第五章 模具结构设计
5.1 成型零件工作尺寸计算
5.1.1影响成型零件尺寸的因素
① 成形收缩率
?S?SMIN×100% （5-1） S=MAX2式中：S—塑件的平均收缩率
sMAX—塑件的最大收缩率
?s?MIN—塑件的最小收缩率
本塑件的材料为ABS，收缩率范围为0.4%～0.7%，所以： S=0.5%
② 模具成型零件的制造公差
模具成型零件的制造公差直接影响塑件的尺寸公差，成型零件的精度高，则塑件的精度也高。模具设计时，根据实践证明，成型零件的制造公差?z可选为塑件公差?的1/3～1/4，塑件材料ABS的标注公差尺寸公差等级一般精度为MT4，未注公差尺寸公差等级为MT5。表面精度Ra0.8～0.4?m.
③ 模具成型零件的磨损
模具使用过程中由于塑料熔体、塑件对模具的作用，成型过程中可能产生的腐蚀气体的锈蚀以及模具维护时重新打磨抛光等，均有可能使成型零件发生磨损。一般来说，对于中小塑件最大磨损量?c可取塑件公差的1/6，本塑件因为精度要求不高，所以模具成型零件的磨损这里可以忽略不计。 5.1.2成型零件工作尺寸的计算
这里采用的计算方法为常用的按平均收缩率、平均磨损量和平均制造公差为基准的计算方法。由于模具成型零件的磨损已忽略不计了，所以型腔和型芯径向尺寸的计算与型腔深度和型芯高度的计算一样。
1.型腔和型芯工作尺寸的计算 （LM）0
0+δz
=[（1+S）Ls-x△] 0+δz （5-2）
?? （lM）-δz=[（1+S）ls-x△]0-δz （5-3） 式中：LM、lM-型腔、型芯的工作尺寸，mm；
S－塑件的平均收缩率；
?LS、ls-塑件的尺寸；
?－塑件的尺寸公差，mm；
x-修正系数 当塑件尺寸较大、精度级别较低时，x=0.5。 当塑件尺寸较小、精度级别较高时，x=0.75。
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对于本模具，S＝0.5%,因为精度级别较低，所以x取0.5，?取MT5级（按国家标准GB/T14486-93查表可得），?Z取?/3。
根据公式（5-2），得出型腔尺寸计算如下： LS1=?28 (?1=0.35) LM1＝?28.3710+0.117mm LS2=32 (?2=0.31) LM2＝32.3070+0.103mm LS3=?16 (?3=0.27) LM3＝?16.1590+0.09mm LS4=57 (?4=0.47) LM4＝57.4630+0.163mm LS5=?20 (?5=0.35) LM5＝?20.3290+0.117mm 根据公式（5-3），得出型芯尺寸如下：
ls1=?12.5 (?1=0.23) lM1=?12.867-0.077mm ls2=?10 (?2=0.19) lM2=10.325-0.063mm
0
0
?ls3=?20 (?3=0.35) 错误！未找到引用源。=?20.721-0.117mm
0
2.螺纹型环与螺纹型芯工作尺寸的计算 （1）螺纹型环的工作尺寸 ①：螺纹型环大径 （Dm大）0 ②：螺纹型环中径 （Dm中）0 ③：螺纹型环小径 （Dm小）0
+δz+δz+δz
=[（1+S）Ds大-△中] 0+δz (5-4) =[（1+S）Ds中-△中] 0+δz (5-5) =[（1+S）Ds小-△中] 0+δz (5-6)
???上面各式中 Dm大—螺纹型环大径基本尺寸；
m中 m小 s大 s中 s小
D—螺纹型环中径基本尺寸； D—螺纹型环小径基本尺寸； D—塑件外螺纹大径基本尺寸； D—塑件外螺纹中径基本尺寸； D—塑件外螺纹小径基本尺寸；
S—塑料平均收缩率；
? △中—塑件螺纹中径公差，参照金属螺纹公差标准中精度最低者选用，其值可查表GB/T 197—1981；
δz—螺纹型环中径制造公差，其值取△中/5。
对于塑件外螺纹G1/2\×20,需螺纹型环使之成型，螺距P=1mm，外螺纹大径d=20mm,中径d2=19.350mm，小径d1=18.917mm。
根据公式（5-4）、（5-5）、（5-6），得出螺纹型环工作尺寸：
（Dm大）0+δz=20.0580+0.047mm （Dm中）0+δz=19.3940+0.047mm
（Dm小）0+δz=18.9250+0.047mm （2）螺纹型芯的工作尺寸 ①：螺纹型芯大径
（dm大）-δz=[（1+S）ds大-△中]0-δz (5-7) ②：螺纹型芯中径
