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开展，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阅历设计到

理论计算设计。尤其是橡胶消费设备的不断进步与消费工艺的不

断改良，橡胶模具越来越多，模具的制造程度与模具困难程度也

越来越高越精致。高效率、自动化、精细、长寿命已经成为橡胶

模具开展的趋势。

一、橡胶模具的分类

橡胶模具根据模具构造和制品消费工艺的不同分为：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，以与一些消费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

又称为一般压模。它是将混炼过的、经加工成肯定形态和称

量过的半成品胶料干脆放入模具中，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：模具构造简洁，通用性强、运用面广、操作便利，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、形态简洁的、

限量肯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：比一般压模困难，适用于制作一般模压不能压制或牵强

压制的薄壁、瘦长易弯曲的制品，以与形态困难、难以加料的

橡胶制品。采纳这种模具消费的制品致密性好、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：构造困难、适用于大型、厚壁、薄壁、形态困难的制品。

消费效率高、质量稳定、能实现自动化消费。

4,挤出成型模具

通过机头的成型模具制成各种截面形态的橡胶型材半成品，到

达初步造型的目的，而后经过冷却定型输送到硫化罐内进展硫

化或用作压模法所须要的预成型半成品胶料。

特点：消费效率高、质量稳定、能实现自动化消费。

二成型设备

澳宏彦摸真运用平板硫化机。（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）

届德注澳真运用压铸机。

法豺彦模具运用注射机。（注射机工作压力一般为1。0〜

140Mpa,硫化温度为140〜185,硫化时间为1〜5分）

4这虎模具运用挤出机。

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态和肯定的尺寸精度，在设计

模具时应遵循如下原则：

1.驾驭和理解橡胶制品所选用的橡胶材料（牌号）硬度（邵氏）

和收缩率。

2.设计的模具构造合理、定位牢靠、操作便利、易于清洗和制

品修边。

3.模具中模腔的数量适当、便于机械加工和运用。

4.在保证模具强度和刚度状况下力求模具轻巧。

5.模具设计符合标准化。

二、压制成型模具的构造

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，制品有程度方向飞边。

适用于硬度较低，具有较大流淌性的胶料和形态简洁的制品。

构造形式

2.封闭式

封闭式模具型腔上端带有肯定高度的模具协作高度，压制过程

中胶料不易外溢，能充分地充溢型腔，制品致密性好。

封闭式模具适用于夹布、与其他织物的制品、胶料硬度较高、

流淌性差的制品。

构造形式

3.半封闭式

模具一端带有肯定深度锥面协作。特点是操作平安、定位牢靠、

不易拉毛协作面，运用面广。

适用于上下带有型腔、制品同轴度要求较高的单腔模具。

构造形式

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，操作时简洁

碰伤的状况。

构造形式

5.外箍压紧式

适用于夹布胶带、平胶带等带夹织物制品。

构造形式

第一节模具设计

一、模具设计步骤

1.模具构造的选择

2.分型面的选择

3.型腔尺寸确实定

4.镶块与型芯安装方法确实定

5.其它尺寸确实定。

模具构造的形式干脆关系到制品质量、消费效率、模具加工难

易、运用寿命等。制品不同，模具构造不同；制品一样，运用

的设备不同、加工工艺不同，模具构造也不同。

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干脆影响到胶料的填充、制品质量、

模具加工、模具运用、制品修边等。

3.分型面设计原则

⑴保证制品顺当取出与脱模

详细构造见下图。

⑵模具的分型面应尽量闭开制品的工作面

详细构造见下图。

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需考虑到制品的取出。制品能

否取出确定于制品厚度、断面与内径的大小。

详细构造见下图。

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

型面必需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状况考虑，但肯定

要保证模具导热匀称，制品取出便利。分型面可分为立式、卧式。

详细见下图。

对于一般瘦长套管（两头大、中间小，或带有台阶的各类爱

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，通常采纳卧式分型面的模具构造。如图。

对于波浪形的防尘罩，分型面采纳卧式两瓣模构造。模芯由

多件（5〜6块）镶块组合。如图所示。

假如防尘罩台阶较少，其中一端口径较大，制品厚度小于

1.5mm,也可采纳整体模芯构造。这样模具加工简洁，操作便

利。也可采纳圆片形拼合模芯构造。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，模具应采纳卧式分型面。如图所示。

