第三节 典型的注射成型模具

本书将介绍几件典型的热塑性塑料制品成型模具。

一、盖板零件的注射成型模具

某塑料盖板的外观如图3-29所示，其注射模如图3-30所示。

（一）模具概述

该塑料制品是一个盖板的外壳，在该制件的两侧，有对称的侧凸结构。在其上方还有一条突出的筋类结构。因而，要成型该塑料制件，需要具有三面侧向抽芯的模具结构。

（二）模具主要零件

1. 抽芯机构 如图3-30所示，抽芯机构由滑块1和11、承压垫7、导滑槽8、斜导柱12、滑块位置固定装置9组成。

模具开模后，由斜导柱带动滑块在导滑槽中滑动，用以达到抽芯的目的。导滑槽一般被设计成梯形槽样式，为便于梯形槽的安装和模具的维修，通常还将梯形槽的上半部分作为一个独立的部分，用螺钉和柱销加以连接，如图3-31所示。

承压垫主要用于调节滑块在闭模后的压紧力，同时又由于滑块的材料相对较为昂贵，不适宜与锁紧块直接接触（该模具中锁紧块与定模板制成一体，故没有单独标出），由于需要承受较大的压力与摩擦，所以一般选用较为便宜的材料，以便在磨损后更换。通过调节承压垫的高度，还可以方便地调节滑块的锁紧力（一般是在其内部加入垫片）。

滑块位置固定装置，其作用是保证滑块在斜导柱离开后的位置不变，它是由滑块上的凹槽与滑槽上的弹性凸起装置构成的。当开模之后，原先压缩的弹性凸起装置，在凹槽的部位弹出，固定住滑块的位置。此时一般的力（如滑块的重力）无法使滑块有相对运动，等到闭模后，斜导柱带动滑块克服弹簧力复位。该装置已经初步标准化，部分模具标准件公司提供该装置的销售。

2. 斜向顶出机构 如图3-30所示，斜向顶出机构由斜顶滑块2、斜顶滑槽3和斜顶杆4组成。

通常斜向顶出的目的是为了完成模具的内侧抽芯。通过斜顶杆将推板产生的与开模方向相同的竖直力转化为向内及向外两个分力，不但使得塑件脱模，同时解决了内侧抽芯问题。在该模具中，斜顶杆与内侧抽芯的型芯做成一体式结构，从而更加紧凑。工作时推板带动斜顶杆运动，由于斜顶杆孔的位置固定不变，所以斜顶杆的运动可以看成同时向上及向内的两个运动。此时，斜顶滑块在滑槽（见图3-31）中运动，保证斜滑块仅仅带动斜顶杆的径向运动，也使斜顶杆在顶出和复位时，始终保证与推板的运动一致。

3. 强制顶出机构 该模具的强制顶出机构是顶出液缸5，如图3-30所示。

一般在中高档注塑机中都有强制顶出装置，目前已经很少采用通过注塑机顶杆与动模板的相对运动推动顶板顶出的装置。适用的强制顶出方式可以灵活地调节顶出距离、顶出力以及顶出的次数。

该模具由于对顶出有特殊的要求（如需要多次顶出，顶出力需要平均分布等），故而在模具上附加强制顶出系统。顶出液缸的信号端与注塑机的控制系统相连接，从而在注塑机的控制下，使整个成型过程协调运作。

（三）模具工作过程

注塑过程完成后模具开模，在定模部分的斜导柱带动斜滑块抽芯，直到斜导柱离开滑块之后，斜滑块的位置通过滑块位置固定装置固定。开模一定距离之后，液压缸带动顶板顶出及斜向抽芯过程开始。取出塑件后，液压缸带动顶板使斜向顶出复位，之后模具合模，外侧抽芯机构复位。

二、数码相机外壳的注射成型模具

某塑料数码相机外壳的外观如图3-32所示，其注射模如图3-33所示。

（一）模具简介

该模具用于成型数码相机的塑料外壳。该外壳由前盖与后盖组成，两个产品有装配要求。为了使产品有更好的装配性能，两个产品在同一模具中成型，从而获得相同材料与工艺参数。两个不同产品的体积不一定相同，所以在设计该类模具时需要注意熔体注射的对称性。

