第三節 典型的注射成型模具

本書將介紹幾件典型的熱塑性塑料制品成型模具。

一、蓋板零件的注射成型模具

某塑料蓋板的外觀如圖3-29所示，其注射模如圖3-30所示。

（一）模具概述

該塑料制品是一個蓋板的外殼，在該制件的兩側，有對稱的側凸結構。在其上方還有一條突出的筋類結構。因而，要成型該塑料制件，需要具有三面側向抽芯的模具結構。

（二）模具主要零件

1. 抽芯機構 如圖3-30所示，抽芯機構由滑塊1和11、承壓墊7、導滑槽8、斜導柱12、滑塊位置固定裝置9組成。

模具開模后，由斜導柱帶動滑塊在導滑槽中滑動，用以達到抽芯的目的。導滑槽一般被設計成梯形槽樣式，為便于梯形槽的安裝和模具的維修，通常還將梯形槽的上半部分作為一個獨立的部分，用螺釘和柱銷加以連接，如圖3-31所示。

承壓墊主要用于調節滑塊在閉模后的壓緊力，同時又由于滑塊的材料相對較為昂貴，不適宜與鎖緊塊直接接觸（該模具中鎖緊塊與定模板制成一體，故沒有單獨標出），由于需要承受較大的壓力與摩擦，所以一般選用較為便宜的材料，以便在磨損后更換。通過調節承壓墊的高度，還可以方便地調節滑塊的鎖緊力（一般是在其內部加入墊片）。

滑塊位置固定裝置，其作用是保證滑塊在斜導柱離開后的位置不變，它是由滑塊上的凹槽與滑槽上的彈性凸起裝置構成的。當開模之后，原先壓縮的彈性凸起裝置，在凹槽的部位彈出，固定住滑塊的位置。此時一般的力（如滑塊的重力）無法使滑塊有相對運動，等到閉模后，斜導柱帶動滑塊克服彈簧力復位。該裝置已經初步標準化，部分模具標準件公司提供該裝置的銷售。

2. 斜向頂出機構 如圖3-30所示，斜向頂出機構由斜頂滑塊2、斜頂滑槽3和斜頂桿4組成。

通常斜向頂出的目的是為了完成模具的內側抽芯。通過斜頂桿將推板產生的與開模方向相同的豎直力轉化為向內及向外兩個分力，不但使得塑件脫模，同時解決了內側抽芯問題。在該模具中，斜頂桿與內側抽芯的型芯做成一體式結構，從而更加緊湊。工作時推板帶動斜頂桿運動，由于斜頂桿孔的位置固定不變，所以斜頂桿的運動可以看成同時向上及向內的兩個運動。此時，斜頂滑塊在滑槽（見圖3-31）中運動，保證斜滑塊僅僅帶動斜頂桿的徑向運動，也使斜頂桿在頂出和復位時，始終保證與推板的運動一致。

3. 強制頂出機構 該模具的強制頂出機構是頂出液缸5，如圖3-30所示。

一般在中高檔注塑機中都有強制頂出裝置，目前已經很少采用通過注塑機頂桿與動模板的相對運動推動頂板頂出的裝置。適用的強制頂出方式可以靈活地調節頂出距離、頂出力以及頂出的次數。

該模具由于對頂出有特殊的要求（如需要多次頂出，頂出力需要平均分布等），故而在模具上附加強制頂出系統。頂出液缸的信號端與注塑機的控制系統相連接，從而在注塑機的控制下，使整個成型過程協調運作。

（三）模具工作過程

注塑過程完成后模具開模，在定模部分的斜導柱帶動斜滑塊抽芯，直到斜導柱離開滑塊之后，斜滑塊的位置通過滑塊位置固定裝置固定。開模一定距離之后，液壓缸帶動頂板頂出及斜向抽芯過程開始。取出塑件后，液壓缸帶動頂板使斜向頂出復位，之后模具合模，外側抽芯機構復位。

二、數碼相機外殼的注射成型模具

某塑料數碼相機外殼的外觀如圖3-32所示，其注射模如圖3-33所示。

（一）模具簡介

該模具用于成型數碼相機的塑料外殼。該外殼由前蓋與后蓋組成，兩個產品有裝配要求。為了使產品有更好的裝配性能，兩個產品在同一模具中成型，從而獲得相同材料與工藝參數。兩個不同產品的體積不一定相同，所以在設計該類模具時需要注意熔體注射的對稱性。

