第六章、成型零部件设计

1、第六章、成型零部件设计第六章、成型零部件设计 一、概述 1、成型零部件 塑料模具中与塑料接触并决定制品形状和尺寸的模具零部件统称。成型零部件包括： 凹模、凸模、型芯、型环、成型镶块等。 2、模腔 模具闭合后，由成型零部件组合在一起形成的闭合空腔称模腔。制品的形状和尺寸实际上是由模腔决定的。 一、概述 3、设计准则 根据制品的形状结构，生产能量和使用要求，并考虑模块的使用寿命，合理的设计成型零件的结构形式，准确地计算它的尺寸和公差，并保证它有足够的强度，刚度。4、成型零件的工作条件 高温，高压，熔体冲击，熔体的摩擦等5、成型零部件失效形式 磨损，变形，龟裂、断裂 二、成型零部件的结构形式 1、凹

2、模（型腔） 凹模决定制品的外形轮廓和外形尺寸，其结构形式取决与制品的结构形状，使用要求，生产批量以及加工方法。 凹模类型： 整体式 嵌入式 镶拼组合 瓣合式二、成型零部件的结构形式 整体式凹模 优点： 结构简单，牢固可靠不容易变形，无拼缝、溢料痕迹。有利于减小模具的整体结构尺寸和减少零件数量。缺点： 制品形状复杂时加工困难，热处理容易变形开裂，制品尺寸大时受设备限制。适用范围：制品形状不太复杂的中小型模具。 注意事项：应设置必要的排气结构。 二、成型零部件的结构形式 嵌入式凹模 1）特点 凹模使用整块模具材料加工而成，但必须嵌入到固定板或特制模套中应用； 基本优缺点与整体式相同，但还有以下两个

3、长处： 可节约优质模具材料 在多腔模中，各模腔加工更容易进行。 嵌入式凹模 安装方式 a.采用间隙配合（台肩）b.c.过度配合，加销，键定位，防转（台肩）d.不用台肩和垫板e.将台肩留正上方（用过渡配合） 二、成型零部件的结构形式 镶拼组合式凹模 1）特点 根据制品的形状，尺寸和精度要求等特点，将凹模分割成两个或两个以上的成形镶块分别进行加工，然后再将它的镶拼在一起，组合成预定的凹模形状。镶拼组合式凹模 应用范围：复杂形状制品 当制品几何形状很复杂时，凹模型腔整体加工和热处理非常困难， 故采用镶拼形式，可以将复杂形式分解成简单形状，将内形加工转变成外形加工，并同时消除尖角。 镶拼组合式凹模 a

4、.局部镶拼问题：凹模型腔内壁六个凸起圆弧不易加工。加工方法： 钻铰6孔装芯棒加工大孔取芯棒装型芯镶拼组合式凹模b.底部镶拼式凹模 问题：底部凸台不易加工和铣削 镶拼组合式凹模 4）优缺点优点：a.可降低整体加工难度。 b.容易保证形状尺寸精度及表面质量。 c.可改善热处理性能。 d.拼缝可排气。 e.各处可选用不同模具材料。缺点：a.拼缝处容易益料。 b.装配精度要求高。 c.整体强度，刚度降低。 d.模具结构复杂，整体尺寸增大。 镶拼组合式凹模 5）设计注意事项a.尽量减少镶块数量（减少拼缝）。b.镶拼面应设在不影响制品外观的部位。c. 拼缝尽量与制品脱模方向一致。d.尽量将拼缝用做排气机构

5、。e.镶块之间尽量采用凸凹模镶嵌接，以免镶块之间发生相对位移。f.分块应尽量有助于机械加工和热处理。g. 镶拼方式应方便装配和维修。 二、成型零部件的结构形式瓣合式凹模 组成凹模的每一个镶拼件模块均可沿侧向滑道开启和闭合，当制品成型时，需要用模套或其他锁合机构把这些可以运动的拼块锁合在一起，而制品脱模时又能顺利进行脱模。 适用范围： 带有侧凹，需要侧向分型的制品。 二、成型零部件的结构形式结构示例： 二、成型零部件的结构形式凸模和型芯 凸模确定制品内形和尺寸的成型零部件。型芯成型制品上的孔，槽和局部特殊内型的成型零部件。 类型： 整体式 嵌入式 镶拼组合式 活动式 凸模和型芯 整体式凸模 特点

