成型零件结构设计优化指南

成型零件的结构设计，当然是以成型符合质量要求的塑料制品为前提，但必须考虑金属零件的加工性及模具制造成本。成型零件成本高于模架的价格，随着型腔的复杂程度、精度等级和寿命要求的提高而增加。

图9-1 整体式凹模

1.凹模结构设计

凹模是成型注塑件外表面的成型零件。凹模的基本结构可分为整体式、整体嵌入式和组合式。采用镶拼结构的凹模，对于改善模具加工工艺性有明显好处。

（1）整体式凹模 它在成型模具的凹模板上加工型腔，如图9-1所示。很显然，它有较高的强度和刚度，但加工较困难，需用电火花、立式铣床加工，仅适合于形状简单的中小型注塑件。

（2）整体嵌入式凹模 它适用于小型、塑件的多型腔模。将多个一致性好的整体凹模，嵌入到凹模固定板中。嵌入的凹模，可用低碳钢或低碳合金钢，用一个冲模冷挤成多个，再渗碳淬火后抛光。也可用电铸法成型凹模型腔。即使以一般机加工方法加工各凹模，由于容易测量，也能保证一致性。整体嵌入式凹模结构能节约优质模具钢，嵌入模板后有足够强度与刚度，使用可靠且置换方便。

整体嵌入式凹模装在固定模板中，要防止嵌入件松动和旋转，要有防松吊紧螺钉和防转销钉，如图9-2a和图9-2b所示。带肩的嵌入凹模能有效防止脱出固定板，但需底板压固，如图9-2b和图9-2c所示。采用过渡紧配合甚至过盈配合，可使嵌入件固定牢靠。

（3）组合式凹模 通孔凹模在加工切削、线切割、磨削、抛光及热处理加工时较为方便。无底型腔加工后装上底板，构成凹模整体型腔，称之为组合式凹模。它是一种大面积的镶嵌。其底板面积或大于凹模型腔底面，或者就是凹模板，如图9-3所示。

图9-2 整体嵌入式凹模

a）整体嵌入，吊紧螺钉防转 b）带肩嵌入，销钉防转 c）带肩嵌入，底板压固

图9-3 组合式凹模

a）大面积凹模板联接 b）凹模板联接 c）底板肩压凹模

图9-4 局部镶拼的凹模

a）镶拼条成型侧槽 b）底面局部镶拼

图9-5 侧壁镶拼的凹模

a）中小型模具侧壁镶拼 b）大型模具四壁用拼块套箍

组合式凹模的强度和刚度较差。在高压熔体作用下组合底板变形时，熔体趁机侵入连接面，在注塑件上生成飞边，造成脱模困难并损伤棱边。图9-3b和图9-3c，这两种组合结构，制造成本虽高些，但配合面密闭可靠，能防止熔体侵入。

（4）镶拼式凹模 各种结构的凹模，都可用镶件或拼块组成凹模的局部型腔。图9-4为局部镶拼的凹模。镶件可嵌拼在四壁，也可镶嵌在底部。也有凹模型腔全部。由许多镶件拼合的全拼块式的结构，仅用于中小型精密的注射模。也有型腔四壁用拼块套箍在模板中的结构，如图9-5b所示，尤适用于大型模具，但要注意拼缝位置的选择。

1）在凹模的结构设计中，采用镶拼结构有如下好处：

①简化凹模型腔加工，将复杂的凹模内形体的加工变成镶件的外形加工，降低了凹模整体的加工难度。

②镶件用高碳钢或高碳合金钢淬火，淬火后变形较小，可用专用磨床研磨复杂形状和曲面。凹模中使用镶件的局部型腔有较高精度，经久的耐磨性并可置换。

③可节约优质模具钢，尤其对于大型模具更是如此。

④有利于排气系统和冷却系统通道的设计和加工。

2）尽管如此，在结构设计中应注意以下几点：

①凹模的强度和刚度因此有所削弱，故模框板应有足够的强度和刚度。

②镶件之间及其与模框之间尽量采用凹凸槽相互扣锁，以减小整体凹模在高压下的变形和镶件的位移。镶件必须准确定位，并有可靠紧固。

③镶拼接缝必须配合紧密。转角和曲面处不能设置拼缝。拼缝线方向应与脱模方向一致。

④镶拼件的结构应有利于加工、装配和调换。镶拼件的形状和尺寸精度应有利于凹模总体精度，并确保动模和定模的对中性，还应有避免误差累积的措施。

2.凸模和型芯结构设计

凸模和型芯都是用来成型塑料制品的内表面的成型零件。凸模也称主型芯，用来成型注塑件整体的内部形状。小型芯也称成型杆，用来成型注塑件的局部孔或槽。

图9-6 组合式凸模结构

a）轴肩压固 b）局部嵌入，螺钉拉紧

（1）组合式凸模结构 图9-6所示为常用的组合式凸模结构。该结构节省了优质模具钢，便于机加工和热处理，也便于动模与定模对准。图9-6a为轴肩压固，牢固可靠。图9-6b为局部嵌入，用螺钉拉紧，尤其适用于大型注射模凸模结构，有利于凸模冷却和排气。(www.xing528.com)

