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1、第五章 模具结构设计模具结构由注射机类型和胶件特点所决定，由于胶件千变万化及所用注射机不同，模具结构也各不相同，但无论怎样变化，进行模具设计时应着重从以下几个方面考虑：(1)注塑机的技术规格(见第二章)(2)塑胶的工艺性能(见第二章)(3)浇注系统，包括流道、浇口等 (见第九章)(4)成型零部件(5)常用结构零部件(6)行位机构 (见第七章)(7)顶出机构(见第八章)(8)模具温度控制(见第十章) (9)排气(见第九章)(10)模具材料(见第四章)模具设计时，应综合考虑各种因素，选择合理的结构形式,满足模具成形的目的。以下就几个其他章节未加讨论的较主要得内容加以说明。 5.1 胶件排位胶件排位
2、是指据客户要求,将所需的一种或多种胶件按合理注塑工艺、模具结构进行排列。胶件排位与模具结构、塑胶工艺性相辅相成，并直接影响着后期的注塑工艺,排位时必需考虑相应的模具结构，在满足模具结构的条件下调整排。从注塑工艺角度需考虑以下几点：(1)流动长度。每种胶料的流动长度不同，如果流动长度超出工艺要求，胶件就不会充满。(具体参见第二章)(2)流道废料。在满足各型腔充满的前提下,流道长度和截面尺寸应尽量小，以保证流道废料最少。图5.1.1(3)浇口位置。当浇口位置影响胶件排位时，需先确定浇口位置，再排位。在一件多腔的情况下，浇口位置应统一。(4)进胶平衡。 进胶平衡是指胶料在基本相同的情况下,同时充满各
3、型腔。为满足进胶平衡一般采用以下方法:A.按平衡式排位(如图5.1.1)，适合于胶件体积大小基本一致的情况。B.按大胶件靠近主流道，小胶件远离主流道的方式排位，再调整流道、浇口尺寸满足进胶平衡 (关于流道、浇口设计详见第九章)。注意：当大小胶件重量之比大于8时，应同产品设计者协商调整。在这种情况下，调整流道、浇口尺寸很难满足平衡要求。(6)型腔压力平衡。型腔压力分两个部分,一是指平行于开模方向的轴向压力；二是指垂直于开模方向的侧向压力。排位应力求轴向压力、侧向压力相对于模具中心平衡，防止溢胶产生批峰 。满足压力平衡的方法：A.排位均匀、对称。轴向平衡如图5.1.2；侧向平衡如图5.1.3图5.
4、1.2非对称排位不好对称排位较好F左、右对称侧向力平衡图5.1.3增加斜面锁紧平衡侧向压力图5.1.4B.利用模具结构平衡 如图5.1.4 这是一种常用的平衡侧压力的方法，具体的技术要求参见下节。图5.1.5前模型腔边缘唧咀从模具结构角度需考虑一下几点(1)满足封胶要求排位应保证流道、唧咀距前模型腔边缘有一定的距离,以满足封胶要求。一般要求D15.0mm，D210.0mm，如图5.1.5所示。行位槽与封胶边缘的距离应大于15.mm。(2)满足模具结构空间要求排位时应满足模具结构件，如铲鸡、行位、斜顶等的空间要求。同时应保证以下几点：A.模具结构件有足够强度B.与其它模胚构件无干涉C.有运动件时
5、,行程须满足出模要求.有多个运动件时，无相互干涉.如图5.1.6D.需要司筒的位置要避开顶棍孔的位置图5.1.6两个斜顶之间要避免干涉避免距离不足，以免斜顶底部超出顶针板，给模具制作造成困难顶针板(3)充分考虑螺钉、冷却水及顶出装置为了模具能达到较好的冷却效果,排位时应注意螺钉、顶针对冷却水孔分的影响，预留冷却水孔的位置。(4)模具长宽比例是否协调排位时要尽可能紧凑，以减小模具外形尺寸，且长宽比例要适当，同时也要考虑注塑机的安装要求。5.2 分模面的确定5.2.1 分模面选择原则打开模具取出胶件或浇注系统的面，称之为分模面。分模面除受排位的影响外，还受塑件的形状、外观、精度、浇口位置、行位、顶
