UG塑膠模具設計之透明PS水杯，建議收藏

一般初學模具的人，往往會認為如下圖所示杯子的模具是非常簡單的模具。其實不然，這個透明PS杯子訂單量巨大，用來注塑杯子的模具，有很多細節問題要處理。我有幸參與了這些項目，通過幾年的改進，取得了一些經驗，在這里與大家分享。

一、產品分析

圖1

1 、產品的壁厚為0.6mm。

2、 要求配合機械手進行全自動生產，注塑周期為12秒（含機械手動作）。

3、 杯口和杯底部不能有毛邊。產品透明，不能夠有拖花的現象。

4 、壁厚的不均勻度小于0.02mm。

二、分模

分模確實是非常簡單的，就是簡單的上下模，通過以往在使用的模具，總結出一個經驗，在模具結構方面，模芯絕對不可以做鑲件式的，否則動、定模的同心度很不穩定。不可以采用“刮板式”脫模，否則杯口容易出毛邊，而且都要做成獨立型腔，獨立精定位，見圖2。

圖2

由于產品的杯口不允許有任何的毛邊，所以產品的脫模形式很關鍵，一般有三種形式：刮板脫模，吹氣脫模、中間頂出。以前曾經試過刮板脫模和吹氣脫模二種方式，經過長期使用，效果不是很好，刮板脫模雖然簡單，但是模具使用一段時間后杯口部分會出現毛邊。吹氣脫模也是可行的，但是在與機械手的配合方面，會由于氣壓的變化而產生節奏上的差異，使得機械手經常報警，所以我采取了中間頂出的方式（成型頂桿頂底），見圖3。

圖3

三、定模的布置

1、定模的外觀

定模的外觀見圖4。

圖4

2、定模熱流道的設計

a、熱流道元件是由專業的熱流道供應商提供的，在這里我不描述熱流道元件的內部結構，我關心的是熱流道元件的外部尺寸，特別是裝配尺寸。我們在設計模具時，必須要考慮到熱流道元件與模具的合理配合，和關鍵部位的尺寸配合，因為這些尺寸是由模具廠負責加工的。這套杯子模具的熱流道是最常見的做法，在這里與大家分享，見圖5。

圖5

熱流道元件與模具的尺寸配合見圖6。

圖6

我要重點的指出，圖6中封膠的部位（這套模是直徑13mm），熱嘴與澆口鑲件的配合檔，間隙不可以大于單面0.01，否則熔融的塑料會溢出來，會嚴重損壞導線和熱流道元件。這一檔尺寸也不可以太緊，太緊會使得裝配困難，甚至在拆的時候將熱嘴拆壞。所以，在加工這檔尺寸時要特別注意尺寸公差，我喜歡用冷擠壓的方法加工這檔尺寸，見圖7。

圖7

在圖7中，操作時加一個護套，可以使得冷擠壓棒不歪斜，護套與冷擠壓棒和進口鑲件是松配的，操作完畢后冷擠壓棒尾端有螺紋，可以將冷擠壓棒拉出。沒有冷擠壓機時，也可以用鐵錘輕輕地打下去。

另外有個重要的問題，澆口鑲件的出口一定要留一個直面，否則澆口鑲件的壽命會很短，在產品上的進膠點會越來越大，影響產品的外觀，見圖8。

圖8

b、熱嘴大端與熱流道裝配板的配合

熱流道的大端有一個直徑38的臺階，它控制熱嘴的同心度和熱嘴尖端與澆口鑲件齊平見圖9和圖10。

圖9

圖10

C、墊片和進膠發蘭，見圖11。

圖11

在圖11中可以看到，法蘭的支撐面與墊片是等高的，在模具的流道板的厚度不精準時，可以調整法蘭的支撐面和墊片的厚度。我一般的習慣是將模具的流道板做準，因為進膠法蘭與墊片是標準件，尺寸是整數，很精準的，假如做模具的時候貪圖方便，調整了進膠法蘭和墊片的厚度，以后模具維修時，就比較麻煩，特別是當模具檔案遺失和人員更換后，容易搞錯，因為這個尺寸不對，就會漏膠，產生很大的麻煩。

