模具设计方法：第7章 注射模设计实例

模具设计方法第7章注射模设计实例27.1注射模的设计

因为模具的型腔设计是根据塑件形状决定的，所以，首先必须分析塑件图纸和技术要求。7.1.1对塑件技术要求的了解

要分析塑件的几何形状、壁厚的均匀程度、工艺圆角、脱模斜度及成型孔的分布等，应符合塑制工艺要求，以及尺寸精度、粗糙度等要求应合理。

37.1注射模的设计

塑料制件的设计完成后，首先需要确定型腔的数量。7.1.2型腔数的确定

单型腔模的优点：

塑料制件的形状和尺寸始终一致，在生产高精度零件时，通常使用单型腔模具；

单型腔模具仅需根据一个塑件调整成型工艺条件，因此工艺参数易于控制；

单型腔模具的结构简单紧凑、设计自由度大，其模具的推出机构、冷却系统、分型面设计较方便；

单型腔模具还具有制造成本低、制造简单等优点。47.1注射模的设计

对于长期、大批量生产来说，多型腔模具更为有益，它可以提高塑件的生产效率，降低塑件的成本。7.1.2型腔数的确定

如果注射的塑件非常小而又没有与其相适应的设备，则采用多型腔模具是最佳选择。

现代注射成型生产中，大多数小型的塑件成型都采用多型腔模具。57.1注射模的设计

在设计时，先确定注射机的型号，再根据所选用的注射机的技术规格及塑件的技术要求，计算出选取的型腔数目；

7.1.2型腔数的确定

也可根据经验先确定型腔数目，然后根据生产条件，如注射机的有关技术规格等进行校核计算。

1.型腔数的确定67.1注射模的设计

（1）塑料制件的批量和交货周期。

如果必须在相当短的时间内制造大批量的产品，则采用多型腔模具可提供独特的优越条件。

7.1.2型腔数的确定

（2）质量的控制要求。

塑料制件的质量控制要求是指其尺寸、精度、性能及表面粗糙度等。

1.型腔数的确定

考虑要点：

每增加一个型腔，由于型腔的制造误差和成型工艺误差等影响，塑件的尺寸精度就降低约4％~8％。因此多型腔模具（n＞4），一般不能生产高精度的塑件，高精度的塑件一般宁可一模一件，保证质量。

