塑料模具设计教程_4-3注射模具与注射机的关系

    注射模是安装在注射机上使用的。在进行注射模设计时，除了应掌握注射成型工艺过程外，还应对所选用注射机的有关技术参数有全面的了解，以保证设计的模具与使用的注射机相适应。

一 注射机的分类及型号

1. 注射机的分类

    注射机是生产热塑性塑件的主要设备，近年来在成型热固性塑件中也得到了应用。尽管各种注射机的外形不同，但基本上都是由合模锁模系统与注射系统组成的。在工作时，注射模安装在注射机的移动模板和固定模板上，由合模系统合模并将模具锁紧，注射系统将塑料原料送到料筒中加热到塑化温度，将熔融的塑料注入到模具的型腔。注射机设有电加热和水冷却系统以调节模具的温度。塑料在模具中成型后冷却到一定温度时开模，并由推出机构将塑件推出。较先进的注射机用计算机控制，可实现自动化操作。

    注射机的分类方法较多，按其外形特征可分为卧式注射机、立式注射机和角式注射机三种，其中应用较多的是卧式注射机，如图4-12所示。

图4-12  卧式注射机

1－锁模液压缸；2－锁模机构；3－移动模板；4－顶杆；5－固定模板；

6－控制台；7－料筒及加热器；8－料斗；9－定量供料装置；10－注射液压缸

（1）卧式注射机

    卧式注射机是使用最广泛的注射机，它的注射系统与合模锁模系统的轴线都呈水平布置，其注射系统有柱塞式和螺杆式两种结构，注射量60cm3及以上的均为螺杆式。卧式注射机的优点是机器重心低，比较稳定，操作、维修方便，成型后的塑件推出后可利用其自重自动落下，便于实现自动化生产，对大、中、小型模具都适用；其主要缺点是模具安装比较困难。

（2）立式注射机

    立式注射机的注射系统与合模锁模系统的轴线一致并垂直于地面，注射系统多为柱塞式结构，注射量一般小于60cm3。立式注射机的优点是占地面积较小，模具装卸方便，动模一侧安放嵌件便利；其缺点是机器重心高、不稳定，加料比较困难，推出的塑件需要用人工或其它方法取出，不易实现自动化生产。

（3）角式注射机

    角式注射机的注射系统与合模系统的轴线相互垂直，常见的角式注射机是沿水平方向合模，沿垂直方向注射，其注射系统一般为柱塞式结构，采用齿轮齿条传动或液压传动，注射量较小，一般小于45cm3。角式注射机的优点介于卧、立式注射机之间，结构比较简单，可利用开模时的丝杠转动对有螺纹的塑件实现自动脱卸；其缺点是机械传动无法准确可靠地注射和保持压力及锁模力，模具受冲击和振动较大。

2. 注射机型号规格的表示方法

    注射机的型号规格主要有注射量、合模力、注射量与合模力同时表示等三种表示方法。国家标准采用注射量表示法：XS－ZY－最大注射量－改进型号，其中XS表示塑料成型机械，Z表示注射机，Y表示螺杆式（无Y表示柱塞式）。

    常用的卧式注射机型号有：XS－ZY－30、XS－ZY－60、XS－ZY－125、XS－ZY－500、XS－ZY－1000等。

二 注射机有关工艺参数的校核

    在进行注射模具设计时，设计者必须根据塑件的结构特点、技术要求等来确定模具的结构。模具结构与注射机有着必然的联系，模具的定位圈尺寸、模板的外形尺寸、注射量的大小、推出机构的设置及锁模力的大小等都必须参照注射机的相关技术参数来进行设计，否则，模具就无法与注射机合理匹配，注射过程也就无法进行。

1. 型腔数量的确定和校核

    型腔数量的确定是进行模具设计的第一步，对于多型腔注射模，其型腔数量与注射机的塑化速率、最大注射量及锁模力等参数有关，并且还直接影响着塑件的精度和生产的经济性。下面介绍几种根据注射机性能参数确定型腔数量的方法，这些方法也可用来校核初选的型腔数量能否与注射机的规格相匹配。

