注塑模具

注塑模具依成型特性區分為熱固性塑膠模具、熱塑性塑膠模具兩種；依成型工藝區分為傳塑模、吹塑模、鑄塑模、熱成型模、熱壓模（壓塑模）、射出模等，其中熱壓模以溢料方式又可分為溢式、半溢式、不溢式三種，射出模以澆注系統又可分為冷流道模、熱流道模兩種；以按裝卸方式可分為移動式、固定式兩種。

• 耐高溫（作為成型熔融金屬、鑄造陶瓷粘土，或某些類型的塑料）。
• 良好的冷卻模具和成型。
• 抗高壓（大多數塑料注射成型）。
• 可生產性 (加工技術限制，許多專職設計的人員不一定具備現場技術經驗，常會天馬行空設計不具備生產可能的模具與成品圖)
• 模具材料的大規模生產或單獨使用(成本考量)。
• 模具成品穴的數量，產量最大化。
• 塑膠零件的牆壁厚度(射出模具的天然技術限制，過於薄壁的地方容易造成後續問題，因此模具以及成品本身的牆壁厚度都是需要考慮的點)。
• 合模線或分模線的位置。
• 不可有倒角或死角。
• 生產機台的尺寸與參數
• 模具的預計生產及拆卸次數(模具有分等級，有專門做來試驗產品設計的低等級模具，也有用來超大量生產的高級模具，使用的材料等級和設計會有所差別)
• 模具機構的干涉(不正確的機構行程或擺放位置，會造成機構之間的咬傷、摩擦、撞擊，嚴重影響安全和模具壽命)

模具的材質直接影響冷卻效果，常用的模具材料有P20鋼、H13鋼、P6鋼、S7鋼、鈹銅合金、鋁、420不銹鋼、414不銹鋼 [1]。其選用原則為：

• 機械加工性良好（加工刀具不易磨損）
• 材料組織均勻沒有缺陷（模具壽命減短或直接報廢）
• 機械性質良好，強度、韌性、耐磨耗性良好
• 表面加工性良好
• 熱處理容易，變形少
• 銲接性良好
• 耐熱性良好，熱膨脹係數低（模具壽命減短）
• 疲勞強度大
• 容易取得 [2]

模具製造使用兩種主要方法：放電加工、机械加工，歷來的方法在其使用傳統形式製造模具。隨著科技的發展，CNC加工成為主要方式，使更多的複雜的模具與模具的細節，比傳統方法在較短的時間更精確製造。常見加工方法如下：

• 一般工作母機：铣床、磨床、車床、鏜床、鉋床、鑽床等切削加工後，再以鉗工修整裝配。
• 雕刻機
• 仿削加工機械：仿削機
• 放電加工
• 超音波加工：
• 蝕刻加工：

在模具內所留下與成形品一樣形狀之空間，以便容納熔融的塑膠，經過保壓與冷卻後成形為產品，此空間亦稱為模腔穴。通常較小之成品，為了經濟與效率考量，會設計為「多穴模具」，例如一個模具具備數個相同或相似膜腔，用以快速生產。

通常標準的脫模錐度，1 度至 2 度（1/30 至 1/60）之內。深度在 50 至 100 毫米者大約在 1.5 度左右，100 毫米者大約在 1 度左右，肋骨則是不得小於0.5 度厚度不得小於 1 毫米，以利模具製作及增加模具的壽命。

遇到有咬花（Texture）需求，建議脫模角度必須比一般情形再大一些，其所賦予的脫模角度，最好可以有 2 度以上，但是脫模角度不要大於 5 度為準。

如遇到不允許具備脫模錐度的成品，則要以倒鈎方式處理，但是價格必然昂貴，應盡量避免。 [3]

成型作業中，由於模具的變形，自然導致成型品的形狀及尺寸精度有所變化，為防止模具因加壓而變形破損，必須針對模穴的承受框構造及承板的強度，來計算其射出壓力。 [4]

h=側壁的厚度（毫米）	b=框型的厚度（毫米）
p=模穴內的壓力（kg/cm${\displaystyle ^{2}}$）	E=楊氏係數（kg/mm${\displaystyle ^{2}}$）
a=承受壓力部的高度（毫米）	d=容許翹曲量（毫米）
l=模穴一邊的長度（毫米）

