塑料模设计第5章 注塑模成型零部件结构与设计

第5章注塑模成型零部件结构与设计重点：•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。5.1分型面的选择第5章注塑模成型零部件结构与设计5.2注塑模的排气5.3成型零部件的结构设计5.4成型零件工作尺寸计算5.5型腔壁厚计算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；5.1分型面的选择5.1.1制品在模具中的位置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。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。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。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。图5-1分型面的表达方法返回图5-2模具分型面的形式5.1.3分型面的选择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。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。返回图5-3主型芯在动模一侧返回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。返回图5-5分型面设计有利于型腔加工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。返回图5-6分型面有利于型腔排气返回图5-7分型面有利于型腔排气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。返回图5-8分型面有利于保证塑件同轴度返回图5-9分型面有利于保证塑件尺寸精度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。返回图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。返回图5-12分型面选择避免长距离抽芯5.2注塑模的排气5.2.1概述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。5.2.2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:011θ25PTmF模内气体质量，按常压常温20℃的空气密度1.16kg/m3计算，有:应用气体状态方程，可求得上式中被压缩气体的最终温度:001ρVm=1304.0101=PPTT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。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。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。返回图5-13整体式凹模结构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。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。返回图5-14整体嵌入式凹模结构3组合式凹模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5-15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。返回图5-15组合式凹模结构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。返回图5-16局部镶拼的凹模返回图5-17侧壁镶拼的凹模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。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。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。返回图5-18组合式凸模结构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。返回图5-19圆柱型芯的常用结构若模板较厚时，可采用图5-20(a)、(b)所示的的结构。倘若模板较薄，则用图4-19(c)所示的结构。图5-20反嵌型芯结构返回对于成型3mm以下的盲孔的圆柱型芯可采用正嵌法，将型芯从型腔表面压入。结构与配合要求如图5-21所示。图5-21正嵌型芯结构3异形型芯结构非圆的异形型芯大都采用反嵌法，如图5-22(a)所示。在型腔板上加工出相配合的异形孔。但支承和轴肩部分均为圆柱体，以便于加工与装配。对径向尺寸较小的异形型芯可用正嵌法的结构，见图5-22(b)。实际应用中，反嵌法结构的工作性能比正嵌法