常用O型圈分型面的选择，一般按运用要求可分为180°

和45°分型面的构造。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

可运用）。

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精

确的形态与位置，必需采纳不同的方式的定位,不然难以压制

出精确的制品。

模具定位的构造方式：

1.圆柱面定位

构造形式如图所示。

特点：通用性强，加工便利，定位牢靠。

设计要求：

（1）定位协作长度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、双向加强定位构造。

单向定位：如图。

合理构造因为制品在硫化时会钻缝，导致出模时制品边缘拉

伤以与钻缝残留飞边，影响制品外观质量。

双向定位：适用于长壁管类的制品。

特点：双向定位加料便利、并具有良好的定位性能、制品壁

厚匀称、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

构造形式：

特点：性能牢靠，精度高，加工较难，操作便利，斜面协作

不易损伤、拉毛，模具运用寿命长。

技术要求：

（1）圆锥面、斜面定位采纳6°〜15°,常用10°。协作

定位高度为6〜10mm。

3,导柱、导套定位

构造形式：

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）协作精度：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。

构造形式：

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，特点是既可起调整作用，又可起拉紧、定向作用。

（1）螺钉调整高度定位

带有金属嵌件活门的杂件制品，由于嵌件尺寸误差不相一

样，如嵌件为上偏向，导致压胶时嵌件高度变形；如嵌件为

下偏向，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。用螺钉调整嵌件高度，可以避开压胶时造

成的飞边增厚、变形、缺胶等现象。

用螺钉调整嵌件定位高度，操作比拟费事。压胶前必需先

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必需

作到一样，将比拟困难。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，如图所示。

（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状况。如图所示。

四、胶料收缩率确实定

（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，应力趋于消退。

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。收缩率比例一般采纳百分比表示。

（2）影响胶料收缩率的因素

橡胶的热膨涨、制品的构造形式如端面壁厚、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更。如图

所示。

③制品收缩率随硫化温度的变更曲线。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。在一般状况

下，温度每上升10°c,其收缩率就增加。.1%〜0.2%。

②胶料压延方向和在模具中流淌方向的收缩率大于垂直方向的

收缩率；流淌间隔越长，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，据试验测定，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、自

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0.4〜1.5%;

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。〜。.4%;

⑯单向粘合制品其收缩率一般在0.4〜1.0%;（如骨架油封构造

中嵌件粘合部分其收缩率一般在。〜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9。度）,含胶量约在20%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。1％〜。.3%;

也带槽方形制品,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，

如今还没有一个精确的、完备且具有好用价值的计算公式。有阅

历的设计人员常凭阅历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阅历公式：

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运用》，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—P)AT-RX100%

a一橡胶的线形膨胀系数；

B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、有机协作剂在橡胶中的体积百分数(％)。

a、0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，也取决于模具构造和工艺过程。所

以考虑模具尺寸时应综合考虑，并配以阅历数据，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肯定影响。理论证明:

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<3>6~10~20〜30~>50

H3〜610203040

断面宽度

W

收缩率SSMaxSMax一SMav一SMax一SMax一SMax一SMax一

补偿值S,0.10.20.30.40.50.6

(%)

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SL(S「0.1)%o

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；

S1一胶料收缩率补偿值。

厚、薄制品的模具型腔内径尺寸按下式计算：

d1=d+(dxS!)

式中：d1一型腔内径尺寸；

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，可以按下列阅历公式计算其

自由收缩值。

制品形态如图所示。

双向制品时：U-券+(W•S)

单向制品时：U«H•C+(W•S)

式中：U一自由收缩最深深度;

H一制品胶料厚度（嵌件粘接高度）；

S一胶料收缩率；

W一制品断面宽度。

3.橡胶。形圈模具型腔内径与断面尺寸计算

3.1O型圈型腔内径尺寸与公差的计算，可按下列公式计算:

*=d（1+S）±A

式中：色一型腔内径尺寸；

d—制品内径尺寸；

S—内径收缩率；

△一型腔内径公差（进步精度后公差，其值约等于O形

圈制品内径公差的0.3倍）。

3.2型腔断面尺寸与公差，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；

A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.进步型腔的加工精度，一般制品要求进步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

