注塑工藝及模具設計第五講 注塑模設計（十一）

洪慎章

(上海交通大學塑性成形技術與裝備研究院，上海 200030)

（接上期）

5.9.3 常見的各種冷卻系統(tǒng)結構

由于塑件的形狀是各種各樣的，必須根據(jù)型腔內的溫度分布、澆口位置等設計不同的冷卻系統(tǒng)。

5.9.3.1 型腔冷卻系統(tǒng)結構

最常見的型腔冷卻水槽結構如圖302所示，采用鉆孔的方法比較容易加工，用堵頭使冷卻水沿指定方向流動。圖303所示為型腔開設環(huán)形冷卻水糟的形式，這種結構一定要很好地密封。圖304所示為比較深的圓形制件型腔冷卻形式。

圖302 型腔冷卻水槽結構

圖303 型腔開設環(huán)形冷卻水槽

圖304 比較深的圓形制件型腔冷卻

圖305 噴射式冷卻

5.9.3.2 型芯冷卻系統(tǒng)結構

型芯的冷卻結構根據(jù)塑件的深度、寬度等大小不同而異。除圖295至圖300所示結構外，還使用噴射式循環(huán)水路或冷卻水與壓縮空氣并用的情況。圖305所示為主要冷卻回路在定模型腔，沿澆口附近成環(huán)狀回路,型芯為噴射式冷卻。圖306所示為冷卻水與壓縮空氣并用的結構, 在推出桿內設有噴射的冷卻水路,壓縮空氣起冷卻及進氣作用。 圖307所示是為了擴大冷卻型芯的上面，使用了沒有冷卻水通孔的特殊隔板,提高了冷卻效果。

圖306 冷卻水與壓縮空氣并用的結構

圖307 特殊隔板冷卻型芯結構

5.9.4 加熱裝置的設計

當注塑成型工藝要求模具在80℃以上工作時，模具中必須設置有加熱功能的溫度調節(jié)系統(tǒng)，換句話說，就是模具中必須帶有加熱裝置。根據(jù)熱源不同，模具加熱裝置的種類很多，如采用各種熱水、熱油和蒸汽的加熱裝置以及各種電加熱裝置等。除了電加熱之外，對于各種加熱介質，均需要在模內開設相應的循環(huán)回路，其設計方法可以類比冷卻水路。電加熱裝置是當前應用比較普遍的溫度調節(jié)系統(tǒng)，它具有結構簡單、溫度調節(jié)范圍較大和加熱清潔、沒有污染等優(yōu)點。

5.9.4.1 電加熱的方式

模具中可以使用的電加熱裝置有兩大類型，一種是電阻加熱，另一種是感應加熱。由于感應加熱裝置結構復雜，體積又大，通常很少采用。下面是三種常用的電阻加熱方式。

（1）電阻絲直接加熱 這種方式將事先繞制好的螺旋彈簧狀電阻絲作為加熱元件，外部穿套特制的絕緣瓷管后，裝入模具中的加熱孔道，一旦通電，便可對模具直接加熱。這種方式的特點是加熱結構簡單、價格低廉；但電阻絲與空氣接觸后容易氧化損耗、使用壽命不長、耗電量也比較大，并且也不大安全，必須注意模具加熱部分與其他部分的絕緣問題。

（2）電熱環(huán)加熱 電熱環(huán)也稱為筒式加熱元件，它是將電阻絲繞制在云母片上之后，再裝夾進一個特制框套內而制成的。如果框套為金屬材料，則框套與電阻絲之間須有云母片絕緣。圖308所示是三種電熱環(huán)形式，使用時可以根據(jù)模具加熱部位的形狀進行選用。如果模具中不便使用電熱環(huán)，也可以采用平板框套構成的電熱板。

圖308 電熱環(huán)形式

電熱環(huán)加熱的特點是框架結構簡單，制造容易，使用和更換也比較方便，必要時也可按照模具加熱部分的形狀進行制造；它的缺點是耗電量較大。

（3）電熱棒加熱 如圖309所示，電熱棒是一種標準加熱元件，它由具有一定功率的電阻絲和帶有耐熱絕緣材料的金屬密封管構成[見圖309（a)]。使用時，只要將其插入模具或加熱板中的加熱孔內進行通電即可。電熱棒式加熱的特點是使用和安裝方便；但是開設加熱孔時，受型芯、成型鑲塊和推出脫模零件安裝位置限制。

