1.1　注塑件形状与障碍体要素分析

注塑件上的形状与障碍体要素，是注塑件影响注塑模的主要因素。注塑件上的形状要素是决定模具型腔与型芯形状、精度、数量和模具大小的主要因素，障碍体要素是决定注塑模开闭模、抽芯和注塑件脱模运动的主要因素，也是影响模具型腔与型芯加工的主要因素。注塑模结构设计与注塑件的“形状”有关，更与注塑件上的“障碍体”有关。而注塑件上的“障碍体”，是注塑件形状中对模具结构方案影响最大的因素。

1.1.1　注塑件形体分析的“形状”要素

由于注塑件在各种设备和装置中所起到作用和功能的不同，注塑件的形状、大小和精度是千变万化的。这样便造成了注塑件上“六要素”种类和数量的不同，从而造成了对注塑模结构方案的影响作用不同。如此，注塑模结构的设计也就不同。但是，注塑件形体“六要素”分析，是能够适用于所有注塑件的形体分析。

成型注塑件型腔和型芯的形状与注塑件的内外形状是相似的，由于任何物体都具有受热膨胀和遇冷却收缩的特性，注塑件冷却后一定会小于图纸要求的形状尺寸。为了满足塑料在受热膨胀时注塑件形状会增大的特性，对注塑模型腔与型芯的尺寸需要进行补偿计算，即需要对注塑模型腔与型芯尺寸放大塑料的收缩量。这样当塑料熔体在注塑模中冷却后，才能保证与注塑件图纸尺寸一致性。注塑件的形状和大小，主要是影响到注塑模型腔和型芯的形状、数量以及嵌件形式的选取；注塑模浇注系统形式、位置和尺寸的设置；注塑模模架形式与尺寸大小的选用；注塑模分型面、抽芯机构和注塑件脱模机构的选择。任何注塑件都是具有外形或内形要素，否则就不是具有实体的注塑件。

1.1.2　注塑件形体分析的“障碍体”要素

在注塑模结构设计之前，需要提取注塑件上存在的“障碍体”要素。然后，再针对所存在的“障碍体”设置出解套的措施，即制订出相应的模具结构可行性方案，这便是模具结构可行性方案的分析与论证方法。

（1）“障碍体”的定义

“障碍体”是因制品结构需要存留在注塑件上的形体，也是通过注塑件复制在模具型面上的一种几何体。它能够阻碍注塑件的脱模运动、抽芯运动、开闭模运动，还能影响模具形体的加工。它们的存在可以从注塑件的图样、造型和实物中找到，如不能妥善采取合适的措施化解“障碍体”的不良影响，哪怕只有一处“障碍体”没有得到合理的处置都会导致模具的失败。“障碍体”在制品或模具型面中的存在是无可置疑的客观事实，是不以人的意志所转移的现实。它的存在无所不在且内容丰富多彩，这便造就了注塑模较其他类型模具结构设计困难但又无比精彩的特色。

［例1-1］　圆球形注塑件选取不同分型面时，所产生注塑件“障碍体”对脱模的影响，如图1-1所示。圆球形注塑件，如图1-1（a）所示。如图1-1（b）所示，分型面Ⅰ—Ⅰ选取在水平中心线的下方，产生的“障碍体”使圆球形注塑件滞留在定模1的型腔中无法脱模；如图1-1（c）所示，分型面Ⅰ—Ⅰ选取在水平中心线的上方，产生的“障碍体”使圆球形注塑件滞留在动模2的型腔中无法脱模；如图1-1（d）所示，分型面Ⅰ—Ⅰ选取在水平中心线上，就不会产生“障碍体”。使得圆球形注塑件有可能滞留在动模2的型腔中，利用顶杆很容易将制品脱模。也可能滞留在定模1的型腔中，制件脱模较困难。该例生动地说明了“障碍体”的存在，随着分型面选取位置的不同所产生的“障碍体”部位也不同，对制品在模具分型所产生的影响也不同。

