第六章成型零件结构设计PPT参考幻灯片

第二篇注射成型模具设计,第六章成型零件结构设计,1,2,本章能力目标1.会设计凹模和型芯的结构，合理选用、材料选择、加工方法与装配2.会计算成型零件工作部分尺寸3.能够正确运用公式或选择各相关表中的数据确定型腔壁厚和底板厚度能够合理设计结构零件、选择恰当的安装形式、配合及材料本章知识目标1.掌握各种凹模和型芯的结构特点、适用范围装配要求；2.掌握成型零件尺寸的计算方法；3.会分析型腔壁厚和底板厚度受力情况，会运用公式和查表选择数据确定型腔壁厚和底板厚度4.掌握各结构零件作用、结构、安装形式、配合要求、材料的选择和设计原则。,第六章成型零部件设计,2,6.成型零部件结构设计,目的与要求：,重点和难点：,1.掌握型芯的各种结构、适用场合。2.掌握各种结构的装配、镶拼的具体要求。,重点：各种结构类型、装配、配合以及选用难点：镶拼组合形式,3,4,6.成型零部件结构设计,成型零部件决定了塑件几何形状和尺寸，通常包括：凹模、型芯、镶块、成型杆和成型环等。,构成塑料模具模腔的零件统称成型零部件。成型零件工作时，直接与塑料熔体接触，承受熔体料流的高压冲刷、脱模摩擦等。因此，成型零件不仅要求有正确的几何形状，较高的尺寸精度和较低的表面粗糙度，而且还要求有合理的结构，较高强度、刚度及较好的耐磨性。,4,5,6.成型零部件结构设计,6.1.1凹模的结构设计,1.整体式凹模结构,模具强度好，牢固、不易变形，不会使塑件产生拼接线痕迹。加工工艺性差，加工困难热处理不方便，整体式凸模还有消耗模具钢多、浪费材料等缺点。所以整体式凹、凸模结构常用于形状简单的单个型腔中、小型模具或工艺试验模具。但随着数控加工技术和电加工技术的发展，整体式凹模越来越多。,特点：,5,6.成型零部件结构设计,6.1.1凹模的结构设计,6,1.整体式凹模结构,6,7,2组合式凹、凸模结构,(1）整体嵌入式,单个型腔和型芯采用单独加工（机械加工、冷挤压、电加工等方法）的方法加工。采用H7/m6过渡配合压人模板中。这种结构加工效率高，装拆方便，容易保证形状和尺寸精度。,6.成型零部件结构设计,6.1.1凹模的结构设计,分为整体嵌人式、局部镶嵌式和四壁拼合式等形式。,7,8,整体嵌入式凹模,6.成型零部件结构设计,6.1.1凹模的结构设计,8,整体嵌入式型腔,6.成型零部件结构设计,6.1.1凹模的结构设计,9,6.成型零部件结构设计,6.1.1凹模的结构设计,通孔台肩式,若凹模镶件是回转体，而型腔是非回转体，则需要用销钉或键定位。,整体嵌入式型腔,10,通孔无台肩式,装拆工艺通孔,盲孔式,6.成型零部件结构设计,6.1.1凹模的结构设计,整体嵌入式型腔,11,12,2组合式凹模结构,(2）局部镶嵌式,为了加工方便或由于型腔的某一部分容易损坏，需要经常更换,采用H7/m6过渡配合,6.成型零部件结构设计,6.1.1凹模的结构设计,12,13,2组合式凹模结构,(3）底部镶拼式凹模,采用H7/m6过渡配合,6.成型零部件结构设计,6.1.1凹模的结构设计,13,2组合式凹模结构,(3）底部镶拼式凹模,6.成型零部件结构设计,6.1.1凹模的结构设计,14,（4）侧壁镶拼式,2组合式凹模结构,6.成型零部件结构设计,6.1.1凹模的结构设计,15,16,2组合式凹模结构,(5）四壁拼合式,连接处外壁留有0.30.4mm的间隙，,大型和形状复杂的凹模，把它的四壁和底板分别加工，经研磨后压人模套中,6.成型零部件结构设计,6.1.1凹模的结构设计,16,6.成型零部件结构设计,6.1.1凹模的结构设计,总结：采用组合式凹模,加工工艺性好，排气效果好，节约模具材料，但装配调整困难，有时塑件表面会留有拼接的痕迹。组合式凹模主要用于形状复杂的塑件成型。,17,18,大型芯（主型芯，通常简称型芯）；小型芯（型芯杆）,成型塑件内表面的零件称凸模或型芯。