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畢業(yè)設計(論文)外文資料翻譯
系 別： 機電信息系
專 業(yè)： 機械設計制造及其自動化
班 級：
姓 名：
學 號：
外文出處： 施普林格出版社
附 件： 1. 原文； 2. 譯文
2013年03月
一個典型的注塑模具設計指南
2 February, 2008 (11:31) | Mold design | By: Elito Aviles
This checklist can be used as a general reference guide for injection mold design engineers.這份清單可以用來作為注塑模具設計工程師一般的參考指南。It is divided into 3 parts of a mold design process.一個模具的設計過程它分為三部分。
Part 1 - Requirements to start your mold design:第1部分-模具設計須知：
1．Check the injection machine where the mold is to be mounted.檢查安裝模具的注塑機， This will help you decide the size and structure of the mold for ease of installation and other factors.這將幫助您確定模具的尺寸和結構，為了方便安裝。主要考慮以下幾方面主要zhuyao 主要：
Locating ring size (or other positioning method)定位環(huán)大小（或其他定位方法）
Nozzle size噴嘴尺寸
Method of clamping (Auto or manual)夾緊裝置（自動或手動）
Temperature control system溫度控制系統(tǒng)
2．Determine the number of cavities and volume requirements.確定型腔的大小和體積要求。 This will help you decide the material that you are going to use and other mold components that you will choose for cost effective design.這將幫助你確定所需的材料和優(yōu)化的模具結構。
3. Determine the gate location and size.確定澆口位置和大小。
4．Determine the location where ejector pin marks are prohibited.確定頂桿的具體位置
Part 2 - Mold base layout:第2部分-模具初始布局：
1．講將型腔定位在緊挨模具中心的位置以減小尺寸和流道長度
2．Ensure that the molded part remains on the movable half (ejector half) upon opening of PL to facilitate proper ejection.確保模塑部分在動模部分，分型線方便開模
3．水路
水路水路應該盡可能的均勻地定位在型腔周邊
4．頂針在型腔凹面的下面
5．利用小頂針和矩形頂針模具的頂出指南
6. 利用利用眼螺栓孔，便于安裝和拆卸。
7. 安裝模具打開防鎖裝置安裝
安裝
8. 為了使模具在組裝和維修時容易打開在分型面的拐角處建立凹槽Establish pry bar groove on the corners of the mold parting line to facilitate ease of mold opening during assembly and maintenance.
