注塑模成型零部件结构设计

第5章注塑模成型零部件结构与设计重点：分型面选择原则和案例分析。成型零件的设计与制造（含公式的运用）。难点：分型面的选择和运用。成型零部件工作尺寸计算和型腔壁厚计算。第一页，共八十七页。5.1分型面的选择第5章注塑模成型零部件结构与设计5.2注塑模的排气5.3成型零部件的结构设计

5.4成型零件工作尺寸计算5.5型腔壁厚计算第二页，共八十七页。1制品或制品组件(含嵌件)的正视图，应相对于注塑机的轴线对称分布，以便于成型；2制品的方位应便于脱模，注塑模塑时，开模后制品应留在动模部分，这样便于利用成型设备脱模；3当用模具的互相垂直的活动成型零件成型孔、槽、凸台时，制品的位置应着眼于使成型零件的水平位移最简便，使抽芯操作方便；4如果制品的安置有两个方案，两者的分型面不相同又互相垂直，那么应该选择其中能使制品在成型设备工作台安装平面上的投影面积为最小的方案；

5.1分型面的选择

5.1.1制品在模具中的位置第三页，共八十七页。

5长度较长的管类制品，如果将它的长轴安置在模具开模方向，而不能开模和取出制品的；或是管接头类制品，要求两个平面开模的，应将制品的长轴安置在与模具开模相垂直的方向。这样布置可显著减小模具厚度，便于开模和取出制品。但此时需采用抽芯距较大的抽芯机构(如杠杆的、液压的、气动的等)；6如果是自动旋出螺纹制品或螺纹型芯的模具，对制品的安置有专门要求；7最后制品位置的选定，应结合浇注系统的浇口部位、冷却系统和加热系统的布置，以及制品的商品外观要求等综合考虑。第四页，共八十七页。5.1.2分型面的形式

分型面:

模具用以取出塑件和（或）浇注系统凝料的可分离的接触表面。

模具设计开始的第一步，就是选择分型面的位置。分型面的选择受塑件形状、壁厚、成型方法、后处理工序、塑件外观、塑件尺寸精度、塑件脱模方法，模具类型、型腔数目、模具排气、嵌件、浇口位置与形式以及成型机的结构等的影响。第五页，共八十七页。

分型面有多种形式，常见的有水平分型面、阶梯分型面、斜分型面和异型分型面，如图5-2所示。哈夫模的分型面在哈夫的分割线上如图5-2(e)所示，在某些情况下，也可以在凹模的一端或两端。除主分型面外，模具中还有辅分型面如图5-2(f)，特别是带有固定成型芯和活动成型芯的模具。分型面的表达方法:如图5-1所示用短，粗实线标出分型面位置，箭头表示分离动作方向。

第六页，共八十七页。图5-1分型面的表达方法

第七页，共八十七页。

返回图5-2模具分型面的形式

第八页，共八十七页。

5.1.3分型面的选择

1塑件脱模方便塑件脱模方便，不仅要求选取的分型面位置不会使塑件卡在型腔无法取出，也要求塑件在动、定模打开时尽可能滞留在动模一侧，因为模具的脱模机构在动模一侧。按这一要求，一般都是将主型芯装在动模一侧，使塑件收缩包紧在主型芯上，这时型腔可以设在定模一侧，如图5-3所示。基本原则：必须选择塑件断面轮廓最大的地方作为分型面，这是确保塑件能够脱出模具的基本原则。第九页，共八十七页。

返回图5-3主型芯在动模一侧

第十页，共八十七页。

返回为了使塑件不致于留在定模一侧，应该将型腔设置在动模一侧。如图5-4（a）（b）（c）所示。

图5-4型腔设在动模一侧避免塑件留在定模

第十一页，共八十七页。

2模具结构简单

图5-5所示的塑件，形状比较特殊，若按照图(a)方案，将分型面设计成平面,型腔底面不容易切削加工，不如将分型面设计为斜面，使型腔底面成为平面，便于加工，如图(b)所示。从简化模具考虑，对需要抽芯的塑件，应尽量避免在定模部分抽芯。

