《模具概论》第4章.ppt

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1、第第4 4章章 模具的基本概念模具的基本概念 冲裁模具设计冲裁模具设计4.1注射模具设计注射模具设计4.2 学习目标学习目标1了解冲裁间隙的分类及选用依据了解冲裁间隙的分类及选用依据2了解刃口尺寸的计算原则和计算方法了解刃口尺寸的计算原则和计算方法3掌握凹模设计过程掌握凹模设计过程4掌握凸模设计过程掌握凸模设计过程5掌握冲模设计要点掌握冲模设计要点6掌握注射模具的设计步骤掌握注射模具的设计步骤7理解型腔数确定与分型面选择理解型腔数确定与分型面选择8掌握成形零部件设计掌握成形零部件设计9理解浇注系统设计理解浇注系统设计10理解注射机构设计理解注射机构设计11了解塑料模具排气系统设计和模具温度调节

2、了解塑料模具排气系统设计和模具温度调节系统设计系统设计4.1 4.1 冲裁模具设计冲裁模具设计4.1.1冲裁间隙冲裁间隙冲裁间隙是指冲裁模具凸模与凹模之间工作冲裁间隙是指冲裁模具凸模与凹模之间工作部分的尺寸之差。冲裁间隙是冲压工艺和模具设部分的尺寸之差。冲裁间隙是冲压工艺和模具设计中的重要参数，它直接影响冲裁件的质量、模计中的重要参数，它直接影响冲裁件的质量、模具寿命和力能的消耗。应根据实际情况和需要合具寿命和力能的消耗。应根据实际情况和需要合理地选用。冲裁间隙分双面间隙和单面间隙，未理地选用。冲裁间隙分双面间隙和单面间隙，未注单面的即为双面间隙。注单面的即为双面间隙。1冲裁间隙分类 根据冲裁

3、件尺寸精度、剪切面质量、模具寿根据冲裁件尺寸精度、剪切面质量、模具寿命和力能消耗等主要因素，将金属材料冲裁间隙命和力能消耗等主要因素，将金属材料冲裁间隙可分成可分成3种类型，即种类型，即类（小间隙）、类（小间隙）、类（中间类（中间隙）、隙）、类（大间隙），见表类（大间隙），见表4-1。表4-1金属材料冲裁间隙分类按金属材料的种类、供应状态、抗剪强度，列出金属材料冲裁间隙值，见表4-2。表4-2金属材料冲裁间隙值单位：mm 确定合理间隙值方法如下。确定合理间隙值方法如下。第一种是理论方法。模具制造中的偏差第一种是理论方法。模具制造中的偏差及使用中的磨损，生产中通常选择一个适当的及使用中的磨损，生

4、产中通常选择一个适当的范围作为合理间隙，如图范围作为合理间隙，如图4-1所示。这个范围的所示。这个范围的最小值称为最小合理间隙值，最大值称为最大最小值称为最小合理间隙值，最大值称为最大合理间隙值。设计与制造新模具时采用最小合合理间隙值。设计与制造新模具时采用最小合理间隙值。理间隙值。图4-1凸、凹模的磨损形式 图4-2合理间隙值的确定 确定合理间隙值的理论方法的依据是确定合理间隙值的理论方法的依据是保证凸、凹模刃口处产生的裂纹相重合。保证凸、凹模刃口处产生的裂纹相重合。由图由图4-2所示中可以得到合理间隙值的计算所示中可以得到合理间隙值的计算公式如下：公式如下：第二种是经验方法。经验方法也第二

5、种是经验方法。经验方法也是根据材料的性质与厚度，来确定最小是根据材料的性质与厚度，来确定最小合理间隙值。建议按下列数据确定双面合理间隙值。建议按下列数据确定双面间隙值。间隙值。刃口刃口尺寸的计算原则。尺寸的计算原则。在设计和制造模具时，需遵循下述原则。在设计和制造模具时，需遵循下述原则。设计落料模时，以凹模为准，间隙取在凸设计落料模时，以凹模为准，间隙取在凸模上；设计冲孔模时，以凸模为准，间隙取在凹模上；设计冲孔模时，以凸模为准，间隙取在凹模上。模上。设计落料模时，凹模公称尺寸应取零件尺设计落料模时，凹模公称尺寸应取零件尺寸公差范围内的较小尺寸；设计冲孔模时，凸模寸公差范围内的较小尺寸；设计冲

6、孔模时，凸模公称尺寸应取零件孔的尺寸范围内的较大尺寸。公称尺寸应取零件孔的尺寸范围内的较大尺寸。4.1.2 凸、凹模刃口尺寸的计算。凸、凹模刃口尺寸的计算。冲裁模在使用中，磨损间隙值将不冲裁模在使用中，磨损间隙值将不断增大，因此，设计时无论是落料模还是断增大，因此，设计时无论是落料模还是冲孔模，新模具都必须选取最小合理间隙冲孔模，新模具都必须选取最小合理间隙Zmin，使模具具有较长的寿命。，使模具具有较长的寿命。凸、凹模刃口部分尺寸的制造公差凸、凹模刃口部分尺寸的制造公差要按零件的尺寸要求决定，一般模具的制要按零件的尺寸要求决定，一般模具的制造精度比冲裁件的精度高造精度比冲裁件的精度高23级。