（二）模具主要零件介紹

1. 抽芯機構 如圖3-33所示，抽芯機構由斜導桿5、抽芯型芯8、滑塊9和導滑槽10組成。

該模具對稱布局，產品靠外的兩側各有兩個型腔，都有抽芯的要求。由于這兩個產品需要抽芯的距離基本相同，所以在該模具中，對于同側的抽芯采用同一個滑塊帶動，而用不同的抽芯型芯嵌入滑塊。這一設計簡化了模具結構，使模具的維護更為方便，模具的動作也更為平穩。

在該模具的抽芯結構中，并沒有采用傳統的斜導柱，而是采用了斜導桿的結構。斜導桿在該模具中既起到了斜向導向的作用，又有傳統抽芯結構中鎖緊塊的作用，使得模具的結構更為緊湊。

由于同側兩個型腔的抽芯采用同一滑塊帶動，一般需要兩根斜導柱布置在滑塊的兩邊，精度的要求更高。采用斜導桿形式的抽芯，不但簡化結構，加工也更為簡單。斜導桿可以突破傳統的截面為方形形狀，在寬度上加長，以獲得更大的抽芯力。

2. 復位機構 如圖3-33所示，該模具的復位機構是復位彈簧6。

在一般的模具中，模具合模時，上模推動復位桿，從而使其帶動頂板讓推桿復位。而在該模具中，模具的推桿與抽芯的型芯處在干涉的位置。開模時抽芯機構先動作，而后頂出機構動作，這一動作不會產生問題。而在閉模時，如果采用傳統的閉模方法，則使這兩大機構同時復位，它們在復位時的撞擊就不可避免。

解決這一問題有兩種方法：其一，在模具設計時，使頂出機構和抽芯機構避開干涉，即從俯視圖上看，模具的抽芯型芯與頂桿不重合；其二，使頂出機構率先復位，模具的閉合也順序動作，從而避免這兩個部件的撞擊。一般首先考慮第一種方法，只有在第一種方法不能實現時才采用第二種方法。

在該模具中采用了頂出機構的先復位，使用了復位彈簧，即當頂出力失去后，彈簧帶動頂板復位，頂出機構的復位在閉模之前完成，此時復位桿僅起到導向作用。這一方法操作簡單，成本也較低，但其結構并不穩定可靠，一旦彈簧失效，即有相撞的危險，需要不斷地檢查。

在類似于本節中蓋板零件的注射成型模具中，通過液壓缸帶動頂出機構的先復位，也可以通過模具動作的程序設定來完成。

三、圓筒形帶內螺紋零件的角式注射成型模具

圖3-34所示為一種圓筒形帶內螺紋零件的自動卸螺紋角式注射成型模具。

（一）模具簡介

除了螺桿與開模方向平行的注射機之外，還有一種注射機，其螺桿置于開模的垂直方向，稱為角式注射機。這里介紹的就是與該種注射機相匹配的模具。

這是一套用于成型具有內螺紋塑件的角式注塑模具。用于成型具有內螺紋的塑件，一般有兩種方法。第一種方法是采用螺紋嵌件，即在成型之前將嵌件放入模具，之后完成注塑成型。塑件與嵌件在成型之后一同脫出，然后用手工的方法將螺紋嵌件旋出塑件。這種方法模具結構簡單，易于維護。但是由于需要手工放入嵌件，并且需要手工將螺紋部分脫出，所以生產效率較低，常用于產量要求不高的場合。第二種方法，就是這里所用的自動卸螺紋模具。

（二）模具主要零件

模具的螺紋型芯后部截面為方形，與注塑機的開合模絲桿相連接，絲桿的轉動帶動螺紋型芯同時轉動，完成自動卸螺紋的動作。

螺紋型芯與注射機絲桿在連接時，之間留有一段距離H，它的作用是為了平衡絲桿與卸螺紋的動作。由于注射機螺桿的螺距與產品螺紋的螺距是不相同的，而且絲桿同時控制螺紋的轉動與模具的運動，在絲桿轉動一圈之后，模具的運動距離與塑件脫出螺紋的距離是不同的。它們之間存在距離差，而這段距離H就是為了吸收這兩個運動部件的距離差的。

螺紋型芯經常轉動，由于螺紋型芯的硬度遠高于模板，所以要在螺紋型芯與模板之間裝入軸套。如同軸承一樣，為防止模板的過早損壞，軸套一般采用含油軸承，螺紋型芯轉動時，即可以產生自潤滑。