（dm中）-δz=[（1+S）ds中-△中]0-δz (5-8) ③：螺纹型芯小径
（dm小）-δz=[（1+S）ds小-△中]0-δz (5-9) 上面各式中 dm大—螺纹型芯大径基本尺寸；
m中 m小 s大 s中 s小
000
???d—螺纹型芯中径基本尺寸； d—螺纹型芯小径基本尺寸； d—塑件内螺纹大径基本尺寸； d—塑件内螺纹中径基本尺寸； d—塑件内螺纹小径基本尺寸；
S—塑料平均收缩率；
? △中—塑件螺纹中径公差，参照金属螺纹公差标准中精度最低者选用，其值可查表GB/T 197—1981；
δz—螺纹型芯中径制造公差，其值取△中/5。
对于塑件内螺纹M20,需螺纹型芯使之成型，螺距P=2.5mm，内螺纹大径D=20mm,中径D2=18.376mm，小径D1=17.294mm。
根据公式（5-7）、（5-8）、（5-9），得出螺纹型芯工作尺寸：
（dm大）0-δz=20.7550-0.067mm （dm中）0-δz=19.0970-0.067mm （dm小）0-δz=17.9920-0.067mm
由于螺纹牙较小，螺纹配合的长度也较小，所以不考虑螺距的收缩率。
至此，成型零件的工作尺寸计算完毕，具体的零件结构图，参看型腔和型芯的零件图，在此不做赘述。
5.2 模板设计
在塑料注射模的注射过程中，型腔从合模到注射保压过程中将受到高压的冲击力，因此模具型腔应有足够的强度和刚度。总的说来，型腔所承受的力大体有如下几种：
合模时的压应力；
注射过程中塑料流动的注射压力； 浇口封闭前一瞬间的保压压力； 开模时的拉应力。
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但型腔所承受的力主要是注射压力和保压压力，并在注射过程中总在变化。在这些压力作用下，当型腔刚度不足时，往往会产生弹性变形，导致型腔向外膨胀，它将直接影响塑件的质量和尺寸精度，并产生溢料飞边。当塑料冷却收缩时，随着压力下降，型腔将会弹性回复，当型腔的弹性变形恢复量大于塑件壁厚的收缩量时，将压紧塑件，引起塑件顶出困难，甚至使塑件留在型腔中。如果型腔强度不足时，会产生塑性变形，即引起型腔的永久变形，特别严重的会使型腔破裂，酿成事故。所以在模具设计时要首先考虑型腔的壁厚和底板厚度都有足够的强度和刚度，以保证型腔在注射过程中不产生超过规定限度的弹性变形。因此型腔壁厚和底板厚度的计算和选择是十分重要的。
根据定模板上的最大成型尺寸，采用经验估计法估算出定模板的壁厚尺寸约为30mm。根据塑件的各部尺寸计算，可以初步确定模具周边尺寸为186mm×213mm。
5.4机构设计
为了保证模具正确合模，塑件顺利脱模，注射模中还包含有合模导向机构、推出机构等。
5.4.1.合模导向机构的设计
导向合模机构对于塑料模具是必不可少的部分，因为模具在闭合时要求有一定的方向和位置，所以必须设有导向机构，导柱安装在动模一边或定模一边均可，通常导柱设在主型腔周围。
合模导向机构主要有导柱导向和锥面定位导向两种形式。通常采用导柱导向定位机构。合模导向机构的主要作用是：保证动定模或上下模位置准确，引导型芯进入型腔，工作时承受一定的侧向力，另外在模具装配时可起到定位作用。本模具采用导柱导套导向机构。
导柱导套导向机构设计时应将头部设计成球形或者锥形，能使导柱顺利进入导向孔 ,导柱长度必须高出凹模端面10~12mm,以免凸模先进入型腔与其相撞而损坏模具；导柱、导套与固定板之间，一般采用H7/k6配合，导向部分常采用H7/f7配合。其各部尺寸参照选定的标准模架而定。 导柱、导套零件如下：
图5-1 导柱
装后磨平图5-2 导套
5.4.2.推出机构的设计
注塑模必须设有准确可靠的脱模机构，以便在每一循环中将塑件从型芯上自动地脱出模外，脱出塑件的机构称为脱模机构或推出机构。在设置推出机构时，首先需要确定当模具开启后制品的留模形式，是留在动模部分还是留在定模部分，由于顶出系统必须建立在制品所滞留的模具部分中，而且，注塑机的顶出机构是设置在动模板的一侧，因此大多数模具的推出机构是安装在动模中的。为了提高生产效率，缩短成型周期和实现自动化，不仅制品需要顺利的脱模，而且浇道中的塑料也必须有其特定的脱模方式。由于塑料制品的尺寸、形状各不相同，差距甚大，因而每副模具的顶出系统的结构也是各不相同的，但是对所有注塑模具顶出系统的要求均是相同的。
推出机构总的设计原则是：
（1）：尽量设法使塑件留于动模。模具结构设计应尽量设法使塑件在开模的过程中留在
装后磨平