By this time you may ask for the mold layout approval from the customer.這個時候，你可能會問，模具機構是否得到顧客的確認
Part 3 - Cavity/core details:第3部分-型芯和型腔部分：
1．Check material shrinkage.檢查材料收縮。 Locate portions (corners) for possible significant deflection and deformation.尋回部分（角落） ，有可能顯著偏轉和變形。
2. Maintain uniform wall thickness.保持均勻壁厚。
3. 土之角度須符合尺寸公差。
4. 隔開
隔開型芯板是為了加工方便和排氣道
5. 澆口
澆口、型芯和型芯閉合系統(tǒng)組成的嵌入機構的設計的更好是為了修改和修理方便
6. 留意型芯的變形
7. 為了射出平衡，顧客定位好定位定位好頂桿位置
8. Detailing/part drawing: Include all parameters needed for processing -material, quantity, surface finish/texture, dimensions, tolerances and many more.詳述/零件圖：包括所有必要的參數(shù)，為加工型材料，數(shù)量，表面光潔度/質地，尺寸，公差和許多更多。 Do not assume the machinist understands everything.不要以為機械師明白一切。
Any design change and amendments to the mold must be re-approved by the customer or mold owner.任何設計變更和修改模具，必須經過顧客和模具使用者的同意
Few extras that could make your mold one step further in terms of quality:幾個小改動，可能會讓你的模具質量大大提高
標準的臥式注塑機通過固定模板中心的流道將熔融樹脂注入到模具中。注塑模具的澆注系統(tǒng)通常包括主流道、分流道和澆口，熔融樹脂最后通過澆口注入到模具的型腔中。下面將對澆注系統(tǒng)的各個部分進行詳細論述。
一、 主流道
主流道，與注塑機噴嘴在同一水平軸線上并與其相連接，將熔融塑料注入到模具中的理想位置，通常注入至分型面。澆口套通常作為獨立零件固定在模具上，以使熔料更準確的注入到模具型腔中（如圖1）。澆口套中主流道與注塑機接觸處作成半球形的凹坑，二者應嚴密配合，避免高壓塑料熔體從二者之間溢出，凹坑球半徑應比噴嘴球頭半徑大1～2mm。澆口套中流道垂直于分型面，為便于流道凝料的脫出，將流道設計成圓錐形，錐角從小端直徑開始以1/32英寸的增量從5/32增加到11/32。
流道的設計將影響到模具的生產效率及其加工難度。在大多數(shù)注塑模具中最大的溢料問題就是發(fā)生在注塑機噴嘴與模具澆口套接觸的間隙處。這個區(qū)域是所有澆注系統(tǒng)中熔體流動速度最高的，一個合理的細直徑流道可以產生較大的材料剪切作用，促使物料的進一步熔融，而且可以增大物料的充填速度和壓力，減少制件的表面缺陷。主流道小端直徑應比注塑機噴嘴孔直徑約大0.5～1mm，避免物料在二者接觸的地方冷凝成比主流道直徑大的凝塊，使主流道凝料無法脫出。主流道直徑的大小很大程度上決定著物料容積流量、注射量的大小、充填速度，同時影響到特定流動特性樹脂成型所需要的容積流量。尺寸較大的制件和需要高充填速度的制件要求主流道的直徑較大，以避免物料過量剪切帶來的問題。通常情況下，無定形樹脂和混合物如PC、ABS以及PC/ABS合金等成型時所需主流道和分流道尺寸要大于半晶質樹脂如PA6、PBT等所需的尺寸。圖2所示為典型非晶拜爾樹脂成型時所需的主流道尺寸與總注塑量和預計充填時間的關系。因為主流道中剪切速率達到最高發(fā)生在小端口以下2英寸的地方，在這個地方同時會產生大量的剪切熱，而且會造成壓力損失，圖中所反映的結果適用于不同長度的流道。在一定程度上制件的幾何形狀會影響到充填時間。例如，具有壁厚不均勻特點的制件在注塑時就需要較高的充填速度，以此來避免制件薄壁處的提前冷卻凝固，對制件的質量造成影響。其他幾何形狀的制件則需要較慢的充填速度來避免制件表面缺陷的產生或超過模具鎖模力的要求，發(fā)生事故。