7、若零件级。若零件未注公差，对于非圆形件，冲模按未注公差，对于非圆形件，冲模按IT9精度精度制造；对于圆形件，一般按制造；对于圆形件，一般按IT6IT7级精级精度制造。度制造。刃口尺寸计算方法。刃口尺寸计算方法。凸模与凹模分开加工设计计算中要凸模与凹模分开加工设计计算中要分别标注凸、凹模刃口尺寸与制造公差。分别标注凸、凹模刃口尺寸与制造公差。模具的制造公差应当满足下列条件：模具的制造公差应当满足下列条件：式中：式中：p、d分别为凸模和凹模的制分别为凸模和凹模的制造公差（造公差（mm）。）。下面对和落料两种情况进行讨论。下面对和落料两种情况进行讨论。冲孔。设零件孔的尺寸为冲孔。设零件孔的尺寸为d+

8、，其，其凸、凹模工作部分尺寸的计算公式如下：凸、凹模工作部分尺寸的计算公式如下：各部分的公差带见图各部分的公差带见图4-3（a）。）。图4-3冲裁模的尺寸公差 落料模。设零件尺寸为落料模。设零件尺寸为D，落，落料模的允许偏差位置如图料模的允许偏差位置如图4-3（b）所示，）所示，其凸、凹模工作部分尺寸的计算公式如其凸、凹模工作部分尺寸的计算公式如下：下：凸、凹模配合加工加工方法是以凸模凸、凹模配合加工加工方法是以凸模或凹模为基准，配作凹模或凸模。只在基或凹模为基准，配作凹模或凸模。只在基准件上标注尺寸和制造公差，另一件仅标准件上标注尺寸和制造公差，另一件仅标注公称尺寸并注明配作时应留有的间隙值

9、。注公称尺寸并注明配作时应留有的间隙值。所以基准件的刃口部分尺寸需要按不同的所以基准件的刃口部分尺寸需要按不同的方法计算。如图方法计算。如图4-4（a）所示的落料件，）所示的落料件，应以凹模为基准件，凹模尺寸按磨损情况应以凹模为基准件，凹模尺寸按磨损情况可分为可分为3类。类。图4-4冲裁件尺寸分类 第一类是凹模磨损后尺寸增大（图第一类是凹模磨损后尺寸增大（图4-4中中A类）类）；第二类是凹模磨损后尺寸变小（图第二类是凹模磨损后尺寸变小（图4-4中中B类）类）；第三类是凹模磨损后尺寸不变（图第三类是凹模磨损后尺寸不变（图4-4中中C类）类）。对于图对于图4-4（b）所示的冲孔件的凸模尺寸也）所示

10、的冲孔件的凸模尺寸也可按磨损情况分成可按磨损情况分成A、B、C3类。因此不管是落类。因此不管是落料件还是冲孔件，根据不同的磨损类型，其基准料件还是冲孔件，根据不同的磨损类型，其基准件的刃口部分尺寸均可按以下公式计算：件的刃口部分尺寸均可按以下公式计算：4.1.3 4.1.3 凹模设计凹模设计1凹模孔口的形式及主要参数凹模孔口的形式及主要参数凹模孔口的形式，凹模孔口的形式，见表表4-6。凹模孔。凹模孔口的主要参数，口的主要参数，见表表4-7。表表4-6凹模孔口的形式凹模孔口的形式2整体式凹模外形尺寸的确定整体式凹模外形尺寸的确定 凹模安装在下模座上，由于下模座孔口较大，使凹模凹模安装在下模座上，

11、由于下模座孔口较大，使凹模工作时承受弯曲力矩，若凹模高度工作时承受弯曲力矩，若凹模高度H及壁厚及壁厚C不足时，会不足时，会使凹模产生较大变形，甚至破坏。但由于凹模受力复杂，使凹模产生较大变形，甚至破坏。但由于凹模受力复杂，很难按理论方法精确计算，对于非标准尺寸的凹模一般不很难按理论方法精确计算，对于非标准尺寸的凹模一般不作强度核算，可用下述公式确定其尺寸：作强度核算，可用下述公式确定其尺寸：H=KB C=(1.52)H式中：式中：H凹模高度，凹模高度，mm；B凹模孔的最大宽度，凹模孔的最大宽度，mm，但，但B不小于不小于15mm；C凹模壁厚，凹模壁厚，mm，指刃口至凹模外形边，指刃口至凹模外形

12、边缘的距离；缘的距离；K系数，系数系数，系数K值见表值见表4-8。在上述经验公式中，B为凹模孔最大尺寸。当B100200mm，材料厚度t1mm时，H及C应取小值，但H值不应小于10mm，凹模壁厚度C（即凹模孔边距）不应小于18mm。当B50mm，材料厚度t3mm时，H及C则应取大值。凹模孔边距凹模孔边距C及凹模孔间距的数值，也可从表及凹模孔间距的数值，也可从表4-9中查到。中查到。注：1C的偏差按凹模刃口形状复杂程度，可以取8mm。2B的选择可按凹模刃口形状复杂程度而定，一般不小于5mm，但冲裁0.5mm以下的薄料时，小孔与小孔之间的距离可适当减小，大孔与大孔之间的距离则应适当放大。3决定外形