主要有：主型芯、小型芯、螺纹型芯和螺纹型环等。对于结构简单的容器、壳、罩、盖、帽之类的塑件，成型其主体部分内表面的零件称主型芯或凸模，而将成型其它小孔的型芯称为小型芯或成型杆。,6.成型零部件结构设计,6.1.2型芯的结构设计,18,6.成型零部件结构设计,6.1.2型芯的结构设计,1主型芯的结构设计,按结构可以分为整体式和组合式,整体式,组合式,19,6.成型零部件结构设计,6.1.2型芯的结构设计,镶拼组合型芯(溢料飞边与脱模方向),1主型芯的结构设计,20,21,镶拼组合型芯如图,6.成型零部件结构设计,6.1.2型芯的结构设计,1主型芯的结构设计,镶拼组合型芯特点：与组合式基本相同（P143）,21,22,2小型芯的结构设计(小型芯的形式p145),大型芯（主型芯，通常简称型芯）；小型芯（型芯杆）,6.成型零部件结构设计,6.1.2型芯的结构设计,22,23,6.成型零部件结构设计,6.1.2型芯的结构设计,23,6.成型零部件结构设计,6.1.2型芯的结构设计,异形型芯结设计及固定方式(P145),为了制造方便,常将型芯设计成两段,把型芯的连接固定段制成圆形,并用台肩和模板连接,或者用螺母连接.,24,多个互相靠近的小型芯,用台肩固定时,如果台肩发生干涉,可以将台肩相碰的一面磨去,将型芯固定板的台阶孔加工成大圆台阶孔或长腰圆形台阶孔,然后再嵌入型芯.,6.成型零部件结构设计,6.1.2型芯的结构设计,多个互相靠近型芯结设计及固定方式(P145),25,作用：成型塑件内、外螺纹（考虑收缩，表面粗糙度0.4，应有脱模斜度）固定带螺纹的孔和螺杆的嵌件（不考虑收缩，只需按普通螺纹设计，Ra0.631.25）脱卸方式：强制脱模模外手动脱模模内自动脱模,3、螺纹型芯和型环结构设计,6.成型零部件结构设计,6.1.2型芯的结构设计,26,27,固定螺母嵌件的型芯,配合H7/h8,螺纹型芯,直接成型塑料螺纹的型芯,6.成型零部件结构设计,6.1.2型芯的结构设计,3、螺纹型芯和型环结构设计(手动脱模),螺纹型芯安装形式,(P146),27,28,Abcdefgh开模后卸型芯,i开模前手工卸型芯,带弹性连接的螺纹型芯安装形式(P147),6.成型零部件结构设计,6.1.2型芯的结构设计,3、螺纹型芯和型环结构设计(手动脱模),28,29,直接成型塑料外螺纹的型环(P147)固定带外螺纹的嵌件,螺纹型环,整体式,瓣合式,6.成型零部件结构设计,6.1.2型芯的结构设计,3、螺纹型环结构设计,29,30,直接成型塑料外螺纹的型环固定带外螺纹的镶块,螺纹型环,嵌件,注意:区分嵌件和镶块,6.成型零部件结构设计,6.1.2型芯的结构设计,3、螺纹型环结构设计,30,6.2成型零部件的工作尺寸计算,目的与要求：1.会运用公式计算成型零件工作部分的尺寸，会选用表中的数据确定型腔的壁厚和底板厚度；2.会分析模具零件的受力情况。,重点和难点：掌握公式运用及选用表中参数,31,32,成型零件工作尺寸是指直接用来构成塑件型面的尺寸，例如：型腔和型芯的径向尺寸、深度和高度尺寸、孔间距离尺寸、孔或凸台至某成型表面的距离尺寸、螺纹成型零件的径向尺寸和螺距尺寸等。,6.2成型零部件的工作尺寸计算,32,（2）、模具成型零件的制造误差,（3）、模具成型零件的磨损,（4）、模具安装配合误差,6.2成型零部件的工作尺寸计算,6.2.1计算成型零部件工作尺寸要考虑的要素,（1）、塑制收缩率波动,1、影响要素,33,导致塑件尺寸的变化值（塑料收缩率波动误差）,包括设计模具选取的计算收缩率与实际收缩率的差异，以及成型塑件时由于工艺条件波动、材料批号发生变化而造成塑件收缩率值的波动，前者造成塑件尺寸系统误差，后者造成塑件尺寸的偶然误差。