橡胶与塑料模具设计教案

橡胶与塑料模具设计教案

橡胶模具设计

第一节绪论

随着我国橡胶制品工业的发展，橡胶制品的种类日益增多，产量日益扩大，

促使着橡胶模具设计与制造由传统的经验设计到理论计算设计。尤其是橡胶生产

设备的不断提高与生产工艺的不断改进，橡胶模具越来越多，模具的制造水平与

模具复杂程度也越来越高越精致。高效率、自动化、精密、长寿命已经成为橡胶

模具发展的趋势。

一、橡胶模具的分类

橡胶模具根据模具结构和制品生产工艺的不同分为：压制成型模具、压铸成

型模具、注射成型模具、挤出成型模具四大常用模具，以及一些生产特种橡胶制

品的特种橡胶模具，如充气模具、浸胶模具等。

1.压制成型模具

又称为普通压模。它是将混炼过的、经加工成一定形状和称量过的半成品胶

料直接放入模具中，而后送入平板硫化机中加压、加热。胶料在加压、加热作用

下硫化成型。

特点：模具结构简单，通用性强、使用面广、操作方便，故在橡胶模压制品

中占有较大比例。

2.压铸成型模具

又称传递式模具或挤胶法模具。它是将混炼过的、形状简单的、限量一定的

胶料或胶块半成品放入压铸模料腔中，通过压铸塞的压力挤压胶料，并使胶

料通过浇注系统进入模具型腔中硫化定型。

特点：比普通压模复杂，适用于制作普通模压不能压制或勉强压制的薄壁、

细长易弯曲的制品，以及形状复杂、难以加料的橡胶制品。采用这种模具生

产的制品致密性好、质量优越。

3.注射成型模具

它是将预加热成塑性状态的胶料经注射模的浇注系统注入模具中定型硫化。

特点：结构复杂、适用于大型、厚壁、薄壁、形状复杂的制品。生产效率高、

质量稳定、能实现自动化生产。

4.挤出成型模具

通过机头的成型模具制成各种截面形状的橡胶型材半成品，达到初步造型的

目的，而后经过冷却定型输送到硫化罐内进行硫化或用作压模法所需要的预

成型半成品胶料。

特点：生产效率高、质量稳定、能实现自动化生产。

二、成型设备

反作法澳真使用平板硫化机。（蒸汽硫化机：一般饱和蒸汽的最高压力可达0.6〜

0.8Mpa,硫化温度在158〜168范围内。电阻丝加热平板、油压平板硫化机）

压■德泊澳真使用压铸机。

注射注模具使用注射机。（注射机工作压力一般为100〜140Mpa,硫化温度为

140〜185,硫化时间为1-5分）

讲出法模其使用挤出机。

第二节橡胶压制成型模具

一、压制成型模具的设计原则

为了保证制品有正确的几何形状和一定的尺寸精度，在设计模具时应遵循如

下原则：

1.掌握和了解橡胶制品所选用的橡胶材料（牌号）硬度（邵氏）和收缩率。

2.设计的模具结构合理、定位可靠、操作方便、易于清洗和制品修边。

3.模具中模腔的数量适当、便于机械加工和使用。

4.在保证模具强度和刚度情况下力求模具轻便。

5.模具设计符合标准化。

二、压制成型模具的结构

1.开放式

利用上下模最终吻合时的压力压制制品，多余胶料从分型面益出，制品有水

平方向飞边。

适用于硬度较低，具有较大流动性的胶料和形状简单的制品。

结构形式

2.封闭式

封闭式模具型腔上端带有一定高度的模具配合高度，压制过程中胶料不易外

溢，能充分地充满型腔，制品致密性好。

封闭式模具适用于夹布、及其他织物的制品、胶料硬度较高、流动性差的制

品。

结构形式

3.半封闭式

模具一端带有一定深度锥面配合。特点是操作安全、定位可靠、不易拉毛配

适用于上下带有型腔、制品同轴度要求较高的单腔模具。

结构形式

4.较链式（合页式）

适用于制品件较小或模具中的镶块暴露在凸模上，操作时容易碰伤的情况。

结构形式

5.外箍压紧式

适用于夹布胶带、平胶带等带夹织物制品。

结构形式

第一节模具设计

一、模具设计步骤

1.模具结构的选择

2.分型面的选择

3.型腔尺寸的确定

4.镶块及型芯安装方法的确定

5.其它尺寸的确定。

模具结构的形式直接关系到制品质量、生产效率、模具加工难易、使用寿命

等。制品不同，模具结构不同；制品相同，使用的设备不同、加工工艺不同,

模具结构也不同。

二、分型面的选择

1.分型面：分开模具，取出制品的面。

2.分型面选择位置的不同直接影响到胶料的填充、制品质量、模具加工、模具

使用、制品修边等。

3.分型面设计原则

⑴保证制品顺利取出与脱模

具体结构见下图。

⑵模具的分型面应尽量闭开制品的工作面

具体结构见下图。

⑶同一类型制品不同分型面的选择

同一类型制品的分型面选择必须考虑到制品的取出。制品能否取出决定于制

品厚度、断面与内径的大小。

具体结构见下图。

⑷分型面选择的最大特点

分型面的选择在制品的非工作面上，或者在制品的边角、圆弧突出点的面上。

突出点在边角或圆弧相交的制品，分型面一般设置在边角或圆弧相交处为宜。如

图所示。

⑸夹布、夹织物制品的分型面

夹布、夹织物制品的分型面的选择，既要考虑胶料与夹布织物的安放与填充,

又要考虑胶料与织物的压紧和压实，因此，分型面必须有适当的镶嵌的深度。常

用的镶嵌深度H=3〜6mm。如图所示。

⑹橡胶制品中各类套管、防尘罩、橡胶轴承分型面的选择

