注射器结构和组成的分析介绍

本节通过分析三种冷流道注射模具的工作原理和基本结构，从而了解热流道注射模设计的基本原理和基础知识。注射成型模具是用闭合和开启的型腔，成型一定形状和尺寸塑料制品的工具。本节介绍单分型面、双分型面和侧向分型抽芯，三种典型的冷流道注射模结构。

1.注射模组成

凡是注射模，均可分为动模和定模两大部件。注射充模时动模与定模闭合，构成型腔和浇注系统；开模时动模与定模分离，取出制件。定模安装在注射机的固定板上，动模则安装在注射机的移动模板上。

图1-5所示为典型的单分型面注射模。它根据模具上各个零部件的不同功能，由以下七个系统机构组成。

1）成型零件。成型零件指构成型腔，直接与熔体相接触并成型塑料制件的零件，通常有凸模、型芯、成型杆、凹模、成型环、镶件等零件。在动模和定模闭合后，成型零件确定了塑件的内部和外部轮廓和尺寸。图1-5所示模具中，型腔是由凹模3、型芯4和动模板12构成的。

2）浇注系统。将塑料熔体由注射机喷嘴引向型腔的流道称为浇注系统，它由主流道、分流道、浇口和冷料井组成。图1-6所示为单分型面注射模上的浇注系统。

3）导向与定位机构。为确保动模和定模闭合时，能准确导向和定位对中，通常分别在动模和定模上设置导柱和导套。深腔注射模还必须在主分型面上设有锥面定位。有时为保证脱模机构的准确运动和复位，顶出板8和顶出固定板7也设置导向零件。

图1-5 单分型面注射模

a）闭合充模 b）开模取件 1—定位环 2—主流道衬套 3—凹模 4—型芯 5—顶杆 6—拉料杆 7—顶出固定板 8—顶出板 9—动模座 10—回程杆 11—动模垫板 12—动模板 13—导柱 14—导套 15—冷却水管道 16—定模板 17—定模安装板

4）脱模机构。脱模机构是指在开模过程的后期，将塑件从模具中脱出的机构。在图1-5中，脱模机构由顶杆5、拉料杆6、顶出固定板7、顶出板8及回程杆10组成。

5）侧向分型抽芯机构。带有侧凹或侧孔的塑件在被脱出模具之前，必须先进行侧向分型或拔出侧向凸模或抽出侧型芯。

6）温度调节系统。为了满足注射工艺对模具温度的要求，模具设有冷却或加热的温度调节系统。模具冷却一般在模板内开设冷却水道，加热则在模具内或周边安装电加热元件。有的注射模需配备模具温度自动调节装置。

7）排气系统。为了在注射充模过程中将型腔内原有的气体排出，常在分型面处开设排气槽。小型腔的排气量不大，可直接利用分型面排气，也可利用模具的顶杆或型芯与配合孔之间间隙排气。大型注射模必须设置专用排气槽。

单分型面注射模也称两板式注射模（见图1-5）。单分型面注射模的主流道设在定模一侧，分流道设在分型面上，开模后制件连同流道凝料一起留在动模一侧。动模上的脱模机构顶出制件和流道凝料，在打开的动模和定模之间取走塑件和流道凝料。在模具重新闭合时，一般由回程杆10使脱模机构复位。

图1-6 单分型面注射模上的浇注系统

1—主流道 2—分流道 3—矩形浇口 4—冷料井

在注射模具中，用于取出塑料制件或浇注系统的面通称为分型面。常见的取出注塑件的主分型面与开模方向垂直。

2.双分型面注射模结构

双分型面注射模系泛指浇注系统凝料和制品从不同分型面取出的注射模。此类注射模也称三板式注射模，如图1-7所示。这种注射模与单分型模具相比，在定模边增加了一块可往复移动的型腔板13。此板也称为型腔中间板，或流道板，多用于针点浇口的单型腔或多型腔模具。开模时，A面分型，型腔板与定模板做定距分离，供人工取出或自由下落浇注系统凝料。B面分型时，型腔模13与脱模板5相互分离，然后再由脱模机构顶出板9、顶杆11和脱模板5将塑件从型芯上脱出。

图1-7 双分型面注射模

a）闭合充模 b）开模取出塑件和流道凝料 1—定距拉板 2—压缩弹簧 3—限位销钉 4—导柱 5—脱模板 6—型芯固定板 7—动模垫板 8—动模座 9—顶出板 10—顶出固定板 11—顶杆 12—导柱 13—型腔板 14—型芯 15—主流道衬套 16—定模板

点浇口是直径为1mm左右，长约0.6mm的塑料圆柱孔。采用点浇口可以把制品和浇注系统的凝料在模内分离。为此应该设计浇注系统凝料的脱出机构，保证将点浇口拉断，还要可靠地将浇注系统凝料从定模板或型腔板上脱离。

