模具设计教案

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1、橡胶与塑料模具设计教案橡胶模具设计第一节 绪论随着我国橡胶制品工业的发展，橡胶制品的种类日益增多，产量日益扩大，促使着橡胶模具设计与制造由传统的经验设计到理论计算设计。尤其是橡胶生产设备的不断提高与生产工艺的不断改进，橡胶模具越来越多，模具的制造水平与模具复杂程度也越来越高越精致。高效率、自动化、精密、长寿命已经成为橡胶模具发展的趋势。一、 橡胶模具的分类橡胶模具根据模具结构和制品生产工艺的不同分为：压制成型模具、压铸成型模具、注射成型模具、挤出成型模具四大常用模具，以及一些生产特种橡胶制品的特种橡胶模具，如充气模具、浸胶模具等。1 压制成型模具又称为普通压模。它是将混炼过的、经加工成一定形状

2、和称量过的半成品胶料直接放入模具中，而后送入平板硫化机中加压、加热。胶料在加压、加热作用下硫化成型。特点：模具结构简单，通用性强、使用面广、操作方便，故在橡胶模压制品中占有较大比例。2 压铸成型模具又称传递式模具或挤胶法模具。它是将混炼过的、形状简单的、限量一定的胶料或胶块半成品放入压铸模料腔中，通过压铸塞的压力挤压胶料，并使胶料通过浇注系统进入模具型腔中硫化定型。特点：比普通压模复杂，适用于制作普通模压不能压制或勉强压制的薄壁、细长易弯曲的制品，以及形状复杂、难以加料的橡胶制品。采用这种模具生产的制品致密性好、质量优越。3 注射成型模具它是将预加热成塑性状态的胶料经注射模的浇注系统注入模具中

3、定型硫化。特点：结构复杂、适用于大型、厚壁、薄壁、形状复杂的制品。生产效率高、质量稳定、能实现自动化生产。4 挤出成型模具通过机头的成型模具制成各种截面形状的橡胶型材半成品，达到初步造型的目的，而后经过冷却定型输送到硫化罐内进行硫化或用作压模法所需要的预成型半成品胶料。特点：生产效率高、质量稳定、能实现自动化生产。二、 成型设备模压法模具使用平板硫化机。（蒸汽硫化机：一般饱和蒸汽的最高压力可达0.60.8Mpa，硫化温度在158168范围内。电阻丝加热平板、油压平板硫化机）压铸法模具使用压铸机。注射法模具使用注射机。（注射机工作压力一般为100140Mpa，硫化温度为140185，硫化时间为1

4、5分）挤出法模具使用挤出机。 第二节 橡胶压制成型模具一、 压制成型模具的设计原则为了保证制品有正确的几何形状和一定的尺寸精度，在设计模具时应遵循如下原则：1 掌握和了解橡胶制品所选用的橡胶材料（牌号）硬度（邵氏）和收缩率。2 设计的模具结构合理、定位可靠、操作方便、易于清洗和制品修边。3 模具中模腔的数量适当、便于机械加工和使用。4 在保证模具强度和刚度情况下力求模具轻便。5 模具设计符合标准化。二、 压制成型模具的结构1 开放式利用上下模最终吻合时的压力压制制品，多余胶料从分型面益出，制品有水平方向飞边。适用于硬度较低，具有较大流动性的胶料和形状简单的制品。结构形式2 封闭式 模具配合高度

5、，压制过程中胶料不易外溢，能充分。封闭式模具适用于夹布、及其他织物的制品、胶料硬度较高、流动性差的制品。结构形式 3 半封闭式模具一端带有一定深度锥面配合。特点是操作安全、定位可靠、不易拉毛配合面，使用面广。适用于上下带有型腔、制品同轴度要求较高的单腔模具。结构形式4 铰链式（合页式）适用于制品件较小或模具中的镶块暴露在凸模上，操作时容易碰伤的情况。结构形式5 外箍压紧式适用于夹布胶带、平胶带等带夹织物制品。结构形式第一节 模具设计一、 模具设计步骤1 模具结构的选择2 分型面的选择3 型腔尺寸的确定4 镶块及型芯安装方法的确定5 其它尺寸的确定。模具结构的形式直接关系到制品质量、生产效率、模

6、具加工难易、使用寿命等。制品不同，模具结构不同；制品相同，使用的设备不同、加工工艺不同，模具结构也不同。二、 分型面的选择1 分型面：分开模具，取出制品的面。2 分型面选择位置的不同直接影响到胶料的填充、制品质量、模具加工、模具使用、制品修边等。3 分型面设计原则保证制品顺利取出与脱模具体结构见下图。模具的分型面应尽量闭开制品的工作面具体结构见下图。同一类型制品不同分型面的选择同一类型制品的分型面选择必须考虑到制品的取出。制品能否取出决定于制品厚度、断面与内径的大小。具体结构见下图。分型面选择的最大特点分型面的选择在制品的非工作面上，或者在制品的边角、圆弧突出点的面上。突出点在边角或圆弧相交的

7、制品，分型面一般设置在边角或圆弧相交处为宜。如图所示。夹布、夹织物制品的分型面夹布、夹织物制品的分型面的选择，既要考虑胶料与夹布织物的安放与填充，又要考虑胶料与织物的压紧和压实，因此，分型面必须有适当的镶嵌的深度。常用的镶嵌深度H=36mm。如图所示。橡胶制品中各类套管、防尘罩、橡胶轴承分型面的选择上述制品分型面的选择应根据工厂的实际情况考虑，但一定要保证模具导热均匀，制品取出方便。分型面可分为立式、卧式。具体见下图。对于一般细长套管（两头大、中间小，或带有台阶的各类保护套），当立式分型面加料困难，且模具闭合高度超过模具宽度而影响导热时，通常采用卧式分型面的模具结构。如图。对于波浪形的防尘罩，