上述制品分型面的选择应根据工厂的实际情况考虑，但一定要保证模具导热

均匀，制品取出方便。分型面可分为立式、卧式。具体见下图。

对于一般细长套管（两头大、中间小，或带有台阶的各类保护套），当立式

分型面加料困难，且模具闭合高度超过模具宽度而影响导热时，通常采用卧式分

型面的模具结构。如图。

对于波浪形的防尘罩，分型面采用卧式两瓣模结构。模芯由多件（5〜6块）

镶块组合。如图所示。

如果防尘罩台阶较少，其中一端口径较大，制品厚度小于1.5mm,也可采用

整体模芯结构。这样模具加工容易，操作方便。也可采用圆片形拼合模芯结构。

如图所示。

另外，橡胶轴承制品分型选择应根据制品高度确定。当制品高度超过60mm

时，模具应采用卧式分型面。如图所示。

常用。型圈分型面的选择，一般按使用要求可分为180°和45°分型面的

结构。如图所示。

180°分型面一般适用于固定（静态）密封的场合，45°分型面一般适用往

复直线、旋转运动的动态密封场合（固定密封也可使用）。

三、模具定位

模具型腔一般由多块模板组成，要确保制品在型腔中获得准确的形状与位置,

必须采用不同的方式的定位，不然难以压制出准确的制品。

模具定位的结构方式：

1.圆柱面定位

结构形式如图所示。

特点：通用性强，加工方便，定位可靠。

设计要求：

（1）定位配合长度h应大于制品的高度H,否则易压坏模具。

（2）圆柱面定位有单向定位、双向加强定位结构。

单向定位：如图。

合理结构因为制品在硫化时会钻缝，导致出模时制品边缘拉伤以及钻缝残留

飞边，影响制品外观质量。

双向定位：适用于长壁管类的制品。

特点：双向定位加料方便、并具有良好的定位性能、制品壁厚均匀、型芯不

易歪斜等。

定位方式有球面定位和圆锥面定位，如图所示。

2.圆锥面与斜面定位

结构形式：

特点：性能可靠，精度高，加工较难，操作方便，斜面配合不易损伤、拉毛,

模具使用寿命长。

技术要求：

(1)圆锥面、斜面定位采用6°〜15°,常用10°。配合定位高度为6〜

10mmo

3.导柱、导套定位

结构形式：

特点：适用于多腔模具。

技术要求：

(1)导柱排列方式：三孔丁字形排列(比后者好，因此应用较多))；一大一

小对角排列。

(2)导柱直径：6、8、12、16mm；长度：24、28、34、38、44、48mm,比模

具闭合后短1〜2mm。也可视模具高度而定。

(3)配合精度：见图：

4.镶块与V形挡板定位：适用于压制异形胶管、护套、空芯嵌条等卧式模具，

它既解决了模具加工困难，又能拉紧模具。

结构形式：

特点：能解决加料后型芯的定位问题，从根本上防止上下模或型芯压坏的现

象。

5.螺钉定位

形式较多，特点是既可起调节作用，又可起拉紧、定向作用。

(1)螺钉调节高度定位

带有金属嵌件活门的杂件制品，由于嵌件尺寸误差不相一致，如嵌件为上

偏差，导致压胶时嵌件高度变形；如嵌件为下偏差，导致制品缺胶或出现微

孔不致密状态；如增加胶料，则制品飞边增厚。用螺钉调节嵌件高度，可以

避免压胶时造成的飞边增厚、变形、缺胶等现象。

用螺钉调节嵌件定位高度，操作比较麻烦。压胶前必须先压紧上模，待

螺钉高度(压紧嵌件状态)调整后，再卸下压紧螺钉，而后加料、加压硫化。

否则嵌件与模具高度H必须作到一致，将比较困难。如图所示。

(2)骑缝螺钉定位

带方形或异形的型芯要求定位时，可用骑缝螺钉或骑缝圆柱销定位，如图所

力、O

(3)嵌件或型芯螺钉定位

此方法适用于制品中带有镶件制品，或用卧式模具成型的制品中型芯用螺钉

拉紧定位的情况。如图所示。

四、胶料收缩率的确定

（1）胶料收缩率的定义

胶料在压制、加热硫化过程中，胶料内部发生变形和交联，由此产生热膨胀

力，硫化胶料在冷却过程中，应力趋于消除。胶料的线性尺寸成比例缩小。

因此，在模具设计中，成型部分的尺寸需相应地加大。收缩率比例一般采用

百分比表示。

（2）影响胶料收缩率的因素

橡胶的热膨涨、制品的结构形式如端面壁厚、有无金属非金属嵌件、制品的

含胶率、硫化温度、胶料的致密程度、硫化工艺等。

①制品收缩率随所用胶料量的增加而增大。如图所示。

②制品收缩率随硫化后的橡胶硬度增加而成马鞍形变化。如图所示。

③制品收缩率随硫化温度的变化曲线。如图所示。

④半成品胶料重量与收缩率的关系

（3）胶料收缩率的一般规律

①硫化温度越高（超过正硫化温度），收缩率越大。在一般情况下，温度每升高

10°C,其收缩率就增加0.1%〜0.2%。

②胶料压延方向和在模具中流动方向的收缩率大于垂直方向的收缩率；流动距离

越长，收缩率越大。

③半成品胶料量越多，制成品致密度越高，其收缩率越小。

④胶料的可塑性越大，收缩率越小；胶料的硬度越高，收缩率越小。（高硬度例

外，据实验测定，胶料硬度超过邵氏90度以上，其收缩率有上升的趋势）

⑤填充剂用量越多，收缩率越小；含胶量越高，收缩率越大。

⑥多型腔模具中，中间模腔压出制品的收缩率比边沿模腔制品的收缩率略小。

⑦注射法制品比模压法制品的收缩率小。

⑧薄形制品（断面厚度小于3mm）比厚制品（10mm以上）的收缩率大0.2%〜

0.6%.

