小型精密薄壁塑件注射模设计方法探讨

5 型腔侧壁和支承板的厚度问题

型腔侧壁厚度及支承板厚度的确定，对于此类模具应进行合理的计算来确定具体的数值，避免因模具设计人员的经验失误造成模具体积过于庞大而浪费材料，增加相关设备的使用成本。或者使得模具的刚度、强度不足造成成型零件失效和涨模，使塑件产生飞边，影响塑件的外观和质量。修模也会造成制模周期的延长，材料的浪费（当支承板刚度不足时，据材料力学的原理需要加垫一块很厚的支承板才能满足刚度要求，或将原先的支承板换成一块更厚的板）。

对于型腔镶件的侧壁厚度，可以依据强度准则计算。对于本例可以利用下面公式

（2）式中 ——侧壁厚度，mm

——型腔内塑料熔体的压力，MPa

——型腔内径，mm

[σ]——材料的许用应力，MPa

对于此类多型腔模具支承板的厚度计算，目前还没有公认的成熟可靠的方法。故对于此例采用一种保守而简便的算法，来保证强度和刚度的要求。具体为：将排布于各处的小型腔简化为一个受均布载荷的大型腔，再进一步将其简化为一个简支梁结构处理。另外，薄壁件的成型常采用高压高速注射方法使胶体迅速充满型腔，这对模具的强度和刚度提出了更高的要求，由此可见采用这种保守的算法是合理的。

对于此类模具若支承板刚度不足，不但会涨模产生飞边而且会严重影响塑件的精度。





故先应对其进行刚度计算，对于此例根据简化的模型应用公式3，其计算示意图见图4所示。





（3）式中 [δ]——支承板的许用变形量。对于一般塑料模以选择不溢料的极限值为准，而对于此类模具应以精度等级的高低为依据选择[δ]值

E——材料弹性模量

保证塑件尺寸精度的[δ]值见表2所示。

表2 保证塑件尺寸精度的[δ]值 （mm）

塑件尺寸
经验公式[δ]

＜10
△ /3

＞10～50
△ / [3(1+△ )]

＞50～200
△ /[5(1+△ )]

＞200～500
△ /[10(1+△ )]

＞500～1000
△ /[15(1+△ )]

＞1000～2000
△ /[20(1+△ )]


备注：i 为塑件的精度等级,按GB/T14486-93,△为塑件的公差。

然后对其进行强度计算。对于本例公式为：

（4）最后根据以上两公式的计算结果选择大值作为支承板的厚度值。

6 定位问题

在小型精密薄壁塑件成型模具的设计中定位不利将直接影响塑件的壁厚均匀性，故在设计中应充分重视。

在普通塑料模具的设计中，可以选择普通导柱进行非对称的排布或者采用排布不同直径的导柱来解决定位问题，但普通导柱有较大的间隙，故对于此类模具不能满足定位要求。对此解决办法为：①采用锥形导柱导套代替普通导柱导套；②采用无间隙滚珠导柱导套代替普通导柱导套；③采用简易卧销精定位机构（最好采用非对称的排布形式，）；④采用锥形定位件进行二次精定位；⑤采用矩形锥面定位机构；⑥型芯与型腔间采用锥面或斜面配合的精定位机构。




对于以上措施可以根据具体情况灵活选用，必要时可以选择多个机构联合使用。本例采用圆锥导柱导套作为精定位的机构。

7 冷却问题

在注塑过程中，模具冷却速度不均匀将会引起塑件收缩不均匀，这种收缩差异会使塑件产生弯曲应力而引起翘曲变形，故在冷却过程中应保证型芯、型腔各处冷却速度一致，使塑件各处冷却均衡从而有效防止塑件的变形。所以冷却管路的排布在保证模具温度的情况下，应使冷却孔的间距尽量小，以保证型腔壁温度的一致。另外，冷却管路不能太长，否则会使得各处水温明显不一致，造成冷却速度的不均衡。对于排布多条冷却水路的冷却系统，可以采用一条冷却管路的出口处位于另一条管路入口附近的形式，以保证模具均衡的温度。

另外，对于冷却水的流动形式可以考虑使用喷泉式，实践证明此种形式冷却效果较好。

8 脱模问题

若脱模方式不当会使塑件产生残余内应力，导致塑件变形，或者使得塑件在顶出过程中被直接顶破。对于此类模具的设计为防止变形，避免顶破应采用脱模可靠，不易形成残余应力的顶出方式。如：推件板，或推件板、推杆联合式及压缩空气脱模的方式等。若只能采用推杆的，应尽量加大推杆顶出部分的截面积，以分散顶出力，且顶出部分应选择在脱模阻力最大处，同时应力求顶出系统布局均衡，避免因顶出力不平衡而导致的塑件变形。

9 模具材料及工艺问题

为减少模具材料的变形，保证塑件精度，应尽量选择变形小的材料和工艺方法。如：采用真空热处理工艺、渗氮工艺，必要时还可以考虑采用物理、化学气相沉积的方法。

选材方面：应尽量选择易切削、预硬的微变形模具钢。如：PMS P20 SKD61 FDAC等材料。

10 结构方面的问题

在大批量生产时应使模具结构适应自动化生产的要求，减轻工人的劳动强度，并且是模具动作协调可靠。如本例采用两次推出机构，先推出流道凝料，再推出塑件，这样不但动作协调，可靠，而且无需借助人力去除浇口、分离塑件，减轻了工人的劳动强度，提高了生产率。另外，本例还使用了尼龙开模器，提高了整个开模动作的可靠性。

11 结束语

本文从工程应用的角度并结合一例，系统探讨了小型精密（薄壁）塑件成型模具设计中的关键问题，相信对此类模具的设计制造有一定的参考价值，对完善此类模具的设计方法有积极的作用。同时也呼吁更多的模具界同仁积极投身到此类模具设计方法的研究当中，促进此类模具设计方法的不断完善。