（二）模具主要零件介绍

1. 抽芯机构 如图3-33所示，抽芯机构由斜导杆5、抽芯型芯8、滑块9和导滑槽10组成。

该模具对称布局，产品靠外的两侧各有两个型腔，都有抽芯的要求。由于这两个产品需要抽芯的距离基本相同，所以在该模具中，对于同侧的抽芯采用同一个滑块带动，而用不同的抽芯型芯嵌入滑块。这一设计简化了模具结构，使模具的维护更为方便，模具的动作也更为平稳。

在该模具的抽芯结构中，并没有采用传统的斜导柱，而是采用了斜导杆的结构。斜导杆在该模具中既起到了斜向导向的作用，又有传统抽芯结构中锁紧块的作用，使得模具的结构更为紧凑。

由于同侧两个型腔的抽芯采用同一滑块带动，一般需要两根斜导柱布置在滑块的两边，精度的要求更高。采用斜导杆形式的抽芯，不但简化结构，加工也更为简单。斜导杆可以突破传统的截面为方形形状，在宽度上加长，以获得更大的抽芯力。

2. 复位机构 如图3-33所示，该模具的复位机构是复位弹簧6。

在一般的模具中，模具合模时，上模推动复位杆，从而使其带动顶板让推杆复位。而在该模具中，模具的推杆与抽芯的型芯处在干涉的位置。开模时抽芯机构先动作，而后顶出机构动作，这一动作不会产生问题。而在闭模时，如果采用传统的闭模方法，则使这两大机构同时复位，它们在复位时的撞击就不可避免。

解决这一问题有两种方法：其一，在模具设计时，使顶出机构和抽芯机构避开干涉，即从俯视图上看，模具的抽芯型芯与顶杆不重合；其二，使顶出机构率先复位，模具的闭合也顺序动作，从而避免这两个部件的撞击。一般首先考虑第一种方法，只有在第一种方法不能实现时才采用第二种方法。

在该模具中采用了顶出机构的先复位，使用了复位弹簧，即当顶出力失去后，弹簧带动顶板复位，顶出机构的复位在闭模之前完成，此时复位杆仅起到导向作用。这一方法操作简单，成本也较低，但其结构并不稳定可靠，一旦弹簧失效，即有相撞的危险，需要不断地检查。

在类似于本节中盖板零件的注射成型模具中，通过液压缸带动顶出机构的先复位，也可以通过模具动作的程序设定来完成。

三、圆筒形带内螺纹零件的角式注射成型模具

图3-34所示为一种圆筒形带内螺纹零件的自动卸螺纹角式注射成型模具。

（一）模具简介

除了螺杆与开模方向平行的注射机之外，还有一种注射机，其螺杆置于开模的垂直方向，称为角式注射机。这里介绍的就是与该种注射机相匹配的模具。

这是一套用于成型具有内螺纹塑件的角式注塑模具。用于成型具有内螺纹的塑件，一般有两种方法。第一种方法是采用螺纹嵌件，即在成型之前将嵌件放入模具，之后完成注塑成型。塑件与嵌件在成型之后一同脱出，然后用手工的方法将螺纹嵌件旋出塑件。这种方法模具结构简单，易于维护。但是由于需要手工放入嵌件，并且需要手工将螺纹部分脱出，所以生产效率较低，常用于产量要求不高的场合。第二种方法，就是这里所用的自动卸螺纹模具。

（二）模具主要零件

模具的螺纹型芯后部截面为方形，与注塑机的开合模丝杆相连接，丝杆的转动带动螺纹型芯同时转动，完成自动卸螺纹的动作。

螺纹型芯与注射机丝杆在连接时，之间留有一段距离H，它的作用是为了平衡丝杆与卸螺纹的动作。由于注射机螺杆的螺距与产品螺纹的螺距是不相同的，而且丝杆同时控制螺纹的转动与模具的运动，在丝杆转动一圈之后，模具的运动距离与塑件脱出螺纹的距离是不同的。它们之间存在距离差，而这段距离H就是为了吸收这两个运动部件的距离差的。

螺纹型芯经常转动，由于螺纹型芯的硬度远高于模板，所以要在螺纹型芯与模板之间装入轴套。如同轴承一样，为防止模板的过早损坏，轴套一般采用含油轴承，螺纹型芯转动时，即可以产生自润滑。

