第6章 注塑模具结构及设计(4)-成型零件设计.ppt

6、3成型零件设计,内容简介：本章讲述分型面的形式和选择；注塑模的排气系统设计；成型零部件的结构设计；成型零部件工作尺寸计算；注塑模具型腔壁厚计算要求和计算方法。重点：分型面选择原则和案例分析。成型零件的设计与制造（含公式的运用）。难点：分型面的选择和运用。成型零部件工作尺寸计算和型腔壁厚计算。,模具中决定塑件几何形状和尺寸的零件称为成型零件。成型零件包括凹模（型腔）、凸模（型芯）、镶块、成型杆等。成型零件决定着塑件的形状与精度，影响着模具的寿命，是模具设计的重要部分。成型零件工作时，直接与塑料接触，承受塑料熔体的高压料流的冲刷，脱模时与塑件间还发生摩擦。因此，成型零件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，此外，成型零件还要求结构合理，有较高的强度、刚度及较好的耐磨性能。设计成型零件时，应根据塑料的特性和塑件的结构及使用要求，确定型腔的布置，选择分型面和浇口位置，确定脱模方式、排气部位等，然后根据成型零件的加工、热处理、装配等要求进行成型零件结构设计，计算成型零件的工作尺寸，对关键的成型零件进行强度和刚度校核。,6、3、1分型面设计将模具适当地分成两个或几个可以分离的主要部分，当它们的接触表面分开时能够取出制品和（或）浇注系统凝料，当模具闭合时又能形成封闭型腔而成型塑件，这样的接触表面称为模具的分型面。模具设计开始的第一步，就是选择分型面的位置。分型面的选择受塑件形状、壁厚、成型方法、后处理工序、塑件外观、塑件尺寸精度、塑件脱模方法、模具类型、型腔数目、模具排气、嵌件、浇口位置与形式以及成型机的结构等的影响。分型面的选择是注塑模设计中的一个关键。,制品在模具中的位置应遵循以下基本要求：1、制品或制品组件(含嵌件)的正视图，应相对于注塑机的轴线对称分布，以便于成型；2、制品的方位应便于脱模，注塑模塑时，开模后制品应留在动模部分，这样便于利用成型设备脱模；3、当用模具的互相垂直的活动成型零件成型孔、槽、凸台时，制品的位置应着眼于使成型零件的水平位移最简便，使抽芯操作方便；4、如果制品的安置有两个方案，两者的分型面不相同又互相垂直，那么应该选择其中能使制品在成型设备工作台安装平面上的投影面积为最小的方案；,5、长度较长的管类制品，如果将它的长轴安置在模具开模方向，而不能开模和取出制品的；或是管接头类制品，要求两个平面开模的，应将制品的长轴安置在与模具开模相垂直的方向。这样布置可显著减小模具厚度，便于开模和取出制品。但此时需采用抽芯距较大的抽芯机构(如杠杆的、液压的、气动的等)；6、如果是自动旋出螺纹制品或螺纹型芯的模具，对制品的安置有专门要求，参见螺纹成型内容；7、最后制品位置的选定，应结合浇注系统的浇口部位、冷却系统和加热系统的布置，以及制品的商品外观要求等综合考虑。,一、分型面的形式,二、分型面的选择选择分型面的原则是：1、分型面应选择在塑件外形最大轮廓处当初步确定塑件的分型方向后，分型面应选在塑件外形最大轮廓处，即通过该方向上塑件的截面积最大，否则塑件无法从型腔中脱出。2、应尽量减少塑件（型腔）在分型面上的投影面积注塑机都规定其相应模具所允许的最大成型面积以及额定锁模力，注射成型过程中，当塑件（包括浇注系统）在分型面上的投影面积超过允许的最大成型面积时，将会出现涨模溢料现象，这时注射成型所需的合模力也会超过额定锁模力。因此，选择分型面时，应考虑对成型面积的影响。（教材P67图4-34）,3、考虑排气效果型腔气体的排除，除了利用顶出元件的配合间隙外，主要靠分型面，排气槽也都设在分型面上。因此，分型面应该选择在熔体流动的末端。,4、塑件脱模方便塑件脱模方便，不仅要求选取的分型面位置不会使塑件卡在型腔无法取出，也要求塑件在动、定模打开时尽可能滞留在动模一侧，因为模具的脱模机构在动模一侧。