第1章 模具工程人門

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

第1篇·模具工程，所要達(dá)到的目的，不僅是對(duì)于初次接觸模具的技術(shù)人員，而且對(duì)于有較豐富經(jīng)驗(yàn)的模具設(shè)計(jì)師，使他們能用工程的觀點(diǎn)去處理模具問題。

對(duì)于在塑料工業(yè)其他部門工作的人員，例如從事銷售和售后服務(wù)的人員來說，在他們的工作中也需要了解有關(guān)塑料模具的知識(shí)，《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(jī)、塑料原料和塑料制品的基礎(chǔ)知識(shí)。第二部分 模具設(shè)計(jì)的一般指導(dǎo)原則。第三部分 針對(duì)模具設(shè)計(jì)者的問題。

模具設(shè)計(jì)方面還有不少好書，其中一部分列在本章結(jié)尾推薦的閱讀資料。這些書的內(nèi)容大部分是具有專門用途的塑料制品成型模具的設(shè)計(jì)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，沒有這些特點(diǎn)應(yīng)用原理的介紹。許多情況顯示，模具技術(shù)距當(dāng)今技術(shù)水

平的要求大約落后20～30年。這并不是說這些模具書沒有價(jià)值，正相反，模具設(shè)計(jì)人員可能會(huì)從中找到許多解決模具設(shè)計(jì)難題的有意思的方法。但是這些模具設(shè)計(jì)案例所提供的不應(yīng)僅僅是仿制，而應(yīng)從中吸取反映當(dāng)今技術(shù)水準(zhǔn)的設(shè)計(jì)思想。

篇的內(nèi)容與其說是模具設(shè)計(jì)知識(shí)的完整集合，倒不如說是把模具設(shè)計(jì)知識(shí)分解成了許多部分（單元），并以工程的觀點(diǎn)分別加以論述，而且還對(duì)各種知識(shí)的應(yīng)用場(chǎng)合給予分析說明。

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。

具的型腔是由稱作模腔的陰模部件和稱作模芯的陽模部件共同組成。模具安裝在注塑機(jī)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;●開模;●頂出塑料制品;

●如果需要，注塑機(jī)可以延長(zhǎng)開模（MO）時(shí)間做好下一個(gè)（注射）周期的準(zhǔn)備工作。

周期（數(shù)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(zhǎng)短。但通常、人們以每分鐘（或每小時(shí)）注射次數(shù)來表示生產(chǎn)的生產(chǎn)率，而不用幾秒鐘的模塑周期的長(zhǎng)短來表示。

1.2什么是注塑機(jī)

寸于模具設(shè)計(jì)人員來說，一件重要的事情是要首先弄清楚注射模塑工藝的過程及其術(shù)語。一臺(tái)注塑機(jī)由四個(gè)作用不同的基本單元組成。

①合模機(jī)構(gòu);

②塑化裝置;③注射裝置;

④全部控制系統(tǒng)。

1.2.1合模機(jī)構(gòu)

合模機(jī)構(gòu)在模塑周期中完成開模和合模動(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?yàn)樽饔迷谀＞咝颓粌?nèi)部表面（投影面）上的注射壓力有打開模具縫口的趨勢(shì)。這里的縫口即模具分型面也稱作分模線（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(jī)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(jī)筒中作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的機(jī)械能轉(zhuǎn)化生成，是由螺桿電機(jī)提供的。螺桿的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)同時(shí)還將塑料原料推向螺桿頂端。

環(huán)繞機(jī)筒安裝有加熱器，一般分成3個(gè)或更多的加熱段，提供補(bǔ)充熱量。這主要在注塑機(jī)啟動(dòng)時(shí)需要，另一方面，單獨(dú)由螺桿的機(jī)械運(yùn)動(dòng)來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(duì)較低（49.0～98.1MPa），以致僅在擠出機(jī)三力下就足以將塑料熔體充滿（流動(dòng)成型）模腔。薄壁制品特別當(dāng)L/t （見1.3.4.2節(jié)中定義）大于200時(shí)，需要相當(dāng)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模腔。

