1.1　注塑件形狀與障礙體要素分析

注塑件上的形狀與障礙體要素，是注塑件影響注塑模的主要因素。注塑件上的形狀要素是決定模具型腔與型芯形狀、精度、數量和模具大小的主要因素，障礙體要素是決定注塑模開閉模、抽芯和注塑件脫模運動的主要因素，也是影響模具型腔與型芯加工的主要因素。注塑模結構設計與注塑件的“形狀”有關，更與注塑件上的“障礙體”有關。而注塑件上的“障礙體”，是注塑件形狀中對模具結構方案影響最大的因素。

1.1.1　注塑件形體分析的“形狀”要素

由于注塑件在各種設備和裝置中所起到作用和功能的不同，注塑件的形狀、大小和精度是千變萬化的。這樣便造成了注塑件上“六要素”種類和數量的不同，從而造成了對注塑模結構方案的影響作用不同。如此，注塑模結構的設計也就不同。但是，注塑件形體“六要素”分析，是能夠適用于所有注塑件的形體分析。

成型注塑件型腔和型芯的形狀與注塑件的內外形狀是相似的，由于任何物體都具有受熱膨脹和遇冷卻收縮的特性，注塑件冷卻后一定會小于圖紙要求的形狀尺寸。為了滿足塑料在受熱膨脹時注塑件形狀會增大的特性，對注塑模型腔與型芯的尺寸需要進行補償計算，即需要對注塑模型腔與型芯尺寸放大塑料的收縮量。這樣當塑料熔體在注塑模中冷卻后，才能保證與注塑件圖紙尺寸一致性。注塑件的形狀和大小，主要是影響到注塑模型腔和型芯的形狀、數量以及嵌件形式的選取；注塑模澆注系統形式、位置和尺寸的設置；注塑模模架形式與尺寸大小的選用；注塑模分型面、抽芯機構和注塑件脫模機構的選擇。任何注塑件都是具有外形或內形要素，否則就不是具有實體的注塑件。

1.1.2　注塑件形體分析的“障礙體”要素

在注塑模結構設計之前，需要提取注塑件上存在的“障礙體”要素。然后，再針對所存在的“障礙體”設置出解套的措施，即制訂出相應的模具結構可行性方案，這便是模具結構可行性方案的分析與論證方法。

（1）“障礙體”的定義

“障礙體”是因制品結構需要存留在注塑件上的形體，也是通過注塑件復制在模具型面上的一種幾何體。它能夠阻礙注塑件的脫模運動、抽芯運動、開閉模運動，還能影響模具形體的加工。它們的存在可以從注塑件的圖樣、造型和實物中找到，如不能妥善采取合適的措施化解“障礙體”的不良影響，哪怕只有一處“障礙體”沒有得到合理的處置都會導致模具的失敗。“障礙體”在制品或模具型面中的存在是無可置疑的客觀事實，是不以人的意志所轉移的現實。它的存在無所不在且內容豐富多彩，這便造就了注塑模較其他類型模具結構設計困難但又無比精彩的特色。

［例1-1］　圓球形注塑件選取不同分型面時，所產生注塑件“障礙體”對脫模的影響，如圖1-1所示。圓球形注塑件，如圖1-1（a）所示。如圖1-1（b）所示，分型面Ⅰ—Ⅰ選取在水平中心線的下方，產生的“障礙體”使圓球形注塑件滯留在定模1的型腔中無法脫模；如圖1-1（c）所示，分型面Ⅰ—Ⅰ選取在水平中心線的上方，產生的“障礙體”使圓球形注塑件滯留在動模2的型腔中無法脫模；如圖1-1（d）所示，分型面Ⅰ—Ⅰ選取在水平中心線上，就不會產生“障礙體”。使得圓球形注塑件有可能滯留在動模2的型腔中，利用頂桿很容易將制品脫模。也可能滯留在定模1的型腔中，制件脫模較困難。該例生動地說明了“障礙體”的存在，隨著分型面選取位置的不同所產生的“障礙體”部位也不同，對制品在模具分型所產生的影響也不同。