3、澆口鑲件的設計

澆口鑲件的剖面見圖12。

圖12

澆口鑲件是一個較難設計和加工的零件，鋼材是采用S136H，硬度為HRC38，外形見圖13。

圖13

由于注塑機開模時，定模腔有真空（負壓）現象，產品有時會吸附在定模，引起機械手報警。比較難處理，所以，定模腔必須設計補氣機構，澆口鑲件上的這條槽是補氣的通道，它通過定模仁上的孔，直接通到模具外，見圖14。

圖14

補氣的通道即澆口鑲件和定模仁裝配后產生的間隙必須小于塑料的溢邊值。先講一下什么叫溢邊值，通俗地講，當模具的間隙為多大的時候，熔融的塑料可以“鉆”過去？這個間隙的值就是溢邊值。當然，這個溢邊值的大小受很多因素的影響，譬如熔融的塑料的實際溫度、注塑機射膠的壓力和速度等。

考慮到PS的溢邊值在0.012左右，我設計時將補氣的間隙定為0.008（單面），見圖9-14中，封膠的圓的直徑比上面一檔的圓（固定檔）的直徑小0.016mm。當注塑機將熔融的塑料射入模腔時，模腔里的空氣除了通過主分型面排出外（后面有詳細介紹），部分空氣也會從澆口鑲件與定模仁的間隙中排出。注塑機將模具打開時，空氣會從這個間隙補充進來，避免產品由于負壓的原因留在定模。

4、澆口鑲件補氣外園的精密加工

澆口鑲件補氣檔的直徑為ф48.374 ，固定檔的直徑為ф48.390。通常這二檔尺寸可以在外園磨床上加工，但是考慮到外園磨床加工時必須要有砂輪越程槽，按機械行業的標準是寬度4mm，但是澆口鑲件的固定檔的長度尺寸為5.4mm，僅僅留下1.4mm，這樣就不合理。我現在介紹一種研磨的方法給大家，可以不用外圓磨床加工，也不需要砂輪越程槽。這個研磨工具很有價值，見圖15和16。

圖15

圖16

圖17中的鑄鐵研磨套要開4條或者6條槽，見圖17。

圖17

先期加工時將澆口鑲件上要研磨的尺寸留單面0.02mm。研磨時先在鑄鐵研磨套的內面均勻地抹上研磨膏（從1000號開始）。然后套上圖17中的內錐套，然后旋上螺母，但是不要夾得太緊，以手柄勉強可以轉動為宜，用3爪卡盤夾住澆口鑲件，雙手輕輕扳動手柄，感到很松的時候，微微旋緊螺母，再繼續旋轉鑄鐵研磨套。經過2次旋緊螺母后，松開螺母，取出澆口鑲件，用煤油洗干凈澆口鑲件并擦干，測量澆口鑲件的固定檔的尺寸ф48.390。假如未到數，則繼續研磨，直到尺寸理想為止。

然后將澆口鑲件取出，加個墊圈，再將澆口鑲件放入，見圖18。

圖18

這時鑄鐵研磨套只夾到澆口鑲件上的補氣檔，即封膠的那一檔，見圖19。

圖19

按上述的方法，將封膠補氣檔的尺寸研磨到ф48.374。

四、定模仁的設計和加工

定模仁的材料也是用S136H，硬度為HRC42，見圖20。

圖20

反過來是這樣的，見圖21。

圖21

1、定模仁的定位和固定

定模板上有4處定位的凹槽，這4處方形凹槽的尺寸要求加工得非常精準，見圖22。

圖22

定模仁固定在定模板上見圖23。

圖23

定模仁固定在定模板上的螺絲是從正面擰的，這樣裝配時比較方便，而且可以極有效地保護熱流道系統。也就是說，在維護和更換模具零件時，完全不用接觸到熱流道元件。

定模仁與動模仁的精確定位是獨立的，補氣和冷卻水也是獨立的。

2、定模仁的冷卻系統的設計

定模仁的冷卻系統見圖24。

圖24

定模仁的冷卻系統是采用了垂直水塘加隔水片的形式，加工起來很方便，冷卻效果也很好。由于是獨立的冷卻，生產時調整模具溫度時不會受其他型腔的影響。可以將模具溫度調整到最佳狀態。