8、分型面采用卧式两瓣模结构。模芯由多件（56块）镶块组合。如图所示。如果防尘罩台阶较少，其中一端口径较大，制品厚度小于1.5mm，也可采用整体模芯结构。这样模具加工容易，操作方便。也可采用圆片形拼合模芯结构。如图所示。另外，橡胶轴承制品分型选择应根据制品高度确定。当制品高度超过60mm时，模具应采用卧式分型面。如图所示。常用O型圈分型面 的选择，一般按使用要求可分为180和45分型面的结构。如图所示。180分型面一般适用于固定（静态）密封的场合，45分型面一般适用往复直线、旋转运动的动态密封场合（固定密封也可使用）。三、 模具定位模具型腔一般由多块模板组成,要确保制品在型腔中获得准确的形状与位置

9、,必须采用不同的方式的定位,不然难以压制出准确的制品。模具定位的结构方式：1 圆柱面定位结构形式如图所示。特点：通用性强，加工方便，定位可靠。设计要求：（1） 定位配合长度h应大于制品的高度H，否则易压坏模具。（2） 圆柱面定位有单向定位、双向加强定位结构。单向定位：如图。合理结构因为制品在硫化时会钻缝，导致出模时制品边缘拉伤以及钻缝残留飞边，影响制品外观质量。双向定位：适用于长壁管类的制品。特点：双向定位加料方便、并具有良好的定位性能、制品壁厚均匀、型芯不易歪斜等。定位方式有球面定位和圆锥面定位，如图所示。2 圆锥面与斜面定位结构形式：特点：性能可靠，精度高，加工较难，操作方便，斜面配合不易

10、损伤、拉毛，模具使用寿命长。技术要求：（1） 圆锥面、斜面定位采用615，常用10。配合定位高度为610mm。3 导柱、导套定位结构形式：特点：适用于多腔模具。技术要求：（1） 导柱排列方式：三孔丁字形排列（比后者好，因此应用较多）；一大一小对角排列。（2） 导柱直径：6、8、12、16mm；长度：24、28、34、38、44、48mm，比模具闭合后短12mm。也可视模具高度而定。（3） 配合精度：见图：4 镶块与V形挡板定位：适用于压制异形胶管、护套、空芯嵌条等卧式模具，它既解决了模具加工困难，又能拉紧模具。结构形式：特点：能解决加料后型芯的定位问题，从根本上防止上下模或型芯压坏的现象。5

11、螺钉定位形式较多，特点是既可起调节作用，又可起拉紧、定向作用。（1） 螺钉调节高度定位带有金属嵌件活门的杂件制品，由于嵌件尺寸误差不相一致，如嵌件为上偏差，导致压胶时嵌件高度变形；如嵌件为下偏差，导致制品缺胶或出现微孔不致密状态；如增加胶料，则制品飞边增厚。用螺钉调节嵌件高度，可以避免压胶时造成的飞边增厚、变形、缺胶等现象。用螺钉调节嵌件定位高度，操作比较麻烦。压胶前必须先压紧上模，待螺钉高度（压紧嵌件状态）调整后，再卸下压紧螺钉，而后加料、加压硫化。否则嵌件与模具高度H必须作到一致，将比较困难。如图所示。（2） 骑缝螺钉定位 带方形或异形的型芯要求定位时，可用骑缝螺钉或骑缝圆柱销定位，如图所

12、示。（3） 嵌件或型芯螺钉定位此方法适用于制品中带有镶件制品，或用卧式模具成型的制品中型芯用螺钉拉紧定位的情况。如图所示。四、 胶料收缩率的确定（1） 胶料收缩率的定义胶料在压制、加热硫化过程中，胶料内部发生变形和交联，由此产生热膨胀力，硫化胶料在冷却过程中，应力趋于消除。胶料的线性尺寸成比例缩小。因此，在模具设计中，成型部分的尺寸需相应地加大。收缩率比例一般采用百分比表示。（2） 影响胶料收缩率的因素橡胶的热膨涨、制品的结构形式如端面壁厚、有无金属非金属嵌件、制品的含胶率、硫化温度、胶料的致密程度、硫化工艺等。 制品收缩率随所用胶料量的增加而增大。如图所示。 制品收缩率随硫化后的橡胶硬度增加

13、而成马鞍形变化。如图所示。 制品收缩率随硫化温度的变化曲线。如图所示。 半成品胶料重量与收缩率的关系（3） 胶料收缩率的一般规律 硫化温度越高（超过正硫化温度），收缩率越大。在一般情况下，温度每升高10C，其收缩率就增加0.1%0.2%。 胶料压延方向和在模具中流动方向的收缩率大于垂直方向的收缩率；流动距离越长，收缩率越大。 半成品胶料量越多，制成品致密度越高，其收缩率越小。 胶料的可塑性越大，收缩率越小；胶料的硬度越高，收缩率越小。（高硬度例外，据实验测定，胶料硬度超过邵氏90度以上，其收缩率有上升的趋势） 填充剂用量越多，收缩率越小；含胶量越高，收缩率越大。 多型腔模具中，中间模腔压出制品

14、的收缩率比边沿模腔制品的收缩率略小。 注射法制品比模压法制品的收缩率小。 薄形制品（断面厚度小于3mm）比厚制品（10mm以上）的收缩率大0.2%0.6%. 一般制品的收缩率随制品内外径和截面的增大而减小。不同类型橡胶的收缩率大小依次为氟橡胶、硅橡胶、三元乙丙胶、天然胶、丁晴胶、氯丁胶 。（以上橡胶类型按胶种而言，不是按胶种配方牌号）。 常用的橡胶制品的收缩率 棉布经涂胶后与橡胶分层贴合的夹布制品，其收缩率一般在00.4%； 夹涤纶线制品，其收缩率一般在0.41.5%； 夹锦纶丝、尼龙布制品，其收缩率一般在0.81.8%； 夹层织物越多，收缩率越小。 衬有金属嵌件的橡胶制品收缩率小，且朝金属方

15、向收缩，其收缩率一般在00.4%； 单向粘合制品其收缩率一般在0.41.0%；(如骨架油封结构中嵌件粘合部分其收缩率一般在00.4%；唇口部分（纯胶部分）收缩率为阶梯形式，离嵌件一端越近，其收缩率越小，反之越大。) 硬质橡胶（邵氏硬度大于90度），含胶量约在20%时，制品其收缩率一般在1.5%； 橡胶与塑料拼用像塑制品的收缩率一般在1.1%1.6%；约比同类橡胶制品小0.1%0.3%； 带槽方形制品，由于橡胶压制时挤压方向关系，B向比A向收缩率大0.2%0.4%,如图。（4） 胶料收缩率的计算方法胶料收缩率随胶种、模具、工艺条件等因素的不同而不同，现在还没有一个准确的、完美且具有实用价值的计算