,塑料收缩率波动误差,塑件的基本尺寸,塑料收缩率波动所引起的误差应小于塑件公差的1/3,6.2成型零部件的工作尺寸计算,6.2.1计算成型零部件工作尺寸要考虑的要素,（1）、塑件收缩率波动s,34,（2）、模具成型零件的制造误差,6.2成型零部件的工作尺寸计算,6.2.1计算成型零部件工作尺寸要考虑的要素,模具成型零件的制造误差成型尺寸的精度应当高于制品相对各尺寸的精度，一般成型零件工作尺寸制造公差值取塑件公差值的1/31/4或取IT7IT8级作为制造公差。,35,（3）、模具成型零件的磨损,6.2成型零部件的工作尺寸计算,6.2.1计算成型零部件工作尺寸要考虑的要素,模具成型零件的磨损型腔尺寸变大，型芯尺寸减小造成磨损的原因：熔体流动冲刷腐蚀性气体的锈蚀脱模时的磨擦(主要)由上述原因造成表面粗糙度增加而需重新打磨抛光只考虑与脱模方向平行的表面的磨损，而忽略垂直方向表面的磨损磨损量的大小与成型塑件的材料、成型零件的耐磨性、生产纲领有关一般的：中、小型塑件取塑件公差的1/6,大型塑件取小于1/6塑件公差,36,（4）、模具安装配合误差,6.2成型零部件的工作尺寸计算,6.2.1计算成型零部件工作尺寸要考虑的要素,模具安装配合的误差,成型过程中无动作要求的成型零件，一般采用过渡配合安装。有动作要求的零件，如型芯，要求间隙配合安装，则对制品尺寸带来误差，动模与定模合模时，会产生合模位置误差。,37,综上所述，制品可能产生的最大误差为上述各种误差的综合，即=s+c+z+j+az成型零件制造误差c型腔使用过程中的总磨损量s塑料收缩率波动引起的塑件尺寸误差j因配合间隙变化引起的塑件尺寸误差a模具装配误差(因安装固定成型零件而引起的塑件尺寸误差。)为保证塑件精度必须使上述各因素所造成的各种误差累积后的误差值应小于或等于塑件的尺寸公差，即,6.2成型零部件的工作尺寸计算,6.2.1计算成型零部件工作尺寸要考虑的要素,38,注意：不是塑件的任何尺寸都同时与以上几个因素有关所有误差同时偏向最大或同时偏向最小的可能性非常小大型塑件，收缩率波动对塑件尺寸公差影响较大，靠提高模具制造精度来提高塑件精度是困难的和不经济的。应稳定成型工艺条件、选择收缩率波动小的塑料来保证塑件精度。小型塑件，模具制造误差和磨损是影响塑件尺寸精度的主要因素，故应考虑提高模具制造精度、减小磨损以控制塑件精度。,6.2成型零部件的工作尺寸计算,6.2.1计算成型零部件工作尺寸要考虑的要素,39,40,2、模具成型零件基本计算公式,6.2成型零部件的工作尺寸计算,6.2.1计算成型零部件工作尺寸要考虑的要素,3、平均收缩率,S=(Smax+Smin)/2*100%,计算时塑料的收缩率都为平均收缩率,从附表B中可以查到塑料的最大收缩率Smax和最小收缩率Smin。(P355),40,4、表注规定：塑件及模具成型零件工作部分尺寸标注必须符合(磨损原则）“凸负凹正，中心对正”原则。凡孔都是按基孔制，公差的下限为零，公差等于上偏差；凡轴都是按基轴制，公差的上限为零，公差等于下偏差。*P150图6.16标注规定,在计算模具成型零件工作部分尺寸之前必须将塑件尺寸公差转化为行业规定标注形式。即在计算凹模、型芯的尺寸时，塑件的尺寸公差和成型零件的尺寸公差均单向分布。中心距尺寸公差对称分布。如果塑件公差不符合上述要求，则需进行换算调整。,6.2成型零部件的工作尺寸计算,6.2.1计算成型零部件工作尺寸要考虑的要素,41,凸负凹正中心对正,42,6.2成型零部件的工作尺寸计算,6.2.2型腔和型芯径向尺寸计算,1、型腔径向尺寸的计算,如前所述:塑件外形的基本尺寸Ls是最大尺寸，其公差为负偏差，如果塑件上原有公差的标注与此不符，应按此规定转换为单向负偏差，因此，塑件的平均径向尺寸为Ls2。模具型腔的基本尺寸Lm是最小尺寸，公差为正偏差，型腔的平均尺寸则为Lm+z/2。