3、定模仁上裝澆口鑲件的孔的加工

定模仁上裝澆口鑲件的孔由于要考慮補氣的功能與澆口鑲件的配合要非常精準，直徑尺寸為ф48.390+0.01，可以在內圓磨床上磨出來。但是由于外形是長方形，裝夾不方便，我在這里介紹一種研磨的工具，見圖25、圖26。

圖25

圖26

定模仁的孔用數控加工中心加工出來，單面留0.01~0.02，在開了縫的鑄鐵研磨套外圓上均勻地涂上研磨膏（1000號），旋動螺母，調整到研磨夾具勉強放入孔內，旋轉并且上下抽動幾次后，取出夾具，清洗并且擦干內孔，用量缸表或者內徑千分尺測量內孔，直到尺寸到位為止。

4、定模仁的排氣槽的加工方法

定模仁除了補氣外，還要設計排氣機構，見圖27。

圖27

在動模仁上，對著排氣槽的位置有一個排氣孔，見圖28。

圖28

反面再開排氣槽，見圖29。

圖29

按這樣設計，動、定模仁組合成為一個理想的排氣系統。封膠位采用了整圈的排氣，目的是在產品的杯口不產生任何的飛邊和毛刺，使得產品的杯口非常光滑。現在的問題是，這個內圈的封膠面比分型面低0.008是怎么加工出來的？我在這里介紹一種研磨的方法，見圖30和圖31。

圖30

圖31

操作時先將研磨定位圈與定模仁用502膠水黏牢，在鑄鐵研磨塊上均勻地涂上研磨膏，轉動鑄鐵研磨塊，就可以將封膠面磨低，要多次測量，慢慢接近尺寸，以免磨過頭。鑄鐵研磨塊磨損后可用平面磨床修正。

5、定模等高墊鐵的作用

由于這套模具的總結構采用了模仁直接布置在模板的面上的形式，所以，僅僅靠動、定模仁的結合面來承受注塑機的鎖模力是不安全的，這樣會增加動、定模仁的定位斜面的磨損，縮短模具的壽命，我在定模側設計了4個等高墊鐵，材料為50號鋼，硬度為HRC32~36，見圖32。

圖32

從圖32可以看到，分型面和模仁的基面以及等高墊鐵的面是同時接觸動模側的相應的面的，當等高墊鐵的面高0.005mm時，就能夠對模仁起到很好的保護，注塑機的鎖模力被均勻地分攤，模具的總體受力很合理，可有效降低模具受到的交變應力。

五、動驀的布置

1、動模的外觀

動模的外觀見圖33。

圖33

從圖34中可以看到，動模仁是分成4塊的，但是動模仁的內芯和外面的定位部分是整體的這樣的設計，可以最大限度地減少模仁在注塑機射膠時的變形量，以大大延長模具的壽命。動模仁與模板的連接與定模一樣，也是放置在動模板上的方形凹槽中，從正面擰螺絲，裝拆比較方便。

2、動模仁的設計和加工

動模仁的材料也是S136H,硬度HRC42，見圖34。

圖34

從圖34中可以看到，模芯與外圍的定位斜面是整體的，是用高速加工中心一次性加工出來的，用這樣的定位方式，可以確保模芯與定模腔的同心度，而且，動模仁有足夠的剛性和強度。

這個杯子產品有嚴格的重量要求，動模仁在加工完后表面要鍍鉻，一般來說，產品的精確的重量是靠鍍鉻層的厚度來控制的。所以，我們在加工中心編程的時候要將模芯的表面多切削掉單面0.02mm,表面拋光后試模。試出的樣品稱出重量，然后決定鍍鉻層的厚度。

五、動模仁的冷卻系統設計

1.動模仁的冷卻系統設計

見圖35。

圖35

從圖35中可以看到，進水和出水的接頭是在一側的，這樣接水比較方便，冷卻水從第一個水接頭進入模仁內部，在水芯上環繞一圈后，從第二個水接頭出來，每個模仁的冷卻水是獨立的，便于很好的控制動模仁的溫度。以保證注塑生產的穩定性及產品質量的穩定性。

