分流管注塑模动模垫板和斜导柱强度和刚度的校核是为了控制其变形量，以保证熔体在填充过程中不产生溢料飞边及保证产品的壁厚尺寸，并保证注塑件能够顺利脱模。对注塑模强度和刚度的校核应取受力最大，强度和刚度最薄弱的部位进行校核。由于分流管在注塑模中有三种摆放位置，因此就存在着三种注塑模的结构方案。......
2023-06-30
型腔和底板的强度及刚度计算方法详解
【摘要】：因此在模具设计中要求对强度及刚度加以合理考虑。如果型腔壁厚和底板厚度不够，当型腔中产生的内应力超过型腔材料的许用应力时，型腔便发生强度破坏。强度计算的条件是满足各种受力状态下的材料许用应力。
1.型腔和底板的强度及刚度概述
塑料模型腔壁厚及底板厚度的计算是模具设计中经常遇到的重要问题，尤其在大型模具设计中这种问题更为突出。以往都凭经验决定，但常因估计不准确而造成模具报废或材料浪费。为此，建立科学的计算方法非常必要。目前常用的计算方法有按强度和按刚度条件计算两大类，但实际的塑料模具却要求既不允许因强度不足而发生明显变形，甚至破坏，也不允许因刚度不足而发生过大变形。因此在模具设计中要求对强度及刚度加以合理考虑。
在塑料成型过程中，型腔所承受的力是十分复杂的。就注射模而论，型腔所受的力有塑料熔体的压力、合模时的压力及开模时的拉力等，其中最主要的是塑料熔体的压力。在塑料熔体的压力的作用下，型腔将产生内应力及变形。如果型腔壁厚和底板厚度不够，当型腔中产生的内应力超过型腔材料的许用应力时，型腔便发生强度破坏。与此同时，刚度不足则发生过大的弹性变形，从而产生溢料和影响塑件尺寸及成型精度，也可能导致脱模困难等。可见模具对强度和刚度都有要求。
但是，理论分析和实践证明，模具对强度及刚度的要求也并非要同时兼顾。对于大尺寸型腔，刚度不足是主要矛盾，应按刚度条件计算型腔壁厚和底板厚度。对于小尺寸型腔，强度不够则是主要矛盾，应按强度条件计算型腔壁厚和底板厚度。强度计算的条件是满足各种受力状态下的材料许用应力。刚度计算的条件则由于模具的使用状态，可以从下几个方面加以考虑。
（1）防止溢料 当高压塑料熔体注入时，模具型腔的某些配合面会产生足以溢料的间隙。为了使型腔不致因模具弹性变形而发生溢料，此时应根据不同塑料的最大不溢料间隙来确定模具的刚度条件。例如，尼龙、聚乙烯、聚丙烯和聚丙醛等低黏度塑料，其允许间隙为0.025～0.03mm；对聚苯乙烯、有机玻璃和ABS等中等黏度塑料，其允许间隙为0.05mm；对聚砜、聚碳酸酯和硬聚氯乙烯等高粘度塑料，其允许间隙为0.06～0.08mm。
（2）保证塑件精度 塑件均有尺寸要求，尤其是精度要求高的小型塑件，这就要求模具型腔具有很好的刚性，即塑料注入时不产生过大的弹性变形。最大弹性变形值可取塑件允许公差的1/5。常见的中、小型塑件允许公差为0.13～0.25mm（非自由尺寸），因此允许弹性变形量为0.025～0.05mm，可按塑件大小和精度选取。
（3）有利于脱模 当变形量大于塑件冷却时的收缩量时，塑件的周边被型腔紧紧包住而难以脱模，强制顶出则易使塑件划伤或损坏，因此型腔允许弹性变形量应小于塑件的收缩值。但是，一般来说塑料的收缩率较大，故多数情况下，当满足上述两项要求时已能满足本项要求。
上述要求在设计模具时其刚度条件应以这几项中所允许得最小的变形值为设计标准，但也不宜无根据地过分提高标准，以免浪费钢材，增加制造难度。
2.型腔和底板的强度及刚度计算
（1）计算法 常用圆形和矩形凹模壁厚及底板厚度的计算公式见表6⁃5。
表6⁃5 型腔壁厚及底板厚度计算公式
（续）
注：表中所列各公式中
t强——按强度计算的腔侧壁厚度（mm）；
t刚——按刚度计算的腔侧壁厚度（mm）；
t′强——按强度计算的底板厚度（mm）；
t′刚——按刚度计算的底板厚度（mm）；
r——型腔内半径（mm）；
σ——许用应力（Pa）；
p——型腔内熔融塑料的压力（Pa）；
E——弹性模量（Pa）；
e许——许用变形量（mm）；
μ——泊松比；
h——型腔深度（mm）；
t——型腔侧壁长边长度（mm）；
H——型腔侧壁总高度（mm）；
b——底板受压宽度（mm）；
B——底板总宽度（mm）；
M——最大弯矩（N·m）。
表6⁃5中系数c与c′分别查表6⁃6及表6⁃7。
表6⁃6 系数c
表6⁃7 系数c′
（2）经验数据法 型腔壁厚的计算比较复杂且烦琐，为了简化模具设计，一般查有关表格采用经验数据。图6⁃28所示型腔底壁厚度th的经验数据见表6⁃8。
图6⁃28 型腔底壁厚度示意图
表6⁃8 型腔底壁厚度th的经验数据
注：当压力PM＜29MPa，L＞1.5B时，表中数值乘以（1.25～1.35）；当压力PM＜49MPa，L＞1.5B时，表中数值乘以（1.5～1.6）。
图6⁃29a所示单型腔侧壁厚度tc的经验计算公式为tc=0.20t+17（型腔压力PM＜49MPa）。
图6⁃29b所示多腔模具的型腔与型腔之间的壁厚tc′的经验计算公式为
。
图6⁃29 型腔侧壁厚度示意图
复习与思考题
图6⁃30所示塑料罩盖，材料为LDPE，未注圆角R2～R3mm。请完成以下任务。
图6⁃30 塑料罩盖
1.拟定成型零件的结构，按一模两件、侧浇口的结构形式绘制注射模具成型零件部分的设计草图。
2.计算模具成型零件工作尺寸，写出详细计算过程并填入表6⁃9。
表6⁃9 模具成型零件工作尺寸计算表
3.计算（或者利用经验公式、查表）注射模具各成型零件的侧壁厚度、底板厚度。
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