模具教案之四2

3.5成型零部件设计

3.5.1引言模具上的零部件可分为成型零部件和结构零部件。成型零部件：构成模具型腔的零件，通常包括：凹模(定模、上模)、凸模(动模、下模)、成型杆、成型环、成型镶件、拼块等。

结构零件：在模具中起安装、定位、导向、装配等作用的零件设计步骤

首先根据塑料的特性，塑件的使用要求确定型腔的总体结构，进浇点、分型面、排气部位、脱模方式；然后根据制件尺寸计算成型零件的工作尺寸，从机械加工角度决定型腔各个零件之间的组合方式，详细地确定型腔各零件的结构和其它细节尺寸，以及机加工工艺要求；由于塑料熔体有很高的压力，因此还应该对关键的成型零件进行强度和刚度校核。

分型面的位置影响着成型零部件的结构形式，型腔排气情况。

3.5.2分型面的设计

模具上用以取出塑件和浇注系统凝料的可分离的接触表面称为分型面，也叫合模面，注射模有一个分型面和多个分型面的模具，分型面的位置有垂直于开模方向，平行于开模方向，以及倾斜于开模方向几种，分型面的形状有平面和曲面等，分型面是否得当，对制件质量，操作难易程度，模具制造有很大影响，主要应考虑以下几点：

影响操作难易分型面与开模方向1、塑件在型腔中位置，应遵循以下基本要求：

1）便于成型；2）便于脱模；3）抽芯方便；4）投影面积小；5）宜选用设备；6)综合考虑；

⒉分型面的形状

平面斜面阶梯面曲面分型面的设计主要应考虑以下几点：

⒊分型面的位置：

必须开设在制件断面轮廓最大的地方才能使制件顺利地从型腔中脱出：⒊分型面的位置还应考虑以下因素：1）不损塑件外观分型面的选择要满足塑件表面质量的要求

1）不损塑件外观2）有利于保证塑件质量要满足塑件的精度要求，比如同心度、同轴度、平行度等等

2）有利于保证塑件质量分型面Ⅰ、Ⅱ哪个更能保证双联齿轮的同轴度要求？2）有利于保证塑件质量脱模斜度影响3）分型面的选择要有利于简化模具结构尽量地把侧向分型抽芯机构留在动模一侧

3）分型面的选择要有利于简化模具结构塑件不止有一个抽芯的时候，在选择分型面时要使较大的型芯与开模方向一致

3）分型面的选择要有利于简化模具结构塑件不止有一个抽芯的时候，在选择分型面时要使较大的型芯与开模方向一致

，判断不了时，看各自的截面积，截面积大的放在主分型面上，避免侧抽芯机构锁模不紧而发生溢料3）分型面的选择要有利于简化模具结构使塑件尽量留在动模一侧

3）分型面的选择要有利于简化模具结构包紧力小的情况使塑件尽量留在动模一侧：金属嵌件、塑件对称、无包紧结构、防流动性大的塑料溢料等4）要有利于模具成型零件的加工斜分型面的型腔部分比平直分型面的型腔更容易加工5）要有利于型腔的顺利排气5）要有利于型腔的顺利排气6）分型面选择的投影面积要小7）便于嵌件安装3.5.3排气槽的设计

1、注塑模内积集的气体有以下四个来源：

1）进料系统和型腔中存有的空气；

2）塑料含有的水分蒸发而成的水蒸气；

3）由于注塑温度过高，塑料分解所产生的气体；

4）塑料中配合剂挥发或化学反应所生成的气体。3.5.3排气槽的设计

2、气体不能顺利排出的弊端

①在制品上形成气孔，接缝，表面轮廓不清，不能完全充满型腔；②气体被压缩而产生的高温灼伤制件，使之产生焦痕；③型腔内气体被压缩产生的反压力会降低充模速度，影响注射周期和产品质量；

3、排气槽的位置与大小

①排气槽应设在塑料流的末端，一般常开设在分型面凹模一侧如。②常用塑料排气槽厚度如所示

排气槽宽度取1.5～6mm，排气口不要对着操作工人。③可利用顶出杆和顶杆孔的配合间隙排气，如所示，顶管顶块的配合间隙，脱模板与型芯的配合间隙，都可兼作排气用，还可利用活动型芯与型芯的配合间隙排气。如。④小型制件的排气量不大如排气点正好在分型面上，一般可利用分型面闭合时的微小间隙排气，不再开设专门的排气槽。⑤安装烧结金属块金属块排气。所示。

