什么是注塑模具设计

传统的注塑模具设计,主要为二维和经验设计,单使用二维工程图纸已很难正确和详尽地表达产品的形状和结构,且无法直接应用于数控加工,设计过程中分析、计算周期长,准确性差。随着CAD/CAE/CAM技术的发展,现代注塑模具设计方法是设计者在电脑上直接建立产品的三维模型,根据产品三维模型进行模具结构设计及优化设计,再根据模具结构设计三维模型进行NC编程。这种方法使产品模型设计、模具结构设计、加工编程及工艺设计都以3D数据为基础,实现数据共享,不仅能快速提高设计效率,而且能保证质量,降低成本。注塑模具的设计是一个经验性很强的题目,由于设计经验有限,很难一次性应用三维造型软件UG/MoldWizard直接进行设计。

1主要特点

注塑模具设计一、注塑模具加工(Rotational Mold)

滚塑成型工艺的方法是先将塑料加入模具中，然后模具沿两垂直轴不断旋转并使之加热，模内的塑料在重力和热能的作用下，逐渐均匀地涂布、熔融粘附于模腔的整个表面上，成型为所需要的形状，给冷却定型而制得。

二、 滚塑成型工艺与传统的吹塑、注塑工艺相比有以下优势：

1、成本优势：滚塑成型工艺中只要求机架的强度足以支承物料、模具及机架自身的重量，以防止物料泄漏的闭模力并且物料在整个成型过程中，除自然重力的作用外，几乎不受任何外力的作用，从而完全具备了机模加工制造的方便，周期短，成本低的优势。

2、质量优势。滚塑工艺的产品在整个制作过程中，由于无内应力产生，产品质量和结构更加稳定。

3、灵活多变优势。滚塑工艺的机模制造方便，价格低廉，故特别适用于新产品开发中的多品种、小批量的'生产。 4、个性化设计优势。滚塑成型工艺中的产品极易变换颜色，并可以做到中空(无缝无焊)，在产品表面处理上可以做到花纹、木质、石质及金属的效果，满足现代社会消费者对商品的个性化需求。

三、采用该工艺生产的产品范围 采用该工艺生产的产品有：油箱、水箱、机械外壳、挡泥板等。主要替代对象是金属件及 玻 璃钢制品。

四、 注塑

注塑是一种工艺，是基于比如LIGA的微制造技术开发出来的，当然还有很多其他方法。而LIGA工艺就是先生产出一个注塑所需要的模型，也就是俗称的"模子"，然后将液态塑料灌注在模具中，最后在分离出来，形成最终所需要的产品。比如一些塑料玩具，产品太多了。

2背景介绍

注塑模具设计随着我国制造业的国际地位的不断提高,模具工业获得了飞速的发展,模具的需求量也成倍增加,其生产周期愈来愈。而模具生产是多品种小批量生产,乃至单件生产。其特点为:品种多样化生产过程多样化生产能力复杂化。为解决这一问题,首先要普及CAD 技术,利用现代的CAD/CAM/CAE 技术,才是经济、快捷的模具开发设计制造手段,也是其今后的发展方向。

CATIA是目前最具影响力的CAD系统软件之一,它已在不同的领域被普及,被众多的用户所青睐。CATIA是法国Dassault System公司的CAD/CAE/CAM一体化软件,居世界CAD/CAE/CAM领域的领导地位,广泛应用于航空航天、汽车制造、造船、机械制造、电子/电器、消费品行业,它的集成解决方案覆盖所有的产品设计与制造领域,其特有的DMU电子样机模块功能及混合建模技术更是推动着企业竞争力和生产力的提高。CATIA在塑料模具设计和分析阶段充分应用了参数化特征造型技术和数据库技术以及自由形式特征技术,为模具设计提供了强有力的工具。塑料模具中的标准件,如标准模具架、顶出机构、浇注系统、冷却系统等都采用基于数据库管理的参数化特征造型设计方法进行设计或建立标准件库以实现数据共享,同时满足用户对设计的随时修改,使模具的设计分析快速、准确、高效。参数化特征造型不仅可以完整地描述产品的几何图形信息,而且可以获得产品的精度、材料及装配等信息,其所建立的产品模型是一种易于处理、能反映设计意图和加工特征的模型。CATIA模具设计模块的主要功能是注塑模具设计。

