《塑料成型工艺与模具设计》-项目 ６　注射模成型零部件的设计

６.１成型零部件的结构设计设计原则：在保证塑件质量要求的前提下，从便于加工、装配、使用、维修等角度加以考虑。１.静模（型腔模）静模用于成型塑件外表面的零部件，按其结构类型分为整体式和组合式。（１）整体式特点：由一整块金属加工而成（见图６－１（ａ）），结构简单、牢固，不易变形，塑件无拼缝痕迹。适用场合：形状较简单的塑件。（２）组合式特点：改善加工工艺，减少热处理变形，节省优质钢材。下一页返回６.１成型零部件的结构设计⑤对于采用垂直分型面的模具，型腔模常用瓣合式结构。适用场合：塑件外形较复杂，整体型腔模加工工艺性差。图６－２所示为线圈架的型腔模。组合式型腔模易在塑件上留下拼接缝痕迹，设计时应合理组合，尽量使拼块数量少，减少塑件上的拼接缝痕迹，同时还应合理选择拼接缝的部位和拼接结构以及配合性质，使拼接紧密。此外，还应尽可能地使拼接缝的方向与塑件脱模方向一致。２.动模（型芯）动模用于成型塑件内表面的零部件，又称型芯或成型杆。动模也可分为整体式和组合式。（１）整体式（见图６－３（ａ））优点：动模与模板做成一个整体，结构牢固，成型质量好。上一页下一页返回６.１成型零部件的结构设计缺点：钢材消耗量大。适用场合：内表面形状简单的小型动模。（２）组合式适用场合：塑件内表面形状复杂不便于机械加工的动模，或形状虽不复杂，但为节省优质钢材，减少切削加工量的情形。结构形式有以下几种：①将动模及固定板分别采用不同材料制造和热处理，然后连接在一起。图６－３（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）所示为常用连接方式示例，其中，图６－３（ｄ）采用轴肩和底板连接；图６－３（ｂ）采用螺钉连接，销钉定位；图６－３（ｃ）采用螺钉连接，止口定位。上一页下一页返回６.１成型零部件的结构设计②小凸模（型芯）往往单独制造，再镶嵌入固定板中，其连接方式多样。图６－４（ａ）采用过盈配合，从模板上压入；图６－４（ｂ）采用间隙配合再从型芯尾部铆接，以防脱模时型芯被拔出；图６－４（ｃ）对细长的型芯可将下部加粗或做得较短，由底部嵌入，然后用垫板固定；图６－４（ｄ）、（ｅ）采用垫块或螺钉压紧，不仅增加了型芯的刚性，便于更换，且可调整型芯高度。③对异形型芯，为了便于加工，可做成图６－５的结构，将下面部分做成圆柱形，如图６－５（ａ）所示；甚至只将成型部分做成异形，下面固定与配合部分均做成圆形，如图６－５（ｂ）所示。上一页返回６.２成型零部件的工作尺寸计算成型零部件的工作尺寸指成型零部件上直接决定塑件形状的有关尺寸，主要包括型腔和型芯的径向尺寸（含长、宽尺寸）、高度尺寸及中心距尺寸等。１.塑件尺寸精度的影响因素（１）成型零部件的制造误差δｚ制造误差包括成型零部件的加工误差和安装、配合误差。设计时一般应将成型零件的制造误差控制在塑件公差Δ的１／３左右，通常取ＩＴ７～ＩＴ８级。（２）成型零部件的磨损量δｃ磨损的主要原因：塑料熔体在型腔中的流动以及脱模时塑件与型腔的摩擦，以后者造成的磨损为主。下一页返回６.２成型零部件的工作尺寸计算（３）塑件的成型收缩量δ