有兩種注射方法∶一級(jí)注射和二級(jí)注射，所使用的注塑機(jī)類型介紹如下。

1.2.3.1 RS型注塑機(jī)

目前，大部分注塑機(jī)的擠塑機(jī)構(gòu)和注射機(jī)構(gòu)被設(shè)計(jì)在一個(gè)裝置中。當(dāng)一次注射的塑料熔體備足時(shí)，擠出螺桿停止轉(zhuǎn)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(fù)式（RS）螺桿或一級(jí)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(shù)量來評(píng)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(qiáng)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(biāo)稱的（注塑機(jī)說明書所標(biāo)明的）要低。對(duì)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(fù)并完成的塑化能力往往只是其標(biāo)稱塑化能力的 60%～80%。

能夠注入模具中的塑料的數(shù)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)有塑料通過單向閥產(chǎn)生泄漏現(xiàn)象。這將影響到進(jìn)模腔空間的塑料的數(shù)量，并因此造成欠注或由于保壓（過度充模）要，使模具的生產(chǎn)效率受到影響。泄漏現(xiàn)象還會(huì)對(duì)制品的質(zhì)量（密度）、尺寸（由于收縮率的變化而引起的）和內(nèi)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(fù)式注塑機(jī)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(yùn)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(chǔ)料池。

1.2.3.2 P型注塑機(jī)

預(yù)塑化式注塑機(jī)系統(tǒng)把擠出機(jī)構(gòu)的作用和注射裝置的作用分開。擠出機(jī)構(gòu)塑化原材料并使其充滿注射裝置的料簡(jiǎn)即料罐。這類注塑被稱為預(yù)塑化、二級(jí)或P型注塑機(jī)。二級(jí)注塑系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)有以下幾方面。

螺桿能夠連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，因此可用時(shí)間（額定時(shí)間）能100%地用于塑化原料。這樣，對(duì)于相同的注射量，P型注塑機(jī)可以使用比 RS型塑機(jī)小的擠塑機(jī)構(gòu)。

②由于連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，P型注塑機(jī)比RS型注塑機(jī)熔體混合得更好，溫度更低，對(duì)于某些熱敏材料來說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(jī)械計(jì)量，主射量的可重復(fù)性和精度比使用RS型注塑機(jī)要好。不需要儲(chǔ)料池準(zhǔn)備注射的塑料的體積能根據(jù)模腔體積地計(jì)算。

④由于塑料熔體從擠塑機(jī)構(gòu)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。而這樣的過濾作用在RS型注塑機(jī)中是不行的，因?yàn)槠鋲毫μ髸?huì)損壞過濾器。

二級(jí)注射系統(tǒng)的缺點(diǎn)有∶

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

1.2.4 控制裝置

空制系統(tǒng)掌握著注塑機(jī)的操作過程。注塑機(jī)的控制系統(tǒng)可分為四個(gè)基本要素。

①控制組件安裝在合模安全門附近，在這里操作者能夠觀察模具犬況，能夠方便地操縱按鈕實(shí)現(xiàn)所要求的作業(yè)。有些注塑機(jī)把調(diào)節(jié)機(jī)器狀態(tài)的按鈕和開關(guān)都設(shè)計(jì)在安全門附近的控制面板上。

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

③電力供應(yīng)和電動(dòng)機(jī)及加熱器的分布。④注塑機(jī)和模具的溫度控制。

為使用方便通常注塑機(jī)還具有其他一些特性，然而對(duì)于注塑機(jī)工藝過程的了解，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

程周期 注塑機(jī)合模機(jī)構(gòu)開合所需的全部時(shí)間，是模具開啟過程時(shí)間和團(tuán)合過程時(shí)間的總和?？h前快速注塑機(jī)的空程周期有1～3s。