《模具概論》(第2版)第4章模具設(shè)計的基本概念

第4章模具設(shè)計的基本概念

沖裁模具設(shè)計4.1注射模具設(shè)計

4.2

學(xué)習(xí)目標(biāo)1．了解沖裁間隙的分類及選用依據(jù)2．了解刃口尺寸的計算原則和計算方法3．掌握凹模設(shè)計過程4．掌握凸模設(shè)計過程5．掌握沖模設(shè)計要點6．掌握注射模具的設(shè)計步驟7．理解型腔數(shù)確定與分型面選擇8．掌握成形零部件設(shè)計9．理解澆注系統(tǒng)設(shè)計10．理解注射機構(gòu)設(shè)計11．了解塑料模具排氣系統(tǒng)設(shè)計和模具溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)設(shè)計

4.1沖裁模具設(shè)計4.1.1沖裁間隙

沖裁間隙是指沖裁模具凸模與凹模之間工作部分的尺寸之差。沖裁間隙是沖壓工藝和模具設(shè)計中的重要參數(shù)，它直接影響沖裁件的質(zhì)量、模具壽命和力能的消耗。應(yīng)根據(jù)實際情況和需要合理地選用。沖裁間隙分雙面間隙和單面間隙，未注單面的即為雙面間隙。

1．沖裁間隙分類根據(jù)沖裁件尺寸精度、剪切面質(zhì)量、模具壽命和力能消耗等主要因素，將金屬材料沖裁間隙可分成3種類型，即Ⅰ類（小間隙）、Ⅱ類（中間隙）、Ⅲ類（大間隙），見表4-1。表4-1 金屬材料沖裁間隙分類

按金屬材料的種類、供應(yīng)狀態(tài)、抗剪強度，列出金屬材料沖裁間隙值，見表4-2。表4-2 金屬材料沖裁間隙值單位：mm

確定合理間隙值方法如下。

⑴第一種是理論方法。模具制造中的偏差及使用中的磨損，生產(chǎn)中通常選擇一個適當(dāng)?shù)姆秶鳛楹侠黹g隙，如圖4-1所示。這個范圍的最小值稱為最小合理間隙值，最大值稱為最大合理間隙值。設(shè)計與制造新模具時采用最小合理間隙值。圖4-1凸、凹模的磨損形式

圖4-2合理間隙值的確定

確定合理間隙值的理論方法的依據(jù)是保證凸、凹模刃口處產(chǎn)生的裂紋相重合。由圖4-2所示中可以得到合理間隙值的計算公式如下：

⑵

第二種是經(jīng)驗方法。經(jīng)驗方法也是根據(jù)材料的性質(zhì)與厚度，來確定最小合理間隙值。建議按下列數(shù)據(jù)確定雙面間隙值。

⒈刃口尺寸的計算原則。在設(shè)計和制造模具時，需遵循下述原則。

⑴設(shè)計落料模時，以凹模為準，間隙取在凸模上；設(shè)計沖孔模時，以凸模為準，間隙取在凹模上。⑵設(shè)計落料模時，凹模公稱尺寸應(yīng)取零件尺寸公差范圍內(nèi)的較小尺寸；設(shè)計沖孔模時，凸模公稱尺寸應(yīng)取零件孔的尺寸范圍內(nèi)的較大尺寸。4.1.2凸、凹模刃口尺寸的計算。

⑶

沖裁模在使用中，磨損間隙值將不斷增大，因此，設(shè)計時無論是落料模還是沖孔模，新模具都必須選取最小合理間隙Zmin，使模具具有較長的壽命。

⑷凸、凹模刃口部分尺寸的制造公差要按零件的尺寸要求決定，一般模具的制造精度比沖裁件的精度高2～3級。若零件未注公差，對于非圓形件，沖模按IT9精度制造；對于圓形件，一般按IT6～IT7級精度制造。

⒉刃口尺寸計算方法。

⑴凸模與凹模分開加工設(shè)計計算中要分別標(biāo)注凸、凹模刃口尺寸與制造公差。模具的制造公差應(yīng)當(dāng)滿足下列條件：

式中：p、d分別為凸模和凹模的制造公差（mm）。

下面對和落料兩種情況進行討論。①沖孔。設(shè)零件孔的尺寸為d+，其凸、凹模工作部分尺寸的計算公式如下：

各部分的公差帶見圖4-3（a）。圖4-3沖裁模的尺寸公差

②落料模。設(shè)零件尺寸為D

?Δ，落料模的允許偏差位置如圖4-3（b）所示，其凸、凹模工作部分尺寸的計算公式如下：

凸、凹模配合加工加工方法是以凸?；虬寄榛鶞?，配作凹?；蛲鼓?。只在基準件上標(biāo)注尺寸和制造公差，另一件僅標(biāo)注公稱尺寸并注明配作時應(yīng)留有的間隙值。所以基準件的刃口部分尺寸需要按不同的方法計算。如圖4-4（a）所示的落料件，應(yīng)以凹模為基準件，凹模尺寸按磨損情況可分為3類。圖4-4沖裁件尺寸分類

第一類是凹模磨損后尺寸增大（圖4-4中A類）；第二類是凹模磨損后尺寸變?。▓D4-4中B類）；第三類是凹模磨損后尺寸不變（圖4-4中C類）。對于圖4-4（b）所示的沖孔件的凸模尺寸也可按磨損情況分成A、B、C

3類。因此不管是落料件還是沖孔件，根據(jù)不同的磨損類型，其基準件的刃口部分尺寸均可按以下公式計算：

4.1.3凹模設(shè)計

1．凹?？卓诘男问郊爸饕獏?shù)凹?？卓诘男问?，見表4-6。凹?？卓诘闹饕獏?shù)，見表4-7。表4-6 凹?？卓诘男问?/p>

2．整體式凹模外形尺寸的確定凹模安裝在下模座上，由于下模座孔口較大，使凹模工作時承受彎曲力矩，若凹模高度H及壁厚C不足時，會使凹模產(chǎn)生較大變形，甚至破壞。但由于凹模受力復(fù)雜，很難按理論方法精確計算，對于非標(biāo)準尺寸的凹模一般不作強度核算，可用下述公式確定其尺寸：H=KB

