塑料成型工艺及模具设计_徐政坤_4.6成型零件的结构设计

1、NO4-64-6 成型零件的结构设计 1一、模具材料的选用 1. 基本要求 (1) 加工性能良好，热处理后变形小， (2) 抛光性良好， (3) 耐磨性良好。 NO4-64-6 成型零件的结构设计 2碳素结构钢分为普通含锰钢和较高含锰钢。碳素结构钢中应用最广泛的一种是45号钢，这种钢的优点是具有良好的切削性能；缺点是热处理后变形大。15号钢和20号钢经渗碳和淬火处理，可制造导柱、导套和其他一些耐磨性的零件。(1) 碳素结构钢 2. 模具常用材料种类 分为优质钢和高级优质钢。碳素工具钢中的T8、T10经常用来制造导柱和导套，有时也用来制造简单的成型零件。这类钢的缺点是热处理后变形大。所以，凡是采

2、用这类钢制成的零件，热处理后都必须经过磨削加工。(2) 碳素工具钢 NO4-64-6 成型零件的结构设计 3种类很多，常用的有：铬锰钼钢(5CrMnMo)、铬钨钒钢(3Cr2W8V)、铬钨锰钢(CrWMn、9CrWMn)、铬钼钒钢(Cr12MoV)、铬镍钼钢(5CrNiMo)等。其中5CrMnMo和5CrNiMo钢在热处理后变形较小，适合制造复杂的塑料模；同时，这类钢在热处理后的耐磨性和耐热性也比较好。另外，CrWMn和3Cr3W8V也可以用来制造复杂的模具，这种钢在热处理后变形也很小，对于复杂的嵌镶件、侧滑动成型芯、固定式成型芯、螺纹成型环和螺纹成型芯等，都可以用这种钢来制造。(3)合金工具

3、钢制造模具的合金结构钢有铬钢(40Cr)、铬锰钛钢(18CrMnTi)、铬钼钢(12CrMo)、铬钼铝钢(38CrMoAlA)等。其中12CrMo和38CrMoAlA应用较多，可制造凸模和凹模等主要零件。12CrMo经常用来制造冷挤压冲头。(4)合金结构钢表：各种代表性产品的适用钢材各种钢材的特性NO4-64-6 成型零件的结构设计 4 二、成型零件的结构设计 成型塑件外表面的零件称凹模或型腔。凹模按结构形式可分为整体式、整体嵌入式、局部镶嵌式、组合式等。1. 凹模设计 构成型腔的零件统称为成型零件，包括凹模、型芯、镶块、各种成型杆和成型环NO4-64-6 成型零件的结构设计 5型腔加工在一个

4、整块零件上，具有强度高、刚度好的优点，但对于形状复杂的塑件，难以加工或根本加工不出来，因而仅适用于形状比较简单的塑件。随加工方法的不断改进，整体式型腔的适用范围会愈来愈广。（1）整体式凹模NO4-64-6 成型零件的结构设计 6型腔仍然是加工在一个整块零件上，但该零件嵌入到模套内。主要是用于塑件生产批量较大时，采用一模多腔的模具，保证了各型腔尺寸和表面状况的一致，减少切削工作量，常用的嵌入方法是凸肩垫板法 (a)和沉孔嵌入法图(b) 。（2）整体嵌入式凹模 NO4-64-6 成型零件的结构设计 7型腔的某一部分形状特殊，或易损坏需要更换，可以采用整体型腔，但这一特殊形状部分用局部镶嵌方法，如图

5、所示：（3）局部镶嵌式凹模NO4-64-6 成型零件的结构设计 8凹模的侧壁和底部是由不同零件组合而成，多用于尺寸较大的塑件生产，为了型腔机械加工、热处理、抛光研磨等的方便，将完整的型腔分为几个部分，分别加工后再组合为一体。（4）组合式凹模整体侧壁与腔底组合的凹模 NO4-64-6 成型零件的结构设计 9凹模拼合后与腔底组合的凹模NO4-64-6 成型零件的结构设计 10设计镶嵌式和组合式凹模时，应注意的事项： u 将型腔的内形加工变为镶件或组合件的外形加工。u 拼缝应避开型腔的转角或圆弧部分，并与脱模方向一致。u 镶嵌件和组合件数量力求减少，以减小对塑件外观和尺寸精度的影响。u 易损部分应设

