洪慎章

(上海交通大學(xué)塑性成形技術(shù)與裝備研究院，上海 200030)

（接上期）

5.9.3 常見的各種冷卻系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

由于塑件的形狀是各種各樣的，必須根據(jù)型腔內(nèi)的溫度分布、澆口位置等設(shè)計(jì)不同的冷卻系統(tǒng)。

5.9.3.1 型腔冷卻系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

最常見的型腔冷卻水槽結(jié)構(gòu)如圖302所示，采用鉆孔的方法比較容易加工，用堵頭使冷卻水沿指定方向流動(dòng)。圖303所示為型腔開設(shè)環(huán)形冷卻水糟的形式，這種結(jié)構(gòu)一定要很好地密封。圖304所示為比較深的圓形制件型腔冷卻形式。

圖302 型腔冷卻水槽結(jié)構(gòu)

圖303 型腔開設(shè)環(huán)形冷卻水槽

圖304 比較深的圓形制件型腔冷卻

圖305 噴射式冷卻

5.9.3.2 型芯冷卻系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

型芯的冷卻結(jié)構(gòu)根據(jù)塑件的深度、寬度等大小不同而異。除圖295至圖300所示結(jié)構(gòu)外，還使用噴射式循環(huán)水路或冷卻水與壓縮空氣并用的情況。圖305所示為主要冷卻回路在定模型腔，沿澆口附近成環(huán)狀回路,型芯為噴射式冷卻。圖306所示為冷卻水與壓縮空氣并用的結(jié)構(gòu), 在推出桿內(nèi)設(shè)有噴射的冷卻水路,壓縮空氣起冷卻及進(jìn)氣作用。 圖307所示是為了擴(kuò)大冷卻型芯的上面，使用了沒有冷卻水通孔的特殊隔板,提高了冷卻效果。

圖306 冷卻水與壓縮空氣并用的結(jié)構(gòu)

圖307 特殊隔板冷卻型芯結(jié)構(gòu)

5.9.4 加熱裝置的設(shè)計(jì)

當(dāng)注塑成型工藝要求模具在80℃以上工作時(shí)，模具中必須設(shè)置有加熱功能的溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)，換句話說，就是模具中必須帶有加熱裝置。根據(jù)熱源不同，模具加熱裝置的種類很多，如采用各種熱水、熱油和蒸汽的加熱裝置以及各種電加熱裝置等。除了電加熱之外，對(duì)于各種加熱介質(zhì)，均需要在模內(nèi)開設(shè)相應(yīng)的循環(huán)回路，其設(shè)計(jì)方法可以類比冷卻水路。電加熱裝置是當(dāng)前應(yīng)用比較普遍的溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)，它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、溫度調(diào)節(jié)范圍較大和加熱清潔、沒有污染等優(yōu)點(diǎn)。

5.9.4.1 電加熱的方式

模具中可以使用的電加熱裝置有兩大類型，一種是電阻加熱，另一種是感應(yīng)加熱。由于感應(yīng)加熱裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積又大，通常很少采用。下面是三種常用的電阻加熱方式。

（1）電阻絲直接加熱 這種方式將事先繞制好的螺旋彈簧狀電阻絲作為加熱元件，外部穿套特制的絕緣瓷管后，裝入模具中的加熱孔道，一旦通電，便可對(duì)模具直接加熱。這種方式的特點(diǎn)是加熱結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉；但電阻絲與空氣接觸后容易氧化損耗、使用壽命不長(zhǎng)、耗電量也比較大，并且也不大安全，必須注意模具加熱部分與其他部分的絕緣問題。

（2）電熱環(huán)加熱 電熱環(huán)也稱為筒式加熱元件，它是將電阻絲繞制在云母片上之后，再裝夾進(jìn)一個(gè)特制框套內(nèi)而制成的。如果框套為金屬材料，則框套與電阻絲之間須有云母片絕緣。圖308所示是三種電熱環(huán)形式，使用時(shí)可以根據(jù)模具加熱部位的形狀進(jìn)行選用。如果模具中不便使用電熱環(huán)，也可以采用平板框套構(gòu)成的電熱板。