,型腔的平均磨损量为c2，考虑到平均收缩率，则可列出如下等式：,43,6.2成型零部件的工作尺寸计算,6.2.2型腔和型芯径向尺寸计算,略去比其他各项小得多的S和2，则得到模具型腔的径向尺寸为,1、型腔径向尺寸的计算,式中Z和c是与有关的量，因此，公式后半部分可用x表示，标注制造公差后得：,44,6.2成型零部件的工作尺寸计算,6.2.2型腔和型芯径向尺寸计算,1、型腔径向尺寸的计算,式中:前的系数x在塑料件尺寸较大、精度级别较低时，z和c可忽略不计，则x=0.5；当塑件尺寸较小、精度级别较高时，c可取6、z可取3，此时，x=0.75，则式(65)为,式中Lm模具型腔径向基本尺寸；Ls塑件外表面的径向基本尺寸；S塑料平均收缩率；塑件外表面径向基本尺寸的公差。,45,6.2成型零部件的工作尺寸计算,6.2.2型腔和型芯径向尺寸计算,2、型芯径向尺寸的计算,塑件孔的径向基本尺寸ls是最小尺寸，其公差为正偏差，型芯的基本尺寸lm是最大尺寸，制造公差为负偏差，经过与上面型腔径向尺寸相类似的推导，可得：,式中lm模具型芯径向基本尺寸；ls塑件内表面的径向基本尺寸；塑件内表面径向基本尺寸的公差；z模具制造公差。,46,6.2成型零部件的工作尺寸计算,6.2.3型腔深度和型芯高度尺寸的计算,1、型腔深度计算公式,计算型腔深度和型芯高度尺寸时，由于型腔的底面或型芯的端面磨损很小，所以可以不考虑磨损量，由此推导出型腔深度公式为,式中Hm模具型腔深度基本尺寸；Hs塑件凸起部分高度基本尺寸；修正系数，x=2312，当塑件尺寸较大、精度要求低时取小值；反之取大值。,47,6.2成型零部件的工作尺寸计算,6.2.3型腔深度和型芯高度尺寸的计算,2、型芯高度计算公式,式中hm模具型芯高度基本尺寸；hs塑件孔或凹槽深度尺寸。,48,6.2成型零部件的工作尺寸计算,6.2.4中心距尺寸的计算,式中Cs塑件基本尺寸；S收缩率；塑件的尺寸公差；模具制造公差，=/3/4,49,50,型腔和型芯径向尺寸的计算,型腔径向尺寸的计算型芯径向尺寸的计算型腔深度型芯高度中心距尺寸,（6-6）,（6-10）,（6-9）,（6-8）,（6-7）,50,51,型腔和型芯径向尺寸的计算,修正系数，取为1/23/4，尺寸大、精度低去取取小值，中小型塑件一般取34；,修正系数，取1/22/3，尺寸较大、精度较低时取小值，反之取大值；,51,1.螺纹型芯成型尺寸计算属于型芯类尺寸螺纹型环成型尺寸计算属于型腔类尺寸3.螺纹型环和螺纹型芯的螺距工作尺寸属于中心类尺寸,6.2.5螺纹型环和螺纹型芯工作尺寸的计算,6.2成型零部件的工作尺寸计算,由于螺纹中径是决定螺纹配合性质的重要参数,它决定着螺纹的可旋入性和连接的可靠性,所以计算模具螺纹大、中、小径尺寸时，均以螺纹中径公差中为依据。制造公差都采用了中径制造公差。,52,53,6.2.5螺纹型环和螺纹型芯工作尺寸的计算,（6-13）,（6-12）,（6-11）,6.2成型零部件的工作尺寸计算,53,6.2.5螺纹型环和螺纹型芯工作尺寸的计算,6.2成型零部件的工作尺寸计算,（6-16）,（6-15）,（6-14）,54,55,注意:当计算结果螺距为小数，加工这种特殊的螺距很困难。下面情况可以不考虑收缩:1、用收缩率相同或相近的塑件外螺纹与塑件内螺纹相配合时2、当塑料螺纹与金属螺纹配合时，如果螺纹配合长度L时3、在小于78牙的情况下（中径间隙来补偿塑件螺距的累积误差）考虑收缩:当螺纹配合牙数较多，螺纹螺距收缩累计误差很大时，必须计算螺距的收缩率。加工带有不规则小数的特殊螺距的螺纹型环或型芯，可以采用在车床上配置特殊齿数的变速挂轮等方法来进行。,(6.17),6.2.5螺纹型环和螺纹型芯工作尺寸的计算,6.2成型零部件的工作尺寸计算,55,6.3成型零部件的强度与刚度计算,目的与要求：1.会运用公式计算成型零件工作部分的尺寸，会选用表中的数据确定型腔的壁厚和底板厚度；2.会分析模具零件的受力情况。