主流道大端的直徑隨著流道的長度增加而增大，標準的主流道錐角一般為
2°～4°，因此長度增加將導致其大端直徑的增大。而較大的主流道直徑將使冷卻時間加長，也因此還增產成型周期，同時還會增加修模問題。
熱澆道注塑模中的主流道杯就可以解決這些問題。熱流道澆注系統(tǒng)采用加熱的辦法或絕熱的辦法，在整個成型周期中從主流道入口起到型腔澆口止的流道中塑料一直保持著熔融狀態(tài)，縮短或取消了澆注系統(tǒng)凝料。此外，有些模具結構中通過增加注塑機噴嘴伸入到模具中距離減短主流道長度，因此縮短了成型周期，省去了脫澆注系統(tǒng)的時間和有時為了冷卻粗大的澆注系統(tǒng)所需要耗費的時間。
二、 分流道
與主流道不同，分流道將從主流道過來的熔融塑料眼分型面引入各個型腔的那一段流道，因此開設在分型面上。分流道的設計直接影響到制件的質量和模具的生產效率。過于粗大的分流道將會增加不必要的成型時間，延長成型周期，并且會增加其加工制作的經濟成本。反之，過于細小的分流道會增加注塑壓力，也會增加加工難度和成本。優(yōu)良的分流道設計應兼顧到使各個型腔的同時充滿并均衡的補料，模具設計的可行性以及盡可能降低澆注系統(tǒng)凝料的重量。熔融塑料在流經分流道的過程中由于模具模板對熔料的熱量汲取使得熔融塑料進一步冷卻。分流道增加了流道的總長度，塑料在流道中的阻力增大，增加了注塑過程中的壓力降。圓形斷面的分流道比表面積最小，因此熱量損失小，阻力小，延長了熔料的凍結時間。由于加工的精度使得圓形截面與理想的圓形截面有偏離，造成各自的性能降低（如圖3）。圓形截面的分流道需要同時在動模和定模上切削加工，而且要相互吻合，因此制造比較困難。一個較好的改變是將流道制成U形斷面，這樣就只需要在一個模板上加工，節(jié)省機械加工費用。實際上，斜邊與分型面的垂線呈10°斜角的梯形截面分流道，熱量損失和阻力損失均不大，幾乎能達到圓形截面分流道的作用。分流道澆注系統(tǒng)要消耗至少40%的注塑壓力。而這些壓力的損耗基本上是在流道長度上的壓降造成的。通過優(yōu)化到各個澆口的線程即可縮短分流道的長度。例如，可以將帶有轉角的流道設計成對角形式或改變型腔的位置來縮短分流道的長度。
在設計多型腔模具的分流道時應特別注意。在一次填充成型一個組合件的不同制件時，分流道的設計必須滿足使所有的制件在同一時間完成充填，以避免首先填充的型腔過度充填或形成飛濺，減少制件的收縮變形以及其他的制件質量問題?？梢钥紤]利用計算機填充模擬分析來優(yōu)化分流道的形狀和尺寸，保證各型腔同時充填，并均衡地補料（如圖4）。同樣的計算機分析模擬應用于多澆口制件的成型中。同一制件的多型腔模具加工中，分流道對應部位必須作成同一尺寸使得各個型腔充填在同一時間內完成。
平衡式分流道要求從噴嘴到各型腔澆口的距離是相等的。輪輻式的分流道設計在小制件的成型中效果較好。但當型腔數(shù)量和大小都增大的時候，這種形式的分流道設計顯然效果較差（如圖5）。
通常在設計中采用行列式布置型腔，而不多采用圓周式布置。行列式型腔布置通常要求分流道有一主要的支流再加上一個二級流道分支最后連接到每個型腔中。所謂平衡式布置就是指從主流道到各型腔的分流道和澆口的長度、形狀、斷面尺寸都是對應相等。這種布置形式通常要求型腔的數(shù)目為2的倍數(shù)，如2、4、8、16、32等。如圖6所示。通常分流道的直徑尺寸隨著型腔數(shù)目的增加從主流道起到各型腔的澆口越來越小，以此來分攤來自主流道的熔融塑料。假設熔料是不斷地等量、等壓的注入到模具中，則可近似的認為在每個分流道的分支處將平均的使熔料進入到型腔中。模具流道中熔融塑料的流動速率將限制型腔的數(shù)目，因為如果沒有足夠的充填速率和充填壓力有的型腔則不能完全的充滿。