13、尺寸时，应尽量选用标准尺寸。3凹模高度的要求凹模高度的要求 （1）凹模最小高度为）凹模最小高度为7.5mm；（2）凹模表面积在）凹模表面积在3200mm2以上时，以上时，H最小值为最小值为10.5mm；（3）凹模高度还应加上刃口重磨量；）凹模高度还应加上刃口重磨量；（4）凹模刃口周长超过）凹模刃口周长超过50mm，且材料为合金工，且材料为合金工具钢时，凹模高度应乘以表具钢时，凹模高度应乘以表4-10中的修正系数，如为碳中的修正系数，如为碳素工具钢，凹模高度应再增加素工具钢，凹模高度应再增加30%。根据凹模刃口轮廓不同，凹模壁厚C与凹模高度H的关系也可按下式确定。轮廓线为光滑的曲线时C1.2H轮

14、廓线与凹模边缘平行时C1.5H轮廓线具有复杂形状或尖角时C2H 5多孔凹模刃口与切口之间的距离确定多孔凹模刃口与切口之间的距离确定 多孔凹模刃口与切口之间的距离最小值与冲裁件材多孔凹模刃口与切口之间的距离最小值与冲裁件材料的强度和厚度有关，具体大小可参考凸凹模最小壁厚料的强度和厚度有关，具体大小可参考凸凹模最小壁厚选取，见表选取，见表4-11和表和表4-12。6凹模上螺孔到凹模外缘的距离确定凹模上螺孔到凹模外缘的距离确定 凹模上螺孔到凹模外缘的距离，一般取（凹模上螺孔到凹模外缘的距离，一般取（1.72.0）d，最小允许尺寸见表，最小允许尺寸见表4-13。7螺孔到凹模孔、螺孔到销孔的距离确定螺孔

15、到凹模孔、螺孔到销孔的距离，一般取b2d，当凹模孔为圆弧时，其最小尺寸见表4-14。注：bmin螺孔到凹模孔、销孔距离的最小尺寸，mm；d螺孔的尺寸，mm。8凹模上螺孔大小及间距的确定凹模上螺孔大小及间距的确定，见表4-15和表4-16。9复合模中凸、凹模的最小壁厚a受强度的限制对于倒装复合模，刃口孔内积存废料，增加了胀力，其凸凹模最小壁厚，见表4-16。顺装复合模刃口内不积存废料，最小壁厚可小一些，一般常用的经验数据为：冲黑色金属材料a=1.5t（但不小于0.7mm）冲有色金属材料a=t（但不小于0.5mm）10凹模的强度校核凹模的强度校核主要是检查其高度H。凹模在冲裁力的作用下会产生弯曲，

16、如果凹模高度不够，就会产生较大的弯曲变形，甚至断裂。凹模强度计算的近似公式见表4-17。11凹模固定方式凹模固定方式 小冲孔凹模一般采用镶嵌筒状凹模，为使废料顺小冲孔凹模一般采用镶嵌筒状凹模，为使废料顺利落下，废料孔采用阶梯扩大，筒状凹模的安装采用螺利落下，废料孔采用阶梯扩大，筒状凹模的安装采用螺钉或键连接或用凸缘压接，筒状凹模要能定位止转。钉或键连接或用凸缘压接，筒状凹模要能定位止转。整体凹模的结构及安装方法如图整体凹模的结构及安装方法如图4-5所示。所示。图4-5整体凹模的安装方法4.1.4 4.1.4 凸模设计凸模设计 1凸模的结构凸模的结构 圆形凸模已趋标准化，如图圆形凸模已趋标准化，

17、如图4-6所示。非圆形凸模的固所示。非圆形凸模的固定部分应做成圆形见图定部分应做成圆形见图4-7（a）或矩形见图）或矩形见图4-7（b），如采用线切割或成形磨削加工时，固定部分应），如采用线切割或成形磨削加工时，固定部分应和工作部分尺寸一致，如图和工作部分尺寸一致，如图4-7（c）所示。）所示。图4-6圆形凸模图4-7非圆形凸模2凸模长度凸模长度 凸模长度一般是根据模具结构的需要而确定的，应凸模长度一般是根据模具结构的需要而确定的，应尽可能参照或选用国家标准，如图尽可能参照或选用国家标准，如图4-8所示的结构，凸模所示的结构，凸模长度可用下列公式计算，即长度可用下列公式计算，即L=l1+l2+

18、l3+l 3带护套的冲小孔的凸模 当冲孔直径小于工件料厚度或小于当冲孔直径小于工件料厚度或小于1mm，以及冲异，以及冲异形孔其面积小于形孔其面积小于1mm2时，细长凸模容易弯曲失稳而折断，时，细长凸模容易弯曲失稳而折断，所以常采用保护套结构，并且在工作过程中要依靠卸料板所以常采用保护套结构，并且在工作过程中要依靠卸料板（导板）导向，从而可提高共抗失稳的能力。带护套的小（导板）导向，从而可提高共抗失稳的能力。带护套的小凸模结构，如图凸模结构，如图4-9所示。带护套的针状凸模，如图所示。带护套的针状凸模，如图4-9（a）所示，其使用的冲孔直径小于）所示，其使用的冲孔直径小于3mm，凸模及护套，凸模

19、及护套的尺寸，见表的尺寸，见表4-18。缩短式凸模，如图。缩短式凸模，如图4-9（b）所示，其）所示，其适用的冲孔直径为（适用的冲孔直径为（0.71.3）t（t为料厚）。为料厚）。图4-8凸模长度图4-9带护套的小凸模结构1垫板2凸模固定板3凸模1垫板2凸模固定板3护套4卸料板5导料板6凹模4凸模5芯柱 4凸模强度校核凸模强度校核 一般情况下，根据冲裁件形状、大小及模具结构一般情况下，根据冲裁件形状、大小及模具结构需要选用或参照国家标准而设计的凸模，不必进行强度需要选用或参照国家标准而设计的凸模，不必进行强度校核，只有当凸模特别细长，冲裁件厚度较大时，才有校核，只有当凸模特别细长，冲裁件厚度较