3工作流程

注塑模具设计① 建立塑料制品的三维模型

② 根据所设计产品进行拔模分析与分型面设计

③ 建立工程、加载产品、创建调用模架

④ 设计导向系统、浇注系统、顶出机构、流道与冷却等辅助部分。

4模块介绍

注塑模具设计① Part Design、Generative Shape Design:这两个模块主要用于完成三维模型的建立,其中Part Design是零件设计模块,Generative Shape Design是创成式外形设计模块。

② Core &Cavity Design:该模块用于构建分型面、型腔表面、型芯表面以及定义主开模方向和滑块方向,即型芯型腔设计模块。

③ Mold Tooling Design:该模块用于调用模架,设计导向系统、浇注系统、顶出机构、流道与冷却等辅助部分,即模具设计模块。CATIA V5是IBM/Dassault System开发的个人计算机版本的高端CAD/CAE软件,其型芯型腔设计和模具设计模块是专为注塑模具设计的,功能强大且使用方便。本书按照循序渐进的方式,从型芯型腔设计、分型面设计、模具架设计、组件设计、注塑模具实体建模到三维图形至二维图形的转换,通过详细的实例讲解了各种功能,可以使初学者在短时间内就能够进行注塑模具的三维设计。

注塑模具设计的十七个注意事项

注塑模设计的注意事项有很多，那么都有哪些呢?下面，我为大家分享注塑模具设计的十七个注意事项，快来看看吧!