圖308 電熱環(huán)形式

電熱環(huán)加熱的特點(diǎn)是框架結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造容易，使用和更換也比較方便，必要時(shí)也可按照模具加熱部分的形狀進(jìn)行制造；它的缺點(diǎn)是耗電量較大。

（3）電熱棒加熱 如圖309所示，電熱棒是一種標(biāo)準(zhǔn)加熱元件，它由具有一定功率的電阻絲和帶有耐熱絕緣材料的金屬密封管構(gòu)成[見圖309（a)]。使用時(shí)，只要將其插入模具或加熱板中的加熱孔內(nèi)進(jìn)行通電即可。電熱棒式加熱的特點(diǎn)是使用和安裝方便；但是開設(shè)加熱孔時(shí)，受型芯、成型鑲塊和推出脫模零件安裝位置限制。

5.9.4.2 電加熱裝置的功率計(jì)算

（1）計(jì)算法 電加熱裝置加熱模具需用的總功率可用下式計(jì)算：

式中：P——加熱模具需用的電功率，kW；

m——模具的質(zhì)量，kg；

cp——模具材料的比熱容，[kJ/(kg·K)]；

圖309 電熱棒及其安裝

θ1——模具的初始溫度，℃；

θ2——模具要求的加熱溫度，℃；

η——加熱元件的效率，約為0.3～0.5；

t——加熱時(shí)間，h。

（2） 經(jīng)驗(yàn)法 計(jì)算模具電加熱裝置所需的總功率是一項(xiàng)很復(fù)雜的工作，事先必須對(duì)模具進(jìn)行準(zhǔn)確的熱分析和熱計(jì)算。因此，式(69)實(shí)質(zhì)上也是—種比較粗略的概算方法。生產(chǎn)中為了方便起見，也可以根據(jù)加熱方式和模具的大小，采用下面經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算單位質(zhì)量模具的電加熱功率。

a.電熱環(huán)加熱。小型模具： Pu=40 W/kg；大型模具Pu=60 W/kg。

b.電熱棒加熱。小型模具（40 kg以下）：Pu=35 W/kg；中型模具（40～100 kg）；Pu=30 W/kg；大型模具（100 kg以上）：Pu=20～20 W/kg。

5.9.4.3 電加熱裝置的設(shè)計(jì)要求

設(shè)計(jì)電阻式電加熱裝置時(shí)，除了設(shè)計(jì)加熱元件之外，模具中加熱孔道的布排、電熱環(huán)的安裝部位和電氣控制系統(tǒng)也非常重要 。通常均要求能在模具中合理地開設(shè)加熱孔道、合理地選擇電熱環(huán)的安裝部位及其形狀，以便能使模具溫度保持均勻—致。對(duì)于電氣控制系統(tǒng)，均要求系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確地控制和調(diào)節(jié)加熱功率及加熱溫度，防止因功率不夠達(dá)不到模溫要求，或因功率過大超過模溫要求。

5.10 模架設(shè)計(jì)

5.10.1 概述

模架是注塑模的骨架和基體，模具的每一部分都要“寄生”于其中，通過它將模具的各個(gè)部分有機(jī)地聯(lián)系在—起。從市場(chǎng)買來的標(biāo)準(zhǔn)模架—般由定模座板 (或叫定模板、定模底板)、定模固定板、動(dòng)模固定板、動(dòng)模墊板(或叫支承板)、墊塊(或叫墊腳、模腳、支承塊)、動(dòng)模座板(或叫動(dòng)模板、動(dòng)模底板)推出固定板、推出墊板(或叫推出底板)、導(dǎo)柱、導(dǎo)套、復(fù)位桿等組成。另外，根據(jù)需要，還有特殊結(jié)構(gòu)的模架，如點(diǎn)澆口模架、帶推板推出的模架等。模架中其他部分要根據(jù)需要進(jìn)行補(bǔ)充，如精定位裝置、支承柱等。

