注射成型工艺-第七章--注射模成型零部件设计精编版

1、 型腔：模具闭合时用来填充塑料成型制品的空间。 确定型腔总体结构。根据塑件的结构形状与性能要 求，确定成型时塑件的位置、分型面，一次成型的数量， 进浇点和排气位置、脱模方式等。 成型零部件设计内容与程序如下： 进行关键成型零件强度与刚度校核。 计算成型零件的工作尺寸。 确定成型零部件的结构类型。从结构工艺性的角度 确定型腔各零部件之间的组合方式和各组成零件的具体结 构。 成型零部件：构成模具型腔的零部件。它包括：凹模、 凸模、型芯、型环和镶件等。 第一节 型腔总体布置与分型面选择 一、型腔数目的确定 常用确定型腔数目的方法如下： 1 按注射机的最大注射量确定型腔数量n 根据式(52)可得 n

2、jg V VV n 8 . 0 (7-1) n jg m mm n 8 . 0 式中 Vg(mg)注射机最大注射量，cm3或g； Vj(mj)浇注系统凝料量，cm3或g； Vn(mn)单个塑件的容积或质量，cm3或g。 2. 按注塑机的额定锁模力确定型腔数 n j pA pAF n （7-2） 式中 F注射机的额定锁模力，N； p塑料熔体对型腔的平均压力，MPa； An单个塑件的在分型面上的投影面积，mm2； Aj浇注系统在分型面上的投影面积，mm2。 型腔数 根据注射机的额定锁模力大于将模具分型面胀开的力， 得 Fp(nAn+Aj) 3按制品的精度要求确定型腔数 %4) 1( ss LnL

3、式中 L塑件基本尺寸，mm； 塑件的尺寸公差，mm，为双向对称偏差标 注； s单腔模注射时塑件可能产生的尺寸误差的 百分比。其数值对聚甲醛为0.2，聚酰胺-66为 0.3%，对PE、PP、PC、ABS和PVC等塑料为 0.05%。 生产经验认为，增加一个型腔，塑件的尺寸精度将降 低4，为了满足塑件尺寸精度需使 成型高精度制品时，型腔数不宜过多，通常推荐不超 过4腔，因为多型腔难于使各型腔的成型条件均匀一致。 2425 s L n （7-3） 上式化简得型腔数目 模具费为 Xm=nC1+C2 式中 C1每一型腔所需承担的与型腔数有关的模具费 用； C2与型腔数无关的费用。 4按经济性确定型腔数

4、根据总成型加工费用最小的原则，并忽略准备时间和 试生产原材料费用，仅考虑模具费用和成型加工费。 成型加工费为 式中 N制品总件数； Y每小时注射成型加工费，元/h； t成型周期。 0 dn dx 1 60 C Nyt n (7-4) n yt NX j 60 则得： 为使总成型加工费最小，令 总成型加工费为 X=Xm+Xj 二、多型腔的排列 设计时应注意 如下几点： 尽可能采用 平衡式排列，以便 构成平衡式浇注系 统，确保塑件质量 的均一和稳定。 型腔布置和 浇口开设部位应力 求对称，以防止模 具承受偏载而产生 溢料现象。 尽量使型 腔排列紧 凑 一 些，以减 小 模 具的外形尺寸。 图7-2

5、(b)的布局 优于图(a)的布 局，(b)的模板 总面积小 ， 可 节省钢材 ， 减 轻模具质量。 型腔的圆形排列所占的模板尺寸大，虽有利于浇注 系统的平衡，但加工较麻烦，除圆形制品和一些高精度制 品外，在一般情况下常用直线和H形排列，从平衡的角度 来看应尽量选择H形排列，图73(b)、(c)的布局比(a)要 好。 三、分型面的设计 按分型面的位置 分：分型面有垂直 于注射机开模运动 方向图7-4(a)、 (b)、 (c)、 (f)；平行于开 模方向 图(e)；倾 斜于开模方向图(d)。 1分型面的形式 分型面：模具上用于取出塑件和(或)浇注系统凝料的 可分离的接触表面。 按分型面的形状 分：

