第4章 普通注射模具44a

4．4成型零件的结构设计成型零件：是与塑料直接接触、构成型腔的零件，包括凹模、凸模、型芯、螺纹型芯、型环等等。4．4．1型腔的结构设计1.整体式凹模：结构特点：牢固、不易变形、无拼合缝、塑件质量好。但整体加工困难、维修困难、浪费材料、热处理不方便。适用范围：形状简单的中、小型塑件。图4-45整体式凹模2.组合式凹模(1)整体嵌入式凹模-图4-46整体嵌入式型腔(2)局部嵌入式凹模将凹模中易磨损的部位做成镶件嵌入模体中。结构特点：易磨损镶件部分易加工易更换。图4-47局部镶嵌组合式凹模(3)底部镶拼式凹模图4-48底部镶拼式凹模(4)侧壁镶拼式凹模图4-49凹模侧壁镶拼结构1—螺钉2—销钉⑸四壁拼合式凹模图4-51四壁拼合式凹模凹模的技术要求凹模材料：T8，T10A，CrWMn，9Mn2V，20钢，40Cr凹模热处理：HRC40～50表面粗糙度：型腔表面：Ra0.2～Ra0.1μm配合面：Ra0.8μm凹模表面处理：表面镀铬、抛光凹模加工：模套与模块锥面配合严密处配制加工4．4．2凸模和型芯的结构设计成型塑件内表面的零件称为凸模或型芯。主要包括：主型芯、小型芯、螺纹型芯和螺纹型环等。1．凸模或主型芯的结构设计⑴整体式凸模或型芯图4-52凸模或型芯的结构⑵组合式凸模或型芯图4-53相近小型芯的镶拼组合结构图4-54便于脱模的镶拼型芯组合结构组合式型芯——型芯采用拼块组合2．小型芯的结构设计图4-55小型芯的固定方式图4-56异形型芯的固定图4-57多个互相靠近型芯的固定型芯的技术要求型芯材料：T7A、T8、T10A、Cr12型芯热处理：HRC45～50表面粗糙度：型芯表面：Ra0.1~0.025μm配合面：Ra0.8μm型芯表面处理：表面镀铬、抛光型芯加工：同轴度高的地方配制加工4．4．3螺纹型芯和螺纹型环的结构设计1．螺纹型芯的结构螺纹型芯按用途分为直接成型塑件上螺纹孔和固定螺母嵌件两种。螺纹型芯设计时考虑塑料收缩率，其表面粗糙度Ra0．4μm，一般应有0．50的脱模斜度，螺纹始端和末端按塑料螺纹结构要求设计，以防止从塑件上拧下时拉毛塑料螺纹。螺纹型芯安装在模具上，成型时要可靠定位，不能因合模振动或料流冲击而移动，开模时应能与塑件一道取出且便于装卸。螺纹型芯与模板内安装孔的配合公差为H8／f8。图4-58螺纹型芯的安装形式2.螺纹型环的结构图4-59螺纹型环的结构1一螺纹型环2一定位销4．4．4齿轮型腔的结构设计图4-60塑料齿轮和齿轮型腔的关系图4-61齿轮型腔的结构4．4．5模具成型零件的工作尺寸计算与实例成型零部件工作尺寸是指直接用来构成塑件型面的尺寸。图4-62成型零件的工作尺寸1.计算成型零件的工作尺寸要考虑的因素(1)塑料收缩率波动与塑料的品种、塑件的形状、尺寸、壁厚、成型工艺条件、模具的结构等因素有关。其塑料收缩率波动误差为：δs=(Smax—Smin)Ls(4-5)式中δs——塑料收缩率波动所引起的塑件尺寸误差；Smax——塑料的最大收缩率，%；Smin——塑料的最小收缩率，%；Ls——塑件的基本尺寸。塑料收缩率波动所引起的误差应小于塑件公差的1／3,即δS△/3。(2)成型零件的制造误差模具的制造精度愈高，塑件的精度也愈高。模具制造公差占塑件总公差的三分之一左右：δz=Δ/3δz也可以取IT7～IT8级作为模具的制造公差。(3)模具成型零件的磨损中小型塑件模具：δc=Δ/6大型塑件模具：δcΔ/6成型零件磨损的原因：塑件脱模时的摩擦(型腔变大、型芯变小、中心距尺寸不变)；（决于塑料品种、模具材料及热处理。小批量生产时，δc取小值，甚至可以不考虑。玻璃纤维塑料磨损大，δc应取大值，模具材料耐磨，表面强化好，δc应取小值。）料流的冲刷；腐蚀性气体的锈蚀；模具的打磨抛光。(4)模具安装配合误差模具活动成型零件和配合间隙的变化会引起塑件尺寸的变化。