1.3.2 模具型腔设计
行业知识链接：模具的结构虽然由于塑料品种和性能、塑料制品的形状和结构以及注塑机的类型等不同，而可能千变万化，但是基本结构是一致的。模具主要由浇注系统、调温系统、成型零件和结构零件组成。其中浇注系统和成形零件与塑料直接接触，并随塑料和制品而变化，是塑模中最复杂，变化最大，要求加工光洁度和精度最高的部分。如图1-18所示是产品模具分开后的型腔。
图1-18 产品模具型腔
下面介绍模具型腔设计的基本方法。
1．注塑模成形零部件结构
成形塑料件外表面的零件称为凹模或型腔。型芯成形塑料件的内表面，成形杆可以用作成形制品的局部细节。成形零部件是在一定的温度和压力下使用的零件，故对其尺寸、强度和刚度、材料和热处理工艺、机械加工都有相应的要求。
2．型腔的结构设计
按型腔的结构不同可将其分为整体式、整体嵌入式、镶嵌式和组合式四种结构形式。
1）整体式型腔
整体式型腔是在一个整块零件上加工型腔，如图1-19所示。整体式型腔具有强度高、刚度好的优点，但对于形状复杂的塑料件，其加工困难，热处理不方便，因而适用于形状比较简单的塑料件。
图1-19 整体式型腔
随着加工方法的不断改进，整体式型腔的适用范围已越来越广。
2）整体嵌入式型腔
整体嵌入式型腔仍然是在一个整块零件上加工型腔，但在该零件中嵌入另一个零件，主要适用于塑料件生产批量较大时采用一模多腔的模具。为了保证各型腔尺寸和表面状况一致，或为减少切削工作量，有时也是为了型腔部分采用优质钢材，整体嵌入式型腔采用冷挤压或其他方法，如图1-20所示。
图1-20 整体嵌入式型腔
3）局部镶嵌式型腔
型腔的某一部分形状特殊，或易损坏需要更换时，可以采用整体型腔，但特殊形状部分用局部镶嵌方法。如图1-21所示，型腔侧表面有突出肋条，可以将此肋条单独加工，采用T形槽、燕尾槽或圆形槽镶入型腔内；如图1-22所示，型腔底部中间带有波纹，可将该部分单独加工为独立零件，再镶入型腔底部构成完整型腔。
图1-21 局部镶嵌式型腔
图1-22 型腔底部中间带有波纹
4）组合式型腔
组合式型腔的侧壁和底部由不同零件组合而成，多用于尺寸较大的塑料件生产，为了型腔加工、热处理、抛光研磨的方便，将完整的型腔分为几个部分，分别加工后再组合为一体。根据塑料件的结构特点，组合式型腔大致有整体侧壁与腔底组合、四壁组合后再与底部组合两种不同形式。图1-23～图1-26为几种整体侧壁与腔底组合的型腔。
图1-23所示是将侧壁用螺钉连接，无配合部分，结构简单，加工迅速，但在成形过程中连接面容易揳入塑料，且加工侧壁时应防止侧面下端的棱边损伤。
图1-23 侧壁用螺钉连接的组合式型腔
图1-24所示是底部与侧壁拼合时增加了一个配合面，再用螺钉连接，配合面采用过渡配合，可防止塑料揳入连接面。
图1-24 增加了配合面的组合式型腔
图1-25所示的结构形式在型腔组成上与图1-19相同，但不是用螺钉直接将型腔底部与侧壁连接，而是增加了一块垫板，靠垫板将两者压紧，再将垫板与侧壁用螺钉紧固连接。
图1-25 增加了垫板的组合式型腔
图1-26所示是四壁相拼合套入模套中，再与腔底拼合，下面垫上垫板，用螺钉与模套连接。四壁拼合采用互相扣锁形式，为保证扣锁的紧密性，四处边角扣锁接触面应留有一段非接触部分，留出0.3～0.4mm的间隙。基于同样原因，四壁转角处圆角半径R应大于模套转角处半径r。