开模方向和分型线

每个注塑产品在开始设计时首先要确定其开模方向和分型线，以保证尽可能减少抽芯滑块机构和消除分型线对外观的影响。

1.开模方向确定后，产品的加强筋.卡扣.凸起等结构尽可能设计成与开模方向一致，以避免抽芯减少拼缝线，延长模具寿命。

2.开模方向确定后，可选择适当的分型线，避免开模方向存在倒扣，以改善外观及性能。

脱模斜度

1.适当的脱模斜度可避免产品拉毛(拉花)。光滑表面的脱模斜度应≥0.5度，细皮纹(砂面)表面大于1度，粗皮纹表面大于1.5度。

2.适当的脱模斜度可避免产品顶伤，如顶白.顶变形.顶破。

3.深腔结构产品设计时外表面斜度尽量要求大于内表面斜度，以保证注塑时模具型芯不偏位，得到均匀的产品壁厚，并保证产品开口部位的材料强度。

产品壁厚

1.各种塑料均有一定的壁厚范围，一般0.5～4mm，当壁厚超过4mm时，将引起冷却时间过长，产生缩印等问题，应考虑改变产品结构。

2.壁厚不均会引起表面缩水。

3.壁厚不均会引起气孔和熔接痕。

加强筋

1.加强筋的合理应用，可增加产品刚性，减少变形。

2.加强筋的厚度必须≤(0.5～0.7)T产品壁厚，否则引起表面缩水。

3.加强筋的单面斜度应大于1.5°，以避免顶伤。

圆角

1.圆角太小可能引起产品应力集中，导致产品开裂。

2.圆角太小可能引起模具型腔应力集中，导致型腔开裂。

3.设置合理的圆角，还可以改善模具的加工工艺，如型腔可直接用R刀铣加工，而避免低效率的电加工。

4.不同的圆角可能会引起分型线的移动，应结合实际情况选择不同的圆角或清角。

孔

1.孔的形状应尽量简单，一般取圆形。

2.孔的轴向和开模方向一致，可以避免抽芯。

3.当孔的长径比大于2时，应设置脱模斜度。此时孔的直径应按小径尺寸(最大实体尺寸)计算。

4.盲孔的长径比一般不超过4。防孔针冲弯

5.孔与产品边缘的距离一般大于孔径尺寸。

注塑模的抽芯.滑块机构及避免

1.当塑件按开模方向不能顺利脱模时，应设计抽芯滑块机构。抽芯机构滑块能成型复杂产品结构，但易引起产品拼缝线.缩水等缺陷，并增加模具成本缩短模具寿命。

2.设计注塑产品时，如无特殊要求，尽量避免抽芯结构。如孔轴向和筋的方向改为开模方向，利用型腔型芯碰穿等方法。

一体铰链

1.利用PP料的韧性，可将铰链设计成和产品一体。

2.作为铰链的薄膜尺寸应小于0.5mm，且保持均匀。

3.注塑一体铰链时，浇口只能设计在铰链的某一侧。

嵌件

1.在注塑产品中镶入嵌件可增加局部强度.硬度.尺寸精度和设置小螺纹孔(轴)，满足各种特殊需求。同时会增加产品成本。

2.嵌件一般为铜，也可以是其它金属或塑料件。

3.嵌件在嵌入塑料中的部分应设计止转和防拔出结构。如：滚花.孔.折弯.压扁.轴肩等。

4.嵌件周围塑料应适当加厚，以防止塑件应力开裂。

5.设计嵌件时，应充分考虑其在模具中的定位方式(孔.销.磁性)

标识

产品标识一般设置在产品内表面较平坦处，并采用凸起形式，选择法向与开模方向尺可能一致的面处设置标识，可以避免拉伤。

注塑件精度

由于注塑时收缩率的不均匀性和不确定性，注塑件精度明显低于金属件，不能简单地套用机械零件的尺寸公差应按标准选择适当的公差要求.我国也于1993年发布了GB/T14486-93《工程塑料模塑塑料件尺寸公差》，设计者可根据所用的塑料原料和制件使用要求，根据标准中的规定确定制件的尺寸公差。同时要根据工厂综合实力，同行的产品的设计精度来确定适合的设计公差精度。

注塑件的变形

提高注塑产品结构的刚性，减少变形。尽量避免平板结构，合理设置翻边，凹凸结构。设置合理的加强筋。

扣位

1.将扣位装置设计成多个扣位同时共用，使整体的装置不会因为个别扣位的'损坏而不能运作，从而增加其使用寿命，再是多考滤加圆角，增加强度。

2.是扣位相关尺寸的公差要求十分严谨，倒扣位置过多容易形成扣位损坏相反，倒扣位置过少则装配位置难於控制或组合部份出现过松的现象。解决办法是要预留改模容易加胶的方式来实现。

焊接(热板焊.超声波焊.振动焊)