定距螺钉用于控制第一次分型的距离，保证第一次分型在螺纹型芯还有最后一牙留在制品内时停止，而后第二分型面开始分型。

（三）模具动作过程

在注射成型过程完成之后，模具开模，此时A分型面先分型，同时螺纹型芯随着注塑机开合模丝杆的旋转而旋转，动模同时随着丝杆的后退而后退。塑件由于定模部分的阻力不转动也不移动，当A分型面分开一段距离后，此时螺纹型芯在塑件内还有最后一牙时，定距螺钉拉动动模板，使B分型面开始分型。此时，制品随着螺纹型芯离开定模型腔，最后取出制品。

四、热流道模具

（一）热流道模具的特点

热流道系统其实可以看作是注射机喷嘴的延伸段，塑料熔体从注射机喷嘴射进热流道系统后直接进入模具型腔，经保压冷却成为产品。这门技术代替了传统模具中注射机喷嘴将塑料熔体射进模具型腔之间的那一段冷流道。图3-35所示为热流道模具的典型结构。

热流道模具相比传统冷流道模具的优点在于以下几方面：

1）可以简化某些类型模具的设计。一种有中间板的三板模，若按冷流道设计模具至少需要两个分型面，因此有应用的限制。因为主流道棒的脱出和两板之间的主流道凝料的取出，要实现模具的自动操作十分困难。此外，其开模和闭模时间比单分型面的模具要长，从而也影响生产效益。

2）主流道的凝料在冷流道模具中占整个射胶量的比例十分大，而且这一凝料是作为废边角料处理的，大量的原材料被浪费，生产成本也随之提高。

3）限制了熔体温度的下降，使熔体有足够长的流程注入型腔。热流道模具对熔化温度范围窄的结晶型塑料有特别的意义。它不需要像冷流道系统那样，以提高塑化温度来补偿熔体温度的下降。

4）流入型腔的熔体在热流道模具中能进行精确的温度调节。

5）熔体在热流道中的压力损失小，使有效的高压熔体能充满型腔。

6）在大型制品的模具中，能更自由地优化选择注射点的位置，有利于获得更加均匀的充模流动，在模腔中的温度和压力损失减少，能减小制品收缩的差异，并有较低的内应力。

7）减小熔体的充模注射压力，并相应减小注射机的锁模力。

（二）模具的热流道系统

热流道系统按塑料熔体流动过程来描述，包括热流道喷嘴、流道板、温控系统。注射机机筒射出的熔体经过主流道分送到分流道。在流道系统里，主流道被改造成主流道喷嘴。由流道板中的分流道分流从主流道喷嘴注入的熔体，经喷嘴将熔体射进模具的型腔，或附加的冷流道。熔体进入型腔需经浇口的调节。浇口可以是喷嘴的组成部分，也可以是模具的一部分。

1. 热流道喷嘴 主要包括主流道喷嘴、浇口和注射点的喷嘴。

（1）主流道喷嘴。主流道喷嘴也称中央喷嘴。其有关零件组成的部件也被称为主流道杯。主流道喷嘴可将熔体直接注射到成型模具的型腔，也就是没有分流道和流道板。这种热流道喷嘴也被称热流道单喷嘴。另外一类，在主流道喷嘴的下游，需要分流塑料熔体，又有多个喷嘴注射型腔，这是多喷嘴的热流道系统。图3-36所示为常见的三种主流道喷嘴。

（2）浇口。浇口是流道的终点，也是热流道系统中的关键零部件。它可与喷嘴做成一个整体，也可以开设在模具型腔上，再与喷嘴拼合在一起，是喷嘴的组成部分。浇口调节塑料熔体对型腔的注射充模流动。浇口的热力闭合或机械闭合，控制着对型腔内塑料的保压补缩时间。

1）浇口的热力闭合。在开放式、顶针式和顶管式浇口的喷嘴里，浇口都是依靠塑料的自身硬化而闭合的。通过模具冷却系统的传导，使浇口快速降温，熔体冷却后停止流动。在动模打开时，模塑件被强制移动，使浇口凝料拉断。还有一种侧浇口或称为边缘浇口，这种浇口凝固后，在塑件移动时剪断。