6、计为独立的镶拼件，便于更换。u 组合件的结合面应采用凹凸槽互相扣锁，防止在塑料压力下位移。 NO4-64-6 成型零件的结构设计 11成型塑件内表面的零件统称凸模或称型芯。对于结构简单的容器、壳、罩、盖、帽、套之类塑件，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。型芯按复杂程度和结构形式大致有如下几种类型： 2. 型芯设计 （1）整体式型芯用一整块材料加工而成的形状简单的主型芯，加工方便，但仅适用于塑件结构牢固、内表面形状简单的情况，如图所示：NO4-64-6 成型零件的结构设计 12（2）嵌入式型芯主要用于圆形、方形等形状比较简单的型芯。如图所示：NO

7、4-64-6 成型零件的结构设计 13（3）异形型芯结构形式对于形状特殊或结构复杂的型芯，需要采用组合式结构或特殊固定形式，具体方式因型芯具体形状而异，具体实例如图：NO4-64-6 成型零件的结构设计 14（4）小型芯安装固定形式距离较近的小型芯固定方法：NO4-64-6 成型零件的结构设计 15单个小型芯的固定方法：NO4-64-6 成型零件的结构设计 16三、成型零件的工作尺寸计算 1. 成型收缩率成型收缩率：指室温时塑件与模具型腔两者尺寸的相对差。可按下式求得：公式：A=B+S%B 可作为模具成型零件尺寸计算的基本公式，但有一定误差。NO4-64-6 成型零件的结构设计 172.成型零

8、件工作尺寸计算方法一般情况下，模具制造公差、磨损和成型收缩波动是影响塑件公差的主要因素，因而，计算工作零件时就根据以上三项因素进行计算。影响因素影响因素代代 号号特特 点点注注 意意成型零件的成型零件的制造误差制造误差z z直接影响着塑料制品的尺寸公差，成型零件直接影响着塑料制品的尺寸公差，成型零件的公差等级愈低，塑料制品的公差等级也愈的公差等级愈低，塑料制品的公差等级也愈低。实验可知，成型零件的制造公差约占塑低。实验可知，成型零件的制造公差约占塑料制品总公差的料制品总公差的1 13 3左右。左右。通常取通常取z z =/3=/3成型零件的成型零件的磨损磨损c c脱模时塑件与成型零件表面的摩擦

9、，熔体充脱模时塑件与成型零件表面的摩擦，熔体充模时的冲刷，锈蚀及锈蚀蚀后的打磨抛光，模时的冲刷，锈蚀及锈蚀蚀后的打磨抛光，塑料品种和模具材料及热处理。其中塑件脱塑料品种和模具材料及热处理。其中塑件脱模时的摩擦是主要的。模时的摩擦是主要的。为简化计算，凡垂直于脱模方向的成型零件为简化计算，凡垂直于脱模方向的成型零件表面可不考虑磨损；凡平行于脱模方向的表表面可不考虑磨损；凡平行于脱模方向的表面应考虑磨损。面应考虑磨损。磨损结果使型腔尺磨损结果使型腔尺寸变大，型芯尺十寸变大，型芯尺十变小，中心距基本变小，中心距基本保持不变。保持不变。通常取通常取 c c = /6 = /6 c c指最大磨损量指最大

10、磨损量NO4-64-6 成型零件的结构设计 18续上表：续上表：影响因素影响因素代代 号号特特 点点注注 意意成型收缩率成型收缩率的偏差和波的偏差和波动动s s塑料的品种、塑料制品的特点、模具结构、塑料的品种、塑料制品的特点、模具结构、成型方法及工艺条件。成型方法及工艺条件。计算时参照试验数据，根据实际情况，分析计算时参照试验数据，根据实际情况，分析影响收缩的因素，选择适当的平均收缩值。影响收缩的因素，选择适当的平均收缩值。s s=(S=(Smaxmax-S-Sminmin)%B)%BS Smax max : :塑料的最大收缩率塑料的最大收缩率S Smin min : :塑料的最小收缩率塑料的

11、最小收缩率模具安装配模具安装配和的误差和的误差j j模具成型零件的安装误差或在成型过程模具成型零件的安装误差或在成型过程中成型零件配合间隙的变化。都会影响中成型零件配合间隙的变化。都会影响塑料制品尺寸的精确性。塑料制品尺寸的精确性。j j平均值法计算时忽略平均值法计算时忽略不计不计水平飞边厚水平飞边厚度的波动度的波动f f注射模塑，水平飞边厚度很薄甚至没注射模塑，水平飞边厚度很薄甚至没有飞边故对制品尺寸影响不大。有飞边故对制品尺寸影响不大。f f平均值法计算时忽略平均值法计算时忽略不计不计NO4-64-6 成型零件的结构设计 19成型零件工作尺寸计算的方法有两种：（1）平均值法按平均收缩率、平

