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1、第3章 塑料模设计基础 3.1 塑件的工艺性 塑件的成形工艺性与模具设计有直接的关系，只有塑件的设计能适应成形工艺要求，才能设计出合理的模具结构。这样既能保证塑件顺利成型，防止塑件产生缺陷，又能达到提高生产率和降低成本的目的。,设计塑件时必须充分考虑以下因素： （1）模塑方法 将重点讲授注射成型、压缩成型、压注成型。 （2）塑料的性能 塑件的尺寸、公差、结构形状应与塑料的物理性能、机械性能和工艺性能等相适应。 （3）模具结构及加工工艺性 塑件形状应有利于简化模具结构，还要考虑模具零件尤其是成型零件的加工工艺性。 塑件设计的主要内容是尺寸、公差、表面质量和结构形状。,3.1.1 塑件的尺寸、公差
2、和表面质量 1. 塑件的尺寸 这里的尺寸是指塑件的总体尺寸。 提问：该尺寸由什么决定？,塑件的尺寸决定于塑料的流动性。对于流动性差的塑料（如玻璃纤维增强塑料）或薄壁塑件，在注射模塑和压注模塑时，塑件尺寸不宜过大，以免熔体不能完全充满型腔或形成熔接痕而影响塑件质量。,此外，成型设备自身能力也会限制塑件尺寸。,2. 塑件的尺寸精度 （1） 由于各种因素的影响，因此，塑件的尺寸精度往往不高。 （2）目前，我国尚无统一的塑件公差国家标准，塑件公差只是参照有关标准执行（具体见表3-1、3-2及有关规定）。 （3）对于塑件图上无公差要求的自由尺寸，建议采用标准中的8级精度。对于孔类尺寸取表中数值冠以（）号
3、；对于轴类尺寸可取表中数值冠以（）号；对于中心距尺寸可取表值之冠以（）号。,3. 塑件的表面质量,塑件的表面缺陷,塑件的表面光泽性,塑件的表面粗糙度,与模塑工艺及工艺条件有关，必须避免。,根据塑件的使用要求而定。,与塑料品种、成型工艺、模具成型零件的表面粗糙度及其磨损情况有关。,3.1.2 塑件的几何形状 1. 塑件的形状 塑件的形状必须便于成型以简化模具结构，降低成本，提高生产率和保证塑件的质量。 为了在开模时容易取出塑件，塑件的内外表面的形状应尽量避免侧壁凹槽或与塑件脱模方向垂直的孔，以免采用瓣合分型或侧抽芯等复杂的模具结构。否则，不但使模具结构复杂，制造周期延长，成本提高，模具生产率降低
4、，而且还会在分型面上留下飞边，增加塑件的工作量。,红色箭头所指为模具的脱模方向,蓝色箭头所指为孔的位置方向,带有整圈内侧凹槽的塑件，如采用组合式型芯则制造困难。但当内侧凹槽较浅并允许带有圆角时，则可以采用整体式型芯。此时，可利用塑料在脱模温度下具有足够弹性的特性，以强行脱模的方式脱模。 可采用强制脱模的塑料品种包括：聚甲醛、聚乙烯、聚丙烯等。,强制脱模动画演示,2. 塑件的壁厚 塑件的壁厚与使用要求和工艺要求有关，因此，合理地选择塑件的壁厚是很重要的。 在使用上要求壁厚具有足够的强度和刚度； 脱模时能承受脱模机构的冲击和振动； 装配时能承受紧固力以及在运输中不变形或损坏； 在模塑成型工艺上，塑
5、件壁厚也应该适中。, 热固性塑料 小型塑件，壁厚取1.52.5mm ； 大型塑件取38mm； 布层酚醛塑料等流动性差的塑件应取较大值，但一般不宜大于10mm。矿粉填充的脆性酚醛塑件，壁厚不小于3mm。 热塑性塑料 易于成型薄壁塑件，最薄可达0.25mm，但一般不宜小于0.60.9mm，通常选取24mm。,3 . 脱模斜度 脱模斜度的大小主要决定于塑料的收缩率、塑件的形状和壁厚以及塑件的部位等。,有关斜度的具体取值参见书P56页,斜度的取向原则是： 内孔以小端为准，符合图纸要求，斜度由扩大方向得到； 外形以大端为准，符合图纸要求，斜度由缩小方向得到。脱模斜度值一般不包括在塑件尺寸的公差范围内，但
6、对塑件精度要求高的，脱模斜度应包括在公差范围内。,4 . 塑件的加强肋 为确保塑件的强度和刚度而又不致于使塑件的壁厚过大，可在塑件的适当位置上设置加强肋。采用加强肋能使塑件壁厚均匀，既省料又可提高塑件的强度及刚度，还可避免气泡、缩孔、凹痕、翘曲等缺陷。,大型平面上纵横布置的加强肋能增加塑件的刚性，沿着料流方向的加强肋还能降低塑料的充模阻力。 在布置加强肋时，应尽量避免或减少塑料局部集中，否则会产生缩孔和气泡。,5. 塑件的支承面 当塑件需要由一个面为支承(或基准面)时，以整个底面作为支承面是不合理的，因为塑件稍有翘曲或变形就会造成底面不平。为了更好地起支承作用，常采用边框支承或底脚（三点或四点
