塑料成型工艺与模具设计课件(高职机械)第3章 塑料成型模具基本结构及零部件设计

3.2.3 成型零件工作尺寸的计算（1）
1．影响塑料制品尺寸精度的因素
（1）模具成型零件的制造误差。模具成型零件 的制造精度直接影响塑料制品的尺寸精度，成型 零件的制造精度越低，塑件的尺寸精度也就越低 。实验证明，成型零件的制造公差约为塑料制品 总公差的1/3左右，所以在已知塑料制品尺寸公差 Δ时，成型零件工作尺寸的公差δZ可定义为 δZ=Δ/3。
3.1.2 塑料模的基本构成（1）
1．成型零件
成型零件是指塑料模具上直接与塑料接触的， 决定塑料制品形状和精度的零件，即构成型腔 的零件，如各种模具的凹模、凸模、型芯、型 环及镶件和挤出机头中的口模、芯模、定型套 等。成型零件是模具中的关键零件。在模具设 计中，成型零件的设计工作量较大。
3.1.2 塑料模的基本构成（2）
（2）螺纹型环。螺纹型环的作用直接成型制品的 外螺纹，如图（a）所示，并用来固定带有螺纹的 嵌件，如图（b）所示。
3.2.2 成型零件的结构设计（21）
螺纹型环的结构有整体式和组合式，如图所示
3.2.2 成型零件的结构设计（22）
4．塑料齿轮型腔
由于齿轮型腔比较复杂，通常采用组合式（整体嵌入式） 的结构。图（a）为冷挤压成型的型腔；图（b）为超塑 性成型的型腔；图（c）为浇注锌基合金或模压耐高温塑 料型腔；图（d）为机械加工的型腔；图（e）为电铸成型 的型腔
3.2.2 成型零件的结构设计（17）
3．螺纹型芯和螺纹型环的结构设计
（1）螺纹型芯。在设计直接成型塑料制品上的螺纹型芯 时必须考虑塑料的收缩率，表面粗糙度值应较小（Ra为 0.1μm），始端和末端应按前述塑料螺纹要求设计。固定 在下模或定模上的螺纹型芯的结构及固定方法如图所示
3.2.2 成型零件的结构设计（18）
第3章 塑料成型模具基本
结构及零部件设计
第3章 塑料成型模具基本结构及零部 件设计
3.1 塑料成型模具的分类及基本结构
3.2
成型零件的设计
3.3
导向和支承零件的设计
3.4
加热和冷却装置的设计
3.1.1 塑料成型模具分类（3）
3．按型腔数目分类
（1）单型腔模具。单型腔模具是指一副塑 料模具中只有一个型腔，一个成型周期只 能成型一个制品的模具。 （2）多型腔模具。多型腔模具是指一副塑 料模具中具有两个以上的型腔，一个成型 周期可同时成型两个以上制品的模具。
3.2.2 成型零件的结构设计（12）
形状复杂的孔可采用如图所示的型芯拼合的方法成型。
3.2.2 成型零件的结构设计（13）
图（a）为铆接式，不会被拔出，但S处渗入熔体 后形成飞边会妨碍脱模；图（b）的结构可防止 这一现象，但可能随塑件一同拔出；图（c）是常 用的固定方法，为了加工和装配的方便，缩短配 合长度，型芯下段与固定板留有0.5mm的间隙， 下段加粗提高了型芯的刚度；图（d）为有推件 板时的固定方式；图（e）（f）为用顶销和紧定 螺钉固定;图（g）（h）（i）（j）是尺寸较大型 芯的固定方式；图(k)(l)为通过加垫板缩短型芯及 其配合长度。
3.2.3 成型零件工作尺寸的计算（5）
综上所述，塑料制品可能产生的最大误差为上述 各项误差之和，即
δ=δz+δc+δs+δj＋δf（3 2）
所以，塑料制品的公差应大于或等于上述各因素 所引起的总误差，即
Δ＞δ
3.2.3 成型零件工作尺寸的计算（6）
2．成型零件工作尺寸的计算方法
成型零件工作尺寸计算方法有平均值法和公差带 法两种。平均值法是按平均收缩率、平均制造公 差δz/2和平均磨损量δc/2进行计算。中心距尺寸都 采用双向对称标注.
