塑料成型与模具设计 电子 讲义

1、塑料成型模具概论一、塑料成型模具及其在成型中的作用模具概念利用其本身的特定形状成型具有一定形状和尺寸制件的工具；可以说，如汽车、家电、通信产品及其他工业产品等（75%以上的金属，95%以上的塑料制件）的都是通过模具来成型的；与切屑加工相比：具有生产效率高、质量好、切屑少、节约料等优点。对模具的基本要求：高效、自动化生产出符合要求（如内在及表面质量等）的制品。随着产品的多样化和精密化、复杂化趋势和更新换代的加速，决定了对模具设计、制造及生产技术等各方面提出更高的要求。在塑料成型技术中（成型原料、成型设备、成型模具及成型工艺），模具对制件的质量起着十分重要的作用。 (高效 先进 工艺合理)二、塑料

2、模具发展趋势1、塑料成型理论的发展理论（设计制造、机械、热力学、力学原理、结构等）的成熟可以很好地指导实践，以从更本上解决生产的要求。例如可以为模具的CAD/CAE奠定了基础，关于一维、二维（半）的充模流动理论和数学模型的建立以有所解决（如C-MOLD、MOLDFLOW，过多的假设对结晶物料不甚精确），三维模流行为还有待进一步深入。（本内容可略作补充）2、模具的高效自动化：3、制件的精密化、微型化、复杂、超大型化；4、标准化：降低成本、提高效率和质量在全球较为出名的有三大模架标准，英制里以美国的“DME”为代表，欧洲以“HASCO”为代表，亚洲以日本的“FUTABA”为代表。而国内的塑料模架起

3、步较晚，到了上世纪八十年代末九十年代初模架生产得到了高速发展，也形成了以珠江和长江三角洲地区为主的模架产业化生产的两大阵营。据不完全统计，国内（包括外资企业）注塑模架的生产厂家有40余家，具有一定规模的如龙记集团、东莞明利、德胜公司，深圳南方模具厂，苏州中村重工及昆山中大模具公司等等。标准模架的实施和采用，是实现模具CAD/CAM的基础，从而可大大缩短生产周期，降低模具制造成本，提高模具性能和质量。为了适应模具工业的迅速发展, 模架的标准化程度和要求也必将不断深入和提高。（国内大约30%，国外发达国家已达80%左右）5、制件设计-模具设计-制造并行化，即RE/CAD/CAM/CAE技术。常见R

4、E/CAD/CAM/CAE 软件：RE四大逆向软件：Surface（后改名为Imageware，为EDS的主要产品）、CopyCAD（英国Delcam公司）、Geomagic（美国Raindrop雨滴公司）及Rapid Form（韩国INUS公司），还有：Polyworks（结合非接触扫描仪等，用于高精度机械目标如人脸等扫描云点），ICEM等CAD：AutoCAD、CAXA、PRO/E、UG、CADDS、I-DEAS及CAITA（作汽车相关产品）等；CAM：MasterCAM、Cimatron（以色列QUICK NC）、DelCAM等；CAE：主要应用于新型、大型和精密模具的优化、仿真。当然C

5、AE还包括其他一些有限元模拟分析。澳大利亚Moldflow公司在1978年推出的基于有限差分方法的一维商品化流动分析软件，以及美国AC_Tech公司在1986年推出的基于有限元方法的二维商品化流动分析软件是这一阶段注射模软件发展的两个里程碑。在随后的年里，和C_Flow软件不断地得以改进和完善，现已形成包括流动模拟、保压分析、冷却分析、内应力分析、分子定向和翘曲变形预测等系列分析软件，在国内外模具界享有盛誉。表1 商品化的注塑模CAD/CAE软件及其包含的流动分析软件软件名称所含流动模拟模块名称研制公司MoldflowFLOW澳大利亚Moldflow PTY.LTD.C-MoldC-FLOW美

6、国Ac-Tech公司（已为Moldflow兼并）I-DEAS含流动分析部分美国SDRC公司UG-含流动分析部分美国MD公司CADDS含流动分析部分美国CV公司CADMOULD含流动分析部分德国IKV研究所华塑-Mold流动分析模块华中理工大学Z-moldFLOW郑州工业大学塑料模具设计的大致流程： 6、特种成型模具 社会需求的变化和对质量要求的提高，导致了新的成型方法的出现，也出现了相应成型模具的研制，如：GAIM、RIM/SRIM/RRIM、低发泡注射、多层多腔/多色等成型模具。三、模具分类： 参考书目：江之桢. 高分子化学及物理， 北京：轻工出版社成都科大等. 塑料成型工艺学， 北京：轻工

7、出版社北京化工，天津轻院. 塑料成型机械，北京：轻工出版社林师沛. 塑料加工流变学， 四川：成都科技大学出版社塑料制件设计塑料制件主要根据使用要求进行设计，要想获得合格的塑料制件，除考虑充分发挥所用塑料的性能特点外，还应考虑塑件的结构工艺性，在满足使用要求的前提下，塑件的结构、形状尽可能地做到简化模具结构，且符合成型工艺特点，从而降低成本，提高生产效率。在塑件结构工艺性设计时，应考虑以下几方面的因素： （1）塑料的各项性能特点，如物理机械性能（如力学性能、电性能、耐化学腐蚀和耐热性能等）、成型工艺性能（流动性和收缩率等）等。（2）在保证各项使用性能的前提下，塑件的结构形状力求简单，且有利于充模

8、流动、排气、补缩和高效冷却硬化（热塑性塑料制件）或快速受热固化（热固性塑料制件）。（3）模具的总体结构，应使模具零件易于制造，特别是抽芯和脱模机构的复杂程度。合理地设计塑件结构工艺性是保证塑件符合使用要求和满足成型条件的一个关键问题。塑料制件结构工艺性设计的主要内容包括塑件的尺寸和精度、表面粗糙度、形状、壁厚、斜度、加强筋、支撑面、圆角、孔、螺纹、齿轮、嵌件、铰链、标记、符号及文字等。一、尺寸和精度塑件尺寸的大小将受塑料流动性的影响，在注射成型和传递模塑中，流动性差的塑料（如布基塑料、玻璃纤维增强塑料等）和壁薄的制件尺寸不能设计得过大，否则会容易造成充填不足或形成冷接缝，从而影响制件的外观和强