第十二页，共八十七页。

返回图5-5分型面设计有利于型腔加工

第十三页，共八十七页。

3型腔排气顺利型腔气体的排除，除了利用顶出元件的配合间隙外，主要靠分型面，排气槽也都设在分型面上。因此，分型面应该选择在熔体流动的末端。图5-6中所示塑件，若按方案(a)设计分型面，则排气不畅，改用方案(b)则排气顺畅。又如图5-7中的塑件，方案(a)排气不畅，方案(b)排气顺利。

第十四页，共八十七页。

返回图5-6分型面有利于型腔排气第十五页，共八十七页。

返回图5-7分型面有利于型腔排气第十六页，共八十七页。

4确保塑件质量

图5-8所示的塑件，为一双联齿轮，要求大、小齿、内孔三者保持严格同轴，以利于齿轮传动平稳，减小磨损。若将分型面按图(a)设计，大齿和小齿分别在定模和动模，难以保证二者良好的同轴度，若改用图(b)中方案使分型面位于大齿端面，型腔完全在动模，可保证良好的同轴度。

图5-9所示塑件，其中尺寸L有较严要求，如果按方案(a)设计分型面，成型后毛边会影响到尺度L的精度．若改用方案(b)，毛边仅影响到塑件总高度，但不影响尺寸L。

第十七页，共八十七页。

返回图5-8分型面有利于保证塑件同轴度第十八页，共八十七页。

返回图5-9分型面有利于保证塑件尺寸精度第十九页，共八十七页。

5无损塑件外观

图5-10所示塑件，底部带有环形支撑面，若分型面按图(a)中方案设计，会在环形支撑面处留下毛边痕迹。如果改为图(b)中方案、毛边产生在塑件端面，去除后对塑件外观无损。

图5-11中因同样原因，以方案(b)为好。

第二十页，共八十七页。

返回图5-10分型面无损塑件外观第二十一页，共八十七页。

返回图5-11分型面无损塑件外观第二十二页，共八十七页。

6合理利用设备一般注塑模的侧向抽芯，都是借助模具打开时的开模运动．通过模具的抽芯机构进行抽芯，在有限的开模行程内，完成的抽芯距离有限制。因此，对于带有互相垂直的两个方向都有孔或凹槽的塑件，应避免长距离抽芯，如图5-12所示塑件，方案(a)不妥．方案(b)较好。

第二十三页，共八十七页。

返回图5-12分型面选择避免长距离抽芯第二十四页，共八十七页。5.2注塑模的排气

5.2.1概述

注塑模的排气是模具设计中不可忽视的一个问题，特别是快速注塑成型工艺的发展对注塑模排气的要求就愈严格。注塑模内积集的气体有以下四个来源：1进料系统和型腔中存有的空气；2塑料含有的水分在注塑温度下蒸发而成的水蒸气；3由于注塑温度过高，塑料分解所产生的气体；4塑料中某些配合剂挥发或化学反应所生成的气体。

第二十五页，共八十七页。5.2.2设计要点

排气槽(或孔)位置和大小的选定，主要依靠经验。基本的设计要点可归纳如下：1排气要保证迅速、完全，排气速度要与充模速度相适应；2排气槽(孔)尽量设在塑件较厚的成型部位；3排气槽应尽量设在分型面上，但排气槽溢料产生的毛边应不妨碍塑件脱模；

第二十六页，共八十七页。

4排气槽应尽量设在料流的终点，如流道、冷料井的尽端；

5为了模具制造和清模的方便，排气槽应尽量设在凹模的一面；6排气槽排气方向不应朝向操作面，防注塑时漏料烫伤人；7排气槽(孔)不应有死角，防止积存冷料；8常用塑料的排气槽厚度的取值。第二十七页，共八十七页。

5.2.3

排气槽截面尺寸计算

塑料熔体充模过程时间很短，可认为模内气体物理性质符合绝热条件。因此所需排气槽的截面面积:

第二十八页，共八十七页。模内气体质量，按常压常温20℃的空气密度1.16kg/m3计算，有:

应用气体状态方程，可求得上式中被压缩气体的最终温度:

实际排气槽宽度应大于计算值。第二十九页，共八十七页。

第三十页，共八十七页。

第三十一页，共八十七页。

第三十二页，共八十七页。5.3成型零部件的结构设计

注塑模具闭合时,成型零件构成了成型塑料制品的型腔。成型零件主要包括凹模、凸模、型芯、镶拼件、各种成型杆与成型环。成型零件承受高温高压塑料熔体的冲击和摩擦。在冷却固化中形成了塑件的形体、尺寸和表面。在开模和脱模时需克服与塑件的粘着力。在上万次、甚至几十万次的注塑周期，成型零件的形状和尺寸精度、表面质量及其稳定性，决定了塑料制品的相对质量。成型零件在充模保压阶段承受很高的型腔压力，作为高压容器，它的强度和刚度必须在容许值之内。成型零件的结构、材料和热处理的选择及加工工艺性，是影响模具工作寿命的主要因素。第三十三页，共八十七页。成型零件的结构设计，当然是以成型符合质量要求的塑料制品为前提，但必须考虑金属零件的加工性及模具制造成本。成型零件成本高于模架的价格，随着型腔的复杂程度、精度等级和寿命要求的提高而增加。

5.3.1凹模结构设计凹模是成型塑件外表面的成型零件。凹模的基本结构可分为整体式、整体嵌入式和组合式。采用镶拼结构的凹模，对于改善模具加工工艺性有明显好处。

第三十四页，共八十七页。1整体式凹模

它在成型模具的凹模板上加工型腔，如图5-13所示。很显然，它有较高的强度和刚度，但加工较困难。需用电火花、立式铣床加工，仅适合于形状简单的中小型塑件。

第三十五页，共八十七页。

返回图5-13整体式凹模结构第三十六页，共八十七页。

2整体嵌入式凹模

它适用于小型塑件的多型腔模。将多个一致性好的整体凹模，嵌入到凹模固定板中。嵌入的凹模，可用低碳钢或低碳合金钢，用一个冲模冷挤成多个，再渗碳淬火后抛光。也可用电铸法成型凹模型腔，即使用一般机加工方法加工各凹模，由于容易测量，也能保证一致性。整体嵌入式凹模结构能节约优质模具钢，嵌入模板后有足够强度与刚度，使用可靠且置换方便。

第三十七页，共八十七页。

整体嵌入式凹模装在固定模板中．要防止嵌入件松动和旋转。要有防脱吊紧螺钉和防转销钉，如图5-14(a)、(b)所示。带肩的嵌入凹模能有效防止脱出固定板，但需底板压固．如图(b)、(c)所示。采用过渡紧配合甚至过盈配合，可使嵌入件固定牢靠。

第三十八页，共八十七页。

返回图5-14整体嵌入式凹模结构第三十九页，共八十七页。3组合式凹模

通孔凹模在加工切削、线切割、磨削、抛光及热处理加工时较为方便。无底型腔加工后装上底板，构成凹模整体型腔，称之为组合式凹模。它是一种大面积的镶嵌。其底板面积或大于凹模型腔底面，或者就是凹模板，如图5-15所示。组合式凹模的强度和刚度较差。在高压熔体作用下组合底板变形时，见图5-15(a)，熔体趁机侵入连接面，在塑件上造成飞边，造成脱模困难并损伤棱边。图5-15(b)、(c)所示的两种组合结构，制造成本虽高些，但由于配合面密闭可靠，能防止熔体渗入。

第四十页，共八十七页。

返回图5-15组合式凹模结构第四十一页，共八十七页。4镶拼式凹模

各种结构的凹模，都可用镶件或拼块组成凹模的局部型腔。图5-16为局部镶拼的凹模，镶件可嵌拼在四壁，也可镶嵌在底部。也有凹模型腔的全部，由许多镶件拼合的全拼块式的结构，仅用于小型精密的注塑模。也有型腔四壁用拼块套箍在模板中的结构，如图5-17所示，尤适用于大型模具。但要注意拼缝位置的选择。

