模具类型及结构设计副本解析0001

1、第三章 模具类型及结构设计 第三章 模具类型及结构设计 3.1 分型面及排气形式的确定 3.1.1 分型面的确定 分型面是分开模具取出塑件的面， 是模具动、定模的分界面。 分型面的位置 应位于塑件断面轮廓最大处， 同时还应考虚以下因素： 脱出塑件方便， 模具结构 简单，型腔排气顺利，确保塑件质量，无损塑件外观，设备利用合理等。不论分 型面如何选择，实际的模具结构不外乎如下三种情况： （1）型腔完全在动模一侧 （2）型腔完全在定模一侧 （3）型腔各有一部分在动、定模。 根据塑件的结构特点，主分型面位置如图 3-1 所示， 即第三种模具结构方案。 图 3-1 分型面的位置 3.1.2 排气方式的确

2、定 在注射成型过程中， 模具内除了型腔和浇注系统中原有的空气外， 还有塑料 受热或凝固产生的低分子挥发气体，这些气体若不能被熔融塑料顺利地排出型 腔，则可能因填充时气体被压缩而产生高温， 引起塑件局部碳化烧焦， 或使塑件 产生气泡， 或使塑料熔接不良而引起塑件强度降低， 甚至阻碍塑料填充等。 为了 使这些气体从型腔中及时排出，在设计模具时必须考虑排气问题。 排气方式有开设排气槽排气和利用模具分型面或模具零件的配合间隙处自 然排气等。 因利用模具分型面或配合间隙自然排气不需开设专门的排气槽， 设计 和加工都较为方便。 由于本设计塑件较小， 排气量小， 塑件最后充满的位置位于分型面上， 因此 采用

3、分型面和斜顶推杆与推孔间的间隙排气。 13 第三章 模具类型及结构设计 3.2 型腔数的确定与型腔的布置 3.2.1 型腔数的确定 注塑模具型腔数的确定，与现有注塑机的规格、所要求的塑件质量、塑 件的几何形状、塑件成本及交货期等因素有关。从经济的角度出发，定货量 大时可选用大型机、多型腔模具，对于小型制件，型腔数量可由经验决定。 当尺寸精度和重复性精度要求很高时，应尽量减少型腔的数目，在满足其它 要求的前提下尽量采用单型腔模具。针对于本设计的塑件，由于尺寸精度和 重复性精度要求高，因而采用一模一腔，同时考虑到塑件上有异形孔、左右 两侧各要侧抽，内部有倒扣，模具结构比较复杂，所以采用一模一腔较为

4、合 适。 3.2 浇注系统的设计与论证 浇注系统设计是注塑模设计中的重要问题之一。 浇注系统是塑料熔体从 注塑机喷嘴流向型腔的通道，它向型腔中的传质、传压、传热情况决定着塑 件的内在和外观质量， 它的布置和安排影响着塑件成型的难易程度和模具的 复杂程度。对浇注系统设计的具体要求有： （1） 对模腔的填充迅速有序。 （2） 可同时充满各个型腔。 （3） 对热量和压力损失较小。 （4） 尽可能消耗较少的塑料。 （5） 能够使型腔顺利排气。 （6） 浇注系统凝料容易与塑件分离或切除 （7） 不会使冷料进入型腔。 （8） 浇口痕迹对塑件外观影响很小。 浇注系统一般由主流道、分流道、浇口、冷料井等四部分

5、组成。 3.3.1 主流道的设计 根据该模具设计要求确定用卧式注塑机，因此主流道应为锥形流道。 根据设计手册可查得 XS-ZY-125 型注射机喷嘴的有关尺寸： 喷嘴前端孔径： d=4mm 喷嘴前端球面半径： R1=10mm （1） 主流道是连接注射机喷嘴与分流道的塑料熔体通道。 D: 主流道小端直径 D=d（喷嘴前端孔径） +（0.5 1）mm。 14 第三章 模具类型及结构设计 L：主流道长度，根据模具结构确定，越短越好。 R：球面半径 R2=R1（喷嘴前端球面半径） +（1 2） mm a: 主流道锥度，一般为 2 4 ；粘度大的可选 3 6 （但应力求与 铰力的斜度一致，在选用标准浇口

6、套时，主流道已一同选定。） 取主流道球面半径 R2=12mm 取主流道的小端直径 D=5mm 为了便于将凝料从主流道中拔出，将主流道设计成圆锥形，其斜 度为 3 6 ， 经换算得主流道大端直径 D1=10mm。为了使熔料顺利进 入分流道，可在主流道出料端设计半径 r=5mm的圆弧过渡。 2） 浇口套设计：为标准件可选定。浇口套常用钢材是 T8A、T10A热 处理要求：（ 5055） HRC。 如图 3-3 、3-4 所示。 图 3-3 主流道的设计 15 第三章 模具类型及结构设计 图 3-4 主流道衬套与定位环分开设计 3.3.2 分流道的设计 （1） 分流道设计的原则。 1. 尽量保证各型