其缘由主要有：

1.橡胶收缩率计算不准。

2.成型、硫化工艺不正确。

3,模具构造不合理。

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

序号废品类废品特征产生的缘由

型

1尺寸不制品厚度不均，外1.设备、模具平行度不良

准形尺寸超差，其尺2.橡胶收缩率计算不准

寸不符合图样要求3.模具加工不良

2缺胶制品没有明显的装入的胶料重量缺乏

轮廓，其形态不符2.压制时上升太快，胶料没

合图样要求有充溢型腔而溢出模外

制品有明显的轮3.排气条件不佳

廓，但存在部分凹

陷、欠缺

3飞边增制品在模具分型面1.装入的胶料超量过多

厚处有增厚现象2模具没有必要的余料槽

或余料槽过小

3.压力不够

4气泡制品的外表和内部1.压制时型腔内的空气没

有鼓泡有全部排出

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凸凹缺制品外表有凸凹痕1.模具加工时留下的加工

陷迹痕迹

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裂口制品上有裂开现象I.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.模具构造不合理

4.胶料成型方法不合理（特

殊是氟橡胶与高硬度丁

晴橡胶）

7皱折裂制品外表皱折1.型腔内装入了脏污的胶

纹、离制品外表和内部有料

层裂纹、离层的现象2.型腔内所涂的隔离剂过

多

3.不同胶料相混

4,工^操作（成型、加料方

法）不正确

5.胶料超期

8杂质制品外表和内部混L胶料在塑炼、混炼与保

有杂质管、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分型面制品在分型面处有1.模具制造精度误差和加

错位较大的错位工精度不够

-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1.胶料加工性能差（如氟橡

显的向内收缩的现胶）

象2.模具构造不合理（厚制品

应采纳封闭式构造模具

和合理开置余料槽）

11粗糙度制品外表粗糙度不1.模具粗糙度不够

不够符合有关标准的相2,镀铭层有部分脱落

应要求3.有些胶料腐蚀模具外表

12结合力金属嵌件与橡胶结1.金属嵌件镀铜或吹砂质

不强合不好量不好

2.没有严格执行涂胶工艺

规程（包括运用超期镀铜

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.气泡裂开

3.装入的胶料重量缺乏

14接头痕制品有接头痕迹1.成型、加料不正确

迹2.模具构造不合理

3.胶料流淌、结合性差

几种常用胶料易产生的缺陷与特点

序号常用胶料易产生的胶料与特点

1自然胶易产生粘模、卷边、闷气

现象，扯断力差、伸长率大，

易于取出制品、硫化流淌性

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，制品外表易产

生凹痕（如低洼麻点），制

品取出过程中变形量大（特

殊是热模，强迫拉出制品）

4丁苯股该胶料（特殊是3160胶

料）对模具型腔腐蚀性大，

型腔外表易发黑，因此制品

外表光亮度差

5硅橡胶收缩率不易驾驭，因此制

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

拟困难

6氟橡胶收缩率变更范围大；与其

他胶料相比，加工工艺性差

（如硬度大、流淌性小、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

采纳冷却后取出

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、流淌性差

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消费工艺过程中的一个环节，它为

下一个工序供应所需的半成品或预成品。按供应应挤出机胶料的

不同可分为冷喂料和热喂料，运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展加热和塑化，并在螺杆和机筒

间受到剧烈的剪切，并通过螺杆的旋转不断地向前输送，然后在

肯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

制品形态。

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、匀称；

应用面广，通过变换口型模，可以挤出各种断面形态的橡胶型材

和供压制模具运用的预成型半成品；

挤出成型的制品速度快，消费效率高，有利于自动化消费；

挤出成型不受长度限制，可以满意由于设备的限制而不能采纳模

压制造的超长制品。

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特别短，胶料在分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

胶料在分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，挤出制品形态尺寸比拟稳定；

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态一般不膨胀，反而有所收

缩；

④挤出型材的膨胀与制品大小有关，一样断面形态在一样工艺条

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态有关，一般圆断面的制品挤出后

断面形态不变，尺寸因膨胀会增大；矩形或其它异形断面形态的

制品，挤出后膨胀变形，其断面形态发生变更。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

断面形态。

按胶料硬度挤出型材膨胀率见表lo

表1

胶料硬度（邵氏A膨胀范围

型）

5015%〜20%

6010%〜22%

>705%〜20%

2、挤出模具设计

橡胶挤出模具总体构造与塑料挤出模具构造大致一样。但又

有其设计特点。几种常见的橡胶挤出模具构造如图1所示。

虞P218,221,222图。

对于形态简洁且类似的制品，由于运用同一台挤出机消费，为进

步效率、降低本钱，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。

对挤出模具的构造要求：

模具内腔呈流线型

为使胶料能沿着模具的流道匀称地挤出，同时避开胶料发生过热

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退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