5.9.4.2 電加熱裝置的功率計算

（1）計算法 電加熱裝置加熱模具需用的總功率可用下式計算：

式中：P——加熱模具需用的電功率，kW；

m——模具的質量，kg；

cp——模具材料的比熱容，[kJ/(kg·K)]；

圖309 電熱棒及其安裝

θ1——模具的初始溫度，℃；

θ2——模具要求的加熱溫度，℃；

η——加熱元件的效率，約為0.3～0.5；

t——加熱時間，h。

（2） 經(jīng)驗法 計算模具電加熱裝置所需的總功率是一項很復雜的工作，事先必須對模具進行準確的熱分析和熱計算。因此，式(69)實質上也是—種比較粗略的概算方法。生產(chǎn)中為了方便起見，也可以根據(jù)加熱方式和模具的大小，采用下面經(jīng)驗數(shù)據(jù)計算單位質量模具的電加熱功率。

a.電熱環(huán)加熱。小型模具： Pu=40 W/kg；大型模具Pu=60 W/kg。

b.電熱棒加熱。小型模具（40 kg以下）：Pu=35 W/kg；中型模具（40～100 kg）；Pu=30 W/kg；大型模具（100 kg以上）：Pu=20～20 W/kg。

5.9.4.3 電加熱裝置的設計要求

設計電阻式電加熱裝置時，除了設計加熱元件之外，模具中加熱孔道的布排、電熱環(huán)的安裝部位和電氣控制系統(tǒng)也非常重要 。通常均要求能在模具中合理地開設加熱孔道、合理地選擇電熱環(huán)的安裝部位及其形狀，以便能使模具溫度保持均勻—致。對于電氣控制系統(tǒng)，均要求系統(tǒng)能夠準確地控制和調節(jié)加熱功率及加熱溫度，防止因功率不夠達不到模溫要求，或因功率過大超過模溫要求。

5.10 模架設計

5.10.1 概述

模架是注塑模的骨架和基體，模具的每一部分都要“寄生”于其中，通過它將模具的各個部分有機地聯(lián)系在—起。從市場買來的標準模架—般由定模座板 (或叫定模板、定模底板)、定模固定板、動模固定板、動模墊板(或叫支承板)、墊塊(或叫墊腳、模腳、支承塊)、動模座板(或叫動模板、動模底板)推出固定板、推出墊板(或叫推出底板)、導柱、導套、復位桿等組成。另外，根據(jù)需要，還有特殊結構的模架，如點澆口模架、帶推板推出的模架等。模架中其他部分要根據(jù)需要進行補充，如精定位裝置、支承柱等。

圖310所示為最常用的一種注塑模標準模架。

5.10.2 固定板及墊板

固定板是用以固定凸?；蛐托?、凹模、導柱、導套、推桿等的。為了保證凹模、型芯或其他零件固定穩(wěn)固，固定板應有—定的厚度，并有足夠的強度?！阌?5鋼制成，最好調質硬度為235 HBW。

圖310 最常見的注塑模架

墊板是蓋在固定板上面或墊在固定板下面的平板，它的作用是防止型腔、型芯/凸模、導柱、導套或推桿等脫出固定板，并承受型腔或型芯/凸模或推桿等的壓力，因此它要具有較高的平行度和硬度?！阌?5鋼，經(jīng)調質處理硬度為235 HBW，或50、40Cr、40MnB、40MnVB、45Mn2 等，調質處理硬度為235 HBW，或結構鋼 Q235～Q275。在有些場合，只需固定板或由于固定方式的不同，可省去墊板。定模墊板通常就是模具與注塑機連接處的定模板。動模墊板還起到了支承板的作用，其要承受成型壓力導致的模板彎曲應力。

墊板與固定板的連接方式常采用螺釘聯(lián)接，在需要保證固定板與墊板之間的位置時，還要加銷釘定位，如圖311所示。

圖311 墊板與固定板的聯(lián)接

5.10.3 支承件

（1） 墊塊(支承塊)它的主要作用是在動模座板和動模墊板之間形成頂出機構的動作空間，或是調節(jié)模具的總厚度，以適應注塑機的模具安裝厚度要求。

墊塊的結構形式如圖312所示。平行墊塊[見圖312(a)]常用于大型模具；拐角墊塊[又叫模腳，見圖312(b)]，省去了動模板，常用于中小型模塊。

墊塊一般用中碳鋼制造，也可用Q235鋼制造，或用HT200、球墨鑄鐵等制造。

墊塊的高度不能過高，也不能過低。墊塊的高度計算式如下：

圖312 墊塊的形式

式中： h墊塊——墊塊的高度；

h限釘——推出板限位釘?shù)母叨龋?/p>

h推墊——推出墊板的厚度；

h推固——推桿固定板的厚度；

S推——脫出塑件所需的推出行程；

δ——表示推出行程的余量，一般為3～6 mm，以免推出板頂?shù)絼幽|板。

另外，若在推出板與動模墊板之間加入彈簧作復位或起平穩(wěn)、緩沖作用時，則墊塊高度還要再加上所用彈簧并緊后的高度。若不用限位釘，則把h限釘=0代入上式計算即可。

