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第6章塑料模设计基础 6 1塑件的工艺性6 2塑料模的分类和基本结构6 3塑料模分型面的选择6 4成型零件的设计6 5结构零件的设计6 6塑料模的设计程序 作业 6 1塑件的工艺性 6 1 1塑件的尺寸 公差和表面质量6 1 2塑件的几何形状6 1 3塑料螺纹和齿轮6 1 4带嵌件的塑件设计 返回 6 1 1塑件的尺寸 公差和表面质量 1 塑件的尺寸塑件尺寸的大小主要是由塑料的流动性决定的 对于流动性差的塑料 如玻璃纤维增强塑料 或薄壁塑件 在注射模塑和压注模塑时 塑件尺寸不宜过大 以免熔体不能完全充满型腔或形成熔接痕而影响塑件质量 2 塑件的公差表6 1塑件公差数值表表6 2塑件精度等级的选用 公差的标注方法 对于孔类尺寸取表中数值冠以 号 对于轴类尺寸可取表中数值冠以 号 对于中心距尺寸可取表中数值的一半冠以 号 例题 3 塑件的表面质量塑件的表面质量是指塑件的表面缺陷 如斑点 条纹 凹痕 起泡 变色等 表面光泽性和表面粗糙度 其中表面粗糙度主要是由模具成型零件表面粗糙度决定的 一般情况下 模具的粗糙度比塑件低一个等级 如模具是0 4 塑件就是0 8 返回 1 塑件的形状2 塑件的壁厚3 脱模斜度4 塑件的加强肋5 塑件的支承面6 塑件的圆角7 塑件上的孔的设计8 塑件的花纹 标记 符号及文字 6 1 2塑件的几何形状 返回 1 塑件的形状 塑件的形状必须便于成型以简化模具结构 降低成本 提高生产率和保证塑件的质量 1 塑件的内外表面应尽量避免侧孔或侧凹 2 塑件带有浅凹槽时 可强制脱模主要用于弹性好的塑料 如聚甲醛塑件即允许模具型芯有5 的内凹 或外凸 强行脱模时不会引起变形 聚乙烯 聚丙烯等塑件也可采用类似的设计 动画图 返回 2 塑件的壁厚 1 影响壁厚的因素工艺要求 流动性好的塑料可取薄壁 使用要求 有足够的强刚度 使用中不变形 能承受脱模力 紧固力 2 壁厚的要求尽量均匀一致 使收缩均匀 避免塑件变形 3 壁厚值热固性塑料的小型塑件 壁厚取1 5 2 5mm 大型塑件取3 8mm 热塑性塑料易于成型薄壁塑件 最薄可达0 25mm 但一般不宜小于0 6 0 9mm 通常选取2 4mm 返回 3 脱模斜度 脱模斜度 塑件的内外表面沿脱模方向要有一定的斜度 目的 减小摩擦力和抱紧力 1 在通常情况下 脱模斜度为30 1 30 应根据具体情况而定 2 斜度的取向原则是 内孔以小端为准 符合图纸要求 斜度由扩大方向得到 外形以大端为准 符合图纸要求 斜度由缩小方向得到 脱模斜度值一般不包括在塑件尺寸的公差范围内 但对塑件精度要求高的 脱模斜度应包括在公差范围内 返回 4 塑件的加强肋 1 作用避免翘曲变形 保证强刚度 减小壁厚 节省材料 改善流动条件 2 尺寸 返回 5 塑件的支承面 当塑件需要由一个面为支承 或基准面 时 以整个底面作为支承面是不合理的 常采用边框支承或底脚 三点或四点 支承 返回 6 塑件的圆角 1 作用 避免了应力集中 利于塑料充模时的流动 2 取值 一般在0 5 1mm之间 注 对于塑件的某些部位如分型面 型芯与型腔配合处等不便作成圆角 则仍采用尖角 返回 7 塑件上的孔的设计 塑件上的孔是用模具的型芯成型的 孔在设计时的注意事项孔的位置 设在不影响塑件强度的地方 