⑨一般制品的收缩率随制品内外径和截面的增大而减小。不同类型橡胶的收缩率

大小依次为氟橡胶、硅橡胶、三元乙丙胶、天然胶、丁晴胶、氯丁胶。（以上

橡胶类型按胶种而言，不是按胶种配方牌号）。

⑩常用的橡胶制品的收缩率

⑪棉布经涂胶后与橡胶分层贴合的夹布制品,其收缩率一般在。〜0.4%；

⑫夹涤纶线制品,其收缩率一般在0.47.5%；

⑬夹锦纶丝、尼龙布制品,其收缩率一般在0.8〜1.8%；

⑭夹层织物越多，收缩率越小。

⑮衬有金属嵌件的橡胶制品收缩率小,且朝金属方向收缩,其收缩率一般在。〜

0.4%；

⑯单向粘合制品其收缩率一般在0.47.0%；（如骨架油封结构中嵌件粘合部分

其收缩率一般在0—0.4%；唇口部分（纯胶部分）收缩率为阶梯形式,离嵌件

一端越近,其收缩率越小,反之越大。）

⑰硬质橡胶(邵氏硬度大于90度)，含胶量约在2。。%时,制品其收缩率一般在

L5%；

⑱橡胶与塑料拼用像塑制品的收缩率一般在1.1%〜1.6%；约比同类橡胶制品小

0.1%〜0.3%；

⑲赭槽方形制品,由于橡胶压制时挤压方向关系,B向比A向收缩率大0.2%〜

0.4%,如图。

(4)胶料收缩率的计算方法

胶料收缩率随胶种、模具、工艺条件等因素的不同而不同，现在还没有一个

准确的、完美且具有实用价值的计算公式。有经验的设计人员常凭经验数据估计

和积累实际测定数据为参考。

常用的橡胶收缩率计算公式如下。

1.橡胶制品与模腔相应尺寸计算公式：

C=(L2—LI)/LIX100%

C一制品胶料的收缩率：

L1一室温时测得的橡胶制品尺寸；

L2一室温时测得的模具型腔尺寸。

2.以邵氏硬度计算制品胶料收缩率的经验公式：

C=(2.8—0.02K)X100%

K一橡胶的邵氏硬度。(查《橡胶模具设计制造与使用》，虞福荣编。)

3.以橡胶硫化温度计算制品胶料的收缩率的一般公式：

C=(a—B)AT•RX100%

a一橡胶的线形膨胀系数；

P一模具材料的线形膨胀系数，

AT—硫化温度与测量温度差，

R一生胶、硫磺、有机配合剂在橡胶中的体积百分数(%)0

a、B常见值见下表

五、模具型腔尺寸计算

收缩率对制品成型尺寸影响很大，另外，制品尺寸的波动还取决于合模压

力、硫化过程中的工艺条件，也取决于模具结构和工艺过程。所以考虑模具尺寸

时应综合考虑，并配以经验数据，以得到合理的成型尺寸。

计算模具型腔尺寸的方法有以下几种。

1.厚、薄制品模具型腔内外径尺寸计算

制品厚、薄、断面宽度对胶料收缩率有一定影响。实践证明：制品越厚，收

缩率越小；断面宽度越大，相对收缩率也越小。制品厚度、断面宽度对胶料收缩

率的影响(又称补偿值)见表。

表制品厚度H、断面宽度W对胶料收缩率S补偿值S]

厚度范围H|W3|>3〜616〜10110〜20120〜30130〜40|~>50

断面宽度W

收缩率S补偿

s-s-s一s-s-SJ.6

S.toMaxMaxMaxMaxMax

值S](%)

0.10.20.30.40.5

在上表中，当H、W不在同一数值范围内时，51值取11、W中尺寸范围小

者为补偿值。如：H=3、W=25时，应取H=3相对补偿值S।=(SM-0.1)%。

厚、薄制品的模具型腔外径尺寸按下式计算：

D,=D+(DXS])

式中：D1一型腔外径尺寸；

D一制品外径尺寸；

S,一胶料收缩率补偿值。

厚、薄制品的模具型腔内径尺寸按下式计算：

dj=d+(dXS])

式中：熊一型腔内径尺寸；

d•—制品内径尺寸；

S1一胶料收缩率补偿值。

2.衬有金属嵌件制品的收缩率

衬有金属嵌件橡胶制品，其收缩率较小，且朝金属嵌件方向收缩。对一般带

有金属嵌件的制品，可以按下列经验公式计算其自由收缩值。

制品形状如图所示。

双向制品时：U七十+(W-S)

单向制品时：U^H•C+(W•S)

式中：U-自由收缩最深深度；

H—制品胶料厚度(嵌件粘接高度)；

S-胶料收缩率；

W一制品断面宽度。

3.橡胶O形圈模具型腔内径及断面尺寸计算

3.1O型圈型腔内径尺寸及公差的计算，可按下列公式计算:

%=d(l+S)±A

式中：脑一型腔内径尺寸;