9、度。因此，在设计塑件尺寸时应对塑料的流动距离比等方面进行校核。另外，注射成型的塑件尺寸要受到注射机的注射量、锁模力和模板尺寸的限制。压制成型塑件的尺寸要受压机最大压力和压机台面最大尺寸的限制。塑件的尺寸精度是指所获得的塑件尺寸与产品要求尺寸的符合程度，即所获塑件尺寸的准确度。影响塑件尺寸精度的因素十分复杂，首先是模具制造的精度和模具的磨损程度，其次是塑料收缩率的波动，另外，在模制时，工艺条件的变化、塑件成型后的时效变化、塑件的飞边等都会影响塑件的精度。因此，塑件尺寸精度的确定应该合理，尽可能选用低精度等级。（这也就是塑件的精度等级和公差为何不采用金属加工的精度等级和公差，而另外制定的原因）很多

10、资料认为在引起塑件尺寸的误差中，模具制造公差和成型收缩率波动引起的误差各占1/3。实际上对于小尺寸塑件而言，模具的制造公差对塑件尺寸精度影响相对要大一些，而对于大尺寸塑件，收缩率波动则是影响塑件尺寸精度的主要因素。根据我国目前塑件的成型水平，塑件的尺寸公差按国家标准GB/T14486-1993（原有SJ1372-78将塑料制件分成8个精度等级）将塑料制件分成7个精度等级，P6表2-1-1每种塑料可选用其中三个等级，即高精度，一般精度和低级精度（未注公差），见P7表2-1-2。表中的1、2级精度要求较高，一般不采用。表中只给出了公差值，而具体的上下偏差可根据制件的配合性质进行分配。对孔类尺寸可取

11、表中数值冠以（）号，对轴类尺寸可取表中数值冠以（）号，对中心距尺寸可取表中数值之半冠以（）号。二、表面粗糙度（1）塑料制件的表面粗糙度，除了在成型时从工艺上尽可能避免冷疤、云纹等疵点外，主要取决于模具成型零件的表面粗糙度。，（2）模具使用中，型腔磨损-粗糙度增大-抛光复原；透明制件-型腔和型芯的表面粗糙度相同，而不透明制件则根据使用情况而定，非配合表面和隐蔽面可取较大的表面粗糙度，一般型腔的表面粗糙度要低于型芯的（除制件外表面有特殊要求）。此外，塑件的表面粗糙度与塑料的品种有关。三、形 状（1）塑件内外表面的形状设计应易于成型，即开取件时尽量方便，所以，塑件要尽可能地避免侧凹凸部分，因为侧抽芯

12、和瓣合的模具结构不但提高了模具设计、制造成本，降低生产效率，而且还会在分型面上留下飞边，增加了后加工的工作量。有时在满足塑件使用要求的前提下，只需适当改变塑件的结构，即可达到大大简化模具结构的目的。P9-10为改变塑件形状以利于成型的几个例子。（2）塑件的内外侧凸凹较浅并允许带有圆角（或梯形斜面）时，可以采用整体凹凸模强制脱模脱出塑件，这时，塑料在脱模温度下应具有足够的弹性，如聚乙烯，聚丙烯，聚甲醛等塑料，如P9-10图所示。多数情况下，塑件的侧凹凸不可能强制脱模，此时应采用侧向分型抽芯等结构。四、斜 度为了克服塑料冷却收缩紧紧包裹于型芯或其它凸起部分便于从成型零件上顺利脱出塑件，必须在塑件内

13、外表面沿脱模方向设计有足够的斜度，塑件的斜度大小与塑料的收缩率、塑件的形状、结构、壁厚、深度及成型工艺条件都有一定的关系。一般取30130。塑件斜度的选取应遵循以下原则：（1）塑料的收缩率大，壁越厚，斜度应取偏大值，反之取偏小值。（2）塑件结构复杂，沿脱模方向有如孔、槽或花纹等使脱模阻力较大时，应选用较大的脱模斜度（4 6）。（3）当塑件高度不大时，可以不设斜度，对成型型芯长或型腔深者，斜度取偏小值，但通常为了便于脱模，在满足制件的使用和尺寸公差要求的前提下，可将斜度值取大些。 （4）一般来讲，塑件外表面的斜度取值可比内表面的小些（如下图中所示21 23），有时也根据塑件的预留位置（留于凹模或

14、凸模上）来确定制件内外表面的斜度。（5）热固性塑料的收缩率一般较热塑性塑料的小一些，故脱模斜度也相应取小一些。 一般情况下，脱模斜度不包括在塑件的公差范围内。P11表2-2-1为常用塑料的脱模斜度。五、壁 厚塑件壁厚的设计与塑料原料的性能、制件结构、成型条件、制件的质量及其使用要求都有密切的联系。壁厚过小，会造成充填阻力的增大，特别对于大型、复杂制件就难于成型。壁厚过大，不仅浪费原料，更重要的是延长了冷却时间（制件壁厚增加一倍，冷却时间将增加四倍），从而大大降低生产效率，另外也容易产生表面凹陷、内部缩孔等缺陷。一般而言，在满足使用要求的前提下，制件壁厚尽量取小些。（1）塑件壁厚的最小尺寸应满足

15、以下几方面要求：具有足够的刚强度；脱模时能经受脱模机构的冲击和震动；装配时能承受紧固力。塑料制件规定有最小壁厚值。P12表为热塑性、热固性塑件壁厚建议值， （2）塑件壁厚设计的另一基本原则是同一塑件的壁厚应可能均匀一致。否则会因冷却和固化速度不均产生附加内应力，引起翘曲变形，热塑性塑料会在壁厚处产生缩孔；热固性塑料则会因未充分固化而鼓包或因交联度不一致而造成性能差异。通常，塑件壁厚的不均匀容许在一定范围内变化，对于压缩注射及传递模塑制件，壁厚变化一般不应超过1 ：3。为了消除壁厚的不均匀，设计时可考虑将壁厚部分局部挖空或在壁面交界处采用适当的半径过渡以减缓厚薄部分的突然变化。如下图所示。六、加

