武汉软件工程职业学院 塑料成型工艺与摸具设计
成型零件工作尺寸计算
&&&&成型零件工作尺寸是指直接用来构成塑件型面的尺寸，主要包括有型腔和型芯的径向尺寸（包括矩形和异形零件的长和宽）、深度尺寸和高度尺寸、孔间距离尺寸、孔或凸台至某成型表面的距离尺寸、螺纹成型零件的径向尺寸和螺距尺寸、齿轮成型零件的径向和轴向尺寸等。
计算成型零件工作尺寸要考虑的因素
&&&&任何塑料制件都有一定的几何形状和尺寸精度要求，其中有些塑件可能对几何形状（外观）要求较高，尺寸精度次之，有些可能刚好相反。也有一些会对两者均有较高要求。一般在使用中有配合要求的尺寸，则精度要求相对较高。影响塑件尺寸精度的因素很多，概括地说，有塑料材料、塑件结构、注射成型工艺过程、模具结构（包括分型面位置、浇口形式和型腔数量、分布等）、模具制造（包括零部件制造工艺、模具钢材料和热处理等）和装配、模具使用中的磨损等因素，其中塑料材料方面的因素主要是指收缩率的影响。所以在设计中应根据塑件的材料、几何形状、尺寸精度等级及其它影响因素等进行综合判断计算。
&&&&（1） 塑件的收缩率波动
&&&&塑件成型后的收缩变化与塑料品种、塑件的形状、尺寸、壁厚、成型工艺条件、模具结构等因素有关，所以确定准确的收缩率是很困难的。成型工艺条件、塑料批号（指同种塑料但生产厂家不同；或同一厂家但生产日期不同）发生的变化会造成塑件收缩率的波动，其中塑料收缩率波动误差为：
δs=(Smax－Smin)Ls
δs — 塑料收缩率波动误差
&&&&&&Smax— 塑料的最大收缩率
&&&&&&Smin— 塑料的最小收缩率
— 塑件的基本尺寸
实际收缩率与计算收缩率之间会有差异，一般情况下，塑料收缩率波动所引起的误差δs应小于塑件公差Δ的1/3，即δs＜Δ/3。
&&&&（2） 模具成型零件的制造误差
&&&&模具成型零件的制造精度是影响塑件尺寸精度的重要因素之一。模具成型零件的制造精度愈低，塑件尺寸精度也愈低。一般模具成型零件工作尺寸制造公差值δz的取值原则是：在不产生溢料飞边的条件下，取塑件公差值Δ的1/3~1/4（即δz=（1/3~1/4）Δ）或取IT7~IT8级作为制造公差，组合式型腔或型芯的制造公差应根据尺寸链来确定。
&&&&（3） 模具成型零件的磨损
&&&&模具在使用过程中，由于受到塑料熔体流动的冲刷，在成型过程中可能产生的腐蚀性气体的锈蚀、脱模时塑件与模具的摩擦、以及由于上述原因造成的成型零件表面粗糙程度提高而需要重新打磨抛光等原因，均会造成成型零件尺寸的变化，这种变化称为成型零件的磨损，其中脱模摩擦磨损是主要因素。磨损的结果使型腔尺寸（孔）变大，型芯尺寸（轴）变小，磨损的程度与塑料的品种和模具材料及热处理有关。为简化计算，一般凡与脱模方向垂直的表面不考虑磨损，与脱模方向平行的表面应考虑磨损。
&&&&磨损量应根据塑件的产量、塑料的品种、模具材料等因素来确定。生产批量小，磨损量取小值，甚至可以不考虑磨损量；热塑性塑料摩擦系数小，可取小值；模具材料耐磨性好（如模具表面进行了镀铬、氮化处理）可取小值；增强塑料（如玻璃纤维增强塑料）等，磨损量取大值。对于中小型塑件，最大磨损量δc可取塑件公差值的1/6（即δc=Δ/6），大型塑件应取1/6以上。
&&&&（4） 模具安装配合及使用误差
&&&&模具成型零件装配误差以及在成型过程中成型零件配合间隙的变化，都会引起塑件尺寸的变化。例如成型压力对分型面有胀开趋势、动定模分型面间隙、分型面上的残渣或模板平面度，这些都对塑件高度方向尺寸有影响；活动型芯与模板配合间隙过大，成型零件受塑料冲击变形，则对孔的位置精度有影响。
&&&&模具安装配合间隙的变化而引起塑件的尺寸误差用δj来表示。
&&&&（5） 塑件的总误差
&&&&综上所述，塑件在成型过程中产生的尺寸误差应该是上述各种误差的总和，即：