⑴ 方形模穴底部無框形構造

• 兩端有固定梁之計算方式，注意避免轉角處產生應力集中的現象。

${\displaystyle h={\sqrt[{3}]{\frac {pal^{4}}{32Ebd}}}}$，${\displaystyle d={\frac {pal^{4}}{32Ebh^{3}}}}$

⑵ 方形模穴底部為一體的框型構造

${\displaystyle h={\sqrt[{3}]{\frac {Cpa^{4}}{Ed}}}}$，${\displaystyle d={\frac {Cpa^{4}}{Eh^{3}}}}$

C值乃取決於 1/a 的常數

方形模穴的底部成為一體時的常數 C

• 無底部構造的情形，其強度較大，一般模具加工大多採用此法。

⑶ 圓形模穴的框形構造

${\displaystyle R={\sqrt {\frac {(Ed/rp)-m+1}{(Ed/rp)-1}}}}$，${\displaystyle b={\frac {rp}{E}}\left({\frac {R^{2}+r^{2}}{R^{2}-r^{2}}}\right)m}$

⑷ 承板

${\displaystyle h={\sqrt[{3}]{\frac {5pal^{4}}{32Ebd}}}}$，${\displaystyle d={\frac {5pal^{4}}{32Ebh^{3}}}}$

h=承板的厚度（毫米）	E=楊氏係數（kg/mm^2）
p=成形的壓力（kg/cm${\displaystyle ^{2}}$）	B=板寬（毫米）
b=承受壓力部的板寬（毫米）	d=容許翹曲量（毫米）
l=承受壓力部的長度（毫米）	L=間隔版的間隔（毫米）

為求防止毛邊的產生，最好將最大翹曲量控制在0.1 毫米以下。

防止模板厚度增加而加裝支持塊（support block）時，長度越短越好。

1.為成品內側 2.為成品外側

在設計任何塑膠成型品，所要考慮是如何自模具中完整脫離，成形品側面有凸出或凹入對模具內成形品的頂出方向產生干涉作用，此干涉部份稱之為清角。例如孔、文字等。[6]

当制品的侧面带有孔或凹槽(伏陷物)时，除极少数制品(伏陷物深度浅，塑料较软）可进行强制脱模外，在模具中都密考虑设置侧向分型(瓣合模)或侧向抽芯机构(可动式例型芯)。常用的抽芯机构为斜导柱分型抽芯、弹簧分型抽芯、弯销分型抽芯、齿轮齿条抽芯等；抽芯可借助于手动、机动、液动或气动等方式来实现。

是构成塑料制品几何形状的部分。具体说，构成制品外形部分叫凹模(又称阴模、母模仁)，构成制品内部形状(加孔、槽等)称型芯或凸模(阳模、公模仁)。总之，构成型腔的元件件统称为成型零件。型腔的设计首先要根据塑料的性能、制品的几何形状、尺寸公差，使用要求等来确定腔型的总体结构。其次是选择分型面、确定浇口和排气孔的位置，脱模方式等，然后按制品尺寸进行各种零件的设计及各个零件间的组合方式。另外，还应对成型零件进行正确的选材及强度、刚度的校核，同时还要考虑加工设备的操作要求。

適當的模具設計乃為製造成功的塑膠製品的先決條件，直接影響成本。[7]

澆道

澆道

澆道（也称作流道）的功用是導引熔融的塑料，從射出機的射嘴射入模具型腔中，對於成品有莫大影響。澆道有分主澆道、次澆道。按照是否加热可分为热流道和冷流道。

澆道需要設置 1.5 度的斜度，斜度越大塑膠越容易脫離澆道，但斜度越大冷卻時間就越長。噴嘴須比澆道小 0.5 公厘，以方便塑膠脫離澆道。

指连接喷嘴到分流道之间的一段流道，与浇口处于轴心线上，可以直接开设在模具上，但常常加工成主流道衬套再紧配合于模板上。为便于取出流道赘物，主流道形状呈圆锥形．锥度为 2 至 6度。，其进口端直径应比喷嘴孔径大 0.5 至 1 毫米，便于对中和减小流动阻力；进口端与喷嘴头接触处开成球面；为使喷嘴头能紧密地与主流道配合，主流道进口球面的半径应咯大于喷嘴头半径。