d•—制品内径尺寸；

S—内径收缩率；

△一型腔内径公差（提高精度后公差，其值约等于。形圈制品内径公差

的0.3倍）。

3.2型腔断面尺寸及公差，可按下列公式计算：

W।=W（1+S）±A

式中：W1一型腔断面直径；

W—O型圈断面直径；

△一模具型腔断面公差取±0.05（包括上、下模合拢后型腔断面错位量）。

型腔尺寸计算应遵循的原则：

1.差表以硬度为基准，计算收缩率近似值；

2.提高型腔的加工精度，一般制品要求提高2〜3级，其公差值约等于制品公差

的0.3倍左右。

3.在新开的模具，尽可能留有修模的余地。

第三章橡胶模压制品的废、次品分析

其原因主要有：

1.橡胶收缩率计算不准。

2.成型、硫化工艺不正确。

3.模具结构不合理。

4.胶料本身有缺陷。

5.制品尺寸公差过小。

橡胶模压制品的废、次品分析见下表

序号废品类型废品特征产生的原因

1尺寸不准制品厚度不均，外形尺寸超差，1.设备、模具平行度不良

其尺寸不符合图样要求2.橡胶收缩率计算不准

3.模具加工不良

2缺胶制品没有明显的轮廓，其形状1.装入的胶料重量不足

不符合图样要求2.压制时上升太快，胶料没有充满型腔而溢

制品有明显的轮廊，但存在局出模外

部凹陷、欠缺3.排气条件不佳

3飞边增厚制品在模具分型面处有增厚现1.装入的胶料超量过多

象2.模具没有必要的余料槽或余料槽过小

3.压力不够

4气泡制品的表面和内部有鼓泡1.压制时型腔内的空气没有全部排出

2.胶料中含有大量的水分或易挥发性的物质

3.模具排气条件不佳

4.装入的胶料重量不够

5凸凹缺陷制品表面有凸凹痕迹1.模具加工时留下的加工痕迹

2.胶料本身有缺陷（如黏度大或超期）

3.模具排气条件不佳

6裂口制品上有破裂现象1.启模时取出制品时，制品被划伤

2.因型腔内涂刷隔离剂过多而造成胶料分层

现象

3.模具结构不合理

4.胶料成型方法不合理（特别是叙橡胶与高

硬度丁晴橡胶）

7皱折裂纹、离制品表面皱折1.型腔内装入了脏污的胶料

层制品表面和内部有裂纹、离层的2.型腔内所涂的隔离剂过多

现象3.不同胶料相混

4.工艺操作（成型、加料方法）不正确

5.胶料超期

8杂质制品表面和内部混有杂质1.胶料在塑炼、混炼及保管、运输中混有杂

质

2.模具没有清理干净（包括飞边、废胶未清

理干净）

9分型面错位制品在分型面处有较大的错位1.模具制造精度误差和加工精度不够

2.45度分型胶圈由于飞边增厚

3.模具定位不良

10卷边制品在分型处有明显的向内收1.胶料加工性能差（如氟橡胶）

缩的现象2.模具结构不合理（厚制品应采用封闭式结

构模具和合理开置余料槽）

11粗糙度不够制品表面粗糙度不符合有关标1.模具粗糙度不够

准的相应要求2.镀铭层有部分脱落

3.有些胶料腐蚀模具表面

12结合力不强金属嵌件与橡胶结合不好1.金属嵌件镀铜或吹砂质量不好

2.没有严格执行涂胶工艺规程（包括使用超

期镀铜件、胶粘剂或混炼胶）

3.压制地点的相对湿度太大

4.胶料与金属粘接剂选择不当

13孔眼制品有孔眼缺陷1.杂质脱落

2.气泡破裂

3.装入的胶料重量不足

14接头痕迹制品有接头痕迹1.成型、加料不正确

2.模具结构不合理

3.胶料流动、结合性差

几种常用胶料易产生的缺陷及特点

序号常用胶料易产生的胶料及特点

1天然胶易产生粘模、卷边、闷气现象，扯断力差、

伸长率大，易于取出制品、硫化流动性好

2丁晴胶易闷气，结合力差，在接头处易产生痕迹而

影响制品的强度

3氯丁胶因黏度大，制品表面易产生凹痕（如低洼麻

点），制品取出过程中变形量大（特别是热模，

强制拉出制品）

4丁苯胶该胶料（特别是3160胶料）对模具型腔腐

蚀性大，型腔表面易发黑，因而制品表面光亮

度差

5硅橡胶收缩率不易掌握，因而制品尺寸较难保证。

6144胶料粘模、硬度低、飞边薄，而且扯断

力差，制品取出比较困难

6氟橡胶收缩率变化范围大；与其他胶料相比，加

工工艺性差（如硬度大、流动性小、结合性能

差）、不易变形、硫化定性快，在分型处易卷

边（缩边）和产生裂痕（缝）

7乙丙橡胶三元乙丙橡胶（1023胶料）硫化启模后，

气味难闻、制品易撕裂，所以有的制品采用冷

却后取出

8聚氨脂橡胶混炼、成型、硫化加工工艺性差，易起泡、

发粘、开裂、流动性差

9丁锂橡胶该胶料（2840胶料）硫化启模后气味难闻，

易粘模，硬度偏低，胶边（飞边）易卷边和粘

合

第三节橡胶挤出模具

1、橡胶挤出模具的特点

橡胶挤出成型是橡胶制品生产工艺过程中的一个环节，它为下一个工序提供

所需的半成品或预成品。按提供给挤出机胶料的不同可分为冷喂料和热喂料，使

用的挤出机亦分别称为冷喂料挤出机和热喂料挤出机。

挤出原理就是胶料在挤出机中进行加热和塑化，并在螺杆和机筒间受到强烈的剪

切，并通过螺杆的旋转不断地向前输送，然后在一定的压力作用下通过挤出模具

（亦称口模）挤出而得到所需的制品形状。

1.1橡胶挤出成型的特点：