2.模仁底部有水芯密封板

使得動模仁在局部裝配時就成為一個獨立的水冷卻系統，總裝配前就可以測試漏不漏水。水芯的設計也是很有創意的，見圖36。

圖36

水芯的加工非常方便，線切割出來后，銑3個缺口，再車密封圈槽就完成了。

3、動模仁中密封圈的設計

見圖37。

圖37

從圖37中可以看到，由于模仁和水芯之間有一個耐磨套，所以，耐磨套與模仁之間要布置密封圈，耐磨套與水芯之間也要布置密封圈，密封板與模仁及水芯之間都要布置密封圈。

4、成型頂桿的冷卻系統

通過生產實踐，以前的模具影響產品質量和生產周期的一個重要原因是成型頂桿沒有位置安排冷卻水，事實上，成型頂桿通冷卻水是非常困難的，因為成型頂桿是隨著推板一起動的，其次，由于模具裝配的原因，成型頂桿的下部是很難安排密封圈的。我這次搞了一個設計方案，見圖38和39。

圖38

圖39

從圖39中可以看到，螺紋接頭與成型頂桿的尾部是用帶錐鍍的管螺紋連接的，并且在螺紋部分纏上聚四氟乙烯膠帶，起到很好的封水作用。螺紋接頭有4個內六角螺絲固定在推板上，這樣裝配比較方便。

5、螺紋接頭的設計

見圖40。

圖40

在圖40中可以看到，螺紋接頭的圓盤部分我是設計成為2段的，第一段是直的，可以與推板上的凹槽精密定位，第二段是斜度的。為什么要設計成為斜度呢，請看圖41。

圖41

裝配的時候，成型頂桿穿過動模板，擰上螺紋接頭后，由于動模板上穿過成型頂桿的孔是騰空的，由于重量的關系，成型頂桿與螺紋接頭的組合體微微有些下沉，模具工在裝推板時會對不上推板的圓形凹槽，現在將螺紋接頭的第二段設計成為斜度的，推板就容易套上去。這是個很小的細節，但是會給鉗工的裝配提供很大的方便。

六、頂出系統的設計

前一節由于動模系統的冷卻設計我們已經講到了成型頂桿的設計，現在我們接著講頂出系統的設計，見圖42。

1、頂出系統的冷卻水路設計

請看前面圖39，采用的是噴淋式的冷卻，冷卻水從銅管的下部進入，噴 到成型頂桿的頭部，然后從成型頂桿的內孔回下來，從出水口流出。

2、頂出系統的布置

見圖42。

圖42

從圖42可以看到，我放棄了傳統的推板和頂桿板的二塊板的形式，采用了單獨一塊推板的結構，這樣的推板結構我在很多場合用過，主要是這樣做推板的剛性強，因為在材料力學的計算公式中，板的剛性與板的厚度的4次方成正比。另外，現在這樣的結構很大程度地簡化了水路的密封。我僅僅在螺紋接頭底部用了一組密封圈就解決了頂出系統的所有密封問題。以往，帶有成型頂桿的機構，冷卻問題是十分麻煩的，見圖43。

圖43

在圖42中可以看到，這套模具的頂出系統我沒有采用復位桿，我是用4個強力的彈簧來復位的。另外推板上的導柱導套保證了推板的平穩運動，配合動模仁上的耐磨銅套，使得成型頂桿的運動很滑順，確保產品的正常脫模。推板的向前運動的距離為8mm，然后由機械手將產品吸出。

小結：本套模具有幾個亮點

1、定模系統的補氣。徹底杜絕產品留定模。

2、澆口鑲件安裝部分的手工研磨。可培養模具鉗工精密加工的技能。并確保零件的精密尺寸和統一性和互換性。

3、分型面的整圈排氣，使得產品杯口光滑。

4、成型頂桿尾部的螺紋接頭的設計，徹底簡化了頂出系統的裝配。是本套模具的精華。

5、單一推板的設計，簡化了水路的密封，增加了推板的剛性，使得成型頂桿的運動很平穩。