主流道出口端设有冷料阱，为捕集喷嘴端部两次注射间产生的冷料．防止堵塞分流道及浇口；冷料阱的直径约为 8 至 10 毫米，深约 6 毫米。为了顺利地脱模，其底部常设计有脱模杆，脱模杆的顶部呈曲折钩形或设下陷沟槽，以便脱模时，能顺利地拖出主流道赘物。为减少赘物回头量，主流道长度应尽量短。

流道斷面形狀

• 圓形：直徑一般為 3 至 8 毫米，流動阻力相當少，模具加工中，上下的對合不容易。
• 梯形：模具加工容易，流動阻力相當大，僅適用於熱硬化性塑膠。
• U形：模具加工容易，流動阻力略大。
• 半圓形：模具加工最容易，流動阻力大，僅適合用於試做型模具。

圓形	U形	梯形（b =1.2～1.5d）	半圓形

澆口

澆口雖然與成品成形性及內部應力有相對的影響，但實際上還是要依據成品形狀來決定，必須使用哪種形式的的澆口。

• 桿狀澆道：又稱無橫澆道 [8]
• 直接澆口：直接澆口不需橫澆道，豎澆口直接與製品連結，成形後須後加工將成品與gate剪開，直接澆口材料流動狀況佳，可使模穴有足夠的成形壓力，因此較難流動材料，採用直接進澆口則容易成形。
• 環形澆口：又叫盤狀澆口
• 限制型澆口
• 熱流道式澆口：

類型	名稱	功能
直接澆口	(sin esquema)	直接進澆口不需橫澆道、豎澆口直接與製品連結，壓力損失少。
Entrada cónica		Alimentan el polímero permitiendo una ligera relajación de esfuerzos.
針狀進澆口		進澆點於開模時可以自動切斷，與製品分離取出，適於全自動成形，進澆口位置可以自由選擇，多點進澆口也易於安置。
Entrada lateral		Alimentan desde un lado del molde; comúnmente utilizadas para impresión múltiple.
Entrada anular		Se usan para moldear partes huecas ya que su flujo es previamente modificado a la forma final.
網狀澆口		又稱圓盤進澆口，這種進澆口是與豎澆口的末端相連的圓板狀橫澆道設置薄的膜狀進澆口。
Entrada de abanico		Sirven para cubrir áreas grandes o largas de manera homogénea y distributivamente correcta.
搭接型澆口		Estas compuertas minimizan el efecto de jet y ayudan a lograr un flujo de régimen laminar cuyo número de Reynolds es adecuado para la inyección.
薄片澆口		又稱模狀進澆口、扇形型澆口，進澆口寬度幾乎與製品寬度一致，厚度很薄。

冷料井的設計

又稱，冷料穴、滯料部，其目的防止冷却的塑膠料即稱之為冷料渣（cold slag），進入模穴進而影響產品品質，冷料井的位置通常在主流道與次流道交接處，必須設置直徑距離大於流道直徑的冷料井（如圖所示），如此成品品質較為均勻。

頂出機構良好設計不僅不損壞成品，節省相當人力、成本。所須考慮之因素有3種：

• 成品之形狀及厚度，太薄的地方不適合使用頂出銷只適合用氣壓頂出。
• 成品體積與頂出機構相對正比。
• 與分模線之相對位置。
• 頂出的平衡性(頂出機構若不平衡，會使產品頂出產生傾斜、成品受損)

頂出機構共有4種：[9]

• 頂出銷（也称：顶针）：作用在於將成型件自模穴中脫出，由於在脫模時並非完全冷卻狀態，所以頂出銷於力道參數會有所不同，一般頂出銷都做在公模面 而有頂出銷之附近必須要有補強肋 以避免造成頂出壓力將成品頂成彎曲變形