6、有平面分型面 图(a)；曲面分型面 图(b)；阶梯形分型 面图(c)。 常见单分型面模具只有一个与开模运动方向垂直 的分型面； 对于有侧凹或侧孔的制品图 (e)所示线圈骨架，则 可采用平行于开模方向的瓣合模式分型面，开模时先使 动模与定模面分开，然后再使瓣合模面分开。 有时为了实现侧向抽芯，也需要另增辅助分型面； 有时为了取出浇注系统凝料，如采用针点浇口时， 需增设一个取出浇注系统凝料的辅助分型面图(f)； 分型面的数量： (1)分型面应便于塑件脱模和简化模具结构，尽可能使 塑件开模时留在动模，便于利用注射机锁模机构中的顶出 装置带动塑件脱模机构工作。若塑件留在定模，将增加脱 模机构的复杂程度

7、。 2分型面选择原则 总的原则： 保证塑件质量，且便于制品脱模和简化模具结构。 表7l例l图 (a)，由于凸模 固定在定 模 ， 开模后塑 件 收 缩包紧凸 模 使 塑件留于定模， 增加了脱 模 难 度，使模 具 结 构复杂。图(b) 的形式就 较 为 合理。 表71例2 图(a)，当塑件 带有金属嵌件时， 因嵌件不会因收 缩而包紧型芯， 型腔若仍设于定 模，将使模件留 在定模，使脱模 困难，故应将型 腔 设 在 动 模 图 (b)。 表71例3， 塑件外形较简单， 而内形带有较多 的孔或复杂的孔 时，塑件成型收 缩将包紧在型芯 上，型腔设于动 模不如设于定模 脱模方便，后者 仅需采用简单的

8、推板脱模机构便 可使塑件脱模。 表7l中例4， 对带有侧凹或侧 孔的塑件，应尽 可能将侧型芯置 于动模部分，以 避免在定模内抽 芯。同时应使侧 抽芯的抽拔距离 尽量短，表7l 中例5。 (2)分型面应尽可能选择在不影响外观的部位，并使其产 生的溢料边易于消除或修整。 分 型 面 处 不可避免地要 在塑件上留下 溢料或拼合缝 痕迹，分型面 最好不要设在 塑件光亮平滑 的外表面或带 圆弧的转角处。 表中例6，带 有球面的塑件， 若采用图 (a) 的形式将有损 塑件外观，改 用图(b)的形式 则较为合理。 分型面还影响塑件飞边的位置，图75塑件，图(a) 在A面产生径向飞边，图(b)在B面产生径向飞

9、边，若改 用图(c)结构，则无径向飞边，设计时应根据塑件使用 要求和塑料性能合理选择分型面。 (3)分型面的选择 应保证塑件尺寸精 度 表71中例7 塑件，D和d两表 面有同轴度要求。 选择分型面应尽可 能使D与d同置于 动模成型，图(b)。 若分型面选择图(a) 所示，D与d分别 在动模与定模内成 型，由于合模误差 不利于保证其同轴 度要求。 (4)分型面选择应有 利于排气 应尽可能使 分型面与料流 末端重合，这 样才有利于排 气。表7l中 例8图 (b)。 (5)分型面选择 应便于模具零件 的加工 表71例9， 图(a)采用一垂直 于开模运动方向 的平面作为分型 面，凸模零件加 工不便，而

10、改用 倾斜分型面图(b) ，则使凸模便于 加工。 (6)分型面选择应考虑注射机的技术规格 图76弯板塑件， 若采用图(a)的形式成 型，当塑件在分型面 上的投影面积接近注 射机最大成型面积时， 将可能产生溢料，若 改为图(b)形式成型， 则可克服溢料现象。 图77杯形塑件，其高 度较大，若采用图(a)垂直 于开模运动方向的分型面， 取出塑件所需开模行程超 过注射机的最大开模行程， 当塑件外观无严格要求时， 可改用图 (b)所示平行于开 模方向的瓣合模分型面， 但将使塑件上留下分型面 痕迹，影响塑件外观。 结论：选择分型面应综合考虑各种因素的影响， 权衡利弊，以取得最佳效果。 注意：在应用上述