胶料通过挤出机螺杆的旋转得到进一步的混炼和塑化，保证挤出的半成品胶料质

量更致密、均匀；

应用面广，通过变换口型模，可以挤出各种断面形状的橡胶型材和供压制模具使

用的预成型半成品；

挤出成型的制品速度快，生产效率高，有利于自动化生产；

挤出成型不受长度限制，可以满足由于设备的限制而不能采用模压制造的超长制

品o

5.通过挤出模具胶料的变形与膨胀规律。

胶料通过挤出机口模时间非常短，胶料在离开口模的瞬间压力得到释放，因此胶

料具有瞬时应力松弛的特点，这种应力松弛导致胶料在离开口模后长度方向收

缩、断面方向膨胀，这种变形通常称为膨胀变形。

橡胶挤出膨胀变形有以下规律：

①硬度较低的橡胶（邵氏硬度50〜60度），膨胀变形大，挤出尺寸不稳定；硬度

较高（邵氏硬度70度以上）的胶料挤出变形小，挤出制品形状尺寸比较稳定；

②可塑性较好的胶料，挤出后膨胀变形较小，挤出尺寸稳定；

③硅橡胶挤出的型材和半成品尺寸形状一般不膨胀，反而有所收缩；

④挤出型材的膨胀与制品大小有关，相同断面形状在相同工艺条件下，膨胀率与

型材尺寸成正比。

⑤挤出型材膨胀与制品断面形状有关，一般圆断面的制品挤出后断面形状不变，

尺寸因膨胀会增大；矩形或其它异形断面形状的制品，挤出后膨胀变形，其断面

形状发生改变。因此设计挤出模具时，应充分考虑膨胀变形的因素，力求设计出

符合制品要求的断面形状。

按胶料硬度挤出型材膨胀率见表lo

表1

胶料硬度（邵氏A型）膨胀范围

5015%〜20%

6010%~22%

>705%~20%

2、挤出模具设计

橡胶挤出模具总体结构与塑料挤出模具结构大致相同。但又有其设计特点。

几种常见的橡胶挤出模具结构如图1所示。

虞P218,221,222图。

对于形状简单且类似的制品，由于使用同一台挤出机生产，为提高效率、降低成

本，可设计出能更换口型模的挤出模具。这样对不同的制品要求只需更换口型模

而不必更换整套模具。如上图中的口型模、口型模套筒。

对挤出模具的结构要求：

模具内腔呈流线型

为庙胶料能沿着模具的流道均匀地挤出，同时避免胶料发生过热硫化，模具内部

不能存在滞留胶料留存的死角。

有足够的压缩比

为使橡胶制品质量致密和消除因分流器造成的料流结合线，挤出模具应有足够的

压缩比。压缩比通常在1：1.2〜1.4之间。

2.1口型模设计

根据制品形状的不同可分为圆形挤出口型模和扁平形挤出口型模。口型模结

构见图2

图2P215

2.1.1口型模口径尺寸

圆形口型模口径尺寸一般为挤出机螺杆直径的1/3〜3/4。

口型模口径过大会导致挤出的胶料压力不足，使挤出不均匀，膨胀率变化不定,

断面形状产生波动，挤出的制品致密性差；口型模口径过小，容易引起胶料焦烧。

挤出机螺杆直径与口型模尺寸的相互关系见表2。

表2

挤出机螺杆直306585115

径

口径尺寸20以下20-4030〜6040-80

扁平形口型模口径尺寸

扁平形的制品由于断面壁薄，一般挤出宽度为螺杆直径的2.5〜3.5倍。但其

总挤出量也应在螺杆直径的1/3〜3/4。扁平形制品的挤出宽度与挤出机螺杆直径

的关系见表3o

表3

挤出机螺杆直306585115

径

口径最大宽度90180250300

胶料通过口模后，由于压力消除，出现膨胀变形现象，使制品断面积增大，

而由于牵引收缩的因素，断面积也有缩小的趋势。这种膨胀和收缩的大小与橡胶

种类、性质、机头温度、挤出速度、压力、口型模结构等有直接的关系。复杂的

口型模尺寸的计算目前多由经验确定。简单制品的口型模尺寸可按下式计算：

d=D-KD

d一口型模口径（mm）；

D—制品断面尺寸

K一膨胀率，见表1或经验数据。

2.1.2口型模挤出锥度

口型模挤出锥度一般不超过90°,流道较长形状简单的口型模挤出锥度一般

在30〜60。。如图2所示。

2.1.3口型模厚度

口型模厚度越大，膨胀率越小；口型模厚度越小，膨胀率越大。

在设计口型模时，可先将口型模的厚度加大，通过试模检查挤出制品的情况。

如不合适再作修改。

对硬度较高的胶料，形状复杂且焦烧温度较低的制品，口型模可薄一些。

为保证胶料能顺利通过口型模，口型模与口型模套筒的过渡角厚度越小越

好，一般在0.5〜1mm左右。见图2。

对挤出机容量与挤出容量相差过大或挤出制品形状不对称时，可适当开设一

些排胶口，以免出现制品焦烧、自硫或口型模因强度不足而损坏的情况。排胶口

形式见图3。

图3P216

2.2型芯与支架

带有型芯与支架的挤出模具见图4。

图4P228

型芯有两种结构形式：一种是带中心孔结构，它与支架加强筋外接孔相通，

挤出过程中利用压缩空气吹入滑石粉，使空芯制品的内径保持不粘合状态；另一

种是无孔结构，用于挤出胶料硬度较高或厚壁制品。

支架起支撑型芯的作用，它与挤出模具的内孔配合定位。支架一般有2〜3

根支撑筋。

第四节橡胶注射模具的特点

橡胶注射硫化工艺是橡胶制品生产中的一项新型加工技术。其最大特点是：

缩短硫化时间，减小生产中的准备工序，减轻劳动强度，提高生产效率。