• 頂出套筒（也称：司筒）：

• 剝料板（也称：推板）：可自動剝離料頭的功能，主要是幫助成品和料頭分離利用剝料板頂出，氣壓頂出可以代替。

• 氣壓頂出：要設置壓縮空氣通路和氣閥，加工較簡單，適用於輕的、薄的軟性塑膠。杯子、水桶等深、特別薄肉的製品，脫模極為有效。

頂出梢有各種形狀，圓形的梢與梢孔加工容易，和脫料板比較的話，滑動阻力小，而且在成形品的各部的任何位置均可設置。

頂針的形狀共有4種：

• 標準的平頭頂針：
• 刀切型頂針（也称：扁顶针）：
• 閥形頂針（也称：伞针）：
• 或分段層次型頂針（也称：有托顶针）：

為了確保成品與料頭能一同留在公模(也称：后模)上，使用三種常見的拉出機構： [10]

• 倒錐型
• 溝型
• Z型

• 
  倒錐度
• 
  * 溝型
• 
  Z型

若有正確的排氣措施，容易填充塑料，可減低塑料溫度及射出壓力，提高填充速度生產量提高，減少瑕疵品產生，選擇模具排氣點，最好的位置在塑料最後到達的地方和產品容易氣燒的地方開排氣，不過排氣孔過大容易發生毛邊，或是使用真空泵浦，強制排氣。

模穴內若殘留空氣，會造成材料充填不足，其裝置設置原則：[11]

• 在成型材料最後充填的位置加工
• 選擇容易精密加工的地方
• 選擇容易去除毛邊的地方

可以通过做镶件或镶排气钢等方式在困气的位置，通过镶件的间隙或排气钢疏松的气孔将型腔内的气体引出模具进行排气。

当塑料熔体注入型腔时，在料流的尽头常积有气体(空气、蒸汽或其它气体等)，如不及时排出，会使成型制品上出现气孔、表面凹痕等，甚至会引起制品局部烧焦、颜色发暗等；因此，模具中应开设诽气孔，排气孔一般设在型腔内料流的尽头，或没在模具的分型面上；亦可利用顶出杆与顶出孔的配合间隙、脱模板与型芯的配合间隙排气。通常，排气孔的深约 0.025 ～ 0.1 毫米，宽约 1.5～6 毫米。

图中圆柱形中心（黄色部分）使用了铍铜镶件改善模具冷却效果

塑料熔体注射入型腔后，根据不同塑料和制品的要求．往往要求模具具有不同温度，因为模温对制品的冷却速度影响很大，从而对制品中的内应力、结晶与取向作用带来影响；所以必须控制模温，以便控制冷却速度。

熱的傳遞方式有輻射、對流和傳導三種，在模具中塑料帶入模具所產生的熱量藉由傳導被模具吸收熱量佔 95 %，由輻射、對流散發到空氣中約有 5 %，在射出加工過程中，溫度的變化是最重要的影響因素，更對於成品的品質有極大影響，間接影響生產效率。

模具溫度控制方式，是在冷卻管道中流動的液體冷卻模具，由於水相當廉價，所以水是作為初級冷卻劑來冷卻模具，水可以通過引導模具縮短快速冷卻時間。通常較冷模具更有效，因為這樣可以有更快的生產週期時間。但是，這不一定是正確的，因為部分材料太冷反而有反效果。

模具在不好散热的部位（如：被塑料零件四周包裹的部分）也可以通过导热性良好的铍铜材料将热量快速传递到流经其的冷却水上带走，从而达到冷却的效果。

也有熔融温度高的塑料需要模具进行加热注塑，例如使用电阻丝加热棒镶嵌在模胚板中加热模具。

模具冷卻所使用之液體，水及油2類；通常常見的為水、冰水、水加防凍劑3種。[12]