按这一要求，一般都是将主型芯装在动模一侧，使塑件收缩包紧在主型芯上，这时型腔可以设在定模一侧，如图所示。,但当塑件内含有带孔的嵌件，或当塑件上根本无孔时，或者由于塑件外形复杂对型腔粘附力较大时，为了使塑件不致于留在定模一侧，应该将型腔设置在动模一侧，分别如图（a）（b）（c）所示。,5、模具结构简单，便于模具加工制造下图所示的塑件，形状比较特殊，若按照图(a)方案，将分型面设计成平面，型腔底面不容易切削加工，不如将分型面设计为斜面，使型腔底面成为平面，便于加工，如图(b)所示。从简化模具考虑，对需要抽芯的塑件，应尽量避免在定模部分抽芯。,6、保证塑件形状与尺寸精度图示的塑件，为一双联齿轮，要求大、小齿、内孔三者保持严格同轴，以利于齿轮传动平稳，减小磨损。若将分型面按图(a)设计，大齿和小齿分别在定模和动模内成型，则难以保证二者良好的同轴度，若改用图(b)中方案使分型面位于大齿端面，型腔完全在动模，可保证良好的同轴度。,又如图所示塑件，其中尺寸L有较严要求，如果按方案(a)设计分型面，成型后毛边会影响到尺度L的精度。若改用方案(b)，毛边仅影响到塑件总高度，但不影响尺寸L。,7、无损塑件外观图示塑件，底部带有环形支撑面，若分型面按图(a)中方案设计，会在环形支撑面处留下毛边痕迹。如果改为图(b)中方案、毛边产生在塑件端面，去除后对塑件外观无损。,8、对侧向抽芯的影响一般注塑模的侧向抽芯，都是借助模具打开时的开模运动。通过模具的抽芯机构进行抽芯，在有限的开模行程内，完成的抽芯距离有限制。因此，对于带有互相垂直的两个方向都有孔或凹槽的塑件，应避免长距离抽芯。,6、3、2结构设计成型零件主要包括型腔、型芯、镶拼件、各种成型杆与成型环。,塑件生产对成型零件的要求：足够的强度、刚度、硬度（HRC30以上）、耐磨性；足够的精度和适当的表面粗糙度（一般Ra0.4m）；一定的耐热疲劳性和耐腐蚀性，生产腐蚀性塑料还要特别防护（选耐蚀材料或电镀硬铬）。,成型零件的结构设计，当然是以成型符合质量要求的塑料制品为前提，但必须考虑金属零件的加工性及模具制造成本。成型零件成本高于模架的价格，随着型腔的复杂程度、精度等级和寿命要求的提高而增加。一、型腔型腔是成型塑件外表面的主要零件。型腔的基本结构可分为整体式和组合式。采用镶拼结构的型腔，对于改善模具加工工艺性有明显好处。,1、整体式型腔整体式型腔是由整块材料加工而成，即它是在成型模具的型腔板上加工型腔，如图6-64所示。很显然，整体型腔的特点是它有较高的强度和刚度，不会使塑件产生拼接线痕迹。但由于加工困难，热处理不方便，需用电火花、立式铣床加工，仅适合于形状简单的中小型塑件。,2、组合式型腔组合式型腔是指由两个以上零件组合而成。按组合方式的不同，可分为整体嵌入式、局部镶嵌式、瓣合式、底部镶拼式和壁部镶拼式等形式。1）整体嵌入式它适用于小型塑件的多型腔模。将多个一致性好的整体型腔镶块，嵌入到型腔固定板中。嵌入的型腔镶块，可用低碳钢或低碳合金钢，用一个冲模冷挤成多个，再渗碳淬火后抛光。也可用电铸法成型型腔，即使用一般机加工方法加工各型腔镶块，由于容易测量，也能保证一致性。整体嵌入式型腔结构能节约优质模具钢，嵌入模板后有足够强度与刚度，使用可靠且置换方便。,整体嵌入式凹模装在固定模板中要防止嵌入件松动和旋转。要有防脱吊紧螺钉和防转销钉，如图(a)、(b)所示。带肩的嵌入凹模能有效防止脱出固定板，但需底板压固如图(b)、（c）所示。采用过渡紧配合甚至过盈配合，可使嵌入件固定牢靠。,2）底部镶拼式型腔通孔型腔在加工切削、线切割、磨削、抛光及热处理加工时较为方便。无底型腔加工后装上底板，构成底部镶拼式型腔，如图所示。组合式型腔的强度和刚度较差。在高压熔体作用下组合底板变形时，见图(a)，熔体趁机侵入连接面，在塑件上造成飞边，造成脱模困难并损伤棱边。