如孔间距大于孔径等 孔的加强 在孔的四周加凸起 返回 8 塑件的花纹 标记 符号及文字 1 塑件上的花纹 如凸 凹纹等 应易于成型和脱模 便于模具制造 为此 纹向应与脱模方向一致 2 塑件上的标记 符号或文字有三种不同的形式塑件上是凸字 模具制造时比较方便 但凸字容易磨损 塑件上是凹字 模具制造困难 但凹字不容易磨损 凹坑凸字 具有前两种的优点 返回 6 1 3塑料螺纹和齿轮 1 塑料螺纹 塑料螺纹的成型方法在模塑时直接成型在模塑后机械加工而成采用金属的螺纹嵌件 直接成型塑料螺纹时的注意事项 直接成型塑料螺纹时的注意事项 1 塑料螺纹的螺牙应选取大 否则强度不够 表6 3 2 模塑的螺纹其直径不宜太小外螺纹直径不宜小于4mm 否则强度不够 内螺纹直径不宜小于2mm 否则成型困难 3 螺纹的始端和末端均不应突然开始和结束 而应有过渡部分 图 返回 2 塑料齿轮 塑料齿轮在电子 仪表等工业部门中的应用越来越广泛 目前主要用于精度和强度要求都不太高的齿轮传动 常用的塑料是尼龙 聚碳酸酯 聚甲醛 聚砜等 为了使塑料齿轮适应注射成型工艺 对齿轮的各部分尺寸 图6 22 作如下规定 轮缘宽度tl最小应为齿高t的三倍 辐板厚度H1应等于或小于轮缘厚度H 轮毂厚度H2应等于或大于轮缘厚度H 并相当于D 轮毂外径D1最小应为轮孔直径D的1 5 3倍 返回 6 1 4带嵌件的塑件设计 1 嵌件的用途及形式增加塑件局部的强 刚度 导电性等 增加塑件的尺寸和形状的稳定性 缺点 增加塑件的成本 使模具结构复杂 而且难于实现自动化 嵌件的材料 金属 玻璃 木材和已成型的塑件等 其中金属嵌件用得最普遍 2 嵌件设计要点 2 嵌件设计要点 1 嵌件周围有足够厚度的塑料金属嵌件与塑件的收缩不同 致使嵌件周围产生很大的内应力而造成塑件开裂 2 防止嵌件的旋转与脱出嵌件表面应制成菱形滚花或台阶 3 嵌件应对称分布 以防止收缩变形4 嵌件宜用盲孔 便于安装 防溢料 5 嵌件离塑件表面要远些6 嵌件如安在凸起上时 要长些 图 7 为提高嵌件的稳定性 模具可设有凸起或凹槽 图 8 细长嵌件应设支撑柱 图 9 防止溢料 图 返回 6 2塑料模的分类和基本结构 6 2 1塑料模的分类按模塑方法分类按模具的安装方式分类按型腔数目分类按分型面特征分类 返回 1 按模塑方法分类 1 压缩模压缩模又称压塑模或压模 它主要用于热固性塑料的成型 有时也可用来成型热塑性塑料 压缩模是塑料模中最简单的成型模具 2 压注模压注模又称传递模 挤塑模或铸压模 它主要用于热固性塑料的成型 这种模具因有外加料腔 柱塞及浇注系统等 因此它的结构比压缩模复杂 造价较高 3 注射模注射模又称注塑模 它主要用于热塑性塑料的成型 也可用来成型热固性塑料 除上述塑料模外 还有中空吹塑模 热成型模 发泡模 浇铸模 挤出机头及口模等 返回 2 按模具的安装方式分类 1 移动式模具2 固定式模具3 半固定式模具 返回 1 移动式模具在设备上只进行加热和加压 其它工序如加料 合模 开模取塑件等操作均在机外进行 常见的移动式模具多为小型压塑模 压注模和立式注射机上用的小型注射模 特点 模具结构简单 成本低 但工人劳动强度大 不宜成型大型塑件 图 返回 2 固定式模具这种模具是固定在成型设备上 全部工序都在机内进行 它在压缩模 压注模 注射模中广泛应用 特点 模具结构复杂 成本高 