6、出、加工等多种因素影响。合理的分模面是塑件能否完好成型的先决条件。一般应从以下几个方面综合考虑：(1)符合胶件脱模的基本要求，就是能使胶件从模具内取出，分模面位置应设在胶件脱模方向最大的投影边缘部位。(2)确保胶件留在后模一侧，并利于顶出且顶针痕迹不显露于外观面。(3)分模线不影响胶件外观。分模面应尽量不破坏胶件光滑的外表面。(4)确保胶件质量，例如,将有同轴度要求的胶件部分放到分模面的同一侧等(5)分模面选择应尽量避免形成侧孔、侧凹，若需要行位成形，力求行位结构简单，尽量避免前模行位.。(6)合理安排浇注系统，特别是浇口位置。(7)满足模具的锁紧要求，将胶件投影面积大的方向，放在前、后模的合
7、模方向上，而将投影面积小的方向作为侧向分模面；另外，分模面是曲面时，应加斜面锁紧。图5.2.1(8)有利于模具加工。5.2.2 分模面注意事项及要求(1)台阶型分模面一般要求台阶顶面与根部的水平距离D0.25，如图5.2.1所示。为保证D的要求，一般调整夹角“A”的大小，当夹角影响产品结构时，应同相关负责人协商确定。当分模面中有几个台阶面，且H1H2H3时，角度“A”应满足A1A2A3，并尽量取同一角度方便加工。角度“A”尽量按下面要求选用：当H 3mm，斜度 5；3mm H 10mm，斜度 3；H 10mm，斜度 1.5； 某些胶件斜度有特殊要求时，应按产品要求选取。(2)曲面型分模面图5.
8、2.3a不合理结构图5.2.3b合理结构尖钢及尖角形的封胶面错误图5.2.2正确图5.2.2a当选用的分模面具有单一曲面(如柱面)特性时，如图5.2.2，要求按图5.2.2a的型式即按曲面的曲率方向伸展一定距离建构分模面。否则，则会形成如图5.2.3a所示的不合理结构，产生尖钢及尖角形的封胶面，尖形封胶位不易封胶且易于损坏。当分模面为较复杂的空间曲面，且无法按曲面的曲率方向伸展一定距离时，不能将曲面直接延展到某一平面，这样将会产生如图5.2.4a所示的台阶及尖形封胶面，而应该延曲率方向建构一个较平滑的封胶曲面，如图5.2.4b所示。图5.2.4a 不合理结构图5.2.4b 合理结构台阶及尖形封
9、胶面延伸或建构较平滑的曲面(3)封胶距离模具中，要注意保证同一曲面上有效的封胶距离。如图5.2.3a ,5.2.3b所示,一般情况要求D3mm基准平面图5.2.5a图5.2.5b基准平面斜面 (4)基准平面在建构分模面时，若含有台阶型、曲面型等有高度差异的一个或多个分型面时，必需建构一个基准平面，如图5.2.5a ，5.2.5b所示。基准平面的目的是为后续的加工提供放置平面和加工基准。 1基准平面 2型腔13型腔2 4后模 5前模图5.2.6(5)分模面转折位 如图5.2.6此处的转折位是指不同高度上的分型面为了与基准平面相接而形成的台阶面。 台阶面要求尽量平坦，图示尺寸“A”一般要求大于15