77.1注射模的设计

（3）成型的塑料品种与塑件的形状及尺寸。

塑件的材料、形状尺寸与浇口的位置和形式有关，同时也对分型面和脱模的位置有影响，因此确定型腔数目时应考虑这方面的因素。

7.1.2型腔数的确定

（4）所选用的注射机的技术规格。

根据注射机的额定注射量及额定锁模力算出型腔数目。

1.型腔数的确定

因此，根据上述要点所确定的型腔数目，既要保证最佳的生产经济性，技术上又要保证产品的质量，也就是应保证塑料制件最佳的技术经济性。

87.1注射模的设计

多型腔模具在一般情况下成型同一尺寸及精度要求的制件。

7.1.2型腔数的确定

由于型腔的布置与浇注系统布置密切相关，因而型腔的排布在多型腔模具设计中应加以综合考虑。

2.型腔的布局

型腔的排布应使每个型腔浇口处有足够压力，以保证塑料熔体同时均匀地充满型腔。

要使各型腔的塑件内在质量均一稳定，这就要求型腔与主流道之间的距离尽可能最短，同时采用平衡的流道和合理的浇口尺寸以及均匀的冷却等。

合理的排布可以避免塑件尺小的差异、应力形成和脱模困难等问题。

型腔的排列方式有星形排列、直线排列、对称排列（见浇口布置）97.1注射模的设计

注射量是指注射机进行一次注射成型所能注射出熔料的最大容积，它决定了一台注射机所能成型塑件的最大体积。

7.1.3注射机的选择

1.注射量的校核

注射机的注射量应与塑件的体积（重量）相适应，一般可用下式校核：

0.8C>G式中：C为注射机最大注射克量（克）；

G为成型塑件及浇注系统所需塑料的克量；

0.8为系数，一般要求成型塑件的容量不得超过注射机容量的80％。107.1注射模的设计

锁模力是指在注射成型时注射机合模装置对模具施加的夹紧力。

7.1.3注射机的选择

2.锁模力的校核

选用注射机的锁模力必须大于型腔压力产生的开模力，否则模具分型面要分开而产生溢料。

式中：F为锁模力；

pq为模腔内熔体的压力，一般取注射压力的1/3~2/3；

A为所有塑件及浇注系统在模具分型面上的投影面积之和。

117.1注射模的设计

如果只考虑注射机的最大注射量、最大成型面积和锁模力来确定注射机这还是不够的。

7.1.3注射机的选择

3.注射压力的校核

有些塑料由于形状及塑料品种等因素，需要很高的注射压力才能顺利成型，为此，选用的注射机注射压力必须大于成型所需的注射压力

。

式中：Pz为注射机的最大注射压力；

P为成型时需用的注射压力。

Pz>P

127.1注射模的设计

注射机的开模行程必须保证模具开启后能顺利取出塑件。

7.1.3注射机的选择

4.注射机开模行程的校核

不同结构的模具所需开模行程S有一定的差异。

图a）S校核公式图b）S校核公式137.1注射模的设计

为了塑件及浇注系统凝料的脱模和安放镶件的需要，将模具型腔适当地分成两个或更多部分，这些可以分离部分的接触表面，通常称为分型面。

7.1.4分型面的选择

为合理选择分型面，应考虑以下几点因素：

1．塑件形状、尺寸、壁厚及要求；3．塑件性能及填充条件；4．成型效率及成型操作；6．模具结构简单，使用可靠方便，制造容易。5．排气及脱模；2．浇注系统的布局；147.1注射模的设计7.1.4分型面的选择

157.1注射模的设计7.1.4分型面的选择

167.1注射模的设计7.1.4分型面的选择

177.1注射模的设计7.1.4分型面的选择

187.1注射模的设计7.1.5成型零件设计

1.成型零件工作尺寸计算

塑件的形状和尺寸是型芯和型腔的形状和尺寸保证的，因此，型芯和型腔的尺寸计算十分重要。

型芯和型腔的尺寸计算方法：根据塑件尺寸及精度等级确定成型零件的工作尺寸及精度等级。

影响塑件尺寸精度的主要因素：（1）塑件的收缩率；（2）模具成型零件的制造误差；（3）模具成型零件的磨损；（4）模具安装配合的误差。

计算模具成型零件最基本的公式是：A=B+BS式中，A为模具成型零件在常温下的实际尺寸；

B为塑件在常温下的实际尺寸；

S为塑料的计算收缩率。

197.1注射模的设计7.1.5成型零件设计

常用塑料成型收缩率塑料名称成型收缩率（％）塑料名称成型收缩率（％）聚乙烯（低密度）1.5～3.5聚甲醛1.2～3.0聚乙烯（低密度）1.5～3.0聚碳酸脂0.5～0.8聚丙烯1.0～2.5聚砜0.5～0.7聚丙烯（玻璃纤维增强）0.4～0.8聚苯醚0.7～1.0聚氯乙稀（硬质）0.6～1.5尼龙60.8～2.5聚氯乙稀（软质）1.5～3.0尼龙6（30％玻璃纤维增强)0.35～0.45聚苯乙烯（通用）0.6～0.8尼龙661.5～2.2聚苯乙烯（耐热）0.2～0.8尼龙66（30％玻璃纤维增强)0.4～0.55聚苯乙烯（抗冲击）0.3～0.6尼龙6101.2～2.0ABS(抗冲击)0.3～0.8尼龙610（30％玻璃纤维增强)0.35～0.45ABS(耐热)0.3～0.8尼龙10100.5～4.0ABS(30％玻璃纤维增强)0.3～0.6有机玻璃（372＃）0.5～0.9207.1注射模的设计7.1.5成型零件设计