20、大时，才有必要进行凸模承压能力和抗纵向弯曲应力的校核。必要进行凸模承压能力和抗纵向弯曲应力的校核。（1）凸模承压能力的校核。要使凸模正常工作，）凸模承压能力的校核。要使凸模正常工作，必须使凸模最小断面的压应力不超过凸模材料的许用压必须使凸模最小断面的压应力不超过凸模材料的许用压应力应力。（2）抗纵向弯曲应力的校核。凸模冲裁时，可视）抗纵向弯曲应力的校核。凸模冲裁时，可视为压杆。当凸模细长时，必须根据欧拉公式进行纵向弯为压杆。当凸模细长时，必须根据欧拉公式进行纵向弯曲应力的校核。曲应力的校核。无导向装置的凸模，如图无导向装置的凸模，如图4-10（a）所示。）所示。图4-10凸模的最大自由长度 （

21、3）凸模固定端面的压力。）凸模固定端面的压力。凸模固定端面与模座直接接触，如图凸模固定端面与模座直接接触，如图4-11所示，当所示，当其单位压力超过模座材料的许用压应力时，模座表面会其单位压力超过模座材料的许用压应力时，模座表面会损伤。为此应在凸模顶端与模座之间加一个淬硬的垫板。损伤。为此应在凸模顶端与模座之间加一个淬硬的垫板。模座许用挤压应力见表模座许用挤压应力见表4-19。图4-11凸模固定端面 5凸模的固定凸模的固定 标注凸模（例如圆形凸模）的固定已标准化。非标注凸模（例如圆形凸模）的固定已标准化。非标准凸模的连接方法如下。标准凸模的连接方法如下。（1）凸模直接与模柄连接或做成一体，如图

22、）凸模直接与模柄连接或做成一体，如图4-12所示所示。图4-12凸模直接与模柄连接或做成一体 （2）凸模固定在凸模固定板中，如图）凸模固定在凸模固定板中，如图4-13所示，所示，为便于成形磨削和线切割加工，凸模工作部分和固定为便于成形磨削和线切割加工，凸模工作部分和固定部分的尺寸应一致，一般采用铆接或浇注法固定，浇部分的尺寸应一致，一般采用铆接或浇注法固定，浇注法有环氧树脂或低熔点合金固定，也可用无机胶黏注法有环氧树脂或低熔点合金固定，也可用无机胶黏剂粘接。（剂粘接。（a）型是铆接固定，（）型是铆接固定，（b）型是浇注固定，）型是浇注固定，（c）型用于复杂形状的凸模，固定部分采用圆的，并）型用

23、于复杂形状的凸模，固定部分采用圆的，并用台肩固定。用台肩固定。（3）尺寸较大的圆形凸模用窝座定位，如图）尺寸较大的圆形凸模用窝座定位，如图4-14所示，并用螺钉紧固，为减小磨削面，凸模外圆配合所示，并用螺钉紧固，为减小磨削面，凸模外圆配合及非工作部分直径较小，端面也加工成凹坑。及非工作部分直径较小，端面也加工成凹坑。图4-13凸模固定在凸模固定板中1凸模2凸模固定板3销钉图4-14尺寸较大的圆形凸模的固定1凸模固定板2螺钉3凸模4.1.5镶拼式凸模和凹模设计镶拼式凸模和凹模设计 设计镶拼式凸凹模应注意以下几个方面的问题。（1）选择镶拼的形式必须根据工件形状、材料厚度和镶拼能承受的胀力大小选用镶

24、件的数量。（2）镶件必须具有很强工艺性，各分块应能可靠定位及便于测定尺寸及精度；便于进行机械加工和热处理；便于安装固定。（3）镶件之间要防止在冲压过程中发生相对位移的可能性。（4）个别易损部分应单独做成一块，以便加工和更换，圆弧部分应单独制造，拼合面应位于立线部分，一般离圆弧45mm，如图4-15（a）所示。（5）如工件有对称线时，为便于加工，应沿对称线分开，如图4-15（b）所示。（6）为避免发生毛刺，凹模上镶件的接缝处不应与凸模上镶件的接缝相重合，而应相互错开。（7）在考虑镶件形式时，应尽可能将复杂的内形加工变成外形加工，以便采用机械加工，减少钳工工作量，如图4-15（c）所示。（8）对于

25、孔中心距离要求很高的工件，亦可采用镶拼的方法，通过研磨拼合来达到目的，如图4-15（d）所示。（9）对于圆形的工作部分，应尽量按径向线分割，如图4-15（e）所示。图4-15设计镶拼式凸凹模的一般原则（10）各分块尽量是直线形、圆形、方形等简单的几何形状，以利于机械加工及热处理；分割点一般应在拐角和直线、曲线切点处，不允许形成尖角。2镶拼方法的种类镶拼方法可分为平面拼接式（用于大型零件）、嵌入式、压入式和斜楔式四种。（1）平面拼接式，如图4-16所示，把凸模或凹模分成许多件组成，用螺钉、销钉紧固在固定板的平面上，适用于大型冲模。图4-16平面拼接式镶拼（2）嵌入式，如图4-17所示，把凹模或凸

