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胶件结构

胶件结构不合理，会造成模具制造和胶件成形的困难；模具工程师应对胶件结构提出改进方案，并知会产品设计人员，由其确认。

当接到客户资料，应对资料进行必要的处理，其方式见本章附录1。

根据客户资料，胶件结构分析主要有以下几方面：(1)注塑工艺对胶件结构的要求；(2)模具对胶件结构的要求；(3)产品装配对胶件结构的要求；(4)表面要求。

3.1 注塑工艺对胶件结构的要求

胶件产生收缩凹陷、气烘、困气、变形、烧焦等工艺性问题,是与胶件的局部胶厚、浇口设置、冷却等因素影响有关。分析胶件结构的工艺性应从以下几方面进行。

3.1.1 壁厚

胶件壁厚应均匀一致，避免突变和截面厚薄悬殊的设计，否则会引起收缩不均，使胶件表面产生缺陷。

胶件壁厚一般在1～6mm范围内，最常用壁厚值为1.8～3mm，这都随胶件类型及胶件大小而定。

对已建3D模型之胶件，应用 Pro/E 进行截面分析，可发现胶件壁厚不均匀问题，其步骤：

Analysis ® Model Analysis ® Thickness ® [给定最大胶厚和最小胶厚，选分析起始点和结束点，确定分析所对应的平行截面]®Compute ,如图3.1.1 图3.1.2所示。

另外，胶件壁厚还与熔体充模流程有密切关系；其流程是指熔料从浇口起流向型腔各处的距离。在常规工艺条件下，流程大小与胶件壁厚成正比关系。胶件壁厚越大，则允许最大流程越长。可利用关系式或图表(见《塑料模具技术手册》68～69页)校核胶件成形的可能性。

胶件壁厚为2.5mm，常规成形条件，其常用料的流程如下：

ABS ：流程220 mm； PC ：流程120 mm；

HDPE：流程280 mm； POM ：流程180 mm。

常见壁厚不均会产生的问题：

(1)局部厚胶位如图3.1.1所示，易产生表面收缩凹陷。

(2)如图3.1.2所示，胶件两边薄胶位，易产生成形滞流现象。

(3)止口位如图3.1.3所示,胶厚采用渐变方法以消除表面白印；另有胶件内部拐角位增加圆角使其壁厚均匀。

(4)如图3.1.4所示，胶件平面中间凹位过深，实际成形胶件产生拱形变形；解决变形的方法是减小凹位深度，使壁厚尽量均匀。

(5)如图3.1.5所示，尖角位表面易产生烘印，避免烘印的办法是加圆角过渡。

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3.1.2 (筋)骨位

胶件骨位其作用有增加强度、固定底面壳、支撑架、按键导向等。由于骨位与胶件壳体连接处易产生外观收缩凹陷；所以，要求骨位厚度应小于等于0.5t(t为胶件壁厚),一般骨位厚度在0.8～1.2mm范围。

塑胶模具设计指南-胶件结构,如图,斜度,曲面,模具,脱模,第5张

图3.1.6

当骨深15mm以上，易产生走胶困难、困气，模具上可制作镶件，也方便省模、排气。

骨深15mm以下，脱模斜度应有0.5˚以上；骨深15mm以上，骨位根部与顶部厚度差不小于0.2mm，如图3.1.6所示。

为改善某些深骨位的流动状况，骨位上增加走胶米仔；如图3.1.7所示喇叭骨加走胶米仔，模具制作镶件。

3.1.3 浇口

胶件浇口位置和入浇形式的选择，将直接关系到胶件成形质量和注射过程能否顺利进行。胶件的浇口位置和形式，应进行分析确定；对客户胶件资料中已确定的浇口，也需进行分析，对不妥之处提出建议。

