模具设计指南

1、 模具设计指南 DATE MM/dd/yy 11/16/06 page PAGE 131of NUMPAGES 131模具材料的选用 在再谈模具材料之前，我们要先了解注塑模具的一些基本的东西，首先是模具的分类，一般把模具按使用寿命的长短分五级，一级在百万次以上，二级是50万100万次，三级在30万50万次，四级在10万30万次，五级在10万次以下，一级与二级模具都要求用可以热处理硬度在HRC50左右的钢材，否则易于磨损，注塑出的产品易超差，故所选的钢材既要有较好的热处理性能，又要在高硬度的状态下有好的切削性能，当然还有其他方面的考虑。因我很少接触国产塑胶模钢材，故只能介绍在珠三角常用的进口料。

2、通常选用瑞典的8407，S136,美国的420,H13,欧洲的2316，2344，083，或日本的SKD61，DC53（原为五金模材料，特殊情况下使用。）一类的钢材。除此外，注塑的原料及其所增加的填料对选用刚才有很大的影响，尤其是玻璃纤维对模具的磨损大。有些塑胶料有酸腐蚀性，有些因添加了增强剂或其他改型剂，如玻璃纤维对模具的损伤大，选材时均要综合考虑。有强腐蚀性的塑胶一般选S136，2316，420一类钢材，弱腐蚀性的除选S136，2316，420外，还有SKD61，NAK80，PAK90，718M。强酸性的塑胶料有：PVC，POM，PBT弱酸性的塑胶料有：PC，PP，PMMA，PA，产品的外

3、观要求对模具材料的选择亦有很大的影响，透明件和表面要求抛镜面的产品，可选用的材料有S136，2316，718S，NAK80，PAK90，420，透明度特高的模具应选S136，其次是420。以上是从满足产品要求来说，但作为一个设计师，你只考虑这些的话，你不但不可能成为一个好的设计师，可能你的饭碗都有问题，你涉及的模具所需求的成本是重中之重，你还要考虑价格，就拿S136与2316来比较，每公斤相差5560元，如果你选择不当，你老板不是接不到单，就是做到破产。三级模具用预硬料多，牌号有：S136H，2316H，718H，083H，硬度HB270340，四五级模具用P20，718，738，618，23

4、11，2711，对于要求特低的模具，还有可能用到S50C，45#钢，即直接在模胚上做型腔。除此之外，具体问题要具体对待，灵活善变是一个设计师的基本要求。另附国际上常用钢材对比标，以供参考。现本公司常选择的钢材厂家为“利昌五金机械钢材”；常用模具材料如下表：材料牌号出厂硬度适用模具适用塑料热处理备注M238HRC3034需抛光的前模、前模镶件ABS、PS、PE、PP、PA淬火至HRC54不耐腐蚀718SHRC3136火焰加硬至HRC52M238HHRC3341需抛光的前模、前模镶件ABS、PS、PE、PP预加硬、不须淬火718HHRC3541M202HRC2933(大模)前模、后模、镶件、行位淬

5、火至HRC54MUPHRC2834M310退火HRC20镜面模、前模、后模PC、PVC、PMMA、POM、TPE、TPU淬火至HRC57耐腐蚀、透明件S136退火HRC18淬火至HRC54M300HRC3135镜面模、前模、后模淬火至HRC48S136HHRC3136预加硬、不须淬火黄牌钢HB170220(大模)后模、模板、后模镶件 (含模镶件、呵镶件)ABS、PS、PE、PP、PA不耐腐蚀2738HHRC3238(小模)前模、镶件、行位预加硬、不须淬火2316VODHRC3539需抛光的前模、后模、镶件、行位PC、PVC、PMMA、POM、TPE、TPU淬火至HRC48耐腐蚀2316ESRH

6、RC2735需纹面的前模、后模、镶件、行位2311HRC2935(大模)前模、后模、镶件、行位ABS、PS、PE、PP火焰加硬至HRC52不耐腐蚀K460退火HRC20淬火至HRC64NAK55HRC4043后模、镶件、行位预加硬、不须淬火NAK80HRC4043前模、后模、镶件、行位ABS、PS、PE、PP预加硬、不须淬火PAK90HRC3236镜面模、前模、后模PC、PVC、PMMA、POM、TPE、TPU预加硬、不须淬火耐腐蚀、透明件注：(1)大模指模坯(宽X高)大于250X350mm； (2)氮化处理除不锈钢不宜外(如M310、S136、M300、S136H、2316VOD、2316E

