。從式中可知，Q值隨 或 成正比。但澆口斷面尺寸的增加，熔體在澆口處的流速減慢，其表觀粘度 相應(yīng)提高，Q值反而下降，所以澆口斷面尺寸的增大有個(gè)極限值，就是大澆口尺寸的上限。超過此值，會(huì)取得相反的效果。而小尺寸澆口，由于絕大多數(shù)塑料熔體的表觀粘度是剪切速率的函數(shù)。熔體流率越快， 越低，越有利于充模。另外，由于熔體流徑小澆口，部分動(dòng)能因高速摩擦而轉(zhuǎn)換成熱能，提高了澆口處的局部溫度，熔體的粘度再次降低，Q值增加。但當(dāng)剪切速率達(dá)到極限值時(shí)（一般為 1/s），剪切速率于表觀粘度便失去了依存關(guān)系，稱之為“剪切速率效應(yīng)”。超過此極限值，剪切速率在增加，表觀粘度也不在降低。此時(shí)澆口的斷面尺寸就是點(diǎn)澆口的極限尺寸。2． 澆口長度當(dāng)注射壓力恒定時(shí)，則澆口處的壓力保持不變。澆口長度短，熔體流經(jīng)澆口的阻力毫秒年兆升毫秒度減小，也就使?jié)部诘娜肟谟诔隹陂g的壓力降減小，從而使塑料熔體在澆口處的流速增大，Q值得到提高。反映在注射螺桿上，螺桿向前推進(jìn)的速度加快，也即注射速度加快。因此縮短澆口長度，在不增加澆口截面的條件下，就能提高注射速率Q值。同時(shí)由于熔體在澆口中速率的提高，也即剪切速率增加，熔體的表觀粘度 相應(yīng)降低。此外，短澆口可保持常開，有利于補(bǔ)縮。由上可知，在設(shè)計(jì)澆口長度時(shí)，選擇其最小值最好。3． 剪切速率的選擇由于絕大多數(shù)塑料熔體屬于非牛頓流體，其表觀粘度 與剪切速率的函數(shù)關(guān)系不是線形關(guān)系（如式326）。由實(shí)驗(yàn)知，在較低的剪切速率范圍內(nèi)，剪切速率的微小變化會(huì)引起表觀粘度的很大變化。這將使注射過程難于控制。導(dǎo)致制品表面不光滑，沖模不均，密實(shí)性差，內(nèi)應(yīng)力高，翹曲變形等缺陷。因此，選擇一段剪切速率，使其的變化對表觀粘度的影響最小，這樣有利于注射過程的控制。一般來說，剪切速率取最高值，對粘度的影響最小。所以，注射過程的剪切速率通常取 ～ （1/s），而且盡可能提高。4． 表觀粘度的控制在注射過程中，當(dāng)沖模不滿，除增大注射量和提高注射速度等工藝條件外，降低塑料熔體的表觀粘度是比較好的方法。降低粘度的方法之一是升高溫度。而升高溫度則帶來熱量損耗的增加和冷卻時(shí)間的延長，溫度過高還會(huì)引起塑料的分解。二是提高剪切速率。但剪切速率的提高也不能超過其極限值。提高剪切速率的方法，一是提高注射壓力，二是減小澆口尺寸。 綜上所述，一般情況下，薄壁、小型等制品采用小澆口尺寸對制品的沖模及制品質(zhì)量是有利的；而大型、厚壁、粘度高的熔體則采用大尺寸澆口。二、普通澆注系統(tǒng) （一）、普通澆注系統(tǒng)的組成普通澆注系統(tǒng)由主流道、分流道、澆口、冷料井組成。它的作用就是使注射機(jī)噴嘴射出的熔融塑料流入型腔。澆注系統(tǒng)組成部分如圖322。1—主流道 2—分流道 3—澆口 4—冷料井圖322 澆注系統(tǒng) 主流道是指緊接注射機(jī)噴嘴到分流道為止的那一段流道，熔融的塑料進(jìn)入模具時(shí)先經(jīng)過它。 分流道是指把主流道的融料引入各個(gè)型腔的流道。對普通澆注系統(tǒng)而言，它開設(shè)在分型面上。 澆口是指在分流道的末端將融料引入型腔的流道。 冷料井就是為了避免冷料堵塞澆口或進(jìn)入型腔而設(shè)置的。