图3-5-8表3-1图3-5-9a图3-5-9b图3-5-9c判断正误，画出正确的图3.5.4成型零件的结构设计

⒈对成型零件的要求

具有足够的强度，刚度，硬度和耐磨性以及承受塑料的挤压力和料流的摩擦力和足够的精度和表面粗糙度，粗糙度Ra0.4以下，以保证塑件表面光亮美观，容易脱模，一般说来，成型零件都应进行热处理，使其具有HRC40以上的硬度。

⒉凹模的结构设计

凹模是成型塑件外表面的部件，凹模按其结构不同可分为整体式、整体嵌入式、局部镶嵌式、大面积镶嵌组合式五种：①整体式凹模

②整体嵌入式凹模

②整体嵌入式凹模③局部镶嵌式凹模

④大面积镶嵌组合式凹模

⑤四壁拼合的组合式凹模⑤四壁拼合的组合式凹模⑤四壁拼合的组合式凹模瓣合模具：线圈塑件的瓣和模镶嵌式和组合式凹模的优缺点优点：1）简化凹模型腔加工，将复杂的凹模内表面加工化为镶件的外形加工，降低了制造难度；同时也方便制作塑件外形上复杂的形状和曲面2）可单独淬火镶件，淬火后减少模腔的变形，也使其具有较高的硬度、精度、耐磨性，并可方便更换和维修；3）节约优质模具钢，特别是大型模具；4）有利于排气和冷却系统安排；缺点：1）塑件上拼接痕增多，塑件表面质量下降；2）模具零件及塑件的尺寸公差、配合精度要求加大；3）模具强度下降；4）模具安装、连接、固定、定位的要求增多设计镶嵌式和组合式凹模时应满足以下要求：

①将型腔的内形加工变为镶件或组合件的外形加工；②拼缝必须紧密配合，应避开型腔的转角或圆弧部分，并与脱模方向一致；③镶嵌件和组合件数量力求减少，以减少对塑件外观和尺寸精度的影响；④独立部分应设计成独立的镶拼，便于更换；⑤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。⑥模具套要有足够的强度和刚度；保证动定模的对中性；有避免误差累积的措施。

⒊型芯的设计

成型塑件内表面的零件称凸模或称型芯。对于结构简单的容器、壳罩、盖、帽、壳套之类的塑件，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。

型芯按复杂程度和结构形式大致有如下几种类型：

㈠整体式型芯

是形状简单的主型芯。用一块整体材料加工而成，结构牢固，加工方便，但仅用于塑件内表面形状简单的情况。

㈡镶拼组合式型芯

主要用于形状复杂或型芯数目多等情况。㈢异型型芯结构形式

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。注意防转㈣小型芯安装固定形式

⑴数量较多的小型芯。可采用的形式

⑵单个小型芯的固定形式型芯较大时下边加大便于安装、轴板轴肩固定固定下部截短正

嵌

法

、

反

嵌

法凸肩的形式通孔、盲孔型芯⒋螺纹型芯或螺纹型环的结构设计

按用途分两类：成型和固定螺纹型芯或螺纹型环直接成型塑件上的螺孔的型芯（考虑收缩）Ra应0.4~0.8；对于普通的细牙螺纹，Ra应在0.2~0.4之间。固定塑件上的螺母嵌件的型芯（不考虑收缩）

这里介绍模外卸除螺纹型芯和螺纹型环的结构。

⑴螺纹型芯的设计

用于立式注射机的下模或卧式注射机的定模的螺纹型芯的安装形式。

用于立式注射机的上模或卧式注射机的动模的带弹性连接的螺纹型芯的安装形式⑵螺纹型环设计

螺纹型环在模具闭合后按装在型腔内，成型后随塑件一起脱模，在模外卸下。常见有两种形式；一种是整体的螺纹型环；一种是组合式的螺纹型环。3.4.5成型零件工作尺寸的计算

所谓工作尺寸是指成型零件上直接用以成型塑件部分的尺寸。主要有型芯和型腔的径向尺寸（包括矩形或异形型芯的长和宽），型芯和型腔的深度尺寸，中心距尺寸等。任何塑料制品都有一定的尺寸要求，在使用或安装中有配合要求的塑料制品，其尺寸精度要求较高。在设计模具时，必须根据制品的尺寸和精度要求来确定相应的成型零件的尺寸和精度等级。影响塑料制品精度的因素较为复杂，主要有以下几个方面：

成型零件工作尺寸影响塑料制品精度的因素

首先与成型零件制造公差有关，显然成型零件的精度越低，生产的制品的尺寸精度也越低。其次是设计模具时，估计的塑料收缩率与实际收缩率的差异和生产制品时收缩率的波动值。型腔在使用过程中不断磨损，使得同一模具在新和旧的时候生产的制品尺寸各不相同。模具可动成型零件配合间隙变化值。模具固定成型零件安装尺寸变化值。塑件所可能出现的最大公差值为这些误差值的总和。

