小型精密薄壁塑件注射模设计方法探讨

1 引言

随着工程塑料品质的不断提高，性能优异的精密薄壁塑件的应用范围将会不断扩大。同时由于薄壁塑件在同等使用条件下更节省材料，故有必要对精密薄壁塑件成型模具的设计方法进行深入研究，形成一套成熟的设计方法。本文针对小型精密薄壁塑件成型模具设计中的一些关键性的问题进行了探讨和归纳，并结合实例给出了一些可行的方法。




2 型腔数目及结构问题

考虑到塑件较小，为提高生产效率，应采用一模多腔的结构（具体型腔数目由产量、设备、工期等因素确定）。

型芯、型腔可采用镶拼结构。采用此种结构的优点：①可以有效地节约优质模具材料；②加工方便、快速。如本例中型腔镶件可用数控车床车出；③方便修模，在制造镶件时多加工几个备件，一旦失效换上即可，节约了修模时间和成本。

但对于此类结构，因镶件材料与其配合的零件材料的线膨胀系数有差异，故必要时应进行相应的计算来保证相应的配合性质，从而保证模具动作的灵活可靠，防止模具零件的过早磨损失效。

3 型腔排布及流道布置问题

（1）型腔布局力求对称、均衡。使模具整体受力平衡，避免因局部型腔过于集中造成局部偏载而引起涨模，导致脱模困难，塑件产生飞边，影响产品的质量和精度，降低了模具的寿命。

（2）关于流道的布置问题。一直以来，模具设计人员习惯于布置几何尺寸对称的流道来试图平衡进胶，这也是许多教科书和手册推荐的做法。但事实上却难以实现真正意义上的“平衡”。这是因为：①流道中的胶体在分配到分流道的每个分配点处都会发生变化，并且这些变化取决于变化点处塑料胶体改道的数量；②胶体的流动取决于机加工的精度和流道的表面粗糙度值；③浇口存在制造公差；④某些树脂的流动对方向的改变很敏感，通常在一个流道系统中绕几个弯就会造成不均匀的流动，故对于多型腔模具来说要做出平衡流道实际上是不太可能的；⑤不均匀的排气会影响型腔的填充；⑥成型面的质量差别会影响流动；⑦所谓的“塑料记忆”现象会影响流道内的塑料流动；⑧各浇口处的剪切速率不同使得其粘度不同，也会影响流动。

故针对于此类“形式上平衡”的流道系统仍有必要在试模时对某些浇口和流道的尺寸进行修正使之尽量达到真正意义上的“平衡”，使各型腔中的塑件具有一致的质量和精度。

基于以上事实真正意义上的“平衡”的概念已经被打破。所以对某些型腔模具若不容易布置平衡流道，可能会使得流道过于复杂，投影面积过于大，但可以采用“近似平衡”的做法。即只建立一个尽可能平衡的几何方案，但不进行复杂的构形。其理论为：在最后的分流道处，即使不能实现真正的平衡，进入浇口的胶体的流量和压力的差异也是很小的，并且在可以接受的范围内。故塑件的质量也是可以保证的（特别是对于高压、高速注射成型）。这种“近似平衡”的方法可以明显地简化流道布置，减少投影面积，况且随着目前模流分析软件的不断应用，如MPI、Pro/E中的“塑料专家”等，可以帮助确定浇口及流道的尺寸，可以有效地减少修模。

故对于设计人员设计流道系统时，应仔细权衡利弊，不必过多地拘泥于“形式上的平衡”，而要灵活地选择上述两种方案。

4 浇口、流动比及排气问题

对于此类模具浇口的位置及种类的选择应保证塑件有良好的外观，能方便地去除浇口，保证塑件的精度，此处推荐使用侧浇口，因侧浇口能在一定程度上限制浇口的厚度及浇口的快速固化等，且侧浇口多开在分型面上，易加工和修改，能方便地调整充模的剪切速率和浇口封闭的时间。对于某些内孔有足够位置的塑件，可以将其设在塑件的内侧，这样可以使模具结构紧凑，缩短了流程，改善了成型条件。同时侧浇口能适应一模多腔的结构，去除浇口方便，一般去除浇口处的外观也较好，但侧浇口易形成熔接痕、缩孔等缺陷，排气也不方便，这些不利的因素应引起充分的重视，采取相应的措施解决。

对于点浇口，虽其具有良好的成型外观及易去除浇口的特点，但需设计双分型面，压力降明显。最为关键的是由此成型的塑件收缩性大，易变形（除非采用多点进胶的做法，但这会使得模具结构变得更为复杂），这就决定了点浇口不适合在此类模具中使用，故不作推荐。

对于此类模具，流动比也是应予以考虑的问题。所谓的流动比即是熔体各段流动长度（从注塑机喷嘴经浇口到型腔末端的整个流程）与其各段厚度（厚度的均值）的比值之和，若流动比过大会使塑件内应力增大，造成变形和开裂，而且会因料温的下降而造成短射。

流动比按公式计算：

（1）

式中 S流——流动比

——熔体流程中各段长度

——熔体流程中各段厚度

表1为常用塑料的许用流动比范围

表1 常用塑料的许用流动比范围（L/t）

塑料名称
注射压

力/MPa
L/t
塑料名称
注射压

力/MPa
L/t

聚乙烯
150
250～280
硬聚氯乙烯
130
130～170

聚乙烯
60
100～140
硬聚氯乙烯
90
100～140

聚丙烯
120
280
硬聚氯乙烯
70
70～110

聚丙烯
70
200～240
软聚氯乙烯
90
200～280

聚苯乙烯
90
280～300
软聚氯乙烯
70
100～240

聚酰胺
90
200～360
聚碳酸酯
130
120～180

聚甲醛
100
110～210
聚碳酸酯
90
90～130


对于精密薄壁塑件的设计，排气问题至关重要。因为此类模具的生产常采用高压、高速注射成型，胶体在短时间内充满型腔，若型腔内的气体不能在短时间内排出就会造成短射，故应采取有效的措施保证排气效果。设计中对于一般模具常采用推杆的配合间隙、分型面的贴合间隙和镶拼件的配合间隙排气，但对于此类模具在充分利用上述间隙排气的基础上不能确保充分排气的（或对于能否充分排气没有把握的）应开设排气槽来保证排气的效果。本例中在浇口的正对位置开设排气槽来保证排气的效果。