浇口的设置原则如下：

(1)保证胶料的流动前沿，能同时到达型腔末端，并使其流程为最短，如图3.1.8所示；

(2)浇口应先从壁厚较厚的部位进料，以利于保压，减少压力损失；

(3)型腔内如有小型芯或嵌件时，浇口应避免直接冲击，防止变形；

(4)浇口的位置应在胶件容易清除的部位，修整方便，不影响胶件的外观，如图3.1.9所示；

(5)有利于型腔内排气，使腔内气体挤入分模面附近；

(6)避免胶料流动出现“跑道”效应，使胶件产生困气、熔接痕现象；

(7)避免浇口处产生气烘、蛇纹等现象，如图3.1.10 图3.1.11图3.1.12所示；

(8)胶料流入方向，应使其流入型腔时,能沿着型腔平行方向均匀地流入，避免胶料流动各向异性，使胶件产生翘曲变形、应力开裂现象，如图3.1.13 图3.1.14所示。

对一些胶料充模流动复杂的胶件，以及，一模多腔或多种成品的模具如图3.1.15所示，入浇口位置和尺寸的确定，可申请借助CAE(Moldflow软件)分析解决。

3.2 模具对胶件结构的要求

分析胶件结构是否符合模具成形和出模的要求，可从如下几方面进行：脱模斜度、擦碰位、行位、斜顶、尖薄钢位、出模。

3.2.1 脱模斜度

胶件必须有足够的脱模斜度，以避免出现顶白、顶伤和拖白现象。脱模斜度与胶料性能、胶件形状、表面要求有关。

常用胶料最小脱模斜度的推荐值(见《塑料模具技术手册》67页)。对胶件3D文件中没有脱模斜度要求的部位，参照技术说明中一般脱模斜度的要求。胶件外观表面要求光面或纹面，其脱模斜度也不同，斜度值如下：

(1)外表面光面小胶件脱模斜度/1˚，大胶件脱模斜度/3˚；

(2)外表面蚀纹面Ra < 6.3脱模斜度/3˚，Ra/6.3脱模斜度/4˚；

(3)外表面火花纹面Ra < 3.2脱模斜度/3˚，Ra/3.2脱模斜度/4˚。

对已建3D模型之胶件，应用Pro/E进行脱模斜度检查，其步骤如下：

Analysis ® Surface Analysis ®

Draft Check®[给定最大斜度值，选分析

Part或Surface，确定分析所对应的方向面] ® Compute。

应注意，在修改胶件脱模斜度时，还需保证胶件装配关系和外观的要求，如图3.2.1所示。

3.2.2 擦、碰面

模具擦、碰面如图3.2.2所示。模具的擦面应有斜度，擦面斜度有两个功用：

(1)防止溢胶，因为竖直贴合面不能加预载；

(2)减少磨损。

分析擦、碰面可从如下几方面考虑；

(1)保证结构强度。如图3.2.3为避免模具凸出部位变形或折断，设计上B/H之值大于等于1/3较合理。

(2)防止产生披峰。如图3.2.3所示，碰面贴合值E/1.2mm。如图3.2.4图3.2.5所示,保证擦面间隙值 e/0.25mm。若按擦面斜度考虑， h£3mm时，斜度 α/5˚；h > 3mm时,斜度 α/3˚；某些胶件对斜度有特定要求时，擦面高度 h/10mm，允许斜度 α/2˚ 。对擦碰面尖部封胶位应有圆角R0.5以上。

(3)便于模具加工和维修。如图3.2.6 图3.2.7所示，转轴位模具上制作镶件。

3.2.3 行位、斜顶

胶件侧壁有凹凸形状、侧孔和扣位时，模具开模顶出胶件前则须将侧向型芯抽出，此机构称行位。如图 3.2.8 所示，胶件外侧孔，需后模行位抽芯。如图 3.2.9 所示，胶件内侧凹槽，若用斜顶出模，顶部开距不够，须采用内行位。

另外，利用斜向顶出，顶出和抽芯同时完成的顶出机构称斜顶。对胶件上需抽芯的部位，当行位空间不够时，可利用斜顶机构完成。斜顶机构中，斜向顶出距离应大于抽芯距离( B > H )如图3.2.10所示，防止顶出干涉。