C=(1.5～2)H 式中：H——凹模高度，mm；

B——凹模孔的最大寬度，mm，但B不小于15mm；

C——凹模壁厚，mm，指刃口至凹模外形邊緣的距離；

K——系數(shù)，系數(shù)K值見表4-8。

在上述經(jīng)驗公式中，B為凹?？鬃畲蟪叽?。當(dāng)B＞100～200mm，材料厚度t≤1mm時，H及C應(yīng)取小值，但H值不應(yīng)小于10mm，凹模壁厚度C（即凹模孔邊距）不應(yīng)小于18mm。當(dāng)B＜50mm，材料厚度t≥3mm時，H及C則應(yīng)取大值。

凹?？走吘郈及凹模孔間距的數(shù)值，也可從表4-9中查到。注：1．C的偏差按凹模刃口形狀復(fù)雜程度，可以取±8mm。

2．B的選擇可按凹模刃口形狀復(fù)雜程度而定，一般不小于5mm，但沖裁0.5mm以下的薄料時，小孔與小孔之間的距離可適當(dāng)減小，大孔與大孔之間的距離則應(yīng)適當(dāng)放大。

3．決定外形尺寸時，應(yīng)盡量選用標(biāo)準尺寸。3．凹模高度的要求（1）凹模最小高度為7.5mm；（2）凹模表面積在3200mm2以上時，H最小值為10.5mm；（3）凹模高度還應(yīng)加上刃口重磨量；（4）凹模刃口周長超過50mm，且材料為合金工具鋼時，凹模高度應(yīng)乘以表4-10中的修正系數(shù)，如為碳素工具鋼，凹模高度應(yīng)再增加30%。

根據(jù)凹模刃口輪廓不同，凹模壁厚C與凹模高度H的關(guān)系也可按下式確定。輪廓線為光滑的曲線時

C≥1.2H

輪廓線與凹模邊緣平行時

C≥1.5H

輪廓線具有復(fù)雜形狀或尖角時

C≥2H

5．多孔凹模刃口與切口之間的距離確定多孔凹模刃口與切口之間的距離最小值與沖裁件材料的強度和厚度有關(guān)，具體大小可參考凸凹模最小壁厚選取，見表4-11和表4-12。6．凹模上螺孔到凹模外緣的距離確定凹模上螺孔到凹模外緣的距離，一般?。?.7～2.0）d，最小允許尺寸見表4-13。7．螺孔到凹?？?、螺孔到銷孔的距離確定螺孔到凹?？?、螺孔到銷孔的距離，一般取b＞2d，當(dāng)凹?？诪閳A弧時，其最小尺寸見表4-14。注：bmin

——螺孔到凹?？?、銷孔距離的最小尺寸，mm；d——螺孔的尺寸，mm。

8．凹模上螺孔大小及間距的確定凹模上螺孔大小及間距的確定，見表4-15和表4-16。9．復(fù)合模中凸、凹模的最小壁厚a

受強度的限制對于倒裝復(fù)合模，刃口孔內(nèi)積存廢料，增加了脹力，其凸凹模最小壁厚，見表4-16。順裝復(fù)合模刃口內(nèi)不積存廢料，最小壁厚可小一些，一般常用的經(jīng)驗數(shù)據(jù)為：沖黑色金屬材料

a=1.5t（但不小于0.7mm） 沖有色金屬材料

a=t（但不小于0.5mm）

10．凹模的強度校核凹模的強度校核主要是檢查其高度H。凹模在沖裁力的作用下會產(chǎn)生彎曲，如果凹模高度不夠，就會產(chǎn)生較大的彎曲變形，甚至斷裂。凹模強度計算的近似公式見表4-17。11．凹模固定方式小沖孔凹模一般采用鑲嵌筒狀凹模，為使廢料順利落下，廢料孔采用階梯擴大，筒狀凹模的安裝采用螺釘或鍵連接或用凸緣壓接，筒狀凹模要能定位止轉(zhuǎn)。整體凹模的結(jié)構(gòu)及安裝方法如圖4-5所示。圖4-5整體凹模的安裝方法4.1.4凸模設(shè)計

1．凸模的結(jié)構(gòu)圓形凸模已趨標(biāo)準化，如圖4-6所示。非圓形凸模的固定部分應(yīng)做成圓形［見圖4-7（a）］或矩形［見圖4-7（b）］，如采用線切割或成形磨削加工時，固定部分應(yīng)和工作部分尺寸一致，如圖4-7（c）所示。

圖4-6圓形凸模圖4-7非圓形凸模

2．凸模長度

凸模長度一般是根據(jù)模具結(jié)構(gòu)的需要而確定的，應(yīng)盡可能參照或選用國家標(biāo)準，如圖4-8所示的結(jié)構(gòu)，凸模長度可用下列公式計算，即

L=l1+l2+l3+l

3．帶護套的沖小孔的凸模當(dāng)沖孔直徑小于工件料厚度或小于1mm，以及沖異形孔其面積小于1mm2時，細長凸模容易彎曲失穩(wěn)而折斷，所以常采用保護套結(jié)構(gòu)，并且在工作過程中要依靠卸料板（導(dǎo)板）導(dǎo)向，從而可提高共抗失穩(wěn)的能力。帶護套的小凸模結(jié)構(gòu)，如圖4-9所示。帶護套的針狀凸模，如圖4-9（a）所示，其使用的沖孔直徑小于3mm，凸模及護套的尺寸，見表4-18?？s短式凸模，如圖4-9（b）所示，其適用的沖孔直徑為（0.7～1.3）t（t為料厚）。

圖4-8凸模長度圖4-9帶護套的小凸模結(jié)構(gòu)