26、模分成若干拼块，将拼块嵌入两边或四周有凸台的固定板凹台内，再用螺钉、销钉紧固。图4-17嵌入式镶拼结构（3）压入式，如图4-18所示，（a）型是将冲孔凹模以过盈配合压入固定板内，适用于形状复杂的小型冲模以及拼块较小不宜用螺钉、销钉紧固的情况。图4-18压入式镶拼3镶拼凹模的结构及其固定方式镶拼凹模的结构及其固定方式 镶拼凹模的结构及其固定方式，如图镶拼凹模的结构及其固定方式，如图4-19所示。所示。图4-19镶拼凹模的结构及其固定方式4镶拼凸模的结构及其固定方式镶拼凸模的结构及其固定方式 镶拼凸模的结构及其固定方式，如图镶拼凸模的结构及其固定方式，如图4-20所示。所示。图4-20镶拼凸模的结

27、构及其固定方式4.1.6冲裁模设计要点冲裁模设计要点 1冲裁模设计的内容和步骤（1）分析冲压件的工艺性。（2）确定工艺方案。（3）选择冲模类型和结构形式。（4）计算各工序压力，确定压力中心。（5）确定压力机型号和模具安装尺寸。（6）画排样图和工序件图。（7）绘制冲模总图（下平面图、上平面图和剖面图等）。（8）设计评审。通常对于较复杂的模具，需组织有经验的设计人员、工艺人员、冲压工和模具维修钳工等，对模具结构进行评审，并提出改进意见。（9）根据评审意见修改冲模总图。（10）绘制冲模零件图。（11）零件图标注尺寸、公差及技术条件。（12）总图标注技术条件及注意事项。2工艺方案的选择冲压工艺方案的内

28、容包括：确定工序性质、工序数目和顺序；确定合理的排样和工序间尺寸，是工序模还是复合模或连续模；是手工操作还是半自动或自动化模等。为了确定工序数目，有时需要进行仔细计算，如毛坯展开尺寸、工序尺寸材料消耗等。在选择工艺方案时，必须考虑如下因素。（1）生产纲领。（2）冲压件的形状、尺寸、精度要求和材料性能等。（3）现有设备条件和生产技术水平。（4）模具设计、制造和维修的技术水平和能力。（5）生产准备的周期。（6）模具结构的选择。）模具结构的选择。模具结构设计前，应确认的注意事项如下。模具结构设计前，应确认的注意事项如下。冲压件的工艺性，冲压件的形状、尺寸、精冲压件的工艺性，冲压件的形状、尺寸、精度和

29、所用的材料，都要适合冲压工艺要求。度和所用的材料，都要适合冲压工艺要求。冲压工艺方案的合理性。合理的工艺方案，冲压工艺方案的合理性。合理的工艺方案，应能保证产品（冲压件）质量，同时又适合于所给的应能保证产品（冲压件）质量，同时又适合于所给的生产条件。生产条件。模具结构类型选择的主要内容如下。模具结构类型选择的主要内容如下。模具的类型。模具的类型。凸凹模的结构形式、固定方式和镶拼方式等。凸凹模的结构形式、固定方式和镶拼方式等。毛坯的送进、导向、定位形式。毛坯的送进、导向、定位形式。毛坯和零件的压料、卸料形式。毛坯和零件的压料、卸料形式。零件的取出和废料的排除方式。零件的取出和废料的排除方式。模架

30、及导向形式。模架及导向形式。弹性元件的种类和形式。弹性元件的种类和形式。模具起重形式。模具起重形式。模具安装到压力机的定位与夹紧形式。模具安装到压力机的定位与夹紧形式。选择模具结构时，需考虑的主要因素如下。选择模具结构时，需考虑的主要因素如下。冲压件的形状、大小和精度。冲压件的形状、大小和精度。冲压工艺。冲压工艺。生产批量。生产批量。所使用的压力机。所使用的压力机。上料和出件的方式。上料和出件的方式。操作方便、安全。操作方便、安全。模具制造和维修技术。模具制造和维修技术。生产准备周期。生产准备周期。成本。成本。4.2 注射模具设计注射模具设计 1设计前的准备工作模具的设计者应有设计任务书为依据

31、设计模具。模具设计任务书通常由塑料制品生产部门提出，任务书包括以下内容。经过审查的正规塑件图样，并注明所采用的塑料牌号、透明度等，若塑件图样是根据样品测绘的，最好能附上样品，因为样品除了比图样更为形象和直观外，还能给模具设计者许多有价值的信息，如样品采用的浇口位置、顶出位置、分型面等。塑件说明书及技术要求。塑件的生产数量。交货期及价格。在模具设计前，设计者应注意以下几点。（1）熟悉塑件。熟悉塑件的几何形状。明确塑件的使用要求。注意塑件的原料。（2）检查塑件的成形工艺性。（3）明确注射机的型号和规格。2制订成形工艺卡将准备工作做完后，就应制订出塑件的成形工艺卡，尤其对批量大的塑件或形状复杂的大型