（2）“障礙體”的種類

“障礙體”存在多種形式：有各種形狀形式的“障礙體”；有觀察分析難易程度形式的“障礙體”；有功能形式的“障礙體”；還有結構設計形式的“障礙體”。

①以形狀進行區分的“障礙體”　這主要是在注塑件設計時出現的“障礙體”，有凸臺、凹坑、暗角、內扣和內外弓形高等形式的“障礙體”。

［例1-2］　凸臺、凹坑、內扣和內外弓形高“障礙體”，如圖1-2所示。

a.凸臺形式“障礙體”　是在制品內外型面上存在著突出的圓形、 方形和異形的幾何體，這種突出的幾何體稱為凸臺“障礙體”。

b.凹坑形式“障礙體”　是在制品內外型面上存在著內凹的圓形、 方形和異形的幾何體，這種內凹的幾何體稱為凹坑“障礙體”。

c.內扣形式“障礙體”　是在制品邊緣型面上存在著內凹的幾何體， 這種內凹的幾何體稱為內扣“障礙體”。

d.內外弓形高形式“障礙體”　一般制品內外形為圓弧形式的型面， 這種圓弧形式的型面的幾何體稱為內扣“障礙體”。

②以觀察分析難易程度形式進行區分的“障礙體”　這主要是在注塑模結構方案可行性分析時出現的“障礙體”，有顯性“障礙體”和隱性“障礙體”。

［例1-3］　顯性“障礙體”和隱性“障礙體”，如圖1-3所示。

a.顯性“障礙體”　是在塑料制品二維圖、三維造型和實物上能夠很容易發現或分析出能阻礙模具機構進行分型、抽芯和脫模運動的幾何實體。如圖1-3的A—A中顯性“障礙體”的高度為3.1mm×30°，圖1-3的D—D中顯性“障礙體”的高度=6×tan10°=6×0.176=1.056≈1.06（mm）。這兩處“障礙體”阻擋了注塑件正常沿著模具分型方向的脫模，為了使注塑件能夠正常地脫模，注塑件必須沿著內扣“障礙體”30°的方向線進行斜向才能夠脫模。

b.隱性“障礙體”　如圖1-3的C—C剖視圖中兩端為×7.7mm孔和×11.3mm孔，而中間是×?17.5mm×4×8.2mm的花鍵孔，如此兩端為大孔、中間為花鍵孔是不可能完成抽芯的。因此，只能將成型這三個孔的型芯進行分型，即花鍵孔與其同一外徑的孔為一個定模型芯，而孔×7.7mm孔為另一個動模型芯。按正常的注塑件脫模方向，成型×7.7mm孔與?46mm×1mm×?42mm×8.5mm臺階孔的型芯原本不是“障礙體”。由于注塑件必須要進行30°的斜向脫模，這兩個型芯才成為了“障礙體”。將這種“障礙體”稱為隱性“障礙體”。此時，若將不成型×7.7mm孔與?46mm×1mm×?42mm×8.5mm臺階孔的型芯在注塑件脫模之前，將該型芯先完成抽芯，勢必會妨礙注塑件的脫模。同理，模具合模時，該兩型芯必須先進行復位后，才能成型×7.7mm的型孔與?46mm×1mm×?42mm×8.5mm的臺階孔。隱性“障礙體”是后天性的，具有很大的隱蔽性。如果不能及時捕捉到，那么所制訂的模具結構方案肯定會出現缺失，隨之模具結構設計就不能夠做到完整。

③以功能形式進行區分的“障礙體”　這主要是在注塑模結構方案可行性分析時出現的“障礙體”分為有害“障礙體”和有益“障礙體”。

［例1-4］　有害“障礙體”和有益“障礙體”，如圖1-4所示。

a.有害“障礙體”　在一般的情況下“障礙體”都是有害的，因為“障礙體”會阻礙模具各種機構的運動，使模具無法進行正常的工作。當然只要針對化解這些“障礙體”的措施得當，就不會影響到模具正常的工作。

b.有益“障礙體”　是人為設置讓注塑件能滯留在動模部分，以利于注塑件脫模的“障礙體”。通常“障礙體”存在著兩面性，即有有害的一方面也存在有利的一方面。有益“障礙體”，如圖1-4所示。如圖1-4（a）所示，由于孔d與孔D具有的同心度為?0.04mm。如圖1-4（b）所示，成型d孔與D孔定模型芯2必須安裝在定模1的一邊，而成型D1孔動模型芯4必須在動模5的一邊。注塑件3滯留在動模5型腔和定模1型腔的概率各為50%，如此，注塑件3在動定模分型時就有可能滯留在動模5的型腔中，這樣有利于頂桿6將注塑件3頂脫模腔。如果是注塑件3滯留在定模1的型腔中，便很難脫模。此時為了使注塑件3能滯留在動模5的型腔中，特意在動模型芯4上制有L1×h“障礙體”的槽，這個“障礙體”就是有益“障礙體”。如圖1-4（c）所示，因動模型芯4上設置有益“障礙體”才能使注塑件100%滯留在動模型腔中。