δ=δz+δc+δs+δj
δ — 塑件的成型误差
&&&&&&δz — 模具成型零件制造误差
&&&&&&δc — 模具成型零件的磨损引起的误差
&&&&&&δs — 塑料收缩率波动引起的误差
&&&&&&δj — 模具安装配合间隙变化引起的误差
&&&&塑件的成型误差应小于塑件的公差值，即：
&&&&由此可见，塑件尺寸误差为累计误差。由于影响因素多，不可控制因素多，因此，与金属机加工零件和冷冲压零件相比，多数塑件的尺寸精度往往较低，在设计塑件产品时应充分认识到这一点。设计塑件时，其尺寸精度的选择不仅要考虑塑件的使用和装配要求，而且要考虑塑件在成型过程中可能产生的误差，使塑件的成型误差小于塑件的公差值。
&&&&（6） 考虑塑件尺寸和精度的原则
&&&&在一般情况下，塑料收缩率波动、成型零件的制造公差和成型零件的磨损是影响塑件尺寸和精度的主要因素。对于大型塑件，其塑料收缩率对塑件的尺寸公差影响最大，应稳定成型工艺条件，并选择波动较小的塑料来减小塑件的成型误差；对于中、小型塑件，成型零件的制造公差及磨损对塑件的尺寸公差影响最大，应提高模具精度等级和减小磨损来减小塑件的成型误差。
成型零件工作尺寸的计算方法
&&&&成型零件工作尺寸的计算方法有两种：
&&&&一种是按平均收缩率、平均制造公差和平均磨损量进行计算，这种方法计算简便，但可能有误差，在精密塑件的模具设计中受到一定限制；
&&&&另一种是按极限收缩率、极限制造公差和极限磨损量进行计算，这种计算方法能保证所成型的塑件在规定的公差范围内，但计算比较复杂。
以下介绍按平均值的计算方法。
&&&&（1） 计算成型零件工作尺寸的最基本公式
&&&&计算模具成型零件工作尺寸的最基本公式为：
Lm=LS（1+S）
Lm — 模具成型零件在常温下的实际尺寸
— 塑件在常温下的实际尺寸
— 塑料的计算收缩率
&&&&以上是仅考虑塑料收缩率时的模具成型零件工作尺寸的计算公式。由于收缩率的波动、模具制造公差和成型零件的磨损是影响塑件尺寸精度的主要因素，因而应根据以上三项因素计算成型零件工作尺寸。
&&&&（2） 塑料的平均收缩率
&&&&塑料的平均收缩率为：
— 塑料的平均收缩率；
&&&&&&Smax— 塑料的最大收缩率，见附录2；
&&&&&&Smin— 塑料的最小收缩率，见附录2。
&&&&（3） 塑件尺寸和成型零件工作尺寸标注规定
&&&&在型腔、型芯的径向尺寸以及其他各类工作尺寸计算公式的导出过程中，所涉及的无论是塑件尺寸还是模具成型零件工作尺寸，都是按规定的标注方法标注的，即孔（内表面形状）都是按基孔制标注单向正差，下偏差为零，上偏差为正，公差值等于上偏差；轴（外表面形状）都是按基轴制标注单向负差，上偏差为零，下偏差为负，公差值等于下偏差的绝对值；中心距尺寸按公差带对称分布的原则标注。如塑件上的公差不是按以上规定标注的，则在进行成型零件工作尺寸计算前必须进行转换。如图3-43所示。
模具成型零件工作尺寸与塑件尺寸的关系
（注意尺寸上的小z）
成型零件工作尺寸的计算
&&&&（1） 型腔径向尺寸的计算
&&&&如前所述，塑件的基本尺寸Ls是最大尺寸，其公差Δ为负偏差，如果塑件上原有的公差的标注与此不符，应按此规定转换为单向负偏差。因此，塑件的平均径向尺寸为Ls-Δ/2。模具型腔的基本尺寸Lm是最小尺寸，公差δz为正偏差，型腔的平均尺寸则为Lm+δz/2。型腔的平均磨损量为δc/2，考虑到平均收缩率，则可列出如下等式：
对于中小型塑件，取，，将上式展开后略去微小项，则得到模具型腔的径向尺寸为：
标注制造公差后得：
&&&&（2） 型芯径向尺寸的计算
&&&&塑件孔的径向基本尺寸是最小尺寸，其公差Δ为正偏差，型芯的基本尺寸是最大尺寸，制造公差为负偏差。经过与上面型腔径向尺寸相类似的推导，可得：