32、模具更有必要制订详细的注射成形工艺卡。工艺卡一般应包括以下内容。产品的概况，包括简图、重量、壁厚、投影面产品的概况，包括简图、重量、壁厚、投影面积、外形尺寸、有无侧凹和嵌件等。积、外形尺寸、有无侧凹和嵌件等。产品所用的塑料概况，如品名、型号、生产厂产品所用的塑料概况，如品名、型号、生产厂家、颜色、干燥情况等。家、颜色、干燥情况等。所选的注射机的主要技术参数，如注射机与安所选的注射机的主要技术参数，如注射机与安装模具间的相关尺寸、螺杆类型、额定功率等。装模具间的相关尺寸、螺杆类型、额定功率等。注射机压力与行程简图。注射机压力与行程简图。注射成形条件，包括加料筒各段温度、注射温注射成形条件，包括加

33、料筒各段温度、注射温度、模具温度、冷却介质温度、锁模力、螺杆背压、注度、模具温度、冷却介质温度、锁模力、螺杆背压、注射压力、注射速度、循环周期（注射、固化、冷却、开射压力、注射速度、循环周期（注射、固化、冷却、开模时间）等。模时间）等。3注射模具结构设计步骤注射模具结构设计步骤 制订出塑件的成形工艺卡后，就应进行注射模具制订出塑件的成形工艺卡后，就应进行注射模具结构设计，其步骤见表结构设计，其步骤见表4-20。表4-20注射模具结构设计步骤 4注射模具的审核注射模具的审核 由于注射模具设计直接关系到能否成形、产品的质量、由于注射模具设计直接关系到能否成形、产品的质量、生产周期及成本等许多至关重

34、要的问题，因此，当设计完生产周期及成本等许多至关重要的问题，因此，当设计完成后，应进行审核，审核的内容见表成后，应进行审核，审核的内容见表4-21。表4-21注射模具的审核4.2.2型腔数确定与分型面选择型腔数确定与分型面选择 1型腔数目及布置（1）型腔数目确定根据塑件生产批量及经济性，通过注射量及锁模力计算，可确定尽可能多的型腔数，以提高生产率。其型腔数目的确定，见表4-22。（2）型腔位置的排列）型腔位置的排列型腔位置的布置及排列原则，见表型腔位置的布置及排列原则，见表4-23。表4-23 型腔位置的布置及排列原则2分型面选择分型面选择 分型面选择原则及方法，见表分型面选择原则及方法，见表

35、4-24。表4-24分型面的选择原则与方法4.2.3 成形零部件设计成形零部件设计 1成形零部件结构设计（1）凸、凹模结构设计凹模和凸模的结构形式分为整体式和镶拼组合式两类。整体式适用于形状简单的塑件，镶拼组合式适用于形状复杂的塑件或加工不便的型腔。凸模（型芯）。凸模结构形式见表4-25所示。整体式凸模是直接在模板上加工而成的，一般不进行热处理。凸模成形表面粗糙度为Ra0.0250.1m；配合表面粗糙度为Ra0.10.4m，其余表面为Ra1.66.3m。凹模。凹模的结构形式见表凹模。凹模的结构形式见表4-26。（2）螺纹型芯与螺纹型环的设计）螺纹型芯与螺纹型环的设计螺纹型芯，见表螺纹型芯，见表

36、4-27。螺纹型环，见表螺纹型环，见表4-28。成型零件工作尺寸是指成型零件上直接成型零件工作尺寸是指成型零件上直接用来成型塑件部位的尺寸。它主要有型腔用来成型塑件部位的尺寸。它主要有型腔和型芯的径向尺寸（包括矩形和异形的长和型芯的径向尺寸（包括矩形和异形的长度和宽度尺寸）、型腔的深度和型芯的高度和宽度尺寸）、型腔的深度和型芯的高度尺寸、型腔（型芯）与型腔（型芯）的度尺寸、型腔（型芯）与型腔（型芯）的位置尺寸等。在模具设计中，应根据塑件位置尺寸等。在模具设计中，应根据塑件的尺寸、精度来确定模具成型零件的工作的尺寸、精度来确定模具成型零件的工作尺寸及精度。尺寸及精度。2.2.成型零部件工作尺寸计

37、算成型零部件工作尺寸计算（1）影响塑件尺寸精度的因素影响塑件尺寸精度的因素成型收缩率。塑料成型后收缩率与塑件的成型收缩率。塑料成型后收缩率与塑件的原材料、塑件的结构、模具的结构，以及成型的原材料、塑件的结构、模具的结构，以及成型的工艺条件等因素有关，塑件尺寸的变化值为：工艺条件等因素有关，塑件尺寸的变化值为：式中：式中：S塑料收缩波动而引起的塑件尺寸误差塑料收缩波动而引起的塑件尺寸误差（mm）；）；LS塑件尺寸（塑件尺寸（mm）；）；Smax塑件的最大收缩率（塑件的最大收缩率（%）；）；Smin塑件的最小收缩率（塑件的最小收缩率（%）。）。模具成型零件的制造误差。模具成模具成型零件的制造误差。

38、模具成型零件的制造精度是影响塑件尺寸精度的型零件的制造精度是影响塑件尺寸精度的重要因素之一。模具成型零件的制造误差重要因素之一。模具成型零件的制造误差越小，塑件的尺寸精度越高，但是模具零越小，塑件的尺寸精度越高，但是模具零件加工困难，制造成本和加工周期也会加件加工困难，制造成本和加工周期也会加大加长。大加长。模具成型零件的磨损。模具在使用模具成型零件的磨损。模具在使用过程中，由于塑料熔体流动的冲刷、脱模过程中，由于塑料熔体流动的冲刷、脱模时时与塑料的摩擦、成型过程中可能产生的腐与塑料的摩擦、成型过程中可能产生的腐蚀性气体的锈蚀，由于上述原因，成型零蚀性气体的锈蚀，由于上述原因，成型零件最大的磨