在热力闭合的浇口中，主要分为开放式浇口和顶针式浇口。

① 开放式浇口也称直接浇口。它的口径、高度、几何结构，以及塑料熔体性能、浇口区温度变化，都会影响开放式浇口的热力闭合。浇口的凝料头分离在锥形浇口的最窄截面上。在注射循环中，应保持这种有效闭合，并在下一次注射时又重新开放。

如果浇口区的温度过低，就会出现过厚的冻结层。这样，过多的冷料会妨碍下次注射。而浇口区温度过高，保压时间又长，会出现熔料涌出，流道中的熔料会在剩余压力下溢出浇口。

总之，开放式浇口的热力闭合，取决于塑料材料、浇口形状和大小，以及喷嘴的加热控制和浇口区的冷却状态。浇口热力闭合的不稳定容易造成流延、拉丝和垂滴等缺陷。

② 顶针式浇口。顶针位于喷嘴流道的中央，被喷嘴的壳体和流动熔体加热。熔体从顶针和锥孔缝隙中流过，获得较强的剪切作用。熔体又经圆孔浇口与顶尖的环隙中射出，与浇口壁面有较强的摩擦作用。热顶针有防止熔体拉丝的效果。常见的顶针式浇口如图3-37所示。

无定形塑料在停止注射后，在浇口壁上形成了皮塞，但在临近热顶针上，是不完整高弹性的热皮层，属于松弛的热闭合。在注射压力下，皮塞很容易被涌出和熔融。

2）机械闭合。开关式喷嘴将可控制移动的柱销引入浇口孔中，辅助浇口机械闭合。

机械闭合有大孔径的浇口，塑料熔体充填型腔容易，因此适用高粘度和对剪切敏感的塑料制品。可以控制获得较长时间的有效保压压力，所以适宜注射厚壁制品的塑料熔体。与热力闭合浇口相比，不受浇口区域的热平衡影响。机械浇口闭合控制准确，对凝固中的熔体补缩可靠，因而改善了塑料制品质量和尺寸精度。瞬时关闭浇口的功能，防止了型腔中高压熔料的倒流，不会产生飞边，也限制了浇口熔料的流延和拉丝，但会在塑料制件表面留下柱销的痕迹。

但是，机械闭合需要驱动气阀或液压缸；塑料熔体在喷嘴中的流动不畅，压力损失较大；提高了热流道系统的购置和生产成本。

（3）注射点的喷嘴。热流道喷嘴将熔体输送到模具的型腔或冷流道。热流道喷嘴也是热流道系统的购置部件，包括主流道喷嘴和注射点的喷嘴。许多场合，购置的注射点的喷嘴没有浇口套零件。由模具制造者将浇口制造在定模分型面上。不带浇口套的喷嘴有输出的流道，把熔体导入到注射点，或者由顶针引导，也可使用内加热的鱼雷棒。

2. 热流道流道板 热流道的流道板将主流道喷嘴传输来的塑料熔体，经流道送到各注射点的喷嘴。

热流道的流道板根据它的加热方式可分为内加热式流道板和外加热式流道板。根据它的形状不同还可以分为板式流道板和管式流道板。

外加热或流道板是最为传统的热流道流道板设计，目前占据着最大的市场份额。它具有以下一些优点：

1）可以设计成无熔体滞留的结构，限制流道中的“死点”。

2）熔体在流道中滞留的时间短，熔体热降解可能性减少。

3）变更塑料品种或颜色容易。

4）在流道中的压力损失较低。

5）对于喷嘴的选择范围较大，对于柱销类开关式喷嘴，只需使用较小的流道板即可。

6）对于型腔设置的自由度较高，容易获得熔体的流动平衡。

流道板架在热板框中，上有定模固定板，下有定模板。流道板是被电加热器加热的高温部件，四周是由冷却系统维持的低温模板。以空气作为绝热材料，流道板的上下平面的四周与模板间都有间隙。喷嘴的大部分表面与定模板之间也都有间隙，其间隙通过热流道板与定模板之间的承压圈控制。由于承压圈需要承受注射机喷嘴的压力，以及热流道板的热膨胀应力，所以应该由耐高压的高强度材料制造，同时还要有较好的绝热性，以消除因为热传递而带来的热量。为了防止热流道板在受热时产生过大的热应力，在未加热的状态下，周围应该留有一定的空间，以给热流道板的热膨胀留有余地。

