Mold Engineering

第一篇 模具工程

第一部分 有关模具、注塑机、塑料原料

及其制品的基础知识第1章 模具工程入门3

11 注塑模3

12 注塑机4

121 合模机构4

122 塑化装置4

123 注射装置5

124 控制装置6

13 模塑时间和技术术语7

131 模具闭合过程和开启过程时间（空程周期）8

132 顶出时间和开模行程9

133 模具打开状态时间9

134 注射时间9

135 注射保压时间10

136 冷却时间10

参考文献11

第2章 模具的基本功能12

21 成型制品12

ⅷ 211 制品形状13

. 22 塑料从注塑机到模腔的输送14

221 冷流道14

222 热流道16

23 充模时空气从模腔的排出17

231 单浇口17

232 不均匀壁厚18

233 多浇口18

24 塑料的冷却18

25 塑料制品的顶出19

26 生产的经济性和适当的要求20

261 模具类型和模腔数目20

262 在一副模具中模塑不同形状的制品23

263 多色或多种材料的模塑24

第3章 对模具的要求25

31 精度和精整25

311 精度要求25

312 精整要求26

32 生产率27

321 模腔数目27

322 冷却质量28

323 顶出速度和时机28

324 模具的强度和耐久性29

325 安装、启动方便29

33 物理强度30

331 拉伸强度31

332 压缩强度32

333 板挠度33

34 耐磨性33

341 在压力下运动的模具零件的磨损33

342 微动磨损34

343 塑料的磨蚀和腐蚀磨损34

344 锈蚀35

35 安全操作35

351 对模具的损伤35

352 人身伤害37

36 保养和互换性37

361 保养37

362 互换性38

ⅸ 37 在注塑机中易于安装38

38 合适的模具成本（价格）39

381 模具设计工程成本 (ce) 40

382 生产工程成本 (cp) 40

383 模块成本 (cs) 40

384 模套成本 (cm) 41

385 装配成本 (ca) 41

386 调试成本 (ct) 41

387 企业管理成本和利润率 (co和p) 41

388 多模腔模具的成本41

389 迭层模具成本42

3810 塑料件（制品）的成本42

第4章 模具设计的一般指导原则43

41 在开始设计模具之前43

42 指定塑料的模塑特性45

43 预期模塑周期46

44 考察制品47

441 检查制品图47

442 从一个制品或模型开始工作52

45 为预算员和设计师设计的典型的检验清单52

451 注塑机技术规范52

452 制品、制品图和生产技术规范53

第5章 塑料鉴别56

51 塑料类型的鉴别56

第二部分 模具设计的一般指导原则

第6章 模具方案设计60

61 模具设计规则60

611 设计之前60

612 首先要考虑的问题61

613 逐步设计--模具模块设计62

614 逐步法设计--模套设计69

62 模腔中水平方向力的平衡72

63 流道的平衡和模腔的布置74

631 流道的平衡74

632 二板式模具（冷流道）75

633 三板式模具89

634 热流道布局93

ⅹ 参考文献94

第7章 模塑操作程序95

第8章 塑料收缩98

81 理论方面98

82 实际应用100

821 注塑变量和收缩100

822 收缩的基本公式103

823 对收缩负责（收缩因子的选择）104

824 收缩对开模和脱模力的影响105

825 收缩设计的实用化建议106

826 部分材料的成型收缩率107

827 影响收缩的其他因素108

828 spi标准成型公差111

829 收缩对容器形状的影响111

参考文献112

第9章 模具表面公差113

91 标注公差的基本考虑113

911 误解之一113

912 误解之二114

913 误解之三114

92 制品壁厚的公差115

93 对公差负责115

第10章 浇口和流道116

101 每个模腔浇口的位置和数量116

1011 每个模腔开一个浇口116

1012 每个模腔开两个或更多浇口--大制品120

1013 每个模腔开两个或更多浇口--细长的制品121

1014 浇口残迹122

102 热流道浇口的类型和结构125

1021 开式浇口125

1022 阀式浇口132

1023 影响浇口尺寸和形状的因素134

1024 对正确设计浇口的要求137