（2）“障碍体”的种类

“障碍体”存在多种形式：有各种形状形式的“障碍体”；有观察分析难易程度形式的“障碍体”；有功能形式的“障碍体”；还有结构设计形式的“障碍体”。

①以形状进行区分的“障碍体”　这主要是在注塑件设计时出现的“障碍体”，有凸台、凹坑、暗角、内扣和内外弓形高等形式的“障碍体”。

［例1-2］　凸台、凹坑、内扣和内外弓形高“障碍体”，如图1-2所示。

a.凸台形式“障碍体”　是在制品内外型面上存在着突出的圆形、 方形和异形的几何体，这种突出的几何体称为凸台“障碍体”。

b.凹坑形式“障碍体”　是在制品内外型面上存在着内凹的圆形、 方形和异形的几何体，这种内凹的几何体称为凹坑“障碍体”。

c.内扣形式“障碍体”　是在制品边缘型面上存在着内凹的几何体， 这种内凹的几何体称为内扣“障碍体”。

d.内外弓形高形式“障碍体”　一般制品内外形为圆弧形式的型面， 这种圆弧形式的型面的几何体称为内扣“障碍体”。

②以观察分析难易程度形式进行区分的“障碍体”　这主要是在注塑模结构方案可行性分析时出现的“障碍体”，有显性“障碍体”和隐性“障碍体”。

［例1-3］　显性“障碍体”和隐性“障碍体”，如图1-3所示。

a.显性“障碍体”　是在塑料制品二维图、三维造型和实物上能够很容易发现或分析出能阻碍模具机构进行分型、抽芯和脱模运动的几何实体。如图1-3的A—A中显性“障碍体”的高度为3.1mm×30°，图1-3的D—D中显性“障碍体”的高度=6×tan10°=6×0.176=1.056≈1.06（mm）。这两处“障碍体”阻挡了注塑件正常沿着模具分型方向的脱模，为了使注塑件能够正常地脱模，注塑件必须沿着内扣“障碍体”30°的方向线进行斜向才能够脱模。

b.隐性“障碍体”　如图1-3的C—C剖视图中两端为×7.7mm孔和×11.3mm孔，而中间是×ϕ17.5mm×4×8.2mm的花键孔，如此两端为大孔、中间为花键孔是不可能完成抽芯的。因此，只能将成型这三个孔的型芯进行分型，即花键孔与其同一外径的孔为一个定模型芯，而孔×7.7mm孔为另一个动模型芯。按正常的注塑件脱模方向，成型×7.7mm孔与ϕ46mm×1mm×ϕ42mm×8.5mm台阶孔的型芯原本不是“障碍体”。由于注塑件必须要进行30°的斜向脱模，这两个型芯才成为了“障碍体”。将这种“障碍体”称为隐性“障碍体”。此时，若将不成型×7.7mm孔与ϕ46mm×1mm×ϕ42mm×8.5mm台阶孔的型芯在注塑件脱模之前，将该型芯先完成抽芯，势必会妨碍注塑件的脱模。同理，模具合模时，该两型芯必须先进行复位后，才能成型×7.7mm的型孔与ϕ46mm×1mm×ϕ42mm×8.5mm的台阶孔。隐性“障碍体”是后天性的，具有很大的隐蔽性。如果不能及时捕捉到，那么所制订的模具结构方案肯定会出现缺失，随之模具结构设计就不能够做到完整。

③以功能形式进行区分的“障碍体”　这主要是在注塑模结构方案可行性分析时出现的“障碍体”分为有害“障碍体”和有益“障碍体”。

［例1-4］　有害“障碍体”和有益“障碍体”，如图1-4所示。

a.有害“障碍体”　在一般的情况下“障碍体”都是有害的，因为“障碍体”会阻碍模具各种机构的运动，使模具无法进行正常的工作。当然只要针对化解这些“障碍体”的措施得当，就不会影响到模具正常的工作。

b.有益“障碍体”　是人为设置让注塑件能滞留在动模部分，以利于注塑件脱模的“障碍体”。通常“障碍体”存在着两面性，即有有害的一方面也存在有利的一方面。有益“障碍体”，如图1-4所示。如图1-4（a）所示，由于孔d与孔D具有的同心度为ϕ0.04mm。如图1-4（b）所示，成型d孔与D孔定模型芯2必须安装在定模1的一边，而成型D1孔动模型芯4必须在动模5的一边。注塑件3滞留在动模5型腔和定模1型腔的概率各为50%，如此，注塑件3在动定模分型时就有可能滞留在动模5的型腔中，这样有利于顶杆6将注塑件3顶脱模腔。如果是注塑件3滞留在定模1的型腔中，便很难脱模。此时为了使注塑件3能滞留在动模5的型腔中，特意在动模型芯4上制有L1×h“障碍体”的槽，这个“障碍体”就是有益“障碍体”。如图1-4（c）所示，因动模型芯4上设置有益“障碍体”才能使注塑件100%滞留在动模型腔中。