,重点和难点：掌握公式运用及选用表中参数,56,6.3成型零部件的强度与刚度计算,6.3.1成型零部件强度、刚度计算需要考虑的要素,模具的强度及刚度概念:在模塑制品的过程中，型腔受内部高压熔体作用，如果型腔侧壁和底板（支承板）厚度不足，则会发生开裂，或者打不开模具，或者打开模具却难以取出塑件，塑件成型精度差等现象。开裂为模具的强度不足，后者为模具的刚性差，产生的弹性变形量过大所致。,57,58,6.3成型零部件的强度与刚度计算,6.3.1成型零部件强度、刚度计算需要考虑的要素,1强度工作应力材料所允许强度,2刚度,成型零件周边的变形量保证塑件质量所允许的变形量,保证不溢料（表6.3）,保证塑件的尺寸精度（表6.4）,保证塑件顺利脱模,min,刚度考虑的要素:,58,考虑的要素:（1）防止溢料:当高压熔体注入型腔时，型腔的配合面会产生间隙，间隙过大会出现溢料。如图6.18，因此，将允许的最大间隙值作为型腔的刚度条件。最大不溢料间隙见表6.4。,6.3成型零部件的强度与刚度计算,6.3.1成型零部件强度、刚度计算需要考虑的要素,59,（2）保证塑件精度:尺寸精度高时，要求型腔应具有很好的刚性，保证塑料熔体注入型腔时不产生过大的弹性变形。因此，型腔的允许变形量可由塑件尺寸和公差值来确定，塑件尺寸精度确定的刚度条件可以由表6.5的经验公式计算出来。,6.3成型零部件的强度与刚度计算,6.3.1成型零部件强度、刚度计算需要考虑的要素,i级精度下塑件尺寸公差。,60,（3）有利于脱模:型腔刚度不足，在熔体高压作用下型腔会产生过大的弹性变形，当变形量超过塑件的收缩率时，塑件周边被包而难脱模。因此，型腔的允许变形量应小于塑件壁厚的收缩值。即：,6.3成型零部件的强度与刚度计算,6.3.1成型零部件强度、刚度计算需要考虑的要素,61,6.3成型零部件的强度与刚度计算,6.3.1成型零部件强度、刚度计算需要考虑的要素,型腔尺寸以强度和刚度计算的分界值,取决于型腔的形状、结构、模具材料的许用应力、型腔允许变形量、熔体最大压力。,在一定条件下，以强度计算所需的壁厚和以刚度计算所需的壁厚相等时的型腔内尺寸即为强度计算和刚度计算的分界值。,不知道分界值的情况下，应分别按强度条件和刚度条件计算出壁厚，取其大者为型腔的厚度。,注意点：,对于不规则的型腔应该转化下列规则的型腔进行近似计算。,62,63,1、组合式矩形型腔侧壁和底板厚度的计算（p156）,(1）组合式矩形型腔侧壁厚度的计算,1）按刚度条件计算,2）按强度条件计算,(6.20),（622）,(2）组合式矩形型腔底板厚度的计算,1）按刚度条件计算,2）按强度条件计算,(6.23),（624）,保证不溢料,6.3成型零部件的强度与刚度计算,6.3.2矩形型腔侧壁和底板厚度的计算,63,64,1、组合式型腔侧壁和底板厚度的计算,式中S矩形型腔侧壁厚度（mm）；p型腔内熔体的压力（MPa）；H1承受熔体压力的侧壁高度（mm）；l型腔型腔侧壁长边长（mm）；E钢的弹性模量，取2.06105MPa；H型腔侧壁总高度（mm）；允许变形量（mm）；许用应力（Mpa)。,6.3成型零部件的强度与刚度计算,6.3.2矩形型腔侧壁和底板厚度的计算,64,65,2、整体式矩形型腔侧壁和底板厚度的计算,(1）整体式矩形型腔侧壁厚度的计算,1）按刚度条件计算,2）按强度条件计算,(6.25),(6.26),(6.27),矩形成型型腔的边长比，b/l。C、W系数。表7.5,6.3成型零部件的强度与刚度计算,6.3.2矩形型腔侧壁和底板厚度的计算,65,66,(1）整体式矩形型腔侧壁厚度的计算,(2）整体式矩形型腔底板厚度的计算,1）按刚度条件计算,2）按强度条件计算,(6.28),（629）,c由型腔边长比l/b决定的系数，查表6.7,a由模脚（垫块）之间距离和型腔短边长度比L/b所决定的系数，查