定距螺釘用于控制第一次分型的距離，保證第一次分型在螺紋型芯還有最后一牙留在制品內時停止，而后第二分型面開始分型。

（三）模具動作過程

在注射成型過程完成之后，模具開模，此時A分型面先分型，同時螺紋型芯隨著注塑機開合模絲桿的旋轉而旋轉，動模同時隨著絲桿的后退而后退。塑件由于定模部分的阻力不轉動也不移動，當A分型面分開一段距離后，此時螺紋型芯在塑件內還有最后一牙時，定距螺釘拉動動模板，使B分型面開始分型。此時，制品隨著螺紋型芯離開定模型腔，最后取出制品。

四、熱流道模具

（一）熱流道模具的特點

熱流道系統其實可以看作是注射機噴嘴的延伸段，塑料熔體從注射機噴嘴射進熱流道系統后直接進入模具型腔，經保壓冷卻成為產品。這門技術代替了傳統模具中注射機噴嘴將塑料熔體射進模具型腔之間的那一段冷流道。圖3-35所示為熱流道模具的典型結構。

熱流道模具相比傳統冷流道模具的優點在于以下幾方面：

1）可以簡化某些類型模具的設計。一種有中間板的三板模，若按冷流道設計模具至少需要兩個分型面，因此有應用的限制。因為主流道棒的脫出和兩板之間的主流道凝料的取出，要實現模具的自動操作十分困難。此外，其開模和閉模時間比單分型面的模具要長，從而也影響生產效益。

2）主流道的凝料在冷流道模具中占整個射膠量的比例十分大，而且這一凝料是作為廢邊角料處理的，大量的原材料被浪費，生產成本也隨之提高。

3）限制了熔體溫度的下降，使熔體有足夠長的流程注入型腔。熱流道模具對熔化溫度范圍窄的結晶型塑料有特別的意義。它不需要像冷流道系統那樣，以提高塑化溫度來補償熔體溫度的下降。

4）流入型腔的熔體在熱流道模具中能進行精確的溫度調節。

5）熔體在熱流道中的壓力損失小，使有效的高壓熔體能充滿型腔。

6）在大型制品的模具中，能更自由地優化選擇注射點的位置，有利于獲得更加均勻的充模流動，在模腔中的溫度和壓力損失減少，能減小制品收縮的差異，并有較低的內應力。

7）減小熔體的充模注射壓力，并相應減小注射機的鎖模力。

（二）模具的熱流道系統

熱流道系統按塑料熔體流動過程來描述，包括熱流道噴嘴、流道板、溫控系統。注射機機筒射出的熔體經過主流道分送到分流道。在流道系統里，主流道被改造成主流道噴嘴。由流道板中的分流道分流從主流道噴嘴注入的熔體，經噴嘴將熔體射進模具的型腔，或附加的冷流道。熔體進入型腔需經澆口的調節。澆口可以是噴嘴的組成部分，也可以是模具的一部分。

1. 熱流道噴嘴 主要包括主流道噴嘴、澆口和注射點的噴嘴。

（1）主流道噴嘴。主流道噴嘴也稱中央噴嘴。其有關零件組成的部件也被稱為主流道杯。主流道噴嘴可將熔體直接注射到成型模具的型腔，也就是沒有分流道和流道板。這種熱流道噴嘴也被稱熱流道單噴嘴。另外一類，在主流道噴嘴的下游，需要分流塑料熔體，又有多個噴嘴注射型腔，這是多噴嘴的熱流道系統。圖3-36所示為常見的三種主流道噴嘴。

（2）澆口。澆口是流道的終點，也是熱流道系統中的關鍵零部件。它可與噴嘴做成一個整體，也可以開設在模具型腔上，再與噴嘴拼合在一起，是噴嘴的組成部分。澆口調節塑料熔體對型腔的注射充模流動。澆口的熱力閉合或機械閉合，控制著對型腔內塑料的保壓補縮時間。

1）澆口的熱力閉合。在開放式、頂針式和頂管式澆口的噴嘴里，澆口都是依靠塑料的自身硬化而閉合的。通過模具冷卻系統的傳導，使澆口快速降溫，熔體冷卻后停止流動。在動模打開時，模塑件被強制移動，使澆口凝料拉斷。還有一種側澆口或稱為邊緣澆口，這種澆口凝固后，在塑件移動時剪斷。