217.1注射模的设计7.1.5成型零件设计

227.1注射模的设计7.1.5成型零件设计

237.1注射模的设计7.1.5成型零件设计

247.1注射模的设计7.1.5成型零件设计

2.成型零件的结构设计

型腔是成型塑件外表面形状的凹形零件，通常可分为整体式和组合镶拼式两大类。

型芯是成型塑件内表面的凸形零件，有整体式和组合式两大类。257.1注射模的设计7.1.6模具型腔侧壁及底板厚度的设计

若注射模模腔壁厚及底板厚度强度不足，尤其是刚度不足，引起塑料模变形，将产生溢料、塑件精度下降、脱模困难、模具加速磨损等问题，因此，必须考虑其强度和刚度问题。

由于注射模在注射过程中受力非常复杂，采用理论分析计算方法计算型腔壁厚和底板厚度比较复杂且繁琐，一般采用经验数据或查有关表格。267.1注射模的设计7.1.7模具零部件设计

模具零件按其作用可分为成型零件和结构零件。

成型零件如型芯、型腔、成型杆等；

结构零件如导柱、导套、斜导柱、滑块及锁紧零件、浇口套、定位环、顶出杆、复位杆、推管、脱件板、拉料杆、垫块、固定板、垫板等。

成型零件在工作时直接与塑料接触，并成型塑件的，其形状复杂，精度与粗糙度要求较高。因此，在选择结构时既要考虑保证塑件成型，又要便于加工制造。277.1注射模的设计7.1.7模具零部件设计

1.型腔结构设计287.1注射模的设计7.1.7模具零部件设计2.型芯结构设计297.1注射模的设计7.1.7模具零部件设计2.型芯结构设计307.1注射模的设计7.1.7模具零部件设计3.其他零件结构设计

导柱、导套、浇口套、拉料杆、顶杆、顶管、定位环已形成塑料模国家标准，模架也实现了按国家标准的专业化生产，它们的设计可结合注射模技术标准，参考机械零件设计内容和方法，由设计者按各零件要求进行设计。317.1注射模的设计7.1.8模具材料的选用

用于成型的模具零件材料选用原则：

冷压成型塑料模具多以低碳钢为主，型号可选用20、20Cr、12CrNi3A、40Cr或DTI等。

切削成型塑料模具，多以调质钢为主，先进行调质处理后再后再加工，型号可选用40、50、3Cr2Mo、4Cr3MoSiV、5CrNiMo、4Gr5MoSiV1或4Cr5W2SiV1等。

磨损强烈的热塑性和热固性塑料模具选用冷作模具钢制造，如Cr12、9Mn2V、Cr6WV或7CrMoNiMo等。

高级塑料模具可选用超低碳马氏体时效钢，如18Ni（250）、18Ni（300）或18Ni（350）等。

327.1注射模的设计7.1.8模具材料的选用模具零件种类主要性能要求材料及热处理导柱、导套表面耐磨，中心有一定韧性1．202．T8A,T10A渗碳、表面淬火HRC>55型腔及型芯强度大、表面耐磨，有时还需耐腐蚀性，淬火变形要小1．9Mn2V,CrWMn,9CrSi,Cr12淬火加低温回火HRC>552．T8A,T10A(用于小型腔或小型芯)淬火加低温回火HRC>553．

45、40MnB,50,55调质40-50HRC4.P20,718,738（预硬高级模具钢）无需热处理预硬32~40HRC5．420SS(镜面模具钢)420HSS(高级镜面模具钢)预硬32~34HRC抗腐蚀性好淬硬至52-54HRC浇口套等表面耐磨，有时还需耐腐蚀性和热硬性1．T8A,T10A2．H-13

，3Cr2W8V（热作模具钢）淬火加低温回火油淬，二次回火HRC>55顶出杆、拉料杆、复位杆、滑块、导向板等一定的强度及耐磨性T8A,T10A2.45淬火加低温回火调质加表面淬火HRC>55各种模板，顶出板，固定板，垫脚等一定的强度1．452．A3～A5调质HB>200螺钉等紧固件一般强度1．452．A3～A5337.2注射模设计实例7.2.1塑料风叶注射模塑料风叶结构简图347.2注射模设计实例7.2.1塑料风叶注射模

风叶是利用一定空间曲面的叶片，通过主体的高速旋转产生风能。

塑料风叶的优点：

可以一次注射成型，省能省省材；重量轻、惯性小、色彩丰富、色泽好；具有良好的动平衡性(塑料风叶叶片良好的弹性，在高速旋转过程中能适度地自动调节叶片的相对位置，使叶片处于良好的平衡状态)和装璜效果。