16、强筋及变形结构由于多数塑料的弹性模量和强度较低，受力后容易变形甚至破坏，单纯采用增加制件壁厚的方法来提高其刚强度是不合理，也不经济的。所以，我们通常在制件的相应位置设置加强筋，从而在不增加壁厚的情况下，达到提高制件刚强度，避免翘曲变形的目的，沿着料流方向的加强筋还能改善成型时塑料熔体的流动性，避免气泡、缩孔和凹陷等缺陷的形成。如下图a中加强筋的采用可避免因壁厚不均而可能产生的伸缩孔；b中加强筋方向的改变可降低熔体的充模阻力，也避免了可能产生的翘曲变形。加强筋的典型结构如图2-2-17所示，在其尺寸设计时应注意以下几点： （1）加强筋不宜过厚，b0.4-0.8t，否则其对应壁上会容易产生凹陷。（

17、2）加强筋设计不应过高，h3t，否则，在较大弯矩或冲击负荷作用下受力破坏。（3）加强筋必须有一定的斜度，筋的顶部应为圆角，底部也应呈圆弧过渡。（4）加强筋之间的中心距应大于23t。加强筋的布置应考虑到：（1）加强筋的方向尽量与熔体充模方向一致，以避免熔体流动干扰、影响成型质量。（2）加强筋的设置应避免或减少塑料局部集中，否则会产生缩孔、气泡等缺陷，如P15图2-2-18所示。除了采用加强筋外，对于薄壁容器或壳类件可以通过适当改变其结构或形状，也能达到提高其刚强度和防止变形的目的。如图2-2-192-2-21所示。七、支承面及凸台以塑件的整个底面作为支承是不合理的，因为塑件稍些的翘曲或变形就会使

18、底面不平。通常采用的是以凸出的边框支承或底脚（三点或四点）支承，如P16图2-2-32所示。当塑件底部有加强筋时，应使加强筋与支承面相差毫米的高度，如图2-2-23所示。凸台是指用来增强孔或装配附件的凸出部分，一般来讲，凸台应当尽量位于边角部位或靠近制件侧壁面，其高度不应超过其直径的两倍，并应具有足够的脱模斜度，对于壁面上细而高的凸台应考虑加强筋。当制件上具有装配凸台时，凸台应有足够的强度，应避免凸台转折处的突变和尺寸过小，图2-2-241所示。八、圆 角带有尖角的塑件在成型时，往往会在尖角处产生局部应力集中，在受力或冲击震动下会发生开裂或破裂，所以，为避免这种情况的出现，除塑件使用上要求尖角

19、外，其余转角处均尽可能采用圆弧过渡。采用圆弧过渡（1）可增加塑件的美观程度；（2）增加了塑件的强度，也大大改善了充模流动特性；另外，（3）塑件的圆角对应于模具也呈圆角，这样增加了模具的坚固性，在一定程度上也减少了模具热处理或使用时因应力集中而导致开裂情况的出现。图3-12所示为塑件受力时应力集中系数与圆角半径的关系，由图中可以看出，理想的内圆角半径应为壁厚的1/4以上。通常，塑件内壁圆角半径应是壁厚的一半，而外壁圆角半径可为壁厚的倍，一般圆角半径不应小于 ，壁厚不等的两壁转角可按平均壁厚确定内、外圆角的半径。对于塑件的某些部位如于分型面，型芯与型腔配合等处不便制成圆角的，则只能采用尖角。九、孔

20、的设计塑件上常见的孔有通孔、盲孔两类，孔的断面形状有圆孔、矩形孔、螺纹孔及特殊形状的孔等。孔的位置应设置在不易削弱塑件强度的地方。在孔之间和孔与边缘之间应留有足够的距离。塑件上孔间距和孔与边壁最小距离如表2-2-4（P18）所列。一般孔与孔的边缘或孔边缘与制件外壁的距离应不小于孔径。塑件上固定用孔和其它受力孔的周围可设计一凸台来加强。如图2-2-28（P18）所示。（一）通孔：通孔的成型通常有三种方法，如图2-2-9（P18）所示。（1）图中a由一端固定的型芯来成型，这时孔的一端容易产生横向飞边，且由于型芯相当于是悬臂梁的单支点固定，当孔径较小或孔较深时，会因受成型时熔体的冲击，容易发生弯曲变

21、形，甚至折断等现象。所以，该法一般用于成型较浅的通孔。（2）图b由一端固定的两个型芯来成型，同样在两型芯接合处容易产生横向飞边，该结构与a中相比，增加了单个型芯的稳定性和强度，但由于不能很好地保证两孔的同轴度，所以，为了满足安装和使用上的要求，常常将两个型芯直径尺寸设计成相差0.51mm。该方法可用于成型较深，但轴向精度要求不高的通孔。（3）图c由一端固定，另一端导向支撑的双支点型芯来成型。该结构大大提高了型芯的刚强度和孔的同轴度，但当导向部分磨损后，会在导向口处出现纵向飞边。该法可用于成型较深，且有轴向精度要求的通孔。（二）盲孔：盲孔只能用一端固定的单支点型芯来成型，因此其深度应浅于通孔。注

22、射成型或压注成型时，孔深应不超过孔径的4倍；压缩成型时，孔深应更浅些，平行于压缩方向的孔深一般不超过孔径的倍，垂直于压缩方向的孔深为孔径的2倍。如塑件上确实需要较深且垂直于压缩方向的盲孔时，为防止型芯弯曲，可在型芯下面设置支承柱。一般情况下，对于直径小于的孔或深度太大的孔最好用成型后再机加工的方法获得。如成型时能在钻孔的位置上压出定位浅孔，则会给后加工带来很大的方便。（三）特殊孔：对于斜孔或形状复杂的特殊孔可以采用相应的拼合型芯来成型，以避免侧向抽芯。P19图2-2-30为常见的例子。在塑件设计时尽量避免形状过于复杂的孔，因为这会造成模具制造的困难及其成本的提高。十、螺纹设计塑件上的螺纹可以直

23、接用模具成型，也可以用后续的机加工成型，在经常装拆和受力较大的地方，则通常采用金属螺纹嵌件。塑件上螺纹的设计应注意以下几点：（1）由于塑料螺纹的强度仅为金属螺纹强度的1/51/10，所以，塑件上螺纹应选用螺牙尺寸较大者，螺纹直径小时就不宜采用细牙螺纹（参见P21表2-2-5），否则会影响其使用强度，另外，塑料螺纹的精度也不能要求太高，一般低于3级。（2）塑料螺纹在成型过程中，由于螺距容易变化，因此，一般塑料螺纹的螺距不应小于，注射成型螺纹直径不得小于2mm，压制成型螺纹直径不得小于3mm。（3）模具螺纹螺距收缩不计时，则塑件螺纹与金属螺纹的配合长度不能太长，一般不大于螺纹直径的倍（或78牙），