④以結構設計形式進行區分的“障礙體”　這主要是在注塑件設計或造型時所產生的“障礙體”，注塑件設計時存在著結構形式和差錯形式失誤的“障礙體”。

a.結構形式“障礙體”　是因注塑件在功能上的需要而設置的， 這是需要得到保護的有用的“障礙體”。

［例1-5］　結構形式“障礙體”，如圖1-5所示。豪華客車帶燈后備廂的手柄是安裝在汽車車殼的外面。手柄蓋2的用途是擋住雨水和沙塵，以防止進入孔內安裝的鎖孔眼中。圖1-5的C—C中的3.1mm×60°顯性“障礙體”，是限制如圖1-5的B—B所示手柄蓋2的位置，如果手柄蓋2處大于和等于90°位置時會豎起來，在行車過程中會刮擦到靠近的物體和人。在顯性“障礙體”的限制下，安裝在軸3上的扭簧使手柄蓋2可以一直閉合在手柄主體1上以確保安全。那么，這個顯性“障礙體”是人為設置的，模具結構設計時一定要確保顯性“障礙體”的存在，這個顯性“障礙體”就是結構形式的“障礙體”。圖1-5的D—D中顯性“障礙體”高度=6×tan10°=6×0.176=1.056≈1.06（mm），是加強筋，也是結構形式的“障礙體”。可見對于結構形式的“障礙體”，在模具設計中是要確保其存在的。

既然注塑件設計由于功能的需要設置了結構形式的“障礙體”，那么，注塑件的結構必須保持與結構形式的“障礙體”的一致性。如圖1-5的B—B剖視圖所示，注塑件外緣沿周有一圈30°角，又如圖1-5的C—C剖視圖所示，4×60°梯形槽和?24mm×60°的錐形圓臺，為了美觀是一方面因素，更重要是為了確保其結構形式的“障礙體”，既然注塑件在模具中一定是斜向脫模的形式，這些設計可以保證注塑件順利地脫模。如不是這樣設計，外緣沿周如是直角，梯形槽如為直槽，?24mm×60°的錐形圓臺如為圓柱臺，那么，這三處幾何體也就成為隱性“障礙體”而使注塑件無法脫模。這里也告訴注塑件設計人員一定要懂得模具的結構才能設計出好的注塑件。

b.差錯形式“障礙體”　是在注塑件設計或造型時由于出現的差錯或失誤而產生的“障礙體”。差錯形式“障礙體”會嚴重地影響模具機構的運動，這是必須要徹底清除的“障礙體”。并且差錯形式“障礙體”不會具有模具的功能性，只會產生負面作用。

［例1-6］　供氧面罩主體，如圖1-6（a）所示，材料：橡膠。由于供氧面罩主體造型，在凸凹形的轉接處制作R時的不注意造成了差錯形式的“障礙體”，如圖1-6（a）中Ⅰ放大圖所示。這樣就使得供氧面罩主體成型模下模的造型相應地產生差錯形式的“障礙體”，如圖1-6（b）中Ⅱ放大圖所示。成型模下模所出現的差錯形式“障礙體”不僅會影響模具正常的開閉模運動和供氧面罩主體的脫模，還會在制品脫模時劃破制品，甚至會影響到型腔的加工（指三軸加工中心）。模具是按制品造型進行加工的，可以在成型模型腔加工時清除，但清除模具型腔差錯形式“障礙體”會使成型的制品與制品設計圖產生偏差。所以，注塑件設計，特別是進行三維造型時一定要注意制品型面連接處出現的差錯形式“障礙體”，發現了這種差錯形式“障礙體”應立即作出處理。