圖310所示為最常用的一種注塑模標(biāo)準(zhǔn)模架。

5.10.2 固定板及墊板

固定板是用以固定凸模或型芯、凹模、導(dǎo)柱、導(dǎo)套、推桿等的。為了保證凹模、型芯或其他零件固定穩(wěn)固，固定板應(yīng)有—定的厚度，并有足夠的強(qiáng)度。—般用45鋼制成，最好調(diào)質(zhì)硬度為235 HBW。

圖310 最常見的注塑模架

墊板是蓋在固定板上面或墊在固定板下面的平板，它的作用是防止型腔、型芯/凸模、導(dǎo)柱、導(dǎo)套或推桿等脫出固定板，并承受型腔或型芯/凸模或推桿等的壓力，因此它要具有較高的平行度和硬度。—般用45鋼，經(jīng)調(diào)質(zhì)處理硬度為235 HBW，或50、40Cr、40MnB、40MnVB、45Mn2 等，調(diào)質(zhì)處理硬度為235 HBW，或結(jié)構(gòu)鋼 Q235～Q275。在有些場(chǎng)合，只需固定板或由于固定方式的不同，可省去墊板。定模墊板通常就是模具與注塑機(jī)連接處的定模板。動(dòng)模墊板還起到了支承板的作用，其要承受成型壓力導(dǎo)致的模板彎曲應(yīng)力。

墊板與固定板的連接方式常采用螺釘聯(lián)接，在需要保證固定板與墊板之間的位置時(shí)，還要加銷釘定位，如圖311所示。

圖311 墊板與固定板的聯(lián)接

5.10.3 支承件

（1） 墊塊(支承塊)它的主要作用是在動(dòng)模座板和動(dòng)模墊板之間形成頂出機(jī)構(gòu)的動(dòng)作空間，或是調(diào)節(jié)模具的總厚度，以適應(yīng)注塑機(jī)的模具安裝厚度要求。

墊塊的結(jié)構(gòu)形式如圖312所示。平行墊塊[見圖312(a)]常用于大型模具；拐角墊塊[又叫模腳，見圖312(b)]，省去了動(dòng)模板，常用于中小型模塊。

墊塊一般用中碳鋼制造，也可用Q235鋼制造，或用HT200、球墨鑄鐵等制造。

墊塊的高度不能過高，也不能過低。墊塊的高度計(jì)算式如下：

圖312 墊塊的形式

式中： h墊塊——墊塊的高度；

h限釘——推出板限位釘?shù)母叨龋?/p>

h推墊——推出墊板的厚度；

h推固——推桿固定板的厚度；

S推——脫出塑件所需的推出行程；

δ——表示推出行程的余量，一般為3～6 mm，以免推出板頂?shù)絼?dòng)模墊板。

另外，若在推出板與動(dòng)模墊板之間加入彈簧作復(fù)位或起平穩(wěn)、緩沖作用時(shí)，則墊塊高度還要再加上所用彈簧并緊后的高度。若不用限位釘，則把h限釘=0代入上式計(jì)算即可。

模具組裝時(shí)，應(yīng)注意所有墊塊高度應(yīng)一致，否則由于負(fù)荷不均勻會(huì)造成動(dòng)模板損壞。

墊塊與動(dòng)模座板和動(dòng)模墊板之間可以不用銷釘定位，要求高時(shí)可用銷釘定位，如圖313(a)所示。另外當(dāng)動(dòng)模座板與動(dòng)模墊板之間采用間接連接時(shí)，動(dòng)模墊板與墊塊之間要用螺釘、銷釘連接，動(dòng)模座板與墊塊之間也要用螺釘、銷釘連接，如圖313(b)所示。

圖313 墊塊的連接及支承柱的安裝形式Ι

（2）支承柱 大多數(shù)模具要求在推出空間之間的面積上加以補(bǔ)充支承，通常采用圓柱形支承柱(空心或?qū)嵭?，如圖344所示。有時(shí)它還能起到對(duì)推桿固定板導(dǎo)向的作用。支承柱的連接方式如圖313(b)和圖315所示。支承柱的工作高度必須與墊塊的工作高度一致。支承柱的個(gè)數(shù)通常可為2、3、4、6、8等，盡量均勻分布，一般應(yīng)根據(jù)動(dòng)模墊板的受力工作狀況以及可用的空間而定。