1.采用焊接，可提高联接强度。

2.采用焊接，可简化产品设计。

合理考虑工艺和产品性能之间的矛盾

1设计注塑产品时必须综合考虑产品外观.性能和工艺之间的矛盾。有时牺牲部分工艺性，可得到很好的外观或性能。

2结构设计实在无法避免注塑缺陷时，尽可能让缺陷发生在产品的隐蔽部位。

螺丝柱孔径与自攻螺丝直径的关系

自攻螺丝螺丝柱孔径

M21.7mm

M2.32.0mm

M2.62.2mm

M32.5mm

BOSS的设计原则：

1.支柱尽量不要单独使用，应尽量连接至外壁或与加强筋一同使用，目的是加强支柱的强度及使胶料流动更顺畅。

2.支柱高度一般是不会超过支柱直径的两倍半。因过高的支柱会导致塑胶部件成型时困气(长度太长时会引起气孔﹐烧焦﹐充填不足等)。

3.支柱高度若超过支柱直径的两倍半，尤其是远离外壁的支柱，加强支柱的强度的方法是使用加强筋。

4.BOSS的形状以圆形为主﹐其它形状则加工不易。

5.BOSS的位置不能太接近转角或外侧壁，应与产品外壁保持一段距离。

6).BOSS周围可用除去部分肉厚(即开火山口)来防收缩下陷。

7).BOSS的拨模角度：通常外取0.5°,内取0.5°或1。

1 、各种塑料均有一定的壁厚范围，一般0.5～4mm，当壁厚超过4mm时，将引起冷却时间过长，产生缩印等问题，应考虑改变产品结构。

2 、壁厚不均会引起表面缩水。

3 、壁厚不均会引起气孔和熔接痕。

加强筋

1、 加强筋的合理应用，可增加产品刚性，减少变形。

2、 加强筋的厚度必须≤ (0.5～0.7)T产品壁厚，否则引起表面缩水。

3、 加强筋的单面斜度应大于1.5°，以避免顶伤。

圆角

1、 圆角太小可能引起产品应力集中，导致产品开裂。

2、圆角太小可能引起模具型腔应力集中，导致型腔开裂。

3、 设置合理的圆角，还可以改善模具的加工工艺，如型腔可直接用R刀铣加工，而避免低效率的电加工。

4 、不同的圆角可能会引起分型线的移动，应结合实际情况选择不同的圆角或清角注塑模具设计的基本要点有哪些注塑模具设计的基本要点有哪些。

开模方向和分型线

每个注塑产品在开始设计时首先(上海模具设计培训学校)要确定其开模方向和分型线，以保证尽可能减少抽芯滑块机构和消除分型线对外观的影响。

1、 开模方向确定后，产品的加强筋、卡扣、凸起等结构尽可能设计成与开模方向一致，以避免抽芯减少拼缝线，延长模具寿命。

2、 开模方向确定后，可选择适当的分型线，避免开模方向存在倒扣，以改善外观及性能。上海模具设计培训

脱模斜度

1 、适当的脱模斜度可避免产品拉毛(拉花)。光滑表面的脱模斜度应≥0.5度，细皮纹(砂面)表面大于1度，粗皮纹表面大于1.5度。

2 、适当的脱模斜度可避免产品顶伤，如顶白、顶变形、顶破注塑模具设计的基本要求。

3、 深腔结构产品设计时外表面斜度尽量要求大于内表面斜度，以保证注塑时模具型芯不偏位，得到均匀的产品壁厚，并保证产品开口部位的材料强度。

孔

1 、孔的形状应尽量简单，一般取圆形。

2 、孔的轴向和开模方向一致，可以避免抽芯。

3 、当孔的长径比大于2时，应设置脱模斜度。此时孔的直径应按小径尺寸(最大实体尺寸)计算。

4 、盲孔的长径比一般不超过4。防孔针冲弯

5 、孔与产品边缘的距离一般大于孔径尺寸。

注塑件精度

由于注塑时收缩率的不均匀性和不确定性，注塑件精度明显低于金属件，不能简单地套用机械零件的尺寸公差应按标准选择适当的公差要求.我国也于1993年发布了GB/T14486-93

《工程塑料模塑塑料件尺寸公差》，设计者可根据所用的塑料原料和制件使用要求，根据标准中的规定确定制件的尺寸公差。

同时要根据工厂综合实力，同行的产品的设计精度来确定适合的设计公差精度。

注塑件的变形

提高注塑产品结构的刚性，减少变形注塑模具设计的基本要点有哪些模具设计尽量避免平板结构，合理设置翻边，凹凸结构。设置合理的加强筋。

扣位

1、将扣位装置设计成多个扣位同时共用，使整体的装置不会因为个别扣位的损坏而不能运作，从而增加其使用寿命，再是多考滤加圆角，增加强度。

2、是扣位相关尺寸的公差要求十分严谨，倒扣位置过多容易形成扣位损坏相反，倒扣位置过少则装配位置难於控制或组合部份出现过松的现象。解决办法是要预留改模容易加胶的方式来实现。

1、了解塑料熔体的流动行为，考虑塑料在流道和型腔各处流动的阻力、流动速度，校验最大的流动长度。根据塑料在模具内流动方向（即充模顺序），考虑塑料在模具内重新熔合和模腔内原有空气导出的问题。

2、考虑冷却过程中塑料收缩及补缩问题。

3、通过模具设计来控制塑料在模具内结晶、取向和改善塑料制品的内应力。

4、浇口和分型面的选择问题。

5、制件的横向分型抽芯及顶出的问题。

6、模具的冷却或加热问题。

7、华氏模具钢表示，模具有关尺寸与所用注射机的关系，包括与注射机的最大注射量、锁模力、装模部分的尺寸等的关系。

8、模具总体结构和零件形状要简单合理，注塑加工模具应具有适当的精度、表面粗糙度、强度和刚度，易于制造和装配的。

一.浇注系统的组成

普通的流道系统（Runner System），也称作浇道系统，或是浇注系统，是熔融塑料自射出机射嘴（Nozzle）到模穴的必经通道。流道系统包括主流道（Primary Runner）、分流道（Sub-Runner）以及浇口（Gate）等。