1—墊板2—凸模固定板3—凸模1—墊板2—凸模固定板3—護套

4—卸料板5—導(dǎo)料板6—凹模4—凸模5—芯柱4．凸模強度校核一般情況下，根據(jù)沖裁件形狀、大小及模具結(jié)構(gòu)需要選用或參照國家標(biāo)準而設(shè)計的凸模，不必進行強度校核，只有當(dāng)凸模特別細長，沖裁件厚度較大時，才有必要進行凸模承壓能力和抗縱向彎曲應(yīng)力的校核。（1）凸模承壓能力的校核。要使凸模正常工作，必須使凸模最小斷面的壓應(yīng)力不超過凸模材料的許用壓應(yīng)力。（2）抗縱向彎曲應(yīng)力的校核。凸模沖裁時，可視為壓桿。當(dāng)凸模細長時，必須根據(jù)歐拉公式進行縱向彎曲應(yīng)力的校核。無導(dǎo)向裝置的凸模，如圖4-10（a）所示。圖4-10凸模的最大自由長度

（3）凸模固定端面的壓力。

凸模固定端面與模座直接接觸，如圖4-11所示，當(dāng)其單位壓力超過模座材料的許用壓應(yīng)力時，模座表面會損傷。為此應(yīng)在凸模頂端與模座之間加一個淬硬的墊板。模座許用擠壓應(yīng)力見表4-19。

圖4-11凸模固定端面5．凸模的固定標(biāo)注凸模（例如圓形凸模）的固定已標(biāo)準化。非標(biāo)準凸模的連接方法如下。（1）凸模直接與模柄連接或做成一體，如圖4-12所示。圖4-12凸模直接與模柄連接或做成一體

（2）凸模固定在凸模固定板中，如圖4-13所示，為便于成形磨削和線切割加工，凸模工作部分和固定部分的尺寸應(yīng)一致，一般采用鉚接或澆注法固定，澆注法有環(huán)氧樹脂或低熔點合金固定，也可用無機膠黏劑粘接。（a）型是鉚接固定，（b）型是澆注固定，（c）型用于復(fù)雜形狀的凸模，固定部分采用圓的，并用臺肩固定。（3）尺寸較大的圓形凸模用窩座定位，如圖4-14所示，并用螺釘緊固，為減小磨削面，凸模外圓配合及非工作部分直徑較小，端面也加工成凹坑。

圖4-13凸模固定在凸模固定板中

1—凸模2—凸模固定板3—銷釘

圖4-14尺寸較大的圓形凸模的固定

1—凸模固定板2—螺釘3—凸模4.1.5鑲拼式凸模和凹模設(shè)計

設(shè)計鑲拼式凸凹模應(yīng)注意以下幾個方面的問題。（1）選擇鑲拼的形式必須根據(jù)工件形狀、材料厚度和鑲拼能承受的脹力大小選用鑲件的數(shù)量。（2）鑲件必須具有很強工藝性，各分塊應(yīng)能可靠定位及便于測定尺寸及精度；便于進行機械加工和熱處理；便于安裝固定。（3）鑲件之間要防止在沖壓過程中發(fā)生相對位移的可能性。（4）個別易損部分應(yīng)單獨做成一塊，以便加工和更換，圓弧部分應(yīng)單獨制造，拼合面應(yīng)位于立線部分，一般離圓弧4～5mm，如圖4-15（a）所示。

（5）如工件有對稱線時，為便于加工，應(yīng)沿對稱線分開，如圖4-15（b）所示。（6）為避免發(fā)生毛刺，凹模上鑲件的接縫處不應(yīng)與凸模上鑲件的接縫相重合，而應(yīng)相互錯開。（7）在考慮鑲件形式時，應(yīng)盡可能將復(fù)雜的內(nèi)形加工變成外形加工，以便采用機械加工，減少鉗工工作量，如圖4-15（c）所示。（8）對于孔中心距離要求很高的工件，亦可采用鑲拼的方法，通過研磨拼合來達到目的，如圖4-15（d）所示。（9）對于圓形的工作部分，應(yīng)盡量按徑向線分割，如圖4-15（e）所示。圖4-15設(shè)計鑲拼式凸凹模的一般原則

（10）各分塊盡量是直線形、圓形、方形等簡單的幾何形狀，以利于機械加工及熱處理；分割點一般應(yīng)在拐角和直線、曲線切點處，不允許形成尖角。

2．鑲拼方法的種類鑲拼方法可分為平面拼接式（用于大型零件）、嵌入式、壓入式和斜楔式四種。（1）平面拼接式，如圖4-16所示，把凸?；虬寄７殖稍S多件組成，用螺釘、銷釘緊固在固定板的平面上，適用于大型沖模。圖4-16平面拼接式鑲拼

（2）嵌入式，如圖4-17所示，把凹?；蛲鼓７殖扇舾善磯K，將拼塊嵌入兩邊或四周有凸臺的固定板凹臺內(nèi)，再用螺釘、銷釘緊固。圖4-17嵌入式鑲拼結(jié)構(gòu)