塑件所可能出现的最大公差值为这些误差值的总和。

式中：δ——塑件成型公差；

δZ——成型零件制造误差；

δC——型腔使用过程中的总磨损量；

δS——塑料收缩率波动引起塑件尺寸变化值（包括工艺波动和材料批号变化所引起的波动和设计时收缩率估计的误差）

δj——可动成型零件因配合间隙变化而引起制件尺寸变化值；

δa——固定成型零件因安装误差而引起制件尺寸变化值。

制品规定公差值Δ应大于或等于以上各项因素带来的累积误差。

Δ≥δ

1.成型零件制造公差的影响

它直接影响制品尺寸，精度相同的零件公差数值的大小与零件的尺寸有关，实验表明它与零件尺寸基本呈立方抛物线关系

（3-1）

式中：△Z——成型零件制造公差值，微米；

LM——成型零件的尺寸，mm；

C——常数，由加工精度等级决定

新国标中在500毫米以下时IT5~IT8级的公差单位

式中：反应尺寸对加工误差的影响；

0.001D反应温度变化引起的测量误差。

组合式型腔的制造公差应根据尺寸链决定。实践证明制造公差约占塑件总公差的1/3左右，因此在确定成型零件工作尺寸公差时可取塑件总公差的1/3。通常取GB1800-79中IT7~IT10级精度作模具制造公差。

2.型腔成型零件的磨损量

⑴磨损的形成

●塑料在型腔中的流动

●塑件脱模时与型腔壁的摩擦（主要）

●重新打磨、抛光。⑵影响磨损量大小的因素

●与脱模方向垂直的面不计磨损；

●磨损量随模具使用寿命的增加而增加；

●考虑塑料特性对磨损的影响；

●模具材料的耐磨性与热处理状况的影响；

●中小型塑件的模具，最大磨损量可取制件总公差的1/6（0.02mm~0.05mm），对于大型塑件应取1/6以下。对于小型塑件来说，成型零件磨损对制件总公差影响较大，而大型制件则影响较小。

3.成型收缩率的影响

成型收缩率的影响包括：

⑴设计选取的计算收缩率与实际收缩率的差异（系统误差）

⑵生产制品时由于工艺条件波动，材料批号发生变化而造成制件收缩率的波动。（偶然误差）

收缩率波动引起尺寸变化值：

δs＝（Smax－Smin）Ls(3-3)

式中：Smax——塑料的最大收缩率

Smin——塑料的最小收缩率

Ls——塑料制件的名义尺寸

收缩率δs波动值随制件尺寸增大而成正比的增加；制造误差δz随制件尺寸呈立方根关系的增大；

δc随着制件尺寸增大、但增加的速度比较缓慢。因此，我们可以得出：生产大尺寸塑件时，因收缩率波动对制件公差影响较大若单靠提高模具制造精度来提高塑件精度是很困难和不经济的，而应着重稳定工艺条件，选用收缩率波动小的塑料。相反，生产小尺寸塑件时，影响塑件公差的主要因素，则是模具成型零件的制造公差和成型零件表面的磨损值。

成型零件尺寸计算成型零件尺寸计算可归纳为以下几类：型腔或型芯的径向尺寸，型腔深度或型芯高度尺寸，型芯之间或成型孔之间中心距尺寸及螺纹型芯与螺纹型环尺寸等。下面分别按平均收缩率和公差带进行尺寸计算。

㈠型腔或型芯径向尺寸的计算__

模具径向尺寸和塑件径向尺寸的关系

室温下的模具径向尺寸和塑件径向尺寸的关系如所示：

图a表示型腔径向尺寸与塑件对应外形尺寸之间的关系。这里规定型腔（孔）的最小尺寸为名义尺寸，偏差为正值。塑件（轴）的最大尺寸为名义尺寸（偏差为负值）图b表示型芯径向尺寸与对应塑件内孔尺寸之间的关系，并规定型芯（轴）的最大尺寸为名义尺寸，偏差为负值，塑件（孔）的最小尺寸为名义尺寸，偏差为正值。

图3-5-10㈠型腔或型芯径向尺寸的计算

⒈按平均收缩率计算型腔径向尺寸

已知在给定条件下的平均收缩率Scp，制件的名义尺寸Ls（最大尺寸），及其允许公差值Δ（负偏差），如塑件上原有公差的标注方法与此不相符合，则应按此规定换为单向负偏差，这时塑件平均径向尺寸为:,型腔名义尺寸为LM（最小尺寸），公差值为δz