（2）型芯的径向尺寸计算。 推导得 lm=［ls（1+%）+3Δ/4］0-δz（3 6） 由于δz、δc随制品尺寸及公差大小而变化，所以Δ前的系 数在1/2～3/4之间，塑料制品尺寸及公差大时取小值，反 之取大值。 当考虑脱模斜度时，型腔径向尺寸计算大端，另一端按脱 模斜度相应减小；型芯径向尺寸计算小端，另一端按脱模 斜度相应增大。通常，在模具设计和制造时应预留一定的 修模量，在试模后修正。
3.2.2 成型零件的结构设计（1）
1．凹模的结构设计
凹模是成型制品外表面的零件，凹模的结构有整体式和组 合式之分。 整体式凹模结构简单，成型的制品质量好，刚性好，但形 状复杂的整体式凹模在热处理时易变形，机械加工工艺性 较差。但随着数控技术和电加工技术的发展与应用，整体 式凹模的加工将不会太困难，其应用会越来越广泛。 组合式凹模改善了加工性，减少了热处理变形，节约模具 钢，但装配调整较麻烦，制品表面可能出现拼块的拼接线 痕迹。
3.2.2 成型零件的结构设计（11）
成型盲孔的型芯只能一端 固定，孔深L不宜过大， 注塑成型和压注成型中L ＜4D，压缩成型平行于压 制方向L＜2 5D，垂直 于压制方向L＜2D。深度 过大、直径过小的孔宜在 成型后用机械加工的方法 得到。如果一定要成型深 孔，为防止型芯在成型时 弯曲，宜用如图所示对型 芯加支承的方法。
3.2.2 成型零件的结构设计（4）
（3）侧壁拼合式凹模 。大型或形状复杂的 凹模，可将其四壁和 底部分别加工经研磨 后拼合压入模套中， 如图所示，侧壁之间 采用锁扣连接保证装 配的准确性
3.2.2 成型零件的结构设计（5）
（4）瓣合式凹模。瓣合式凹模是一种分型面与脱模方 向平行的凹模，便于带侧凹塑料制品的脱模。 如图（a）所示结构用于移动式压缩模，利用模套与拼 块上8°～10°的斜面配合而锁紧拼块，压制成型后松 开模套，水平分型，取出制品。 如图（b）所示的圆形拼块用于单型腔、压制小型塑料 制品且成型压力不大的模具。圆形的配合锥面容易制造 ，配合精度较高。 图（c）为多型腔凹模宜用矩形拼块结构。
3.2.2 成型零件的结构设计（6）
图（d）和图（e ）为封闭式模套 的瓣合模，推出 凹模时利用斜楔 或斜滑槽使凹模 拼块分开取出制 品，用于较大的 模具。
图（f）为注塑模 上利用斜导柱进 行开合的瓣合模 结构。
3.2.2 成型零件的结构设计（7）
2．型芯的结构设计
（1）主型芯。主型芯的其结构有整体式和组合式之分。 图（a）为整体式结构，其结构牢固，成型的制品质量较 好，但不便加工，消耗贵重模具材料多，主要用于形状简 单的型芯。组合式主型芯的结构如图(b)(c)(d)所示。这种 结构是将型芯单独加工后，再镶入模板中，这样便于加工 ，节约贵重模具材料。
2．确定分型面的一般原则
（1）分型面的位置应首先保证塑料制品的质量 （2）分型面的选择应有利于制品脱模。 （3）分型面的选择应有利于侧向分型和抽芯。 （4）分型面的选择应有利于成型零件的加工。 （5）分型面的选择应有利于防止溢料。 （6）分型面的选择应有利于排气。 （7）分型面选择应尽量减小脱模斜度。 （8）分型面选择必须考虑注塑机的技术参数，如开模行 程的大小等。
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3.2.3 成型零件工作尺寸的计算（2）
（2）成型零件的磨损。成型零件工作中的磨损 使型腔尺寸Lm变大，型芯尺寸lm变小，中心距 Cm不变。成型零件的磨损主要发生在平行于脱 模方 向，所以在计算时，平行于脱模方向的成型零件 表面必须考虑磨损，而垂直于脱模方向的表面不 必考虑磨损。 磨损量与塑料品种、塑料制品的产量、成型零件 表面硬度和粗糙度有关。中小型塑料模最大允许 磨损量引起塑料制品的误差可取δc=Δ/6。
3.2.3 成型零件工作尺寸的计算（7）
3．型腔和型芯径向尺寸的计算
（1）型腔径向尺寸的计算。如上图所示的塑料 制品径向尺寸的平均尺寸为（Ls-Δ/2），型腔的 径向平均尺寸为（Lm＋δz/2），型腔的平均磨损 量为δc/2，平均收缩率为，即
%=［（Smax+Smin）%］/2
3.2.3 成型零件工作尺寸的计算（8）
3.2.2 成型零件的结构设计（10）
