3 模具设计
3.1 成型零部件设计
模具闭合时用来填充塑料成型制品的空间称为型腔。构成模具型腔的零部件称成型零部件。一般包括凹模、凸模 、型芯 、型环和镶件等。成型零部件直接与塑料接触 ，成型塑件的某些部分，承受着塑料熔体压力，决定着塑件形状与精度，因此成型零部件的设计是注射模具设计的重要部分。
3.1.1 分型面的设计
为了塑件的脱模和安放嵌件的需要，模具型腔由两部分或更多部分组成，这些可分离部分的接触表面即称为分型面。一副塑料模具根据需要可能有一个或两个以上分型面。分型面可能是垂直于合模方向或倾斜于合模方向，也可能是平行于合模方向。所谓合模方向通常是指上模与下模、动模与定模闭合的方向。
分型面的形状有平面分型面、斜面分型面、阶梯面分型面、曲面分型面、瓣合分型面和双分型面，如图3-1所示。分型面应尽量选择平面的，但是为了适应塑件成型的需要与便于塑件脱模，也可以采用后三种分型面。后三种分型面虽然加工较麻烦，但型腔加工却比较容易。
分型面的选择原则：①有利于脱模；②有利于保证塑件质量；③有利于简化模具结构；④有利于模具成型零件的加工；⑤应选在塑件外形最大轮廓处；⑥有利于排气。
下面是空心球柄的分型面选择图，分型面选择图示位置主要是为了利于脱模，保证外表面的质量，能简化模具结构。考虑到塑件体积不大，利用分型面以及其他间隙可保证排气的实现。
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图3-1 空心球柄分型面选择
3.1.2 型腔总体布局
多型腔在模具上通常采用圆形排列、H形排列、直线形排列以及复合排列等，在设计时应注意如下几点：①尽可能采用平衡式排列，②型腔布置和浇口开设部位应力求对称，以便防止模具承受偏载而产生溢料现象，③尽量使型腔排列得紧凑一些，以便减小模具的外形尺寸,④型腔的圆形排列所占的模板尺寸大，虽有利于浇注系统的平衡，但加工较麻烦，除圆形制品和一些高精度制品外，在一般情况下常用直线排列和 H形排列，从平衡的角度来看应尽量选择H形排列。
因此采用一模六腔，且塑件形状不规则，不易加工，于是采用H形布局。具体形腔布局如图：
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图3-2 空心球柄型腔布局
3.1.3 成型零部件的设计
成型零件是与塑料直接接触、构成型腔的零件，包括凹模、凸模。型腔是指合模时用来填充塑料、成型塑件的空间。凹模是成型塑件外表面的零件。
(1) 凹模结构设计
凹模的结构随着塑件形状、成型需求、模具加工装配等工艺要求而变化，有以下几种形式。
①整体式凹模，凹模由整块材料构成。
整体式凹模的结构特点是牢固、不易变形、塑件质量好。它的适用范围是形状简单或形状复杂但凹模可用电火花和数控加工的中小型塑件。
②整体嵌入式凹模，凹模由整块金属材料加工成并镶入模套中。
其结构特点是型腔尺寸小，凹模镶件外形多为旋转体，更换方便。它的适用范围是塑件尺寸较小的多型腔模具。
③局部镶嵌式凹模，将凹模中易磨损的部位或做成镶件嵌入模体中。其结构特点：易磨损镶件部分易加工易更换。
④大面积镶拼凹模，凹模由许多拼块镶制组合而成。组合目的是满足大型塑件凸凹形状的需求，便于机加、维修、抛光、研磨、热处理以及节约贵重模具钢材，
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其适用范围是广泛应用于大型塑件上。
⑤底部相拼结构，凹模做成通孔形式再镶上底部。其结构特点是强度刚度差，底部易造成飞边（注意结构设计，防止飞边产生）。它的适用范围是形状复杂或较大的型腔。
由于塑件形状不规则，必然导致凸模板和凹模板加工的困难。如果采用完全整体式，其中加工难度最大的就是空心球柄部分，为降低加工成本和难度，这两部分采用局部嵌件。
(2) 凸模的结构设计
型芯（凸模）又叫阳模，成型塑件的内表面。型芯是成型塑件中较大的主要内型的成型零件。成型杆是成型塑件上较小孔的成型零件。
凸模的分类：
①整体式凸模，整个型芯和模板为一个整体。其适用范围：形状简单的型芯。 ②组合式凸模，型芯采用拼块组合。其适用范围：塑件内型较复杂的情况。它的优缺点是节约贵重金属，减少加工量，但拼接处必须牢靠严密。
③小型芯（成型杆），成型杆的形状有圆形、矩形、锥形等等，成型杆的形式和装配固定方法直接影响着塑件的内型及精度。
考虑到一模六腔，塑件比较复杂，而为方便改模，我把模具设计成组合式型心，表面上延长加工时间，但是模具寿命得到了保证。
3.1.4 成型零部件的计算
(1) 成型零件的工作尺寸是指凹模和凸模直接构成塑件的尺寸。影响工作尺寸的因素有以下几个方面：
①塑件收缩率的影响
由于塑件热胀冷缩的原因，成型冷却后的塑件尺寸小于模具型腔的尺寸。 ②凸、凹模工作尺寸的制造公差
它直接影响塑件的尺寸公差，通常凸、凹模的制造公差取塑件公差的1/3～1/6，表面粗糙度Ra取值为0.8～0.4 μm。
③凸凹模使用过程中的磨损量及其他因素
生产过程中的磨损以及修复会使得凸模尺寸减小，凹模尺寸增大。
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(2) 凹模的工作尺寸计算
凹模是成型塑件外形的模具零件，其工作尺寸属于包容尺寸，在使用过程中凹模的磨损会使包容尺寸增大。所以，为了使得模具的磨损留有修模的余地以及装配的需要，在设计尺寸时，包容尺寸尽量取下限，尺寸偏差取上偏差。
凹模的径向尺寸计算：
La?[Ls(1?k)?(3/4)?]?? （3-1）
式中，Ls——塑件的外形尺寸； k——塑料的平均收缩率； ?——塑件的尺寸公差；
?——模具制造公差，取塑件相应尺寸公差的1/3～1/6。
凹模的深度尺寸公式：
Ha?[Hs(1?k)?(2/3)?]?? （3-2） 式中，Hs——塑件高度方向的公称尺寸。 (3) 凸模的工作尺寸计算
凸模是成型塑件内形的，其工作尺寸属被包容尺寸，在使用过程中凸模的磨损会使被包容尺寸逐渐地减小。所以，为了使得模具的磨损留有修模的余地以及装配的需要，在设计模具时，被包容尺寸尽量取上限尺寸，尺寸公差取下偏差。
凸模的径向尺寸计算： lt??ls(1?k)?(3/4)???? （3-3）
式中，ls——塑件内形径向公称尺寸
凸模的高度尺寸计算尺寸：
??ht??hs(1?k)?(2/3)?? （3-4） 式中，hs——塑件深度方向的公称尺寸。 (4) 模具中的位置尺寸计算
计算公式为：
C?Cs(1?k)??/2 （3-5） 式中，C——模具的位置尺寸；
Cs——塑件位置尺寸。
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