在每次注射中，前鋒的料流首先與溫度較低的模具接觸，從而造成料流前端存在一些低溫料，常稱冷料。冷料井一般開設(shè)在主流道或分流道的末端。 （二）普通澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)1．主流道的設(shè)計(jì) 由于主流道首先與高溫、高壓的融料以及和注射機(jī)的噴嘴反復(fù)接觸，為增加主流道的耐磨性和耐腐蝕性主流道部分常設(shè)計(jì)成可拆卸的主流道襯套，又稱澆口套。對于模板尺寸較小的模具可直接在模板上加工主流道。大型模具中為了主流道加工的方便；另外有些模具的定模板有幾塊板組成，為了防止開模時(shí)模板的縫隙留有溢料無法使主流道順利脫出，也設(shè)計(jì)有主流道襯套。澆口套與定模板的配合一般取過渡配合（H7/k6）或過盈配合(H7/m6)。常用的主流道襯套的結(jié)構(gòu)如圖323所示。圖323 主流道襯套結(jié)構(gòu)在主流道結(jié)構(gòu)中，為了使凝料順利脫出，主流道設(shè)計(jì)成圓錐形，具有2o～6o的錐角，澆口套長度長,其夾角小些,澆口套長度小,其夾角可大些，澆口套內(nèi)壁表面粗糙度值一般在 以下，小端直徑應(yīng)大于注射機(jī)噴嘴直徑1毫米。主流道與噴嘴接觸處一般成半球形，為使兩者緊密配合，避免注射時(shí)的融料溢出，球面半徑應(yīng)比噴嘴半徑大1～2毫米。在小端直徑和錐角一定的情況下，大端直徑也就確定了。然而，有些情況下要確定大端直徑的大小，以滿足熔體體積流率的充模要求。大端直徑可由下列公式計(jì)算。 D=2( ) (cm) Q—流經(jīng)該流道的熔體體積流率，cm /s；Q= D—圓形流道截面直徑，cm；g—熔體在該流道內(nèi)的剪切速率，1/s，圓形截面流道 g=510 ； 為滿足注射成型的需要，注射機(jī)最大熔體體積流率必須大于注射該制品的熔體體積流率。2．定位環(huán)的設(shè)計(jì) 定位環(huán)起模具與注射機(jī)定模板定位孔定位的作用。目的一是支撐模具，二是使模具中心與注射機(jī)噴嘴中心一致。澆口套與定位環(huán)相配合的結(jié)構(gòu)見圖324。當(dāng)定位環(huán)尺寸較小時(shí)，可把定位環(huán)與主流道襯套做成一體。定位環(huán)用螺釘使之與模具連接。當(dāng)澆口套在注射過程中受力很大時(shí)，為減少螺釘?shù)氖芰?，可把定位環(huán)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成如圖325所示。圖334 定位環(huán)結(jié)構(gòu)圖325 定位環(huán)的另一種結(jié)構(gòu) 定位環(huán)外徑為注射機(jī)定模板定位孔直徑，定位環(huán)與澆口套的配合一般取間隙配合，常用的有H7/f6。定位環(huán)凸出定模板的高度一般在20毫米以下。緊固定位環(huán)的螺釘一般選MM8，數(shù)量2～3個(gè)。3．分流道的設(shè)計(jì) 分流道是連接主流道與型腔的通道。分流道的形狀有圓形、半圓形、梯形、U形等，從壓力傳遞的角度講：要求流道截面積最大；從熱傳導(dǎo)的角度講：要求流道外周長度最小。判斷分流道形狀優(yōu)劣的標(biāo)準(zhǔn)是流道的比表面積。比表面就是流道的截面積與外周長之比。比表面積小，熱量損耗小。 常用的分流道的斷面形狀與尺寸見表21所示。表21分流道斷面尺