（3）壓入式，如圖4-18所示，（a）型是將沖孔凹模以過盈配合壓入固定板內(nèi)，適用于形狀復(fù)雜的小型沖模以及拼塊較小不宜用螺釘、銷釘緊固的情況。圖4-18壓入式鑲拼3．鑲拼凹模的結(jié)構(gòu)及其固定方式鑲拼凹模的結(jié)構(gòu)及其固定方式，如圖4-19所示。圖4-19鑲拼凹模的結(jié)構(gòu)及其固定方式4．鑲拼凸模的結(jié)構(gòu)及其固定方式鑲拼凸模的結(jié)構(gòu)及其固定方式，如圖4-20所示。圖4-20鑲拼凸模的結(jié)構(gòu)及其固定方式4.1.6沖裁模設(shè)計要點1．沖裁模設(shè)計的內(nèi)容和步驟（1）分析沖壓件的工藝性。（2）確定工藝方案。（3）選擇沖模類型和結(jié)構(gòu)形式。（4）計算各工序壓力，確定壓力中心。（5）確定壓力機型號和模具安裝尺寸。（6）畫排樣圖和工序件圖。（7）繪制沖?？倛D（下平面圖、上平面圖和剖面圖等）。（8）設(shè)計評審。通常對于較復(fù)雜的模具，需組織有經(jīng)驗的設(shè)計人員、工藝人員、沖壓工和模具維修鉗工等，對模具結(jié)構(gòu)進行評審，并提出改進意見。（9）根據(jù)評審意見修改沖?？倛D。（10）繪制沖模零件圖。（11）零件圖標(biāo)注尺寸、公差及技術(shù)條件。（12）總圖標(biāo)注技術(shù)條件及注意事項。2．工藝方案的選擇沖壓工藝方案的內(nèi)容包括：確定工序性質(zhì)、工序數(shù)目和順序；確定合理的排樣和工序間尺寸，是工序模還是復(fù)合?；蜻B續(xù)模；是手工操作還是半自動或自動化模等。為了確定工序數(shù)目，有時需要進行仔細計算，如毛坯展開尺寸、工序尺寸材料消耗等。在選擇工藝方案時，必須考慮如下因素。（1）生產(chǎn)綱領(lǐng)。（2）沖壓件的形狀、尺寸、精度要求和材料性能等。（3）現(xiàn)有設(shè)備條件和生產(chǎn)技術(shù)水平。（4）模具設(shè)計、制造和維修的技術(shù)水平和能力。（5）生產(chǎn)準備的周期。

（6）模具結(jié)構(gòu)的選擇。模具結(jié)構(gòu)設(shè)計前，應(yīng)確認的注意事項如下。①沖壓件的工藝性，沖壓件的形狀、尺寸、精度和所用的材料，都要適合沖壓工藝要求。②沖壓工藝方案的合理性。合理的工藝方案，應(yīng)能保證產(chǎn)品（沖壓件）質(zhì)量，同時又適合于所給的生產(chǎn)條件。模具結(jié)構(gòu)類型選擇的主要內(nèi)容如下。①模具的類型。②凸凹模的結(jié)構(gòu)形式、固定方式和鑲拼方式等。③毛坯的送進、導(dǎo)向、定位形式。④毛坯和零件的壓料、卸料形式。⑤零件的取出和廢料的排除方式。⑥模架及導(dǎo)向形式。⑦彈性元件的種類和形式。⑧模具起重形式。⑨模具安裝到壓力機的定位與夾緊形式。選擇模具結(jié)構(gòu)時，需考慮的主要因素如下。①沖壓件的形狀、大小和精度。②沖壓工藝。③生產(chǎn)批量。④所使用的壓力機。⑤上料和出件的方式。⑥操作方便、安全。⑦模具制造和維修技術(shù)。⑧生產(chǎn)準備周期。⑨成本。4.2注射模具設(shè)計1．設(shè)計前的準備工作模具的設(shè)計者應(yīng)有設(shè)計任務(wù)書為依據(jù)設(shè)計模具。模具設(shè)計任務(wù)書通常由塑料制品生產(chǎn)部門提出，任務(wù)書包括以下內(nèi)容。①經(jīng)過審查的正規(guī)塑件圖樣，并注明所采用的塑料牌號、透明度等，若塑件圖樣是根據(jù)樣品測繪的，最好能附上樣品，因為樣品除了比圖樣更為形象和直觀外，還能給模具設(shè)計者許多有價值的信息，如樣品采用的澆口位置、頂出位置、分型面等。②塑件說明書及技術(shù)要求。③塑件的生產(chǎn)數(shù)量。④交貨期及價格。在模具設(shè)計前，設(shè)計者應(yīng)注意以下幾點。（1）熟悉塑件。①熟悉塑件的幾何形狀。②明確塑件的使用要求。③注意塑件的原料。（2）檢查塑件的成形工藝性。（3）明確注射機的型號和規(guī)格。2．制訂成形工藝卡將準備工作做完后，就應(yīng)制訂出塑件的成形工藝卡，尤其對批量大的塑件或形狀復(fù)雜的大型模具更有必要制訂詳細的注射成形工藝卡。工藝卡一般應(yīng)包括以下內(nèi)容。①產(chǎn)品的概況，包括簡圖、重量、壁厚、投影面積、外形尺寸、有無側(cè)凹和嵌件等。②產(chǎn)品所用的塑料概況，如品名、型號、生產(chǎn)廠家、顏色、干燥情況等。③所選的注射機的主要技術(shù)參數(shù)，如注射機與安裝模具間的相關(guān)尺寸、螺桿類型、額定功率等。④注射機壓力與行程簡圖。⑤注射成形條件，包括加料筒各段溫度、注射溫度、模具溫度、冷卻介質(zhì)溫度、鎖模力、螺桿背壓、注射壓力、注射速度、循環(huán)周期（注射、固化、冷卻、開模時間）等。3．注射模具結(jié)構(gòu)設(shè)計步驟制訂出塑件的成形工藝卡后，就應(yīng)進行注射模具結(jié)構(gòu)設(shè)計，其步驟見表4-20。表4-20 注射模具結(jié)構(gòu)設(shè)計步驟4．注射模具的審核由于注射模具設(shè)計直接關(guān)系到能否成形、產(chǎn)品的質(zhì)量、生產(chǎn)周期及成本等許多至關(guān)重要的問題，因此，當(dāng)設(shè)計完成后，應(yīng)進行審核，審核的內(nèi)容見表4-21。表4-21 注射模具的審核4.2.2型腔數(shù)確定與分型面選擇1．型腔數(shù)目及布置（1）型腔數(shù)目確定根據(jù)塑件生產(chǎn)批量及經(jīng)濟性，通過注射量及鎖模力計算，可確定盡可能多的型腔數(shù)，以提高生產(chǎn)率。其型腔數(shù)目的確定，見表4-22。（2）型腔位置的排列型腔位置的布置及排列原則，見表4-23。表4-23 型腔位置的布置及排列原則