12、均制造公差和平均磨损量进行计算，计算方法简便，但可能有误差，在精密塑件的模具设计中受到一定限制；（2）极限值法按极限收缩率、极限制造公差和极限磨损量进行计算，计算方法能保证所成型的塑件在规定的公差范围内，但计算比较复杂。以下介绍按平均值法。NO4-64-6 成型零件的结构设计 20在计算成型零件型腔和型芯的尺寸时，塑件和成型零件尺寸均按单向极限制，即塑件外轮廓尺寸取负偏差，型件内轮廓取正偏差，孔心距尺寸则按公差带对称分布的原则进行计算。模具成型零件工作尺寸与塑件尺寸的关系见右图：NO4-64-6 成型零件的结构设计 21通过塑件图上的尺寸对应计算得到的成型零件工作尺寸用于成型零件的加工，即为成

13、型零件的初始尺寸，但在使用过程中，由于磨损，导致最初的成型零件工作尺寸发生变化，如：型腔尺寸磨损变大，而型芯尺寸磨损则变小，两个孔的中心距尺寸磨损则不变，但在使用期内，其生产的塑件仍满足塑件的尺寸要求。NO4-64-6 成型零件的结构设计 223.基本公式的变换基本公式：A=B+S%B 可根据平均值法进行变换。注意：为简化计算，垂直于脱模方向的成型零件表面可不考虑磨损；平行于脱模方向的表面应考虑磨损。NO4-64-6 成型零件的结构设计 234.成型零件工作尺寸的计算（1）型腔径向尺寸的计算公式型腔径向尺寸的平均值平均磨损量（成型零件磨损后尺寸变大，故为“”）塑件对应尺寸的平均值塑料的平均收缩

14、率NO4-64-6 成型零件的结构设计 24（2）型腔深度尺寸的计算公式型腔深度尺寸的平均值平均磨损量（垂直于脱模方向，磨损量忽略不计）塑件对应尺寸的平均值塑料的平均收缩率NO4-64-6 成型零件的结构设计 25（3）型芯径向尺寸的计算公式型芯径向尺寸的平均值平均磨损量（成型零件磨损后尺寸变小，故为“”）塑件对应尺寸的平均值塑料的平均收缩率NO4-64-6 成型零件的结构设计 26（4）型芯高度尺寸的计算公式型芯高度尺寸的平均值塑件对应尺寸的平均值塑料的平均收缩率平均磨损量（垂直于脱模方向，磨损量忽略不计）NO4-64-6 成型零件的结构设计 27（5）型芯之间或成型孔之间中心距的计算公式型

15、芯之间或成型孔之间中心距的平均值塑件对应尺寸的平均值塑料的平均收缩率平均磨损量（磨损存在，但对计算尺寸无关，故不考虑）NO4-64-6 成型零件的结构设计 28（6）型芯上的小型芯或孔的中心到型芯侧面距离的计算公式型芯上的小型芯或孔的中心到型芯侧面距离的平均值塑件对应尺寸的平均值塑料的平均收缩率平均磨损量（磨损后尺寸变小，故为“” ，其最大磨损量为单边最大磨损量）NO4-64-6 成型零件的结构设计 29（7）型芯或成型孔的中心到成型面距离的计算公式型芯或成型孔的中心到成型面距离的平均值塑件对应尺寸的平均值塑料的平均收缩率平均磨损量（磨损后尺寸变大，故为“” ，其最大磨损量为单边最大磨损量）N

16、O4-64-6 成型零件的结构设计 30四、成型零部件的强度与刚度计算1. 型腔的强度及刚度要求注射成型过程中，在塑料熔体压力作用下，型腔将产生内应力及变形。如果型腔侧壁和底部厚度不够，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。理论分析和实践证明，模具对强度及刚度的要求并非要同时兼顾。对大尺寸型腔，刚度不足是主要问题，应按刚度条件计算；对小尺寸型腔，强度不足是主要问题，应按强度条件计算。NO4-64-6 成型零件的结构设计 31强度计算的条件是满足各种受力状态下的许用应力。刚度计算的条件则由于模具特殊性，可以从以下几个方面加以考虑：要防止溢料。应保证塑件精度。上述要求在设计模具时其刚度条件应以这些项中最苛刻者（允许最小的变形值）为设计标准，但也不宜无根据地过分提高标准，以免浪费材料，增加制造难度。2.型腔壁厚的计算（附带型芯、凸模的强度和刚度计算）计