7、SR、 PAK90)，其它钢料均可氮化处理，氮化后表面硬度达HRC59。 C45 W 中炭钢美国标准编号： AISI 1050 1055；日本标准编号： S50C S55C德国标准编号： 1.1730。中炭钢或45# 钢香港称为王牌钢,此钢材的硬度为：HB170 HB220,价格便宜,加工容易,在模具上用作模架,顶柱，及一些不重要的零件上,市场上一般标准模架是采用此种钢材;（二） 40 CrMn Mo 7 预硬塑胶模具钢美国、日本、新加坡、香港、中国标准编号：AISI P20， 德国及有些欧洲国家编号：DIN：1.2311、1.2378、1.2312。此种钢是预硬钢，一般不适宜热处理，但是可以

8、氮化处理，此钢种的硬度差距也很大，由280HRC 400 视乎那间钢厂的标准，由于已作预硬处理，机械切削也不太困难，所以很合适做一些中下价模具的镶件，有些生产大批量的模具模架也采用此钢材（有些客户指定要用此钢作模架），好处是硬度比中炭钢高，变形也比中炭钢稳定，P20此种钢由于在塑胶模具被广泛采用，所以品牌也很多，其中在华南地区较为普遍的品牌有： ASSAB 一胜百牌，瑞典产的有两种不同硬度，718S HB290HB330（330340HRC）、718H HB330HB370 （340380HRC）。大同钢厂，日本产：NAK 80（硬度400HRC+20） 及NAK55（硬度400HRC+20）

9、两种，一般情况下，NAK 80做定模镶件，NAK55做动模镶件，要留意NAK55 不能直接做EDM皮纹，据钢材代理解释是含硫的关系，所以EDM后留有条纹的；德胜钢厂THYSSEN ，德国产，有好几种编号：GS-711（硬度340360HRC）、GS738（硬度320350HRC）、GS808VAR（硬度380420HRC）、GS318（硬度290330HRC）、GS312（硬度 290330HRC），GS312含硫不能做EDM纹，在欧洲做模架较为普遍，GS312的Code 为 40 Cr MN Mo S8 ，百禄（BOHLER）奥国产，编号有：M261（380420HRC）、M238（3604

10、20HRC）、 M202（290330HRC），M202不能做EDM纹，也是含硫，尚有其他品牌，不能尽录。（三）X 40 CrMo V51热作钢 美国、中国、香港、新加坡、标准编号：AISI H13， DIN：（欧洲）1.2344；日本SKD61，此种钢材出厂硬度是：HB185HB230须热处理。 用在塑胶模具上的硬度一般是480520HRC，也可氮化处理，由于须要热处理，加工较为困难，故在模具的价格上比较贵一些，若是须要热处理到40HRC 以上的硬度，模具一般用机械加工比较困难，所以在热处理之前一定要先做工件的粗加工，由其是：运水孔，螺钉孔，及攻牙必须做好才进行热处理，否则要退火重做，那么是

11、费时失事的，此种钢材也很普遍用在塑胶模具上，所以也有很多的品牌，我们厂常用的品牌是：一胜百（ASSAB）他们的编号是：8407；德胜（THYSSEN）他们的编号是GS344ESR或GS344EFS。（我们一般用在定件的是GS344ESR，用在动件的是GS344EFS）；日本的大同制钢DAIDO STEEL HI（日本客户多数指定用），尚有很多的品牌，由于我们厂不常用，所以不能尽录。(四) X45 Ni Cr Mo 4 冷作钢AISI 6F7 欧洲编号：DIN 1.2767，此种钢材出厂硬度HB260，须要热处理，一般应用硬度为500 540HRC，欧洲客人比较常用此钢，此钢韧性好，打光效果也非

12、常好，由于此钢在华南地区不普遍，所以品牌不多，我们公司用的是德胜（THYSSEN）GS767。(五) X42 Cr 13（不锈钢） AISI：420 STAVAX DIN：1.2083 出厂硬度HB180240，须要热处理，应用硬度480520HRC，不适合氮化热处理（锐角的地方会龟裂）。此钢耐腐蚀及抛光的效果良好，所以一般透明胶件及有腐蚀性的胶料，例如：PVC及防火料、V2、V1、V0类的塑料很合适用此种钢材，此钢材也很普遍用在塑胶模具上，故此品牌也很多，我们公司常用的有：一胜百（ASSAB）S-136ESR德胜（THYSSEN）GS083-ESR、GS083 GS083VAR；如果采用德胜