如图3.2.11所示，胶件内、外侧壁都有凹形，内侧有骨位阻碍和高度不够原因，须对外侧壁前模行位，内侧壁斜顶出模。

如图3.2.12所示，胶件侧孔周围不能有夹线，侧孔须前模行位抽芯，扣位斜顶出模。

3.2.4 分模面

胶件资料中，不论分模面是否作出规定,模具设计者都须具体确定；对已作规定的分模面，存在不合理之处，应反馈对方。

分析胶件分模面时注意以下几点：

(1)按外观要求，确定表面夹线位置，如图3.2.13所示。

(2)将胶件有同轴度要求或易错位的部分，放置分模面同一侧，如图3.2.14图3.2.15所示。

(3)考虑脱模斜度造成的胶件大、小端尺寸差异，如图3.2.16所示。

(4)确定胶件在模具内的方位，使之形成的分模面应尽量防止产生侧孔或侧凹，以避免采用复杂的模具结构,如图3.3.16图3.3.17所示。

3.2.5 尖、薄钢位

避免影响模具强度及使用寿命的尖、薄钢位。一般尖、薄钢位在胶件上不易反映出来，分析它应结合胶件的模具情况。模具上产生尖、薄钢位的原因有两方面 —— 胶件结构和模具结构。

(1)胶件结构产生的尖、薄钢位。如图3.2.18图3.2.19所示，胶件双叉骨，模具上产生尖、薄钢位；可改为单叉骨或加大中间宽度，避免模具产生尖、薄钢位。

(2)模具结构产生的尖、薄钢位。如图3.2.20所示，胶件边缘圆角处，模具上易出

现尖钢；模具结构如图3.2.21所示，此方法分模，出现尖钢；图3.2.22所示，分模面延圆弧法线方向，可避免尖钢。

3.2.6 胶件出模

胶件的出模通常使用顶针、司筒和推板顶出。若胶件上有特殊结构或表面光洁度要求时，需采用其它方式出模，如顶块顶出、斜向顶出、螺纹旋转出模、二次顶出等。对某些透明胶件的顶出，还须注意顶出痕迹不能外露。

如图3.2.23所示，多腔薄壳小胶件，使用推板顶出。

如图3.2.24所示，胶件为透明薄片，为避免顶出夹线痕迹，采用顶块顶出；注意，此类胶件底边不要有圆角，防止顶出痕迹透出。

如图3.2.25所示，胶件有内凹弧，采用二次顶出机构，实现胶件出模。

3.3 产品装配对胶件结构的要求

胶件在产品中的装配关系，会给模具制造提供一些有关胶件要求的信息，如与其它胶件的配合间隙、连接方式等。

3.3.1 装配干涉分析

模具工程师根据各胶件的连接方式、配合间隙，装配3D模型；分析各胶件之间是否干涉。应用Pro/E，分析各胶件之间干涉情况，其步骤如下：

Analysis ® Model Analysis ® Pairs Clearance(分析一个组合中，两个零件之间的间隙或干涉情况) ® [选择分析的两个Part或Surface] ® Compute。

另一种，整个组合件的干涉检查方法：

Analysis ® Model Analysis ® Global Interference(分析整个组合中，各零件与零件之间的干涉情况) ® [选择整个组合] ® Compute (得出整个组合中，各零件与零件之间的干涉信息)。

3.3.2 装配间隙

各胶件之间的装配间隙应均匀，一般胶件间隙(单边)如下：

(1)固定件之间配合间隙 0～0.1mm，如图3.3.1所示；

(2)面、底壳止口间隙0.05～0.1mm，如图3.3.2所示；

(3)规则按钮(直径Ø£15 )的活动间隙(单边)0.1～0.2mm；规则按钮(直径Ø >15 )的活动间隙(单边)0.15～0.25mm；异形按钮的活动间隙0.3～0.35mm,如图3.3.3所示。

3.3.3 柱位、扣位连接

分析连接各胶件的柱位、扣位，如图3.3.4图3.3.5所示。检查装配后的3D模型及各胶件2D文件中的柱位、扣位尺寸，它们的位置尺寸要保持一致。当胶件的柱位或扣位尺寸更改后，应对其配合胶件尺寸也进行更改。