模具組裝時，應注意所有墊塊高度應一致，否則由于負荷不均勻會造成動模板損壞。

墊塊與動模座板和動模墊板之間可以不用銷釘定位，要求高時可用銷釘定位，如圖313(a)所示。另外當動模座板與動模墊板之間采用間接連接時，動模墊板與墊塊之間要用螺釘、銷釘連接，動模座板與墊塊之間也要用螺釘、銷釘連接，如圖313(b)所示。

圖313 墊塊的連接及支承柱的安裝形式Ι

（2）支承柱 大多數(shù)模具要求在推出空間之間的面積上加以補充支承，通常采用圓柱形支承柱(空心或實心)，如圖344所示。有時它還能起到對推桿固定板導向的作用。支承柱的連接方式如圖313(b)和圖315所示。支承柱的工作高度必須與墊塊的工作高度一致。支承柱的個數(shù)通?？蔀?、3、4、6、8等，盡量均勻分布，一般應根據(jù)動模墊板的受力工作狀況以及可用的空間而定。

圖314 支承柱的形式

圖315 支承柱的安裝形式Ⅱ

支承柱可用45鋼，經(jīng)調質處理硬度為235 HBW。

5.10.4 吊裝設計

對于大、中型模具，為方便模具在制造、裝配、裝模生產(chǎn)和儲運，通常在模具上開設一定尺寸的吊裝螺孔，以便安裝吊環(huán)。小型模具可不進行吊裝設計，但有時根據(jù)需要，也可設計吊裝螺孔。

吊裝螺孔通常在動模板、動模墊板、動模固定板、定模固定板、定模板、墊塊、推出板等上均需開設。一般螺孔位置在模具裝于臥裝于注塑機上時，模板上下端面的中央，或模具立裝于角式注塑機時，模板左右端面的中央。若在一個端面上需開設兩個螺孔，則在端面上沿中心對稱開設。另外，在尺寸較大且較沉的型芯/凸模、凹模等鑲塊上的適當位置也需開設吊裝螺孔。螺孔尺寸的大小要保證吊環(huán)的強度足夠，并能使吊環(huán)的螺牙全部利用，即要保證螺孔有一定的深度 。

5.11 模具標準件

標準化設計能提高效益，縮短生產(chǎn)周期。所以設計時要參閱有關的標準。

注塑模具標準件的相關國家標準如下：

（1）推桿(GB/T4169. 1—2006)

（2）直導套(GB/T4169.2—2006)

（3）帶頭導套(GB/T4169.3—2006)

（4）帶頭導柱(GB/T4169.4—2006)

Abstract:Injection molding process and mold design is an integrated science with continuous development. Not only with the improvement of polymer materials synthesis technology, innovation of injection molding equipment and maturity of molding process, it will be also developing with penetration of computer technology, rapid prototyping technology, numerical simulation technology and digital application technology in the fi eld of injection molding processing. This lecture mainly include: Injection mold structure and classifi cation, injection-molded part design, injection molding process, the relationship between injection molding machine and mold, Injection mold design, special injection mold, injection mold CAD and its intelligent system.

Key words:injection molding; injection process; injection mold; mold design

（未完待續(xù)）

（5）帶肩導柱(GB/T4169.5—2006)

（6）墊塊(GB/T4169.6—2006)

（7）推板(GB/T4169.7—2006)

（8）模板(GB/T4169.8—2006)

（9）限位釘(GB/T4169.9—2006)

（10）支承柱(GB/T4169. 10—2006)

（11）圓形定位元件(GB/T4169. 11—2006)

（12）推板導套(GB/T4169. 12—2006)

（13）復位桿(GB/T4169.13—2006)

（14）推板導柱(GB/T4169. 14—2006)

（15）扁推桿(GB/T4169.15—2006)

（16）帶肩推桿(GB/T4169. 16—2006)

（17）推管(GB/T4169.17—2006)

（18）定位圈(GB/T4169.18—2006)

（19）澆口套(GB/T4169.19—2006)

（20）拉桿導柱(GB/T4169.20—2006)

（21）矩形定位元件(GB/T4169. 21—2006)

（22）圓形拉?？?GB/T4169.22—2006)

（23） 矩形拉?？?(GB/T4169. 23—2006)

上述模具標準件的形狀及尺寸參見有關國家標準資料。