11、原则选择分型面时，有 时会出现相悖，图78 所示塑件，当对制品外 观要求高，不允许有分 型痕迹时宜采用图(a) 成型，但当塑件较高时 将使制品脱模困难或两 端尺寸差异较大，因此 在对制品无外观严格要 求的情况下，可采用图 (b)的形式分型。 2组合式 适用场合： 塑件外形较复杂，整体凹模加工工艺性差。 优点： 改善加工工艺性，减少热处理变形，节省优质钢材。 类型多样： 图79。图(b) c)为底部与侧壁分 别加工后用螺钉连 接或镶嵌，图(c)拼 接缝与塑件脱模方 向一致，有利于脱 模； 图(d)为局部 镶嵌，便于加工、 磨损后更换方便。 对于大型和复 杂的模具，可采用图 (e)所示的侧壁镶拼嵌

12、 入式结构，将四侧壁 与底部分别加工、热 处理、研磨、抛光后 压人模套，四壁相互 锁扣连接，为使内侧 接缝紧密，其连接处 外侧应留有03 04 mm间隙，在四 角嵌入件的圆角半径 R应大于模套圆角半 径。 图(f)、 (g)所示 为整体嵌入式，常用 于多腔模或外形较复 杂的塑件，如齿轮等， 常用冷挤、电铸或机 械加工等方法制出整 体镶块，然后嵌入， 它不仅便于加工，且 可节省优质钢材。 注意： 组合式凹模易在塑件上留下拼 接缝痕迹，设计时应合理组合，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，还应尽可能使拼接 缝的方向与塑件

13、脱模方向一致脱模。 对于采用垂直分型面的模具， 凹模常用瓣合式结构。图710 为线圈架的凹模。 二、凸模(型芯) （2）组合式： 适用场合，塑件 内表面形状复杂 不便于机械加工， 或形状虽不 复 杂，但为节省优 质钢材、减少切 削加工量时。 （1）整体式：图711(a)，优点，凸模与模板做成整体， 结构牢固，成型质量好，缺点，钢材消耗量大，适用场合， 内表面形状简单的小型凸模。 凸模：用于成型塑件内表面的零部件，又称型芯或 成型杆。 凸模分类：整体式和组合式。 将凸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711(b)、(c)、(d)为常用连接方式示 例。图(d)采用轴肩和底

14、板连接；图(b)用螺钉连接，销钉 定位；图(c)用螺钉连接，止口定位。 结构形式： 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712，(a)采用过盈配合，从模板上压 入；（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；(c)对细长的型芯可将下部加粗或做得较短， 由底部嵌入，然后用垫板固定或(d)、(e)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。 对异形型芯为便于加工，可做成图713的结构， 将下面部分做成圆柱形 (a)，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(b)。 对形状复杂的凸模为了便于机械加工和热处理，采

15、用 镶拼组合式，图714。 三、螺纹型芯与螺纹型环 手动脱卸螺纹要求： 成型前使螺纹型芯或型环在模具内准确定位和可靠固 定，不因外界振动和料流冲击而位移；开模后型芯或型环 能同塑件一起方便地从模内取出，在模外用手动的方法将 其从塑件上顺利地脱卸。 成型后塑件从螺纹型芯或螺纹型环上脱卸的方式： 强制脱卸、机动脱卸和模外手动脱卸。 作用： 分别用于成型塑件的内螺纹和外螺纹，还可用来固定 塑件内的金属螺纹嵌件。 适用场合：成型塑件上的螺纹孔、安装金属螺母嵌件。 (a)、(b)、 (c)用于成型塑 件上的螺纹孔， 采用锥面、圆 柱台阶面和垫 板定位支承。 1.螺纹型芯 螺纹型芯的安装方式：图715，均