24、否则会降低与之相旋合螺纹间的可旋入性，还会产生附加应力，导致塑件螺纹的损坏及连接强度的降低。（4）为增加塑件螺纹的强度，防止最外圈螺纹可能产生的崩裂或变形，应使其始末端不得突然开始和结束，如P20图2-2-33、34，须留有一定的过渡段，其数值按表2-2-6选取。（5）在同一螺纹型芯或型环上有前后两段螺纹时，应使两段螺纹的旋向相同，螺距相等，以简化脱模。否则需采用两段型芯或型环组合在一起的形式，成型后再分段旋下。螺纹直接成型的方法有：（1）采用螺纹成型零件（型芯或螺纹型环）在成型之后将塑件旋下，该方法在模具结构上需配有旋转驱动装置。多见于成型内螺纹。（2）采用瓣合模成型，生产效率高，但常带有飞

25、边。多见于外螺纹或分段内螺纹的成型。（3）对于要求不高且用软塑料成型的螺纹，可通过强制脱模来成型。这时，螺牙断面最好设计得浅一些，且呈圆形或梯形断面，如P20图2-2-32所示。十一、嵌件设计和自攻螺钉（一）嵌件的用途及形式注射成型时，镶嵌在塑料制品内部的金属或非金属件（如玻璃、木材或已成型的塑料等）称为嵌件。镶入嵌件的目的主要是为了提高塑件的局部强度，满足某些特殊的使用要求（如导电、导磁、抗耐磨和装配连接等）以及保证塑件的精度、尺寸形状的稳定性等。但是，采用嵌件往往会增加塑件的成本，使模具结构复杂，并带来注射时间延长，且难于实现生产自动化等问题。因此，塑件设计时应慎重合理地选择嵌件，并尽可能

26、地避免嵌件的使用。常见的嵌件形式如下图所示。a 为圆筒形嵌件，有通孔和不通孔两种，b带螺纹孔的嵌件最为常见，它常用于经常拆卸或受力较大的场合以及导电部位的螺纹连接；c为带台阶圆柱形嵌件；d为片状嵌件；e为细杆状贯穿嵌件。（二）嵌件的设计1.嵌件与塑料应牢固连接 为了使嵌件牢固地固定在塑料中，防止嵌件受力时在塑料内转动或轴向移动，嵌件表面必须设计成适当的伏陷状。菱形滚花是最常用的，其抗拉和抗扭的力比较大。在受力大的场合可以在嵌件上开设环状沟槽，采用直纹滚花，可降低轴向的内应力，但必须开设环形沟槽，以免受力轴向移动。片状嵌件可以用切口、孔眼或局部折弯来固定。薄壁管状嵌件可采用边缘翻边固定。针状嵌件

27、可砸扁其中一段或折弯等办法来固定。2.嵌件应在模具内定位可靠 为避免嵌件在成型过程中受高压高速的塑料流冲击而可能发生位移或变形，同时，也防止塑料挤入嵌件上预留的孔或螺纹中影响其使用，安放在模具内的嵌件必须定位可靠。下图所示为外螺纹嵌件在模内的固定形式。a利用嵌件上的光杆部分和模具配合；b利用凸肩的形式与之配合，既增加了嵌件的稳定性，又可以阻止塑料流入螺纹中；c采用的凸出圆环，可在成型时被压紧在模具上形成密封环，阻止了塑料的溢入。下图所示为内螺纹嵌件在模内的固定形式。a为嵌件直接插在模内的光杆上；b、c为以一凸出的台阶与模具上的孔相配合，增加了定位的稳定性和密封性；d采用内部台阶与模具上的插入杆

28、配合。对于通孔螺纹嵌件，多采用将嵌件拧在具有外螺纹杆件上再插入模具，当注射压力不大，且螺牙很细小时（M以下）也可直接插在模具的光杆上，此时，塑料可能挤入一小段螺纹牙缝内，但不会妨碍多数螺纹牙。在注射成型过程中，塑料的压力会使嵌件发生位移或变形，所以在嵌件设计时，无论杆形或环形嵌件，其高度不宜超过其定位部分直径的两倍。当嵌件过高或呈细长或片状时，应在不影响塑件使用下，于模具上设置支柱，如P23图2-2-39所示。对于薄壁状嵌件可在塑料流动的方向上打孔以减小嵌件的受力。3.嵌件的周围有足够的塑料层厚度 由于金属嵌件冷却时尺寸的变化值与塑料的热收缩值相差很大，致使嵌件周围产生较大的内应力，甚至造成塑

29、件的开裂。对某些刚性强的工程塑料更甚，而对于弹性和冷流动性大的塑料则应力值较低。因此，一方面，尽量选用与塑料线膨胀系数相近的金属作嵌件，另一方面，应使嵌件的周围塑料层具有足够的厚度。同时，嵌件不应带尖角，以减少应力集中。热塑性塑料注射成型时，应将大型嵌件预热到接近于物料温度。对于内应力难与消除的塑料，可先在嵌件周围被覆一层高聚物弹性体或在成型后通过退火处理来降低内应力。嵌件的顶部也应有足够厚的塑料层，否则嵌件顶部塑件表面会出现鼓包或裂纹。为了提高生产效率，减小嵌件造成的内应力，也可采用成型后再装配入嵌件的方法。如P24图2-2-41所示的有菱形滚花的黄铜套，这种嵌件的嵌入应在脱模后趁热进行，以

30、利用塑件后收缩来增加紧固性。当然也可以利用超声波等其它方法使嵌件周围的热塑性塑料层软化而压入嵌件。(三)自攻螺钉塑件上各种螺纹连接的结构要求是大量采用嵌件的重要原因，目前对塑件上装拆次数不多的螺纹通常采用自攻螺钉的形式，即用光孔代替了内螺纹嵌件。从而大大提高了模塑效率。自攻螺钉有两种形式：即切割螺纹螺钉和旋压螺纹螺钉。切割螺纹螺钉适用于硬度、刚性较大的材料（如PS、ABS等）和承受载荷、震动较小的场合，这种螺钉的侧面开有沟槽，成锋利的切削刀状，螺钉悬入时象攻丝一样在光孔内一面旋入一面切削出螺纹槽，孔的深度要比螺钉长，以便存储切屑。旋压螺纹螺钉常用于弹性较好的塑料（如PE、PP等）和装拆次数要求