（1）按注射机的额定塑化量进行校核

                        （4-1）

式中    n——型腔的数量

m——单个塑件的质量或体积，g或cm3；

K——注射机最大注射量的利用系数，一般取0.8；

M——注射机的额定塑化量，g/h或cm3/h；

t——成型周期，s；

m1——浇注系统所需塑料的质量或体积，g或cm3。

（2）按注射机的额定锁模力进行校核

n p A≤Fp－p A1                       （4-2）

式中    n——型腔的数量；

p——塑料熔体对型腔的成型压力，MPa，其大小一般是注射压力的80%，注射压力的大小见表4-2；

A——单个塑件在模具分型面上的投影面积，mm2；

Fp——注射机的额定锁模力，N；

A1——浇注系统在模具分型面上的投影面积，mm2。

按上述方法确定或校核型腔数量时，还必须考虑成型塑件的尺寸精度、生产的经济性及注射机安装模板的大小。型腔数量越多，塑件的精度越低（一般来说，每增加一个型腔，塑件的尺寸精度要降低4%～8%），模具的制造成本越高，但生产效率会显著增加。

2. 最大注射量的校核

    最大注射量是指注射机一次注射塑料的最大容量。因聚苯乙烯塑料的密度是1.05g/cm3，近似于1g/cm3，因此规定柱塞式注射机的最大注射量是以一次注射聚苯乙烯塑料的最大克数为标准的；而螺杆式注射机则是用体积来表示最大注射量，与塑料的品种无关。

    设计模具时，应保证成型塑件所需的总注射量小于所选注射机的最大注射量，即：

n m＋m1≤K mp                      （4-3）

式中    n——型腔的数量；

m——单个塑件的质量或体积，g或cm3；

m1——浇注系统所需塑料的质量或体积，g或cm3；

K——注射机最大注射量的利用系数，一般取0.8；

mp——注射机的最大注射量，g或cm3。

3. 锁模力的校核

    当高压的塑料熔体充满模具型腔时，会产生使模具分型面涨开的力，这个力的大小等于塑件和浇注系统在分型面上的投影面积之和乘以型腔的压力，它应小于注射机的额定锁模力Fp，才能保证在注射时不发生溢料现象，即：

Fz＝p（n A +A1）＜ Fp                  （4-4）

式中    Fz——熔融塑料在分型面上的涨开力，N；

p——塑料熔体对型腔的成型压力，MPa，其大小一般是注射压力的80%，注射压力的大小见表4-2；

n——型腔的数量；

A——单个塑件在模具分型面上的投影面积，mm2；

A1——浇注系统在模具分型面上的投影面积，mm2；

Fp——注射机的额定锁模力，N。

型腔内的压力约为注射机注射压力的80%左右，通常取20～40MPa。常用塑料注射成型时所选用的型腔压力值见表4-3。

表4-3  常用塑料注射成型时所选用的型腔压力                      MPa

4. 注射压力的校核

    注射压力的校核是核定注射机的额定注射压力是否大于成型时所需的注射压力。塑料成型时所需要的注射压力是由塑料品种、注射机类型、喷嘴形式、塑件形状和浇注系统的压力损失等因素决定的。对于粘度较大的塑料以及形状细薄、流程长的塑件，注射压力应取大些。由于柱塞式注射机的压力损失比螺杆式注射机大，所以注射压力也应取大些。常用塑料注射成型时所需的注射压力见表4-1。

5. 模具与注射机安装部分相关尺寸的校核

    为了使注射模能顺利地安装在注射机上并注射生产出合格的塑件，在设计模具时必须校核注射机与模具安装有关的尺寸。与模具安装有关的尺寸包括喷嘴尺寸、定位圈尺寸、模具的最大和最小厚度及模板上的安装螺孔尺寸等。

（1）喷嘴尺寸

    在设计模具时，主流道始端的球面半径必须比注射机喷嘴头部球面半径略大一些，如图4-13所示，即R比r大1～2mm。主流道的小端直径要比喷嘴直径略大，即D比d大0.5～1mm，以防止主流道口部积存凝料而影响脱模。

图4-13  浇口套球面与注射机喷嘴的配合

1－注射机喷嘴；2－浇口套