1025 浇口形状和尺寸137

103 冷流道浇口类型和结构140

1031 概要140

1032 边缘浇口141

1033 扇形浇口142

1034 盘形浇口143

1035 柄形浇口144

1036 隧道式浇口145

1037 复式隧道式浇口149

1038 弧形或沉陷的隧道式浇口149

1039 三板式浇口149

104 冷流道顶出和拔出器151

1041 流道拔出器和流道的顶出152

1042 吸料销头部周围的塑料流动155

1043 顶出元件、吸料穴或吸料销的位置和数量155

1044 靠近隧道式浇口的吸料穴的布置156

1045 用于三板式下沉式流道的吸料销157

105 冷流道模具157

1051 二板式模具158

1052 三板式模具160

1053 三板式模具的综合评述161

106 热流道模具164

1061 热流道系统的商品化工作167

参考文献168

第11章 排气169

111 背景知识及理论169

112 术语及规则170

113 分型面排气171

1131 排气道和排气槽173

114 排气杆和镶件排气175

1141 排气杆175

1142 筋的排气175

115 混杂排气176

1151 流道排气176

1152 模腔底部的排气177

第12章 顶出178

121 内容及概念概述178

122 顶出方式的基本要求178

1221 顶出零件179

1222 注塑机顶出杆的长度179

123 顶出的一般原则180

1231 行程、间隙和制品高度181

1232 排气183

1233 顶出制品的位置183

124 顶杆和顶管186

1241 顶杆配合间隙和长度186

1242 尺寸，表面精整和顶杆的形状186

1243 专用顶杆的形状188

1244 顶杆的数量和布置189

125 顶杆和顶杆固定板190

1251 顶出力190

1252 注射压力191

1253 与注塑机顶杆相关的顶杆位置的影响192

1254 顶杆固定板192

1255 防止顶杆偏移转动193

1256 复位销194

1257 顶杆箱195

1258 顶杆托板导向197

1259 顶杆托板的复位198

126 脱模板201

1261 脱模板的一般准则202

1262 脱模板导向204

1263 脱模圈207

1264 脱模杆209

1265 从注射侧脱模210

127 压缩空气顶出211

1271 空气顶出带来的问题211

1272 压缩空气顶出的基本要求212

1273 阀杆顶出213

1274 吹气喷嘴216

1275 吹气缝219

1276 从注射侧进行空气顶出222

1277 机械和空气联合顶出223

ⅹⅲ 128 多次顶出行程224

129 专用顶出方法224

1291 颈圈顶出224

1292 分瓣顶出225

1293 拉模芯顶出226

1294 摆杆顶出227

1210 两级（和多级）顶出228

12101 使用两级顶出的原因及场合229

12102 典型的两级顶出驱动器230

12103 活动模腔233

1211 成型面的精整237

1212 顶出顺序238

1213 可拆分模芯240

12131 斜向运动模芯241

1214 退螺纹模具242

12141 传统的退螺纹方式242

12142 哈斯科（husky）独创的退螺纹模具243

12143 哈斯科的新退螺纹模具系统245

第13章 模具冷却246

131 引言246

1311 模具设计的目的247

1312 可利用的帮助248

132 注塑模冷却248

133 影响模具冷却的因素249

1331 冷却介质的温度250

1332 塑料的温度--热平衡250

1333 热量、温度和能量的基本原理258

1334 流道系统262

1335 模套的温度263

134 冷却通道的设计263

1341 钻孔通道与其他通道以及模壁间的距离263

1342 模板中的冷却设计及尺寸确定266

1343 串联冷却和并联冷却267

1344 三板式模具中的流道与模腔板271

1345 与模塑制品直接接触的模具部件内的冷却

通道尺寸布置273

ⅹⅳ 135 供水管路（软管）的尺寸和数量300

136 一副模具冷却介质的需求量302

1361 引言302

1362 输入热量的计算303

1363 冷却需要量304

1364 冷却水的温度305

1365 露点306

1366 所需冷却水的量306