板式的热流道板通常使用中碳优质钢或者低合金中碳钢制造，以便于机械加工。但是它的导热性比较差，体积也比较大。因而需要较大的加热功率，而且热惯性大。

高温熔体和腐蚀性塑料及难以注射加工的材料，适宜使用管式的热流道板。该流道板使用不锈钢管制成流道，用线圈加热并以氧化镁填充后，再以套管密封。管道分叉以及与喷嘴的连接要用金属制成连接器，较多的采用金属焊接。管式流道板的体积小、热效率高、耐腐蚀，但需专门设计，而且加工较为困难。

3. 热流道温控系统 热流道的流道板分成若干个加热区，实行独立的温度控制，每个加热区对应给单个或多个喷嘴供料。热流道板加热区的数量，取决于喷嘴的数目与尺寸。

每一个加热区有一个单独的热电偶和加热器。接插件要与测温和加热元件分组连接，否则会烧毁元件。每组有热电偶，正、负引线，电热器接线，共四对插头与插座。此外，还有公用的接地线。常用的接插件有4芯、16芯和24芯，分别用于单个、4个和6个加热区的温度控制。

热流道板通常采用外加热的方法。热源在流道熔体外壁的流道板中。目前，流道板上大都已使用可弯曲的管状加热器。这是一种十分柔软的电加热盘条，盘条的中央是旋绕的合金电热丝，包裹了导热但绝缘的氧化镁软套管，外层是导热的金属波纹管。盘条容易弯曲成型。其使用方法是，在分流板上沿流道开槽，将盘条镶嵌在槽内，并用高压手段在盘条周围填充高导热介质。这样不但较好地解决了温度均匀的问题，其加热效率也接近100%，可使加热盘条在良好的低温环境运行，达到十分高的可靠性、热均匀度和节能效果，同时避免了给模具带来多余热量。

（三）典型的热流道模具

图3-38所示为一种倒置式热流道模具。

1. 模具简介 由于塑件的内表面有较高的外观要求，所以需要将浇口与推出机构放在同侧，使用倒置式结构。由于该塑料制品较大，所以需要使用中心浇口，即整个浇注系统中只有主流道。

该模具如果使用普通的冷流道方法，将会有一个很长的主流道杆废料。不但造成材料的极大浪费，而且加大了开模的行程，对于注射机也提出了更高的要求。所以，在该模具中适合使用热流道。

模具无顶出装置，利用开模动作来实现制品的脱模与顶出。

2. 模具主要零件介绍 如图3-38所示，顶出机构由顶出弹簧1、定距螺钉2、拉板3、斜顶杆5、斜顶杆衬套6组成。

顶出弹簧用于模具的第一次分型，在模具打开后，弹簧的力得以释放，保证A分型面先分型。定距螺钉用以保证一次分型的分型距离，该分型距离主要用于控制抽芯机构4的抽芯距离。

拉板的作用是在模具第一次分型结束，经过一定距离后（见图3-38中的H）拉板带动顶板，并使斜向顶出机构动作，拉板上的螺钉用于控制距离H，即为第二次分型的距离。

抽芯机构4与普通的冷流道模具一样，由滑块、斜道柱、导滑槽、锁紧块等组成。其抽芯距通过定距螺钉的长度来调节。

热流道装置是主流道喷嘴7。

该模具为单型腔模具，浇注系统只有一个主流道，所以仅有一直主流道喷嘴，不需要分流板与分流嘴。

3. 模具工作过程 模具开模后，顶出弹簧1使模具在A分型面先分型，上部抽芯机构4开始动作，在达到定距螺钉2所控制的距离之后，第一次分型结束。

模板继续移动，此时B分型面开始分型，在移动了距离H之后。拉板3开始带动斜顶杆5工作，斜向顶出也随之开始。斜顶杆移动了限定的距离之后，顶出结束，制品完全从模具中脱出。

模具闭合，B分型面先闭合，顶板靠复位杆复位。之后，A分型面闭合，抽芯机构4复位。