塑料精密注射成型时，这些模具设计要点你都明白吗？

鲁智深

摘要随着电子、电信、医疗、汽车等行业的迅速发展，对塑料制品的高精度、高性能要求与日俱增，精密注射成型要求制品不仅具有较高的尺寸精度、较低的翘曲变形，而且还应有优异的光学性能等.注射成型是最重要的塑料成型方法之一，如何提高注射成型技术水平，生产出高精度的塑料制品，创造附加值高的产品，模具的设计是重要环节。

在注射成型设计中，除了应考虑一般模具设计事项外，还要特别考虑如下事项:
1)为了得到所要尺寸公差的制品，要考虑适当的模具尺寸公差。
2)要考虑防止产生成型收缩率波动。
3)要考虑防止产生成型变形.
4)要考虑防止产生脱模变形。
5)要使模具制作误差最小.
6)要考虑防止模具精度波动.  

1、适当的模具尺寸和公差   

1.1制品尺寸精度与模具尺寸精度的关连  
绘出制品图，考虑模具设计、模具制作和成型过程。  
首先可从制品图面尺寸求模具图面尺寸。按此模具图画尺寸制作模具，得到模具的实际尺寸。用此模具可得到成型的制品，得到制品实际尺寸。间题是此实际尺寸如何在图面所要尺寸公差内。  

1.2适当的收缩率  
如上所述，即使在用同一颜料的同一树脂中，收缩率也因成型条件不同而异。在精密成型中，收缩率变化程度要小，预计收缩率和实际收缩半要尽可能无差异。主要是采用整理以往的类似制品的实际收缩率来推定收缩率，也有用实验模求实际收缩率，再经修正、设计制作生产模的情形.  

但完全恰当推定收缩率几乎是不可能的，不可避免地要在试成型后修正模具。修正结果，凹部将增大尺寸，凸部将缩小尺寸。因此，对凹部尺寸，将收缩率设在小值，对于凸部尺寸将收缩率设在大值。齿轮外径尺寸变大时不能啮合，变小时仅齿隙变大，所以要将收缩率设在小值。  

2、防止产生成型收缩率波动  
精密注射成型，必须以确实可按所要尺寸制作模具为前提。然而，即使模具尺寸一定，制品实际尺寸也因实际收缩不同而异.所以在精密注射成型中，收缩率的控制是十分重要的.模具设计的合适与否支配收缩率，还因树脂批次不同而异，若改变颜料，收缩率也产生差异。因成型机不同，成型条件的设定、再现性以及各成型周期的动作有波动，对实际收缩率产生波动等，因而收缩的控制是困难的.

2.1影响收缩率的主要因素  
模具尺寸可由制品尺寸加上收缩率求得，所以在模具设计时，需要考虑收缩率的主要因家.

影响成型收缩率的主要因素有
(1)树脂压力，(2)树脂温度，(3)模具温度，(4)浇口截面积，(5)注射时间，(6)冷却时间，(7)制品壁厚，(8)增强材料含盆，(9)定向性，(10)注射速度。这些影响因树脂和成型条件等项目的变化不同而异。  

(1)树脂压力  
树脂压力对收缩率影响很大，树脂压力若大，收缩率变小，制品尺寸则大。即使在同一模腔内，树脂压力也因制品形状不同而异，因此产生收缩率差异。在多腔模的场合，各模腔内树脂压力容易产生差异，结果各模腔的收缩率也不相同。  

(2)模具温度  
无论是非结晶性树脂或是结晶性树脂，模具温度若高，收缩率则变大.精密成型要将模具温度维持在特定温度。在模具设计时，必须注意冷却回路设计。  

(3)浇口截面积 一般说来，改变浇口截面积时，收缩率也变化.收缩率随着浇口尺寸变大而变小，这与树脂的流动性有关。  

(4)制品壁厚度   
制品壁厚度也影响收率.对于非结晶性树脂，因树脂对壁厚的收缩率影响倾向不同，壁厚大，收缩率也大，反之，收缩率变小。而对于结晶性树脂，必须避免壁厚变化特别大。在多腔模的情形，如果模腔壁厚有差异，收缩率也将产生差异.  

(5)增强材料含量  
用玻瑞纤维增强树脂时，加玻纤量愈多，收缩率则愈小，流动方向的收缩率比横向收缩率小，根据树脂其差较大，为了防止扭曲飞翘曲，必须考虑浇口形状飞侥口位置和浇口数.  