根据制品形态的不同可分为圆形挤出口型模和扁平形挤出口

型模。口型模构造见图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缺乏，使挤出不匀称，膨

胀率变更不定，断面形态产生波动，挤出的制品致密性差；口型

模口径过小，简洁引起胶料焦烧。

挤出机螺杆直径与口型模尺寸的互相关系见表2。

表2

挤出机螺306585115

杆直径

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306585115

杆直径

口径最大90180250300

宽度

胶料通过口模后，由于压力消退，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、口型模构造等有干脆的关系。困难的口型模尺寸的计算目

前多由阅历确定。简洁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或阅历数据。

2.1.2口型模挤出锥度

口型模挤出锥度一般不超过90°,流道较长形态简洁的口型

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

挤出制品的状况。如不适宜再作修改。

对硬度较高的胶料，形态困难且焦烧温度较低的制品，口型

模可薄一些。

为保证胶料能顺当通过口型模，口型模与口型模套筒的过渡

角厚度越小越好，一般在。.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态不对称

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

因强度缺乏而损坏的状况。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

型芯有两种构造形式：一种是带中心孔构造，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；另一种是无孔构造，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协作定位。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消费中的一项新型加工技术。

其最大特点是：缩短硫化时间，减小消费中的打算工序，减轻劳

动强度，进步消费效率。

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构造的过程，其过程是一种化学反响。化

学反响完成的时间随着反响温度的增加而缩短。橡胶硫化过程每

当温度上升10°到达同一硫化程度所须要的时间就缩短约一

半。当然，橡胶在硫化过程中的化学、物理性能的变更是与温度

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

-、橡塑模具在国民经济中的地位

模具是工业消费中用来成型制品的重要工业装备，是国民

经济各部门开展的重要根底之一。模具干脆影响着新产品的开

发和老产品的更新换代，影响着产品的质量的进步和经济效益

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

具是促进社会旺盛富有的动力。确实，没有高程度的模具工业,

就没有高程度的机电工业。

塑料工业是随着石油工业的开展应运产生的。自4。年头研制

出聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚乙烯等塑料产品以来，塑料工业的开

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开

展的趋势。近几年来，由于消费设备技术的进步和开展，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，进步了工业产品的

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，绝大多数是采纳模具加工而成的。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、研制和消费提出更高的要求，这

又极大地促进了模具的开展。在很多兴旺国家，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

点开展的产业，模具工业已经成为我国国民经济开展的重要部

分。

二塑料橡胶模具概述

在各种材料加工工业中广泛地运用着各种模具，例如塑料制

品运用的塑料模具，橡胶制品运用的橡胶模

具，金属压力加工运用的金属模具，陶瓷、玻璃制品运用的陶瓷、

玻璃模具，金属铸造成型运用的砂型模具等等。

模具是利用特定的形态和尺寸成型肯定制品的工具。成型橡

塑制品的模具就是橡塑模具。

随着新材料、新工艺、新技术的不断开展，越来越多橡塑产

品应用于工业、农业、国防、家电等各行业。特殊是塑料材料已

成为继金属材料、纤维材料、硅酸盐材料之后的第四大材料。很

多形态困难、尺寸精度高的产品不断出现，这些产品的产生势必

带动模具工业的开展，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。消费高效率、

自动化、大型、微型、精细、寿命长的模具已经成为模具开展的

趋势和推断一个国家模具行业制造程度凹凸的主要因素。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程度不断进步。性能稳定的设备、合理

的消费工艺、高质量的模具是消费高质量制品的必备条件。

三、塑橡模具的构造类别与运用设备

（一）、塑料橡胶模具分类

不同成型方法成型的制品运用的模具构造与成型原理是不同

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

在注射机的料筒内参加物料，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消费，橡胶制品中

也越来越多的运用注射模具消费。

特点：模具构造困难、适用于消费大型、厚壁、薄壁、形态

困难、尺寸精度高的制品；消费效率高、质量稳定、能实现自动

化消费。

图2-3-1注射模具构造

2.压制成型模具

将物料干脆参加放开的模具型腔内，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

物理或化学变更物料硬化定型。橡胶制品目前多采纳压制成型的

方法消费。

特点：模具构造简洁，通用性强、运用面广、操作便利。

图2-3-2压制模具构造

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。随着机头断面形态的变更可

消费不同断面形态的连续制品。

特点：消费效率高、质量稳定、能实现自动化消费。

图3-2-3挤出模具构造

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消费的型

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，模具构造相对来讲简洁，可成型用其他

方法不能成型的制品。

图3-2-4塑料中空吹塑模具构造

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压铸模具构造

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，其构造由制品的形态与注射机形式确定的。

注射机成型的原理与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，由注射模具消费的制品已占塑料产品的

80%以上。注射模具在构造上也是塑料模具中最困难的。驾驭注

射模具的根本构造，其它模具也就触类旁通了。注射模具安装在

注射机上消费，因此模具设计要和注射机的规格相联络，同时也

与制品的要求、消费要求有关。

图3-1-1为单分型面塑料注射模具的构造形式。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。它分为一般浇注系统和热流道浇注系统。一般浇注系统由主