由于柱位根部与胶壳连接处的胶壁会突然变厚，某些胶件资料中又没减胶的说明，这时，模具上须在柱位根部加钢(加火山口)，避免胶件表面产生缩痕。

常见柱位尺寸加火山口数据如下表：

注明：

1)上述数据平均胶厚为2.5，如图3.3.6所示；

2)对小于M2.6的螺丝柱，原则上不设火山口，但吊针底胶厚应在1.2至1.4mm；

3)对有火山口的螺丝柱,原则上都应设置火箭脚，以提高强度及便于胶料流动。

3.4 表面要求

指各胶件在装配后，外露部分的状况；其胶件表面的文字、图案、纹理、外形及安全标准要求等。

3.4.1 文字、图案和浮雕

胶件上直接模塑出的文字、图案，如客户无要求，可采用凸形文字、图案。胶件的文字、图案为凹形时，模具上则为凸形，模具制作相对复杂。

模具上文字、图案的制作方法通常有三种：

(1)晒文字、图案(也称化学腐蚀)；

(2)电极加工模具，雕刻电极或CNC加工电极；

(3)雕刻或CNC加工模具。

若采用电极加工文字、图案，其胶件上文字、图案的工艺要求如下：

(1)胶件上为凸形文字、图案，凸出的高度0.2～0.4mm为宜，线条宽度不小于0.3mm,两条线间距离不小于0.4mm，如图3.4.1所示。

(2)胶件上为凹形文字或图案，凹入的深度为0.2～0.5mm，一般凹入深度取0.3mm为宜；线条宽度不小于0.3mm，两条线间距离不小于0.4mm，如图3.4.2所示。

胶件表面浮雕的制作，常用雕刻方法加工模具。由于胶件3D文件不会有浮雕造型，2D文件上浮雕的大小也是不准确的，其浮雕的形状是依照样板为标准。因此，模具设计和制造人员，应了解雕刻模制作过程；对雕刻模的制作配合，如何定位，都应在分析中确定。

3.4.2 胶件外形

胶件外形应符合各类型产品的安全标准要求。胶件上，不应出现锋利边、尖锐点；对拐角处的内外表面，可用增加圆角来避免应力集中，提高胶件强度，改善胶件的流动情况，如图3.4.3所示。

胶件3D造型，若表面出现褶皱或细小碎面时，确定改善表面的方案；或者，在制造中修整电极，来满足光顺曲面的要求,如图3.4.4所示。

3.4.3 表面纹理

胶件外观表面纹理的要求，常为光面或纹面；纹面又有晒纹(也称化学腐蚀纹)和火花纹两种。其脱模斜度(见3.2.1节)。

当胶件表面还需喷油、丝印时，胶件表面应为光面或幼纹面(Ra<6.3)，纹面过粗易产生溢油现象。丝印面选在胶件凸出或平整部位较好；喷油后的表面，会放大成型时产生的表面痕迹。

附录1 客户资料的转换与处理

模具设计的主要依据是客户胶件资料，资料包括图纸、样板和电子文件。输入胶件资料，进行相应转换与处理，以达到模具设计所需的要求。

1.1 资料处理

胶件资料来源形式，并进行相应处理。

(1)图纸资料根据图纸建成3D胶件模型或2D图形。

(2)样板资料实测样板，建成3D胶件模型或2D图形。另外，依据样板采用雕刻方法加工模具。

(3)电子文件括2D或3D电子文件；常见2D格式为：xxx.prt、xxx.dwg、xxx.dxf和xxx.igs；3D格式为：xxx.prt.x、xxx.igs、xxx.dxf和xxx.stp。如果文件格式符合要求，直接使用；否则，文件须进行相应转换与处理。

当同一胶件资料描述某一部位，出现两者不一致时，需由TE组确认。

1.2 文件转换

模房CAD/CAM常用软件有CADKEY、Pro/ENGINEER、Space-E/CAM和Mastercam。

2D文件为xxx.dwg用CADKEY转入；转入不成功,其原因是低版本软件不兼容高版本软件的文件。可先在AutoCAD软件内，输出一个低版本的 xxx.dwg或xxx.dxf文件，再回到CADKEY内转入。或者，用高版本的CADKEY转入xxx.dwg文件。