31、较多的场合，由于旋压螺纹螺钉在旋入时会产生很大的侧向压力，故应用于弹性模量大的材料（如PS、ABS，PC等）时，应避免可能发生的应力开裂。自攻螺钉底孔的设计：切割螺纹的螺钉孔，其孔径等于螺钉的中径。旋压螺纹的螺钉孔，孔径等于螺钉中径的80%。为保证足够的连接强度，螺钉旋入的最小深度必须等于或大于螺钉外径的2倍。对于自攻螺钉的孔一般设计成圆管状，为承受旋压产生的应力和变形，圆管外径约为内径的3倍，高度为圆管外径的2倍，孔深应超过螺钉的旋入长度。十二、齿轮设计由于塑料齿轮具有重量轻、弹性模量小、在同样制造精度下比钢和铸铁齿轮传动噪音小等特点，因此，近年来在机械电子工业中得到越来越广泛的应用，目前主

32、要用于精度和强度要求不太高的传动机构中。常用的塑料有尼龙、聚碳酸酯、聚甲醛和聚砜等。为了使塑料齿轮适应注射成型工艺，保证轮辐、辐板和轮毂有相应的厚度，对齿轮的各部尺寸作如下规定： （1）轮缘宽度t至少为全齿高h的3倍（2）辐板厚度H1应等于或小于齿宽厚度H（3）轮毂厚度H2应大于或等于齿宽厚度H，并相当于轴孔直径D（4）轮毂外径D1最小应为轴孔直径D的1.53倍另外还应注意，为减少塑料齿轮尖角处的应力集中和成型时应力的影响，应尽量避免截面尺寸的突然变化或出现尖角，尽可能加大各表面相接或转折处的圆角及过渡圆弧的半径；同时，为避免装配时产生应力，轴与孔应尽可能不采用过盈配合，并用销钉或半月形孔配合

33、的形式。如下图所示。对于薄壁齿轮，壁厚不均会引起齿型歪斜，对此可采用无轮毂无轮缘的结构可以很好地改善这种情况。但如在辐板上有大孔时，因孔在成型冷却时很少向中心收缩，会使齿轮歪斜，对此可采用如下图所示的辐板结构，则可得到改善。十三、铰 链利用某些塑料（如聚丙烯）的分子高度取向的特性，可将带盖容器的盖子和容器通过铰链结构直接成型为一个整体，这样既省去了装配工序，又可避免金属铰链的生锈。常见铰链截面形式如下图所示。铰链的设计要点如下：（1）铰链部分厚度应减薄，一般为0.20.4mm，且其厚度必须均匀一致，壁厚的减薄处应以圆弧过渡。（2）铰链部分的长度不宜过长，否则折弯线不在一处，影响闭合效果。（3）

34、在成型过程中，熔体流向必须垂直于铰链轴线方向，以使大分子沿流动方向取向，脱模后立即折弯数次。十四、标记、符号、文字塑件上的标记、符号有凸形和凹形两种，当塑件上的标记、符号为凸形时，如下图a，模具上就相应地为凹形，它在制模时比较方便，可直接在成型零件上用机械或手工雕刻或电加工等方法成型；当塑件上的标记、符号为凹形时，模具上就相应地为凸形，它在制模时要将标记符号周围的金属去掉，是很不经济的。所以，为了便于成型零件表面的抛光及避免标记、符号的损坏，一般尽量在有标记、符号的地方于模具上镶上相应的镶块，为避免镶嵌的痕迹，可将镶块周围的结合线作为边框，如图c 。塑件上标记的凸出高度不小于，线条宽度一般不小

35、于0.3 mm，通常以0.8 mm为宜。两条线的间距不小于0.4 mm，边框可比字高出0.3 mm以上，标记的脱模斜度可大于10。思考题：1.塑件的精度等级和公差为何不采用金属加工的精度等级和公差，而另外制定？2.塑件壁厚对注射成型、生产效率及塑件性能有何影响？3.从塑件的结构工艺性方面考虑，如何改善塑件的力学性能？（1）R过渡（2）适当增加壁厚（3）加强筋（4）形状的合理改变（5）支撑面、凸台（受力部分）（6）嵌件（7）原材料（8）浇口位置的调整。第三章 塑料成型模具（本章仅讨论热塑性塑料模具）第一节 概述一、注射模具的基本结构塑料注射模具结构由塑件结构和注射机形式所决定，均分为动、定模两大

36、部分。根据各部件的作用，可分为：（1）浇注系统：將熔融的塑料从注塑机熔胶引到模具的每个型腔的流道系统。由主流道、分流道、浇口及冷料井组成。（2）成型零件：直接成型塑件的部分，通常由凸、凹模，型芯或成型杆、镶块等构成。（3）导向部分；（4）分型侧抽机构；（5）推出机构：将浇注系统凝料和塑件从模具中推出的装置。（6）排气系统；（7）模温调节系统：冷却或加热。二、注射模具的分类划分原则：安装形式、注射机类型、型腔数目、总体结构（见P36）等。第二节 模具与注射机关系一、注射机主要工艺参数的校核1、型腔数目决定：考虑因素主要有现有注射机规格、所要求塑件质量、塑件成本及周期等因素决定。主要校核依据为最大

37、注射量。腔数=85%m/q （PS）q为一个塑件的质量和分到的浇注系统的质量之和。2、注射压力的校核：克服充模阻力，保证制件的成型需要。3、锁模力的校核：F=pA4、装模部位尺寸的校核：喷嘴、定位圈、最大/小模厚、拉杆尺寸及安装螺钉孔位置等。5、开模行程和塑件推出距离（顶出位置）的校核：见P43，给出一定的富裕量。二、注射机锁模系统锁模系统a作用：实现模具的启闭，提供可靠的合模力，防止模具涨开。 b结构要求：启闭灵活、准确、迅速、安全，启闭瞬时有缓冲作用 c速度要求：合模时：先快后慢，开模时：先慢后快。常见锁模系统结构：（1）液压式；（2）机械式：适用小型机、实验机；（3）液压-机械式：适用5