④以结构设计形式进行区分的“障碍体”　这主要是在注塑件设计或造型时所产生的“障碍体”，注塑件设计时存在着结构形式和差错形式失误的“障碍体”。

a.结构形式“障碍体”　是因注塑件在功能上的需要而设置的， 这是需要得到保护的有用的“障碍体”。

［例1-5］　结构形式“障碍体”，如图1-5所示。豪华客车带灯后备厢的手柄是安装在汽车车壳的外面。手柄盖2的用途是挡住雨水和沙尘，以防止进入孔内安装的锁孔眼中。图1-5的C—C中的3.1mm×60°显性“障碍体”，是限制如图1-5的B—B所示手柄盖2的位置，如果手柄盖2处大于和等于90°位置时会竖起来，在行车过程中会刮擦到靠近的物体和人。在显性“障碍体”的限制下，安装在轴3上的扭簧使手柄盖2可以一直闭合在手柄主体1上以确保安全。那么，这个显性“障碍体”是人为设置的，模具结构设计时一定要确保显性“障碍体”的存在，这个显性“障碍体”就是结构形式的“障碍体”。图1-5的D—D中显性“障碍体”高度=6×tan10°=6×0.176=1.056≈1.06（mm），是加强筋，也是结构形式的“障碍体”。可见对于结构形式的“障碍体”，在模具设计中是要确保其存在的。

既然注塑件设计由于功能的需要设置了结构形式的“障碍体”，那么，注塑件的结构必须保持与结构形式的“障碍体”的一致性。如图1-5的B—B剖视图所示，注塑件外缘沿周有一圈30°角，又如图1-5的C—C剖视图所示，4×60°梯形槽和ϕ24mm×60°的锥形圆台，为了美观是一方面因素，更重要是为了确保其结构形式的“障碍体”，既然注塑件在模具中一定是斜向脱模的形式，这些设计可以保证注塑件顺利地脱模。如不是这样设计，外缘沿周如是直角，梯形槽如为直槽，ϕ24mm×60°的锥形圆台如为圆柱台，那么，这三处几何体也就成为隐性“障碍体”而使注塑件无法脱模。这里也告诉注塑件设计人员一定要懂得模具的结构才能设计出好的注塑件。

b.差错形式“障碍体”　是在注塑件设计或造型时由于出现的差错或失误而产生的“障碍体”。差错形式“障碍体”会严重地影响模具机构的运动，这是必须要彻底清除的“障碍体”。并且差错形式“障碍体”不会具有模具的功能性，只会产生负面作用。

［例1-6］　供氧面罩主体，如图1-6（a）所示，材料：橡胶。由于供氧面罩主体造型，在凸凹形的转接处制作R时的不注意造成了差错形式的“障碍体”，如图1-6（a）中Ⅰ放大图所示。这样就使得供氧面罩主体成型模下模的造型相应地产生差错形式的“障碍体”，如图1-6（b）中Ⅱ放大图所示。成型模下模所出现的差错形式“障碍体”不仅会影响模具正常的开闭模运动和供氧面罩主体的脱模，还会在制品脱模时划破制品，甚至会影响到型腔的加工（指三轴加工中心）。模具是按制品造型进行加工的，可以在成型模型腔加工时清除，但清除模具型腔差错形式“障碍体”会使成型的制品与制品设计图产生偏差。所以，注塑件设计，特别是进行三维造型时一定要注意制品型面连接处出现的差错形式“障碍体”，发现了这种差错形式“障碍体”应立即作出处理。