［例1-7］　供氧面罩外殼，如圖1-7（a）所示。材料：玻璃鋼。由于供氧面罩外殼設計之前考慮不周，造成了供氧面罩外殼上存在著差錯形式“障礙體”，影響到模具不能正常地開閉模和供氧面罩外殼的脫模，如圖1-7（a）中Ⅰ放大圖所示。當然，凹模也可以采用拼裝結構來讓開“障礙體”。但為了簡化凹模的結構，改進后的供氧面罩外殼，如圖1-7（b）中Ⅱ放大圖所示。消除了供氧面罩外殼上的“障礙體”，凹模便可采用整體的結構。

可見結構設計形式的“障礙體”是在注塑件設計和造型過程中所產生的，對于結構形式的“障礙體”模具結構設計應該給予保護，而對于差錯形式的“障礙體”是在制品造型時需要去除的。要成為一名合格的注塑件設計員，就必須具備模具結構設計基本知識。

⑤以成型加工形式進行區分的“障礙體”　模具結構在注塑件加工時遺留痕跡的凸凹痕、微型凸皰和皮紋類型“障礙體”，對模具的分型、抽芯和脫模運動都是有一定的影響，在模具結構和型面尺寸設計時也是需要加以注意的。

a.模具結構成型加工時凸凹痕“障礙體”　這是因為模具成型零部件加工時的精度過差和模具使用時間過長產生了磨損，導致模具配合面出現了間隙，注塑件加工時熔融的料流進入間隙冷硬后產生了凸凹痕“障礙體”。這種凸凹痕“障礙體”發展到一定程度時，也會對模具的分型、抽芯和脫模運動產生阻擋作用。

b.微型凸皰“障礙體”　可發性聚苯乙烯（EPS）在雙層壁發泡模中蒸氣室成型時，會在通入的蒸氣孔中成型許多的微型凸皰“障礙體”。微型凸皰“障礙體”會影響模具的分型和制品的脫模。

c.皮紋“障礙體”　有些注塑件為了增加注塑件表面的摩擦或為了美觀，常需要在注塑件表面制成皮革紋、電火花紋和橘皮紋，這些紋實際就是許多細小呈凸凹形的“障礙體”。皮紋“障礙體”一般是利用皮紋所在面的斜度來避免對注塑件分型、抽芯和脫模運動的阻擋作用。如果所在面的斜度較小時，各種模具的運動會將具有皮紋的模具型面的皮紋磨平。

模具行業民間中有一種定義為“暗角”或“內扣”或“倒扣”的概念，名詞過多不便統一。這種定義具有一定的局限性和狹隘性，許多模具的結構形式無法得到合理的解釋。“障礙體”的定義是在繼承上述概念的基礎上深化和發展了該概念，不但能解釋許多模具結構形式，還能更好制訂解決各種“障礙體”的措施。

（3）“障礙體”的判斷和檢查方法

“障礙體”在二維圖樣、三維造型和實體上都可以被檢測出來，“障礙體”的高度可通過計算得出，也可在二維圖樣及三維造型上測量出來。

①“障礙體”的判斷方法　總的來說是根據模具機構的運動方向來判斷，凡是能夠起到阻礙模具機構運動的實體都稱為“障礙體”。

a.分型面的“障礙體”　對分型面來說是阻礙模具動定模分型的注塑件上實體。如不消除分型面上的“障礙體”，自然使模具動、定模無法開啟和閉合，注塑件也就無法從模具中脫模，應采取適當措施避開“障礙體”對模具分型運動的影響。

b.抽芯運動的“障礙體”　是阻礙注塑件型孔與型槽中模具型芯進行抽芯運動的實體，必須采用適當措施來避開“障礙體”的阻礙作用。

c.脫模運動的“障礙體”　是阻礙注塑件在模具中按正常狀態下進行脫模的實體，必須采用適當措施來避開“障礙體”的阻礙作用。

d.模具型面上加工的“障礙體”　在采用普通加工設備制造模具型面和型腔時，會加工掉模具型面和型腔上的幾何體，這種幾何體稱為模具型面上加工的“障礙體”。其方法是采用適當措施來避開加工的“障礙體”，可以采用四軸或五軸加工中心或電火花的加工來保留模具型面上的加工“障礙體”。