16、采用间隙配合，仅 在定位支承方式上有区别。 用于固定金属螺纹嵌件，采用图(d)结构难于控制嵌件 旋入型芯的位置，且在成型压力作用下塑料熔体易挤入嵌 件与模具之间和固定孔内并使嵌件上浮，影响嵌件轴向位 置和型芯的脱卸；若将型芯做成阶梯状(e)，嵌件拧至台 阶为止，有助于克服上述问题；对细小的螺纹型芯(小于 M3)，为增加刚性，采用图(f)结构，将嵌件下部嵌入模板 止口，同时还可阻止料流挤入嵌件螺纹孔；当嵌件上螺纹 孔为盲孔，且受料流 冲击不大时，或虽为 螺纹通孔，但其孔径 小于3时，可利用普通 光杆型芯代替螺纹型 芯固定螺纹嵌件(g)， 从而省去了模外卸螺 纹操作。 上述七种安装方式主要用于立式

17、注射机的下模或卧式 注射机的定模，而对于上模或合模时冲击振动较大的卧式 注射机模具的动模，应设置防止型芯自动脱落的结构。 (a)至(g)为螺 纹型芯弹性 连接形式。 (a)、(b)型芯 柄部开豁槽， 借助豁口槽 弹力将型芯 固定，它适 用于直径小 于8mm的螺 纹型芯； (c)、(d)弹簧钢丝卡入型芯柄部的槽内以张紧型芯，适 用于直径816mm的螺纹型芯；直径大于16mm的螺纹型 芯可采用弹 簧钢球(e)或 弹簧卡圈(f) 固定，也可 采用肘簧夹 头夹紧(g)； (h)为刚性连 接的螺纹型 芯，使用不 便。 2螺纹型环 适用场合：成型塑件外螺纹或固定带有外螺纹的金属 嵌件。 结构：整体式和组合

18、式。 整 体 式 ： 图 717 (a)，它 与模孔呈间隙 配合(H8/f8)， 配合段常为3 5mm，其余加 工成锥状，再 在其尾部铣出 平面，便于模 外利用扳手从 塑件上取下。 组合式：(b)，采用两瓣拼合，销钉定位。在两瓣结合 面的外侧开有楔形槽，以便于脱模后用尖劈状卸模工具取 出塑件。 一、塑件尺寸精度的影响因素 1成型零部件的制造误差 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公差控制在塑件相应公差的13左 右。 2成型零部件的磨损 影响磨损的因素： 成型塑件的材料、成型零部件的磨损性及生产纲领。 简化计算： 只考虑与塑件脱模方向平行的表面的磨损，对

19、垂直于 脱模方向的表面的磨损则予以忽略。 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。 含玻璃纤维和石英粉等填料的塑件、型腔表面耐磨性 差的零部件取大值。设计时根据塑料材料、成型零部件材 料、热处理及型腔表面状态和模具要求的使用期限来确定 最大磨损量，中、小型塑件该值一般取16塑件公差，大 型塑件则取小于16塑件公差。 3.塑料的成型收缩 成型收缩：是塑料材料与成型条件的综合特性，随制 品结构、工艺条件等影响而变化。 由于设计时选取的计算收缩率与实际收缩率的差异以 及由于塑件成型时工艺条件的波动、材料批号的变化而 造成的塑件收缩率的波动，导致塑件尺寸的

20、变化值为： 式中 Smax塑料的最大收缩率； Smin塑料的最小收缩率； Ls塑料的名义尺寸。 ss LSS minmax （7-5） 结论：塑件尺寸变化值s与塑件尺寸成正比。对大尺 寸塑件，收缩率波动对塑件尺寸精度影响较大。此时，只 靠提高成型零件制造精度来减小塑件尺寸误差是困难和不 经济的，应从工艺条件的稳定和选用收缩率波动值小的塑 料来提高塑件精度；对小尺寸塑件，收缩率波动值的影响 小，模具成型零件的制造误差及其磨损量成为影响塑件精 度的主要因素。 4配合间隙引起的误差 误差原因：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