（正偏差）则型腔的平均尺寸为：，考虑到收缩率与磨损量δC并以型腔磨损到最大磨损值的一半时计，则有：

㈠型腔或型芯径向尺寸的计算

对于中小型塑件，令，并将比其它各项小的多的略去，则有：

标注上制造偏差后，得：

（3-4）

由于δz、δC与Δ的关系，因制件的精度高低，尺寸大小不同而变化，制件精度越低，尺寸越大，则式中Δ的系数也应取得小些，各个资料介绍的数值有一定的差异，一般在0.5～0.8之间变动。

塑件尺寸大、塑件精度高取小系数，反之取大系数⒉按平均收缩率计算型芯径向尺寸

已知在给定条件下的平均收缩率SCP，制件的名义尺寸LS（最小尺寸）和制件允许的公差值Δ（正偏差）则制件平均尺寸为，现计算型腔的名义尺寸LM（最大尺寸），制造公差δZ为负值，经过和上面型腔径向尺寸计算的类似推倒，得

最后得：(3-5)

同样，上式中得Δ的系数可能在0.5~0.8之间变动。

注意：带有嵌件或孔的塑件，其收缩率较实体塑件收缩率为小；在成型时由于制件有伏陷物等而影响制件收缩时，收缩率亦较小。计算带有嵌件的塑件的收缩率时，上式中收缩值这一项的制件尺寸为制件的外型尺寸减去嵌件部分的尺寸。

⒊按公差带计算型腔径向尺寸

所示为模具和制件尺寸公差示意图。和平均收缩率计算时的规定相同，制件偏差以负值表示，型腔偏差以正值表示，其名义尺寸分别为制件的最大径向尺寸LS和型腔的最小径向尺寸LM由图右边可得：

略去二阶微小值

标注上制造偏差后则为：（3-6）

由图左端校核制件可能出现得最大尺寸是否在规定范围之内：（3-7）

若校核符合，按以上型腔径向尺寸制造的模具所生产出的塑件即能满足使用要求。

图3-5-11⒋按公差带计算模具型芯径向尺寸

所示为型芯和制件尺寸公差带示意图，其名义尺寸分别是制品的最小尺寸LS和型芯的最大尺寸LM。

按最小收缩率计算型芯径向尺寸为：

略去二阶微小值得：

标注上制造偏差后，则为（3-8）

校核当型芯按最小径向尺寸制造，又磨损到规定极限值且按最大收缩率收缩时，生产出的制件尺寸是否合格：

（3-9）

若校核符合，型芯的径向尺寸符合要求。图3-5-12校核不符时采取的措施

当收缩率波动较大或模具制造公差及许用磨损量过大，而制造允许公差较小时，则不能校核合格，这时应提高模具制造精度，降低许用磨损量，尽可能采用收缩率波动小的塑料满足精度要求，特别是尺寸较大的制品收缩率波动的影响最大，因此应慎重决定之。最好以类似情况（制件的材料相同，壁厚相近，形状相似）所取得的收缩率波动数据来进行计算。无论是型腔径向尺寸或型芯径向尺寸能校核合格的必要条件是：

（3-10）

亦可用此式进行校核。

有脱模斜度的型芯和型腔径向尺寸的计算

大多数的塑件为了脱模方便，无论是型芯或型腔的侧壁都应设置脱模斜度，有了斜度，制件或型腔两端的尺寸就不相等，从使用和检验来看，保证一端尺寸在规定范围内是合理的，如果不经特殊说明，则塑件孔的尺寸以小端为基准，塑件轴的尺寸以大端为基准，当是使用要求正好相反时，则应注明。

有时为了配合上的需要，制件孔或轴的大小端尺寸，包括公差带都应在规定的公差范围内，这时型芯或凹模的大小端尺寸可以用平均值法和公差带的计算方法求得。平均值法：型芯大端和型腔小端尺寸即原平均值法公式；型芯小端和型腔大端尺寸新公式；型芯小端和型腔大端尺寸中一般取1/4Δ，大脱模斜度时取1/2Δ。新公式中LM即相应的按平均值法得出的公式。有脱模斜度的型芯和型腔径向尺寸的计算按公差带法

上面按公差带求得得凹模内径作为凹模的小端内径，即而大端的尺寸按下式求得：

（3-11）

上面公差带求得的型芯外径应为型芯大端尺寸，即其小端尺寸可按下式计算：

㈡型腔深度和高度尺寸的计算

⒈按平均收缩率计算型腔深度尺寸

在型腔深度计算中，规定制件高度名义尺寸HS为最大尺寸，公差以负偏差表示。型腔深度名义尺寸HM为最小尺寸，公差以正偏差表示。型腔的的底与型腔的端面都与分型面平行，在脱模过程中磨损量很小，磨损量δC不予考虑。