2．分型面選擇分型面選擇原則及方法，見表4-24。表4-24 分型面的選擇原則與方法4.2.3成形零部件設(shè)計1．成形零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計（1）凸、凹模結(jié)構(gòu)設(shè)計凹模和凸模的結(jié)構(gòu)形式分為整體式和鑲拼組合式兩類。整體式適用于形狀簡單的塑件，鑲拼組合式適用于形狀復(fù)雜的塑件或加工不便的型腔。①凸模（型芯）。凸模結(jié)構(gòu)形式見表4-25所示。整體式凸模是直接在模板上加工而成的，一般不進行熱處理。凸模成形表面粗糙度為Ra0.025～0.1μm；配合表面粗糙度為Ra0.1～0.4μm，其余表面為Ra1.6～6.3μm。②凹模。凹模的結(jié)構(gòu)形式見表4-26。（2）螺紋型芯與螺紋型環(huán)的設(shè)計螺紋型芯，見表4-27。螺紋型環(huán)，見表4-28。

成型零件工作尺寸是指成型零件上直接用來成型塑件部位的尺寸。它主要有型腔和型芯的徑向尺寸（包括矩形和異形的長度和寬度尺寸）、型腔的深度和型芯的高度尺寸、型腔（型芯）與型腔（型芯）的位置尺寸等。在模具設(shè)計中，應(yīng)根據(jù)塑件的尺寸、精度來確定模具成型零件的工作尺寸及精度。2.成型零部件工作尺寸計算

（1）影響塑件尺寸精度的因素

①成型收縮率。塑料成型后收縮率與塑件的原材料、塑件的結(jié)構(gòu)、模具的結(jié)構(gòu)，以及成型的工藝條件等因素有關(guān)，塑件尺寸的變化值為：式中：S—塑料收縮波動而引起的塑件尺寸誤差（mm）；

LS—塑件尺寸（mm）；

Smax—塑件的最大收縮率（%）；

Smin—塑件的最小收縮率（%）。

②模具成型零件的制造誤差。模具成型零件的制造精度是影響塑件尺寸精度的重要因素之一。模具成型零件的制造誤差越小，塑件的尺寸精度越高，但是模具零件加工困難，制造成本和加工周期也會加大加長。

③模具成型零件的磨損。模具在使用過程中，由于塑料熔體流動的沖刷、脫模時與塑料的摩擦、成型過程中可能產(chǎn)生的腐蝕性氣體的銹蝕，由于上述原因，成型零件最大的磨損量應(yīng)取塑件公差的1/6。而大型塑件，模具的成型零件最大磨損量應(yīng)取塑件公差的1/6以下。

④模具安裝配合的誤差。模具成型零件由于配合間隙的變化，會引起塑件的尺寸變化，模具的配合間隙誤差應(yīng)不影響模具成型零件的尺寸精度和位置精度。

⑵成型零件工作尺寸的計算工作尺寸計算包括型腔和型芯的徑向尺寸、型腔深度及型芯高度尺寸、中心距尺寸的計算，計算公式，如表4－29所示。表4－29 模腔工作尺寸計算續(xù)表續(xù)表續(xù)表續(xù)表

⑶螺紋型芯及型環(huán)尺寸計算

螺紋型芯是用來成型塑件上的內(nèi)螺紋（螺孔）的。螺紋型環(huán)則是用來成型塑件上的外螺紋（螺桿）的。因此它們也屬于成型零件。此外它們還可用來固定金屬螺紋嵌件。

①螺紋型芯、型環(huán)的形式及固定。無論螺紋型芯還是型環(huán)，在模具上都有模內(nèi)自動卸除和模外手動卸除兩種類型。

螺紋型芯的安裝形式，如圖4－21所示，圖4－22為螺紋型環(huán)的固定形式。圖4－21螺紋型芯的安裝形式

圖4－22螺紋型環(huán)的固定形式

②螺紋型芯和型環(huán)的尺寸計算。當(dāng)塑件外螺紋與塑件內(nèi)螺紋配合時，制造螺紋型芯和型環(huán)時可不考慮塑件螺距的收縮率；當(dāng)塑件螺紋與金屬螺紋的配合長度不超過表4－30所列范圍時，則制造螺紋型芯和型環(huán)也可不考慮塑件螺距收縮率；當(dāng)塑件螺紋與金屬螺紋的配合長超過7～8牙時，則制造螺紋型芯和型環(huán)時應(yīng)當(dāng)考慮塑件的收縮率。螺紋型芯和型環(huán)徑向尺寸及螺距尺寸計算公式，如表4－31所示。表4－30 螺距不計算收縮率時螺紋的配合極限長度

表4－31 螺紋型芯和螺紋型環(huán)及螺距的尺寸計算

續(xù)表

⑷模具型腔側(cè)壁和底板厚度計算塑料模在注射成型過程中，由于注射成型壓力很高，型腔內(nèi)部承受熔融塑料的巨大壓力，這就要求型腔要有一定的強度和剛度，如果模具型腔的強度和剛度不足，則會造成模具的變形和斷裂。型腔側(cè)壁所受的壓力應(yīng)以型腔內(nèi)所受最大壓力為準。對于大型模具的型腔，由于型腔尺寸較大，常常由于剛度不足而彎曲變形，應(yīng)按剛度計算；對于小型模具的型腔，型腔常在彎曲變形之前，其內(nèi)應(yīng)力已超過許用應(yīng)力，應(yīng)按強度計算。

