第4章 模具零件设计
4.1 模具成型零件尺寸计算
成型零部件工作尺寸是指成型零部件上直接决定塑件形状的有关尺寸，主要有型腔和型芯的径向尺寸，型腔的深度尺寸和型芯的高度尺寸，型芯和型芯之间的位置尺寸，以及中心距尺寸等。
在模具设计时要根据塑件的尺寸及精度等级确定成型零部件的工作尺寸及精度等级。影响塑件尺寸精度的主要因素有塑件的收缩率，模具成型零部件的制造误差，模具成型零部件的磨损及模具安装配合方面的误差。这些影响因素也是作为确定成型零部件工作尺寸的依据。
由于按平均收缩率、平均制造公差和平均磨损量计算型芯型腔的尺寸有一定的误差（因为模具制造公差和模具成型零部件在使用中的最大磨损量大多凭经验决定），这里就只考虑塑料的收缩率计算模具盛开零部件的工作尺寸。
塑件经成型后所获得的制品从热模具中取出后，因冷却及其它原因会引起尺寸减小或体积缩小，收缩性是每种塑料都具有的固有特性之一，选定PP材料的平均收缩率为1.8%，刚计算模具成型零部件工作尺寸的公式为：
A?B?0.018B
式中 A — 模具成型零部件在常温下的尺寸 B — 塑件在常温下实际尺寸
成型零部件工作尺寸的公差值可取塑件公差的1/3～1/4，或取IT7～8级作为模具制造公差。在此取IT8级，型芯工作尺寸公差取IT7级。模具型腔的小尺寸为基本尺寸，偏差为正值；模具型芯的最大尺寸为基本尺寸，偏差为负值，中心距偏差为双向对称分布。各成型零部件工作尺寸的具体数值见图纸。
1. 成形收缩率：在实际工作中，成形收缩率的波动很大，从而引起塑件尺寸的误差很大，塑件尺寸的变化值为
?s=(Smax-Smin)Ls
式中：?s为塑件收缩波动而引起的塑件尺寸误差（mm）；
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Smax为塑料的最大收缩率（%）； Smin为塑料的最小收缩率（%）； Ls为塑件尺寸（mm）。
一般情况下，由收缩率波动而引起的塑件尺寸误差要求控制在塑件尺寸公差的1/3以内。
2. 模具成形零件的制造误差：实践证明，如果模具的成形零件的制造误差在IT7～IT8级之间，成形零件的制造公差占塑件尺寸公差的1/3。
3. 零件的磨损：模具在使用过程中，由于种种原因会对型腔和型芯造成磨损，对于中小型塑件，模具的成形零件最大磨损应取塑件公差的1/6，而大型零件，应在1/6之下。
4. 模具的配合间隙的误差：模具的成形零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不应该影响成形零件的尺寸精度和位置精度。
综上所述，在模具型腔与型芯的设计中，应综合考虑各种影响成形零件尺寸的因素，在设计时进行有效的补偿。由于影响因素很不稳定，补偿值应在试模后进行逐步修订。
通常凹模、凸模组成的模腔工作尺寸简化后的计算方法有平均收缩率法和公差带法两种。其中平均收缩率法以平均概念进行计算，从收缩率的定义出发，按塑件收缩率、成形零件制造公差、磨损量都为平均值的计算，公式如以下：
1. 凹模的內形尺寸：
L凹?[L塑（1?k）—（3/4)?]??/3
式中：L凹为型腔內形尺寸(mm)；
L塑为塑件外径基本尺寸(mm),即塑件的实际外形尺寸；
K为塑料平均收缩率(%)，此处取
0.6%；
Δs为塑件公差，查表知PS塑件精度等级取5级；塑件基本尺寸在14~18mm公差取0.38mm；在18~24mm范围内取0.44mm，在30~40mm范围内取0.56mm塑件基本尺寸在40~50范围内其公差取0.64mm。
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所以型腔尺寸如下：
L2?[86?（1?0.006）—（3/4)?0.56]?0.56/3?87.370?0.19
型腔深度的尺寸计算：
h凹?[h塑（1?k）—（2/3)?]??/3
式中：h凹凸模/型芯高度尺寸(mm)；
h塑为塑件內形深度基本尺寸(mm),即塑件的实际內形深度尺寸；
Δs 、K 含义如（1）式中。
H1?[11?（1?0.006）—（2/3)?0.38]?0.38/3?11.180?0.13
2. 凸模的外形尺寸计算：
L凹?[L塑（1?k）?（3/4)?]—?/3
式中：L凹凸模/型芯外形尺寸(mm)；
L塑为塑件內形基本尺寸(mm),即塑件的实际內形尺寸；
Δs 、k含义如（1）式中。 所以型芯的尺寸如下：
L1?[86?（1?0.006）?（3/4)?0.56]—0.56/3?87.370?0.19
型芯的深度尺寸计算：
h凹?[h塑（1?k）?（2/3)?]—?/3
式中：h凹为凸模/型芯高度尺寸(mm)；
h塑为塑件內形深度基本尺寸(mm),即塑件的实际內形深度尺寸； Δs 、k含义如（1）式中。三个型芯的高度分别为：
H1?[9?（1?0.006）?（2/3)?0.32]—0.32/3?9.140?0.11
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4.2模具强度与刚度校核
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。
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，实际选用尺寸应大于计算尺寸并取整。校核时应从强度与弯曲两个方面分别计算，选取较大的尺寸。 4.3脱模力的计算 脱模力的产生范围：
①（脱模）塑件在模具中冷却定型时，由于体积收缩，产生包紧力。 ②不带通孔壳体类塑件，脱模时要克服大气压力 。 ③机构本身运动的磨擦阻力。 ④塑件与模具之间的粘附力。
初始脱模力，开始脱模进的瞬间防要克服的阻力。
相继脱模力，后面防需的脱模力，比初始脱模力小，防止计算脱模力时，一般计算初始脱模力。 脱模力的影响因素：
a． 脱模力与塑件壁厚，型芯长度，垂直于脱模方向塑件的投影面积有关，各项值越大，则脱模力越大。
b． 塑件收缩率，弹性模量E越大，脱模力越大。 c． 塑件与芯子磨擦力俞大，则脱模阻力俞大。
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d． 排除大气压力和塑件对型芯的粘附等因素，则型芯斜角大到，塑件则自动脱落。
4.4浇注系统的设计 4.4.1 主流道的设计
流道是浇注系统中从注射机喷嘴与模具相接触的部分开始，到分流道为止的塑料熔体的流动通道。 （1）、主流道的尺寸
设计中选用的注射机为海天HTF80XB，其喷嘴直径为3.5mm，喷嘴球面半径为16mm，依此主流道各具体尺寸设计如下：
主流道与浇口套
（2）、主流道衬套的形式
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