ｓ成型收缩不是塑料的固有特性，是材料与条件的综合特性，随塑件结构、工艺条件等的变化而变化，如原料的预热与干燥程度、成型温度和压力波动、模具结构、塑件结构尺寸、不同的生产厂家、生产批号的变化都将造成收缩率的波动。（从附录Ｂ中可查到常用塑料的最大收缩率和最小收缩率）（４）配合间隙引起的误差δｊ配合间隙引起误差的原因：活动型芯的配合间隙，引起塑件孔的位置误差或中心距误差；凹模与凸模分别安装于动模和定模时，合模导向机构中导柱和导套的配合间隙引起塑件的壁厚误差。上一页下一页返回６.２成型零部件的工作尺寸计算２.成型零部件的工作尺寸计算成型零部件的工作尺寸计算方法常用平均值法和公差带法，这里只介绍平均值法。规范塑件标注的规定在计算前对塑件尺寸和成型零部件的尺寸偏差统一按“入体”原则标注。３.螺纹型芯与螺纹型环由于塑件螺纹成型时收缩的不均匀性，影响塑件螺纹成型的因素很复杂，目前尚无成熟的计算方法，一般多采用平均值法。（１）螺纹型芯与型环径向尺寸径向尺寸计算方法与普通型芯和型腔的径向尺寸的计算方法基本相似，但螺距和牙尖角的误差较大，从而影响其旋入性能，因此在计算径向尺寸时，采用增加螺纹中径配合间隙的办法来补偿，即增加塑件螺纹孔的中径和减小塑件外螺纹的中径来改善旋入性能。上一页下一页返回６.２成型零部件的工作尺寸计算（２）螺距螺纹型芯与型环的螺距尺寸计算公式与前述中心距尺寸计算公式相同，即由式（６－２０）计算出的螺距常有不规则的小数，使机械加工较为困难。因此，相连接的塑件内外螺纹的收缩率相同或相近时，两者均可不考虑收缩率。塑件螺纹与金属螺纹相连接，但配合长度小于极限长度或不超过７～８螺距牙的情况，仅在径向尺寸计算时，按式（６－６）～式（６－１９）加放径向配合间隙补偿即可，螺距计算可以不考虑收缩率。上一页返回６.３成型型腔壁厚的计算注射成型时，为了承受型腔高压熔体的作用，型腔侧壁与底板应该具有足够的强度与刚度。小尺寸型腔常因强度不够而破坏，大尺寸型腔刚度不足则为设计失效的主要原因。确定型腔壁厚的计算法有传统的力学分析法和有限元法或边界元法等现代数值分析法。后者结果较可靠，特别适用于模具结构复杂、精度要求较高的场合，但由于受计算机硬件和软件等经济与技术条件的限制，目前应用尚不普遍。前者则根据模具结构特点与受力情况建立力学模型，分析计算其应力和变形量，控制其在型腔材料许用应力和型腔许用弹性（即刚度计算条件）的范围内。下一页返回６.３成型型腔壁厚的计算１.成型型腔壁厚的刚度计算条件（１）型腔不发生溢料在高压塑料熔体作用下，模具型腔壁过大的塑性变形将导致某些结合面出现溢料间隙，产生溢料和飞边。因此，需根据不同塑料的溢料间隙来决定刚度条件。表６－２为部分塑料允许使用的不溢料间隙值。（２）保证塑料精度当塑件的某些工作尺寸要求精度较高时，成型零件的弹性变形影响塑件精度，因此应使型腔压力为最大时，该型腔壁的最大弹性变形量小于塑件公差的１／５。上一页下一页返回６.３成型型腔壁厚的计算（３）保证塑件顺利脱模当变形量大于塑件冷却的收缩量时，塑件的周边被型腔紧紧包住而难以脱模，强制顶出则易使塑件划伤或损坏，因此，型腔允许的弹性变形量应小于塑件的收缩值。但是，一般来说塑料的收缩率较大，故多数情况下，当满足上述两项要求时已能满足本项要求。２.型腔和底板的强度及刚度计算（１）计算法常用圆形和矩形凹模的壁厚及底板厚度的计算公式，见表６－３、表６－４、表６－５。（２）查表法型腔壁厚的计算比较复杂且烦琐，为了简化模具设计，表６－６列出了矩形型腔壁厚的经验数据，表６－７列出了圆形型腔壁厚的经验数据，表６－８列出型腔底板的经验数据，供设计者参考。上一页返回图６－１静模的结构类型返回图６－１静模的结构类型（续）返回图６－２瓣合式静模返回图６－３动模的结构类型返回图６－