第1章 模具工程人門(mén)

模具工程》主要論述有關(guān)熱塑性塑料注塑模具的工程問(wèn)題。然而，這里所論及的大部分問(wèn)題，對于其他各種塑料模具，如塑料吹塑模具以及對于某些熱固性塑料的成型模具等都有應用價(jià)值。

第1篇·模具工程，所要達到的目的，不僅是對于初次接觸模具的技術(shù)人員，而且對于有較豐富經(jīng)驗的模具設計師，使他們能用工程的觀(guān)點(diǎn)去處理模具問(wèn)題。

對于在塑料工業(yè)其他部門(mén)工作的人員，例如從事銷(xiāo)售和售后服務(wù)的人員來(lái)說(shuō)，在他們的工作中也需要了解有關(guān)塑料模具的知識，《模具工程》也是值得推薦的閱讀資料。模具工程，包括三部分。

第1部分 關(guān)于模具、注塑機、塑料原料和塑料制品的基礎知識。第二部分 模具設計的一般指導原則。第三部分 針對模具設計者的問(wèn)題。

模具設計方面還有不少好書(shū)，其中一部分列在本章結尾推薦的閱讀資料。這些書(shū)的內容大部分是具有專(zhuān)門(mén)用途的塑料制品成型模具的設計實(shí)例。實(shí)際只是具有不同特點(diǎn)的許多完整的模具圖紙的集合，沒(méi)有這些特點(diǎn)應用原理的介紹。許多情況顯示，模具技術(shù)距當今技術(shù)水

平的要求大約落后20～30年。這并不是說(shuō)這些模具書(shū)沒(méi)有價(jià)值，正相反，模具設計人員可能會(huì )從中找到許多解決模具設計難題的有意思的方法。但是這些模具設計案例所提供的不應僅僅是仿制，而應從中吸取反映當今技術(shù)水準的設計思想。

篇的內容與其說(shuō)是模具設計知識的完整集合，倒不如說(shuō)是把模具設計知識分解成了許多部分（單元），并以工程的觀(guān)點(diǎn)分別加以論述，而且還對各種知識的應用場(chǎng)合給予分析說(shuō)明。

1.1什么是注塑模

注塑模是用裝配形成的空腔（一個(gè)或多個(gè)），成型制品所需的形狀，生產(chǎn)（常是大批量的）塑料零件或產(chǎn)品的一種裝置。

具的型腔是由稱(chēng)作模腔的陰模部件和稱(chēng)作模芯的陽(yáng)模部件共同組成。模具安裝在注塑機上，并按如下的時(shí)間順序（通常是自動(dòng)進(jìn)的）充填模腔∶●合模;A

●注射（熱的，近乎流動(dòng)的）塑料進(jìn)入模腔;●保持合模狀態(tài)直到塑料冷卻至能被頂出時(shí)為止;●開(kāi)模;●頂出塑料制品;

●如果需要，注塑機可以延長(cháng)開(kāi)模（MO）時(shí)間做好下一個(gè)（注射）周期的準備工作。

周期（數秒鐘）在全自動(dòng)（FA）作業(yè)中被定義為一次注射的模瞬間到下一次注射的合模瞬間之間的時(shí)間長(cháng)短。但通常、人們以每分鐘（或每小時(shí)）注射次數來(lái)表示生產(chǎn)的生產(chǎn)率，而不用幾秒鐘的模塑周期的長(cháng)短來(lái)表示。

1.2什么是注塑機

寸于模具設計人員來(lái)說(shuō)，一件重要的事情是要首先弄清楚注射模塑工藝的過(guò)程及其術(shù)語(yǔ)。一臺注塑機由四個(gè)作用不同的基本單元組成。

①合模機構;

②塑化裝置;③注射裝置;

④全部控制系統。

1.2.1合模機構

合模機構在模塑周期中完成開(kāi)模和合模動(dòng)作（盡快地），并提供必要的合模力以保持塑料注射時(shí)模具的閉合狀態(tài)。因為作用在模具型腔內部表面（投影面）上的注射壓力有打開(kāi)模具縫口的趨勢。這里的縫口即模具分型面也稱(chēng)作分模線(xiàn)（P/L）。

1.2.2 塑化裝置

前采用的塑化裝置幾乎全部是螺桿擠出機式的塑化裝置，該裝將塑料原料加熱到注射所要求的熔融狀態(tài)。所需的熱量大部分由擠出螺桿在機筒中作旋轉運動(dòng)的機械能轉化生成，是由螺桿電機提供的。螺桿的旋轉運動(dòng)同時(shí)還將塑料原料推向螺桿頂端。

環(huán)繞機筒安裝有加熱器，一般分成3個(gè)或更多的加熱段，提供補充熱量。這主要在注塑機啟動(dòng)時(shí)需要，另一方面，單獨由螺桿的機械運動(dòng)來(lái)加熱塑化每次注射所需的全部塑料原料也是不夠的。

1.2.3 注射裝置

注射裝置通過(guò)壓力將塑料熔體注入模具。所需壓力的大小主要取決于制品的壁厚。

厚壁制品所需壓力相對較低（49.0～98.1MPa），以致僅在擠出機三力下就足以將塑料熔體充滿(mǎn)（流動(dòng)成型）模腔。薄壁制品特別當L/t （見(jiàn)1.3.4.2節中定義）大于200時(shí)，需要相當高的注射壓力（137.3~196.1MPa）才能在塑料熔體凝固之前使其充滿(mǎn)模腔。