橡胶注射硫化的原理是橡胶的线形大分子在硫化交联剂的作用下交联成网

状或体形结构的过程，其过程是一种化学反应。化学反应完成的时间随着反应温

度的增加而缩短。橡胶硫化过程每当温度升高10°达到同一硫化程度所需要的时

间就缩短约一半。当然，橡胶在硫化过程中的化学、物理性能的变化是与温度和

时间有关的，选择合理的硫化时间和温度是保证注射硫化制品的性能的关键。

塑料模具设计

绪论

一、橡塑模具在国民经济中的地位

模具是工业生产中用来成型制品的重要工业装备，是国民经济各部门发展的重要基础

之一•模具直接影响着新产品的开发和老产品的更新换代，影响着产品的质量的提高和经

济效益的增加。美国工业界认为模具工业是工业的基石。日本则称模具是促进社会繁荣富

裕的动力。的确，没有高水平的模具工业，就没有高水平的机电工业。

塑料工业是随着石油工业的发展应运产生的。自40年代研制出聚氯乙烯、聚苯乙烯、

聚乙烯等塑料产品以来，塑料工业的发展日新月异，新材料、新工艺、新技术不断涌现，产

品产量不断翻番。塑料已经成为继金属材料、纤维材料、硅酸盐材料之后的第四大材料。以

塑料代替金属材料、木材等材料已经成为塑料发展的趋势。近几年来，由于生产设备技术的

提高和发展，橡胶产品也已不只是单纯的压制产品，注射产品等也越来越多的应用于工业、

家电等各行业。这些橡塑产品的应用，提高了工业产品的附加值。

事实上，仪器仪表、家用电器、交通、通讯和轻工业等行业的产品零件中，绝大多数是

采用模具加工而成的。没有模具加工业，就没有橡塑制品。就塑料加工业而言，塑料产品的

不断开发与应用，就不断地向模具设计、研制和生产提出更高的要求，这又极大地促进了模

具的发展。在许多发达国家，模具工业的产值已经超过或接近机床工业的产值。我国也已经

把模具工业作为重点发展的产业，模具工业已经成为我国国民经济发展的重要部分。

二、塑料橡胶模具概述

在各种材料加工工业中广泛地使用着各种模具，例如塑料制品使用的塑料模具，橡胶制

品使用的橡胶模

具，金属压力加工使用的金属模具，陶瓷、玻璃制品使用的陶瓷、玻璃模具，金属铸造成型

使用的砂型模具等等。

模具是利用特定的形状和尺寸成型一定制品的工具。成型橡塑制品的模具就是橡塑模

具。

随着新材料、新工艺、新技术的不断发展，越来越多橡塑产品应用于工业、农业、国防、

家电等各行业。特别是塑料材料已成为继金属材料、纤维材料、硅酸盐材料之后的第四大材

料。许多形状复杂、尺寸精度高的产品不断出现，这些产品的产生势必带动模具工业的发展,

同时对模具工业也提出了更高的要求。CAD/CAM/CAE已经成为模具加工、设计的主流。

生产高效率、自动化、大型、微型、精密、寿命长的模具已经成为模具发展的趋势和判断一

个国家模具行业制造水平高低的主要因素。近几年来，随着我国不断引进国外的先进的模具

加工设备与计算机软硬件，我国模具的设计制造水平不断提高。性能稳定的设备、合理的生

产工艺、高质量的模具是生产高质量制品的必备条件。

三、塑橡模具的结构类别及使用设备

（一）、塑料橡胶模具分类

不同成型方法成型的制品使用的模具结构与成型原理是不同的。按成型加工方法的不

同，橡塑成型模具

可分为以下几大类。

1.注射成型模具

在注射机的料筒内加入物料，物料在注射机螺杆或柱塞的作用下，向前输送，经螺杆和

外部加热装置的作用，由固态变为熔融状态，然后在注射机螺杆或柱塞的作用经模具的浇注

系统注入型腔中定型。塑料中热塑性塑料多用注射模具生产，橡胶制品中也越来越多的使用

注射模具生产。

特点：模具结构复杂、适用于生产大型、厚壁、薄壁、形状复杂、尺寸精度高的制品；

生产效率高、质量稳定、能实现自动化生产。

图2-3-1注射模具结构

2.压制成型模具

将物料直接加入敞开的模具型腔内，然后合模施压。物料在模具中经热和压力的作用成

为熔融状态，经过

物理或化学变化物料硬化定型。橡胶制品目前多采用压制成型的方法生产。

特点：模具结构简单，通用性强、使用面广、操作方便。

图2-3-2压制模具结构

3.挤出成型模具

挤出成型模具又称机头。在挤出机中的物料经螺杆旋转向前输送，在料筒加热装置的作

用下，由固态变为

熔融状态，经挤出机机头挤出成型。随着机头断面形状的改变可生产不同断面形状的连续制

品。

特点：生产效率高、质量稳定、能实现自动化生产。

图3-2-3挤出模具结构

4.塑料中空吹塑成型模具

塑料中空吹塑成型根据成型工艺方法可分为挤出成型和注射成型等多种。挤出成型就是

将挤出机挤出的熔

融管胚放入模具中，模具闭合夹紧，然后在管胚中通入压缩空气，使料胚膨胀贴紧模具定型

成型。注射成型就是把注射机生产的型材放入模具中加热并使之软化，然后通入压缩空气，

使料胚膨胀贴紧模具定型成型。

特点：模具受力小，模具结构相对来讲简单，可成型用其他方法不能成型的制品。

图3-2-4塑料中空吹塑模具结构

除以上常用的模具外，还有压铸成型模具，塑料真空或压缩空气成型模具，塑料发泡模

具等等。

图3-2-5压铸模具结构

图3-2-6塑料真空或压缩空气模具