（2）圆柱型芯结构 最常见的圆柱型芯结构，如图9-7a所示。它采用轴肩与垫板固定。定位配合部分长度为3～5mm，用小间隙或过渡配合。非配合长度上扩孔后，有利于排气。有多个小型芯时，则以图9-7b或图9-7c所示结构实施。型芯轴肩的高度在嵌入后都必须高出模板装配平面，经研磨成同一平面后再与垫板连接。这种从模板背面压入型芯的方法，称之为反嵌法。

若模板较厚时，可采用图9-8a和图9-8b的结构。倘若模板较薄，则用图9-8c的结构。对于成型3mm以下的不通孔的圆柱小型芯可采用正嵌法，将型芯从型腔表面压入。结构与配合要求如图9-9所示，须注意此方法的可靠性。

图9-7 圆柱型芯的常用结构

a）型芯轴肩与垫板固定 b）削肩反嵌型芯 c）反嵌型芯组

图9-8 反嵌型芯结构

a）厚模板，垫高型芯 b）厚模板，螺钉紧定 c）薄模板，轴肩固定

图9-9 小型芯正嵌法结构

a）外圆紧固 b）台阶紧固 c）正反反铆

（3）异形型芯结构 非圆的异形型芯大都采用反嵌法，如图9-10a所示。在型腔板上加工出相配合的异形孔。但支承和轴肩部分均为圆柱体，以便于加工与装配。对径向尺寸较小的异形型芯可用正嵌法的结构，见图9-10b。实际应用中，反嵌法结构的工作性能比正嵌法可靠。

图9-10 异形型芯的结构

a）反嵌型芯，圆柱轴肩压固 b）正嵌型芯，螺纹紧固

图9-11 镶拼型芯的结构

a）镶拼圆型芯 b）镶拼片条

（4）镶拼型芯结构 形状复杂、精度高又有耐磨要求的型芯，用图9-11的镶拼结构，可大大改善加工和热处理的工艺性。

3.螺纹成型零件结构设计

螺纹成型零件包括螺纹型芯和型环。前者用于成型注塑件上的内螺纹或安装有内螺纹的嵌件；后者用于成型注塑件上的外螺纹。在成型后，在模外将螺纹成型零件从注塑件上旋出。

（1）螺纹型芯 螺纹型芯结构设计时，首先要考虑螺纹型芯在模具内的定位和固定。

1）用于下模的螺纹型芯。在立式注射机的下模，安装螺纹型芯最为方便。图9-12是利用型芯重力安放在下模中的简易结构。图9-12a用于成型注塑件上螺纹孔，利用型芯端面定位；图9-12b用于安放有内螺纹的金属嵌件。用嵌件端面作轴向方向定位。生产中也有将不通孔螺纹嵌件直接套在型芯杆上，如图9-12c所示。

在高压熔体作用下，特别在塑料熔体黏度较低时，为防止熔体的挤入，可利用锥面或圆柱面的配合起密封作用，同时也起到了型芯的轴向定位作用，如图9-13所示。

图9-12 用于下模的简易螺纹型芯

a）成型螺纹孔 b）成型有内螺纹的嵌件 c）螺纹不通孔定位的嵌件

图9-13 用于防止熔体挤入的螺纹型芯

a）锥面密封 b）圆肩密封

图9-14 弹性联接的螺纹型芯

a）豁口柄 b）轴向弹簧钢丝 c）周向弹簧钢丝 d）弹簧压钢珠 e）弹性夹头

2）弹性联接的螺纹型芯。在卧式注射机的模具上，或在立式注射机的上模上，必须采用弹性联接卡紧型芯，又能快装快卸。图9-14a，采用豁口柄弹性连接于定位孔内，适用于8mm以下的螺纹型芯。图9-14b和图9-14c适用于M3～M12螺纹杆；图9-14b中，利用弹簧钢丝压入孔中所储存的弹性力卡滞型芯；图9-14c中，型芯杆的圆周槽中嵌入0.5mm钢丝，利用C形钢丝的张开力卡在定位孔中。图9-14d和图9-14e适用于更大直径的螺纹型芯。前者用压缩弹簧将钢珠弹压到沟槽内，夹固了型芯杆；后者为弹簧夹头联接的螺纹型芯，使用可靠，但制造复杂。

（2）螺纹型环 螺纹型环以小间隙配合装入模板的孔中。配合长度一般不超过5mm，其余部分为3°～5°锥面，便于快装，也便于与注塑件从模具孔中一起脱出。图9-15a为整体型环，环外有扳手平面，可将螺纹型环从注塑件上旋出。图9-15b为剖分式型环，可用楔形槽使其撬开。此螺纹注塑件上会有飞边痕，复位时有两个小导销定位。

图9-15 螺纹型环结构

a）整体型环 b）剖分式型环