②“障礙體”的檢測方法　“障礙體”不管是在CAD圖上，還是在三維造型或實物上都能夠檢測出來。

a.在注塑件或模具二維圖樣上的檢查方法　如圖1-6和圖1-7所示。是在注塑件或模具二維圖樣上具有凸起或凹進投影線的最高點處作出與運動方向一致的直線，此直線稱為“障礙體”判斷線。對凹模來說“障礙體”判斷線以內的實體便是“障礙體”，而對凸模來說“障礙體”判斷線以外的實體便是“障礙體”。直線至凸起或凹進的最高點或最低點的距離是“障礙體”的高度，如圖1-3的C—C剖視圖所示，凸臺“障礙體”的高度h=3.1mm。如圖1-3的D—D斷面圖所示，暗角“障礙體”的高度h=1.06mm。

b.注塑件和模具的三維造型上的檢查方法　在注塑件或模具三維造型上具有凸起或凹進的最高處作出與運動方向一致的直線或平面，此直線或平面稱為“障礙體”判斷線或判斷平面。判斷線或判斷平面至凸起或凹進的最高點或最低點的距離是“障礙體”的高度。

c.在模具上的檢查方法　在模具型面上可用鋼板尺貼著型腔或型面，再使用鋼板尺或游標卡尺沿著型腔或型面的運動方向擺放后，鋼板尺或游標卡尺抬高或放低的距離即為“障礙體”的高度。

（4）獲取“障礙體”的方法

用機械加工、電火光加工和運動避讓方法，可以獲取“障礙體”。

a. 采用加工方法獲取“障礙體”　通過四軸或五軸的加工中心編程時，應繞開“障礙體”進行切削加工而獲得，通過采用電火光的加工方法也可獲得“障礙體”。

b. 采用模具結構避讓的方法獲取“障礙體”　可以通過運動避讓的方法獲得“障礙體”。

1.1.3　案例

注塑件上“障礙體”要素的形體分析，就是要將注塑件上有關“障礙體”的所有要素都找對找全，不能有遺漏和錯誤，要做到這些要求是很不容易的。在進行“障礙體”要素的形體分析時出現了遺漏和錯誤，勢必會造成注塑模結構的缺失和錯誤。

［例1-8］　外開手柄“障礙體”形體分析，如圖1-8所示。材料：PC/ABS合金；注射機：KT-300；質量：186g。外開手柄形體六要素分析：外開手柄上存在著兩處弓形高形式“障礙體”①和②要素，根據外開手柄分型面的選取存在著和③一處弓形高形式“障礙體”要素； 根據外開手柄成型的要求存在著一處凸臺形式“障礙體”④要素。這說明了外開手柄的成型加工過程中，模具結構必須避開多種“障礙體”的阻擋作用才能脫模。

［例1-9］　管接頭“障礙體”要素分析，如圖1-9所示。材料：ABS（黑色）；收縮率：0.7%；注射機： SZ-63/500Azhu注射機。管接頭的形體“障礙體”要素分析：管接頭直徑為?40mm、壁厚為1.5mm、長度為150mm，屬于細長薄壁件。管接頭上存在著4×?14mm×（60mm-40mm）/2的四處凸臺“障礙體” 要素；?40mm弓形高“障礙體”要素。處理不好凸臺和弓形高“障礙體”要素的要求，注塑模將無法進行管接頭的分型、抽芯和脫模。

注塑模結構方案的分析主要是針對六大要素進行的。六大要素處理與協調妥當了，注塑模的結構設計就不可能出現問題。“障礙體”要素在模具結構設計中具有很大的隱蔽性，所以處理起來要困難一些。有的“障礙體”的高度很小，不易被發現或容易被忽視，因此會造成模具結構設計的失誤。而“障礙體”的內容又是極其豐富的，影響著注塑模的分型面的選取，即影響著動、定模的開啟和閉合運動；影響著注塑模的“型孔與型槽”抽芯，即影響著注塑模的抽芯運動；影響著注塑件的脫模及其脫模運動；影響著注塑模的開閉合運動、抽芯運動和注塑件的脫模運動這三大運動及其運動干涉；甚至影響著注塑模型面和型腔的加工。可以說“障礙體”的影響是無所不在的，“障礙體”為六大要素中的第一大要素，其技巧性也是首屈一指，我們絕不可輕視它。對于注塑件的形體分析只要能夠將“障礙體”找對找全就可以了，暫時不需要對“障礙體”采取措施進行方案分析。文中雖做了方案的分析，但這是為了引導出各種“障礙體”的概念。