39、损量应取塑件公差的件最大的磨损量应取塑件公差的1/6。而大。而大型塑件，模具的成型零件最大磨损量应取型塑件，模具的成型零件最大磨损量应取塑件公差的塑件公差的1/6以下。以下。模具安装配合的误差。模具成型零模具安装配合的误差。模具成型零件由于配合间隙的变化，会引起塑件的尺件由于配合间隙的变化，会引起塑件的尺寸变化，模具的配合间隙误差应不影响模寸变化，模具的配合间隙误差应不影响模具成型零件的尺寸精度和位置精度。具成型零件的尺寸精度和位置精度。成型零件工作尺寸的计算成型零件工作尺寸的计算工作尺寸计算包括型腔和型芯的径向工作尺寸计算包括型腔和型芯的径向尺寸、型腔深度及型芯高度尺寸、中心距尺寸、型腔深度

40、及型芯高度尺寸、中心距尺寸的计算，计算公式，如表尺寸的计算，计算公式，如表429所示。所示。表表429 模腔工作尺寸计算模腔工作尺寸计算 续表续表续表续表螺纹型芯及型环尺寸计算螺纹型芯及型环尺寸计算螺纹型芯是用来成型塑件上的内螺纹螺纹型芯是用来成型塑件上的内螺纹（螺孔）的。螺纹型环则是用来成型塑件（螺孔）的。螺纹型环则是用来成型塑件上的外螺纹（螺杆）的。因此它们也属于上的外螺纹（螺杆）的。因此它们也属于成型零件。此外它们还可用来固定金属螺成型零件。此外它们还可用来固定金属螺纹嵌件。纹嵌件。螺纹型芯、型环的形式及固定。无螺纹型芯、型环的形式及固定。无论螺纹型芯还是型环，在模具上都有模内论螺纹型芯

41、还是型环，在模具上都有模内自动卸除和模外手动卸除两种类型。自动卸除和模外手动卸除两种类型。螺纹型芯的安装形式，如图螺纹型芯的安装形式，如图421所示，所示，图图422为螺纹型环的固定形式。为螺纹型环的固定形式。图421螺纹型芯的安装形式 图422螺纹型环的固定形式 螺纹型芯和型环的尺寸计算。当塑螺纹型芯和型环的尺寸计算。当塑件外螺纹与塑件内螺纹配合时，制造螺纹件外螺纹与塑件内螺纹配合时，制造螺纹型芯和型环时可不考虑塑件螺距的收缩率；型芯和型环时可不考虑塑件螺距的收缩率；当塑件螺纹与金属螺纹的配合长度不超过当塑件螺纹与金属螺纹的配合长度不超过表表430所列范围时，则制造螺纹型芯和型所列范围时，则

42、制造螺纹型芯和型环也可不考虑塑件螺距收缩率；当塑件螺环也可不考虑塑件螺距收缩率；当塑件螺纹与金属螺纹的配合长超过纹与金属螺纹的配合长超过78牙时，则牙时，则制造螺纹型芯和型环时应当考虑塑件的收制造螺纹型芯和型环时应当考虑塑件的收缩率。螺纹型芯和型环径向尺寸及螺距尺缩率。螺纹型芯和型环径向尺寸及螺距尺寸计算公式，如表寸计算公式，如表431所示。所示。表表430螺距不计算收缩率时螺纹的配合极限长度螺距不计算收缩率时螺纹的配合极限长度表431螺纹型芯和螺纹型环及螺距的尺寸计算 续表模具型腔侧壁和底板厚度计算模具型腔侧壁和底板厚度计算塑料模在注射成型过程中，由于注塑料模在注射成型过程中，由于注射成型压

43、力很高，型腔内部承受熔融塑射成型压力很高，型腔内部承受熔融塑料的巨大压力，这就要求型腔要有一定料的巨大压力，这就要求型腔要有一定的强度和刚度，如果模具型腔的强度和的强度和刚度，如果模具型腔的强度和刚度不足，则会造成模具的变形和断裂。刚度不足，则会造成模具的变形和断裂。型腔侧壁所受的压力应以型腔内所受最型腔侧壁所受的压力应以型腔内所受最大压力为准。对于大型模具的型腔，由大压力为准。对于大型模具的型腔，由于型腔尺寸较大，常常由于刚度不足而于型腔尺寸较大，常常由于刚度不足而弯曲变形，应按刚度计算；对于小型模弯曲变形，应按刚度计算；对于小型模具的型腔，型腔常在弯曲变形之前，其具的型腔，型腔常在弯曲变形

44、之前，其内应力已超过许用应力，应按强度计算。内应力已超过许用应力，应按强度计算。型腔的形状和结构有各种不同的形型腔的形状和结构有各种不同的形式，本书只介绍整体式圆形型腔厚度的式，本书只介绍整体式圆形型腔厚度的计算方法，整体式圆形型腔如图计算方法，整体式圆形型腔如图423所示。所示。整体式圆形型腔侧壁厚整体式圆形型腔侧壁厚度计算。度计算。刚度计算。刚度计算。图423整体式圆形型腔 强度计算。强度计算。式中：式中：S圆形型腔的侧壁厚度（圆形型腔的侧壁厚度（mm）；）；r型腔半径，可取塑件半径（型腔半径，可取塑件半径（mm）；）；P型腔压力（型腔压力（MPa）；）；模具材料的需用应力（模具材料的需用