1.主流道

也称作主浇道、注道（Sprue）或竖浇道，是指自射出机射嘴与模具主流道衬套接触的部分起算，至分流道为止的流道。此部分是熔融塑料进入模具后最先流经的部分。

2.分流道

也称作分浇道或次浇道。随模具设计，可再区分为第一分流道（First Runner）以及第二分流道（Secondary Runner）。分流道是主流道至浇口间的过渡区域，能使熔融塑料的流向获得平缓转换；对于多模穴模具，同时具有均匀分配塑料到各模穴的功能。

3.浇口

也称为进料口，是分流道和模穴间的狭小通口，也是最为短小肉薄的部分。其作用在于利用紧缩流动面而使塑料达到加速的效果，高剪切率可使塑料流动性良好（由于塑料的切变致稀特性）；黏滞加热的升温效果也有提升料温、降低黏度的作用。

在成型完毕后，浇口最先固化封口，有防止塑料回流，以及避免模穴压力下降过快，使成型品产生收缩凹陷的功能。成型后，则方便剪除，以分离流道系统及塑件。

4.冷料井

也称作冷料穴。目的在于储存补集充填初始阶段较冷的塑料波前，防止冷料直接进入模穴，影响充填品质或堵塞浇口。冷料井通常设置在主流道末端，当分流道长度较长时，在末端也应开设冷料井。

二.浇注系统设计的基本原则

1.模穴布置（Cavity Layout）的考虑

1）尽量采用平衡式布置（Balances Layout）；

2）模穴布置与浇口开设力求对称，以防止模具受力不均产生偏载，而发生撑模溢料的问题；

3）模穴布置尽可能紧凑，以缩小模具尺寸。

2.流动导引的考虑

1）能顺利地引导熔融塑料填满模穴，不产生涡流，且能顺利排气；

2）尽量避免塑料熔胶正面冲击直径较小的型芯和金属嵌件，以防止型芯位移（Core Shift）或变形。

3.热量散失及压力降的考虑

1）热量损耗及压力降越小越好；

2）流程要短；

3）流道截面积要够大；

4）尽量避免流道弯折及突然改变流向（以圆弧角改变方向）；

5）流道加工时表面粗糙度要低（也不能过于光滑）；

6）多点进浇可以降低压力降及所需射压，但会有缝合线问题。

4.流动平衡的考虑

1）一模多穴（Multi-Cavity）充填时，流道要平衡，尽量使塑料同时填满每一个模穴，以保证各模穴成型品的品质一致性；

2）分流道尽量采用自然平衡式的布置方式（Naturally-Balanced Layout）；

3）无法自然平衡时，采用人工平衡法平衡流道。

5.废料的考虑

在可顺利充填同时不影响流动及压力损耗的前提下，减小流道体积（长度或截面积大小），以减少流道废料产生及回收费用。

6.冷料的考虑

在流道系统上设计适当的冷料井（Cold Slug Well）、溢料槽，以补集充填初始阶段较冷的塑料波前，防止冷料直接进入模穴，影响充填品质。

7.排气的考虑

应顺利导引塑料填满模穴，并使模穴内空气得以顺利逃逸，以避免包封烧焦的问题。

8.成形品品质的考虑

1）避免发生短射、毛边、包封、缝合线、流痕、喷流、残余应力、翘曲变形、模仁偏移等问题；

2）流道系统流程较长或是多点进浇（Multiple Gating）时，由于流动不平衡、保压不足或是不均匀收缩所导致的成品翘曲变形问题应加以防止；

3）产品外观性质良好，去除修整浇口方便，浇口痕（Gate Mark）无损于塑件外观以及应用。

9.生产效率的考虑

尽可能减少所需的后加工，使成形周期缩短，提高生产效率。

10.顶出点的考虑

需考虑适当的顶出位置，以避免成形品脱模变形。

11.使用塑料的考虑

黏度较高或L/t比较短的塑料，避免使用过长或过小尺寸的流道。

　 　1、引言

由于塑料具有重量轻、韧性好、成型易和成本低等优点，因此在现代包装业和日用产品中，越来越多用塑料代替玻璃，特别应用于光学仪器和包装工业方面，发展尤为迅速。

透明塑料由于透光率要高，必然对塑料制品表面质量要求严格，不能有任何斑纹、气孔、泛白。雾晕、黑点、变色、光泽不佳等缺陷，因而在整个注塑过程中对原料、设备、模具、甚至产品的设计，都提出了严格的要求。 其次由于透明塑料多为熔点高、流动性差，因此为保证产品的表面质量，往往要对模具温度、注射压力、注射速度等工艺参数作细微调整，使注塑时既能快速充满模腔，又不会产生内应力而引起产品变形和开裂。