在熱力閉合的澆口中，主要分為開放式澆口和頂針式澆口。

① 開放式澆口也稱直接澆口。它的口徑、高度、幾何結構，以及塑料熔體性能、澆口區溫度變化，都會影響開放式澆口的熱力閉合。澆口的凝料頭分離在錐形澆口的最窄截面上。在注射循環中，應保持這種有效閉合，并在下一次注射時又重新開放。

如果澆口區的溫度過低，就會出現過厚的凍結層。這樣，過多的冷料會妨礙下次注射。而澆口區溫度過高，保壓時間又長，會出現熔料涌出，流道中的熔料會在剩余壓力下溢出澆口。

總之，開放式澆口的熱力閉合，取決于塑料材料、澆口形狀和大小，以及噴嘴的加熱控制和澆口區的冷卻狀態。澆口熱力閉合的不穩定容易造成流延、拉絲和垂滴等缺陷。

② 頂針式澆口。頂針位于噴嘴流道的中央，被噴嘴的殼體和流動熔體加熱。熔體從頂針和錐孔縫隙中流過，獲得較強的剪切作用。熔體又經圓孔澆口與頂尖的環隙中射出，與澆口壁面有較強的摩擦作用。熱頂針有防止熔體拉絲的效果。常見的頂針式澆口如圖3-37所示。

無定形塑料在停止注射后，在澆口壁上形成了皮塞，但在臨近熱頂針上，是不完整高彈性的熱皮層，屬于松弛的熱閉合。在注射壓力下，皮塞很容易被涌出和熔融。

2）機械閉合。開關式噴嘴將可控制移動的柱銷引入澆口孔中，輔助澆口機械閉合。

機械閉合有大孔徑的澆口，塑料熔體充填型腔容易，因此適用高粘度和對剪切敏感的塑料制品。可以控制獲得較長時間的有效保壓壓力，所以適宜注射厚壁制品的塑料熔體。與熱力閉合澆口相比，不受澆口區域的熱平衡影響。機械澆口閉合控制準確，對凝固中的熔體補縮可靠，因而改善了塑料制品質量和尺寸精度。瞬時關閉澆口的功能，防止了型腔中高壓熔料的倒流，不會產生飛邊，也限制了澆口熔料的流延和拉絲，但會在塑料制件表面留下柱銷的痕跡。

但是，機械閉合需要驅動氣閥或液壓缸；塑料熔體在噴嘴中的流動不暢，壓力損失較大；提高了熱流道系統的購置和生產成本。

（3）注射點的噴嘴。熱流道噴嘴將熔體輸送到模具的型腔或冷流道。熱流道噴嘴也是熱流道系統的購置部件，包括主流道噴嘴和注射點的噴嘴。許多場合，購置的注射點的噴嘴沒有澆口套零件。由模具制造者將澆口制造在定模分型面上。不帶澆口套的噴嘴有輸出的流道，把熔體導入到注射點，或者由頂針引導，也可使用內加熱的魚雷棒。

2. 熱流道流道板 熱流道的流道板將主流道噴嘴傳輸來的塑料熔體，經流道送到各注射點的噴嘴。

熱流道的流道板根據它的加熱方式可分為內加熱式流道板和外加熱式流道板。根據它的形狀不同還可以分為板式流道板和管式流道板。

外加熱或流道板是最為傳統的熱流道流道板設計，目前占據著最大的市場份額。它具有以下一些優點：

1）可以設計成無熔體滯留的結構，限制流道中的“死點”。

2）熔體在流道中滯留的時間短，熔體熱降解可能性減少。

3）變更塑料品種或顏色容易。

4）在流道中的壓力損失較低。

5）對于噴嘴的選擇范圍較大，對于柱銷類開關式噴嘴，只需使用較小的流道板即可。

6）對于型腔設置的自由度較高，容易獲得熔體的流動平衡。

流道板架在熱板框中，上有定模固定板，下有定模板。流道板是被電加熱器加熱的高溫部件，四周是由冷卻系統維持的低溫模板。以空氣作為絕熱材料，流道板的上下平面的四周與模板間都有間隙。噴嘴的大部分表面與定模板之間也都有間隙，其間隙通過熱流道板與定模板之間的承壓圈控制。由于承壓圈需要承受注射機噴嘴的壓力，以及熱流道板的熱膨脹應力，所以應該由耐高壓的高強度材料制造，同時還要有較好的絕熱性，以消除因為熱傳遞而帶來的熱量。為了防止熱流道板在受熱時產生過大的熱應力，在未加熱的狀態下，周圍應該留有一定的空間，以給熱流道板的熱膨脹留有余地。