圖314 支承柱的形式

圖315 支承柱的安裝形式Ⅱ

支承柱可用45鋼，經(jīng)調(diào)質(zhì)處理硬度為235 HBW。

5.10.4 吊裝設(shè)計(jì)

對(duì)于大、中型模具，為方便模具在制造、裝配、裝模生產(chǎn)和儲(chǔ)運(yùn)，通常在模具上開設(shè)一定尺寸的吊裝螺孔，以便安裝吊環(huán)。小型模具可不進(jìn)行吊裝設(shè)計(jì)，但有時(shí)根據(jù)需要，也可設(shè)計(jì)吊裝螺孔。

吊裝螺孔通常在動(dòng)模板、動(dòng)模墊板、動(dòng)模固定板、定模固定板、定模板、墊塊、推出板等上均需開設(shè)。一般螺孔位置在模具裝于臥裝于注塑機(jī)上時(shí)，模板上下端面的中央，或模具立裝于角式注塑機(jī)時(shí)，模板左右端面的中央。若在一個(gè)端面上需開設(shè)兩個(gè)螺孔，則在端面上沿中心對(duì)稱開設(shè)。另外，在尺寸較大且較沉的型芯/凸模、凹模等鑲塊上的適當(dāng)位置也需開設(shè)吊裝螺孔。螺孔尺寸的大小要保證吊環(huán)的強(qiáng)度足夠，并能使吊環(huán)的螺牙全部利用，即要保證螺孔有一定的深度 。

5.11 模具標(biāo)準(zhǔn)件

標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)能提高效益，縮短生產(chǎn)周期。所以設(shè)計(jì)時(shí)要參閱有關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)。

注塑模具標(biāo)準(zhǔn)件的相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)如下：

（1）推桿(GB/T4169. 1—2006)

（2）直導(dǎo)套(GB/T4169.2—2006)

（3）帶頭導(dǎo)套(GB/T4169.3—2006)

（4）帶頭導(dǎo)柱(GB/T4169.4—2006)

Abstract:Injection molding process and mold design is an integrated science with continuous development. Not only with the improvement of polymer materials synthesis technology, innovation of injection molding equipment and maturity of molding process, it will be also developing with penetration of computer technology, rapid prototyping technology, numerical simulation technology and digital application technology in the fi eld of injection molding processing. This lecture mainly include: Injection mold structure and classifi cation, injection-molded part design, injection molding process, the relationship between injection molding machine and mold, Injection mold design, special injection mold, injection mold CAD and its intelligent system.

Key words:injection molding; injection process; injection mold; mold design

（未完待續(xù)）

（5）帶肩導(dǎo)柱(GB/T4169.5—2006)

（6）墊塊(GB/T4169.6—2006)

（7）推板(GB/T4169.7—2006)

（8）模板(GB/T4169.8—2006)

（9）限位釘(GB/T4169.9—2006)

（10）支承柱(GB/T4169. 10—2006)

（11）圓形定位元件(GB/T4169. 11—2006)

（12）推板導(dǎo)套(GB/T4169. 12—2006)

（13）復(fù)位桿(GB/T4169.13—2006)

（14）推板導(dǎo)柱(GB/T4169. 14—2006)

（15）扁推桿(GB/T4169.15—2006)

（16）帶肩推桿(GB/T4169. 16—2006)

（17）推管(GB/T4169.17—2006)

（18）定位圈(GB/T4169.18—2006)

（19）澆口套(GB/T4169.19—2006)

（20）拉桿導(dǎo)柱(GB/T4169.20—2006)

（21）矩形定位元件(GB/T4169. 21—2006)

（22）圓形拉?？?GB/T4169.22—2006)

（23） 矩形拉模扣 (GB/T4169. 23—2006)

上述模具標(biāo)準(zhǔn)件的形狀及尺寸參見有關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)資料。