型腔的形狀和結(jié)構(gòu)有各種不同的形式，本書只介紹整體式圓形型腔厚度的計算方法，整體式圓形型腔如圖4－23所示。

①整體式圓形型腔側(cè)壁厚度計算。剛度計算。圖4－23整體式

圓形型腔

強度計算。式中：S—圓形型腔的側(cè)壁厚度（mm）；

r—型腔半徑，可取塑件半徑（mm）；

P—型腔壓力（MPa）；

[

]—模具材料的需用應(yīng)力（MPa）。

②整體式圓形型腔底板厚度計算。剛度計算。式中：P—型腔壓力（MPa）；

r—型腔半徑，可取塑件半徑（mm）；

E—模具材料的彈性模量（MPa），碳鋼為2.1

10（MPa）；

h—型腔底板厚度（mm）；

[

]—剛度條件，即允許變形量（mm）。

強度條件。式中：h—型腔底板厚度（mm）；

P—型腔壓力（MPa）；

r—型腔半徑，可取塑件半徑（mm）；

[

]—剛度條件，即允許變形量（mm）。4.2.4澆注系統(tǒng)設(shè)計

澆注系統(tǒng)是指模具中由注射機噴嘴到型腔之間的進料通道。它的作用是使熔融塑料平穩(wěn)、有序地填充到塑料模具型腔中去，且把壓力充分地傳遞到各個部位，以獲得組織致密，外形清晰、美觀的制品。它的布置和安排直接關(guān)系到成形的難易和模具設(shè)計及加工的復(fù)雜程度，是注射模設(shè)計中的主要內(nèi)容之一。

1．澆注系統(tǒng)的組成及設(shè)計原則（1）澆注系統(tǒng)的組成澆注系統(tǒng)通常分為普通流道澆注系統(tǒng)和無流道澆注系統(tǒng)兩大類。普通流道澆注系統(tǒng)一般由主流道、分流道、澆口和冷料穴四部分組成，如圖4-24所示。圖4-24注射模具的普通澆注系統(tǒng)

主流道又稱主澆道，由注射機噴嘴與模具主流道接觸的部位起到分流道為止的一段總流道，它是熔融料進入模具時最先經(jīng)過的部位。分流道又稱分澆道，它是主流道與澆口之間的過渡段，能使熔融塑料在流動方向上得到平穩(wěn)的轉(zhuǎn)換。對模腔來說分流道還起著向各型腔分配塑料的作用。澆口又稱進料口，它是分流道與型腔之間的狹小通口，也是最短小部分。其作用使熔融塑料在進型腔時產(chǎn)生加速，有利于迅速充滿型腔；成形后澆口塑料先冷凝，以封閉型腔，防止熔融塑料倒流，避免型腔壓力下降過快，以致在制品上產(chǎn)生縮孔或凹陷；成形后便于使凝料與制品分離。

冷料穴又稱冷料井，它是為貯存兩次注射間隔產(chǎn)生的冷料頭。防止冷料頭進入型腔以致成品熔接不牢，影響制品質(zhì)量，甚至堵住澆口，而造成成形不良。冷料井常設(shè)在主流道末端，當(dāng)分流道較長時，它的末端也應(yīng)開設(shè)冷料井。（2）澆注系統(tǒng)的設(shè)計原則①能順利地引導(dǎo)熔融塑料充滿型腔，不產(chǎn)生渦流，又有利于型腔內(nèi)氣體的排除。②在保證成形和排氣良好的前提下，選取短流程，少彎折，以減小壓力損失，縮短填充時間。③盡量避免熔融塑料正面沖擊直徑較小的型芯和金屬嵌件，防止型芯位移或變形。

④凝料容易清除，整修方便，無損制品的外觀和使用。⑤澆注系統(tǒng)流程較長或需開設(shè)兩個以上澆口時，由于澆注系統(tǒng)的不均勻收縮導(dǎo)致制品翹曲變形，應(yīng)設(shè)法予以防止。⑥一模多腔時，應(yīng)使各腔同步、連續(xù)充澆，以保證各個制品的一致性。⑦合理設(shè)置冷料穴、溢料槽，使冷料不得直接進入型腔及減少毛邊。⑧在保證制品質(zhì)量良好的條件下，澆注系統(tǒng)的斷面和長度應(yīng)盡量取小值，以減少對塑料的占用量，從而減少回收料。2．普通澆注系統(tǒng)設(shè)計（1）主流道的設(shè)計主流道的結(jié)構(gòu)，如圖4-25所示。主流道襯套2和定位圈3設(shè)計成兩個零件，配合裝配且用定位環(huán)壓住，如圖4-25（a）所示，一般用于中、大型模具。對于小型模具主流道襯套與定位環(huán)設(shè)計成整體式，如圖4-25（b）和圖4-25（c）所示。圖4-25主流道結(jié)構(gòu)

主流道進、出口直徑d1、d2與注射量、塑料的關(guān)系及推薦尺寸見表4-32。

（2）分流道的設(shè)計分流道是連接主流道與澆口的進料通道。其作用是通過流道截面及方向的變化，使熔體平衡地轉(zhuǎn)換流向，進入模具型腔。分流道的截面應(yīng)盡量使其比表面積小，熱量損失小，摩擦損失小，而在單型腔模具中，有時可以省去。常用的分流道截面形狀有圓形、梯形、U形和六角形等，如圖4-26所示。流道的截面積越大，壓力損失越??；流道的截面積越小，熱量損失越小。圖4-26分流道截面形狀

用流道的截面積與表面積的比值來表示流道的效率，效率越高，流道設(shè)計越合理。各種流道的截面積、效率及性能見表4-33。常用的分流道直徑見表4-34。

分流道的尺寸設(shè)計，如圖4-27所示。分流道尺寸應(yīng)根據(jù)制品的壁厚、體積、形狀復(fù)雜程度和塑料的流動性等因素而定，其具體尺寸見表4-35。圖4-27分流道尺寸設(shè)計