16、公式。有经验的设计人员常凭经验数据估计和积累实际测定数据为参考。常用的橡胶收缩率计算公式如下。1 橡胶制品与模腔相应尺寸计算公式：C=（L2L1）/ L1 X 100%C制品胶料的收缩率：L1室温时测得的橡胶制品尺寸；L2室温时测得的模具型腔尺寸。2 以邵氏硬度计算制品胶料收缩率的经验公式：C=（2.8-0.02K）X 100%K橡胶的邵氏硬度。（查橡胶模具设计制造与使用，虞福荣编。）3 以橡胶硫化温度计算制品胶料的收缩率的一般公式：C=（）T R X 100%橡胶的线形膨胀系数；模具材料的线形膨胀系数，T硫化温度与测量温度差，R生胶、硫磺、有机配合剂在橡胶中的体积百分数（%）。、常见值见下表

17、五、 模具型腔尺寸计算收缩率对制品成型尺寸影响很大，另外，制品尺寸的波动还取决于合模压力、硫化过程中的工艺条件，也取决于模具结构和工艺过程。所以考虑模具尺寸 时应综合考虑，并配以经验数据，以得到合理的成型尺寸。计算模具型腔尺寸的方法有以下几种。1厚、薄制品模具型腔内外径尺寸计算制品厚、薄、断面宽度对胶料收缩率有一定影响。实践证明：制品越厚，收缩率越小；断面宽度越大，相对收缩率也越小。制品厚度、断面宽度对胶料收缩率的影响（又称补偿值）见表。表 制品厚度H、断面宽度W对胶料收缩率S补偿值S厚度范围H33661010202030304050断面宽度W收缩率S补偿值S（%）SS0.1S0.2S0.3S

18、0.4S0.5S0.6在上表中，当H、W不在同一数值范围内时，S值取H、W中尺寸范围小者为补偿值。如：H=3、W=25时，应取H=3相对补偿值S= （S0.1）%。厚、薄制品的模具型腔外径尺寸按下式计算：D = D（DS）式中：D型腔外径尺寸； D制品外径尺寸； S胶料收缩率补偿值。厚、薄制品的模具型腔内径尺寸按下式计算：d = d（dS）式中：d型腔内径尺寸； d制品内径尺寸； S胶料收缩率补偿值。2衬有金属嵌件制品的收缩率衬有金属嵌件橡胶制品，其收缩率较小，且朝金属嵌件方向收缩。对一般带有金属嵌件的制品，可以按下列经验公式计算其自由收缩值。制品形状如图所示。双向制品时：U (W S)单向制

19、品时：UHC (W S)式中：U自由收缩最深深度； H制品胶料厚度（嵌件粘接高度）； S胶料收缩率； W制品断面宽度。3橡胶O形圈模具型腔内径及断面尺寸计算3.1 O型圈型腔内径尺寸及公差的计算，可按下列公式计算：d = d (1 + S )式中：d型腔内径尺寸； d制品内径尺寸； S内径收缩率； 型腔内径公差（提高精度后公差，其值约等于O形圈制品内径公差的0.3倍）。3.2 型腔断面尺寸及公差，可按下列公式计算：W = W （ 1 + S ）式中：W型腔断面直径； WO型圈断面直径； 模具型腔断面公差取0.05(包括上、下模合拢后型腔断面错位量）。型腔尺寸计算应遵循的原则：1 差表以硬度为基

20、准，计算收缩率近似值；2 提高型腔的加工精度，一般制品要求提高23级，其公差值约等于制品公差的0.3 倍左右。3 在新开的模具，尽可能留有修模的余地。第三章 橡胶模压制品的废、次品分析其原因主要有：1 橡胶收缩率计算不准。2 成型、硫化工艺不正确。3 模具结构不合理。4 胶料本身有缺陷。5 制品尺寸公差过小。橡胶模压制品的废、次品分析见下表序号废品类型废品 特征产生的原因1尺寸不准制品厚度不均，外形尺寸超差，其尺寸不符合图样要求1 设备、模具平行度不良2 橡胶收缩率计算不准3 模具加工不良2缺胶 制品没有明显的轮廓，其形状不符合图样要求 制品有明显的轮廓，但存在局部凹陷、欠缺1 装入的胶料重量

21、不足2 压制时上升太快，胶料没有充满型腔而溢出模外3 排气条件不佳3飞边增厚制品在模具分型面处有增厚现象1 装入的胶料超量过多2 模具没有必要的余料槽或余料槽过小3 压力不够4气泡制品的表面和内部有鼓泡1 压制时型腔内的空气没有全部排出2 胶料中含有大量的水分或易挥发性的物质3 模具排气条件不佳4 装入的胶料重量不够5凸凹缺陷制品表面有凸凹痕迹1 模具加工时留下的加工痕迹2 胶料本身有缺陷（如黏度大或超期）3 模具排气条件不佳6裂口制品上有破裂现象1 启模时取出制品时，制品被划伤2 因型腔内涂刷隔离剂过多而造成胶料分层现象3 模具结构不合理4 胶料成型方法不合理（特别是氟橡胶与高硬度丁晴橡胶）

22、7皱折裂纹、离层制品表面皱折制品表面和内部有裂纹、离层的现象1 型腔内装入了脏污的胶料2 型腔内所涂的隔离剂过多3 不同胶料相混4 工艺操作（成型、加料方法）不正确5 胶料超期8杂质制品表面和内部混有杂质1 胶料在塑炼、混炼及保管、运输中混有杂质2 模具没有清理干净（包括飞边、废胶未清理干净）9分型面错位制品在分型面处有较大的错位1 模具制造精度误差和加工精度不够2 45度分型胶圈由于飞边增厚3 模具定位不良10卷边制品在分型处有明显的向内收缩的现象1 胶料加工性能差（如氟橡胶）2 模具结构不合理（厚制品应采用封闭式结构模具和合理开置余料槽）11粗糙度不够制品表面粗糙度不符合有关标准的相应要求