有兩種注射方法∶一級注射和二級注射，所使用的注塑機類(lèi)型介紹如下。

1.2.3.1 RS型注塑機

目前，大部分注塑機的擠塑機構和注射機構被設計在一個(gè)裝置中。當一次注射的塑料熔體備足時(shí)，擠出螺桿停止轉動(dòng)，然后螺桿被向前推移將聚集在螺桿頂端前部的塑料熔體射出。這一裝置有幾種叫法∶軸向柱塞螺桿、往復式（RS）螺桿或一級注射裝置。

司造業(yè)界一般以每小時(shí)加工塑化的塑料原料的數量來(lái)評價(jià)螺桿的加工能力，然而起決定作用的是止推軸承的尺寸大小和強度極限，擠出螺桿僅在模塑周期非注射階段起塑化作用，因此，事實(shí)上有效的塑之能力比標稱(chēng)的（注塑機說(shuō)明書(shū)所標明的）要低。對于大注射量，采

既速注射，其注射時(shí)間要占到模塑周期的大部分，以致螺桿能夠回復并完成的塑化能力往往只是其標稱(chēng)塑化能力的 60%～80%。

能夠注入模具中的塑料的數量，在很大程度上還取決于螺桿頂部單向閥的效率（密封程度）。如果這只單向閥質(zhì)量粗劣或已用損，那么在高壓注射階段就會(huì )有塑料通過(guò)單向閥產(chǎn)生泄漏現象。這將影響到進(jìn)模腔空間的塑料的數量，并因此造成欠注或由于保壓（過(guò)度充模）要，使模具的生產(chǎn)效率受到影響。泄漏現象還會(huì )對制品的質(zhì)量（密度）、尺寸（由于收縮率的變化而引起的）和內在質(zhì)量產(chǎn)生影響。

為了避免注射量變化所產(chǎn)生的影響，使用往復式注塑機時(shí)模塑人員通常選用比實(shí)際注射要求大的噴嘴尺寸，因此，推移運動(dòng)不會(huì )十分期前到盡頭，以致在螺桿的頂部大約5～10mm形成一個(gè)熔體的儲料池。

1.2.3.2 P型注塑機

預塑化式注塑機系統把擠出機構的作用和注射裝置的作用分開(kāi)。擠出機構塑化原材料并使其充滿(mǎn)注射裝置的料簡(jiǎn)即料罐。這類(lèi)注塑被稱(chēng)為預塑化、二級或P型注塑機。二級注塑系統的優(yōu)點(diǎn)有以下幾方面。

螺桿能夠連續運轉，因此可用時(shí)間（額定時(shí)間）能100%地用于塑化原料。這樣，對于相同的注射量，P型注塑機可以使用比 RS型塑機小的擠塑機構。

②由于連續運轉，P型注塑機比RS型注塑機熔體混合得更好，溫度更低，對于某些熱敏材料來(lái)說(shuō)這可能是非常需要的。

③螺桿頂部不存在單向閥，而且注塑料筒中的注射容積機械計量，主射量的可重復性和精度比使用RS型注塑機要好。不需要儲料池準備注射的塑料的體積能根據模腔體積地計算。

④由于塑料熔體從擠塑機構向注射料筒中的移送是在很低的壓力下進(jìn)行的，因而能較方便地在其路徑上安置一有效的過(guò)濾器，以便除塑料中的雜質(zhì)。這也不會(huì )影響（降低）從料筒到模具的注射壓力。而這樣的過(guò)濾作用在RS型注塑機中是不行的，因為其壓力太大會(huì )損壞過(guò)濾器。

二級注射系統的缺點(diǎn)有∶

于需要更多的構件和控制裝置，設備的造價(jià)較高。一系統不適用于熱敏性很強的材料，如聚氯乙烯（PVC）塑料。

1.2.4 控制裝置

空制系統掌握著(zhù)注塑機的操作過(guò)程。注塑機的控制系統可分為四個(gè)基本要素。

①控制組件安裝在合模安全門(mén)附近，在這里操作者能夠觀(guān)察模具犬況，能夠方便地操縱按鈕實(shí)現所要求的作業(yè)。有些注塑機把調節機器狀態(tài)的按鈕和開(kāi)關(guān)都設計在安全門(mén)附近的控制面板上。

②邏輯控制掌握著(zhù)機器狀態(tài)，處理來(lái)自位置傳感器和時(shí)間繼電器等等的信號，使注塑機按照要求運行。目前注塑機的邏輯運行幾乎全部由電子開(kāi)關(guān)操縱或采用微機控制。（注意∶機械傳動(dòng)的開(kāi)關(guān)和時(shí)間繼電器使用壽命比電子的開(kāi)關(guān)和時(shí)間繼電器要短得多，可靠性和可重復性也差得多。然而，它們比較容易掌握和維修。電子開(kāi)關(guān)需要更好的合格維護人員和更好的電子檢測設備進(jìn)行檢測和維護。另一方面，電子元器件對溫度的升高比較敏感，在一些炎熱的地區就需要考慮工作環(huán)境的溫度控制問(wèn)題。）

③電力供應和電動(dòng)機及加熱器的分布。④注塑機和模具的溫度控制。

為使用方便通常注塑機還具有其他一些特性，然而對于注塑機工藝過(guò)程的了解，以上關(guān)于基本要素的闡述是充分的。

1.3 模塑時(shí)間和技術(shù)術(shù)語(yǔ)

程周期 注塑機合模機構開(kāi)合所需的全部時(shí)間，是模具開(kāi)啟過(guò)程時(shí)間和團合過(guò)程時(shí)間的總和?？h前快速注塑機的空程周期有1～3s。