令：，并略去最后一项得：

标注上制造公差后得：

⒉按平均收缩率计算型芯的高度尺寸

这里规定制件孔深的名义尺寸HS为最小尺寸，偏差为正值，型芯高度的名义尺寸HM为最大尺寸，偏差为负偏差，同上可得型芯高度的名义尺寸：

标注上制造偏差后，得：

有资料中型芯高度、型腔深度中Δ的系数为1/2⒊按公差带计算型腔深度尺寸

关于公差分布的规定与按平均收缩率计算时的规定是一致的，这时应首先根据模具的机械结构确定修模时，型腔修浅容易还是修深容易（见教材p106图）。在大多数情况下，型腔容易修浅而难于修深，因为型腔的底部常带有圆弧或呈异形，甚至刻有文、花纹，修深时要全部在加工一次，而型腔的上表面（分型面）多系平面，修浅时只需将它在平面磨床上磨去一定厚度即可，这时型腔和制件公差分布如所示。

由图可知：

标注上制造偏差后得：（3-15）

当型腔按最小深度制造收缩率又最大时，所得到的制件最小高度尺寸是否仍满足制件公差要求，可按下式校核：

略去二阶微小值得：（3-16）

图3-5-13⒋按公差带计算型芯高度尺寸

⑴易修高的情况对于最常见的组合式型芯采用型芯连接者，修模时可将型芯固定板的上端面磨去适当的高度，相当于将型芯高度增长，如所示，这时设计的型芯高度应在要求范围内，并宜于偏短，制品和型芯公差带的分布如b所示，由图可得型芯的名义尺寸（最大尺寸）

标注上制造偏差后得：

按下式校核当型芯高度最大，收缩率最小时塑件是否能满足要求：

略去二阶微小值得：

图3-5-14图3-5-15⑵易修浅的情况

有时型芯的上端面比较简单，修模时将端面切削或磨削一部分是经济的。在整体结构中，型芯根部平面修整比较困难，也以修削上端面为宜。因此在设计时使制件的实际共差在规定范围内并偏大如所示，这时

略去二阶微小值得：

标注上制造偏差后得：

（3-17）

按下式校核制件可能出现得最小尺寸是否在要求公差范围内：

略去二阶微小值得：

（3-18）

图3-5-15a校核不合格的措施

和前面型腔或型芯径向尺寸的校核一样，当制件允许公差值较小，而收缩率波动和机械加工公差较大时，则不能满足公差带计算的要求，校核将不合格，实际生产的制件尺寸也会超差。型芯高度或型腔高度校核的合格条件是：

（3-19）

也可用此式进行校核，若不能满足此式应提高模具制造精度，特别是选用收缩率波动小的塑料，并严格控制工艺条件。

关于型腔和型芯尺寸计算注意事项：1）型腔、型芯的径向尺寸考虑收缩率、磨损和模具制造误差的影响，而其深度、高度尺寸没有考虑磨损；2）对于成型收缩率很小的塑料，可不考虑收缩率；3）计算过程中对不重要的尺寸可不进行计算，直接采用塑件的基本尺寸；但配合段尺寸一定要严格；4）对精度高的塑件，尺寸数字取小数点后两位，第三位四舍五入；精度低的取小数点后一位，第二位四舍五入5）没有考虑修模余量㈢型芯之间或成型孔之间中心距尺寸的计算

模具上型芯的中心距对应着制件上孔的中心距，模具上成型孔的中心距对应着制件上突出部分的中心距如所示。

制件上中心距尺寸公差标注一般采用双向等值公差±表示，模具上中心距的公差也用双向等值公差表示。

影响模具中心距的因素由有：①制造误差δZ，在坐标镗床上加工孔时，轴线位置尺寸偏差不会超过±0.015~0.02mm，并与名义尺寸无关。②若型芯与模具呈动配合，配合间隙会影响模具的中心距尺寸，对于一个成型杆来说，当偏移到极限位置时引起中心距的偏差为0.5δj，如图3-5-16。

注意：对型芯或成型孔的均匀磨损不会使孔间距发生变化，故不考虑磨损。

图3-5-16⒈按平均收缩率计算型芯或成型孔中心距尺寸

由于是双向等值公差，制件或模具的名义尺寸即为平均尺寸，故有：

标注上制造偏差后，得：

制造公差δZ应根据模具的精度，加工方法确定（见后面表）或取制件公差△的四分之一。

⒉按公差带计算型芯或成型孔中心距尺寸

制件和模具的公差带分布如所示，δj为两个型芯所可能发生的最大偏移（间隙）的平均值即。按最大收缩率计算中心距名义尺寸得：

按最小收缩率计算中心距名义尺寸得：

两式相加并略去二阶微小值得:

标注上制造公差得:(3-21)

图3-5-17校核

这时还应分别校核制件上可能出现得最大中心距与最小中心距是否在制件要求得公差范围之内,即:

略去二阶微小值,得:

(3-22)

和:

略去二阶微小值得:

(3-23)

当型芯或成型杆为紧配合时或求成型孔孔间距时

普通法加工型芯安装孔时的孔中心间距公差㈣螺纹型芯与螺纹型环尺寸得计算

只讨论普通紧固连接用螺纹(牙尖角60°的公制螺纹)型芯型环的计算方法.当金属螺纹与塑料螺纹相配合时,模具的螺纹除了在直径方向必须考虑收缩率外,还应该考虑螺距上的收缩率,如此螺距的数值便成为不规则的小数,虽然可以在车床上加工,但比较困难,因此当配合长度较短时,也可不放螺距收缩率,下面的计算以下列假设为前提:

⒈塑件外螺纹与塑件内螺纹相配合,二者收缩率相同或相近。

⒉金属螺纹与塑件螺纹相配合，成型模具的螺纹部分放了螺距收缩率。

⒊金属螺纹与塑件螺纹相配合，成型模具未考虑螺距收缩，但配合长度很短（不超过7～8牙或者螺纹长度<0.436Δ中/Scp）。

螺纹连接的几个主要几何参数是：螺纹外径、螺纹中径、螺纹内径、螺距和螺纹牙尖角。

⒈螺纹型芯径向尺寸计算

①螺纹型芯中径

中径是决定螺纹配合性质的最重要的尺寸。它决定着螺纹的可旋入性和连接的可靠性。按平均收缩率计算型芯的中径为：

（3-24）

式中—螺纹型芯中径名义尺寸（最大尺寸），

—塑件螺孔中径名义尺寸

—塑料平均收缩率

—塑件中径公差（参照金属螺纹中精度最低者，其值可查GB197-81）

—螺纹型芯中径制造公差，应高于塑件螺纹精度

螺纹型芯的内外径

②螺纹型芯的外径

（3-25）

式中—螺纹型芯外径名义尺寸（最大尺寸）—塑件螺孔外径名义尺寸

③螺纹型芯内径

（3-26）

式中—螺纹型芯内径名义尺寸（最大尺寸），

—塑件螺孔内径名义尺寸

⒉螺纹型环径向尺寸计算

①螺纹成形环中径

（3-27）

②螺纹成型环外径

（3-28）

③螺纹成型环内径

（3-29）

式中分别为螺纹成型环中、外、内径名义尺寸;

分别为塑件外螺纹中、外、内径名义尺寸。

δ中的选取注意：①从上面的式子可以看出：螺纹型芯径向尺寸计算与一般型芯径向尺寸计算是相似的；螺纹型环径向尺寸计算与一般型腔径向尺寸计算是相似的，但又不完全相同。这是因为塑件螺纹成型时，由于收缩的不均匀性和收缩率波动等因素使其牙型和尺寸（例如牙距尺寸等）都有比较大的的偏差和变化，使可旋入性降低。②螺纹配合中螺距和牙尖角的误差，可通过增大螺母中径或减少螺栓中径的办法来补偿（即增加中径配合间隙）。因此按一般规律型芯计算公式中加3/4Δ中，而在螺纹型芯计算公式中加上Δ中，即增加了制件螺孔的中径。型腔计算公式中是减去3/4Δ中，而在这里是减去Δ中，即减小了塑件螺栓的中径。在外径和内径计算公式中，无论是螺纹型芯或螺纹型环都采用中径的公差Δ中，其制造公差也取中径的制造公差δ中。这是因为中径的公差值总是小于内径和外径的公差值，这样可提高模具制造精度。

注意：③此外，希望塑件螺纹配合时，齿顶和齿根有较大的间隙，以增加松动，避免磨损。故螺纹型芯的内径计算公式中，按一般规律应加上3/4Δ中，而在这里是加Δ中用它成型的螺孔内径大，牙尖短。塑件螺纹的牙尖过薄是不恰当的，易发生破碎或变形。牙尖切短后相应的增加了牙尖的厚度。根据同样的理由，螺纹成型环的外径计算公式中减去1.2Δ中。用它成型的外螺纹（螺栓）外径较小，这不仅增加牙顶的配合间隙，同样也增加了牙尖的厚度和强度。

