注塑模成型零部件结构和设计

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。
图5-6 分型面有利于型腔排气
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图5-7 分型面有利于型腔排气
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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。
图5-3
主型芯在动模一侧
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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
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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 5章
重点：
注塑模成型零部件结构与设计
• 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 5章
5.1 5.2
5.3 5.4 5.5
注塑模成型零部件结构与设计
分型面的选择 注塑模的排气
成型零部件的结构设计 成型零件工作尺寸计算 型腔壁厚计算
图5-16 局部ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ拼的凹模
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图5-17 侧壁镶拼的凹模
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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。
5.1
5.1.1
分型面的选择
制品在模具中的位置
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；
图5-12 分型面选择避免长距离抽芯 返回
5.2
注塑模的排气
概述
5.2.1
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。
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。
图5-15 组合式凹模结构 返回
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。
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。
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。
图5-13 整体式凹模结构 返回
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。
图5-18 组合式凸模结构
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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。
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；
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。
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:
25m1 T1 F θP 0
模内气体质量，按常压常温20℃的空气密度 1.16kg/m3计算，有:
m1 =ρ0V0
应用气体状态方程，可求得上式中被压 缩气体的最终温度: 0.1304
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。
图5-14 整体嵌入式凹模结构 返回
3 组合式凹模
图5-1
分型面的表达方法
图5-2
模具分型面的形式
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5.1.3
分型面的选择
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。
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。
图5-5 分型面设计有利于型腔加工
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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。
P 1 T1 =T0 P
实际排气槽宽度应大于计算值。
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。
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515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。
图5-8 分型面有利于保证塑件同轴度
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图5-9 分型面有利于保证塑件尺寸精度 返回
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。
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。
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。
图5-10 分型面无损塑件外观 返回
图5-11 分型面无损塑件外观 返回
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。
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。
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。