6、：整块材料加工而成（与整体凹模一样）使用范围： 完全整体小型模具 部分整体中大型模具凸模和型芯 安装方法： a.完全整体 b.适用侧向成型力较小 c,d.可承受较大侧向力 凸模和型芯 嵌入式凸模（型芯） 1）特点：将凸模或型芯单独加工，然后嵌入到固定板中。 2）适用：主要用于小型制品或大型模具中的小型芯。 凸模和型芯 安装方式凸模和型芯镶拼组合式凸模 特点：与镶拼凹模相似。将复杂转化为简单形状 适用范围：内形复杂制品 镶拼组合式凸模 凸模和型芯 活动式凸模 瓣合式 侧向型芯 活动凸模 浮动凸模 三、成型零部件的工作尺寸计算 1、工作尺寸分类及其有关规定 （1）分类 外形尺寸型腔尺寸。包容尺寸，

7、磨损后增大 内形尺寸型芯尺寸。被包容尺寸，磨损后减小 中心距尺寸中心距尺寸不变化 1、工作尺寸分类及其有关规定 （2）尺寸标注规定：a) 制品上的外形尺寸采用单向负偏差，基本尺寸为最大值；与制品外形尺寸相应的型腔类尺寸采用单向正偏差，基本尺寸为最小值。b) 制品上的内形尺寸采用单向正偏差，基本尺寸为最小值；与制品内形尺寸相应的型芯类尺寸采用单向负偏差，基本尺寸为最大值。c) 制品和模具上的中心距尺寸均采用双向等值正、负偏差，他们的基本偏差为平均值。 2、塑料制品的尺寸偏差及其控制 （1）塑料制品产生尺寸偏差的原因 成型收缩、模具制造偏差、模具磨损1）成型收缩 预定收缩率不准确 一般需要把它这种

8、偏差控制在制品公差的约1/6以内 收缩率波动 控制不大于制品公差1/32、塑料制品的尺寸偏差及其控制2）工作尺寸的制造偏差（加工偏差，装配偏差） 加工偏差：与加工方法，加工设备有关。 装配偏差：出现于镶拼尺寸段或一些带有运动间隙活动零部件的安装部位。 控制：不超过制品公差的1/32、塑料制品的尺寸偏差及其控制 加工方法 高精度 经济精度仿形铣 0.01 0.02铣削 0.01 0.020.03坐标镗 0.002 0.01仿形磨 0.005 0.01电火花，线切削 0.005 0.032、塑料制品的尺寸偏差及其控制 3）工作尺寸磨损熔体冲击流动磨损，脱模刮磨（主要原因） 工作尺寸磨损后肯定会使磨

9、损前后的制品尺寸发生偏差，因此磨损也是产生尺寸偏差的主要原因，而且是一个不可避免的原因。 影响磨损因素： 塑料品种（如带有无机胶质填料的塑料，产生较大的磨损） 模腔表面状态（粗糙度小，硬度高，磨损小） 使用时间（时间长，磨损量增大） 模具结构（结构合理，磨损量小） 工作尺寸的磨损量应控制在制品公差1/6左右 （2）尺寸偏差的控制 （制品允许的公差） 制品尺寸的总偏差=s+s+z+c 式中： s因预定收缩率不准而引起的制品尺寸偏差。 s因收集率波动而引起的制品尺寸偏差 z模具制造偏差 c磨损量 （2）尺寸偏差的控制控制制品尺寸总偏差时，可考虑解决措施：1) 减少或消除s a.收缩特性试验，确定比

10、较准确的收缩率。（它只使用于物料量和制品生产批量都很大的情况） b.预留修磨量。（2）尺寸偏差的控制 2)对于尺寸不太大的制品，控制z、c原因：a.制品尺寸小，收缩值不大，所以z、c起主导作用。b.制品尺寸小，因此比较容易采用较高的加工精度。c. 制品尺寸小，热处理方便，更容易通过热处理 来提高零部件耐磨性，c下降。 （2）尺寸偏差的控制 3)对于尺寸大的制品： 稳定工艺条件，减小收缩率。 采用收缩波动小的物料 3、成型零部件工作尺寸计算方法主要有两种计算方法： 平均值法 公差带法 平均值方法 基础为：误差统计分析+假设 平均值方法 A）原理： a. s和z 呈正态分布，取最大，最小值的概率接