塑件可能产生的最大误差δ为各种误差的总和：δ=δZ+δC+δS+δj+δa(4-6)式中δ——塑件的成型误差；δZ——模具成型零件制造误差；δC——模具成型零件的磨损引起的误差；δS——塑料收缩率波动引起的误差；δj——模具成型零件配合间隙变化误差；δa——模具装配误差。计算模具成型零件最基本的公式为：Lm=LS（1+S）（4-7）式中Lm——模具成型零件在常温下的实际尺寸；LS——塑件在常温下的实际尺寸；S——塑料成型的收缩率，%。从附表中可查到常用塑料的最大收缩率Smax和最小收缩率Smin，由此该塑料的平均收缩率为：(4-8)%1002minmaxSSScp在型腔、型工作尺寸计算公式的导出过程中，所涉及到的尺寸，凡孔都是按基孔制，公差下限为零，公差等于上偏差；凡轴都是按基轴制，公差上限为零，公差等于下偏差，如图4-63所示。图4-63模具零件工作尺寸与塑件尺寸的关系2.型腔和型芯径向工作尺寸的计算（1）型腔径向尺寸计算（2）型芯径向尺寸计算zcpSSmSLLL)43((4-9)zcpSSmSLLL)43((4-10)（3）型腔深度和型芯高度尺寸的计算型腔深度：型芯高度：zcpSSmSHHH)32((4-11)zcpSSmShhh)32((4-12)3.中心距尺寸的计算2)(ZcpSSMSCCC(4-11)4.螺纹型环和螺纹型芯的工作尺寸的计算用来成型塑件上的螺纹或固定塑件上带螺纹的嵌件，称为螺纹型芯型环。可以自动卸除也可以手动卸除。⑴螺纹型环的工作尺寸计算大径：中径：小径：ZbSddDcpSSm)((4-14)ZbSddDcpSSm)43(222ZbSddDcpSSm)(111(4-16)(4-15)⑵螺纹型芯的工作尺寸计算大径：中径：小径：ZbSDDdcpSSm)(ZbSDDdcpSSm)43(222ZbSDDdcpSSm)(111(4-19)(4-18)(4-17)⑶螺纹型环和螺纹型芯的螺距工作尺寸2)(ZcpSSmSPPP(4-20))43-SL(LLz0cpssM0-cpssMz)43Sl(llz0cpssM)32SH(HH0-cpssMz)32Sh(hh2)SC(CCzcpssM2)SC(CCzcpssM2/24)SL(LLcpssMz2/24)SL(LLzcpssM－Δ型腔尺寸型芯尺寸径向尺寸高度及深度尺寸中心距尺寸孔边距或型芯中心到边距尺寸成型零件尺寸计算公式实例（Example）查表得塑料收缩率为：Smax=0.01Smin=0.006故：Scp=0.008分析塑件的最高精度为MT3模具制造精度取：IT9(比塑件精度高三个等级)1.型腔尺寸计算⑴外形直径：D=40-0.34查表得δz＝0.062DM=[D+DScp-(3/4)Δ]+δz=[40+40×0.008-(3/4)×0.34]+0.062⑵凸台宽度：B=10-0.20查表得δz＝0.043BM=[10+10×0.008-(3/4)×0.20]+0.043⑶凸台半径：R1=5-0.10查表得δz＝0.03R1M=[5+5×0.008-(3/4)×0.10]+0.03⑷外形高度：H1=24-0.28查表得δz＝0.052H1M=[24+24×0.008-(2/3)×0.28]+0.0522.型芯尺寸计算⑴内孔直径：d1=34+0.34查表得δz＝0.062d1M=[d1+d1Scp+(3/4)Δ]-δz=[34+34×0.008+0.75×0.34]-0.062=34.5-0.062⑵内孔直径：d2=3.5+0.16查表得δz＝0.03d2M=[3.5+3.5×0.008+0.75×0.16]-0.03=3.65-0.03⑶扩孔直径：d3=6.5+0.2查表得δz＝0.036d3M=[6.5+6.5×0.008+0.75×0.20]-0.036=6.7-0.036⑷内孔深度：h1=19+0.28查表得δz＝0.052h1M=[19+19×0.008+0.67×0.28]-0.052=19.34-0.052⑸扩孔深度：h2=3.5+0.16查表得δz＝0.03h2M=[3.5+3.5×0.008+0.67×0.16]-0.062=3.65-0.033.