第1章 模具工程人門

模具工程》主要論述有關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用價值。

第1篇·模具工程，所要達到的目的，不僅是對于初次接觸模具的技術人員，而且對于有較豐富經驗的模具設計師，使他們能用工程的觀點去處理模具問題。

對于在塑料工業其他部門工作的人員，例如從事銷售和售后服務的人員來說，在他們的工作中也需要了解有關塑料模具的知識，《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 關于模具、注塑機、塑料原料和塑料制品的基礎知識。第二部分 模具設計的一般指導原則。第三部分 針對模具設計者的問題。

模具設計方面還有不少好書，其中一部分列在本章結尾推薦的閱讀資料。這些書的內容大部分是具有專門用途的塑料制品成型模具的設計實例。實際只是具有不同特點的許多完整的模具圖紙的集合，沒有這些特點應用原理的介紹。許多情況顯示，模具技術距當今技術水

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，模具設計人員可能會從中找到許多解決模具設計難題的有意思的方法。但是這些模具設計案例所提供的不應僅僅是仿制，而應從中吸取反映當今技術水準的設計思想。

篇的內容與其說是模具設計知識的完整集合，倒不如說是把模具設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（常是大批量的）塑料零件或產品的一種裝置。

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。模具安裝在注塑機上，并按如下的時間順序（通常是自動進的）充填模腔∶●合模;A

●注射（熱的，近乎流動的）塑料進入模腔;●保持合模狀態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，注塑機可以延長開模（MO）時間做好下一個（注射）周期的準備工作。

周期（數秒鐘）在全自動（FA）作業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）注射次數來表示生產的生產率，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

寸于模具設計人員來說，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語。一臺注塑機由四個作用不同的基本單元組成。

①合模機構;

②塑化裝置;③注射裝置;

④全部控制系統。

1.2.1合模機構

合模機構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。因為作用在模具型腔內部表面（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。所需的熱量大部分由擠出螺桿在機筒中作旋轉運動的機械能轉化生成，是由螺桿電機提供的。螺桿的旋轉運動同時還將塑料原料推向螺桿頂端。

環繞機筒安裝有加熱器，一般分成3個或更多的加熱段，提供補充熱量。這主要在注塑機啟動時需要，另一方面，單獨由螺桿的機械運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L/t （見1.3.4.2節中定義）大于200時，需要相當高的注射壓力（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，所使用的注塑機類型介紹如下。

1.2.3.1 RS型注塑機

目前，大部分注塑機的擠塑機構和注射機構被設計在一個裝置中。當一次注射的塑料熔體備足時，擠出螺桿停止轉動，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、往復式（RS）螺桿或一級注射裝置。

司造業界一般以每小時加工塑化的塑料原料的數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稱的（注塑機說明書所標明的）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，以致螺桿能夠回復并完成的塑化能力往往只是其標稱塑化能力的 60%～80%。

能夠注入模具中的塑料的數量，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生泄漏現象。這將影響到進模腔空間的塑料的數量，并因此造成欠注或由于保壓（過度充模）要，使模具的生產效率受到影響。泄漏現象還會對制品的質量（密度）、尺寸（由于收縮率的變化而引起的）和內在質量產生影響。

為了避免注射量變化所產生的影響，使用往復式注塑機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

預塑化式注塑機系統把擠出機構的作用和注射裝置的作用分開。擠出機構塑化原材料并使其充滿注射裝置的料簡即料罐。這類注塑被稱為預塑化、二級或P型注塑機。二級注塑系統的優點有以下幾方面。

螺桿能夠連續運轉，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型注塑機可以使用比 RS型塑機小的擠塑機構。

②由于連續運轉，P型注塑機比RS型注塑機熔體混合得更好，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械計量，主射量的可重復性和精度比使用RS型注塑機要好。不需要儲料池準備注射的塑料的體積能根據模腔體積地計算。

④由于塑料熔體從擠塑機構向注射料筒中的移送是在很低的壓力下進行的，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。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型注塑機中是不行的，因為其壓力太大會損壞過濾器。

二級注射系統的缺點有∶

于需要更多的構件和控制裝置，設備的造價較高。一系統不適用于熱敏性很強的材料，如聚氯乙烯（PVC）塑料。

1.2.4 控制裝置

空制系統掌握著注塑機的操作過程。注塑機的控制系統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所要求的作業。有些注塑機把調節機器狀態的按鈕和開關都設計在安全門附近的控制面板上。

②邏輯控制掌握著機器狀態，處理來自位置傳感器和時間繼電器等等的信號，使注塑機按照要求運行。目前注塑機的邏輯運行幾乎全部由電子開關操縱或采用微機控制。（注意∶機械傳動的開關和時間繼電器使用壽命比電子的開關和時間繼電器要短得多，可靠性和可重復性也差得多。然而，它們比較容易掌握和維修。電子開關需要更好的合格維護人員和更好的電子檢測設備進行檢測和維護。另一方面，電子元器件對溫度的升高比較敏感，在一些炎熱的地區就需要考慮工作環境的溫度控制問題。）

③電力供應和電動機及加熱器的分布。④注塑機和模具的溫度控制。

為使用方便通常注塑機還具有其他一些特性，然而對于注塑機工藝過程的了解，以上關于基本要素的闡述是充分的。

1.3 模塑時間和技術術語

程周期 注塑機合模機構開合所需的全部時間，是模具開啟過程時間和團合過程時間的總和。縣前快速注塑機的空程周期有1～3s。