常见的透明塑料有聚甲基丙烯酸甲酯(即俗称亚加力或有机玻璃，代号PMMA)、聚碳酸酯(代号PC)，AS，PS等，本文以电子血压计透明面板(镜片)为例，介绍透明塑件模具设计的要点。

2、塑件分析·

电子血压计透明面板产品图如图1所示，产品长宽尺寸为55.07mm*43.01mm，最大厚度3.5mm，塑件的一侧有两个圆弧缺口，小端各有一个小圆孔和长孔，边缘有一个1mm厚的小凸台，塑件正面的矩形线为丝印边界线，矩形孔内不丝印，孔外整体丝印。塑件材料为PMMA，PMMA作为一种透明塑料，透光率高，但是流动性差，注塑工艺难度大，不良的注塑会使产品内部存在应力，注塑时很难发现，但在后续的丝印工序中极易破裂，造成损失。

　 　3、模具设计要点

1.根据产品的大小和厚度，以及注塑机的射胶量，确定模穴数。血压计透明面板为了流道平衡，一般开一模两穴，尺寸较小时，最多可以开四穴，这和注塑机的最大射胶量没有什么关系，主要是模穴超过4穴时，注塑机调机困难，不良率增加。

2. 分型面的选择，制品形状简单，分型面一般沿塑件边缘选择将塑件留在动模。检查塑件边缘的脱模斜度，脱模斜度要足够大，分型面处有无小R等。

3. 进胶点的选择很重要，注塑PMMA材料的模具，流道要弯曲成S型，流道末端并设计较长的冷料穴，生产时很容易调气纹和熔胶痕。 浇口选择在塑件的大端，这样塑胶容易充满型腔，在两个孔位合胶线最不明显。PC料的.流道需要短而粗，这是两种透明料模具设计的不同点。流道和进胶口的设计，流道开梯形，进胶口开扇形，流道要抛光得非常光亮。

4. 排气位置的设计，一般透明镜片是不许有顶针痕，都要开辅助流道来帮助顶出，这个流道同时起排气作用，一般坚持一个原则，有角落过度的地方就要有排气。

5. 钢材的选择，一般产量在10万以内的，可用日本正产的NAK80就可以了，如果产量很大，就必须选用S136或法国产SMV3W高镜面热处理钢材，热处理到HRC48-52，再精加工后抛光，效果非常好。

6. 塑件的顶出，透明塑件一般不允许设计顶针，塑件的顶出在浇口位置设计了顶针，在塑件的小端的小凸台处，延长了胶位，增加了一个顶针，在两个顶针的顶出下，塑胶顺利脱模。

7. 冷却系统设计，模具前后模都设计了独立的冷却系统，保证注塑时调整注塑参数。

8. 主流道正对的冷料井，必须设计成Z型拉料杆，不可设计倒扣拉料。因为冷料井处如果设计了倒扣，顶出时会产生胶粉，对于透明件，这样设计是不允许的。

9. 对于三板模的透明产品，为了避免胶粉进入型腔，尽可能不要设计尼龙扣开模，采用机械式扣机最佳。

10. 水口的剪断，批量大时，需要设计小治具，在手动冲床上冲掉水口。批量较小时也可以用电热剪钳手工剪掉水口。

4.结束语

通过试模后的生产表明，模具设计合理，完全达到了式样书的要求。可供透明模具设计时参考。

第一点模具浇口一点要设计合适得位置，分析是热流道还是冷流道

第二点顶出方式选择顶针还是脱料板

第三点西诺模具采用镶入试还是整体式

第四点模具钢料得选择