图(b)、(c)所示的两种组合结构，制造成本虽高些，但由于配合面密闭可靠，能防止熔体渗入。,3）局部镶拼式型腔各种结构的型腔，都可用镶件或拼块组成型腔的局部。下图为局部镶拼的型腔，镶件可嵌拼在四壁，也可镶嵌在底部。,4）侧壁镶拼式型腔型腔的全部由许多镶件拼合的全拼块式的结构，仅用于小型精密的注塑模。也有型腔四壁用拼块套箍在模板中的结构，如图所示，尤适用于大型模具。但要注意拼缝位置的选择。,在型腔的结构设计中，采用镶拼结构有如下好处：(1)简化型腔加工，将复杂的型腔内形加工变成镶件的外形加工，降低了型腔整体的加工难度。(2)镶件可用高碳钢或高碳合金钢淬火。淬火后变形较小，可用专用磨床研磨复杂形状和曲面。型腔中使用镶件的局部型腔有较高精度，经久的耐磨性并可置换。(3)可节约优质塑料模具钢，尤其对于大型棋具更是如此。(4)有利于排气系统和冷却系统的通道的设计和加工。,尽管采用镶拼结构型腔优点很多，但在这种结构的设计中还应注意以下几点：(1)型腔的强度和刚度因此有所削弱，故模框板应有足够的强度和刚度。(2)镶件之间及其与模框之间尽量采用凹凸槽相互扣锁，以减小型腔在高压下的变形和镶件的位移。镶件必须准确定位，并有可靠紧固。(3)镶拼接缝必须配合紧密。转角和曲面处不能设置拼缝。拼缝线方向应与脱模方向一致。(4)镶拼件的结构应有利于加工、装配和调换。镶拼件的形状和尺寸精度应有利于型腔总体精度，并确保动模和定模的对中性，还应有避免误差累积的措施。,二、型芯和成型杆型芯都是用来成型塑料制品的内表面的成型零件。也称主型芯，用来成型塑件整体的内部形状。小型芯也称成型杆，用来成型塑件的局部孔或槽。型芯有整体式和组合式两种结构。1、整体式型芯图示为常用的整体式型芯结构。该结构节省了优质模具钢，便于机加工和热处理，也便于动模与定模对准。图(a)为台肩式连接，牢固可靠，是最常用的方法。图(b)为非通孔的结构，为局部嵌入，用螺栓拉紧。尤其适用于大型注塑模。,2、镶拼型芯结构为便于加工，形状复杂的型芯可采用镶拼组合式结构，如图所示。采用组合式行行行可大大改善加工和热处理的工艺性。但设计和制造这类型芯时，必须注意结构的合理性，应保证型芯和小型芯镶块的强度、防止热处理变形，应避免尖角与薄壁。,3、型芯固定方式1）圆柱型芯结构最常见的圆柱型芯结构，如图所示。它采用轴肩与垫板的固定方法。,若模板较厚时，可采用图(a)、(b)所示的的结构。倘若模板较薄，则用图(c)所示的结构。对于成型3mm以下的盲孔的圆柱型芯可采用正嵌法，将型芯从型腔表面压入。,2）异形型芯结构非圆的异形型芯大都采用反嵌法，如图(a)所示。在型腔板上加工出相配合的异形孔。但支承和轴肩部分均为圆柱体，以便于加工与装配。对径向尺寸较小的异形型芯可用正嵌法的结构，见图(b)。实际应用中，反嵌法结构的工作性能比正嵌法可靠。,反嵌型芯结构,6、3、3工作尺寸的计算成型零件的工作尺寸，要保证所成型塑料制品的尺寸。而影响塑料制品尺寸和公差的因素相当复杂，如模具的制造误差及模具的磨损；塑料成型收缩率的偏差及波动；溢料飞边厚度及其波动；模具在成型设备上的安装调整误差、成型方法及成型工艺的影响等。,A、工作尺寸的分类和规定成型零件中与塑料熔体接触并决定制品几何形状的尺寸称之为工作尺寸。型腔尺寸-深度尺寸和径向尺寸；型芯尺寸-高度尺寸和径向尺寸。型腔尺寸属于包容尺寸，当型腔与塑料熔体或制品之间产生摩擦磨损后，该类尺寸具有增大的趋势。型芯尺寸属于被包容尺寸，当型芯与塑料熔体或制品之间产生摩擦磨损后，该类尺寸具有缩小的趋势。中心距尺寸-成型零件上某些对称结构之间的距离，如孔间距、型芯间距、凹模间距和凸块间距等，这种尺寸通常不受摩擦磨损的影响，因此可视为不变的尺寸。