模具的重量不受工人体力限制 可以成型大型塑件 生产率高 图 返回 3 半固定式模具这种模具的部分工作部件 如凹模 在开模时可以取出 而其它部分则始终固定在成型设备上 它主要用于热固性塑料成型的压缩模和压注模 特点 这种模具兼有移动式和固定式模具的优点 图 返回 3 按型腔数目分类 1 单型腔模具这是在一副模具中只有一个型腔 在一个模塑周期内只能生产一个塑件的模具 这种模具结构简单 制造方便 造价低廉 但生产效率较低 设备的潜力不能充分发挥 它主要用于成型大型塑件和形状复杂或多嵌件的塑件 或小批量生产 或试制场合 2 多型腔模具这是在一副模具中有两个以上的型腔 在一个模塑周期内同时生产两个以上的塑件 这种模具生产率高 设备潜力能够充分发挥 但模具结构比较复杂造价较高 它主要用于生产批量较大的场合或小型塑件的成型 返回 4 按分型面特征分类 按分型面的数目 可以分为一个 二个 三个或多个分型面的模具 按分型面的特征 可分为水平分型面的模具 垂直分型面的模具和水平与垂直分型面的模具 水平分型面并不是指模具处于工作位置时 与地面相平行的分型面 而是指分型面的位置垂直于合模方向 垂直分型面是指分型面的位置平行于合模方向 因此 模具在立式压机或注射机上工作时 水平分型面与地面相平行 在卧式注射机上工作肘 水平分型面与地面相垂直 返回 6 2 2塑料模的基本结构 1 塑料模的组成零件塑料模的类型很多 同一类塑料模又有各种不同的结构形式 但任何一副塑料模的组成零件都可按其用途进行归类 这样 在进行模具设计时 可以根据各类零件的用途要求 在结构及几何参数的设计计算上找到共同的规律 塑料模的组成零件按用途可以分为两大类 成型零件 它是直接与塑料接触或部分接触并决定塑件的形状及其尺寸公差的零件 如凸模 凹模 型芯 螺纹型芯 螺纹型环及镶件等 结构零件 它一般不与塑料相接触 在模具中起安装 定位 导向 分型与抽芯 推出 加热或冷却等作用 一般包括固定板 浇注系统零件 导向零件 分型与抽芯机构 推出机构 加热或冷却装置 以及装配 定位 安装用的零件等 2 塑料模的基本结构 图6 39固定式注射模的基本结构1 拉料杆2 推杆3 带头导柱4 型芯5 凹模6 冷却通道7 定位圈8 主浇道衬套9 定模座板10 定模板11 动模板12 支撑板13 垫块 模脚 14 推杆固定板15 推板 它是一副结构比较复杂的多型腔 单水平分型面的固定式注射模 它的结构由动模和定模两大部分构成 动模安装在注射机的移动模扳上 定模安装在注射机的固定模板上 利用注射机的合模机构 实现模具的开启或闭合 注射时动模与定模闭合构成型腔和浇注系统 以便熔体充模而形成塑件 开模时动模与定模分开 动模退到一定距离后 模具推出机构与注射机的固定顶出杆相碰 从而由推杆和拉料杆将塑件及浇注系统凝料推出模外 返回 6 3塑料模分型面的选择 6 3 1分型面及其基本形式定义 为了取出塑件及浇注系统凝料 将模具分成两个或更多部分 这些可以分离的接触表面 称为分型面 基本形式 一副模具根据需要可能有一个或两个以上分型面 分型面可能是垂直于合模方向或倾斜于合模方向 也可能是平行于合模方向 返回 6 3 2分型面选择的一般原则 1 分型面应便于塑件的脱模 图 2 分型面的选择应有利于侧向分型与抽芯3 分型面的选择应保证塑件的质量4 分型面的选择应有利于防止溢料 图 5 