⒊螺距的计算

（3-30）

式中：—螺纹型环、型芯的螺距

—塑件螺纹螺距尺寸

—螺纹型芯、型环螺距制造公差，见下表

表螺纹型芯（型环）螺距制造公差

螺纹直径配合长度 螺距公差

3～10＜120.01～0.03

12～2212＜L＜200.02～0.0424～68L＞200.03～0.05

成型零件工作尺寸计算实例：材质为PVC，确定凹模直径、深度；凸模直径、高度；4-Φ5型芯间的中心矩及螺纹型环尺寸（按平均值法）查表得塑料收缩率为：Smax=0.01Smin=0.006故：Scp=0.008分析塑件的最高精度为MT3模具制造精度取：IT9(比塑件精度高三个等级)或者取为塑件公差的1/3，约为0.087mm，稍比IT9给出的大（1）凹模（型腔）直径

LM=[L+LScp-(3/4)Δ]+δz=[34+34×0.008-(3/4)×0.26]+0.087

四型腔壁厚的计算

型腔应具有足够的壁厚以承受塑料熔体的高压和锁模力。如果壁厚不够，可表现为刚度不足，即产生过大的弹性变形值；也可表现为强度不够，即型腔产生塑性变形甚至破裂。型腔壁厚计算以最大压力为准。理论分析和实践证明：对于大尺寸的型腔，刚度不足是主要矛盾，应按刚度计算；而小尺寸的型腔在发生大的弹性形变前，其内应力就超过许用应力。因此应按强度进行计算。强度计算的条件是各种形式下的许用应力（如拉伸许用应力、弯曲许用应力）；刚度计算的条件则由于模具内的特殊性，可以从以下三个方面加以考虑：

锁模力作用下壁厚计算主要是避免模具的动定膜压坏注射机的模板注射机模板多为铸钢件，其屈服强度为386MPa，理论上模具对其作用力导致的应力<386MPa即可安全使用；但为避免缺陷、制造裂纹引起应力集中等不利因素，一般取一个安全系数，铸钢多取为7；则需用应力为。若实际应力<55Mpa即绝对安全；一台注射机的锁模力是给定的，其模板的许用应力是给定的，故由锁模力/许用应力即可得出最小的受力面积——此面积即为模具与注射机模板接触的临界最小面积，故若设计的模具其与注射机模板小于此面积必须改进设计，加大接触面积；同理：模具内给模板之间也必须互相接触面积得保证在相同的锁模力下不发生屈服失效，校核原则同上（模板之间是模具钢，其许用应力与铸钢的注射机模板不一致）。注射压力作用下壁厚需考虑的三个方面⑴从模具型腔不发生溢料的角度出发;需考虑的三个方面⑵从保证制件精度的角度出发

最大弹性变形值可以取制件允许公差的十分之一左右，常见中小型制件公差为0.13～0.25mm（非自由尺寸）。因此允许弹性变形量为0.025～0.05mm，视制件大小和精度等级而定。

需考虑的三个方面⑶从保证制件顺利脱模出发

若模具变形大于塑料允许的变形值，易产生塑件被型腔抱死开不了模的情况，故模具允许变形值要小于或等于塑件的收缩值。塑料的收缩率较大，绝大多数在0.4%以上。如制件能满足前两项要求，则多数已能满足此项要求。当制件某一尺寸同时有几项要求时，应以其中最苛刻者作为设计标准。

至于型腔尺寸在多大以上应进行刚度计算，而在该值以下则进行强度计算，这个分界值取决于型腔的形状、模具材料的许用应力、型腔的允许变形量以及塑料压力。

（一）圆形型腔侧壁和底板厚度的计算

圆形型腔指型腔内外壁横断面皆为圆形者。依其结构又可分为整体式和组合式两类。如图所示。⒈组合式圆形型腔侧壁厚和底板厚度的计算

⑴当型腔侧壁承受高压塑料熔体作用时，其内半径增长量δ，因此侧壁和底板之间产生一纵向间隙，间隙过大将产生溢料，其值为：

（mm）（3-31）

式中P—型腔内压力，kg/cm2

E—弹性模量，炭钢为2.1×106kg/cm2

R—外半径

r—内半径

μ—泊松比，炭钢取0.25

如果已知P、r、E和刚度条件δ，则上式可改写为：

（mm）（3-32）

S=R－ｒ

图3-5-18强度：按第三强度理论推算得出计算公式：

（mm）

（3-33）

在塑料压力P=500kg/cm2，许用应力[σ]=1600kg/cm2，允许变形量δ=0.05mm的特定条件下，其分界尺寸为半径r=86mm，当半径r＞86mm时按式（3-32）计算。R＜86mm时，按式（3-33）计算。当上述条件变化，不知道分界尺寸时，可分别按照刚度条件和强度条件计算壁厚，取最大者作模具设计值。

