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1、第3章 塑料模具设计基础,3.1 塑件的工艺性 3 .2 塑料模的分类和基本结构 3 .3 塑料模分型面的选择 3 .4 成型零件的设计 3.5结构零件的设计 3 .6塑料模的设计程序,3.1 塑件的工艺性,要想把塑料加工成满足需要的塑件，首先要选用合适的塑料原材料，同时还必须考虑塑件的结构工艺性，良好的塑件结构工艺性是获得合格塑件的基础，也是保证成型工艺顺利进行，提高产品质量和生产效率，降低生产成本，使成型加工达到经济合理的基本保证。 塑件的结构工艺性是指塑件加工成型的难易程度，它与成型模具设计有着密切关系，只有塑件设计满足成型工艺要求，才能设计出合理的模具结构。塑件的设计因塑料成型方法和塑
2、料品种性能不同而不同。下面主要介绍塑件中产量最大的注射、压缩、压注成型塑件的塑件结构工艺性。,下一页,返回,3.1 塑件的工艺性,塑件的设计主要是根据其使用要求，在满足使用要求的前提下，塑件的结构应尽可能地使模具结构简化，符合成型工艺特点。在进行塑件结构工艺性设计时，要遵循以下几个原则。 塑料的材料选用，成型工艺性能，如收缩率、流动性等。 在满足使用性能的前提下，力求塑件结构简单，壁厚均匀，使用方便。 模具的总体结构，要使模具的型腔易于制造，尤其是抽芯和推出机构简单。 塑件结构工艺性设计的主要内容包括塑件的材料选用、尺寸和精度、表面粗糙度、结构形状(壁厚、斜度、加强肋、支承面、圆角、孔、文字符
3、号标记等)、螺纹、齿轮、嵌件等。,上一页,下一页,返回,3.1 塑件的工艺性,3.1.1塑件的尺寸、精度和表面质量 1.塑件的尺寸 塑件总体尺寸的大小取决于塑料的流动性，流动性好的塑料可以成形较大尺寸的塑件。对薄壁塑件或流动性差的塑料(如玻璃纤维增强塑料)进行注射成型和压注成型时，塑件尺寸不宜过大，以免熔体不能充满型腔或形成熔接痕，影响塑件外观和结构强度。为保证良好的成型，还应从成型工艺和塑件壁厚考虑，如提高成型温度、增加成型压力及塑件壁厚等。此外，注射成型的塑件尺寸受注射机的公称注射量、锁模力和模板尺寸的限制;压缩和压注成型的塑件尺寸受压力机最大压力及台面尺寸的限制。,上一页,下一页,返回,
4、3.1 塑件的工艺性,2.塑件尺寸精度 所获得的塑件尺寸与产品图中尺寸的符合程度，即所获得塑件尺寸的准确度，即为塑件尺寸精度。精度的高低取决于成型工艺及使用的材料。在满足使用要求的前提下，应尽可能将塑件尺寸精度设计得低一些。 影响塑件尺寸精度的因素很多，一是模具制造精度对其影响最大;二是塑料收缩率的波动;三是在成型过程中，模具的磨损等原因造成模具尺寸不断变化，也会影响塑件尺寸变化;四是成型时工艺条件的变化、飞边厚度的变化以及脱模斜度都会影响塑件精度。 目前，我国尚没有全国统一的塑件尺寸精度和公差的标准，原第四机械工业部根据国内的塑料工业水平，制定了塑件的尺寸公差标准和尺寸精度等级选用表，见表3
5、-1、表3-2。,上一页,下一页,返回,3.1 塑件的工艺性,按此标准，塑件的精度分为8个等级，其中1,2级属于精密技术级，只有在特殊要求下使用，对于未注公差要求的自由尺寸，建议采用标准中的8级精度，表3-1中只列出标准公差值，其基本尺寸的上、下偏差可根据塑件的配合性质进行分配。塑件上孔的公差采用基孔制，取表中数值并冠以“十”号。塑件上轴的公差采用基孔制，取表中数值并冠以“一”号，中心距及其他位置尺寸公差采用双向等值偏差。 3.塑件表面粗糙度 塑件的表面粗糙度低，则塑件的外观质量高。塑件的表面粗糙度，除了在成型时从工艺上尽可能避免冷疤、云纹、起泡等缺陷外，主要决定因素是模具成型零件的表面粗糙度