38、00T以下。特点：a增力作用；b自锁作用；c运动速度符合合模要求第三节 普通浇注系统设计一、概述：结构和功能浇注系统可分为：普通和热流道浇注系统。流道系統功能/作用：送料（將熔融的塑料从注塑机熔胶引到模具的每个型腔）、保压补缩。主要包括：主流道、分流道、浇口及冷料井等。浇注系统的结构,长短大小及駁接方式都会影响注塑填充的效果,从而直接影制品的品质,此外,设计流道系统更要从经济效益着眼.达到快冷卻及短周期。浇注系统设计内容包括：浇口的数量、位置、形状及流道的布置、截面尺寸等。二、塑料融体在流道内的流动行为三、普通流道系统设计设计原则：（1）压力损失小；（2）温差小；（3）回料少；（4）冷却时间少

39、；（5）多腔分料均匀。1、主流道(Sprue)设计a、圆锥形=2060，小端直径约48mm；但应比喷嘴直径大0.51mm。过大易喷射。b、凹坑半径R应比喷嘴头大12mm；c、在保证成型性前提下，其长度尽量短；d、大端处圆角r=13mm，见效料流转向时的阻力；e、有时将主流道衬套凸出定模510mm以定位作用，也有时将定位环与衬套分开设计。2、冷料井与拉料杆的设计冷料井的D稍大于主流道大端直径，形状因拉料杆不同而不同。拉料杆类型：（1）Z型（同类型的还有倒锥型和圆环槽冷料井）（2）球头型（专用于推料板卸料模具），其变异形式有菌型和锥型（靠摩擦拉料，分流好，适用中心中间）。（3）无拉料杆冷料井 见书

40、P563、分流道(Primary and Secondary Runner)设计温差小，要求比表面积小作用：流道是连接主流道与內模浇口的塑料通道,使熔融能流入內模.在两板模的情況下,流道设置在分模面上的.截面形状：流道的截面形狀一般有四种：圓形,梯形,改良梯形及六角形.如下图。从注射压力传送方面考虑,流道的截面面积愈大愈好;而从热传导的观点考虑,截面表面积愈小愈好.因此截面面积与表面积比数（即比表面积）愈大,流道愈有效.从下表中得知圆形及方形切面流道设计的R值为最大，因圆形截面较方形冷却快。所以，圆形截面设计最好。布置形式：平衡和非平衡式分流道设计要点：（1）表面不必很光，一般在Ra1.25即

41、可，可使融体冷却皮层固定，有利于保温和一定的剪切作用；（2）分流道较长时，在末端应开设冷料穴；（3）与浇口连接处加工成斜面并用R过渡，以利于料流及充填；（4）与型腔布置时尽量使塑料投影面积重心与锁模力重心重合。4、浇口（Gate）的设计除主流道型面积最小，阻力与分流道相比仍是主要的。对于塑料融体（非牛顿行为明显），浇口截面尺寸小，一定压力下剪切速率升高，且由于摩擦生热，使表观黏度降低，有利于充模，但小浇口引起阻力的增加，这在一定范围内可用提高注射压力来弥补，另外，浇口台阶尺寸L减小，会减小流阻，增加流率Q。因此，在任何场合减小台阶尺寸L都是恰当的。0.72mm一、小浇口的特点：优点：（1）增加

42、流速剪切速率升高，且摩擦生热 使表观黏度降低，利于充模；（2）冻结快缩短补料时间减小内应力 翘曲变形和周期；（3）多模腔中可平衡各腔进料速度；（4）便于修整（5）型腔压力小，可成型较大投影面积的塑件。缺点：（1）易引起喷射；（2）流阻大，压力损失大；（3）保压补缩作用小，易出现缩孔。不宜采用情况：（1）大型制件；（2）壁厚、收缩大的制件；（3）高黏度及对剪切敏感差或热敏感的塑料制件。二、常见浇口形式：矩形浇口：直接、侧、扇形、平缝、环形、轮辐、爪形及护耳式；圆形浇口：点和潜伏式。还有环形、轮辐式、爪形及护耳式等形式三、浇口位置选取原则1、考虑定向对塑件性能的影响；一般来说，沿分子取向方向的收缩

43、率、强度和应力开裂要大于垂直方向。应用如：采用多浇先或改变位置来改善翘曲以及利用取向设计铰链等。2、避免熔体破碎现象 在塑件上产生缺陷；喷射：当熔体进行高速充模时，受离模膨胀影响，造成熔体表面粗糙，且在模内形成蛇形流动，甚至产生熔体破碎（挤出时，随的增加，大分子链被完全拉直，呈现出较大的弹性性质，也导致熔体无法保证稳定的层流而呈失稳状态，此时出模料会变得粗细不均，粗糙无光泽、如再增加，则熔体呈波浪形，甚至断裂成碎片即熔体破碎）喷射的形成：主要是小浇口正对大型腔的情况。造成的缺陷：（1）造成折叠，产生波浪状痕迹（2）喷出的高度定向细丝或很快变硬的断裂物不能很好与后进的熔体熔合，形成缺陷（3）使腔

44、中气体难于顺序排出，形成气泡或焦痕。避免措施：（1）增大浇口断面尺寸（2）避免小浇口正对大型腔（3）护耳式。3、有利于流动、排气和补料；熔体流动原则：充满阻力最小的空间。因此：尽量开设在截面嘴厚处，同时也有利于补缩，浇口位置也与排气系统相配合。有加强筋时可利用加强筋（沿料流方向开设）来改善流动。4、减少熔接痕增加熔接牢度；（1）减少浇口数（保证充填及质量）减少熔接痕，如圆环式和轮辐式（2）开设冷料井增加熔接牢度5、防止将型芯或嵌件挤歪变形；6、校核流动距离比。尽量缩短流动距离四、浇口尺寸确定第四节 无流道浇注系统（具体无流道模具类型略，自习见教材P75-88）一、概述：所谓热流道成型是指从注射

45、机喷嘴送往浇口的塑料始终保持熔融状态（绝热或加热的方法），在每次开模时不需要固化作为废料取出，滞留在浇注系统中的熔料可在再一次注射时被注入型腔，可大量节约原材料，提高塑件质量。目前，以加热的热流道模具为主。其实，热流道技术并非新技术，早在1940年12月，就取得了热流道技术的专利权。发展至今，欧美的热流道模具占注射模总数的2535；近几年来，热流道技术还在不断的完善和发展。而在国内，热流道技术的应用尚处于逐步推广阶段，在注射模中，所占比例仅为23左右。优点（1）无回料，降低成本和提高质量（不掺回料，不需修剪浇口，改善表面）（2）缩短周期，易实现自动化；（3）有利压力传递，克服表面凹陷、缩孔等缺