此种模具的结构较复杂，模板有顺序动作过程，而且浇注系统凝料较多。如果将流道加热，在定模中设置加热的流道板和喷嘴，将演变成热流道注射模（见图1-38）。大型制品的三板式注射模在每次注塑时，由于很重的型腔板在导柱上滑动，故即使模具制作精良，其寿命也不会太长，而采用热流道注射模，则可避免三板模结构。

图1-38所示的热流道注射模无须在定模上设置冷流道凝料的脱模机构，省去了取出流道凝料的机械手。对成型同样注塑制品的模具，热流道注射模比三板式点浇口的注射模的制造成本有所增加，但没有流道系统的塑料材料消耗，且注射成型周期缩短，废品率减少，注射生产费用降低。总之，降低了相同批量生产制品的总成本。

3.侧向分型抽芯机构

侧向分型与抽芯机构简称为侧抽机构，用来成型具有外侧凸起、凹槽和孔的塑件，成型壳体制品内侧的局部凸起、凹槽和盲孔。注射模侧抽机构的运动零件多，动作复杂。本节主要介绍斜导柱机械力驱动的侧抽机构。

（1）外侧分型 外侧分型注射模是以两个对合滑块来成型塑件整个侧向外形的模具，也称为瓣合模。图1-8所示为一组外侧分型塑造的典型制品。

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图1-8 外侧分型塑造的典型制品

a）管接头 b）方形骨架 c）螺纹管接头 d）圆筒骨架 e）接头 f）管轴杆 g）蛋杯 h）带轮 i）笔套

图1-8所示的外形对称的注塑件，侧向分型面必须经过中心线。瓣合模成型的塑件在外形上会留下拼合缝，螺纹管接头制件上明显的拼合缝会影响旋合连接功能，因此在模具的使用期内，应保证侧滑块的拼合精度和足够的侧向压力。对笔套类塑件，唯一可取的是侧向分型面必须设在弹性夹头的最高凸起处。

如图1-9所示，斜导柱侧向分型机构由斜导柱、滑块、导滑槽、定位装置和锁紧楔组成。在动模一侧的成型滑块装在动模板上的导滑槽内，滑块上的导轨在导滑槽内可精确地往复运动。在定模边固定有与开模方向成倾角α的斜导柱，它与滑块上的斜孔成大间隙动配合。开模时，滑块在斜导柱上滑动，由侧向分力驱动滑块进行侧向分型。滑块脱离斜导柱后，定位装置起对滑块定位和固定的作用，以使斜导柱在合模时能再次对准插入。在合模中，斜导柱有一与前相反的复位分力，驱使滑块回复。斜导柱不能承受熔体充模时很大的侧压力，故要用锁紧楔紧压滑块于成型位置，以保证塑件的尺寸精度，防止产生溢料。斜导柱与斜孔有较大间隙，在合模时便于插入，在注射时可避免与锁紧楔干涉，在开模时可让锁紧楔先行脱离与滑块斜面的接触。

在开模时，滑块运动速度v沿斜导柱轴线方向。它是动模于开模方向的牵连速度v_a和滑块在动模导滑槽中相对速度v_r的合速度，如图1-9b所示。速度v和速度矢量v_a的夹角为斜导柱的安装倾角α。

图1-9 斜导柱驱动的侧向分型注射模

a）合模状态 b）开模过程 c）开模终止 1—斜导柱 2—侧向成型滑块 3—导滑槽 4—定位装置 5—锁紧楔 6—圆筒骨架注射件 7—动模

在图1-9中，侧滑块的抽拔距是指从成型位置起始，将滑块移到不妨碍塑件脱模顶出的位置。临界抽拔距S_c定义为：侧滑块与塑件外形在模板上的投影不相重合的移动距离。而实际抽拔距S应计入安全余量和误差补偿量2～3mm。

随着斜导柱安装倾角α增大，可获得抽拔距S增大，但是所需开模力和斜导柱受到的法向作用力也随之增大，会造成模具无法开启，并存在斜导柱折断的危险，此时抽拔速度过快会损伤塑件。然而，斜导柱安装倾角α过小，会使斜导柱机构处于自锁状态而不能开模。所以斜导柱安装倾角α为12°～25°比较适宜。

斜导柱驱动的侧向分型与抽芯机构由五个零部件组成。它们是滑块、导滑槽、斜导柱、定位装置和锁紧楔。

1）滑块和导滑槽。滑块上的成型表面是型腔的组成部分，应该用优质塑料模具钢制成并经抛光。小型滑块可采用整体式，但较大滑块大多用组合式结构。

滑块常用T形槽导向，因其加工方便且刚度好。构成导滑槽的压板或导轨以采用组合式为佳，这样便于使用高硬度淬火钢。摩擦表面应有40HRC以上的硬度。滑块的导轨和导滑槽应有足够的制造精度，以保证滑块在使用期限内运动平稳，无上下窜动和卡滞现象。另外，滑块在抽拔后，如果滑块外伸于导滑槽外过长，会因其自重而产生歪斜，影响闭模时斜导柱插入。所以滑块停留在导滑槽内的长度，应大于滑块导轨长度的2/3。