21、柱和导套的配合间隙， 引起塑件的壁厚误差。 为保证塑件精度须使上述各因素造成的误差的总和小 于塑件的公差值，即： jscz 式中 z成型零部件制造误差； c成型零部件的磨损量； s塑料的收缩率波动引起的塑件尺寸变化值； j由于配合间隙引起塑件尺寸误差； 塑件的公差。 二、成型零部件工作尺寸计算 计算方法有：平均值法和公差带法。 规范塑件标注的规定：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。 对包容面(型腔和塑件内表面)尺寸采用单向正偏差标注， 0s l z m L 0 基本尺寸为最小。 图718，设为塑 件公差，z为成型 零件制造公差，则 塑件内径为 ， 型腔尺寸 。

22、注意：当塑 件原有偏差的标 注方法与此不符 合时，应按此规 定换算。 对中心距尺寸采用双向对称偏差标注，塑件间中心距为 对被包容面(型芯和塑件外表面)尺寸采用单向负偏差标 注，基本尺寸为最大，型芯尺寸为 ，塑件外形尺寸 为 。 0 s L 0 z m l Cs/2，型 芯间的中心距 为 Cmz/2。 1平均值法 按塑料收缩率、成型零件制造公差和磨损量均为平均 值时，制品获得的平均尺寸来计算的。 (1)型腔与型芯径向尺寸 型腔 设塑料平均收缩率为Scp；塑件外形基本尺寸为Ls，其 公差值为，则塑件平均尺寸为 Ls - ；型腔基本尺寸 为Lm，其制造公差为z，则型腔平均尺寸为Lm+ 。考 虑平均收

23、缩率及型腔磨损为最大值的一半（ ） ，有 2222 sCps cz m LSLL 2 c 2 z 整理并忽略二阶无穷小量 ，可得型腔基本尺寸： cp S 2 2 czcpsm SLL 2 1 1 c和z是影响塑件尺寸的主要因素，应根据塑件公差 来确定，成型零件制造公差z一般取（1/31/6）； 磨损量一般取小于/6，故上式为 xSLLL cpssm 标注制造公差后得： z xSLLL cpssm 0 （7-6） 式中 x修正系数。 中、小型塑件，z=/3，c=/6，得 z cpssm SLLL 0 4 3 （7-7） 大尺寸和精度较低的塑件，z/3，c300 mm时，按允许变 形量(如=005

24、 mm)计算壁厚；l300mm，则按允许变 形量=l6 000计算壁厚。 53)-(7 3 4 E Cph S 二、型腔底板厚度计算 由此按刚度条件计算的底板厚度为 74. 0 3 4 Et pr 注意：此处底板厚度计算均指底板平面不与动模板或定 模板紧贴而用模脚支承的情况，对于底板的底平面直接与 定模板或动模板紧贴的情况，其厚度仅需由经验决定即可。 1圆形型腔底部厚度 a、组合式圆形型腔(图7-26)的底板 可视为周边简支的圆板，最大挠度发生在中心，且 54)-(7 74. 0 3 4 E pr t b、整体式圆形型腔(图7-27)底板 可视为周边固定的圆板，其最大变形位于板中心，其 值为

25、2 2 max 8 33 t pr 按强度条件计算，其最大切应力发生在底板周边，其值 为 由此得底板厚度为 对于钢材，=0.25，故得 55)-(7 8 33 2 pr t 2 22. 1pr t 3 4 175. 0 Et pr (1)整体式矩形型腔(图7-30)的底板 )56-(7 175. 0 3 4 E pr t 由此按刚度条件，底板厚度应为 按强度条件分析，其最大应力发生在周边，所需底板厚 度为 2矩形型腔 57)-(7 4 3 2 pr t )58-(7 3 4 Et pb C 可视为周边固定受均布载荷 的矩形板，在塑料熔体压力p的 作用下，板的中心产生最大变形， 其值为 )59-