1367 冷却效率307

1368 冷却水的供应308

1369 冷却管路的大小311

参考文献312

第14章 热膨胀313

141 影响热膨胀的变量313

142 许用应力中的因素315

1421 材料选择315

1422 “冷间隙”的产生316

143 热梯度317

144 模板318

1441 联锁装置319

1442 模块的各自定位319

145 热流道歧管320

1451 模具温度321

1452 塑料温度321

146 注吹模具322

第15章 迭层模具323

151 迭层模具理论323

152 定义和名称323

153 结构布置324

154 行程324

155 支撑325

156 合模力328

157 非对称布置329

158 注塑机和模具的其他重要特性330

1581 注射量330

1582 回复速度330

1583 注射速度330

1584 注射量和产品质量的可重复性331

1585 注道切断331

1586 热塑料的压力释放331

1587 开式注嘴注塑331

1588 截流式注嘴注塑332

1589 压板间距、闭合高度和合模行程332

15810 注射滑座的移动333

ⅹⅴ 15811 无人防护区334

15812 顶出装置334

15813 中间部分的支撑334

15814 下落限制器334

15815 开模力335

159 迭层模具设计原则335

1591 模腔布置335

1592 注道杆长度336

1593 注道杆的加热337

1594 意外接触注道杆的防护337

1595 注道杆导向337

1596 合模行程337

1597 顶出机构的驱动338

1510 模具中间部分的水、气、电供给340

15101 模具维修341

1511 迭层模具的举例341

第三部分 模具设计者要考虑的特殊问题

第16章 模具材料规格344

161 材料比较344

162 模具材料选择准则345

163 热处理349

1631 消除应力349

1632 渗碳349

1633 氮化351

1634 火焰淬火、感应淬火352

164 模具精整352

1641 模具表面精整352

1642 模具表面精整符号353

1643 特殊织构354

1644 喷砂和蒸汽珩磨354

ⅹⅵ 1645 抛光和擦光355

1646 非模塑表面精整规格359

第17章 模板360

171 用途和材料选择360

172 模板挠曲361

173 作用于模板的力362

174 模板挠度和应力的简化计算362

1741 挠度362

1742 应力363

1743 设计校验363

175 动模板的导向364

1751 支承导向364

1752 模板导向365

第18章 金属疲劳369

181 材料力学性能369

182 金属疲劳370

1821 疲劳的定义370

183 四种基本类型载荷371

1831 轴向载荷371

1832 弯曲载荷371

1833 剪切载荷371

1834 扭转载荷372

184 载荷波动、尺度和方向372

185 疲劳寿命曲线373

186 避免模具疲劳失效376

1861 材料选择376

1862 精整376

1863 产品形状377

1864 应力集中377

187 硬度对疲劳极限的影响378

188 精整的影响379

189 应力集中源对疲劳极限的影响379

1891 截面变化379

1892 拐角的应力集中源380

1893 刀具痕迹380

1894 花键和键槽381

ⅹⅶ 1810 微动磨损383

1811 焊接与疲劳383

1812 其他影响疲劳寿命的因素383

18121 晶粒组织383

18122 雕刻位置384

18123 颗粒喷射384

1813 疲劳举例384

18131 模腔镶件385

18132 模腔钻孔387

参考文献388

第19章 模具螺丝389

191 螺纹紧固件389

192 螺丝工作情况389

193 螺纹加工方法不同的螺丝类型391

1931 轧制螺纹391

1932 切削螺纹391

194 螺纹螺距类型：细牙和粗牙391

195 螺丝的紧固作用和预载392

196 温度对螺丝的影响394

197 循环载荷对螺丝的影响397

198 螺丝的润滑397

199 钢制螺丝标准398

1991 螺丝用钢的性能398

1992 129级螺丝的螺纹公差398

1993 螺纹接合长度399