（二）、设备简介

1.注射成型机

合模装置（肘节方式）模具注射装置

2.平板硫化机

3.挤出成型机

4.塑料中空成型机

第一节概述

利用塑料注射成型机成型塑料制品的模具就是塑料注射模具，其结构由制品的形状及注

射机形式决定的。

注射机成型的原理及特点在第二章中已有表述。塑料注射模具是塑料制品中应用最广的，由

注射模具生产的制品已占塑料产品的80%以上。注射模具在结构上也是塑料模具中最复杂

的。掌握注射模具的基本结构，其它模具也就触类旁通了。注射模具安装在注射机上生产，

因此模具设计要和注射机的规格相联系，同时也与制品的要求、生产要求有关。

图3-1-1为单分型面塑料注射模具的结构形式。它主要由六部分组成。

图3-1-1单分型面塑料注射模具

（一）、浇注系统

将塑料熔体由注射机引向模具成型部分的通道称为浇注系统。它分为普通浇注系统和热

流道浇注系统。普通浇注系统由主流道、分流道、浇口、冷料井组成。图3-1-1为普通浇注

系统的模具结构。

（二）、成型零部件

成型制品的部分，它由型腔和型芯组成。是模具设计好坏的关键，它涉及到模具的结构

设计、成型零部件的尺寸计算、强度计算等。

（三）、导向部分

导向装置的作用是确保动模与定模在生产过程中闭合的准确性，从而保证制品的质量。

由导柱和导向孔组成。大型模具或顶出零件比较多的模具在顶出板上也设有导向部分，目的

是保证顶出过程中的准确性。

（四）、顶出部分

塑料注入模具经冷却定型后，由模具的顶出装置顶出。实现模具的下一次注射。根据制

品的结构形式顶出结构有简单顶出、二次顶出结构等。

（五）、排气系统

在注射过程中把型腔内气体排出模具以外。保证制品的完整成型。

（六）、冷却加热系统

为了保证注射工艺对模具温度的要求，模具设有冷却加热系统。普通浇注系统的模具设

冷却系统；热流道模具的浇注系统设加热装置，成型部分设冷却系统。

第二节浇注系统设计

一、概述

浇注系统是指模具中从注射机喷嘴开始到型腔为止的流动通道，它分为普通浇注系统和

热流道浇注系统。

浇注系统对制品性能、外观质量和成型难易程度都有直接影响，因此在设计浇注系统时,

应综合考虑以

上因素。

设计塑料模具时必须遵循塑料熔体的流动规律，这样才能使所成型的塑料制品获得最佳

的质量。塑料在注射过程中可分为三个区段。第一区段是塑料在螺杆（柱塞）与料筒壁之间

进行的输送、压缩、熔融和塑化，并将塑化好的塑料熔体存储在料筒的前端，这方面的理论

主要研究塑料由固态变为粘流态的过程；第二区段是储存在料筒前端的塑料熔体经螺杆（柱

塞）作用，经注射机喷嘴、模具浇注系统进入型腔；第三区段是塑料熔体进入模具型腔过程

中的流动、相变和固化。注塑过程的研究主要集中在第二区段，它涉及到熔体通过浇注系统

时所受到的剪切力及熔体表观粘度的变化，这些都直接影响到浇注系统的尺寸大小、制品的

质量等。下面就从理论上简要讨论塑料熔体在此区段的流动特性。

（一）、熔体流变方程的基础概念

当塑料熔体在外力作用下经浇注系统流动时，由于各点的流速不同存在着剪切力。设有

剪切力T于定温下施于相距dy的两平行液层，使两平行液层以du的相对速度移动。du/dy称

为剪切速率或速度剃度（/）。对牛顿液体来说，剪切力T与剪切速率du/dy成正比。

du

T=ndy（3-2-1）

比例常数n称为牛顿粘度，它是液体流动难易程度的量度。

当塑料在圆形流道内作稳定流动时，如图3-2-1,设在长为L半径为R的圆形流道两端

的压力差为AP,其任意半径r处的熔体所受的剪切力为：

行2AprkP

T=--------------=----------(3-2-2)

2L

图3-2-1塑料熔体在圆形流道内的流动情况

在管壁处其剪应力为：

RAP

T=------------(3-2-3)

2L

矩形流道剪应力为：

hAP

2L

对于牛顿液体在圆管横截面内各点流速呈抛物线分布（图3-2-1b所示），在中心的流速最

大，在管壁处流速为零，其剪切速率在中心为零，在管壁处最大，其值为:

du_4。

不一菽(3-2-4)

式中Q：单位时间的流量，厘米3/秒

故在管壁处有:

成4△尸

Q=--------

8%

但大多数塑料熔体属于非牛顿流体，剪应力与剪切速率的关系不符合式3-2-1的正比关

系，恒温下，在一定的剪切速率范围内，可近似地用下面的指数定律描述它：

T=K停)(3-2-6)

式中n：非牛顿指数，表示该流体与牛顿流体的偏离程度，对牛顿流体，n=l

非牛顿流体其粘度已不在是一个常数。在圆管内流动时，其各点流速分布不再呈抛物线

分布，因此管壁处的剪切速率为黑乘以校正系数。

成3

du3n+14Q.

—=-----*々(3-2-7)x

dy4〃成,

为了讨论方便，将警叫做非牛顿流体在管壁处的表观剪切速率，管壁处的剪应力

成3

与c与表观剪切速率之比叫做表观粘度力。表观粘度随剪切速率的变化而变化。

2L

RNP,4Q

所以Q=成(3-2-8)

8丝Q(3-2-9)

成4

矩形流道:

3

八Wh\P

―

12%L

12%LQ

Wh}

式中：W：矩形流道宽度

h：矩形流道深度

由上面的公式可以看出：

1.浇口断面尺寸

增大浇口断面尺寸，有利于Q值的提高。从式中可知，Q值随A’或皿3成正比。但浇

口断面尺寸的增加，

熔体在浇口处的流速减慢，其表观粘度%相应提高，Q值反而下降，所以浇口断面尺寸的

增大有个极限值，就是大浇口尺寸的上限。超过此值，会取得相反的效果。

而小尺寸浇口，由于绝大多数塑料熔体的表观粘度是剪切速率的函数。熔体流率越快,

%越低，越有利于充模。另外，由于熔体流径小浇口，部分动能因高速摩擦而转换成热能,

提高了浇口处的局部温度，熔体的粘度再次降低，Q值增加。但当剪切速率达到极限值时(一

般为105"s),剪切速率于表观粘度便失去了依存关系，称之为“剪切速率效应”。超过此

极限值，剪切速率在增加，表观粘度也不在降低。此时浇口的断面尺寸就是点浇口的极限尺

寸。

2.浇口长度

当注射压力恒定时，则浇口处的压力保持不变。浇口长度短，熔体流经浇口的阻力毫秒

年兆升毫秒度减小，

也就使浇口的入口于出口间的压力降减小，从而使塑料熔体在浇口处的流速增大，Q值得到

提高。反映在注射螺杆上，螺杆向前推进的速度加快，也即注射速度加快。因此缩短浇口长

度，在不增加浇口截面的条件下，就能提高注射速率Q值。同时由于熔体在浇口中速率的

提高，也即剪切速率增加，熔体的表观粘度%相应降低。此外，短浇口可保持常开，有利

于补缩。由上可知，在设计浇口长度时，选择其最小值最好。

3.剪切速率的选择

由于绝大多数塑料熔体属于非牛顿流体，其表观粘度与剪切速率的函数关系不是线

形关系(如式

3-2-6)o由实验知，在较低的剪切速率范围内，剪切速率的微小变化会引起表观粘度的很大

变化。这将使注射过程难于控制。导致制品表面不光滑，冲模不均，密实性差，内应力高，

翘曲变形等缺陷。因此，选择一段剪切速率，使其的变化对表观粘度的影响最小，这样有利

于注射过程的控制。一般来说，剪切速率取最高值，对粘度的影响最小。所以，注射过程的

剪切速率通常取103〜1()5(1/S),而且尽可能提高。

4.表观粘度的控制

在注射过程中，当冲模不满，除增大注射量和提高注射速度等工艺条件外，降低塑料熔

体的表观粘度是比

较好的方法。降低粘度的方法之一是升高温度。而升高温度则带来热量损耗的增加和冷却时

间的延长，温度过高还会引起塑料的分解。二是提高剪切速率。但剪切速率的提高也不能超

过其极限值。提高剪切速率的方法，一是提高注射压力，二是减小浇口尺寸。

综上所述，一般情况下，薄壁、小型等制品采用小浇口尺寸对制品的冲模及制品质量是

有利的；而大型、厚壁、粘度高的熔体则采用大尺寸浇口。

二、普通浇注系统

(一)、普通浇注系统的组成

普通浇注系统由主流道、分流道、浇口、冷料井组成。它的作用就是使注射机喷嘴射出

的熔融塑料流入型腔。浇注系统组成部分如图3-2-2»

1一主流道2一分流道3—浇口4一冷料井

图3-2-2浇注系统

主流道是指紧接注射机喷嘴到分流道为止的那一段流道，熔融的塑料进入模具时先经过

它。

分流道是指把主流道的融料引入各个型腔的流道。对普通浇注系统而言，它开设在分型

面上.

浇口是指在分流道的末端将融料引入型腔的流道。

冷料井就是为了避免冷料堵塞浇口或进入型腔而设置的。在每次注射中，前锋的料流首

先与温度较低的模具接触，从而造成料流前端存在一些低温料，常称冷料。冷料井一般开设

在主流道或分流道的末端。

(-)普通浇注系统的设计

1.主流道的设计

由于主流道首先与高温、高压的融料以及和注射机的喷嘴反复接触，为增加主流道的耐

磨性和耐腐蚀性主流道部分常设计成可拆卸的主流道衬套，又称浇口套。对于模板尺寸较小

的模具可直接在模板上加工主流道。大型模具中为了主流道加工的方便；另外有些模具的定

模板有几块板组成，为了防止开模时模板的缝隙留有溢料无法使主流道顺利脱出，也设计有

主流道衬套。浇口套与定模板的配合一般取过渡配合(H7/k6)或过盈配合(H7/m6)。

常用的主流道衬套的结构如图3-2-3所示。

图3-2-3主流道衬套结构

在主流道结构中，为了使凝料顺利脱出，主流道设计成圆锥形，具有2°〜6°的锥角，

浇口套长度长,其夹角小些，浇口套长度小,其夹角可大些，浇口套内壁表面粗糙度值一般在

以下，小端直径应大于注射机喷嘴直径1毫米。主流道与喷嘴接触处一般成半球形，为使两

者紧密配合，避免注射时的融料溢出，球面半径应比喷嘴半径大1〜2毫米。在小端直径和

锥角一定的情况下，大端直径也就确定了。然而，有些情况下要确定大端直径的大小，以满

足熔体体积流率的充模要求。大端直径可由下列公式计算。

D=2（Q_）（cm）

r

Q—流经该流道的熔体体积流率，cm/s；

。_塑料比容（cff?/g）x制品质量（g）

Q=成型时间（秒）

D一圆形流道截面直径，cm；

丫一熔体在该流道内的剪切速率，1/s,圆形截面流道y=5X10'；

为满足注射成型的需要，注射机最大熔体体积流率必须大于注射该制品的熔体体积流

率。

2.定位环的设计

定位环起模具与注射机定模板定位孔定位的作用。目的一是支撑模具，二是使模具中心

与注射机喷嘴中心一致。浇口套与定位环相配合的结构见图3-2-4。当定位环尺寸较小时，

可把定位环与主流道衬套做成一体。定位环用螺钉使之与模具连接。当浇口套在注射过程中

受力很大时，为减少螺钉的受力，可把定位环结构设计成如图3-2-5所示。

图3-3-4定位环结构

图3-2-5定位环的另一种结构

定位环外径为注射机定模板定位孔直径，定位环与浇口套的配合一般取间隙配合，常用

的有H7/f6。定位环凸出定模板的高度一般在20毫米以下。紧固定位环的螺钉一般选M6、

M8,数量2〜3个。

3.分流道的设计

分流道是连接主流道与型腔的通道。分流道的形状有圆形、半圆形、梯形、U形等，从

压力传递的角度讲：要求流道截面积最大；从热传导的角度讲：要求流道外周长度最小。判

断分流道形状优劣的