第七章 注射模成型零部件设计

7.2.2 凸模(型芯) 凸模——用于成型塑件内表面的零部件，有时又称型芯 或成型杆。与凹模相似，凸模也可分为 整体式 组合式 (1)整体式 整体式凸模如图7—11(a)所示，凸模与模板做成整体， 结构牢固，成型质量好，但钢材消耗量大，适用于内表面形 状简单的小型凸模。
(2)组合式 当塑件内表面形状 复杂而不便于机械加工， 或形状虽不复杂，但为 节省优质钢材、减少切 削加工量时，可采用组 合式凸模。
(2) 分型面选择原则
选择分型面总的原则——保证塑件质量，且便于制品脱模 和简化模具结构。 下面结合表7—1中图例说明分型面选择应考虑的基本原则： 1)分型面选择应便于塑件脱模和简化模具结构。 ①选择分型面应尽可能使塑件开模时留在动模。 这样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，将增加模具脱模机构的复杂程度。
(3)按制品的精度要求确定型腔数
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
L s (n 1) L s 4%
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POM为±0.2％，PA66为±0.3％， 而对PE、PP、PC、ABS和PVC等塑料为±0．05％。 上式化简便可得型腔数目为 (7—3) n 25 24
(2)组合式 当塑件外形较复杂时，采用 整体式凹模加工工艺性差，若采 用组合式凹模可改善加工工艺性， 减少热处理变形，节省优质钢材。 组合式凹模的型式： ①底部与侧壁分别加工后用 螺钉连接或镶嵌 如图7—9所示，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，除便于加工 外还使磨损后更换方便。
4)分型面选择应有利于排气
分型面选择应尽可能使分型面与料流末端重合，这样才 有利于排气。如表7—1中例8图(b)所示。
5)分型面选择应便于模具零件的加工
如表7—1例9所示，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
①保证模具被锁紧 如图7—6所示的弯板塑件， 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。
②开模行程
如图7—7所示杯形塑 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，但这将 使塑件上留下分型面痕迹， 影响塑件外观。
④瓣合式凹模结构
对于采用垂直分型面的模具，凹模常用瓣合式结构。 例如，图7—10所示为线圈骨架的凹模。 注意的问题：采用组合式凹模易在塑件上留下拼接缝 痕迹，因此设计组合凹模 时应合理组合。 a 使拼块数量少，以 减少塑件上的拼接缝痕迹， b 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。 c 应尽可能使拼接 缝的方向与塑件脱模方向 一致，以免影响塑件脱模。
7.1
型腔总体布置与分型面选择
型腔数目的确定及其配置 分型面的选择 进浇点与排气位置的选择 脱模方式
型腔总体设计包括：
7.1.1 型腔数目的确定
型腔——指模具闭合时用来填充塑料成型制品的空间。 为了使模具与注射机相匹配以提高生产率和经济性，并保 证塑件精度，模具设计时应合理确定型腔数目。 下面介绍常用的几种确定型腔数目的方法。
③尽量使型腔排列得紧凑一些，以便减小模具的外形 尺寸。 如图7—2所示，图(b)的布局优于图(a)的布局，因为 图(b)的模板总面积小，可节省钢材，减轻模具质量。
④优先采用直线排列 和H形排列。 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，除圆形 制品和一些高精度制品外， 在一般情况下常用直线排 列和 H形排列。 从平衡的角度来看应 尽量选择 H形排列，如图 7—3(b)、(c)的布局比(a) 要好。
如表7—1例1图(a)所示，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。若采用例1图（b）的形式就较为合理。 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，将使塑件留在定模，使脱模困难[表7一1 例2图(a)，故应将型腔设在动模[例2图(b)]。
第7 章

注射模成型零部件设计
7.1 7.2 7.3 7.4 7.5
型腔总体布置与分型面选择 成型零部件的结构设计 成型零部件的工作尺寸计算 成型型腔壁厚的计算 排气结构设计