1994 关于螺丝和螺丝连接的附加建议400

1995 带肩螺丝（脱模板螺栓）和紧固螺丝401

1910 螺丝数据401

1911 用于调整的螺丝和柱螺栓406

1912 安全螺丝408

19121 锁紧垫圈408

19122 loctite瑃m, permaflex瑃m等408

19123 变形螺丝409

19124 金属丝拴住螺丝头部409

19125 塑料插件保证安全的螺丝（nylok瑃m等）409

1913 螺帽410

19131 安全螺帽410

19132 开口销410

19133 压紧螺帽410

19134 用塑料嵌件（nylok瑃m等）保证螺帽安全411

19135 保证螺帽安全的其他方法411

参考文献411

ⅹⅷ第20章 模具和模具零件的装卸412

201 安全412

202 模板吊装412

2021 模具零件的加工412

2022 模板面上的吊孔413

203 吊环螺栓414

2031 提升和吊起理论414

2032 提升载荷416

2033 吊环螺栓使用注意事项417

2034 吊环螺栓使用举例418

204 吊杆420

205 注塑机上模具的安装421

2051 较大模具421

2052 快速换模器422

206 搭袢422

2061 模具维修的搭袢423

第21章 气体和油压驱动器425

211 气缸和活塞425

2111 单作用驱动器425

2112 双动驱动器426

2113 力玣建立的速度426

2114 密封件428

2115 驱动器的位置和数量428

2116 定位429

2117 缸壁和活塞杆的精整429

2118 要求的力429

2119 排气噪声430

21110 空气驱动的成本430

212 油压驱动器430

2121 液压油管路431

2122 行程432

2123 气体的放出432

2124 与注塑机的对接432

213 模具安全432

ⅹⅸ第22章 设计人员的计算规则433

221 产品的投影面积（玜璸p) 433

222 钢板的合模沿口面积（玜玸s) 434

223 合模力玣璫434

224 疲劳435

225 模块的压缩436

226 圆周应力和模腔扩展437

227 弹簧438

228 楔439

229 几个问题的计算439

2291 通过滚柱或滚珠的测量439

2292 止动器440

2210 热导率441

22101 热膨胀441

2211 比热容441

2212 加热器功率442

22121 管状加热器442

22122 圆筒加热器442

22123 单位质量热流道歧管的热输入（用玾) 442

2213 常用转换系数443

2214 锥体配合的预载446

22141 模具中锥体的作用446

22142 锥体预载目的446

22143 模楔子和合模沿口449

2215 锥体尺寸的标出451

22151 外锥体451

22152 内锥体452

22153 带角度的表面452

22154 设计（校验）球453

2216 脱模圈或预载锥体的疲劳454

22161 脱模圈454

22162 锥体自锁455

22163 应力455

22164 磨削锥体对预载的影响456

2217 倒角和半径457

22171 一般知识457

22172 标定倒角458

22173 标注半径458

22174 拐角的半径459

22175 跟部460

2218 o形圈安装460

2219 模具上钻孔461

ⅹⅹ 22191 麻花钻461

22192 深孔钻削（枪钻）464

22193 模具冷却和气体通道的钻削468

参考文献473


第二篇 模具性能

第23章 模具性能和寿命477

参考文献479

第24章 模具性能方面经常问到的问题480

241 模具的期望寿命480

2411 制品报废480

2412 模具报废480

242 影响模具寿命的因素481

2421 机械部分481

2422 电气部分481

243 生产量、生产率和效率之间的区别482

2431 生产量482

2432 生产率483

2433 效率483

244 模塑作业影响制品成本的原因484

2441 塑料的成本484

2442 能源、水及压缩空气的成本485

2443 制品生产的人工劳动费用486

2444 模具成本487

2445 机器（机时）成本489

2446 维修成本490

2447 建厂费490

第25章 循环周期492