［例1-7］　供氧面罩外壳，如图1-7（a）所示。材料：玻璃钢。由于供氧面罩外壳设计之前考虑不周，造成了供氧面罩外壳上存在着差错形式“障碍体”，影响到模具不能正常地开闭模和供氧面罩外壳的脱模，如图1-7（a）中Ⅰ放大图所示。当然，凹模也可以采用拼装结构来让开“障碍体”。但为了简化凹模的结构，改进后的供氧面罩外壳，如图1-7（b）中Ⅱ放大图所示。消除了供氧面罩外壳上的“障碍体”，凹模便可采用整体的结构。

可见结构设计形式的“障碍体”是在注塑件设计和造型过程中所产生的，对于结构形式的“障碍体”模具结构设计应该给予保护，而对于差错形式的“障碍体”是在制品造型时需要去除的。要成为一名合格的注塑件设计员，就必须具备模具结构设计基本知识。

⑤以成型加工形式进行区分的“障碍体”　模具结构在注塑件加工时遗留痕迹的凸凹痕、微型凸疱和皮纹类型“障碍体”，对模具的分型、抽芯和脱模运动都是有一定的影响，在模具结构和型面尺寸设计时也是需要加以注意的。

a.模具结构成型加工时凸凹痕“障碍体”　这是因为模具成型零部件加工时的精度过差和模具使用时间过长产生了磨损，导致模具配合面出现了间隙，注塑件加工时熔融的料流进入间隙冷硬后产生了凸凹痕“障碍体”。这种凸凹痕“障碍体”发展到一定程度时，也会对模具的分型、抽芯和脱模运动产生阻挡作用。

b.微型凸疱“障碍体”　可发性聚苯乙烯（EPS）在双层壁发泡模中蒸气室成型时，会在通入的蒸气孔中成型许多的微型凸疱“障碍体”。微型凸疱“障碍体”会影响模具的分型和制品的脱模。

c.皮纹“障碍体”　有些注塑件为了增加注塑件表面的摩擦或为了美观，常需要在注塑件表面制成皮革纹、电火花纹和橘皮纹，这些纹实际就是许多细小呈凸凹形的“障碍体”。皮纹“障碍体”一般是利用皮纹所在面的斜度来避免对注塑件分型、抽芯和脱模运动的阻挡作用。如果所在面的斜度较小时，各种模具的运动会将具有皮纹的模具型面的皮纹磨平。

模具行业民间中有一种定义为“暗角”或“内扣”或“倒扣”的概念，名词过多不便统一。这种定义具有一定的局限性和狭隘性，许多模具的结构形式无法得到合理的解释。“障碍体”的定义是在继承上述概念的基础上深化和发展了该概念，不但能解释许多模具结构形式，还能更好制订解决各种“障碍体”的措施。

（3）“障碍体”的判断和检查方法

“障碍体”在二维图样、三维造型和实体上都可以被检测出来，“障碍体”的高度可通过计算得出，也可在二维图样及三维造型上测量出来。

①“障碍体”的判断方法　总的来说是根据模具机构的运动方向来判断，凡是能够起到阻碍模具机构运动的实体都称为“障碍体”。

a.分型面的“障碍体”　对分型面来说是阻碍模具动定模分型的注塑件上实体。如不消除分型面上的“障碍体”，自然使模具动、定模无法开启和闭合，注塑件也就无法从模具中脱模，应采取适当措施避开“障碍体”对模具分型运动的影响。

b.抽芯运动的“障碍体”　是阻碍注塑件型孔与型槽中模具型芯进行抽芯运动的实体，必须采用适当措施来避开“障碍体”的阻碍作用。

c.脱模运动的“障碍体”　是阻碍注塑件在模具中按正常状态下进行脱模的实体，必须采用适当措施来避开“障碍体”的阻碍作用。

d.模具型面上加工的“障碍体”　在采用普通加工设备制造模具型面和型腔时，会加工掉模具型面和型腔上的几何体，这种几何体称为模具型面上加工的“障碍体”。其方法是采用适当措施来避开加工的“障碍体”，可以采用四轴或五轴加工中心或电火花的加工来保留模具型面上的加工“障碍体”。