第四十二页，共八十七页。

返回图5-16局部镶拼的凹模第四十三页，共八十七页。

返回图5-17侧壁镶拼的凹模第四十四页，共八十七页。

在凹模的结构设计中，采用镶拼结构有如下好处：(1)简化凹模型腔加工，将复杂的凹模内形体的加工变成镶件的外形加工。降低了凹模整体的加工难度。(2)镶件可用高碳钢或高碳合金钢淬火。淬火后变形较小，可用专用磨床研磨复杂形状和曲面。凹模中使用镶件的局部型腔有较高精度，经久的耐磨性并可置换。(3)可节约优质塑料模具钢，尤其对于大型棋具更是如此。(4)有利于排气系统和冷却系统的通道的设计和加工。

第四十五页，共八十七页。

尽管如此，在结构设计中应注意以下几点：(1)凹模的强度和刚度因此有所削弱，故模框板应有足够的强度和刚度。(2)镶件之间、及其与模框之间尽量采用凹凸槽相互扣锁，以减小整体凹模在高压下的变形和镶件的位移。镶件必须准确定位，并有可靠紧固。(3)镶拼接缝必须配合紧密。转角和曲面处不能设置拼缝。拼缝线方向应与脱模方向一致。(4)镶拼件的结构应有利于加工、装配和调换。镶拼件的形状和尺寸精度应有利于凹模总体精度，并确保动模和定模的对中性，还应有避免误差累积的措施。第四十六页，共八十七页。5.3.2凸模和型芯结构设计

凸模和型芯都是用来成型塑料制品的内表面的成型零件。凸模也称主型芯，用来成型塑件整体的内部形状。小型芯也称成型杆，用来成型塑件的局部孔或槽。

1组合式凸模

图5-18所示为常用的组合式凸模结构。该结构节省了优质模具钢，便于机加工和热处理，也便于动模与定模对准。图5-18(a)为轴肩连接，牢固可靠。图5-18(b)为局部嵌入，用螺栓拉紧。尤其适用于大型注塑模凸模结构，有利于凸模冷却和排气的实施。

第四十七页，共八十七页。

返回图5-18组合式凸模结构第四十八页，共八十七页。2圆柱型芯结构

最常见的圆柱型芯结构，如图5-19(a)所示。它采用轴肩与垫板的固定方法。定位配合部分长度为3～5mm，用小间隙或过渡配合。非配合长度上扩孔后，有利于排气。有多个小型芯时，则可如图5-19(b)或(c)所示结构予以实施。型芯轴肩高度在嵌入后都必须高出模板装配平面，经研磨成同一平面后再与垫板连接。这种从模板背面压入型芯的方法，称之为反嵌法。

第四十九页，共八十七页。

返回图5-19圆柱型芯的常用结构第五十页，共八十七页。若模板较厚时，可采用图5-20(a)、(b)所示的的结构。倘若模板较薄，则用图4-19(c)所示的结构。图5-20反嵌型芯结构第五十一页，共八十七页。

返回对于成型3mm以下的盲孔的圆柱型芯可采用正嵌法，将型芯从型腔表面压入。结构与配合要求如图5-21所示。图5-21正嵌型芯结构第五十二页，共八十七页。3异形型芯结构

非圆的异形型芯大都采用反嵌法，如图5-22(a)所示。在型腔板上加工出相配合的异形孔。但支承和轴肩部分均为圆柱体，以便于加工与装配。对径向尺寸较小的异形型芯可用正嵌法的结构，见图5-22(b)。实际应用中，反嵌法结构的工作性能比正嵌法可靠。

第五十三页，共八十七页。

返回图5-22异形型芯结构第五十四页，共八十七页。

返回4镶拼型芯结构

第五十五页，共八十七页。

成型零件上用来成型制品的那一部分尺寸叫工作尺寸又称成型尺寸。

(一)影响塑料制品尺寸精度的因素

(二)成型零件工作尺寸计算方法

5.4成型零部件工作尺寸的计算第五十六页，共八十七页。（一）影响塑料制品尺寸精度的因素1.成型零件的制造公差2.成型收缩率的影响3.成型零件的磨损量4.安装配合误差