&&&&应该指出，由于δz 和δc与Δ的关系随塑件的精度等级和尺寸大小不同而变化，因此，公式（3-10）、（3-11）中的Δ项的系数可取1/2~3/4。当塑件尺寸较大、精度级别较低时，δz 和δc可以忽略不计，则取1/2；当塑件尺寸较小、精度级别较高时，δz=Δ/3，δc=Δ/6，此时取3/4。
&&&&另外，带有嵌件的塑件，在计算收缩率时，Ls值应为塑件外形尺寸减去嵌件外形尺寸。为了脱模方便，型腔或型芯都设计有脱模斜度。这时，计算型腔尺寸时，应以大端尺寸为基准，另一端按脱模斜度相应减小；计算型芯尺寸时，应以小端为基准，另一端按脱模斜度相应增大，这样便于修模时留有加工余量。如果塑件使用要求正好相反，应在图上注明。
&&&&（3） 型腔深度尺寸和型芯高度尺寸的计算
&&&&在计算型腔深度尺寸和型芯高度尺寸时，由于型腔的底面和型芯的端面磨损很小，所以可以不考虑磨损量，由此推出
&&&&型腔深度尺寸计算公式：
&&&&型芯高度尺寸计算公式：
&&&&公式（3-12）、（3-13）中的Δ项的系数可取1/2~2/3。即当塑件尺寸较大、精度要求低时取小值，反之取大值。
&&&&（4） 中心距尺寸的计算
&&&&塑件上凸台之间、凹槽之间或凸台与凹槽之间的中心线的距离称之为中心距。由于中心距的公差都是双向等值公差，同时磨损的结果不会使中心距尺寸发生变化，在计算时不必考虑磨损量。因此塑件上的中心距基本尺寸Cs和模具上的中心距的基本尺寸Cm均为平均尺寸。于是：
标注制造公差后得：
&&&&塑件上孔的中心距是由模具上的成型孔或型芯安装孔的中心距所决定的。模具上的孔，用坐标镗床加工时，孔轴线位置尺寸取决于机床精度，一般不会超过±0.015~0.02 mm，用数控加工中心加工时更小；用普通方法加工时，孔间距大，则加工误差值也大。另外，活动型芯与模板如为间隙配合，配合间隙会产生波动而影响塑件中心距，这时应使间隙误差和制造误差的累积值小于塑件中心距所要求的公差，即位于±δz/2范围内。
&&&&（5） 螺纹型芯和螺纹型环的工作尺寸的计算
&&&&螺纹塑件从模具中成型出来后，径向和螺距尺寸都要收缩变小。为了使螺纹塑件与标准金属螺纹较好地配合，提高成型后塑件螺纹的旋入性能，成型塑件的螺纹型芯或型环的径向尺寸都应考虑收缩率的影响，即适当缩小螺纹型环的径向尺寸和增大螺纹型芯的径向尺寸。
&&&&螺纹型环的工作尺寸属于型腔类尺寸，而螺纹型芯的工作尺寸属于型芯类尺寸。由于螺纹连接的种类很多，配合性质也各不相同，影响塑件螺纹连接的因素也比较复杂，因此要满足塑料螺纹配合的准确要求是比较难的，目前尚无塑料螺纹的统一标准，也没有成熟的计算方法。
&&&&由于螺纹中径是决定螺纹配合性质的最重要参数，它决定着螺纹的可旋入性和连接的可靠性，所以计算螺纹型环和螺纹型芯的大、中、小径尺寸时，均以塑件螺纹中径公差Δ中为依据。因为螺纹中径的公差值总是小于大径和小径的公差值，所以在大径和小径计算中，螺纹型环或螺纹型芯都采用了塑件中径的公差值Δ中，制造公差都采用了中径制造公差δz，其目的就是要提高模具制造精度。下面介绍普通螺纹型环和螺纹型芯工作尺寸的计算公式。
1） 螺纹型环的工作尺寸
a） 螺纹型环大径
b） 螺纹型环中径
c） 螺纹型环小径
上面各式中
Dm大 — 螺纹型环大径基本尺寸；
&&&&&&&&Dm中 — 螺纹型环中径基本尺寸；
&&&&&&&&Dm小 — 螺纹型环小径基本尺寸；
&&&&&&&&Ds大
— 塑件外螺纹大径基本尺寸；
&&&&&&&&Ds中
— 塑件外螺纹中径基本尺寸；
&&&&&&&&Ds小
— 塑件外螺纹小径基本尺寸；
— 塑料平均收缩率；
&&&&&&&&Δ中 — 塑件螺纹中径公差，由于目前我国尚无专门的塑件螺纹公差标准，故可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，其值可取Δ中/5或查表3-9。