6、。,上一页,下一页,返回,3.1 塑件的工艺性,需要注意的是，成型过程中，由于模具型腔磨损，使模具表面粗糙度不断增大，会使塑件表面粗糙度增大，所以应在使用一段时间后进行抛光复原。对透明的塑件，要求模具的型腔和型芯表面粗糙度相同。 3. 1. 2塑件的几何形状 塑件的内外表面形状应在满足使用要求的情况下尽可能易于成形，同时有利于模具结构简化。塑件的几何形状与成型方法、模具结构、脱模以及塑件质量等均有密切关系。 1.塑件的形状 塑件的内外表面形状应易于成型，塑件应尽量避免侧孔、侧凹或与塑件脱模方向垂直的孔，以避免模具采用侧向分型抽芯机构或者瓣合凹模(凸模)结构。,上一页,下一页,返回,3.1 塑件
7、的工艺性,否则因设置这些机构而使模具结构复杂，不但提高了模具的制造成本，而且还会在塑件上留下分型面线痕，增加了去除塑件飞边的修整量。如果塑件有侧孔和侧向凸凹结构，可在塑件使用要求的前提下，对塑件结构进行适当的修改，如图3-1(a)形式需要侧抽芯机构，改为图3-1(b)形式，取消侧孔，不需侧抽芯机构。图3-2(a)塑件内部表面凹台，改为图3-2 (b)形式，取消凹台，便于脱模。图3-3(a)所示塑件的外侧内凹，需采用瓣合凹模，塑件模具结构复杂，塑件表面有接缝，改为图3-3(b)取消塑件上的侧凹结构，模具结构简单。图3-4(a)所示塑件在取出模具前，必须先由抽芯机构抽出侧型芯，然后才能取出，模具结
8、构复杂。改为图3-4(b)侧孔形式，无需侧向型芯，模具结构简单。,上一页,下一页,返回,3.1 塑件的工艺性,当塑件侧壁的凹槽(或凸台)深度(或高度)较浅并带有圆角时，则可采用整体式凸模或凹模结构，利用塑料在脱模温度下具有足够弹性的特性，采用强制脱模的方式将塑件脱出。如图3-5所示的塑件内凹和外凸，塑件侧凹深度必须在要求的合理范围内，同时将凹凸起伏处设计为圆角或斜面过渡结构。如成型塑件的塑料为聚乙烯、聚丙烯、聚甲醛这类带有足够弹性的塑料时，模具均可采取强制脱模方式，但多数情况下，带侧凹的塑件不宜采用强制脱模，以免损坏塑件。 设计塑件的形状还应有利于提高塑件的强度和刚度。簿壳状塑件可设计成球面或
9、拱形曲面。如容器盖或底设计成图3-6所示形状，可以有效地增加刚性、减少变形。,上一页,下一页,返回,3.1 塑件的工艺性,容器的边缘特别是薄壁容器的边缘是强度、刚性薄弱处，易于开裂变形损坏，设计成图3-7所示形状可增强刚度、减小变形。 紧固用的凸耳或台阶应有足够的强度，以承受紧固时的作用力。应避免台阶突然过渡和支承面过小，凸耳应用加强筋加强，如图3-8所示。当塑件较大、较高时，可在其内壁及外壁设计纵向圆柱、沟槽或波纹状形式的增强结构。图3-9所示为局部加厚侧壁尺寸，预防侧壁翘曲的情况。 针对一些软塑料(如聚乙烯)矩形薄壁容器，成型后内凹翘曲，如图3-10(a)所示。,上一页,下一页,返回,3.
10、1 塑件的工艺性,应采取的预防措施，是将塑件侧壁设计得稍微外凸，待内凹后刚好平直，如图3-10(b)所示。图3-10(c)则是在不影响塑件使用要求的前提下将塑件各边均设计成弧形，从而使塑件不易产生翘曲变形。 此外，塑件的形状还应考虑分型面位置，有利于飞边和毛刺的去除。 综上所述，塑件的形状必须便于成型的顺利进行，简化模具结构，有利于生产率的提高和确保塑件质量。 2.塑件壁厚 塑件壁厚是否合理直接影响塑件的使用及成型质量。壁厚不仅要满足在使用上有足够的强度和刚度，在装配时能够承载紧固力，而且要在满足成型时熔体能够充满型腔，在脱模时能够承受脱模机构的冲击和振动。,上一页,下一页,返回,3.1 塑件
11、的工艺性,但壁厚也不能过大，过大浪费塑料原料，增加了塑件成本。同时也增加成型时间和冷却时间，延长成型周期，还容易产生气泡、缩孔、凹痕、翘曲等缺陷，对热固性塑料成型时还可能造成固化不足。 塑件壁厚的大小主要取决于塑料种、大小以及成型条件。热固性塑件可参考表3-3部分热固性塑料塑件的壁厚推荐值，热塑性塑料塑件可参考表3-4部分热塑性塑件的最小值及常用壁厚推荐值。 图3-11(a)所示为结构不合理的设计，图3-11( b)为结构合理的设计。当无法避免壁厚不均时，可做成倾斜的形状，如图3-12所示，使壁厚逐渐过渡，但不同壁厚的比例不应超过1:3。,上一页,下一页,返回,3.1 塑件的工艺性,当壁厚相差
