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(yīng)用價值。

第1篇·模具工程，所要達(dá)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(shè)計師，使他們能用工程的觀點去處理模具問題。

對于在塑料工業(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，《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。第二部分 模具設(shè)計的一般指導(dǎo)原則。第三部分 針對模具設(shè)計者的問題。

模具設(shè)計方面還有不少好書，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)計實例。實際只是具有不同特點的許多完整的模具圖紙的集合，沒有這些特點應(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值，正相反，模具設(shè)計人員可能會從中找到許多解決模具設(shè)計難題的有意思的方法。但是這些模具設(shè)計案例所提供的不應(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)計思想。

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

1.1什么是注塑模

注塑模是用裝配形成的空腔（一個或多個），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，并按如下的時間順序（通常是自動進(jìn)的）充填模腔∶●合模;A

●注射（熱的，近乎流動的）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為止;●開模;●頂出塑料制品;

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

周期（數(shù)秒鐘）在全自動（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間長短。但通常、人們以每分鐘（或每小時）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短來表示。

1.2什么是注塑機(jī)

寸于模具設(shè)計人員來說，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。一臺注塑機(jī)由四個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作（盡快地），并提供必要的合模力以保持塑料注射時模具的閉合狀態(tài)。因為作用在模具型腔內(nèi)部表面（投影面）上的注射壓力有打開模具縫口的趨勢。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)動同時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個或更多的加熱段，提供補(bǔ)充熱量。這主要在注塑機(jī)啟動時需要，另一方面，單獨由螺桿的機(jī)械運(yùn)動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，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∶一級注射和二級注射，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)計在一個裝置中。當(dāng)一次注射的塑料熔體備足時，擠出螺桿停止轉(zhuǎn)動，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）螺桿或一級注射裝置。

司造業(yè)界一般以每小時加工塑化的塑料原料的數(shù)量來評價螺桿的加工能力，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。對于大注射量，采

既速注射，其注射時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(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)時模塑人員通常選用比實際注射要求大的噴嘴尺寸，因此，推移運(yùn)動不會十分期前到盡頭，以致在螺桿的頂部大約5～10mm形成一個熔體的儲料池。

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即料罐。這類注塑被稱為預(yù)塑化、二級或P型注塑機(jī)。二級注塑系統(tǒng)的優(yōu)點有以下幾方面。

螺桿能夠連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，因此可用時間（額定時間）能100%地用于塑化原料。這樣，對于相同的注射量，P型注塑機(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。不需要儲料池準(zhǔn)備注射的塑料的體積能根據(jù)模腔體積地計算。

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，因為其壓力太大會損壞過濾器。

二級注射系統(tǒng)的缺點有∶

于需要更多的構(gòu)件和控制裝置，設(shè)備的造價較高。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間繼電器等等的信號，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)械傳動的開關(guān)和時間繼電器使用壽命比電子的開關(guān)和時間繼電器要短得多，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設(shè)備進(jìn)行檢測和維護(hù)。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(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)開合所需的全部時間，是模具開啟過程時間和團(tuán)合過程時間的總和。縣前快速注塑機(jī)的空程周期有1～3s。