反之當需要提高模具溫度時，則是使用熱水、蒸氣或電熱線，來加熱模具。

冷卻媒體	θ （℃）	ρ （kg / m²）	Cp （℃ / kg）	h （kg / m.h.c）	${\displaystyle \nu }$ （ m² / 秒）	Pr （普蘭特爾數）
水	0	999.8	1.007	0.4773	1.789 X 10 ${\displaystyle ^{-6}}$	13.6
	20	998.2	0.998	0.5142	1.006 X 10 ${\displaystyle ^{-6}}$	7.03
	40	992.1	0.998	0.5392	0.658 X 10 ${\displaystyle ^{-6}}$	4.35
	60	983	0.998	0.5599	0.478 X 10 ${\displaystyle ^{-6}}$	3.01
	80	972	1.002	0.5753	0.364 X 10 ${\displaystyle ^{-6}}$	2.72
	100	958	1.006	0.5865	0.294 X 10 ${\displaystyle ^{-6}}$	1.75
乙二醇	0	1130	0.536	0.2614	4.8 X 10 ${\displaystyle ^{-6}}$	400
	20	1118	0.557	0.2485	19.2 X 10 ${\displaystyle ^{-6}}$	173
	40	1110	0.579	0.2356	8.8 X 10 ${\displaystyle ^{-6}}$	86
	60	1087	0.602	0.2227	4.9 X 10 ${\displaystyle ^{-6}}$	52
錠子油	40	871	0.461	0.1230	7.93 X 10 ${\displaystyle ^{-6}}$	92
	80	832	0.502	0.1213	3.4 X 10 ${\displaystyle ^{-6}}$	42.1
	120	807	0.57941	0.1187	1.91 X 10 ${\displaystyle ^{-6}}$	25.3

θ：溫度
ρ：冷卻媒體比重
Cp：冷卻媒體比熱
h：樹脂傳熱係數
${\displaystyle \nu }$ ：冷卻媒體的運動黏性係數（動黏滯係數）
Pr：普蘭特爾數 [13]

接頭連接的位置

图中分入水（藍色部分）與出水（紅色部分）接頭連接的位置

冷卻水接頭連接的位置（包含一切需要在模具外進行連接的孔道）應設置在不會妨礙模具固定在射出機壓板上的地方。在可能的狀況下，所有的出入口均應設在模具底部，若把冷卻水孔設計在側邊則可能妨礙工作；同樣把冷卻水孔設計在上面如發生溢漏，則有可能冷卻水進入到模具內部塑料成型位置。[14]

[18]

• Creo Parametric （Mold Design、EMX）
• NX Mold Wizard
• CimatronE
• Delcam Moldmaker
• Topsolid Mold
• IMOLD
• MoldWorks
• SolidWorks
• UG

• 《塑膠物性入門》，陳世春 譯，復漢出版社
• 《實用塑膠模設計與製造》，郭振杉 張建安 熊秉傑 合著，徐氏基金會
• 馬金駿編﹕《塑膠模具設計》(修訂版)﹐輕工業出版社﹐北京﹐1984。
• J.B.戴姆著﹐沈金堂譯﹕《射出模具與射出成型實用手冊》﹐化學工業出版社﹐北京﹐1987。(Joseph B.Dym﹐Injection Molds and Moldding﹐A Practical Manual﹐Van Nostrand Reinhold Co.﹐New York﹐1979.)
• 《塑膠模材料選用及熱處理、表面處理》，邱錫和編著，塑膠工業技術發展中心
• 《塑膠模具設計學：理論、實務、製圖、設計》，張永彥編著，全華科技圖書，2009年1月7日，ISBN：9789572169339
• 《射出成型模具設計》，張榮語編著，高立圖書，1992年，
• 《塑膠模具結構與製造實務》，張文華編著，全華科技圖書，1996 年，103〜136頁。
• 《實用模具設計理論與實務》，詹福賜編著，全華科技圖書，1993 年，47〜62頁。
• 《塑膠射出成形模具設計》，金屬工業發展中心編印，1990 年，200〜247頁。
• 《塑膠成形品的設計》，邱標麟編譯，復文書局，1995年，211〜215頁。
• 《實用塑膠模具學》，張永彥編著，全華科技圖書股份有限公司，1992年，124〜153頁。
• 《模具概論I》，施議訓、邱年鴻、邱士哲，全華科技圖書，1998年，3頁。
• 《模具概論II》，顏凱堂、李文華，全華科技圖書，2005年，23頁、76頁。
• 《模具概論III》，彭世寶、施議訓、邱士哲，全華科技圖書，1987年，2頁、278頁。

维基共享资源上的相关多媒体资源：注塑模具

• （繁體中文） 財團法人塑膠工業技術發展中心
• （繁體中文）（英文） 台灣區模具工業同業公會 （页面存档备份，存于）