流道、分流道、浇口、冷料井组成。图3-1-1为一般浇注系统的

模具构造。

（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，它涉与到模具的构造设计、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消费过程中闭合的精确

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

出零件比拟多的模具在顶出板上也设有导向部分，目的是保证顶

出过程中的精确性。

（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。根据制品的构造形式顶出构造有简洁顶出、

二次顶出构造等。

（五）、排气系统

在注射过程中把型腔内气体排出模具以外。保证制品的完好

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。一般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

-、概述

浇注系统是指模具中从注射机喷嘴开场到型腔为止的流淌通

道，它分为一般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干脆影

响，因此在设计浇注系统时，应综合考虑以

上因素。

设计塑料模具时必需遵循塑料熔体的流淌规律，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）与料筒壁之间进展的输

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，这方面的理论主要探讨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

型腔过程中的流淌、相变和固化。注塑过程的探讨主要集中在第

二区段，它涉与到熔体通过浇注系统时所受到的剪切力与熔体表

观粘度的变更，这些都干脆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探讨塑料熔体在此区段的流淌特

性。

（一）、熔体流变方程的根底概念

当塑料熔体在外力作用下经浇注系统流淌时，由于各点的流

速不同存在着剪切力0设有剪切力工于定温下施于相距dy的两平

行液层，使两平行液层以du的相对速度挪动。du/dy称为剪

切速率或速度剃度（了）。对牛顿液体来说，剪切力[与剪切速率

du/dy成正比。

du

T=r]dy（3-2-1）

比例常数n称为牛顿粘度，它是液体流淌难易程度的量度。

当塑料在圆形流道内作稳定流淌时，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,其随意半径r处的熔

体所受的剪切力为：

T=(3-2-2)

图3-2-1塑料熔体在圆形流道内的流淌状况

在管壁处其剪应力为：

RkP

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

2L

矩形流道剪应力为：

h\P

T=------

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3-2-1

b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：

(3-2-4)

式中Q：单位时间的流量，厘米3/秒

故在管壁处有：

r)=(3-2-5)

Q=

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，在肯定的剪切速率范围

内，可近似地用下面的指数定律描绘它：

T=K(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。在圆管内流淌时，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当

乘以校正系数。

(3-2-7)

为了探讨便利，将岑叫做非牛顿流体在管壁处的表观剪切速

7lR

率，管壁处的剪应力等与表观剪切速率之比叫做表观粘度儿。

乙LJ

表观粘度随剪切速率的变更而变更。

所以(3-2-8)

(3-2-9)

矩形流道：

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值的进步。从式中可知，Q值

随内或的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%相应进步，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，会获得相反的效果。

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，久越低，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，进步了浇

口处的部分温度，熔体的粘度再次降低，Q值增加。但当剪切速

率到达极限值时（一般为io'1/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值得到进步。反映在注射螺杆上，螺杆向前

推动的速度加快，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，就能进步注射速率Q值。同时由于熔

体在浇口中速率的进步，也即剪切速率增加，熔体的表观粘度九

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,其表观粘度力与剪切

速率的函数关系不是线形关系（如式

3-2-6）o由试验知，在较低的剪切速率范围内，剪切速率的微小

变更会引起表观粘度的很大变更。这将使注射过程难于限制。导

致制品外表不光滑，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，使其的变更对表观粘度的影

响最小，这样有利于注射过程的限制。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

io1-io5（1/s）,而且尽可能进步。

4.表观粘度的限制

在注射过程中，当冲模不满，除增大注射量和进步注射速度

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上升温度。而上升温度则带

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。二是进步剪切速率。但剪切速率的进步也不能超过其极限

值。进步剪切速率的方法，一是进步注射压力，二是减小浇口尺

寸。

综上所述，一般状况下，薄壁、小型等制品采纳小浇口尺寸

对制品的冲模与制品质量是有利的；而大型、厚壁、粘度高的熔

体则采纳大尺寸浇口。

二、一般浇注系统

（一）、一般浇注系统的组成

一般浇注系统由主流道、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—分流道3—浇口4—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。对一般浇