23、1 模具粗糙度不够2 镀铬层有部分脱落3 有些胶料腐蚀模具表面12结合力不强金属嵌件与橡胶结合不好1 金属嵌件镀铜或吹砂质量不好2 没有严格执行涂胶工艺规程（包括使用超期镀铜件、胶粘剂或混炼胶）3 压制地点的相对湿度太大4 胶料与金属粘接剂选择不当13孔眼制品有孔眼缺陷1 杂质脱落2 气泡破裂3 装入的胶料重量不足14接头痕迹制品有接头痕迹1 成型、加料不正确2 模具结构不合理3 胶料流动、结合性差几种常用胶料易产生的缺陷及特点序号常用胶料易产生的胶料及特点1天然胶 易产生粘模、卷边、闷气现象，扯断力差、伸长率大，易于取出制品、硫化流动性好2丁晴胶 易闷气，结合力差，在接头处易产生痕迹而影响制

24、品的强度3氯丁胶 因黏度大，制品表面易产生凹痕（如低洼麻点），制品取出过程中变形量大（特别是热模，强制拉出制品）4丁苯胶 该胶料（特别是3160胶料）对模具型腔腐蚀性大，型腔表面易发黑，因而制品表面光亮度差5硅橡胶 收缩率不易掌握，因而制品尺寸较难保证。6144胶料粘模、硬度低、飞边薄，而且扯断力差，制品取出比较困难6氟橡胶 收缩率变化范围大；与其他胶料相比，加工工艺性差（如硬度大、流动性小、结合性能差）、不易变形、硫化定性快，在分型处易卷边（缩边）和产生裂痕（缝）7乙丙橡胶 三元乙丙橡胶（1023胶料）硫化启模后，气味难闻、制品易撕裂，所以有的制品采用冷却后取出8聚氨脂橡胶 混炼、成型、硫化

25、加工工艺性差，易起泡、发粘、开裂、流动性差9丁锂橡胶 该胶料（2840胶料）硫化启模后气味难闻，易粘模，硬度偏低，胶边（飞边）易卷边和粘合第三节 橡胶挤出模具1、 橡胶挤出模具的特点橡胶挤出成型是橡胶制品生产工艺过程中的一个环节，它为下一个工序提供所需的半成品或预成品。按提供给挤出机胶料的不同可分为冷喂料和热喂料，使用的挤出机亦分别称为冷喂料挤出机和热喂料挤出机。挤出原理就是胶料在挤出机中进行加热和塑化，并在螺杆和机筒间受到强烈的剪切，并通过螺杆的旋转不断地向前输送，然后在一定的压力作用下通过挤出模具（亦称口模）挤出而得到所需的制品形状。1.1 橡胶挤出成型的特点：胶料通过挤出机螺杆的旋转得到

26、进一步的混炼和塑化，保证挤出的半成品胶料质量更致密、均匀；应用面广，通过变换口型模，可以挤出各种断面形状的橡胶型材和供压制模具使用的预成型半成品；挤出成型的制品速度快，生产效率高，有利于自动化生产；挤出成型不受长度限制，可以满足由于设备的限制而不能采用模压制造的超长制品。5 通过挤出模具胶料的变形与膨胀规律。胶料通过挤出机口模时间非常短，胶料在离开口模的瞬间压力得到释放，因此胶料具有瞬时应力松弛的特点，这种应力松弛导致胶料在离开口模后长度方向收缩、断面方向膨胀，这种变形通常称为膨胀变形。橡胶挤出膨胀变形有以下规律：硬度较低的橡胶（邵氏硬度5060度），膨胀变形大，挤出尺寸不稳定；硬度较高（邵氏

27、硬度70度以上）的胶料挤出变形小，挤出制品形状尺寸比较稳定；可塑性较好的胶料，挤出后膨胀变形较小，挤出尺寸稳定；硅橡胶挤出的型材和半成品尺寸形状一般不膨胀，反而有所收缩；挤出型材的膨胀与制品大小有关，相同断面形状在相同工艺条件下，膨胀率与型材尺寸成正比。挤出型材膨胀与制品断面形状有关，一般圆断面的制品挤出后断面形状不变，尺寸因膨胀会增大；矩形或其它异形断面形状的制品，挤出后膨胀变形，其断面形状发生改变。因此设计挤出模具时，应充分考虑膨胀变形的因素，力求设计出符合制品要求的断面形状。按胶料硬度挤出型材膨胀率见表1。表1胶料硬度（邵氏A型）膨胀范围5015%20%6010%22%705%20%2、

28、 挤出模具设计橡胶挤出模具总体结构与塑料挤出模具结构大致相同。但又有其设计特点。几种常见的橡胶挤出模具结构如图1所示。虞P218，221，222图。对于形状简单且类似的制品，由于使用同一台挤出机生产，为提高效率、降低成本，可设计出能更换口型模的挤出模具。这样对不同的制品要求只需更换口型模而不必更换整套模具。如上图中的口型模、口型模套筒。对挤出模具的结构要求：模具内腔呈流线型为使胶料能沿着模具的流道均匀地挤出，同时避免胶料发生过热硫化，模具内部不能存在滞留胶料留存的死角。有足够的压缩比为使橡胶制品质量致密和消除因分流器造成的料流结合线，挤出模具应有足够的压缩比。压缩比通常在1：1.21.4之间。

29、2.1 口型模设计根据制品形状的不同可分为圆形挤出口型模和扁平形挤出口型模。口型模结构见图2图2 P2152.1.1口型模口径尺寸圆形口型模口径尺寸一般为挤出机螺杆直径的1/33/4。口型模口径过大会导致挤出的胶料压力不足，使挤出不均匀，膨胀率变化不定，断面形状产生波动，挤出的制品致密性差；口型模口径过小，容易引起胶料焦烧。挤出机螺杆直径与口型模尺寸的相互关系见表2。表2挤出机螺杆直径306585115口径尺寸20以下204030604080扁平形口型模口径尺寸扁平形的制品由于断面壁薄，一般挤出宽度为螺杆直径的2.53.5倍。但其总挤出量也应在螺杆直径的1/33/4。扁平形制品的挤出宽度与挤出