人為均衡的平衡式分流道同樣可以使各型腔同時充填，而且還大大縮減了分流道的容料體積。這類分流道是改變非平衡式的分流道各段流道的斷面尺寸，使從主流道到各個澆口的壓力降相等。例如在階梯形分流道系統(tǒng)中，最常用的人為均衡方法就是將第一級分流道直徑加大，使流入第二級分流道中的熔體能等量的同時進入到各個型腔中。第二級的分流道也加工成較小的尺寸以達到最短的充填距離（如圖7）。這種設計須通過合理的改變第二級分流道尺寸并且要有足夠的流道長度使各型腔平衡進料。在設計中，通常第二級分流道的長度不得小于從主流道與分流道連接處到型腔澆口這段流動距離的1/5。
在三板式模具中，熔融物料首先經過第一分型面（成型分流道的主干部分）然后沿著垂直于第一分型面的分流道分支部分進入到第二分型面（成型制件）。通常將從分流道主干部分到澆口的那段分流道表面做成錐形表面，錐角一般做成2°～4°，這樣設計可以便于將流道系統(tǒng)凝料脫出。但也要避免長距離的錐面，因為距離增大會過度減小分流道與澆口連接處的流道直徑，那樣將增大充填阻力，使得壓力降增大。此外，在設計三板式模具的分流道系統(tǒng)時應在分流道主干的兩端設計一個拉料桿，這樣做的目的是使流道系統(tǒng)凝料在第一分型面打開時就將流道凝料從制件上脫離，然后第二分型面打開將制件頂出。但要確保這個拉料桿不會影響到熔料在流道中的流動。圖8所示為三板模分流道以及澆口的設計原則。
三、澆口
除了在熱流道模具中，主流道直接與模具型腔相通無需分流道，一般情形下，分流道與型腔是通過澆口相連接的。澆口是澆注系統(tǒng)的關鍵部位，其形狀和尺寸對塑件得質量影響很大。澆口在大多數(shù)情況下是整個流道中斷面尺寸最小的部分，主要起著兩大作用。首先，澆口對充模流動起著控制作用。它可以冷卻熔融塑料并且可以防止已填充到型腔中的熔料回流到流道中。而且在制件和流道中的熔體固化之前澆口可以繼續(xù)保持填充壓力，對型腔進行壓力保持，進一步的對型腔進行補料，這樣可以保證制件的質量。其次，澆口是流道系統(tǒng)中斷面尺寸最小的部分，成型完成后制品與澆注系統(tǒng)在澆口處分離。大多數(shù)形式的澆口都是直接開設在分型面上。
常見的邊緣澆口（如圖9）具有矩形或接近矩形的斷面形狀，開設在分型面上，從制件的邊緣進料。在設計拜爾熱塑性塑料成型所用的邊緣澆口時，澆口的厚度和從分流道邊緣到型腔邊緣的長度都要有所限制，最大不得超過0.06英寸。
邊緣澆口的優(yōu)點是澆口便于加工，易保證加工精度，而且試模時澆口的尺寸容易修整，適于各種塑料品種。它的最大特點是可以分別調整充模時的剪切速率和澆口封閉的時間。澆口封閉時間即補料時間，主要由澆口的厚度決定。當厚度決定后，根據(jù)塑料的流動性能選擇適當?shù)眉羟兴俾屎土鲃铀俣龋僖罁?jù)制品的重量（或體積）確定澆口的寬度，因此矩形的邊緣澆口容易調整到最佳的工藝條件。相對于其他自封閉的澆口，邊緣澆口的剪切速率較小，充填阻力小。因此邊緣澆口更適合于剪切敏感材料、高粘度物料、高表面質量要求的制件和大體積的制件。
扇形澆口和平縫澆口是邊緣澆口的變異形式（如圖10）。常用來成型寬度較大的薄片狀制品。扇形澆口在成型壁厚較厚的制件時要比標準的邊緣澆口有更好的充填性能和制件質量。扇形澆口使物料在橫向得到均勻分配，可降低制品的內應力和空氣卷入的可能性，能有效地消除澆口附近的缺陷。常用的尺寸是深0.25～1.6mm,寬度從6mm至該澆口所在邊型腔寬度的1/4。澆口的橫截面積（垂直于料流方向的斷面積）不宜大于分流道的橫截面積。平縫澆口更適合于成型大面積的扁平制件。物料以較低的線速度平行地均勻地進入型腔，降低了制件的內應力，特別是減少了因取向而產生的翹曲，提高了制件的質量。