2）斜导柱。斜导柱由滑动段和固定段组成，紧固在定模板中。斜导柱安装倾角α和滑动段长度决定了侧向抽拔距。注射机的开模方向行程距离要保证滑块能够脱离斜导柱。斜导柱用高碳钢制作并淬火来保证硬度，并有足够直径来保证弯曲强度。

3）锁紧楔。锁紧楔又称压紧楔。它在注射过程中的作用是，使侧滑块将型腔紧密闭合，所以要求有足够的刚度。可利用定模板直接加工出锁紧楔。如图1-9所示的注射模上的锁紧楔称为整体式。它能承受较大的侧压力，但需要大厚度的定模板，切削耗钢多。如图1-11所示的注射模上的锁紧楔镶嵌在定模板中，结构紧凑且牢靠，刚度也好。它应该用淬硬钢制造，需要较大的定模板面积。装配式的锁紧楔依靠螺钉和定位销固定，螺钉承受很大拉力。其加工和修配容易，但刚度差，易松动，为此，有时采用里外双重锁紧来保证刚度。锁紧楔的许用变形量小于0.05mm。锁紧楔角α′应大于斜导柱的安装倾角α（α′=α+2°～3°），以使在开模瞬时先脱离侧滑块。

4）定位装置。为保证滑块在抽拔后停留在准确位置上，机构必须有定位装置，常用挡块、钢珠或球头柱销定位，如图1-9和图1-11所示。定位后还需用弹簧或自重来固定滑块。定位表面应有较高硬度和精度。

（2）外侧抽芯和局部型腔成型 图1-10所示为需外侧抽芯和局部型腔成型的塑件，其中图1-10a～f所示的塑件必须从侧向抽出成型型芯，其临界抽拔距S_c等于孔的深度；图1-10f所示的塑件侧面凸起数字和图1-10g所示的塑件侧面凹槽，必须用侧滑块从外侧局部成型，其S_c等于凸起高度或槽的深度。

图1-10 需外侧抽芯和局部型腔成型的塑件

a）侧圆孔 b）侧槽支架 c）盒盖支承侧孔 d）长锥孔 e）筒侧孔 f）盒侧壁上凸字 g）盒侧壁上凹槽

图1-11所示为最常见的斜导柱驱动的外侧抽芯或局部型腔成型的注射模。斜导柱固装在定模，滑块在动模。侧抽芯机构必须在开模方向，圆筒注塑件脱模之前完成抽拔动作，还必须在闭模过程中让机构复位。模具的侧滑块在领先复位过程中，顶杆或顶管还尚未退到闭模位置，以致滑块与它们相撞产生干涉现象。当然，可将顶出零件安排在不干涉的位置，由回程杆与定模相碰后驱动顶杆等脱模机构零件复回，但有时无法避免两者在主分型面上投影的重合。

图1-11 斜导柱驱动的外侧抽芯或局部型腔成型的注射模

a）合模状态 b）开模侧抽顶出状态 1—斜导柱 2—侧向抽芯滑块 3—锁紧楔 4—定位装置 5—导滑槽 6—顶杆 7—动模

（3）内侧局部型腔成型 塑件内表面上的凸起、凹槽和盲孔依靠向内侧抽拔的滑销或滑块成型。它们是成型型芯的一部分，但其运动受到空间条件限制。内侧成型也有用倾斜运动的斜顶杆来实现完全机动侧向抽拔的。内侧抽机构有很多种，设计制造困难，可参阅参考文献[8]。

图1-12所示为较常见的一种内侧抽芯的斜顶机构，称为斜顶杆与铰链连接的内侧抽机构。斜顶杆4的头部有成型制品的内侧凹，它安装在动模主型芯7中开设的斜孔内。斜顶杆下部装有铰链。在脱模顶出过程中，由铰链座的推顶将斜顶杆的头部向模具中心靠拢，注塑件在脱离主型芯的同时完成斜顶杆头部的侧抽动作。铰链座夹固在顶出板和顶出固定板之间。有在斜顶杆头的下端装滚柱的，也有在斜顶杆下装铰链机构的。

图1-12 斜顶杆与铰链连接的内侧抽机构

1—顶出板 2—滑座 3—顶出固定板 4—斜顶杆 5—复位杆 6—动模垫板 7—动模主型芯 8—型芯固定板