45、应力（MPa）。）。整体式圆形型腔底板厚度计算。整体式圆形型腔底板厚度计算。刚度计算。刚度计算。式中：式中：P型腔压力（型腔压力（MPa）；）；r型腔半径，可取塑件半径（型腔半径，可取塑件半径（mm）；）；E模具材料的弹性模量（模具材料的弹性模量（MPa），碳钢），碳钢为为2.1 10（MPa）；）；h型腔底板厚度（型腔底板厚度（mm）；）；刚度条件，即允许变形量（刚度条件，即允许变形量（mm）。）。强度条件。强度条件。式中：式中：h型腔底板厚度（型腔底板厚度（mm）；）；P型腔压力（型腔压力（MPa）；）；r型腔半径，可取塑件半径（型腔半径，可取塑件半径（mm）；）；刚度条件，即允许变形量刚

46、度条件，即允许变形量（mm）。）。4.2.4浇注系统设计浇注系统设计 浇注系统是指模具中由注射机喷嘴到型腔之间的进浇注系统是指模具中由注射机喷嘴到型腔之间的进料通道。它的作用是使熔融塑料平稳、有序地填充到塑料料通道。它的作用是使熔融塑料平稳、有序地填充到塑料模具型腔中去，且把压力充分地传递到各个部位，以获得模具型腔中去，且把压力充分地传递到各个部位，以获得组织致密，外形清晰、美观的制品。它的布置和安排直接组织致密，外形清晰、美观的制品。它的布置和安排直接关系到成形的难易和模具设计及加工的复杂程度，是注射关系到成形的难易和模具设计及加工的复杂程度，是注射模设计中的主要内容之一。模设计中的主要内容

47、之一。1浇注系统的组成及设计原则浇注系统的组成及设计原则 （1）浇注系统的组成）浇注系统的组成 浇注系统通常分为普通流道浇注系统和无流道浇注浇注系统通常分为普通流道浇注系统和无流道浇注系统两大类。普通流道浇注系统一般由主流道、分流道、系统两大类。普通流道浇注系统一般由主流道、分流道、浇口和冷料穴四部分组成，如图浇口和冷料穴四部分组成，如图4-24所示。所示。图4-24注射模具的普通浇注系统 主流道又称主浇道，由注射机喷嘴与模具主流道主流道又称主浇道，由注射机喷嘴与模具主流道接触的部位起到分流道为止的一段总流道，它是熔融料接触的部位起到分流道为止的一段总流道，它是熔融料进入模具时最先经过的部位。

48、进入模具时最先经过的部位。分流道又称分浇道，它是主流道与浇口之间的过分流道又称分浇道，它是主流道与浇口之间的过渡段，能使熔融塑料在流动方向上得到平稳的转换。对渡段，能使熔融塑料在流动方向上得到平稳的转换。对模腔来说分流道还起着向各型腔分配塑料的作用。模腔来说分流道还起着向各型腔分配塑料的作用。浇口又称进料口，它是分流道与型腔之间的狭小浇口又称进料口，它是分流道与型腔之间的狭小通口，也是最短小部分。其作用使熔融塑料在进型腔时通口，也是最短小部分。其作用使熔融塑料在进型腔时产生加速，有利于迅速充满型腔；成形后浇口塑料先冷产生加速，有利于迅速充满型腔；成形后浇口塑料先冷凝，以封闭型腔，防止熔融塑料倒

49、流，避免型腔压力下凝，以封闭型腔，防止熔融塑料倒流，避免型腔压力下降过快，以致在制品上产生缩孔或凹陷；成形后便于使降过快，以致在制品上产生缩孔或凹陷；成形后便于使凝料与制品分离。凝料与制品分离。冷料穴又称冷料井，它是为贮存两次注射间隔产生冷料穴又称冷料井，它是为贮存两次注射间隔产生的冷料头。防止冷料头进入型腔以致成品熔接不牢，影的冷料头。防止冷料头进入型腔以致成品熔接不牢，影响制品质量，甚至堵住浇口，而造成成形不良。冷料井响制品质量，甚至堵住浇口，而造成成形不良。冷料井常设在主流道末端，当分流道较长时，它的末端也应开常设在主流道末端，当分流道较长时，它的末端也应开设冷料井。设冷料井。（2）浇注

50、系统的设计原则）浇注系统的设计原则 能顺利地引导熔融塑料充满型腔，不产生涡流，能顺利地引导熔融塑料充满型腔，不产生涡流，又有利于型腔内气体的排除。又有利于型腔内气体的排除。在保证成形和排气良好的前提下，选取短流程，在保证成形和排气良好的前提下，选取短流程，少弯折，以减小压力损失，缩短填充时间。少弯折，以减小压力损失，缩短填充时间。尽量避免熔融塑料正面冲击直径较小的型芯和金尽量避免熔融塑料正面冲击直径较小的型芯和金属嵌件，防止型芯位移或变形。属嵌件，防止型芯位移或变形。凝料容易清除，整修方便，无损制品的外观和使凝料容易清除，整修方便，无损制品的外观和使用。用。浇注系统流程较长或需开设两个以上浇口