1.塑料风叶设计与分析357.2注射模设计实例7.2.1塑料风叶注射模

一般塑料风叶设计在保证一定风量情况下，采用简化风叶叶片的方法，如采用空间螺旋面、模拟曲面等。

叶片的厚度应内厚外薄，逐渐过渡，以提高叶片的结构强度和刚度，保证使用性能。

主体部分设计要保证风叶的安装和定位，因此图中Φ8与Φ86应具有较高的同心度。

为确保Φ8孔的结构刚度，在其外侧周围设计了五个加强筋，以防变形。

1.塑料风叶设计与分析367.2注射模设计实例7.2.1塑料风叶注射模

由于塑料本身的特点以及模塑成型的独特性，如成型热收缩，冷却时的变形、翘曲、时效变形，不具有金属风叶那样可冷校正性等等，因此，塑料风叶的选材既要保证风叶的使用性能和便于提高风叶形位尺寸精度，又要便于模形成型。

若采用结晶性或半结晶性的塑料，在模塑过程中，则易产生在流动方向上的取向，在冷却过程中，由于结晶和取向，使塑料制品各方向上的收缩程度有很大的差异；再则冷却不够均匀和其他因素的影响，必然产生收缩应力，易使制品变形，而且制品后变形亦较大，不能保证所要求的形状尺寸，从而降低了风叶的精度和使用性能。2.风叶材料的选择377.2注射模设计实例7.2.1塑料风叶注射模

因此，以采用聚苯乙烯、ABS、AS等非结晶件塑料为佳，其收缩率相对较小。

聚苯乙烯塑料由于脆性大，耐冲击能力差，使用中易开裂，一般不采用。

2.风叶材料的选择

ABS和AS塑料性能是合适的，其中ABS价格较高，因此，目前大部分选用AS塑料。

387.2注射模设计实例7.2.1塑料风叶注射模

由图可知，风叶外径为Ф300毫米，高度为58毫米，采用AS塑料。风叶重160克；考虑到浇注系统冷料，所需塑料200克左右；由于塑料风叶的投影面积较大，可取（偏安全）A＝706

若选取模腔平均压力为的350千克力3.选择注射机

则合模力F＝PqA＝706×350/1000＝247.1(吨)

故选用XS-ZY-500注射成型机比较合适

有关参数：

一次注射量500立方厘米，合模力350吨；最大注射面积1000立方厘米，模板行程500毫米；模板尺寸750毫米×850毫米；拉杆空间560毫米×440毫米，模具最大厚度450毫米；模具最小厚度300毫米；定位圈尺寸Ф150或Ф180毫米；顶出方式为中心顶出。397.2注射模设计实例7.2.1塑料风叶注射模

塑料风叶叶片为空间曲面，若采用整体式模腔结构，则制造十分困难或不能满足要求。4.塑料风叶模具设计

本设计采用拼块组合式结构，即五只叶片模腔由十块上下镶块研配而成，将镶块组装在相应的模框内加以固紧、定位。

对关键成型零部件（如叶片成型镶块等零件）的加工和配合加以严格控制、而且在机械加工工艺上作出合理的安排，确保关键零部件的加工精度和装配精度。407.2注射模设计实例7.2.1塑料风叶注射模4.塑料风叶模具设计417.2注射模设计实例7.2.1塑料风叶注射模4.塑料风叶模具设计

由于叶片形状复杂，且要保证Ф8和Ф86的同心度，若采用单一形式的分型面，则难以满足要求。

本设计选择叶片曲面与叶体上部两阶梯端面的组合体为分型面。（1）分型面与排气设计427.2注射模设计实例7.2.1塑料风叶注射模4.塑料风叶模具设计①叶片由上下凹凸配合的两个叶片成型块组合获得，便于叶片成型块空间曲面的加工，保证叶片精度。