7、腔同时充满，并均衡补料。 2. 各型腔之间距离恰当，以保证排布冷却水道、螺钉等，并有足够 截面积受注塑压力。 3. 尽量缩短流道长度，降低浇注系统凝料重量。 4. 型腔和浇注系统投影面积的重心应尽量接近注塑机锁模力的中心。 （ 2） 布置方式 分流道的布置方式有两种：平衡式与非平衡式。平衡式是指从主 流道到各型腔的分流道，其长度、形状、断面尺寸都对应相等优 点为生产的制品精度高，缺点是对应部位尺寸精度要求高。非平 衡式是指主流道到各型腔的分流道不完全相同，优点是可减少回 头料的重量，缺点是浇口设计较难，生产制品的精度低。 （针对塑件的结构特点，模具采用一模两腔平衡式布置） （3） 尺寸设计 1

8、、长度：分流道长度取决于模具型腔的总体布置方案和浇口位置。 从 输送熔体以减少压力和热量损失的要求出发， 应力求缩智分流道长 度；从结构与冷却考虑，分流道应有一定的长度。 16 第三章 模具类型及结构设计 2、断面形状与尺寸： 实际设计中所采用的分流道断面形状有圆形、 半 圆形、矩形、梯形和 U 形等。由于圆形分流道表面积最小，阻力亦 小，浇口可开在流道中心线上， 因而延长了浇口冻结时间， 对侧向 进料的小浇口有利， 虽制造比较困难、 费用高， 但对于表面有质量 要求的制件， 采用圆形分流道的热量损失较小， 可更好地满足表面 质量的要求，故采用半圆形分流道。 确定分流道断面尺寸时， 应保证分流

9、道内的塑料在型腔内充满 并补充因型腔内塑料冷却收缩所需的熔体后，方可进行冷却凝固。 （按此要求及参考常用塑料的分流道直径表得： ABS塑料分流道尺 寸推荐范围 4.8 9.5 ，本设计取分流道的直径为 5mm。） 3.3.3 浇口的设计 浇口是熔体进入型腔的最后通路。 它的位置、 尺寸及形状直接影响塑件 的质量，如设计不当，容易导致填充不好，产生熔接痕、气泡、翘曲变形、密度 不均以及内应力过大，甚至于不能充满。图 3-5 所示为利用模流分析软件 Moldflow 所得最佳浇口位置。 17 第三章 模具类型及结构设计 图 3-5 浇口最佳位置 由图可见，浇口最佳位置位于该塑件的侧表面，由于塑件左

10、右有两处侧向抽 芯，所以本着简化模具结构的原则，设计采用侧浇口（如图 3-2 所示）。 浇口截面尺寸的确定要点 浇口截面形状和尺寸的确定要根据制品的尺寸大小、 壁的厚薄（尺 寸大的、壁厚的，浇口尺寸要适当放大些，反之则应取小尺寸）、 塑料的品种 （流动性好的， 尺寸取值应偏小， 反之应取大值尺寸） 以及制品的结构和相应的浇口形式而定； 先取小值，试模后根据情况再修正。（小尺寸可以修大，太大了 就无法修小了。） （1） 浇口位置确定的要点 浇口应设计在制品壁厚最厚之处，并力求浇口至型腔各部分距离 尽可能接近并利于补缩。 避免在浇口处产生喷射、在成型中产生蛇流。 应设计在制品成型时的主要受力之处，

11、因为此处是塑料熔体流动 向上所承受的拉应力和压力的最大之处，特别是带填料的增强塑 料，更为明显。 应考虑并顾及到制品的尺寸和精度要求；因为塑料流动方向和垂 直于流动方向的收缩率不相同，所以应考虑到的方向性和可能引 18 第三章 模具类型及结构设计 起的变形。 一般浇口的尺寸很难用理论公式计算， 通常根据经验确定， 取其下限， 然后在试模过程中逐步加以修改。 一般浇口的截面面积约为分流道截 面面积的 3%-9%,截面形状常为矩形或圆形， 浇口长度为 0.5-2mm，表 面粗糙度 Ra 值不低于 0.4um。 根据塑件的成型要求及型腔的排列方式，选用侧浇口较为理想。 从塑件中心侧面进料， 在模具结