(6)定向性  
定向性虽有较大差异，然而对所有树脂都存在定向性。结晶性树脂的定向性特别大，由于壁厚和成型条件而有差异。  
此外，还有产生成型后收缩。影响成型后收缩的主要因素有①内部应力缓和，②结晶，③温度，④湿度.  

2.2可采取的措施
(1)流道，浇口平衡
如上所述，收缩率因树脂压力变化。在单腔模多点浇口以及多腔模的情形，
要同样进行充模，就要进行浇口平衡。树脂流动与在流道中的流动阻力有关，所以在取浇口平衡前最好取流道平衡。

(2)模腔排列
为了使成型条件的设定容易，所以需要注意模腔排列。由于熔融树脂将热带入模具，在一般模腔排列的情况下，模具温度分布呈以浇口为中心的同心圆状。所以在选择多腔模的模腔排列时，既要易取流道平衡，又要取以浇口为中心的同心回状排列

3、防止产生成型变形
成型变形产生的原因是在不均匀的收缩下有内应力，所以需要防止不均匀地收缩。在齿轮中心有孔的圆形制品的情形，必须在中心设浇口.然而在树脂的流动方向与垂直方向收缩率有较大差异时，却有产生椭圆的缺点，在需要更高精度的圆度时，需要设成3点或6点浇口。

但需要充分注意各浇口的平衡。在使用侧浇口时，3点浇口将使圆筒状制品内径增大，在外表和端面不允许浇口痕迹的情形少使用内侧多点匀分浇口，可以得到良好结果。

4、防止脱模产生变形
精密制品一般较小，制品壁厚较薄，有的还有许多薄筋。棋具设计必须考虑使制品不变形，而且可适当脱棋。对于收缩率较小的树脂，
当成型压力高的情形，需要注意制品易留在模腔。.用收缩率小的树脂成型齿轮时，齿轮部分模腔最好设计在顶出一侧的模板上。

在用顶销时，濡要注意无变形的顶销数和顶压位置。带孔齿轮需要芯销，这时为了有助于在顶出时平行顶出，而需要设置顶出侧模板上。

对于角状制品，可以使用冲孔模板顶出，用这种模板顶出可以防止产生变形。一般精密制品拔模斜度较小。为了减小脱模力，需要镜面加工，研磨方向必为拔模方向。要按拔模方向设容易研磨的分块型芯。

5、最小的模具制作误差

5.1按所要加工方式的适当的模具构造
为了得到所要精度的制品尺寸，必须有相应的模具尺寸，而模具需要有极高精度的加工，又受精加工机械限制.  

为了维持模具精度，需要耐磨性高，为此需要采用淬火.用磨床及电火花加工机床加工淬火模具的精度可达0.01毫米以内。  

用电火花加工机床彤模加工时，必须注意电极端的磨损变大。加工图3的齿轮用模腔以及用钢丝电火花加工机床加工时，应尽可能设计能够贯通加工的构造。  
从防止磨削变形和缩短加工时间方面来看，要选定淬火变形少的钢材，而且要设计为淬火变形少的形状。形状复杂时，悴火冷却不易均匀，易产生淬火变形。

5.2总分割式模具  
为了将淬火零件加工成较高精度，要使用磨床。因此，需要采用镶件组成分割式模具。

这种模具有如下特征:  
(1)因为可选择适当材料，所以能够使用适当硬度模具材料。      
(2)能够利用耐蚀性和耐磨性高的模具材料.  
(3)能够分别热处理，所以容易设定热处理条件。  
(4)能够使用镜面加工性良好的模具材料，镜面加工操作也容易，所以能够提高镜面度。  

(5)因为容易按拔模方向研磨，所以有利于采用拔模斜度小的模具。      
(6)由于硬化，可延长模具精度保持时间，模具寿命长。      
(7)容易设在任意位置排气，所以充模容易.      
(8)磨削加工容易.  
(9)能够提高模具零件精度，所以可能提高制品精度。  

(10)可在较小的公差内制作备模腔和型芯，所以部件互换性高，容易维修。     (11)因为以磨削加工为主体，所以加工效率高。      
(12)零件数多，需要极大提高各零件加工精度.      
(13)局限于特定加工方法      
(14)采用完全淬火   

6、防止模具精度的误差  

确保滑动件各周期的定位，需要防止模具精度的波动。为了维持滑动件的精度，滑动件都应悴火研磨.侧芯滑动部分的配合应有定位退拔部分。