30、机螺杆直径的关系见表3。表3挤出机螺杆直径306585115口径最大宽度90180250300胶料通过口模后，由于压力消除，出现膨胀变形现象，使制品断面积增大，而由于牵引收缩的因素，断面积也有缩小的趋势。这种膨胀和收缩的大小与橡胶种类、性质、机头温度、挤出速度、压力、口型模结构等有直接的关系。复杂的口型模尺寸的计算目前多由经验确定。简单制品的口型模尺寸可按下式计算：d = D KDd口型模口径（mm）；D制品断面尺寸K膨胀率，见表1或经验数据。2.1.2 口型模挤出锥度口型模挤出锥度一般不超过90，流道较长形状简单的口型模挤出锥度一般在3060。如图2所示。2.1.3口型模厚度口型模厚度越大，

31、膨胀率越小；口型模厚度越小，膨胀率越大。在设计口型模时，可先将口型模的厚度加大，通过试模检查挤出制品的情况。如不合适再作修改。对硬度较高的胶料，形状复杂且焦烧温度较低的制品，口型模可薄一些。为保证胶料能顺利通过口型模，口型模与口型模套筒的过渡角厚度越小越好，一般在0.51mm左右。见图2。对挤出机容量与挤出容量相差过大或挤出制品形状不对称时，可适当开设一些排胶口，以免出现制品焦烧、自硫或口型模因强度不足而损坏的情况。排胶口形式见图3。图3 P2162.2型芯与支架带有型芯与支架的挤出模具见图4。图4 P228型芯有两种结构形式：一种是带中心孔结构，它与支架加强筋外接孔相通，挤出过程中利用压缩空

32、气吹入滑石粉，使空芯制品的内径保持不粘合状态；另一种是无孔结构，用于挤出胶料硬度较高或厚壁制品。支架起支撑型芯的作用，它与挤出模具的内孔配合定位。支架一般有23根支撑筋。第四节 橡胶注射模具的特点橡胶注射硫化工艺是橡胶制品生产中的一项新型加工技术。其最大特点是：缩短硫化时间，减小生产中的准备工序，减轻劳动强度，提高生产效率。橡胶注射硫化的原理是橡胶的线形大分子在硫化交联剂的作用下交联成网状或体形结构的过程，其过程是一种化学反应。化学反应完成的时间随着反应温度的增加而缩短。橡胶硫化过程每当温度升高10达到同一硫化程度所需要的时间就缩短约一半。当然，橡胶在硫化过程中的化学、物理性能的变化是与温度和

33、时间有关的，选择合理的硫化时间和温度是保证注射硫化制品的性能的关键。塑料模具设计绪论一、 橡塑模具在国民经济中的地位模具是工业生产中用来成型制品的重要工业装备，是国民经济各部门发展的重要基础之一。模具直接影响着新产品的开发和老产品的更新换代，影响着产品的质量的提高和经济效益的增加。美国工业界认为模具工业是工业的基石。日本则称模具是促进社会繁荣富裕的动力。的确，没有高水平的模具工业，就没有高水平的机电工业。塑料工业是随着石油工业的发展应运产生的。自40年代研制出聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚乙烯等塑料产品以来，塑料工业的发展日新月异，新材料、新工艺、新技术不断涌现，产品产量不断翻番。塑料已经成为继金属材

34、料、纤维材料、硅酸盐材料之后的第四大材料。以塑料代替金属材料、木材等材料已经成为塑料发展的趋势。近几年来，由于生产设备技术的提高和发展，橡胶产品也已不只是单纯的压制产品，注射产品等也越来越多的应用于工业、家电等各行业。这些橡塑产品的应用，提高了工业产品的附加值。事实上，仪器仪表、家用电器、交通、通讯和轻工业等行业的产品零件中，绝大多数是采用模具加工而成的。没有模具加工业，就没有橡塑制品。就塑料加工业而言，塑料产品的不断开发与应用，就不断地向模具设计、研制和生产提出更高的要求，这又极大地促进了模具的发展。在许多发达国家，模具工业的产值已经超过或接近机床工业的产值。我国也已经把模具工业作为重点发展

35、的产业，模具工业已经成为我国国民经济发展的重要部分。二、 塑料橡胶模具概述在各种材料加工工业中广泛地使用着各种模具，例如塑料制品使用的塑料模具，橡胶制品使用的橡胶模具，金属压力加工使用的金属模具，陶瓷、玻璃制品使用的陶瓷、玻璃模具，金属铸造成型使用的砂型模具等等。模具是利用特定的形状和尺寸成型一定制品的工具。成型橡塑制品的模具就是橡塑模具。随着新材料、新工艺、新技术的不断发展，越来越多橡塑产品应用于工业、农业、国防、家电等各行业。特别是塑料材料已成为继金属材料、纤维材料、硅酸盐材料之后的第四大材料。许多形状复杂、尺寸精度高的产品不断出现，这些产品的产生势必带动模具工业的发展，同时对模具工业也提

36、出了更高的要求。CAD/CAM/CAE已经成为模具加工、设计的主流。生产高效率、自动化、大型、微型、精密、寿命长的模具已经成为模具发展的趋势和判断一个国家模具行业制造水平高低的主要因素。近几年来，随着我国不断引进国外的先进的模具加工设备与计算机软硬件，我国模具的设计制造水平不断提高。性能稳定的设备、合理的生产工艺、高质量的模具是生产高质量制品的必备条件。三、塑橡模具的结构类别及使用设备（一）、塑料橡胶模具分类不同成型方法成型的制品使用的模具结构与成型原理是不同的。按成型加工方法的不同，橡塑成型模具可分为以下几大类。1 注射成型模具在注射机的料筒内加入物料，物料在注射机螺杆或柱塞的作用下，向前输