成型零部件——构成模具型腔的零件。 成型零部件直接与塑料接触，承受着熔体压力，起着决定 制件形状与精度的作用，是设计注射成型模具的重要部分。 组成： 凹模、型环 凸模、型芯、成型杆 设计内容与程序： 7.1 确定型腔总体结构。 包括分型面的位置，一次成型几个塑件，进浇点、排气位 置和脱模方式等。 7.2 确定成型零部件的结构类型。 7.3 计算成型零件的工作尺寸。 7.4 进行关键成型零件强度与刚度校核。
2.2
成型零部件的结构设计
设计原则：成型零部件结构设计主要应在保证塑件质量 要求的前提下，从便于加工、装配、使用、维修等角度加以 考虑。 7.2.1 凹模 凹模——成型塑件外表面的零部件。 按其结构类型可分为： 整体式 组合式 (1)整体式 凹模由一整块金属加工而成，如图7—6(a)所示。 特点：结构简单、牢固，不易变形，塑件无拼合缝痕迹， 适用于形状较简单的塑件。 缺点：热处理变形大，不易抛光，加工复杂形状较难。
3
Vn、mn ——单个塑件的容积或质量， cm 或 g。
3
(2) 按注射机的额定锁模力确定型腔数n
根据注射机的额定锁模力应大于将模具分型面胀开的力：
F≥ 得型腔数 n≤
p(nAn A j )
F p Aj pA 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。
dX 0 为使总成型加工费最小，令 dn NYt n 60C1
,则得
(7—4)
7.1.2 多型腔的排列
多型腔在模具上通常采用圆形排列、H形排列、直线 形排列以及复合排列等，在设计时应注意如下几点： ①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。 ②型腔布置和浇口开设部位应力求对称，以便防止模 具承受偏载而产生溢料现象，如图7—1(b)的布局就比图 7—1(a)的布局合理。
组合形式： ①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。
②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。如图7—12所示：
图(a)可采用过盈配合，从模板上压入； 图(b)也可采用间隙配合再从型芯尾部铆接，以防脱模时 型芯被拔出； 图(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； 图(d)、(e)用垫块或螺钉压紧，这样不仅增加了型芯的 刚性，便于更换，且可调整型芯高度。
7.1.3 分型面的设计
分型面——指模具上用于取出塑件和浇注系统凝料的 可分离的接触表面。 (1) 分型面的形式 （3）按分型面的数量来分 1）按分型面的位置来分 ①单分型面模具 ①垂直于注射机开模运动方向； ②双分型面模具； ②平行于开模方向； ③多分型面模具 ③倾斜于开模方向。 2）按分型面的形状来分 ①平面分型面； ②曲面分型面; ③阶梯形分型面， ④实现侧向抽芯辅助分型面。
由此例可见，在应用上述原则选择分型面时，有时会 出现相悖，又如图7—8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。 总之，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。
②便于推出塑件 如表7—1例3所示塑件外形较简单， 而内部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 需采用简单的推板脱模机构便可使塑件脱模。 ③对于带有侧凹或侧孔的塑件，选择分型面应尽可能 将侧型芯置于动模部分，以避免在定模内抽芯。如表7—1 中例4所示，同时应使侧抽芯的抽拔距离尽量短，如表7—1 中例5所示。 2)分型面应尽可能选择在不影响塑件外观的部位，并 使其产生的溢料边易于消除或修整 ①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 由于分型面处不可避免地要在塑件上留下溢料痕迹或拼 合缝痕迹，因此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。如表7－1中例6所示带有球面的塑件， 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。
L s
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。
(4) 按经济性确定型腔数
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，仅考虑模具费和成型加工费。 X m nC1 C2 模具费为 式中 C1 ——每一型腔所需承担的与型腔数有关的模具费用； C 2 ——与型腔数无关的费用。 yt X j N( ) 成型加工费为 60 n 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，min。 总成型加工费为 X X m X j
②侧壁镶拼嵌入式结构 对于大型和复杂的模具，可采 用图(e)所示的侧壁镶拼嵌入式结 构，将四侧壁与底部分别加工、热 处理、研磨、抛光后压入模套，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0.3～0.4 mm间隙，在四角嵌入件的圆角半径 R应大于模套圆角半径。 ③整体嵌入式 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，常用冷挤压、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。