5.4成型零部件工作尺寸的计算第五十七页，共八十七页。5.4.1成型零部件工作尺寸的计算1.成型零件的制造公差

所以成型尺寸的精度应当高于制品相对各尺寸的精度，一般，模具制造误差取塑件尺寸公差的三分之一或四分之一。第五十八页，共八十七页。5.4.1成型零部件工作尺寸的计算

它包括设计模具选取的计算收缩率与实际收缩率的差异，以及成型塑件时由于工艺条件波动、材料批号发生变化而造成塑件收缩率值的波动，前者造成塑件尺寸系统误差，后者造成塑件尺寸的偶然误差。2.成型收缩率的影响

第五十九页，共八十七页。5.4.1成型零部件工作尺寸的计算

2.成型收缩率的影响

计算成型零件工作尺寸时，塑料的成型收缩率可按相应的标准和有关塑料生产厂的产品说明书等资料查找。对于某些不太重要的制品，如日用器皿等，可不考虑收缩率。对尺寸精度有较高要求的制品，只有在成型工艺规程规定条件下制造出试样后，才能获得准确的收缩率值。塑料制品的壁厚、形状、外形尺寸、熔料流长度、浇口形式等均对收缩有影响，这点在计算成型零件工作尺寸时，应予以注意。第六十页，共八十七页。5.4.1成型零部件工作尺寸的计算3.成型零件的磨损量

由于成型过程中的磨损，凹模尺寸变得越来越大，型芯尺寸变得越来越小。假设型芯周向为均匀磨损，故认为中心距尺寸基本保持不变。塑料在型腔中高速流动而冲刷型腔壁，脱模时，塑件与型腔、型芯相摩擦。第六十一页，共八十七页。5.4.1成型零部件工作尺寸的计算4.安装配合误差

成型过程中无动作要求的成型零件，一般采用过渡配合安装。要求动作的零件，如型芯，要求间隙配合安装，则对制品尺寸带来误差，动模与定模时，会产生合模位置误差。第六十二页，共八十七页。5.4.1成型零部件工作尺寸的计算

综上所述，制品可能产生的最大误差δ为上述各种误差的综合，即

δ=δz+δc+δs+δjδz——成型零件制造误差δc——型腔使用过程中的总磨损量δs——塑料收缩率波动引起塑件尺寸变化值δj——因配合间隙变化引起塑件尺寸的变化值各种误差累积后的误差值δ应小于或等于塑件的尺寸工差Δ，即

δ≤Δ第六十三页，共八十七页。（二）成型零件工作尺寸计算方法

1.对塑料尺寸与模具成型尺寸形式的规定2.按平均收缩率计算式型尺寸的公式3.成型零件工件尺寸计算示例4.按平均收缩率计算成型尺寸的改进公式5.4.2成型零件工作尺寸的计算第六十四页，共八十七页。1.对塑料尺寸与模具成型尺寸形式的规定