分型面的选择应有利于排气 图 6 分型面的选择应尽量使成型零件便于加工7 选择分型面时 应考虑减小由于脱模斜度造成塑件的大小端尺寸差异 图 返回 6 4成型零件的设计 6 4 1成型零件的结构设计凹模的结构设计凸模和型芯的结构设计螺纹型芯和螺纹型环的结构设计6 4 2成型零件的工作尺寸计算影响塑件尺寸公差的因素成型零件工作尺寸计算方法型腔和型芯工作尺寸计算中心距工作尺寸计算型腔和底板的强度及刚度计算 返回 1 凹模的结构设计 1 整体式凹模 是由整块钢材直接加工而成的 特点 这种凹模结构简单 牢固可靠 不易变形 但当塑件形状复杂时 其凹模的加工工艺性较差 应用 整体式凹模适用形状简单的小型塑件的成型 2 组合式凹模 是由两个以上零件组合而成的 特点 这种凹模改善了加工性 减少了热处理变形 节约了模具贵重钢材 但结构复杂 装配调整比较麻烦 塑件表面可能留有镶拼痕迹 组合后的型腔牢固性较差 应用 这种凹模主要用于形状复杂的塑件的成型 返回 2 组合式凹模 嵌入式组合凹模 镶拼式组合凹模 瓣合式凹模 返回 嵌入式组合凹模 1 整体嵌入式组合凹模2 局部镶嵌式组合凹模 返回 镶拼式组合凹模 整个凹模可由几个部分镶拼而成 返回 瓣合式凹模 返回 对于侧壁带凹的塑件 如线圈骨架 为了便于脱模 可将凹模做成两瓣或多瓣组合式的 成型时瓣合 脱模时瓣开 常见的瓣合式凹模是两瓣组合式 这种凹模通称为哈夫 half 凹模 2 凸模和型芯的结构设计 凸模或型芯 成型塑件内表面 整体式凸模或型芯 由一块金属加工而成 特点 结构牢固 主要用于形状简单的小型凸模 组合式凸模 镶拼式组合凸模 孔的成型方法 返回 组合式凸模 为了节约贵重钢材和便于加工 返回 镶拼式组合凸模 返回 孔的成型方法 返回 1 简单孔 由一个一端固定的型芯来成型 由两个直径相差0 5 1mm的型芯来成型 由一个一端固定 另一端导向支撑的型芯来成型 2 复杂孔 1 简单孔 返回 2 复杂孔 返回 3 螺纹型芯和螺纹型环的结构设计 螺纹型芯 直接成型塑件上的螺孔 装固金属螺纹嵌件 注意事项 A 保证安装定位可靠 B 尾部有小平面 螺纹型环 直接成型塑件上的螺柱 装固金属螺纹嵌件 返回 螺纹型芯 问题两种螺纹型芯的区别 返回 此图结构螺纹型芯装固不牢 易掉下来 螺纹型芯注意事项 1 此螺纹型芯是直接成型螺纹孔的 还是装固螺纹嵌件的 2 结构是否正确 答案 返回 防止螺纹型芯掉下来 返回 螺纹型芯的弹性固定 返回 螺纹型环 返回 1 影响塑件尺寸公差的因素 成型零件的制造误差 制造公差 Z 一般可取塑件总公差 的1 3 1 4 成型零件的磨损量 对于中小型塑件 最大磨损量 c可取塑件总公差 的1 6 即 c 6 对于大型塑件则取 6以下 成型收缩率的偏差和波动 模具安装配合的误差 水平飞边厚度的波动 返回 6 4 2成型零件的工作尺寸计算 2 成型零件工作尺寸计算方法 分两类 一类是按平均缩率 平均制造公差和平均磨损量进行计算 另一类是按极限收缩率 极限制造公差和极限磨损量进行计算 前一种计算方法简便易行 重点讲按平均收缩率进行计算 返回 规定 题目 返回 3 型腔和型芯工作尺寸计算 1 型腔和型芯径向尺寸型腔径向尺寸 LM Ls LsScp 3 4 z型芯径向尺寸 LM Ls LsScp 3 4 z注 塑件尺寸公差 Scp 塑料平均收缩率 Ls 塑件尺寸 z 