中心距尺寸计算⑴孔距：C1=16±0.2查表得δz＝0.043C1M=[C1+C1×Scp]±δz/2=[16+16×0.008]±0.021⑵凸台高度：C2=4±0.1查表得δz＝0.03C2M=[4+4×0.008]±0.015⑶起伏凸边高度：C3=3±0.1查表得δz＝0.03C3M=[3+3×0.008]±0.015⑷非配合圆角：R2=2查表得δz＝0.025R2M=[2+2×0.008]±0.012⑸起伏凸边位置角：α=45°(自由公差)取δz＝Δ/4=30′αM=45°±15′4.校核如孔距C1:（Smax－Smin）×Ls+δz≤Δ（0.01－0.006）×16+0.043=0.1070.46.型腔或底板的强度与刚度计算模塑成型过程中，型腔受到塑料熔体的压力会产生一定的内应力及变形。若型腔或底板壁厚不够，当内应力超过材料的许用应力时，型腔会因强度不够而破裂。若型腔刚度不足也会发生过大的弹性变形，因此导致溢料、影响塑件尺寸和精度、脱模困难。型腔或底板的强度与刚度计算见表４－５型腔壁厚与底板厚度的确定一、模具强度及刚度概念若型腔刚度不足也会发生过大的弹性变形，因此导致溢料、影响塑件尺寸和精度、脱模困难。模塑成型过程中，型腔受到塑料熔体的压力会产生一定的内应力及变形。若型腔或底板壁厚不够，当内应力超过材料的许用应力时，型腔会因强度不够而破裂。二、壁厚的受力分析1.模塑过程中模具承受的力设备施加的锁模力熔融塑料作用于型腔内壁的压力2.型腔受内压力作用发生膨胀变形影响塑件的尺寸精度配合面处产生溢料飞边小型腔的许用变形量小，压力作用会导致其破坏型腔壁厚与底板厚度的确定二、壁厚的受力分析3.型腔侧壁的最大允许变形量δ大型腔以刚度为主计算，小型腔以强度为主计算圆形凹模直径：D﹤67～86mm时以强度计算为主矩形凹模长边：L﹤108～136mm时以强度计算为主从中小型塑件的尺寸精度考虑：δ≤Δ/5从不产生溢料飞边考虑：型腔配合处的最大间隙Zmax﹤塑料的溢料值（表3-8）保证塑件的顺利脱模：δ≤S·t（收缩量）型腔力学计算的特征和性质：型腔壁厚与底板厚度的确定二、壁厚的受力分析当分界值不明确时按两种方法计算型腔壁厚值，取其大者。课题6.4型腔壁厚与底板厚度的确定三、壁厚尺寸的计算(自学)圆形凹模壁厚矩形凹模壁厚支承板厚度课题6.4型腔壁厚与底板厚度的确定1.圆形凹模壁厚计算凹模内壁直径2r整体凹模壁厚S=R-r镶拼式凹模凹模内壁直径2r整体凹模壁厚S=R-r镶拼式凹模凹模壁厚S1模套壁厚S2凹模壁厚S1模套壁厚S2～402081890～10050144040～5025922100～12055154550～60301025120～14060164860～70351128140～16065175270～80401232160～18070195580～90451335180～200752158三、壁厚尺寸的计算(自学)型腔壁厚与底板厚度的确定2.矩形凹模壁厚计算矩形凹模内侧短边长b整体凹模壁厚S镶拼式凹模凹模壁厚S1模套壁厚S2～402592240～5025～309～1022～2550～6030～3510～1125～2860～7035～4211～1228～3570～8042～4812～1335～4080～9048～5513～1440～4590～10055～6014～1545～50100～12060～7215～1750～60120～14072～8517～1960～70