46、陷；（4）开模行程的缩短（不必用三板式即可以使用点浇口）可成型较深的制件。对原料的要求：（1）加工温度范围宽，黏度随温度变化小；（2）对压力敏感，不加压不流延，一加压即易流动；（3）热变形温度高，制件能在高温下快速固化，并能快速脱模。二、热流道系统的组成1、热流道板：其主要任务是恒温地将熔体从主流道送入各个单独喷嘴，在熔体传送过程中，熔体的压力降尽可能减小，并不允许材料降解。常用热流道板的形式有：一字型，H型，Y型，十字型。2、喷嘴（1）开放式喷嘴： 直浇口BP、SP系列 点浇口BS、SS系列 （2）新型针阀式喷嘴：单喷嘴SV系列分喷嘴BV系列新型针阀式喷嘴之优点：在制品上不留下进浇口残痕，进

47、浇口处痕迹平滑；能使用较大直径的浇口，可使型腔填充加快，并进一步降低注射压力，减小产品变形。可防止开模时出现牵丝现象及流涎现象；当注塑机螺杆后退时，可有效地防止从模腔中反吸物料；能配合顺序控制以减少制品熔接痕（如美国海铤格公司90年代提出的多点按序模塑降低制件内应力，消除熔接痕及变形，也降低了注射和锁模力）。新型针阀式喷嘴类型： 弹簧式（易失效，以淘汰） 气压、液压阀杆式 气缸、油缸阀杆式 滑槽式 气缸带动齿轮齿条式（3）其他形式的喷嘴： 斜插式 转弯式 一芯多头式 多芯多头式 一芯多头式侧出料 鱼雷梭式喷嘴等 3、加热元件：加热棒加热圈管式加热器螺旋式加热器（加热盘条，可弯曲，顺着流道分布，

48、成本高）4、温控器：通断式比例控制式新型智能化温控器三、发展趋势：新型阀式喷嘴层叠热流道模具技术新型智能化温控器小型化与标准化思考题：针点式、潜伏式浇口的区别？圆环式、轮辐式、爪式浇口的区别？热流道系统的组成及各自作用？排气槽的作用及其主要形式？第五节 成型零件设计一、模具分型面的设计与选择分型面：分开模具取出塑件的面。1、方位：有平行于开模方向，垂直于开模方向，与开模方向成斜角。尽量采用与开模方向垂直的分型面（可避免侧向抽芯），故要合理塑件放置在腔体中的方位。2、形状：根据制件形状及模具设计制造要求而定。3、分型面位置选取原则：（1）不要在制件光亮平滑的外表面或带圆弧的转角处；（2）尽可能将

49、制件分型时留在动模侧，便于顺利顶出；（3）尽可能开设在制件轮廓最大的地方，便于脱模；（4）将塑件同心部分放在同一侧成型以保证同心度；（5）将需侧抽距离小和投影面积小的作为抽芯机构，大的作为分型面。还要考虑到如以分型面作为排气及便于制造等因素。二、成型零部件结构设计（一）凹模成型制件外表面整体式：优点结构简单、牢固可靠，不易变形，无拼痕，缩小模具外形尺寸；加工方法常用仿形、电火花或冷挤压加工 ；适用形状简单中小型模具。整体嵌入式：优点同上，使用可靠，不易变形，节约优质模具材料；适用小型、多腔，节约优质模具材料的情况。镶拼组合式：（1）局部（2）底部（3）侧壁 见书P94、95瓣合式：（对半时为哈

50、夫模）（二）凸模（指较大主要的零件）和型芯（较小的成型零件）整体式：结构牢固，但不便于加工，且消耗材料，用于形状简单的小凸模。嵌入式：比较常用，固定形式（同上面凹模整体嵌入式）（1）台阶（2）通孔无台阶（3）非通孔无台阶镶拼组合式：适用于大型及形状复杂，分开加工嵌入模套内，锁扣拼合。拼合注意问题：（1）结构形状尽可能一致（2）考虑刚强度（3）便于加工活动凸模：包括瓣合式凸模、侧向型芯及其他运动的凸模。小型芯的固定：台阶、螺栓、铆接等。（三）螺纹型芯和螺纹型环略，详见教材P98、100三、排气方式及排气槽的设计模具排气系统不顺畅，则可能出现以下几种成型缺陷。填不足（2）出现熔接痕（3）烧伤各种形

51、式排气机构的设置。（1）利用分型面（开设排气槽）和配合间隙（镶块拼缝、顶杆等）排气；（2）利用多孔烧结金属排气；（3）负压或真空排气排气机构基本类型设计要点及使用场合分型面排气在型腔周围设置排气槽使用中，在浇口对侧部位必须及时清除残留树脂分解物质，否则易腐蚀型腔表面，清理不易。推杆排气 1因推杆的运动，残留树脂自清理效果较好。排气机构基本类型设计要点及使用场合镶件排气 1、对于制品的筋、槽部位经常采用这种排气方式。烧结合金排气1、采用烧结合金排气时，由于烧结合金的热传导率低不能使其过热，否则易产生分解物质而堵塞气孔。各种不同树脂的排气槽深度。主要依据是树脂的粘度及其是否容易分解。原则：（1）粘

52、度低的树脂排气槽的深度要浅。（2）容易分解的树脂，排气槽的截面积要大。树脂名称排气槽深度mm树脂名称排气槽深度mmPEPA（含玻璃纤维）PPPAPSPCSBPC（含玻璃纤维）ABSPBT（含玻璃纤维）SANASASAPMMAPOM四、成型零件工作尺寸计算（书P102）工作尺寸主要包括型腔径向、深度；型芯径向、高度，型芯间位置尺寸等。（一）影响塑件精度的因素1、成型零件制造公差：加工和装配偏差 其中：a为公差单位数，a越小，则精度越高； IT567891011a71016254064100i为公差单位：在500mm以上，I=0.004D+2.1 D模具基本尺寸的分段计算值。实践证明:约占塑件总公