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。

冷料井就是为了避开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。

（二）一般浇注系统的设计

1.主流道的设计

由于主流道首先与高温、高压的融料以与和注射机的喷嘴反

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

干脆在模板上加工主流道。大型模具中为了主流道加工的便利；

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当脱出，也设计有主流道衬套。浇口

套与定模板的协作一般取过渡协作(H7/k6)或过盈协作

(H7/m6)o

常用的主流道衬套的构造如图3-2-3所示。

图3-2-3主流道衬套构造

在主流道构造中，为了使凝料顺当脱出，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，浇口套内壁外表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，为使两者严密协作，避开注射时的融料溢出，球面

半径应比喷嘴半径大1〜2毫米。在小端直径和锥角肯定的状况

下，大端直径也就确定了。然而，有些状况下要确定大端直径的

大小，以满意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（_e）"3（cm）

r

Q—流经该流道的熔体体积流率，cm-Vs;

塑料比容（C/〃3/g）x制品质量（g）

Q成型时间（秒）

D一圆形流道截面直径，cm;

一熔体在该流道内的剪切速率，1/s,圆形截面流道=5X

103;

为满意注射成型的须要，注射机最大熔体体积流率必需大于

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样。浇口套与定

位环相协作的构造见图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，为削减螺钉的受力，可把定位环

构造设计成如图3-2-5所示。

图3-3-4定位环构造

图3-2-5定位环的另一种构造

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

协作一般取间隙协作，常用的有H7/f6o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。分流道的形态有圆形、

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。推断分流道

形态优劣的标准是流道的比外表积。比外表就是流道的截面积与

外周长之比。比外表积小，热量损耗小。常用的分流道的断面

形态与尺寸见表2-1所示。

表2-1

分流道断面尺尺寸数据（mm）

寸

1d5678910

1112

口

R2.533.544.55

5.56

H5678910

1112

—*•

/W5678910

工/

1112

H

3.5455.567

89

u形、梯形分流道中，当H=G〜2)RVH=(2~1)W

435

时，流道的比外表积较小。

分流道尺寸视制品大小和塑料品种、注射速率、以与分流道

长度而定。圆形分流道一般在5〜10毫米之间；对于流淌性好

的塑料，如聚丙烯、尼龙等，当分流道很短时，直径可小到2毫

米。对流淌性差的塑料，可大到10毫米。试验证明，多数塑料

分流道直径在5〜10毫米时，对流淌性影响较大，在增加直径,

对流淌性影响已经很小了。分流道尺寸可用下述公式计算。

a.圆形分流道截面直径

D=2(2)"3(cm)

Q一流经一分流道的熔体体积流率，cm3/s;

D一圆形流道截面直径，cm;

A一熔体在该流道内的剪切速率，1/s;

熔体体积流率见表1。(注：计算分流道体积流率时，应除以

分流道数。)

常用A值圆形截面分流道A=5义ICT〜io,；

b.对于壁厚在3.2mm以内，重量为200g以下的塑料制品

的圆形分流道直径，可按下列阅历公式求得。流道直径限于3.2〜

9.5mm以内。

D=0.2654收•VF

其中：D：流道直径(mm)

W：制品重量(g)

L：流道长度(mm)

c.对梯形分流道截面，其截面深度H可用下面公式计算。

H=1.587(e_y(cm)

A

截面宽度w,W=(3〜2)H

24

在多型腔中，分流道的布置有平衡式和非平衡式两种。所谓

平衡式布置，就是从主流道到各个型腔的分流道长度、形态、断

面尺寸都是对应相等的，这种设计可到达各个型腔的匀称进料。

如图3-2-6所示。非平衡式布置如图3-2-7所示。

图3-2-6

图3-2-7

型腔的分布以平衡布置为佳。从流道长度看：直线排列最短。

从流淌平衡角度看：一模四腔的H形排列和圆形排列的热平衡

性、流淌性最好。对于精细成型时排列，圆形排列最志向。非圆

制品作为一模四腔，H形排列最志向。

不管是平衡布置还是非平衡式布置，都牵扯到型腔数目的问

题。型腔数目以制品精度、所选择注射机大小都有关系。对于技

术要求高的塑件如光学件等，一般只能一模一腔。对于技术要求

不严格的一般塑件，可用以下公式求得。

a.由注射机锁模力确定

设：锁模力F(N)

型腔内树脂压