12、过大时，可将塑件分解，即将一个塑件设计为两个塑件，分别成型后茹合成为制品，在不得已时采用这种方法。 3.脱模抖度 当塑件成型后由于塑件冷却后产生收缩，会紧紧包住模具型芯或型腔中凸出的部分，为使塑件便于从模具中脱出，防止脱模时塑件的表面被擦伤或推顶变形，与脱模方向平行的塑件内外表面应有足够的斜度，即脱模斜度，如图3-13所示。脱模斜度表示方法有三种，线性尺寸标注法、角度标注法、比例标注法，如图3-14所示。脱模斜度的大小主要取决于塑料的收缩率、塑件的形状和壁厚以及塑件的部位。常用塑件脱模斜度参照表3-5取值。,上一页,下一页,返回,3.1 塑件的工艺性,4.塑件的加强筋 在塑件适当的位置上设置加
13、强筋可以在不增加塑件壁厚的情况下增加塑件的强度和刚度，防止塑件变形。如图3-15所示采用加强筋减小壁厚的结构。图3-15(a)的壁厚大而不均匀;图3-15(b)采用加强筋，壁厚均匀，既省料又提高了强度、刚度，避免了气泡、缩孔、凹痕、翘曲等缺陷。图3-15(c)凸台强度薄弱;图3-15(d)增设了加强筋，提高了强度，同时改善了料流状况。加强筋的尺寸如图3-16所示。 加强筋的设置如下。 加强筋的侧壁必须有足够的斜度，底部与壁连接应以圆弧过渡，以防外力作用时，产生应力集中而被破坏。,上一页,下一页,返回,3.1 塑件的工艺性,加强筋厚度小于壁厚，否则壁面会因筋根部的内切圆处的缩孔而产生凹陷。 加强
14、筋的高度不宜过高，以免筋部受力破损。为了得到较好的增强效果，以设计矮一些、多一些为好，若能够将若干个小肋连成栅格，则强度能显著提高。 加强筋的设置方向除应与受力方向一致外，还应尽可能与熔体流动方向一致，以免料流受到搅乱，使塑件的韧性降低。 加强筋之间中心距应大于两倍壁厚，且加强筋的端面不应与塑件支承面平齐，应留有一定间隙，否则会影响塑件使用，如图3-17所示。,上一页,下一页,返回,3.1 塑件的工艺性,若塑件中需设置许多加强筋，其分布应相互交错排列，尽量减少塑料的局部集中，以免收缩不均匀引起翘曲变形或产生气泡和缩孔。图3-18为容器盖上加强筋的布置情况，图3-18(b)设计得比图3-18(a
15、)合理。 5.塑件的支承面 由于塑件稍许翘曲或变形就会造成底面不平，容易产生接触不稳，因而，以塑件整个底面作支承面，一般来说是不合理的。为了平稳地起支承塑件，通常都采用凸起的边框或底脚(三点或四点)为支承面，如图3-19所示。 6.塑件的圆角,上一页,下一页,返回,3.1 塑件的工艺性,由于带有尖角的塑件，在尖角处会产生应力集中，在成型时，塑件容易开裂。或在使用时受到力或冲击振动时产生破裂，降低塑件强度。图3-20为塑件受应力作用时应力集中系数与圆角半径的关系。 7.孔的设计 塑件在使用上经常需要设置一些孔，如紧固连接孔、定位孔、安装孔及特殊用途的孔等。常见的孔有通孔、盲孔(不通孔)、螺纹孔和
16、形状复杂的异形孔等。塑件上的孔是用模具的型芯成型的，因此，孔的形状应力求简单，以免增加模具制造的难度，同时孔的位置应尽可能开设在强度大或厚壁部位;孔与孔之间、孔与壁之间均应有足够的距离，见表3-6热固性塑料孔与孔之间、孔与壁之间的距离。,上一页,下一页,返回,3.1 塑件的工艺性,孔径与孔的深度也有一定的关系，见表3-7孔径与孔的深度的关系。 如果使用上要求两个孔的间距或孔的边距小于表3-6中规定的数值时，如图3-21(a)所示，可将孔设计成图3-21(b)所示的结构形式。塑件的紧固孔和其他受力孔四周可采用凸边予以加强，如图3-22所示。 固定孔多数采用图3-23(a)所示沉头螺钉孔形式，图3-23(c)所示的沉头螺钉孔形式较少采用，由于设置型芯不便，一般不采用图3-23(b)所示沉头螺钉孔形式。 通孔的成型方法如图3-24所示，图3-24(a)形成通孔的型芯由一端固定，成型时在另一端分型面会产生不易修整的横向飞边，成型孔的深度不易太深或直径不易太小，否则型芯会发生弯曲。,上一页,下一页,返回,3.1 塑件的工艺性,互相垂直的孔或相交的孔，在压缩成型塑件中不宜采用，在