11、近于零，取平均的概率最大。 b. 在上述统计分析基础上进步假设：当制品的成型收缩率和成型零部件的工作尺寸制造偏差和磨损量分别等于他们各自的平均值时，制品的尺寸偏差恰好可以获得中间值。 平均值方法 B）缺点： 计算公式建立在假设基础上，容易使计算结果与实际结果 需用的工作尺寸之间出现较大的误差，特别是在制品精度较高，或制品尺寸较大时，误差变的显著。 平均值方法 C) 计算公式： 1)型腔和型芯的径向尺寸 a. 型腔径向尺寸（LM）zO（LS）O 根据 S，z、c取平均值（LS）O偏差也取中间值之假设及尺寸标准规定和磨损方向可得： SLLSczM)2()22(2Ls S预定收缩率的平均： S=（S

12、max+ SMin）/2 C) 计算公式 整理上式忽略二阶小量得： 型腔的基本尺寸： )(21)1 (LCZSMLS 分析上式： 右边第 2 项中z和c均是引起制品偏差的主要因素，故他们也可以用制品公差表示： LM=xLSS)1 ( 式中 x称工作尺寸的制造与使用修正系数， C) 计算公式 取值大小与制品尺寸大小和精度有关。 制品尺寸大，且精度很低的时候，影响的主要因素是s，故z、c可以忽略不计，于是： X=1/2， 考虑到前面提到在成型中控制规定： z=/3，c=/6 得 X=3/4， 由上两项可知。X 取值范围在 1/23/4 之间 C) 计算公式 型腔径向尺寸 Lm标注公差为： ZZSm

13、LSL00)4321()1( C) 计算公式型芯径向尺寸 （LS）+ (LM)-zC) 计算公式b型芯径向尺寸：0)(ZMl 0)(l Ml =xlSS)1 ( 或：00)4321()1()(ZzSmlSl C) 计算公式2)型腔深度及型芯高度 制品脱模时与成型零部件之间的刮磨是引起工作尺寸磨损的主要原因，由于计算型腔深度及型芯高度的基准平面与脱模方向垂直，所以计算这两类工作尺寸时，可以不考虑磨损引起的制品尺寸偏差c=0 C) 计算公式型腔深度zmH0)(，0)(sH SHHHszms)2()2(2 整理忽略二阶小量S,2得到 )(21)1 (smHSH 或xHSHsm)1 ( C) 计算公式

14、当制品尺寸大，精度不高，忽略z x=1/2 当制品尺寸不大，控制z=/3 时，x=2/3 故zzsmHSH)3221()1( C) 计算公式型芯高度 xhShsmz)1 ( 或00)3221()1()(zzsmhSh C) 计算公式3)中心距尺寸： 根据中心距不受磨损的影响和平均值方法假设： SMCSC)1 ( 或 2)1 (2zSzMCSC 讨论：z的选取与制品的中心距的大小、公差要求、 加工方法和加工设备有关。 C) 计算公式*如果制品的中心距尺寸有公差要求：可取z=/4 *如果考虑中心距尺寸大 小， 中心孔间距：80 z 01. 0 80220 02. 0 220360 03. 0 *如

15、果考虑加工设备对中心距尺寸的影响。 需根据不同设备的特性确定z e.g 采用坐标镗床：z)020. 0015. 0( *当模具中心距尺寸属于活动型芯中心线之间的间隔时，应保证z 和装配偏差j的积累值不得超过 z+j (2)公差带法 1）原理： 在尺寸分类与偏差标准规定的基础上，先用制品规定的尺寸偏差和收缩率初算凸模或凹模的基本尺寸，然后试选凸模，凹模的尺寸偏差及磨损量，并再次根据收缩率验算塑料在最大或最小模具尺寸下可能出现的最大制品尺寸或最小制品尺寸是否能够保持在制品规定的公差带范围内。 (2)公差带法 n型腔与型芯的径向尺寸原理：只有在型腔取得最小内形尺寸下成型，并且以最大收缩率收缩时，才能