12、构上采取镶拼式型腔、 型芯， 有利于 填充、排气。（本设计为倒圆角梯形的侧浇口，宽度为 8mm、深度为 2mm、侧角度为 30、拐角半径为 2mm，长度为 3mm试, 模时修正。） 图 3-6 分流道与浇口 3.3.3 带钩形拉料杆和冷料穴的设计 该冷料穴底部有一根与冷料穴公称直径相同的钩形（ Z 形） 拉料杆，由于拉料头部的侧凹能将主流道凝料钩住，开模时即可 将凝料从主流道中拉出。同时，由于拉料杆的尾部固定在推杆固 定板上，故在塑件推出时，凝料也一同推出。取出塑件时，用手 工朝拉料钩的侧向稍许移动，即可将塑件连同浇注系统凝料一道 取下。该冷料穴是一种常用用的形式，其结构及尺寸如图 3-7 所

13、 示。 19 第三章 模具类型及结构设计 图 3-6 带钩形拉料杆 3.4 模具成型零件的结构设计 3.4.1 模具材料的选择 现有的模具模架已经标准化 , 所以在模具材料的选择时主要是根据制品的特 性和使用要求选择合理的型腔和型芯材料 . 如何合理的选择模具钢 , 是关系到模 具质量的前提条件 ,如果选材不当，则所有的精密加工所投入的工时 , 设备费用将 浪费。 在选择模具钢时 , 首先必须考虑材料的使用性能和工艺性能 , 从使用性能考 虑:硬度是主要指标之一 , 模具在高应力作用下欲保持尺寸不变 ,必须有足够的硬 度,当承受冲击载荷时还要考虑折断 ,崩刃问题 ,所以韧性也是一重要指标 ,耐

14、磨 性是决定模具寿命的重要因素 ,从 ABS特性看,这三项指标是必须要满足的 ,此外 还有红硬性 , 抗压屈服强度和抗弯强度和热疲劳能力的指标。 从工艺性能考虑 : 要热加工工艺好 , 加工温度范围宽 , 冷加工性能如切削 ,铣 削, 抛光等加工性能好 ,此外还要考虑淬透性和淬硬性 , 热处理变形和氧化脱碳等 性能. 另外从经济考虑 ,要求材料来源广 ,价格低。 经查（塑料模设计手册 （软件版 ）选择模仁的材料是 40Cr 。40Cr 属于低淬透性 合金调质钢，一般调质使用，比 45# 钢要好点。该钢机械加工性能较好 ,经热处 理（淬火及回火 ）后,具有优良的耐腐蚀性能 ,抛光性能 ,较高的强

15、度和耐磨性 ,适于 制造承受高负荷 ,高耐磨及在腐蚀介质作用下的塑料模具 ,透明塑料制品模具等 . 20 第三章 模具类型及结构设计 3.4.2 凹模的结构设计 凹模是成型制品外表面的成型零件，是制品外表面形状、结构的复制。 凹模按结构形式可分为整体式、整体嵌入式、局部镶嵌入式、组合式等。 根据塑件的外形和结构分析，选用整体嵌入式凹模。 整体嵌入式凹模的优点：可以选用优质钢材加工而又用材不多，其结构便于 加工，也便于维修和更换。 一致性较好， 尤其是多型腔结构的模具常采用整体嵌 入式结构的凹模。 图 3-7 整体式凹模 3.4.3 凸模的结构设计 凸模即成型塑料制品内表面的大型芯，而成型制品上

16、的孔是小型芯或称为成 型杆。 凸模分为整体式型芯、整体嵌入式、组合式等。 根据塑件的外形和结构分析，选用组合式凸模。 凸模与模板之间可直接用螺钉和销钉固定。 21 第三章 模具类型及结构设计 图 3-8-1 组合式凸模 1. 组合式凸模小型芯 2. 组合式凸模盲孔型芯 3. 组合式凸模型芯 4. 组合式凸模异型孔型芯 5. 组合式凸模大型芯 6. 组合式凸模型芯板 图 3-8-2 组合式凸模各成型件 22 第三章 模具类型及结构设计 3.4.4 侧向分型与抽芯的基本功能 侧向分型与抽芯机构应具备以下基本功能： （1）能够保证在不引起塑件变形的情况下准确抽芯和分型。 （2）运动灵活，动作可靠，无过分磨损现象。 （3）具有必要的强度和刚度。 （4）配合间隙和拼缝线不溢料。 以上几点可以保证塑件必要的尺寸精度和模具具有较长工作寿命。 此外，侧向分 型与抽芯机构比较复杂，设计时应综合考虑制造和装配等方面的问题。 3.4.5 侧向分型与抽芯的结构形式 观察塑件的结构（如图 1-1 ）可以看出，塑件的成型难点