第七章 注射模成型零部件设计

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。
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
(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。
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。
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。
②分型面还影响塑件飞边的位置
如图7—5所示塑件，图(a)在A面产生径向飞边，图(b)在 B面产生径向飞边，若改用图(c)结构，则无径向飞边，设计 时应根据塑件使用要求和塑料性能合理选择分型面。
3)分型面的选择应保证塑件尺寸精度
如表7—1中例7所示塑件，D 和d 两表面有同轴度要求。 选择分型面应尽可能使D 与d 同置于动模成型，如图(b)所 示。若分型面选择如图(a)所示，D 与d 分别在动模与定模 内成型，这将由于合模误差不利于保证其同轴度要求。
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。
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。
(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
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)]。
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。
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
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。
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。
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。
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。
(1) 按注射机的最大注射量确定型腔数量n
根据式(5—2) n· Vn
n· n m
+
Vj≤0.8 Vg
≤0.8
+ mj
Vn
mg
可得
n≤
n≤
0.8Vg V j
(7－1)
0.8m g m j mn
cm3 或 g； 式中 Vg、mg ——注射机最大注射量，
Vj、mj ——浇注系统凝料量， cm 或 g；
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。
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。
③对于异形型芯为便于加工，可做成如图7—13 所示的结构，将下 面部分做成圆 柱形[图(a)]， 甚至只将成型 部分做成异形， 下面固定与配 合部分均做成 圆形[图(b)]。
④对于形状复杂的凸模为了便于机械加工和热处理，还 可采用镶拼组合式，如图7—14所示。
7.2.3 螺纹型芯与螺纹型环
螺纹型芯——用于成型塑件的内螺纹。 螺纹型环——用于成型塑件的外螺纹。 此外它们还可用来固定塑件内的金属螺纹嵌件。 成型后塑件从螺纹型芯或螺纹型环上脱卸的方式： 强制脱卸 机动脱卸 模外手动脱卸 本节仅介绍手动卸螺纹型芯和型环的设计。 对手动脱卸螺纹的要求： ①在成型之前使螺纹型芯或型环在模具内准确定位和可靠固定， 使其不因外界振动和料流冲击而位移； ②在开模后又要求型芯或型环能同塑件一起方便地从模内取出， 在模外用手动的方法将其从塑件上顺利地脱卸。
Hale Waihona Puke Baidu
(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。
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。