（3）澆口的設(shè)計澆口的形狀、尺寸以及開設(shè)部位對制品的質(zhì)量影響很大。澆口設(shè)計要點如下。①正確選擇澆口位置。②校核流動比。③單型腔多澆口澆注系統(tǒng)的平衡。單型腔多澆口澆注系統(tǒng)的平衡有如下三種類型。i平衡澆口以減小制品的變形。對于薄壁的平板制品，若采用單個中心澆口，由于大分子的取向效應(yīng)，沿熔體流動方向的收縮量大于垂直于熔體流動方向的收縮量，導(dǎo)致制品冷卻后的翹曲變形。而采用多澆口時，如圖4-28所示。當(dāng)僅考慮A澆口，AB、AC沿熔體流動方向，收縮較大，而BC垂直于熔體流動方向，收縮較小。但對B澆口或C澆口分別考慮其收縮量，發(fā)現(xiàn)AB、AC方向和收縮量較小，BC收縮量較大，總平均結(jié)果，使得平板各個方向收縮較一致，故平衡澆口有利于減小制品的變形。圖4-28平板制品的平衡澆口分析ii平衡澆口有利于均勻進料。對于深腔制品成形時，采用多點澆口平衡進料，使側(cè)壁受力均勻、保證芯型不產(chǎn)生偏斜，有利于提高制品質(zhì)量。

ii平衡澆口可控制熔合紋的位置。當(dāng)采用多點澆口時，通過調(diào)整各個澆口的位置和進料來控制熔合紋的形成位置，使之避開制品的正面或者受力部位，以改善制品外觀和提高制品強度。（4）常用的澆口形式

3．熱流道澆注系統(tǒng)設(shè)計熱流道是指在流道內(nèi)或流道附近設(shè)置加熱器，利用加熱的方法使注射機噴到澆口之間的澆注系統(tǒng)處于高溫狀態(tài)下，從而讓澆注系統(tǒng)內(nèi)的塑料在生產(chǎn)過程中一直保持熔融狀態(tài)。

（1）延伸噴嘴延伸噴嘴是一種最簡單的加熱流道，它是將普通噴嘴加長以后能與模具上的澆口部位直接接觸的一種特別噴嘴，其自身也可以安裝加熱器，以便補償噴嘴延長后的散熱量，或在特殊要求下使溫度高于料筒溫度。延伸噴嘴只適于單腔模具結(jié)構(gòu)，每次注射完畢，可使噴嘴稍稍離開模具，以盡量減少噴嘴向模具傳導(dǎo)熱量。頭部是球狀的通用式延伸噴嘴，如圖4-29所示。圖4-29通用式延伸噴嘴

（2）半絕熱流道半絕熱流道是介于絕熱流道和加熱流道之間的一種流道形式。如果設(shè)計合理，可將注射間歇時間延長到2～3min。常用的有帶加熱探針或加熱器的半絕熱流道兩種。帶加熱探針的半絕熱流道，如圖4-30所示。（3）多型腔熱流道這類模具的結(jié)構(gòu)形式很多，但大概可歸納為兩大類，一類為外加熱式，另一類為內(nèi)加熱式。外加熱式多型腔熱分流道注射模有一個共同的特點，即模內(nèi)必須設(shè)有一塊可用加熱器加熱的熱流道板，如圖4-31所示。

圖4-30半絕熱流道（加熱探針）圖4-31熱流道板結(jié)構(gòu)圖圖4-32多型腔熱流道結(jié)構(gòu)圖

（4）二級噴嘴采用導(dǎo)熱性優(yōu)良的鈹銅合金或者具有類似導(dǎo)熱性能的其他合金制造二級噴嘴，是為了縮小熱流道板與澆口之間的溫差，以盡量使整個澆注系統(tǒng)保持溫度一致，同時以防澆口在注射間隔凍結(jié)固化，如圖4-33和圖4-34所示。圖4-33帶有加熱器的熱流道二級噴嘴圖4-34熱管加熱的熱流道噴嘴

（5）閥式澆口熱流道使用熱流道注射模成形黏度很低的塑料時，為了避免產(chǎn)生流涎和拉絲現(xiàn)象，可以采用閥式澆口，如圖4-35所示。圖4-35彈簧閥式澆口流道4.2.5注射模機構(gòu)設(shè)計1．抽芯機構(gòu)設(shè)計注射成形帶有側(cè)凹或者側(cè)孔的塑料制品時，模具必須帶有側(cè)向分型或側(cè)抽芯機構(gòu)。（1）常用抽芯機構(gòu)的類型及特點根據(jù)動力源的不同，側(cè)向分型與側(cè)抽芯機構(gòu)一般分為機動、液壓（或氣動）以及手動抽芯機構(gòu)三類，見表4-37。其中以機動抽芯機構(gòu)應(yīng)用最廣。

（2）斜導(dǎo)柱抽芯機構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式斜導(dǎo)柱抽芯機構(gòu)主要由斜導(dǎo)柱、滑塊（帶側(cè)型芯）、鎖緊塊和定位裝置等組成。斜導(dǎo)柱抽芯機構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式，見表4-38。2．脫模機構(gòu)設(shè)計（1）脫模機構(gòu)設(shè)計原則①推出機構(gòu)應(yīng)盡量設(shè)置在動模一側(cè)。②保證塑件不因推出而變形損壞。③機構(gòu)簡單動作可靠。④良好的塑件外觀。⑤合模時的正確復(fù)位。

