塑料零件和模具设计注意事项

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由于学习曲线长，大多数产品设计师在设计注塑件方面缺乏经验。在本系列的第 1 部分中，我们将讨论注塑模具设计和零件设计之间的相互关系。
迈克尔·帕洛安

注塑成型塑料在 20 世纪彻底改变了设计、创新和制造。1950 年之前，大多数产品都是用冲压钢、压铸铝、锌和木材制造的。塑料产品主要限于酚醛树脂、聚苯乙烯和其他热固性塑料。然而，二战后蓬勃发展的经济催生了新塑料材料和加工创新研发的复兴，导致我们今天拥有数十万种塑料。在过去的 70 年中，注塑成型已经成熟并变得更加精密、通用和复杂，使其能够主导当今大多数批量生产产品的制造。很遗憾，大多数产品设计师在设计注塑成型零件方面缺乏经验，因为要熟练地开发一个可以轻松注塑成型同时满足数百种其他要求的零件需要很长的学习曲线。任何设计师都需要的最基本知识设计注塑成型零件时，需要了解模具（也称为工具）设计的基础知识。本文的其余部分将讨论注塑模具设计和零件设计之间的相互关系。   

尽管注塑成型是最具成本效益的制造选择之一，但它确实有一个缺点。它需要大量的资本投资和相对较长的交货时间来加工工具。模具加工完成后，如果不完全更换模具，设计更改可能会非常昂贵，有时甚至是不可能的。这就是为什么在发布 CAD 文件进行加工之前设计必须接近完美的原因。因此，全面了解工具设计的基本原则对于避免代价高昂的问题和项目延误非常有益。现在让我们检查一下注塑模具的基本原理。

图片由 Michael Paloian/Shutterstock 提供基本注塑模具
图 1. 上面显示了一个简单的注塑模具图，并标明了它的基本组件。模具通过“L”形夹具（卡爪）安装到注塑机中，其定向使得型腔侧被夹持到固定压板，而型芯侧被夹持到可移动压板。安装在注塑机中的简单注塑模具的图像如下所示。




图片由 Michael Paloian/Shutterstock 提供注塑机中的模具
图 2. 安装在注塑机上的注塑模具。
之所以从注塑模具本身入手，是因为它会影响零件设计。熔融的塑料树脂从右侧（固定压板）注入模具，进入封闭的模具，在该模具中保持压力直至冷却至固态。冷却后，随着左压板向后移动，模具打开。在这个打开周期中，脱模板碰到一个固定的柱子，该柱子移动脱模销，弹出零件。脱模销总是在零件上留下不良印象（通常是圆形），这就是为什么它们通常位于非装饰性背面或零件内部的原因。此外，塑料在冷却循环期间总是会收缩。它们从型腔或外表面收缩，并在型芯周围或零件内部收缩。这需要用力将零件从型芯中弹出，由顶针输送。为什么这对设计师来说很重要？因为它需要考虑零件将在何处以及如何进行门控。浇口被定义为进入模具的点。浇口有很多种，但它们都会在零件表面留下一些痕迹。由于外部装饰表面通常面向注入树脂的固定压板，因此设计人员必须决定在何处以及如何处理此问题。让我们来看看几个例子。由于外部装饰表面通常面向注入树脂的固定压板，因此设计人员必须决定在何处以及如何处理此问题。让我们来看看几个例子。由于外部装饰表面通常面向注入树脂的固定压板，因此设计人员必须决定在何处以及如何处理此问题。让我们来看看几个例子。

图片由迈克尔·帕洛安提供隐藏的大门
图 3. 位于电池盒内部中央的门，最终将用可拆卸的盖子隐藏。
上面的示例显示了一个位于中心的浇口位置，以实现均匀的材料流动，并被可拆卸的电池盖隐藏。这是在外观表面上定位浇口的一种方法，它解决了两个问题——优化材料流动和提供不会对零件外观产生不利影响的浇口位置。

图片由迈克尔·帕洛安提供边门
图 4. 位于盖子一侧边缘的边缘浇口。
如上所示，边缘浇口是另一种为塑料树脂提供常规流入模腔的入口点的方法。如果壁厚允许在整个零件中轻松流动而没有不希望的流痕、翘曲、张开或不希望的收缩，则此选项是合适的。浇口区域的不规则表面（通常被剪子去除）也必须考虑在内。有时，沿零件边缘的表面必须与配合件精确匹配。在这种情况下，浇口区域必须进行后加工以正确安装。

图片由迈克尔·帕洛安提供注塑浇口
图 5. 位于开放特征内的门。
浇口通常位于开放特征中，例如插入其他零件的窗户或空隙。如果零件的边缘对于与另一个零件的配合至关重要或在外观上很重要，则设计人员必须指定对浇口残留物进行加工以符合其规格。否则，剩余材料可能会干扰配合部件或在外观上不可接受。

图片由迈克尔·帕洛安提供盖门
图 6. 浇口标记也可以被另一部分覆盖，如本例所示。手柄覆盖了残留的浇口，从而消除了昂贵的成型后加工操作。
门的残余物通常被另一部分覆盖，如上所示，或者被标签覆盖。如果贴上标签，您需要确保浇口位于零件表面下方，以便轻松贴上标签。

选择反向弹射
如果在外部装饰表面上定位浇口没有好的选择，则可以考虑反向喷射——它应该是最后的选择，但可能是唯一的选择。在反向顶出时，模具的方向是使零件的型腔侧（外表面）放置在可移动台板上，而型芯安装到固定台板上。材料直接注入零件的核心侧（内壁）。顶针也位于模具的这半部分。通过将杆连接到可移动压板的任一侧来弹出零件。当可移动板缩回时，杆与脱模板接合，向前移动顶针并顶出零件。图 7 中的图像说明了这种方法。



一些塑料零件设计师根据模流分析指定具体的浇口位置和浇口设计。由于设计师不负责成型零件，我认为这些细节应该由成型商和工具制造商解决。但是，设计人员应该根据前面提到的原因了解浇口的类型及其大致位置。具体细节应由成型商和零件设计师共同确定。

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