53、差的1/3,模具中最高公差等级为IT5-6，一般用IT7-82、成型收缩率：选取值与实际收缩率差异；工艺条件波动，材料批号变化造成收缩率波动。 收缩引起的尺寸变化值为：成正比例关系， 应控制在塑件公差的1/3以内3、型腔、成型零件的磨损：成型中的流动冲击、锈蚀、重新打磨抛光等都会引起磨损，其中脱模时的磨损（与脱模同向的接触面）是主要的。产量大，带有玻纤、无机填料等塑料，取大值（最大量可取塑件总公差的1/6），反之取小值，甚至不考虑。从上图可以看出：对于大制件，波动则是影响塑件尺寸精度的主要因素。以制造精度来提高制件精度是不经济的，应选波动小的塑料及稳定工艺条件。对于小制件而言，影响塑件公差的主

54、要因素是：模具的的和影响塑件尺寸精度的因素很复杂，还有如成型工艺及后处理等等。（二）按平均收缩率计算1、型腔径向尺寸对应制件的轴尺寸（容易修大，故预留一负的修模量）；已知：塑件的：、（塑件最大尺寸）、（单向负偏差，如不符，转换成单向负偏差）； 型腔的（最小尺寸）， （单向正偏差）。我们均以平均值来计算（如型腔磨损也以一半计算），则有：型腔平均尺寸为：/2 + /2塑件平均尺寸为：-/2则有：得：又从上面第一式可得：-/2 - /2对于型腔预留一负的修模量，标上制造公差得： =（-/2 - /2-）+2、型芯径向尺寸对应制件的内孔尺寸（容易修小，故预留一正的修模量）；3、型腔深度尺寸容易修浅，不

55、考虑磨损；4、型芯高度尺寸容易修长，不考虑磨损。（三）按公差带（极限尺寸）计算假设同上，已知：塑件的：、（塑件最大尺寸）、（单向负偏差，如不符，转换成单向副偏差）；型腔的（最小尺寸），（单向正偏差）。模具、制件尺寸公差带分布如下图所示。型腔径向尺寸公差带分布模具的设计尺寸要使：实际模具尺寸和成型收缩率在两种极端的情况下，成型的制件均要满足其尺寸公差的要求。因此，从上图可看出，塑件的公差带在如上图中位置1的时就可以了（也即成型制件的实际公差为），但是考虑到模具的修模余量和不断磨损（延长寿命），所以，延长模具使用寿命，我们应使塑件的公差带处在2的位置为好（即使在最小模具尺寸、最大收缩率的极端情况下

56、，成型的制件刚好满足其最小尺寸要求）。据此，我们可以列出下式：（右侧推导，左侧校核） - max = -对于另一极端情况我们进行如下分析和讨论：由图3可知，如果我们应用上述得到的值，则对于磨损量C必须要满足下式： (+ +) - (+ +) min 即由此式得到的磨损量（C）才能满足使用要求，如超出该临界磨损量，就有可能造成成型制件尺寸的不合格。所以，我们可以通过上式可以得到该尺寸的最大磨损量（磨损量与模具的选材、热处理、注射原料及产量等因素有关），否则可能会出现次品。对于成型零件的其他尺寸可参照上述方法同样求得，这里不再赘述。（四）模具成型零件尺寸的近似确定法：实例见教材P112（五）螺纹型

57、芯、环的尺寸计算参原笔记四、成型零件刚强度计算（书P114）参原备课笔记第六节 结构零部件设计一、注射模的标准模架模架是注射模的骨架和基体，通过它将模具的各个部分有机地联系成为一个整体，如下图所示。标准模架一般由定模座板、定模固定板、动模固定板、动模垫板、垫块、动模座板、顶出固定板、顶出垫板、导柱、导套及复位杆等组成。另外还有特殊结构的模架，如点浇口模架、带推板顶出的模架等。模架中其他部分可根据需要进行补充，如精定位装置、支承柱等。最常见的注射模架图1-定模座板 2-定模固定板 3-导柱及导套 4-动模固定板 5-动模垫板 6-垫块 7-顶出固定板 8-顶出垫板 9-动模座板 我国塑料注射模架

58、的国家标准有两个，即塑料注射模中小型模架及技术条件（GM/T12556-90）和塑料注射模大型模架（GM/T12555-90）。前者按结构特征分为基本型（四种）和派生型（九种），适用的模板尺寸为B（宽）L（长）560900；后者也分为基本型（两种）和派生型（四种），适用的模板尺寸为B（宽）L（长）为（630630）（12502000）。现以中小型模架为例说明其组成。1）基本型组合 它是以直接浇口（包括潜伏式浇口）为主，其代号分别为A1、A2、A3、A4型四种，如图所示。 定模两板，动模一板式 （A1型） 推杆顶出机构 定、动模均为两板式 （A2型）基本型组合 定模两板，动模一板式 （A3型）

59、推件板顶出机构 定、动模均为两板式 （A4型）2）派生型组合 它是在基本型的基础上派生而来，以点浇口和多分型面为主的结构形式，其代号为P，分别为P1型到P9型。这里不再详述，请参考上述相关标准。在全球较为出名的有三大模架标准，英制里以美国的“DME”为代表，欧洲以“HASCO”为代表，亚洲以日本的“FUTABA”为代表。而国内的塑料模架起步较晚，到了上世纪八十年代末九十年代初模架生产得到了高速发展，也形成了以珠江和长江三角洲地区为主的模架产业化生产的两大阵营。据不完全统计，国内（包括外资企业）注塑模架的生产厂家有40余家，具有一定规模的如龙记集团、东莞明利、德胜公司，深圳南方模具厂，苏州中村重

60、工及昆山中大模具公司等等。模架的精度将直接决定着模具的精度和质量，一般对于模架生产要保证的工艺条件有：模架四周的垂直度、板件的平行度，板件平面与侧面的垂直度、导柱导套与模板配合的松紧程度、相对运动板件间的开合自如程度，另外还有整套模架的外观，如表面粗糙度、倒角等。标准模架的实施和采用，是实现模具CAD/CAM的基础，从而可大大缩短生产周期，降低模具制造成本，提高模具性能和质量。为了适应模具工业的迅速发展, 模架的标准化程度和要求也必将不断深入和提高。二、支承零部件设计模具的支承零部件主要指用来安装固定或支承成型零件及其他结构零件的零部件。支承零部件主要包括固定板、垫板、支承件及模座等。（一）固