,对制品和成型零件尺寸所做的规定为：1）制品的外形尺寸采用单向负偏差，名义尺寸为最大值；与制品外形尺寸相对应的型腔尺寸采用单向正偏差，名义尺寸为最小值。2）制品的内形尺寸采用单向正偏差，名义尺寸为最小值；与制品内形尺寸相对应的型芯尺寸采用单向负偏差，名义尺寸为最大值。3）制品和模具上的中心距尺寸均采用双向等值正、负偏差，它们的基本尺寸为平均值。塑料制品图上凡不符合以上规定的尺寸和偏差，应按极限尺寸不变原则进行换算。对于未注偏差的自由尺寸，应按技术条件取低精度的公差值，按上述规定标注偏差。,B、影响制品尺寸误差的因素及其控制制品成型后所获得的实际尺寸与名义尺寸之间的误差称为制品的尺寸偏差。制品尺寸可能出现的误差主要是如下五方面因素综合作用的结果。1）塑料制品的成型收缩一般要求因采用的成型收缩率不准确引起的制品尺寸误差不要大于制品尺寸公差的1/6；要求因制品的成型收缩波动引起的制品尺寸误差不要大于制品尺寸公差的1/3。,2）成型零件的制造偏差成型零件的制造偏差包括加工偏差和装配偏差。在设计模具成型零件时，一定要根据制品的尺寸精度要求，选择合理的成型零件结构及相应的加工制造方法，使由制造偏差所引起的制品尺寸偏差保持在尽可能小的程度。一般要求模具成型零件的制造偏差不要大于制品尺寸公差的1/3。3）成型零件的磨损成型零件的磨损主要来自熔体的冲刷和制品脱模时的刮磨，其中被刮磨的型芯径向表面的磨损最大。一般要求成型零件的磨损引起的制品尺寸误差不大于制品尺寸公差的1/6。这对于低精度、大尺寸的制品，由于值较大容易达到要求；对于高精度、小尺寸的制品则难以保证，此时必须采用镜面钢等耐磨钢种才能达到。据经验，生产中实际注射25万次，型芯径向尺寸磨损量约为0.02-0.04mm。,4）模具活动零件配合间隙的影响模具在使用中导柱与导套之间的间隙会逐渐变大，会引起制品径向尺寸误差的增加。模具分型面间隙的波动，也会引起制品深度尺寸误差的变化。在模具成型零件工作尺寸计算时，必须保证制品总的尺寸误差不大于制品允许的公差。,C、成型零件工作尺寸计算方法-平均值法、公差带法假设，当制品的成型收缩率和成型零件工作尺寸或制造偏差及磨损量均为各自的平均值时，制品的尺寸误差也正好为平均值。从而推导出一套计算型腔、型芯和中心距尺寸的公式，这些公式统称为平均值法。平均值法简单方便，应用最为广泛。但由于该方法建立在假设基础上，容易使计算结果出现较大误差，特别是当制品尺寸精度要求较高或者尺寸较大时，会产生显著的误差，在这种情况下采用下述的公差带法更为合适。,公差带法是先用成型收缩率的最大值（或最小值）以及制品的尺寸公差，对成型零件工作尺寸的最小值（或最大值）进行初算（如对凹模尺寸先算最小值，对型芯尺寸先算最大值），然后再根据预定的制造偏差和磨损量来验算制品可能出现的最大尺寸（或最小尺寸）是否在制品规定的公差范围内。平均值法：1）凹模和型芯径向尺寸2）凹模深度与型芯高度3）中心距尺寸,6、3、4型腔壁厚和支承板厚度的设计计算,塑料模具型腔的侧壁和底壁厚度的计算是模具设计中经常遇到的重要问题，尤其对大型模具更为突出。目前许多单位都凭经验决定，但常因估计不准确而造成模具报废或浪费材料，为此，建立科学的计算方法实属必要。目前常用计算方法有按强度条件计算和按刚度条件计算两大类，但实际的塑料模具却要求既不允许因强度不足而发生明显变形，甚至破坏，也不允许因刚度不足而发生过大变形。因此，要求对强度及刚度加以合理考虑。,在注塑成型过程中，型腔所受的力有塑料熔体的压力、合模时的压力、开模时的拉力等，其中最主要的是塑料熔体的压力。在塑料熔体压力作用下，型腔将产生内应力及变形。如果型腔侧壁和底壁厚度不够，当型腔中产生的内应力超过型腔材料的许用应力时，型腔即发生强度破坏。与此同时，刚度不足则发生过大的弹性变形，从而产生溢料和影响塑件尺寸及成型精度，也可能导致脱模困难等，可见模具对强度和