特点：

②在成型时，叶身可抱紧在成型芯上，使风叶保留在动模一方，便于风叶脱模和顶出。③风叶上Ф8和Ф86的成型均由动模方两型芯成型，从机加工和模具结构上保证其同心度。④分型面所留下的痕迹不在风叶表面，不影响风叶的外观。⑤虽然风叶上有孔和凹槽，但均不需增设抽芯机构，使模具结构简化。⑥可利用分型面进行排气，不必增设排气槽，有利于注射时料流的流动，提高制品质量。⑦便于顶出机构的设置。437.2注射模设计实例7.2.1塑料风叶注射模4.塑料风叶模具设计

因塑料风叶尺寸较大，形状复杂，故采用单型腔模。

由于叶片尺寸大且为薄料，外观精度要求较高，设计的浇道、浇口必须具有快速充模、流动均匀的特点。（2）浇口、浇道设计

据此，设计了变式直浇道，即利用Ф8孔的成型杆延伸锥头，使直浇道的圆形浇口变为圆环形浇口，这样既能使浇口到各叶片外侧的流程相等，又能保证快速冲模，而且便于充模时排气、切除浇道、不产生熔接痕，保证了外观质量。447.2注射模设计实例7.2.1塑料风叶注射模4.塑料风叶模具设计（3）叶片成型块设计

由于叶片成型块的成型面亦为相应的空间曲面，风叶的五片叶子是由十块相对应配合的成型块所组成，均布在模具的动、定模两方，因此，设计叶片成型块必须考虑到型块相互间的配合，成型块与成型块模框、型芯的配合，机械加工以及模塑过程中模具的开启和闭合等因素。457.2注射模设计实例7.2.1塑料风叶注射模4.塑料风叶模具设计

叶片成型凸块的成型面仅需加工成与叶片凹面相间的形状；

叶片成型凹块的成型面是在与凸块相配合的基础上开出与叶片凸面形状相同的凹腔。这样成型块加工比较容易、且精度容易保证。

为防止上下叶片成型块发生碰撞，叶片成型块两侧加工成一定的斜度，2～5º左右，并应注意开设斜度的方向。

叶片成型块内外圆部分与模框、型芯的配合为过渡配合。467.2注射模设计实例7.2.1塑料风叶注射模4.塑料风叶模具设计（4）导向、定位机构

塑料风叶模具是利用导柱、导孔进行导向和粗定位。

由于导柱和导孔之间存在间隙，所以闭模终了时靠斜面来实现精确定位，这样足以保证塑料风叶模型芯、型腔的相对位置精度，叶片成型块装配在动模框和定模框内，且为适量的过盈（过渡）配合。

在机加工时，确保动、定模框内组合型块Ф92的同心度。同时导柱孔、导向孔以及斜面定位部分一起加工，这样掌握机加工的各个环节，保证塑件壁厚均匀和轴孔的同心度。477.2注射模设计实例7.2.1塑料风叶注射模4.塑料风叶模具设计（5）顶出机构设计

对于塑料风叶模具，若顶出位置选择在五片叶子上，则在顶出过程中，叶片必然要受力变形，甚至会使叶片根部开裂，不能保证叶片的形状精度和尺寸精度，而叶片上留下顶痕，影响外观。

模具开启后风叶留在动模方，是风叶叶身紧紧抱住型芯的结果，即抱紧力主要集中在型芯外表面。

因此，设计五个扁头顶杆均布在叶身下端面，这样有利于风叶在顶出时的受力，防止叶片变形，且顶出痕迹不会影响风叶外观。

为保证顶出机构的运动平稳，顶杆受力均匀和复位，在顶出机构设置了导向、复位结构。487.2注射模设计实例7.2.1塑料风叶注射模4.塑料风叶模具设计（6）冷却系统

塑料风叶叶片面大且薄，叶片处的热量容易散发，叶身是热量主要集中处，从模且结构可知，热量不易散发，则Ф8孔在顶出过程中极易产生形变，轻则影响Ф8孔与Ф86孔的同心度，重则影响装配。

因此，本模具在Ф86型芯上开设了冷却水道，为避免漏水，水道避开了Ф8型芯。

在定模上也开设了冷却水道，以利于有关成型工艺参数的控制和提高冷却效果。

为避免成型块配合的漏水，水道中设置了夹套。49塑件：盖