10、，合模时允许此面避空。转角R优先考虑加工刀具半径，一般R3.0mm。(6)平衡侧向压力对应锁紧斜面1前模 2型芯 3后模图5.2.7由于型腔产生的侧向压力不能自身平衡,容易引起前、后模在受力方向上的错动，一般采用增加斜面锁紧,利用前后模的刚性,平衡侧向压力，如图5.2.7所示,锁紧斜面在合模时要求完全贴合。角度A一般为15,斜度越大,平衡效果越差。(7)唧嘴碰面处平坦化构建分模面时，如果唧嘴附近的分型面有高度差异，必须用较平坦的面进行连接，平坦面的范围要大于唧嘴直径，一般有效面积应大于18mm,如图5.2.6所示分型面1分型面2连接平坦面1-唧嘴2-平坦面3-唧嘴直 径范围图5.2.8(8)细
11、小孔位处分模面的处理不论小孔处原身留，还是镶针，一般采取以下方法，对孔位进行构造。为了模具制作简单，建议孔位处镶针，但须经过设计者允许。图5.2.9适用于碰穿位较平坦的结构A.直接碰穿 如图5.2.9 ，适用于碰穿位较平坦的结构。但对于“键盘”类的按键孔(如图5.2.10a)，为了改变有可能产生的“批锋”的方向，常采用插穿形式的结构及尺寸，如图5.2.10b所示。图5.2.10a前模后模图5.2.10b键盘孔局部放大图B.中间平面碰穿 如图5.2.11a，适用于碰穿位较陡峭的结构采用中间平面碰穿的结构可以有效缩短碰穿孔处钢位的高度，改善钢位的受力情况。为避免前、后模偏位，建议采用5.2.11a
12、图示尺寸及结构。图5.2.11b所示结构中，由于在碰穿处产生侧向分力，当碰穿孔较小时，在交变应力的作用下，碰穿孔处的钢位易于断裂，影响模具寿命。合理结构图5.2.11a不合理结构图5.2.11b产生侧向分力易于断裂原碰面较陡峭增加此处刚度C.插穿 一般不采用，仅仅用在以下所示的情况。(1)当“a”点与“b”的高度差小于0.5mm时，如图5.2.12a，采用插穿结构。图5.2.12c图5.2.12b图5.2.12a(2)当“a”点高于“b”点时，如图5.2.12b，采用插穿结构。当采用插穿结构时，常采用图5.2.12c所示结构及尺寸。封胶面最小距离须保证1.0mm；导向部位斜度A5 长度H2.5
13、mm。产生“B”所示位的尖钢法线方向,合理的分型面产生“A”所示位的尖钢图5.2.13(9)避免产生尖钢当分型线须分割一个曲面时，为了避免产生尖钢,分型面的方向应为分型线上任一点的法线方向。如图5.2.13所示。(10)综合考虑产品外观要求对于单个产品，分型面有多种选择时，要综合考虑产品外观要求，选择较隐蔽的分型面。对于有行位分型的成品，行位分型线必须考虑相邻成品的结构，如相邻成品同样需要行位分型，那幺行位分型线应调整对齐；如图5.2.14a；5.2.14b；5.2.14c；如相邻成品不需行位分型，在满足结构的情况下，行位分型线应尽量缩短如图5.2.7d图5.2.14d为不影响外观，图示位应尽
14、量小图5.2.14a未对齐，不好图5.2.14b图5.2.14c对齐效果好成品1成品2成品3 5.3 模具强度普通意义上的模具强度包括模具的强度、刚度。模具的各种成型零部件和结构零部件均有强度、刚度的要求，足够的强度才可以保证模具能正常工作。由于模具形式较多，计算也不尽相同且较复杂，实际生产中，采用经验设计和强度校核相结合的方法，通过强度校核来调整设计，保证模具能正常工作。5.3.1 强度校核模具强度计算较为复杂，一般采用简化的计算方法,计算时采取保守的做法，原则是：选取最不利的受力结构形式，选用较大的安全系数，然后再优化模具结构，充分提高模具强度。为保证模具能正常工作，不仅要校核模具的整体性强度，也要校核模具局部结构的强度。整体性强度主要针对型腔侧壁厚度，型腔底板厚度，合模面所能承受的压力等几个方面，计算按MQP702中附录D模具设计验证执行。实际选用尺寸应大于计算尺寸并取整。