（2）小型芯的结构。塑料制品上的孔或槽通常由小型芯 成型。图（a）中的型芯容易在孔的上端形成难以去除的 飞边；若型芯细长，容易在熔体压力下发生弯曲；图（b ）中结构由两个直径相差0 5～1mm的型芯成型，缩短了 长度，刚度较好，即使两型芯略有不同轴度，也影响不大 。图（c）中结构的强度和刚度好，溢料形成的飞边也容 易去除。
δs=（Smax－Smin）%Ls
3.2.3 成型零件工作尺寸的计算（4）
（4）模具安装配合误差。模具成型零件的安装 误差和成型过程中，成型零件配合间隙的变化会 造成塑料制件的尺寸变化。模具安装配合误差引 起塑料制品的误差以δj表示。 （5）水平飞边厚度波动引起的误差。采用溢式 或半溢式压缩模，其飞边厚度会有变化，从而导 致制品高度尺寸产生误差，该误差以δf表示。压 注或注塑成型时，水平飞边厚度很薄，甚至没有 飞边，可忽略此误差。
3.2.2 成型零件的结构设计（8）
设计和制造组合式 型芯时，应注意结 构合理，保证型芯 和镶块的强度，防 止热处理变形开裂 。图a)中的小型芯 靠得太近，热处理 时易开裂，可改为 如图(b)的结构，将 大的型芯制成整体 再镶入小的型芯。
3.2.2 成型零件的结构设计（9）
还应注意溢料飞边 不致影响制件的脱 模，如图(a)所示 结构的飞边垂直于 脱模方向会妨碍制 件脱模，应改为如 图(b)所示的结构 ，其溢料飞边与脱 模方向一致，便于 脱模。
固定在上模或动模上的螺纹型芯要防止掉下来，其结构及 固定方法如图所示。
3.2.2 成型零件的结构设计（19）
对螺纹型芯的结构设计及固定方法有如下要求。 ①螺纹型芯在成型时应可靠定位并防止塑料熔体 挤入分型面 ②便于塑料制品的脱模和螺纹型芯的装拆 ③结构简单便于制造
3.2.2 成型零件的结构设计（20）
3.2.2 成型零件的结构设计（14）
3.2.2 成型零件的结构设计（15）
非圆形型芯的 连接部分制成 圆形并以台阶 固定，如图（ a）所示，或 用螺母加弹簧 垫圈固定，如 图（b）所示
3.2.2 成型零件的结构设计（16）
对于多个互相 靠近的小型芯 ，以轴肩固定 时，若轴肩互 相干涉，可用 如图所示的方 法，将轴肩干 涉部分切除后 再拼合
2．结构零件
塑料模具中除成型零件以外的零件都称为结构 零件。结构零件大多都已标准化，结构零件的 设计工作主要是根据情况进行选用，只有少量 的结构零件需自主设计。
结构零件包括浇注系统零件或加料腔、导向零 件、分型与抽芯机构、模板、推出机构、复位 机构、加热与冷却装置，还有装配、定位以及 模具安装用的支承零件等。
3.2 成型零件的设计
3.2.1 分型面的确定（1）
1．分型面及形状
模具型腔是由两部分或更多部分组成，这些可分离部分的 接触表面称为分型面。一副模具根据需要可能有一个或多 个分型面。分型面一般垂直于合模方向，也可能与合模方 向平行。分型面的形状有平面、阶梯面、斜面和曲面等.
3.2.1 分型面的确定（2）
3.2.2 成型零件的结构设计（2）
（1）嵌入式凹模。当应用多型腔模具成型小型塑料制 品时，单个凹模通常用冷挤压、电加工、电铸或超塑 性成型等方法制成，然后整体嵌入模板中，称为整体 嵌入式
3.2.2 成型零件的结构设计（3）
（2）底部镶拼式凹模。为了机械加工、研磨、抛光、 热处理的方便，形状复杂的型腔底部可制成镶拼式
3.2.3 成型零件工作尺寸的计算（3）
（3）塑料收缩率的偏差和波动。塑料制品的成 型收缩率受塑料品种、制品的形状、尺寸、壁厚 、成型工艺条件、模具结构等因素影响，这些因 素会引起收缩率在一定范围内（Smax～Smin） 波动，加上对收缩率估计的偏差，要准确确定收 缩率非常困难。收缩率波动导致塑料制品尺寸的 误差为
3.2.3 成型零件工作尺寸的计算（9） 4．型腔深度和型芯高度计算
(1)型腔深度为 Hm=［Hs（1+%）-2Δ/3］+δz0（3 7） (2)型芯高度为 hm=［hs（1+%）+2Δ/3］0-δz（3 8）
3.2.3 成型零件工作尺寸的计算（10）
5．中心距尺寸计算
模具上成型孔之间，型芯之间或成型孔与型芯之 间中心线的距离称为中心距。由于塑件上、模具 上的中心距尺寸公差带是双向对称的。所以其基 本尺寸就是平均尺寸。磨损的结果不会改变中心 距尺寸，在计算时就不必考虑磨损量。于是，中 心距计算公式为 Cm=Cs（1+%） 标注制造公差后，有 Cm±δz/2=Cs（1+%）±δz/2