37、送，经螺杆和外部加热装置的作用，由固态变为熔融状态，然后在注射机螺杆或柱塞的作用经模具的浇注系统注入型腔中定型。塑料中热塑性塑料多用注射模具生产，橡胶制品中也越来越多的使用注射模具生产。特点：模具结构复杂、适用于生产大型、厚壁、薄壁、形状复杂、尺寸精度高的制品；生产效率高、质量稳定、能实现自动化生产。 图2-3-1 注射模具结构2 压制成型模具将物料直接加入敞开的模具型腔内，然后合模施压。物料在模具中经热和压力的作用成为熔融状态，经过物理或化学变化物料硬化定型。橡胶制品目前多采用压制成型的方法生产。特点：模具结构简单，通用性强、使用面广、操作方便。图2-3-2 压制模具结构3 挤出成型模具挤出

38、成型模具又称机头。在挤出机中的物料经螺杆旋转向前输送，在料筒加热装置的作用下，由固态变为熔融状态，经挤出机机头挤出成型。随着机头断面形状的改变可生产不同断面形状的连续制品。特点：生产效率高、质量稳定、能实现自动化生产。图3-2-3挤出模具结构4 塑料中空吹塑成型模具塑料中空吹塑成型根据成型工艺方法可分为挤出成型和注射成型等多种。挤出成型就是将挤出机挤出的熔融管胚放入模具中，模具闭合夹紧，然后在管胚中通入压缩空气，使料胚膨胀贴紧模具定型成型。注射成型就是把注射机生产的型材放入模具中加热并使之软化，然后通入压缩空气，使料胚膨胀贴紧模具定型成型。特点：模具受力小，模具结构相对来讲简单，可成型用其他方

39、法不能成型的制品。图3-2-4 塑料中空吹塑模具结构除以上常用的模具外，还有压铸成型模具，塑料真空或压缩空气成型模具，塑料发泡模具等等。图3-2-5 压铸模具结构图3-2-6 塑料真空或压缩空气模具（二）、设备简介1 注射成型机2 平板硫化机3 挤出成型机4 塑料中空成型机第一节 概述利用塑料注射成型机成型塑料制品的模具就是塑料注射模具，其结构由制品的形状及注射机形式决定的。注射机成型的原理及特点在第二章中已有表述。塑料注射模具是塑料制品中应用最广的，由注射模具生产的制品已占塑料产品的80%以上。注射模具在结构上也是塑料模具中最复杂的。掌握注射模具的基本结构，其它模具也就触类旁通了。注射模具安

40、装在注射机上生产，因此模具设计要和注射机的规格相联系，同时也与制品的要求、生产要求有关。图3-1-1为单分型面塑料注射模具的结构形式。它主要由六部分组成。图3-1-1 单分型面塑料注射模具（一）、浇注系统将塑料熔体由注射机引向模具成型部分的通道称为浇注系统。它分为普通浇注系统和热流道浇注系统。普通浇注系统由主流道、分流道、浇口、冷料井组成。图3-1-1为普通浇注系统的模具结构。（二）、成型零部件成型制品的部分，它由型腔和型芯组成。是模具设计好坏的关键，它涉及到模具的结构设计、成型零部件的尺寸计算、强度计算等。（三）、导向部分导向装置的作用是确保动模与定模在生产过程中闭合的准确性，从而保证制品的

41、质量。由导柱和导向孔组成。大型模具或顶出零件比较多的模具在顶出板上也设有导向部分，目的是保证顶出过程中的准确性。（四）、顶出部分塑料注入模具经冷却定型后，由模具的顶出装置顶出。实现模具的下一次注射。根据制品的结构形式顶出结构有简单顶出、二次顶出结构等。（五）、排气系统在注射过程中把型腔内气体排出模具以外。保证制品的完整成型。（六）、冷却加热系统为了保证注射工艺对模具温度的要求，模具设有冷却加热系统。普通浇注系统的模具设冷却系统；热流道模具的浇注系统设加热装置，成型部分设冷却系统。 第二节 浇注系统设计一、 概述浇注系统是指模具中从注射机喷嘴开始到型腔为止的流动通道，它分为普通浇注系统和热流道浇

42、注系统。浇注系统对制品性能、外观质量和成型难易程度都有直接影响，因此在设计浇注系统时，应综合考虑以上因素。设计塑料模具时必须遵循塑料熔体的流动规律，这样才能使所成型的塑料制品获得最佳的质量。塑料在注射过程中可分为三个区段。第一区段是塑料在螺杆（柱塞）与料筒壁之间进行的输送、压缩、熔融和塑化，并将塑化好的塑料熔体存储在料筒的前端，这方面的理论主要研究塑料由固态变为粘流态的过程；第二区段是储存在料筒前端的塑料熔体经螺杆（柱塞）作用，经注射机喷嘴、模具浇注系统进入型腔；第三区段是塑料熔体进入模具型腔过程中的流动、相变和固化。注塑过程的研究主要集中在第二区段，它涉及到熔体通过浇注系统时所受到的剪切力及

43、熔体表观粘度的变化，这些都直接影响到浇注系统的尺寸大小、制品的质量等。下面就从理论上简要讨论塑料熔体在此区段的流动特性。（一）、熔体流变方程的基础概念当塑料熔体在外力作用下经浇注系统流动时，由于各点的流速不同存在着剪切力。设有剪切力于定温下施于相距dy的两平行液层，使两平行液层以du的相对速度移动。du/dy 称为剪切速率或速度剃度（）。对牛顿液体来说，剪切力与剪切速率du/dy成正比。= （3-2-1）比例常数称为牛顿粘度，它是液体流动难易程度的量度。当塑料在圆形流道内作稳定流动时，如图3-2-1，设在长为L半径为R的圆形流道两端的压力差为，其任意半径r处的熔体所受的剪切力为：= （3-2-

44、2） 图3-2-1 塑料熔体在圆形流道内的流动情况在管壁处其剪应力为：= （3-2-3）矩形流道剪应力为： =对于牛顿液体在圆管横截面内各点流速呈抛物线分布（图3-2-1 b所示），在中心的流速最大，在管壁处流速为零，其剪切速率在中心为零，在管壁处最大，其值为： （3-2-4）式中Q：单位时间的流量，厘米故在管壁处有：= （3-2-5）Q = 但大多数塑料熔体属于非牛顿流体，剪应力与剪切速率的关系不符合式3-2-1的正比关系，恒温下，在一定的剪切速率范围内，可近似地用下面的指数定律描述它：=K （3-2-6）式中n：非牛顿指数，表示该流体与牛顿流体的偏离程度，对牛顿流体，n=1非牛顿流体其粘度