客户提供的3D文件是Pro/E软件建立的，如果调入不成功,其原因是低版本软件不兼容高版本软件的文件。可在高版本Pro/E上输出 xxx.stp或xxx.igs文件，再到低版本的Pro/E去转入。

当提供的3D文件是其它软件所建立时，文件格式通常为xxx.igs。转入Pro/E内，曲面与曲面之间构成了封闭的区域，则Pro/E系统会自动在封闭区域形成实体(实体的边界线成白色线条)，若曲面与曲面之间有间隙(一般称为“裂缝”),则有间隙的区域在画面上呈现黄色。因此，转入xxx.igs文件后，画面上某些区域呈黄色的线条,即代表这些区域需要修补。

1.3 IGS文件的处理

转入 xxx.igs文件形成裂缝，有如下原因：

(1)原先相邻的两个曲面不相接，其情况如同曲面被剥离开，如图1-1所示，或一个曲面穿透到另一个曲面。

(2)原先被接合(Merge)或被裁剪(Trim)的曲面变为没有被接合或裁剪，曲面边会多出去，如图1-2所示。

(3)曲面的边扭曲变形，如图1-3所示。

(4)曲面丢失，呈现缺面。

(5)部分曲面被打乱。

(6)一些辅助曲面都被转入，呈乱面。

处理上述问题的基本概念，是将曲面的边界线整理为正常(或合理)的状态。对裂缝曲面的修补方式如下：

(1)去除多余或辅助的曲面。在软件输出xxx.igs前，可先复制出实体表面，再输出只有实体表面的 xxx.igs文件，就可不带入多余的辅助曲面。或者，删除多余曲面，其步骤；

Feature ® Redefine ® [选转入进来的曲面任意处] ® Heal Geometry (几何整修) ® Delete ® [选预删除的多余曲面]。

(2)软件自动修补小裂缝，其步骤；

Feature ® Redefine ® [选转入进来的曲面任意处] ®Heal Geometry® Manual(手动修整边界线) ® Fix Bndries(修整边界线) ® Zip Gaps(修补小裂缝) ® Auto Select(自动选出可修补的小裂缝)® Zip Gaps ® Accept(接受修补结果)

(3)软件无法自动修补的裂缝，其修补步骤；

Feature ® Redefine ® [选转入进来的曲面任意处] ®Heal Geometry ®Manual® Fix Bndries ® Edit Bndry (编辑裂缝面的边界线) ® [选需修补曲面] ® SelContour(选择需修补有黄色的边界线变为淡咖啡色显示)®Modify®MoveVertex(移动端点的方法修补，即先选择旧端点，再选择新端点移动，如图1-4所示)® Done

再修补面的边界线，选Fix Bndries ®Zip Gaps ® Sel Chain(选需修补相邻两边界的面)® Done ® Zip Gaps ® Accept修补面边界的其它方法：Edit Bndry® [选需修补曲面]® Sel Contour ®Modify

® Straighten (拉为直线，选择两点，将边界线恢复至该有的直线)

® Merge Edges (合并段线，将链内多段线合并为一整段线)

® Move Vertex (移动端点，使旧线段到正确的位置)

® SetTanCond (改两段线为相切或垂直)

® Divide (线条上增加断点)

另外，编辑整理边界时，建立新线条的方法如下： Edit Bndry® [选需修补曲面]Sel Contour ® Create

® Project (选择某线条，投影到要修整的曲面上)

® Make Isoline (选择两条线的交点,由此两条线中挑选所需的线条)

® Connect (选择两个点，拉出直线或曲线后，再投影到要修整的曲面上)

® Intersect (选择一个曲面，取得要修整曲面和所选择曲面的交线)

(4)曲面丢失，呈现缺面的裂缝，其修补前先确定曲面特征，再重新建立曲面，并将其Merge起来。对一些修补困难，其特征清楚的曲面，也可先删除，再重建曲面.

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