壁厚计算（刚度-强度计算的差别）当分界值不明确时按两种方法计算型腔壁厚值，取其大者。⑵底板厚度的计算

如所示的组合式圆形型腔底板，底板固定在中空的圆环形支脚上，并假设支脚的内圆直径等于型腔内径。这时该底板可视为周边简支的圆板，最大挠曲形变发生在中心，其值为

（3-34）

式中h—底板厚度，mm

故（3-35）

图3-5-19强度计算其最大应力也发生在中心，其值为

（3-36）

故（3-37）

在与上述圆筒壁壁厚计算相同的特定条件下，其刚度计算与强度计算的分界尺寸为内半径r=67mm。在r>67mm时，作刚度计算，反之作强度计算。

⒉整体式圆形型腔的型腔侧壁和底板厚度计算

⑴整体式圆形型腔在受到与组合式型腔同样的压力P时，由于侧壁受到底的限制，在一定范围内，内半径增长量就要小些，侧壁愈靠近底部，受到的约束愈大，近似认为在底板处侧壁内半径增长量为零。但当侧壁高到一定的界限L以上,则不再受底板约束的影响，其内半径增长值与自由膨胀的组合式型腔增长值δ相同，如图所示。经推导自由膨胀与约束膨胀的分界点的高度L为：

mm（3-38）

图3-5-20内半径的增长量的计算在约束膨胀部分，内半径的增长量：

mm（3-39）

式中：L1——约束膨胀部分距底的高度；

L——约束膨胀与自由膨胀的分界高度；

δ——自由膨胀时内半径增长量。

当型腔高度超过L时，按组合式的圆形型腔作刚度计算和强度计算，当型腔高度低于L时，按式（3-38）和（3-39）作刚度校核，用试差法确定外半径R，侧壁厚S，然后按下式作强度校核：公斤/厘米2

（3-40）

⑵底板厚度

整体式圆形型腔的底板可视为一周边固定的原板（若直接放在注射机模板上可不计算），其最大变形发生在原板中心：

mm（3-41）

按照刚度条件，则底板厚度为：

（3-42）

最大应力发生的周边，按照强度条件：

mm（3-43）

同样底板内半径较小时宜用强度条件计算，内半径较大时则按刚度条件计算。当[σ]=1600公斤/厘米2，P=500公斤/厘米2，E=2.1×106公斤/厘米2，δ=0.05mm时其分界尺寸为r=136mm。

圆形凹模壁厚经验值凹模内壁直径2r整体凹模壁厚S=R-r镶拼式凹模凹模内壁直径2r整体凹模壁厚S=R-r镶拼式凹模凹模壁厚S1模套壁厚S2凹模壁厚S1模套壁厚S2～4020818>90～100501440>40～5025922>100～120551545>50～60301025>120～140601648>60～70351128>140～160651752>70～80401232>160～180701955>80～90451335>180～200752158（二）矩形型腔侧壁和底板厚度的计算

⑴矩形型腔组合方式很多，但常见的是侧壁作为整体再和底组合者如图所示，设允许变形量为δ将侧壁每一边都看成固端梁，其壁厚按下式计算；

mm（3-44）

式中：L1——侧壁某边长度，mm；

a——承受塑料压力部分的侧壁高度，mm；

A——侧壁高度，mm。

图3-5-21从强度的条件出发

侧壁每边都受到拉应力和弯应力的联合作用，弯应力按固端梁计算，其最大值σwan在梁的两端

公斤/厘米2

式中：L2——侧壁另一边长度，mm。

总应力应小于许用应力

（3-45）

按此式求解侧壁厚S。当[σ]=1600公斤/厘米2，P=500公斤/厘米2，a/A=4/5，δ=0.05mm时，侧壁长边长度L1刚度计算与强度计算的分界尺寸为370mm。

⑵底板厚度的计算

依其支承方法的不同而有很大的差异，这里仅讨论最常见的动模为双支脚的底板如图所示，型腔断面内部尺寸为b×L，为简便计，假定型腔底长与支脚间距相等，则底板可视为受均匀载荷的简支梁，其最大变形出现在中点。

mm

即：（3-46）

L——支脚间距等于底板上承受成型压力部分的长度，mm；

b——底板成成型压力部分的宽度，mm；

B——底板总宽度，mm。

简支梁的最大弯应力也出现在中点最大变形处，其值为：

3-5-22⑵底板厚度的计算

已知许用弯应力为[σ]时，壁厚按下式作强度计算：

mm（3-47）

当P=500Kg/cm2，b/B=1/2，