45、已不在是一个常数。在圆管内流动时，其各点流速分布不再呈抛物线分布，因此管壁处的剪切速率为乘以校正系数。 （3-2-7）为了讨论方便，将叫做非牛顿流体在管壁处的表观剪切速率，管壁处的剪应力与表观剪切速率之比叫做表观粘度。表观粘度随剪切速率的变化而变化。= 所以 （3-2-8） （3-2-9）矩形流道：式中：W：矩形流道宽度h：矩形流道深度由上面的公式可以看出：1 浇口断面尺寸增大浇口断面尺寸，有利于Q值的提高。从式中可知，Q值随或成正比。但浇口断面尺寸的增加，熔体在浇口处的流速减慢，其表观粘度相应提高，Q值反而下降，所以浇口断面尺寸的增大有个极限值，就是大浇口尺寸的上限。超过此值，会取得相反的效

46、果。而小尺寸浇口，由于绝大多数塑料熔体的表观粘度是剪切速率的函数。熔体流率越快，越低，越有利于充模。另外，由于熔体流径小浇口，部分动能因高速摩擦而转换成热能，提高了浇口处的局部温度，熔体的粘度再次降低，Q值增加。但当剪切速率达到极限值时（一般为1/s），剪切速率于表观粘度便失去了依存关系，称之为“剪切速率效应”。超过此极限值，剪切速率在增加，表观粘度也不在降低。此时浇口的断面尺寸就是点浇口的极限尺寸。2 浇口长度当注射压力恒定时，则浇口处的压力保持不变。浇口长度短，熔体流经浇口的阻力毫秒年兆升毫秒度减小，也就使浇口的入口于出口间的压力降减小，从而使塑料熔体在浇口处的流速增大，Q值得到提高。反映

47、在注射螺杆上，螺杆向前推进的速度加快，也即注射速度加快。因此缩短浇口长度，在不增加浇口截面的条件下，就能提高注射速率Q值。同时由于熔体在浇口中速率的提高，也即剪切速率增加，熔体的表观粘度相应降低。此外，短浇口可保持常开，有利于补缩。由上可知，在设计浇口长度时，选择其最小值最好。3 剪切速率的选择由于绝大多数塑料熔体属于非牛顿流体，其表观粘度与剪切速率的函数关系不是线形关系（如式3-2-6）。由实验知，在较低的剪切速率范围内，剪切速率的微小变化会引起表观粘度的很大变化。这将使注射过程难于控制。导致制品表面不光滑，冲模不均，密实性差，内应力高，翘曲变形等缺陷。因此，选择一段剪切速率，使其的变化对表

48、观粘度的影响最小，这样有利于注射过程的控制。一般来说，剪切速率取最高值，对粘度的影响最小。所以，注射过程的剪切速率通常取（1/s），而且尽可能提高。4 表观粘度的控制在注射过程中，当冲模不满，除增大注射量和提高注射速度等工艺条件外，降低塑料熔体的表观粘度是比较好的方法。降低粘度的方法之一是升高温度。而升高温度则带来热量损耗的增加和冷却时间的延长，温度过高还会引起塑料的分解。二是提高剪切速率。但剪切速率的提高也不能超过其极限值。提高剪切速率的方法，一是提高注射压力，二是减小浇口尺寸。综上所述，一般情况下，薄壁、小型等制品采用小浇口尺寸对制品的冲模及制品质量是有利的；而大型、厚壁、粘度高的熔体则采

49、用大尺寸浇口。二、普通浇注系统（一）、普通浇注系统的组成普通浇注系统由主流道、分流道、浇口、冷料井组成。它的作用就是使注射机喷嘴射出的熔融塑料流入型腔。浇注系统组成部分如图3-2-2。1主流道 2分流道 3浇口 4冷料井图3-2-2 浇注系统主流道是指紧接注射机喷嘴到分流道为止的那一段流道，熔融的塑料进入模具时先经过它。分流道是指把主流道的融料引入各个型腔的流道。对普通浇注系统而言，它开设在分型面上。浇口是指在分流道的末端将融料引入型腔的流道。冷料井就是为了避免冷料堵塞浇口或进入型腔而设置的。在每次注射中，前锋的料流首先与温度较低的模具接触，从而造成料流前端存在一些低温料，常称冷料。冷料井一般

50、开设在主流道或分流道的末端。（二）普通浇注系统的设计1主流道的设计由于主流道首先与高温、高压的融料以及和注射机的喷嘴反复接触，为增加主流道的耐磨性和耐腐蚀性主流道部分常设计成可拆卸的主流道衬套，又称浇口套。对于模板尺寸较小的模具可直接在模板上加工主流道。大型模具中为了主流道加工的方便；另外有些模具的定模板有几块板组成，为了防止开模时模板的缝隙留有溢料无法使主流道顺利脱出，也设计有主流道衬套。浇口套与定模板的配合一般取过渡配合（H7/k6）或过盈配合(H7/m6)。常用的主流道衬套的结构如图3-2-3所示。图3-2-3 主流道衬套结构在主流道结构中，为了使凝料顺利脱出，主流道设计成圆锥形，具有2

51、6的锥角，浇口套长度长,其夹角小些,浇口套长度小,其夹角可大些，浇口套内壁表面粗糙度值一般在 以下，小端直径应大于注射机喷嘴直径1毫米。主流道与喷嘴接触处一般成半球形，为使两者紧密配合，避免注射时的融料溢出，球面半径应比喷嘴半径大12毫米。在小端直径和锥角一定的情况下，大端直径也就确定了。然而，有些情况下要确定大端直径的大小，以满足熔体体积流率的充模要求。大端直径可由下列公式计算。D=2( ) (cm) Q流经该流道的熔体体积流率，cm/s；Q= D圆形流道截面直径，cm；g熔体在该流道内的剪切速率，1/s，圆形截面流道 g=510；为满足注射成型的需要，注射机最大熔体体积流率必须大于注射该制