5.4.2成型零件工作尺寸的计算第六十五页，共八十七页。2.按平均收缩率计算式型尺寸的公式

(1).凹模内径尺寸的计算公式

(2).型芯外径尺寸的计算公式

(3).凹模深度尺寸计算公式

(4).型芯高度尺寸的计算公式

(5).型芯或型孔之间的中心距

5.4.2成型零件工作尺寸的计算第六十六页，共八十七页。5.4.2成型零件工作尺寸的计算LM=[LS+LSSCP-3/4Δ]+δZ(1)凹模内径尺寸的计算公式式中LS——塑件基本尺寸；SCP——模塑收缩率；Δ——塑件的尺寸公差；δｚ——模具制造公差系数2/3——修正系数。有时也取1/2。系数3/4——考虑模具制造误差，磨损量等因素而采取的综合修正系数。有时也取2/3。第六十七页，共八十七页。5.4.2成型零件工作尺寸的计算(2)型芯外径尺寸的计算公式式中LS——塑件基本尺寸；SCP——模塑收缩率；Δ——塑件的尺寸公差；δｚ——模具制造公差；系数3/4——考虑模具制造误差，磨损量等因素而采取的综合修正系数。有时也取2/3；系数2/3——修正系数。有时也取1/2。LM=[LS+LSSCP+3/4Δ]-δZ第六十八页，共八十七页。5.4.2成型零件工作尺寸的计算(3)凹模深度尺寸计算公式式中LS——塑件基本尺寸；SCP——模塑收缩率；Δ——塑件的尺寸公差；δｚ——模具制造公差系数2/3——修正系数。有时也取1/2。系数3/4——考虑模具制造误差，磨损量等因素而采取的综合修正系数。有时也取2/3。HM=[HS+HSSCP-2/3Δ]+δZ第六十九页，共八十七页。5.4.2成型零件工作尺寸的计算(4)型芯高度尺寸的计算公式式中LS——塑件基本尺寸；SCP——模塑收缩率；Δ——塑件的尺寸公差；δｚ——模具制造公差系数2/3——修正系数。有时也取1/2。系数3/4——考虑模具制造误差，磨损量等因素而采取的综合修正系数。有时也取2/3。HM=[HS+HSSCP+2/3Δ]-δZ第七十页，共八十七页。5.4.2成型零件工作尺寸的计算(5)型芯或型孔之间的中心距式中LS——塑件基本尺寸；SCP——模塑收缩率；Δ——塑件的尺寸公差；δｚ——模具制造公差系数2/3——修正系数。有时也取1/2。系数3/4——考虑模具制造误差，磨损量等因素而采取的综合修正系数。有时也取2/3。LM=[LS+LSSCP]±δZ第七十一页，共八十七页。3.成型零件工件尺寸计算示例

制品如图5-23所示，材料为ABS。现计算确定模具凹模内径和深度、型芯直径和高度以及两小孔的中心距及小孔直径，步骤如下：

(1)确定模塑收缩率

(2)明确制品尺寸公差等级，并将尺寸换算为规定的形式

(3)成型尺寸计算5.4.2成型零件工作尺寸的计算

第七十二页，共八十七页。5.4.2成型零件工作尺寸的计算（1）定模塑收缩率

从有关手册查知，ABS的收缩率为0.4~0.7％。在此取平均收缩率作为模塑收缩率，即：第七十三页，共八十七页。

图5-23制品的尺寸

第七十四页，共八十七页。5.4.2成型零件工作尺寸的计算

（2）明确制品尺寸公差等级，并将尺寸换算为规定的形式

由表3-1和表3-2知，制品所注公差尺寸的公差等级为MT13级，对ABS塑件属”一般精度“，未注公差等级为MT5级。模具制造和成型都比较容易。由表3-1查得制品未注公差尺寸的允许偏差为双向偏差形式，故按照尺寸形式的规定，做如下转换：内部小孔Φ8±0.14→Φ7.86+0.28塑件外径Φ50±0.32→Φ50.32-0.64塑件高度21±0.22→21.22-0.44第七十五页，共八十七页。5.4.2成型零件工作尺寸的计算（3）成型尺寸计算取，模具制造公差δz=Δ/4凹模尺寸：第七十六页，共八十七页。5.4.2成型零件工作尺寸的计算大型芯尺寸：第七十七页，共八十七页。5.4.2成型零件工作尺寸的计算小型芯尺寸：两个小型芯固定孔的中心距：第七十八页，共八十七页。

图5-24工作尺寸的标注方法

５.成型尺寸与结构尺寸的标注：第七十九页，共八十七页。5.5型腔壁厚计算

5.5.1型腔的强度及刚度要求

塑料模具型腔的侧壁和底壁厚度的计算是模具设计中经常遇到的重要问题，尤其对大型模具更为突出。目前许多单位都凭经验决定，但常因估计不准确而造成模具报废或浪费材料，为此，建立科学的计算方法实属必要。目前常用计算方法有按强度条件计算和按刚度条件计算两大类，但实际的塑料模具却要求既不允许因强度不足而发生明显变形，甚至破坏，也不允许因刚度不足而发生过大变形。因此，要求对强度及刚度加以合理考虑。

第八十页，共八十七页。

在注塑成型过程中，型腔所受的力有塑料熔体的压力、合模时的压力、开模时的拉力等，其中最主要的是塑料熔体的压力。在塑料熔体压力作