螺纹型环和螺纹型芯的直径制造公差
中径制造公差
大、小径制造公差
中径制造公差
大、小径制造公差
&&&&2） 螺纹型芯的工作尺寸
a） 螺纹型芯大径
b） 螺纹型芯中径
c） 螺纹型芯小径
上面各式中
dm大 — 螺纹型芯大径基本尺寸；
&&&&&&&&dm中 — 螺纹型芯中径基本尺寸；
&&&&&&&&dm小 — 螺纹型芯小径基本尺寸；
&&&&&&&&ds大
— 塑件内螺纹大径基本尺寸；
&&&&&&&&ds中
— 塑件内螺纹中径基本尺寸；
&&&&&&&&ds小
— 塑件内螺纹小径基本尺寸；
— 塑料平均收缩率；
&&&&Δ中 — 塑件螺纹中径公差，由于目前我国尚无专门的塑件螺纹公差标准，故可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；
— 螺纹型芯中径制造公差，其值可取Δ中/5或查表3-9。&&&&
&&&&3） 螺纹型环和螺纹型芯的螺距工作尺寸
&&&&无论是螺纹型环和螺纹型芯，其螺距尺寸都采用如下公式计算：
Pm — 螺纹型环或螺纹型芯螺距；
&&&&&&Ps — 塑件外螺纹或内螺纹螺距的基本尺寸；
— 螺纹型环或螺纹型芯螺距制造公差，查表3-10。
螺纹型环和螺纹型芯螺距的制造公差
制造公差δz
&&&&在螺纹型环或螺纹型芯螺距计算中，由于考虑到塑件的收缩，计算所得到的螺距带有不规则的小数，加工这种特殊的螺距较困难，可采用如下办法解决这一问题。
&&&&用收缩率相同或相近的塑件外螺纹与塑件内螺纹相配合时，计算螺距尺寸可以不考虑收缩率；当塑料螺纹与金属螺纹配合时，如果配合长度时，可不考虑收缩率；当螺纹配合牙数小于7~8牙时，也可以不计算螺距的收缩率，因为在螺纹型芯中径尺寸中已考虑了增加中径间隙来补偿塑件螺距的累积误差。
&&&&当螺纹配合牙数较多，螺纹螺距收缩累积误差很大时，则必须计算螺距的收缩率。加工带有不规则小数的特殊螺距的螺纹型环或螺纹型芯，可以采用在普通车床上配置特殊齿数的变速挂轮等方法来进行加工，当然最简单的办法是采用数控车床直接进行加工。
成型零件工作尺寸计算实例
&&&&如图3-44所示塑件，其材料为聚丙烯（玻璃纤维增强），试计算该塑件注射模的成型零件工作尺寸。已知 mm， mm， mm， mm， mm， mm， mm， mm， mm。
由已知条件，查附录2得该塑料的收缩率为0.4 ~ 0.8%，
&&&&计算塑料的平均收缩率
S=（0.4 %+0.8%）/2=0.6%
&&&&将 mm换算为 mm；
&&&&将 mm换算为 mm；
&&&&将 mm换算为 mm；
&&&&模具制造公差取，模具的磨损取δc=Δ/6
型腔尺寸计算
型芯尺寸计算
中心距尺寸计算
&&&&分析本例中计算的结果，我们可以发现，成型零件工作尺寸的制造公差如采用塑件公差值的1/3~1/4则明显过大，导致模具成型零件之间以及成型零件与模板之间的装配关系不易保证，故在生产实际中，通常是取IT7~IT8级作为成型零件工作尺寸的制造公差。规格（mm）
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提示： 答：模具的工作零件是凸模和凹模，在复合模中还有凸凹模，它们成对互相配合，完成对坯料的成形。它们的形状、尺寸、精度、固定方法及材质处理等决定着冲模的性能、模具成本及使用寿命。
&&& 答：模具的工作零件是凸模和凹模，在复合模中还有凸凹模，它们成对互相配合，完成对坯料的成形。它们的形状、尺寸、精度、固定方法及材质处理等决定着冲模的性能、模具成本及使用寿命。
（责任编辑: 佚名 ）
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