板式的熱流道板通常使用中碳優質鋼或者低合金中碳鋼制造，以便于機械加工。但是它的導熱性比較差，體積也比較大。因而需要較大的加熱功率，而且熱慣性大。

高溫熔體和腐蝕性塑料及難以注射加工的材料，適宜使用管式的熱流道板。該流道板使用不銹鋼管制成流道，用線圈加熱并以氧化鎂填充后，再以套管密封。管道分叉以及與噴嘴的連接要用金屬制成連接器，較多的采用金屬焊接。管式流道板的體積小、熱效率高、耐腐蝕，但需專門設計，而且加工較為困難。

3. 熱流道溫控系統 熱流道的流道板分成若干個加熱區，實行獨立的溫度控制，每個加熱區對應給單個或多個噴嘴供料。熱流道板加熱區的數量，取決于噴嘴的數目與尺寸。

每一個加熱區有一個單獨的熱電偶和加熱器。接插件要與測溫和加熱元件分組連接，否則會燒毀元件。每組有熱電偶，正、負引線，電熱器接線，共四對插頭與插座。此外，還有公用的接地線。常用的接插件有4芯、16芯和24芯，分別用于單個、4個和6個加熱區的溫度控制。

熱流道板通常采用外加熱的方法。熱源在流道熔體外壁的流道板中。目前，流道板上大都已使用可彎曲的管狀加熱器。這是一種十分柔軟的電加熱盤條，盤條的中央是旋繞的合金電熱絲，包裹了導熱但絕緣的氧化鎂軟套管，外層是導熱的金屬波紋管。盤條容易彎曲成型。其使用方法是，在分流板上沿流道開槽，將盤條鑲嵌在槽內，并用高壓手段在盤條周圍填充高導熱介質。這樣不但較好地解決了溫度均勻的問題，其加熱效率也接近100%，可使加熱盤條在良好的低溫環境運行，達到十分高的可靠性、熱均勻度和節能效果，同時避免了給模具帶來多余熱量。

（三）典型的熱流道模具

圖3-38所示為一種倒置式熱流道模具。

1. 模具簡介 由于塑件的內表面有較高的外觀要求，所以需要將澆口與推出機構放在同側，使用倒置式結構。由于該塑料制品較大，所以需要使用中心澆口，即整個澆注系統中只有主流道。

該模具如果使用普通的冷流道方法，將會有一個很長的主流道桿廢料。不但造成材料的極大浪費，而且加大了開模的行程，對于注射機也提出了更高的要求。所以，在該模具中適合使用熱流道。

模具無頂出裝置，利用開模動作來實現制品的脫模與頂出。

2. 模具主要零件介紹 如圖3-38所示，頂出機構由頂出彈簧1、定距螺釘2、拉板3、斜頂桿5、斜頂桿襯套6組成。

頂出彈簧用于模具的第一次分型，在模具打開后，彈簧的力得以釋放，保證A分型面先分型。定距螺釘用以保證一次分型的分型距離，該分型距離主要用于控制抽芯機構4的抽芯距離。

拉板的作用是在模具第一次分型結束，經過一定距離后（見圖3-38中的H）拉板帶動頂板，并使斜向頂出機構動作，拉板上的螺釘用于控制距離H，即為第二次分型的距離。

抽芯機構4與普通的冷流道模具一樣，由滑塊、斜道柱、導滑槽、鎖緊塊等組成。其抽芯距通過定距螺釘的長度來調節。

熱流道裝置是主流道噴嘴7。

該模具為單型腔模具，澆注系統只有一個主流道，所以僅有一直主流道噴嘴，不需要分流板與分流嘴。

3. 模具工作過程 模具開模后，頂出彈簧1使模具在A分型面先分型，上部抽芯機構4開始動作，在達到定距螺釘2所控制的距離之后，第一次分型結束。

模板繼續移動，此時B分型面開始分型，在移動了距離H之后。拉板3開始帶動斜頂桿5工作，斜向頂出也隨之開始。斜頂桿移動了限定的距離之后，頂出結束，制品完全從模具中脫出。

模具閉合，B分型面先閉合，頂板靠復位桿復位。之后，A分型面閉合，抽芯機構4復位。