②“障碍体”的检测方法　“障碍体”不管是在CAD图上，还是在三维造型或实物上都能够检测出来。

a.在注塑件或模具二维图样上的检查方法　如图1-6和图1-7所示。是在注塑件或模具二维图样上具有凸起或凹进投影线的最高点处作出与运动方向一致的直线，此直线称为“障碍体”判断线。对凹模来说“障碍体”判断线以内的实体便是“障碍体”，而对凸模来说“障碍体”判断线以外的实体便是“障碍体”。直线至凸起或凹进的最高点或最低点的距离是“障碍体”的高度，如图1-3的C—C剖视图所示，凸台“障碍体”的高度h=3.1mm。如图1-3的D—D断面图所示，暗角“障碍体”的高度h=1.06mm。

b.注塑件和模具的三维造型上的检查方法　在注塑件或模具三维造型上具有凸起或凹进的最高处作出与运动方向一致的直线或平面，此直线或平面称为“障碍体”判断线或判断平面。判断线或判断平面至凸起或凹进的最高点或最低点的距离是“障碍体”的高度。

c.在模具上的检查方法　在模具型面上可用钢板尺贴着型腔或型面，再使用钢板尺或游标卡尺沿着型腔或型面的运动方向摆放后，钢板尺或游标卡尺抬高或放低的距离即为“障碍体”的高度。

（4）获取“障碍体”的方法

用机械加工、电火光加工和运动避让方法，可以获取“障碍体”。

a. 采用加工方法获取“障碍体”　通过四轴或五轴的加工中心编程时，应绕开“障碍体”进行切削加工而获得，通过采用电火光的加工方法也可获得“障碍体”。

b. 采用模具结构避让的方法获取“障碍体”　可以通过运动避让的方法获得“障碍体”。

1.1.3　案例

注塑件上“障碍体”要素的形体分析，就是要将注塑件上有关“障碍体”的所有要素都找对找全，不能有遗漏和错误，要做到这些要求是很不容易的。在进行“障碍体”要素的形体分析时出现了遗漏和错误，势必会造成注塑模结构的缺失和错误。

［例1-8］　外开手柄“障碍体”形体分析，如图1-8所示。材料：PC/ABS合金；注射机：KT-300；质量：186g。外开手柄形体六要素分析：外开手柄上存在着两处弓形高形式“障碍体”①和②要素，根据外开手柄分型面的选取存在着和③一处弓形高形式“障碍体”要素； 根据外开手柄成型的要求存在着一处凸台形式“障碍体”④要素。这说明了外开手柄的成型加工过程中，模具结构必须避开多种“障碍体”的阻挡作用才能脱模。

［例1-9］　管接头“障碍体”要素分析，如图1-9所示。材料：ABS（黑色）；收缩率：0.7%；注射机： SZ-63/500Azhu注射机。管接头的形体“障碍体”要素分析：管接头直径为ϕ40mm、壁厚为1.5mm、长度为150mm，属于细长薄壁件。管接头上存在着4×ϕ14mm×（60mm-40mm）/2的四处凸台“障碍体” 要素；ϕ40mm弓形高“障碍体”要素。处理不好凸台和弓形高“障碍体”要素的要求，注塑模将无法进行管接头的分型、抽芯和脱模。

注塑模结构方案的分析主要是针对六大要素进行的。六大要素处理与协调妥当了，注塑模的结构设计就不可能出现问题。“障碍体”要素在模具结构设计中具有很大的隐蔽性，所以处理起来要困难一些。有的“障碍体”的高度很小，不易被发现或容易被忽视，因此会造成模具结构设计的失误。而“障碍体”的内容又是极其丰富的，影响着注塑模的分型面的选取，即影响着动、定模的开启和闭合运动；影响着注塑模的“型孔与型槽”抽芯，即影响着注塑模的抽芯运动；影响着注塑件的脱模及其脱模运动；影响着注塑模的开闭合运动、抽芯运动和注塑件的脱模运动这三大运动及其运动干涉；甚至影响着注塑模型面和型腔的加工。可以说“障碍体”的影响是无所不在的，“障碍体”为六大要素中的第一大要素，其技巧性也是首屈一指，我们绝不可轻视它。对于注塑件的形体分析只要能够将“障碍体”找对找全就可以了，暂时不需要对“障碍体”采取措施进行方案分析。文中虽做了方案的分析，但这是为了引导出各种“障碍体”的概念。