3 返回 2 型腔深度和型芯高度尺寸 1 型腔深度尺寸HM Hs HsScp 2 3 z2 型芯高度尺寸HM Hs HsScp 2 3 z注 塑件尺寸公差 Scp 塑料平均收缩率 Ls 塑件尺寸 z 3 返回 返回上一页 4 中心距工作尺寸计算 返回 LM Ls LsScp z 2注 塑件尺寸公差 Scp 塑料平均收缩率 Ls 塑件尺寸 z 3 例题 计算例题 5 型腔和底板的强度及刚度计算 强度不够时 型腔发生破坏 刚度不足则发生过大的弹性变形 1 型腔和底板的强度及刚度计算查表法 型腔壁厚的计算比较复杂且烦琐 为了简化模具设计 一般采用经验数据或查有关表格 返回 6 5结构零件的设计 6 5 1合模导向装置的设计导向装置的作用导向零件的设计原则导柱的结构 特点及用途导套和导向孔的结构 特点及用途6 5 2支承零件的设计动模 或上模 座板和定模 或下模 座板动模 或上模 板和定模 或下模 板支承板垫块 返回 1 导向装置的作用 1 导向作用 合模时 首先是导向零件接触 引导上 下模准确合模 避免凸模或型芯先进入型腔 以保证不损坏成型零件 图 2 定位作用 避免模具装配时认错方位而损坏模具 并且在模具闭合后使型腔保持正确的形状 不致于由于位置的偏移而引起零件壁厚不均 对于垂直分型的两瓣对拼凹模 合模销可以保证在合模时定位准确 3 承受一定的侧向压力 塑料注入型腔过程中会产生单向侧面压力 或由于成型设备精度的限制 使导柱在工作中承受一定的侧压力 返回 2 导向零件的设计原则 1 导向零件应均匀分布在模具的周围或靠近边缘的部位 2 根据模具的形状和大小 一副模具一般需要2 4个导柱 3 导柱可设置在定模 也可设置在动模 通常设置在型芯高出分型面的一侧 4 当导柱与导套配合使用时 导柱装配处直径应与导套外径相等 5 为保证分型面很好地接触 导柱和导套在分型面处应制有承屑槽 返回 3 导柱的结构 特点及用途 1 台阶式导柱 最常用的结构形式 2 铆合式导柱 铆合式导柱结构简单 加工方便 但导柱损坏后更换麻烦 主要用于小型简单的移动式模具 3 合模销 在垂直分型面的组合式凹模中 为了保证锥模套中的拼块相对位置的准确性 常采用两个合模销 返回 1 台阶式导柱 返回 2 铆合式导柱 返回 3 合模销 返回 4 导套和导向孔的结构 特点及用途 1 导套 常用的标准导套有直导套和带头导套两大类 直导套的结构简单 制造方便 用于小型简单模具 带头导套的结构复杂 加工较难 主要用于精度要求高的大型模具 2 导向孔 直接开设在模板上 它适用于生产批量小 精度要求不高的模具 注意点 当导向孔是成盲孔时 应开设排气槽 返回 1 导套 返回 2 导向孔 返回 2 支承零件的设计 1 动模 或上模 座板和定模 或下模 座板 它是动 定模的基座 也是固定式塑料模与成型设备连接的模板 2 动模 或上模 板和定模 或下模 板 它的作用是固定凸模或型芯 凹模 导柱 导套等零件 所以又称固定板 3 支承板 支承板也叫垫板 它的作用是防止型芯 凹模 导柱 导套等零件脱出 并承受型芯和凹模等传递而来的成型压力 4 垫块 垫块的作用是使动模支承板与动模座板之间形成用于推出机构运动的空间 返回 图 6 塑料模的设计程序 接受任务书 搜集 分析和消化原始资料 设计模塑成型工艺 熟悉成型设备的技术规范 确定模具结构 模具设计的有关计算 模具总