图1-26 侧壁组合后再与底部组合的型腔
图1-27所示的是四壁互相扣锁拼合后与腔底扣锁并连接的形式。
图1-27 四壁互相扣锁拼合后与腔底扣锁并连接的型腔
设计镶嵌式和组合式型腔时，应尽可能满足下列要求。
（1）将型腔的内部形状变为镶件或组合件的外形加工。
（2）拼缝应避开型腔的转角或圆弧部分，并与脱模方向一致。
（3）镶嵌件和组合件数量力求少，以减少对塑料件外观和尺寸精度的影响。
（4）易损部分应设计为独立的镶拼件，便于更换。
（5）组合件的结合面应采用凹凸槽互相扣锁的形式，防止在压力作用下产生位移。
3．型芯和成形杆的设计
成形塑料件内表面的零件统称为凸模或型芯。对于结构简单的容器、壳、罩、盖、帽、套之类的塑料件，成形其主体部分内表面的零件称为主型芯或凸模，而将成形其他小孔或细微结构的型芯称为小型芯或成形杆。型芯按复杂程度和结构形式大致分为以下几种类型。
1）整体式型芯
这是形状最简单的主型芯，用一整块材料加工而成，结构牢固，加工方便，但仅适用于塑料件内表面形状简单的情况，如图1-28所示。
图1-28 整体式型芯
2）嵌入式型芯
嵌入式型芯主要用于圆形、方形等形状比较简单的型芯。最常采用的嵌入形式是型芯带有凸肩，型芯嵌入固定板的同时，凸肩部分沉入固定板的沉孔部分，再垫上垫板，并用螺钉将垫板与固定板连接，如图1-29所示。另一种嵌入方法是在固定板上加工出盲沉孔，型芯嵌入盲沉孔后用螺钉直接与固定板连接，如图1-30所示。
图1-29 带有凸肩的型芯
图1-30 嵌入盲沉孔的型芯
3）异形型芯
对于形状特殊或结构复杂的型芯，需要采用组合式结构或特殊固定形式，但应视具体形状而定，下面以具体实例说明。
图1-31和图1-32为非圆形型芯的几种固定方法。
图1-31 成形部分断面是矩形的型芯
图1-32 成形部分是五角形的型芯
在图1-31中，型芯成形部分的断面是矩形，但为了便于在固定板中固定，固定部分设计为圆形。
图1-32比较复杂，可以分别设计为两个零件，组合后再固定到模板中。
4）小型芯
直径较小的型芯，如果数量较多，采用凸肩垫板安装方法比较好。若各型芯之间距离较近，可以在固定板上加工出一个大的公用沉孔，如图1-33所示。因为如果分别为每个型芯加工出单独的沉孔，孔间壁厚较薄，热处理时易出现裂纹。各型芯的凸肩如果重叠干涉，可将相干涉的一面削掉一部分。
图1-33 加工出公用沉孔的型芯
对于单个小型芯，既可以采用凸肩垫板的固定方法，也可采用省去垫板的固定方法。
图1-34是凸肩垫板的固定方法。
图1-34 凸肩垫板的固定方法
在图1-35中，为使安装方便，将固定部分仅留3～5mm配合段防止塑料进入，固定孔长度的其余部分扩大0.5～1mm，如图所示。
图1-35 固定部分仅留3～5mm
图1-36所示型芯的修磨与更换方便，打开垫板更换型芯下部的支承销，即可调节型芯的安装高度。
图1-36 修磨与更换方便的型芯
图1-37和图1-38都是省去垫板的固定方法，其中图1-37采用过渡配合或小间隙配合，另一端铆死；图1-38中型芯仍带凸肩，用螺丝将凸肩拧紧。
图1-37 过渡配合或小间隙配合的固定
图1-38 仍带凸肩的固定