251 制品设计的影响492

2511 壁厚玹492

2512 壁的均匀性492

2513 制品所有部位良好冷却的可行性492

252 模具设计的影响492

ⅹ 2521 热交换493

2522 塑料充模493

2523 排气493

2524 顶出493

253 注塑机尺寸选择的影响493

254 模塑材料（塑料）的影响494

2541 黏度494

2542 结晶度494

2543 料温495

2544 热导率495

2545 塑料来源495

255 制品顶出温度的影响495

2551 制品应力496

2552 倒陷和螺纹的脱模496

256 注射（充料）速度的影响496

2561 注塑机的能力496

2562 塑料类型497

2563 制品设计497

2564 模具设计497

257 注射量498

2571 塑化能力498

2572 注射量和模腔数目500

258 顶出时间的确定501

259 合模行程长度501

2510 模具冷却502

25101 冷却效率502

第26章 壁厚507

261 注射压力507

2611 注塑机注嘴后的注射压力507

2612 模腔空间内的实际压力508

262 流动长度509

263 合模力510

264 熔体指数511

265 收缩率514

2651 壁厚和收缩率514

266 冷却时间515

2661 薄壁515

2662 厚壁516

ⅹ 267 模芯位移516

2671 制造误差517

2672 复式浇口517

2673 挠曲517

2674 模芯支撑517

2675 定位机构的特性518

2676 模楔锁紧518

2677 影响模芯位移的其他因素519

参考文献519

第27章 制品的尺寸和形状520

271 收缩余量520

272 模塑材料521

273 操作环境521

274 模具精度521

275 模具冷却522

第28章 结晶性523

281 注塑级塑料的性能523

282 冷却对结晶性材料的影响523

283 结晶层和非结晶层分布的实际影响528

284 熔点（玹璵）和玻璃化转变温度（玹璯) 529

285 聚对苯二甲酸乙二醇酯的预成型530

286 塑料干燥530

参考文献530

第29章 模具中的力531

291 合模力531

292 螺杆的力533

293 开模力533

294 顶出力534

2941 拉伸534

2942 压缩534

2943 挠曲535

2944 扭转537

295 注射力537

2951 液压力537

2952 压缩539

2953 拉伸539

2954 挠曲540

296 剪切力540

297 模具不均匀冷却引起的力540

2971 热膨胀540

ⅹⅹⅲ 2972 热流道部件542

298 注射装置力542

299 表面清晰度的影响542

第30章 预载545

301 预载的定义545

302 合模力546

303 侧型芯受力548

3031 侧型芯内、外移动的力548

3032 支撑力549

3033 侧型芯预载550

304 跟合模力方向垂直的成型力551

305 镶入式模腔552

306 一块（标准的）模腔553

307 组合模腔553

308 侧分模腔556

3081 带柄杯子556

3082 箱形制品模具564

3083 水桶模具565

309 螺钉预紧569

3091 带轴肩螺钉569

3092 模具固定螺钉570

3093 模具压板570

第31章 磨损和润滑571

311 树脂作用引起的磨损571

3111 磨蚀571

3112 腐蚀572

312 冷却剂引起的腐蚀573

313 气体引起的腐蚀574

314 锥体磨损574

315 模具润滑575

3151 导柱、球轴承和导套575

3152 压力或中心润滑576

316 减少磨损的特殊表面处理576

3161 镀硬铬576

ⅹⅹⅳ 3162 氮化（硬或软）576

3163 其他镀层577

第32章 模具零件的压制制造578

321 压制制模578

322 不希望产生压印的典型区域579

323 压印的控制579

3231 钢材的选择579

3232 接触面积大小580

324 锥体锁紧581

325 模板的支撑581

326 模板上的模腔、模芯和其他镶件的支撑582

327 温度升高的影响582

模塑技术术语汇编584

模塑周期中的时间单元584

模具操作术语585