16、使制品获得最小外形尺寸： 型腔与型芯的径向尺寸 型腔的径向尺寸zML0)( 方法：算小+验大 已知：制品下限尺寸SL，塑料最大收缩率为maxS 求解：型腔最小内形尺寸即基本尺寸?ML 原理：塑料只有在型腔取得最小内形尺寸下成型，并且以最大收缩率maxS收缩时，才能使制品获得最小外形尺寸：即 max)(SLLLSMS 整理并忽略二阶最小量maxS SMLSL)1 (max 型腔与型芯的径向尺寸 验大：试选cz,；已知道ML及塑料最小收缩率minS。验算塑料在最大型腔内形尺寸下成型，并且以最小minS收缩时。可能出现的制品最大外形尺寸，是否保持在制品规定的公差带内。即：min,)()(SLLLLs

17、czmSS式中制品可能出现最大尺寸与其下限尺寸的差值整理忽略二阶最小量：min,min,SS得：)*(min,SLsLLczMS型腔与型芯的径向尺寸 若要保证上述验算条件SLSL ZzSMLSL0max0)1()( 若不等式不成立，减小z、c。 若小于符号成立，并有一定差值。则意味着z、c的取值偏小，可适当增大z（减小加工难度） 、c（延长模具寿命） 型腔与型芯的径向尺寸n型芯的径向尺寸算大验小原理：只有在型芯取得最大外形尺寸，并却以最小收缩率进行收缩时，才能使制品获得最大的内形尺寸。 型腔与型芯的径向尺寸算大：已知：制品上限尺寸Sl，塑料最小收缩率 Smin。 求解：型芯的最大外形尺寸ml

18、原理： 塑料只有在型芯取得最大外形尺寸， 并却以最小收缩率进行收缩时，才能使制品后的最大的内形尺寸。即： Sl=ml-（Sl）Smin ml=(1+Smin ) Sl+ 型腔与型芯的径向尺寸 验小： 试选z、 c已经ml及塑料最大收缩率 Smax,验算塑料在最小型芯外型尺寸下， 以最大收缩率进行收缩时， 可能出现的制品最小的内形尺寸 ,ssll能否保持在制品规定的公差带内； 即：sl=ls+-=(lM-Z-C)-(ls+-)Smax 整理忽略二介小量 sl=（lM-Z-C）-lsSmaxls 若等式成立： （lM）0Z=(1+Smin)ls+ 0Z 型腔深度与型芯高度 修磨方向对型腔深度的影响

19、： （1）修磨余量放在型腔的底面时，对内形修模，修模后深度尺寸加大，型腔类型尺寸性质不变，但修模困难。 （2）修模余量放在型腔上端面，对外形修摸，修摸后深度尺寸减小，型腔内尺寸性质变为型芯类尺寸性质，此方法常用。 型腔深度（修磨上端面） 由于型腔深度是型腔类尺寸，型芯类性质型芯类算基本尺寸算大基本尺寸在型腔内为小值数据。算小验小型腔取最大值，以最小收缩值收缩，制件取最大 型腔深度（修磨上端面） 型腔取最大值，以最小收缩值收缩，制件取最大 MinSZMSSHHH)( ZSMinMHSH)1 ( 当型腔取最小值MH，以最大收缩值收缩，制件取最小 MaxSmsSHHH)( SMaxSmHSHH 若等式不成立：则 zzzSMinmHSH)1()(0 型芯高度（修磨固定板上端面） 修磨方向对型芯高度的影响（1）上端面，修模后型芯高度降低，不改变尺寸性质 （2）放在固定板上，修模后型芯高度增大，尺寸性质改变。 型芯高度（修磨固定板上端面） 此类尺寸属型芯尺寸，型腔类性质 （当型芯取最小值，制品以最大收缩率收缩时， 制品取得最小值） max)(Shhhszms zsmhSh)1 (max 型芯高度（修磨固定板上端面） 验大：min)(Shhhsms （当型芯取最大值，制品以最小收缩率收缩时，制品取最大