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塑料注射模具设计的完整流程详解

创作时间:

作者:

@小白创作中心

塑料注射模具设计的完整流程详解

引用

来源

https://kenddg.tw/plastic-injection-mold-design-steps/

塑料注射模具设计是一个复杂而精细的过程，需要设计师具备扎实的专业知识和丰富的实践经验。本文将详细介绍模具设计的完整流程，从审图到最终的试模总结，帮助读者全面了解模具设计的关键步骤和具体操作方法。

1. 塑料注射模具的设计步骤

接到模具设计任务时，通常需要遵循一系列基本的设计步骤，以确保模具设计符合要求并能顺利进行生产。首先，设计人员必须详细分析塑料件的蓝图或3D图档，充分理解塑料件的结构特征、尺寸公差及使用性能要求，确保模具设计能够满足产品的功能和质量需求。接着，根据塑料件的材料特性（如流动性、收缩率等），确定模具的基本结构，包括浇口、流道系统、冷却系统和脱模机构。

接下来，进行模具的具体结构设计。这一阶段需要设计公模板、母模板、型腔、型芯及其他关键零件，并对零件之间的配合进行精细校核。还要进行强度、刚度、热平衡等方面的计算，确保模具在成型过程中能够稳定运行，并避免变形或磨损。最后，完成详细的零件工程图，标注所有关键尺寸、材质及加工要求，并进行全方位的检查与核对，确保每个零件符合精度与加工需求，为后续的模具制造做好准备。

其具体内容说明如下。

2. 审视塑料件蓝图

在设计模具时，通常是依据塑料件的蓝图或3D图档进行设计。因此，设计工作的第一步是对这些图档进行充分的研讨、理解和消化。这一过程至关重要，因为塑料件的蓝图不仅展示了最终产品的外形与尺寸，还包含了产品使用性能和结构要求的关键信息。

(a) 检查塑料件的结构是否满足工艺性能要求。如果不满足，应与塑料件设计者（产品工程师/机构工程师）协商，在不影响其使用性能的前提下对塑料件蓝图（3D图档）进行局部修改。
(b) 检查所选塑料材料是否能顺利射出、冷却、脱模和成型，同时评估其强度、刚度以及使用寿命是否满足使用要求。
(c) 对精度要求较高的局部，应了解其在使用时的配合状况，从塑料的收缩率（虽然不够准确）考虑，成型后是否能满足要求，以及采取的具体措施（比如预留余量，通过试模过程逐步修正等）。

3. 绘制模具装配草图

模具装配图的设计应从绘制装配草图（2D组立图）开始。根据塑料件的具体情况，经过认真思考和比较，初步确定各部分的结构情况，最大限度地满足塑料件的技术要求和模具的合理工艺性，取得最大的经济效益。较为复杂的模具，在绘制装配草图时，应有三个以上的视图，相互配合的结构形式都应以局部剖视在图中表现出来，以达到直观的效果，容易发现设计问题。

(3-1) 确定分型面和浇口位置及结构形式

确定模具的分型面和浇口位置是模具设计中的重要环节。由模具成型的塑料件必须通过分型面开启后方能取出，而分型面往往是模具设计和制造时的基准面。因此选择分型面应根据塑料的几何形状、尺寸精度要求，兼顾其浇口形式、脱模方式、嵌件位置以及排气条件、易清除飞边、便于加工等因素，通盘考虑。

浇口位置则是在保证塑料件表面不受损伤的前提下，确定浇口主流道和分流道冷料穴的位置形状、大小及排气方法等，使射出时熔融塑料流畅，易于成型，且易于清除浇注凝料（料头/水口）。

(3-2) 确定成型零件的结构形式及安装方法

成型结构件（模仁/镶件等）是射出成型的核心部位，它直接关系到塑料件的品质、加工的难易程度。选择合理的成型位置、结构及安装形式，就是使成型结构件在现有设备状况下，基本满足技术上的需要，易于加工，易于修改维修和更换。

(3-3) 确定模腔数量及其排列方式

一般来说，大型塑料件和生产批量不大的塑料件往往采用单腔模具，而生产批量较大、外形尺寸较小的塑料件，为了降低射出成型的成本，则采用一模多型腔的模具。这时就需要从提高生产效率、塑料的流动和模具结构的制造精度来考虑将模腔进行合理的排列。

(3-4) 选择成型设备

模具与射出机必须配套使用，一般情况下，都是根据塑料件的具体情况，先选择射出机并进行模具设计。但在实际中，由于客观条件的限制，有时需要根据现有设备情况来进行模具设计，这就要求了解设备的性能与特点。

成型设备有两个重要参数：一是理论射出容量；另一个是在与射出方向相垂直的最大投影面积。可以根据模腔的数量和浇道长度计算出它的总射出容量和投影面积。根据这两个参数即可选用合适的成型设备。在选用时，成型设备的两个参数应略大于这个模具所用塑料的体积以及它的投影面积，只有这样才能顺利成型。其次还应注意以下几点：