直角澆口（或護耳澆口）是邊緣澆口的另一種變異（如圖11）。塑料熔體沖擊在凸出塊對面的壁上，從而降低流速，改變流向，避免了噴射，使物料均勻地進入型腔。護耳澆口的凸出塊在制件成型后可予以切除，在不影響使用的情況下也可以不除去。此種澆口常用于聚碳酸酯、ABS和有機玻璃等塑料的成型。特別適合于成型要求高的透明制品。
邊緣澆口也可以延伸到制件的平行邊緣（如圖12）。這種澆口設計形式為Z形分流道加上較寬的澆口以及分流道末端的冷料井，可以使熔料均勻的注入制件型腔中，避免了制件的質量問題。此外還有一種設計形式，就是可以在制件的邊緣一側進行澆注，此時澆口可以連接在制件的邊緣下端（如圖13）。
潛伏式澆口（又名隧道式澆口）由于避開了分型面在制件的側面或背面較隱蔽處進澆，因此不會在制件的表面留下澆口痕跡，不致影響到制件的美觀。由于此類澆口的獨特設計，進澆點潛伏在分型面的下方，沿斜向進入型腔，在動定模分型或推出時流道和制件被自動切斷，如圖14和圖15所示。由于流道可以自動切斷，故分型或推出的時候必須有較強的力量，而且在動模一側必須安裝有拉料桿，這樣才能使流道在自動切斷的時候不跟隨制件一起脫出。流道與澆口連接的過渡地方必須有柔性以使流道凝料輕易地從模具中拔出。如果分流道過于粗大使得凝料變得脆硬或者是拉料桿離進澆口距離太近，就會造成流道凝料在自動切斷時拉傷模具表面或流道凝料的部分留在模具中堵塞了流道。因此對于強韌的塑料，潛伏式澆口設計是不適宜的。通常情況下拉料桿的位置應至少遠離進澆口兩倍以上分流道直徑?？拷颓坏牧鞯肋吘壉仨氉銐虻匿h利，這樣才能徹底干凈的流道凝料切斷并去除。如果成型材質比較脆硬的材料如玻璃或成型比較柔韌的塑料時，須對澆口處進行硬化處理如局部淬火或鍍硬質金屬，以削弱制件成型完畢后推出時對模具的磨損?；蛘呤窃谶M澆口處做一個硬質嵌件，可以在磨損失效后方便地更換。潛伏式澆口設計成錐體形，加工較方便，而且錐角必須足夠大，以方便流道凝料脫出，而且分流道的錐度也必須在一定的角度范圍內（如圖16）。
改進的潛伏式澆口（如圖17）是將進澆口處做成一個截頭圓錐，其中一角與型壁相交貫通形成澆口，該分流道較粗，可以降低壓力降，減弱熔體的剪切。利于補料，保證制件的成型質量。
圓弧形潛伏式澆口是從制件上平行于分型面的內側表面上進料。如圖18所示。此類澆口的加工與其他形式的潛伏式澆口的加工方式不同，需要在模板里切削或利用點火花加工出圓弧狀的分流道，因此加工較為困難。在注塑過程中熔融物料必須經過這段圓弧狀的分流道注入到澆口處。這種澆口適合與在注塑溫度下仍然具有一定彈性的塑料，如PC、ABS以及一些其他的非結晶樹脂。應避免將這種形式的澆口應用到成型硬脆或有較大剛度的塑料材料。這種澆口通常適合應用在扁平塑件的成型中。圖19所示為圓弧形潛伏式澆口的設計原則。
點澆口是將熔融塑料直接從制件上平行于分型面的上表面注入到型腔中。點澆口是一種尺寸很小的澆口，物料通過時有很高的剪切速率，這對于降低假塑性流體的表觀黏度是有益的，熔融物料通過小澆口時還有摩擦生熱提高料溫的作用，使黏度進一步降低。采用點澆口時，模具應設計成雙分型面的三板式模，流道凝料和塑件分別從不同的分型面取出。點澆口在開模時容易實現(xiàn)自動切斷，制件上殘留的痕跡很小。點澆口的直徑為0.4～2mm（常見為0.6～1.5mm），視物料的性質和制件的重量而定。點澆口與制件相接處采用圓弧或倒角，使?jié)部诶瓟鄷r不致?lián)p傷制件。如圖20所示。當制件尺寸較大時，可以開設幾個澆口從幾點同時進料，這樣可以縮短流程，加快進料速度，降低流動阻力，減少翹曲變形。對于薄壁制件，由于點澆口附近的剪切速率過高，增加局部的應力，甚至開裂。
盤形澆口主要用于圓筒形制件或中間帶有孔的制品，如過濾體、齒輪等，這樣的設計可以使進料均勻，在整個圓周上取得大致相同的流速。通常澆口直接與主流道相接，直接填充型腔。如圖21所示。這種澆口的缺點是流道系統(tǒng)部易去除，去除后有明顯的痕跡，會影響到制件的美觀。