26、(7 1/32 / 44 44 bl bl C 式中 C为常数，随底板内壁两边长之比lb而异，列 于表7-7。C的值也可按近似公式计算 如果已知允许的变形量，则按刚度条件计算的底板厚 度为 同侧壁的厚度计算一样，底板强度计算也较复杂，通 过计算分析得知，在p=50MPa时，只要l6000作为满 足强度条件的依据。 60)-(7 3 4 E pbC t (2)组合式矩形型腔(图7-31)底板 a、刚度计算时，最大变形量 3 4 32 5 EBt pbL 双支脚底板，可视为均布载荷简支梁。设支脚间距L与 型腔长度相等。 则底板厚度为 61)-(7 32 5 3 4 EB pbL t 式中 L支脚间

27、距，mm； B底板总宽度，mm。 b、按强度条件计算时，简支梁最大弯曲应力也出现在中 部，其值为 故按强度计算所得的底 板厚度为 2 2 4 3 Bt pbL 注意：大型模具型腔支脚跨度较大，计算出的底板厚 度甚大，但若改变支撑方式，如增加一中间支撑时图7 32(a)，则 62)-(7 4 3 2 B pbL t 63)-(7 32 2/5 3 4 EB Lpb t 所得的底板厚度值为由式(761)所得之值的12.5。 当增加两根中间支撑时图732(b)，则有 由此式计算所得的壁厚仅为双脚支撑情况下的厚度的 14.3。 64)-(7 32 3/5 3 4 EB Lpb t 结论：合理增加中间支

28、撑可使底板厚度大大减小。 第五节 排气结构设计 排气不良的害处：型腔内的气体受压缩将产生很大的 背压，阻止塑料熔体正常快速充模，同时气体压缩所产生 的热量可能使塑料烧焦。在充模速度大、温度高、物料黏 度低、注射压力大和塑件过厚的情况下，气体在一定的压 缩程度下会渗入塑料制件内部，造成气孔、组织疏松等缺 陷。 模内气体主要有四个来源： 型腔和浇注系统中存在空气。 塑料原料中含有水分，在注射温度下蒸发而成为水蒸 气。 由于注射温度高，塑料分解所产生的气体。 塑料中某些添加剂挥发或化学反应所生成的气体。如， 热固性塑料成型时，交联反应常产生气体。 塑件上气泡的分布状况：型腔和浇注系统积存空气所 产生

29、的气泡，常分布在与浇口相对的部位上；塑料内含 有水分蒸发产生的气泡呈不规则分布在整个塑件上；分 解气体产生的气 1.排气方式 常 见 注 射 模排气方式如 图733。 泡则沿塑 件 的 厚度分布 。 由 此可以判 断 气 体的来源 ， 选 择合理的 排 气 部位。 用分型面排气 图7-33(a)。 用型芯与模板 配合间隙排气图 7-33(b)。 利用顶杆运动 间隙排气图7- 33(c)、(d)。 用侧型芯运动 间隙排气图7- 33(e)L 开设排气槽。当以上措施仍不足以满足快速、完全排气 时，应在模具适当部位开设排气槽或排气孔图7-33(f)。 2排气槽设计要点 尺寸根据经验常取槽宽1.51.6 mm，槽深0.020.05 mrn，以塑料不进入排气槽为宜，即应小于塑料的不溢料 间隙。各种塑料许用的溢料间隙见表7-5。 应尽量设在分型面上并尽量设在凹模。 尽量设在料流末端和塑件较厚处。 排气方向不应朝向操作工人，并最好呈曲线状，以防注 射时烫伤工人。 3引气系统 为什么要设计引气系统？ 在成型大型深壳形塑件时，塑料熔体充满整