7、）支承。,当塑件底部有加强肋时，应使加强肋与支承面相差0.5mm的高度，如图3-13所示。,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，并应设置加强肋，如图3-14所示。,6 . 塑件的圆角 通常塑件除了使用上要求必须采用尖角之处外，其余所有转角处均应尽可能采用圆弧过渡。这样，不仅避免了应力集中，提高了强度，而且还增加了塑件的美观，有利于塑料充模时的流动。此外，有了圆角，模具在淬火或使用时不致因应力集中而开裂。但是，采用圆角对凹模型腔加工带来麻烦，使钳工劳动量增大。圆角半径一般不应小于0.5mm。据有关资料推荐，内壁圆角半径可取壁厚的一半,外壁圆角半
8、径可取1.5倍的壁厚。 对于塑件的某些部位如分型面、型芯与型腔配合处等不便作成圆角，则仍采用尖角。,7 . 塑件上的孔的设计 塑件上的孔是用模具的型芯成型的，理论上来说，可以成型任何形状的孔，但是形状复杂的孔，其模具制造困难，成本较高。因此，用模具成型的孔，应采用工艺上易于加工的孔。 塑件上常见的孔有通孔、盲孔、形状复杂的孔等，这些孔均应设置在不易削弱塑件强度的地方。在孔之间和孔与边缘之间均应留有足够的距离（一般应大于孔径）。塑件上固定用孔和其它受力孔的周围可设计一凸边来加强，如图6-15所示。,建议采用,不采用,推荐采用,压缩模塑件中不宜采用,压注及注塑模塑件中可以采用,8. 塑件的花纹、标
9、记、符号及文字 塑件上的花纹（如凸、凹纹、皮革纹等）。有的是使用上的需要，有的是为了装饰。 设计的花纹应易于成型和脱模、便于模具制造。为此，纹向应与脱模方向一致。 有关内容见P60-61页。,3.1.3 塑料螺纹和齿轮 1. 塑料螺纹 塑件上的螺纹可以在模塑时直接成型，也可以在模塑后机械加工而成，对于经常拆装或受力较大的螺纹则采用金属的螺纹嵌件。 设计塑件上直接模塑成型的螺纹时，应注意：塑料螺纹的牙形尺寸应选用较大者，螺纹过细则使用强度不够。塑料螺纹选用范围见表3-14。,模塑的螺纹其直径不宜太小，外螺纹直径不宜小于4mm，内螺纹直径不宜小于2mm。 螺纹精度一般不超过GB197-2003规定
10、的公差等级56级。 如果模具的螺纹的螺距未考虑收缩值，则塑料螺纹与金属螺纹的配合长度就不能太长，一般不大于螺纹直径的1.52倍。,为了防止塑件上的螺纹始端和末端在使用中不致崩裂或变形，螺纹的始端和末端均不应突然开始和结束，而应有过渡部分l,2. 塑料齿轮 为了使塑料齿轮适应注射成型工艺，对齿轮的各部分尺寸（图3-22）作如下规定： （1）tl（轮缘宽度） 3t（齿高）； （2） H1（辐板厚度）H（轮缘厚度）； （3） H2 （轮毂厚度）=DH； （4）D1（轮毂外径） （1.53）D（轮孔直径）。,设计塑料齿轮时应注意的问题: 1. 应尽量避免截面突然变化； 2. 转角处尽量以较大的圆角半径
11、过渡； 3. 轴与孔的配合不采用过盈配合，而用过渡配合（图3-23为轴与孔的固定方法）。 4.必须注意齿轮厚度的均匀性和轮辐结构等的设计。,3.1.4 带嵌件的塑件设计 1 . 嵌件的用途及形式 （1）塑件中镶入嵌件目的 为了增加塑件局部的强度、硬度、耐磨性、导电性、导磁性等； 为了增加塑件的尺寸和形状的稳定性，提高精度； 为了降低塑料的消耗以及满足其它多种要求。 （2）嵌件的材料 有各种有色金属或黑色金属，也有用玻璃、木材和已成的塑件等，其中金属嵌件用得最普遍。,2 . 嵌件设计要点 （1）由于金属嵌件与塑件的收缩不同，致使嵌件周围产生很大的内应力而造成塑件开裂。对于某些刚性较大的塑件（如聚
12、碳酸酯、聚砜等），这种开裂现象更为明显。为防止塑件应力开裂，嵌件周围的塑料层应有足够的厚度。同时嵌件本身结构不应带有尖角，以减少应力集中。,（2）单侧带有嵌件的塑件，因为两侧的收缩不均匀而造成很大的内应力，会使塑件产生弯曲或断裂（图3-26）。,（3）在压缩或注射成型时，为了防止嵌件受到塑料的流动压力作用而产生位移或变形，嵌件应牢固地固定在模具内（图3-27）。,（4）嵌件设计应尽量采用不通孔或不通螺孔，这样可以在设计模具时采用插入方式解决嵌件的定位（图3-28a）。当嵌件为螺纹通孔时，一般先将螺纹嵌件旋入插件后，再放入模具内定位（图3-28b）。,（5）为了避免鼓胀，套筒嵌件不应设置在塑件的
13、表面上或边缘附近（图3-29）。为了提高塑件的强度，嵌件通常设置在凸耳或凸起部分,同时嵌件应比凸耳部分长一些（图3-30）。,（6）为了提高嵌件装在模具里的稳定性，在条件许可时，嵌件上应有凸缘并使其凹入（图3-31a）或凸起（图3-31b）1.52mm。,（7）当嵌件的自由伸出长度超过2d时（d为嵌件定位部分的直径），垂直于压缩方向的嵌件应有支承柱（图3-32a）。在压入细长嵌件时，应另有支承销，以减小压缩时的弯曲（图3-32b）。细长薄片嵌件，除使用支承销外，还要在嵌件中间A处打一通孔，以降低料流阻力，减少嵌件受力变形（图3-32c）。,定位部分,（8）当嵌件为螺杆时（图3-33），光杆部分与模具的配合应具有IT9级的间隙配合，否则塑件会顺着螺纹部分产生溢料。,作业：思考题14,