52、品的熔体体积流率。2定位环的设计定位环起模具与注射机定模板定位孔定位的作用。目的一是支撑模具，二是使模具中心与注射机喷嘴中心一致。浇口套与定位环相配合的结构见图3-2-4。当定位环尺寸较小时，可把定位环与主流道衬套做成一体。定位环用螺钉使之与模具连接。当浇口套在注射过程中受力很大时，为减少螺钉的受力，可把定位环结构设计成如图3-2-5所示。图3-3-4 定位环结构图3-2-5 定位环的另一种结构定位环外径为注射机定模板定位孔直径，定位环与浇口套的配合一般取间隙配合，常用的有H7/f6。定位环凸出定模板的高度一般在20毫米以下。紧固定位环的螺钉一般选M6、M8，数量23个。3分流道的设计分流道是

53、连接主流道与型腔的通道。分流道的形状有圆形、半圆形、梯形、U形等，从压力传递的角度讲：要求流道截面积最大；从热传导的角度讲：要求流道外周长度最小。判断分流道形状优劣的标准是流道的比表面积。比表面就是流道的截面积与外周长之比。比表面积小，热量损耗小。常用的分流道的断面形状与尺寸见表2-1所示。表2-1分流道断面尺 寸尺 寸 数 据（mm) d5 6 7 8 9 10 11 12 R2.5 3 3.5 4 4.5 5 5.5 6 H 5 6 7 8 9 10 11 12 W H 5 6 7 8 9 10 11 123.5 4 5 5.5 6 7 8 9U形、梯形分流道中，当H=（2）R及H=（）W

54、时，流道的比表面积较小。分流道尺寸视制品大小和塑料品种、注射速率、以及分流道长度而定。圆形分流道一般在510毫米之间；对于流动性好的塑料，如聚丙烯、尼龙等，当分流道很短时，直径可小到2毫米。对流动性差的塑料，可大到10毫米。实验证明，多数塑料分流道直径在510毫米时，对流动性影响较大，在增加直径，对流动性影响已经很小了。分流道尺寸可用下述公式计算。a圆形分流道截面直径D=2( ) (cm)Q流经一分流道的熔体体积流率，cm/s；D圆形流道截面直径，cm；A熔体在该流道内的剪切速率，1/s；熔体体积流率见表1。（注：计算分流道体积流率时，应除以分流道数。）常用A值圆形截面分流道A=51010；b

55、对于壁厚在3.2mm以内，重量为200g以下的塑料制品的圆形分流道直径，可按下列经验公式求得。流道直径限于3.29.5mm以内。D=0.2654其中：D：流道直径 (mm) W：制品重量(g) L：流道长度(mm)c对梯形分流道截面，其截面深度H可用下面公式计算。H=1.587( ) (cm)截面宽度W，W=（）H在多型腔中，分流道的布置有平衡式和非平衡式两种。所谓平衡式布置，就是从主流道到各个型腔的分流道长度、形状、断面尺寸都是对应相等的，这种设计可达到各个型腔的均匀进料。如图3-2-6所示。非平衡式布置如图3-2-7所示。图3-2-6 图3-2-7型腔的分布以平衡布置为佳。从流道长度看：直

56、线排列最短。从流动平衡角度看：一模四腔的H形排列和圆形排列的热平衡性、流动性最好。对于精密成型时排列，圆形排列最理想。非圆制品作为一模四腔，H形排列最理想。不管是平衡布置还是非平衡式布置，都牵扯到型腔数目的问题。型腔数目以制品精度、所选择注射机大小都有关系。对于技术要求高的塑件如光学件等，一般只能一模一腔。对于技术要求不严格的一般塑件，可用以下公式求得。a 由注射机锁模力确定设：锁模力F(N) 型腔内树脂压力P(N/cm)一个零件的投影面积a(cm)分流道、浇口的投影面积b(cm)则n=(b)ab由注射量确定设：最大注射量G（kg）一个零件的重量W（kg）一组主流道、分流道的重量W（kg）则n

57、=(0.8GW)W若注射机注射量以体积标注，则n=（0.8V）V：注射机的标称注射量，cm：主流道、分流道的体积cm：一个塑件的体积cm4浇口 浇口是浇注系统的关键部分。浇口的形状与尺寸对制品的质量影响很大，正如前面熔体流变方程的基础概念所讨论的，在多数情况下是浇注系统中截面积最小的，而且是有利的。采用小浇口的原因是：（1）控制填充熔融树脂的流动方向与流量的同时，把树脂封在浇口内，直到制品充分固化到能顶出的状态，防止树脂向流道回流。（2）树脂通过狭窄的浇口产生摩擦热，使树脂温度上升，减小流动及熔接痕的产生。（3）容易切断与制品的连接，二次加工方便。（4）对多型腔多浇口，通过调整浇口的尺寸能取得

58、向型腔的平衡填充。1 直浇口 直浇口注射时塑料从型腔深处流向分型面有利于型腔气体的排出；塑件表面一般无熔接痕。由于浇口处于塑件中心的位置，因此对塑料注入成型时，近似于等距离注满，浇注系统流程最短，因此压力损耗、热量损失均小，塑件质量好，常用于成型大型、长流程的制品。但由于其尺寸大，固化时间长，去除困难，制品表面留有痕迹，注射压力直接作用在制品上，制品表面容易产生残留应力。直浇口的型式见图3-2-8。图3-2-8 直浇口直浇口类似于主流道的形式，其小端直径由所选注射机的喷嘴直径决定，且大于注射机的喷嘴直径12mm。直浇口大端尺寸的计算也可参照主流道大端尺寸的计算公式。直浇口常用的一般数据为：当l30 时，D=912，当l30时， D=46。2 针点浇口 针点浇口是一种尺寸很小的浇口，在制品表面留有很小的痕迹，且浇口在开模时容易自动切断，为了取出中间浇注系统的凝料，模具结构为三板式。相对于其他浇口而言，浇口的位置不受限制；多点进料时能