(a) 测算核实模板所受射出压力应小于射出机的锁模力。
(b) 模具的闭合高度应在射出机的最大闭合高度和最小高度之间选定。
(c) 模体（模座）外形尺寸应能从射出机的拉杆（哥林柱）空间安装。
(d) 应了解射出机的定位孔直径、射嘴孔径以及射嘴球半径尺寸，使模具与之配套。
(e) 模具采用的顶出方式应适应射出机的顶出方式和顶出距离。射出机的模板行程应满足在开模时能取出塑料件时所需要的距离。

(3-5) 塑料件侧壁凸凹槽结构的处置方法

根据塑料件上凸凹槽的各种形式选择合适的侧抽机构（如滑块、斜销等），有些能够变通塑料件结构而不必侧抽的或通过强制能顶出的，应避免侧抽最好。如果塑料件产量不大，亦可设活动型芯，在随塑料件顶出后再用人工脱芯。

(3-6) 顶出机构的确定

在一般情况下母模公模分型后，侧抽芯也完成了抽芯动作。塑料件落在动模上，且垂直平面上已完全清除了平行方向上的障碍，这时顶出机构在射出机顶杆的驱动下将成型塑料件从公模中顶出，这就要求确定顶出的形式、复位杆（回位销）及其组合方式，在选择顶出位置时，充分考虑在顶出过程中不使成型塑料件产生变形、破裂、卡滞现象及不影响其表面外观。但有些特殊情况下，比如需要多次分型、二次顶出系统先复位时，就应当考虑确定分型的顺序、采用方法等。

(3-7) 确定主要结构件的尺寸

通过以上问题的初步确定，即可勾画出模体（模座）的轮廓，这时应确定导向机构的导柱及顶出系统的复位以及必要的先复位等的结构形式和安放位置，以及各组合部分的联接形式及所必须的支承板、支承块等。

(3-8) 确定模体温度调节方式

为了降低射出成本，并均匀固化塑料，以避免产生残余应力变形，应特别注重模具特别是成型部位的温度调节。在模具设计时必须考虑有冷却回路，而在热带地区和亚热带地区尤其重要。通过冷却剂（通常用常温水）的往复循环将射出时产生的热量从模体中带走，这样可以缩短塑料件固化和冷却时间，以提高生产效率和保证产品质量。为了取得较好的冷却效果，对冷却回路应有良好的布局，如冷却回路的位置、尺寸形状等，并预先考虑留出足够的冷却水路的安装空间。

根据以上各局部的确定就可以大致绘制出模具的整体结构即总装图（组立图）的草图。为了直观效果，一般绘制总装图（组立图）时应尽量采用1 : 1 的比例。如果需要放大或缩小，那么则应严格按比例画出。总装图绘制顺序为，先内后外，先上后下，即先由型腔、型芯及其相关部位，浇注系统、侧抽芯移动距离等，并按合理选择的正确投影画出主视图、俯视图等，同时还应确定如下几点：

(a) 成型零件的型腔（母模仁）和型芯（公模仁）的局部应加镶块及固定方法，这样可以简化模具制造的难度，便于研合或更换。
(b) 测算并确定型腔板的侧壁厚度。
(c) 根据成型塑料件的深度确定母模仁的厚度、母模座的厚度、公模仁的厚度或承重底板的厚度、公模座的厚度、顶出板的厚度、支撑柱厚度以及模具安装方法等。
(d) 画出模具的立体的长宽高尺寸，再验证这些尺寸能否装入所选用的射出机内，即长、宽尺寸应小于射出机的拉杆（哥林柱）空间尺寸，而高度应大于射出机的最小闭合高度，而小于射出机的最大闭合高度。
(e) 应尽量选用标准件，如导向件、顶出件、浇口套等，如有可能，选用标准模架更好。
(f) 按规定对各零件进行编号。
(g) 测算模具造价是否超出预算范围，并与主管部门有关人员讨论、协商，即在可能范围内，充分吸收改进建议。

4. 绘制主要零件工程图

当装配草图绘制完成后，接下来的工作是开始为各个主要零件设计详细的工程图。这些主要零件图是整个模具设计的重要基础，应该准确无误，并包含详细的尺寸、材质和加工要求。

(a) 图形尽量按 1 : 1 的比例画出。因为这样比较直观，容易发现设计问题。如果需要放大或缩小，必须严格按比例画出，各视图要力求选择合理，简练，投影正确，布局匀称。
(b) 按制图规则，正确标出尺寸、公差、形位公差及表面粗糙度等。
(c) 对相互配合的各结构件，应注意有无相互矛盾、相互干涉的现象，并及时改正，在装配草图上校正过来。
(d) 对某些结构形式，可以有几种设计方案。当对采用的这种形式把握不大时，可以在设计时留有余地，给修改提供方便，避免整体报废，或大范围的返工。