（2）脫模機構(gòu)的類型以及應(yīng)用脫模機構(gòu)可按其推出動作的動力來源分為手動脫模機構(gòu)、機動脫模機構(gòu)、液壓和氣動脫模機構(gòu)。①推桿脫模機構(gòu)。

a．推桿位置的設(shè)置。合理地布置推桿的位置是脫模機構(gòu)設(shè)計中的重要工作之一，推桿的位置分布合理，塑件就不至于產(chǎn)生變形或者被破壞。

i推桿應(yīng)設(shè)在脫模阻力大的地方。如圖4-36（a）所示，型芯周圍塑件對型芯包緊力很大，所以可在型芯外側(cè)塑件的端面上設(shè)推桿，也可在型芯內(nèi)靠近側(cè)壁處設(shè)推桿。如果只在中心處推出，塑件容易出現(xiàn)被頂壞的現(xiàn)象，如圖4-36（b）所示。圖4-36推桿位置示意圖ii推桿應(yīng)均勻布置。iii推桿應(yīng)設(shè)在塑件強度剛度較大處。b．推桿的直徑。推桿在推塑件時，應(yīng)具有足夠的剛性，以承受推出力，為此只要條件允許，應(yīng)盡可能使用大直徑推桿，當(dāng)結(jié)構(gòu)限制，推桿直徑較小時，推桿易發(fā)生彎曲，變形如圖4-37所示。圖4-37細長推桿發(fā)生彎曲變形示意圖c．推桿的形狀及固定形式。如圖4-38所示圖4-38推桿的形狀推桿的固定形式，如圖4-39所示。圖4-39推桿的固定形式②推管脫模結(jié)構(gòu)。對于中心有孔的圓形套類塑件，通常使用推管脫模結(jié)構(gòu)。如圖4-40所示為推管脫模機構(gòu)的結(jié)構(gòu)圖4-40推管脫模機構(gòu)推管的配合，如圖4-41所示推管的內(nèi)徑與型芯相配合圖4-41推管配合示意圖③推件板脫模機構(gòu)，如圖4-42所示。圖4-42推件板脫模機構(gòu)

在推件板脫模機構(gòu)中，為了減小推件板與型芯的摩擦，可采用圖4-43所示的結(jié)構(gòu)。

圖4-43推件板與凸模錐面的配合形式

推件板脫模時，塑件與型芯間容易形成真空，造成脫模困難，為此考慮增設(shè)進氣裝置。圖4-44所示結(jié)構(gòu)是靠大氣壓力，使中間進氣閥進氣，塑件便能順利地從凸模上脫出。圖4-44推件板脫模機構(gòu)的進氣裝置④活動鑲件及凹模脫模機構(gòu)。當(dāng)有些塑件不宜采用上述脫模機構(gòu)時，可利用活動鑲件或凹模將塑件脫模，利用活動鑲件或凹模將塑件脫模的結(jié)構(gòu)，如圖4-45所示。圖4-45活動鑲件及凹模脫模機構(gòu)⑤綜合脫模機構(gòu)。綜合脫模機構(gòu)有推桿、推件板綜合推出機構(gòu)，也有推桿推管綜合推出機構(gòu)等，推桿、推管、推件板三元綜合推出機構(gòu)，如圖4-46所示。圖4-46綜合脫模機構(gòu)4.2.6塑料模排氣系統(tǒng)設(shè)計

注射模型時的排氣通常以如下四種方式進行。（1）利用配合間隙排氣通常中、小型模具的簡單型腔，可利用推桿、活動型芯以及雙支點的固定型芯端部與模板的配合間隙進行排氣，其間隙為0.03～0.05mm。（2）在分型面上開設(shè)排氣槽排氣分型面上開設(shè)排氣槽的形式與尺寸如圖4-47所示。分型面上排氣槽的深度h見表4-39。

圖4-47分型面上的排氣槽

（3）利用排氣塞排氣如果型腔最后充填的部位不在分型面上，其附近有無可供排氣的推桿或活動型芯時，可在型腔深處鑲排氣塞。排氣塞可用燒結(jié)金屬塊制成，如圖4-48所示。（4）強制性排氣在氣體滯留區(qū)設(shè)置排氣桿或利用真空泵抽氣，這種方法很有效，只是在塑料上留有桿件等痕跡，因此排氣桿應(yīng)設(shè)置在塑件內(nèi)側(cè)。

圖4-48利用燒結(jié)金屬塊排氣4.2.7模具溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)設(shè)計

注射模的溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)應(yīng)具有冷卻或加熱功能，或者兩者兼有。

1．冷卻系統(tǒng)設(shè)計模具設(shè)置冷卻系統(tǒng)的目的是防止塑件脫模變形，縮短成形周期和使塑件形成較低的結(jié)晶度，以獲得尺寸和形狀穩(wěn)定，變形小和表面質(zhì)量較高的塑件。（1）冷卻系統(tǒng)的設(shè)計原則。①冷卻水道應(yīng)盡量多、截面尺寸應(yīng)盡量大。型腔表面的溫度與冷卻水道的數(shù)量、截面尺寸及冷卻水的溫度有關(guān)。圖4-49所示圖4-49模具內(nèi)的溫度分布②冷卻水道至型腔表面距離應(yīng)盡量相等。③澆口處加強冷卻。側(cè)澆口、多點澆口、直接澆口的冷卻水道的排布形式，如圖4-50所示。

圖4-50冷卻水道的出、入口排布④冷卻水道出、入口溫差應(yīng)盡量小。如果冷卻水道較長，則冷卻水出、入口的溫差就比較大，易使模溫不均勻，所以在設(shè)計時應(yīng)引起注意，如圖4-51所示。圖4-51冷卻水道的排列形式⑤冷卻水道應(yīng)沿著塑料收縮的方向設(shè)置。對收縮率較大的塑料，例如聚乙烯，冷卻水道應(yīng)該盡量沿著塑料收縮的方向設(shè)置。方形塑件采用中心澆口（直接澆口）的冷卻水道，如圖4-52所示。圖4-52方形塑件采用中心澆口時的冷卻水道

（2）常見冷卻系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)塑料制件的形狀是多種多樣的，對于不同形狀的塑件，冷卻水道的位置與形狀也不一樣。①淺型腔扁平塑件。淺型腔扁平塑件在使用側(cè)澆口的情況下，通常是采用在動、定模兩側(cè)與型腔表面等距離鉆孔的形式，如圖4-53所示。圖4-53淺型腔塑件的冷卻水道②中等深度的塑件。對于采用側(cè)澆口進料的中等深度的殼型塑件，在凹模底部附近采用與型腔表面等距離鉆孔的形式，而在凸模中，由于容易貯存熱量，所以從加強冷卻角