13、的要注意，如果是透明件，那么定及动模镶件都要GS083ESR（据钢厂资料ESR 电渣重溶是提高钢材的晶体均匀，抛光效果更佳），不是透明胶件动模件一般不须要高光洁度的，可选用普通的GS083，因为钢材价格比较廉宜一些，也不影响模具的质量，此钢料有时客户也会要求用作模架，因为防锈关系，可以保证冷却管道的运水畅顺，以达到生产周期稳定，此钢种尚有很多品牌，不能尽录。（六） X 36 Cr Mo 17（预硬不锈钢）DIN：1.2316 、 AISI 420 STAVAX 、出厂硬度HB265380，视乎钢厂的规格，如果是透明胶件我们公司一般不采用此钢材，因为抛光到高光洁度时，由于硬度不够很容易有坑纹，同

14、时在啤塑也很易有花痕，要经常再抛光，所以还是用1.2083 ESR经过热处理调质硬至480 520HRC 省却很多的麻烦（虽然此钢硬度不高，机械切削较易，模具完成周期短一些）。我们公司采用此钢大多数是防锈功能的中等价格模具上，例如有腐蚀塑胶料，如上提及的PVC、V1、V2、V0类，此钢用在塑胶模具上也很普遍，品牌也多，我们公司常用的品牌：一胜百（ASSAB）S-136H、出厂硬度为HB290330、德胜钢厂（THYSSEN）GS316（HB265310）、GS316ESR （3034HRC）、 GS083M（HB290340）、GS128H（3842HRC）、日本大同（DAIDO） PAK90

15、（HB300330）。(七) X 38 Cr Mo 51 热作钢“AISI H11” 欧洲 DIN 1.2343 、此钢出厂硬度为：HB 210230 须要热处理，一般应用硬度为：50540 HRC ，据钢厂的资料，此钢比1.2344（H13）韧性略高，在欧洲比较多采用，我们公司也常用此钢做定模及动模镶件，由于在亚洲及美洲地区此钢不甚普及所以品牌不多，只有23个品牌在香港。我们公司采用的是：德胜钢厂（THYSSEN） 的GS343 EFS 、此钢可氮化处理。（八） S 7 重负荷工具钢出厂硬度为：HB200225 须要热处理，应用硬度为：540580 HRC，此钢一般是美国客人要求采用在定及动

16、模镶件及行位也有，欧洲及华南地区不太普遍。我们公司采用的品牌有：一胜百（ASSAB） COMPAX S7 、及德胜钢厂（THYSSEN） GS307 。（九） X 155 Cr VMo 121 冷作钢AISI D2 欧洲编号： DIN 1.2379 、日本JIS SKD11出厂硬度为： HB240255、应用硬度：560600HRC，可氮化处理，此钢多数用在模具上的行位上（日本客人比较多用）。品牌有：一胜百（ASSAB） XW-41 、大同钢厂（DAIDO） DC-53 / DC11，德胜钢厂（THYSSEN） GS-379。（十） 100 Mn Cr W4 & 90 Mn Cr V 8 油钢

17、 AISI 01，DIN 1.2510 & AISI 02，DIN 1.2842 出厂硬度：HB220230，要热处理，应用硬度580600HRC，此钢用在塑胶模具上一般是行位的垫片及垃圾钉上，品牌有：一胜百（ASSAB），DF2，德胜（THYSSEN）GS-510及GS-842，龙记（LKM）2510 。(十 一) Be Cu 铍铜 此材料一般用在塑胶模具难于做冷却的位置上，因为铜的散热效果比钢快很多，品牌有：MOLDMAX 30/40 ，硬度分别为：260320HRC及360420HRC德胜（B2）出厂硬度为350HRC。（十 二）AMPCO 940 合金铜此材料出厂硬度为 ：HB 210

18、 ，用在模具上也是难于做冷却的地方上，散热效果也很理想，只是较铍铜软一些，强度没有铍铜那么好，产量也不是那么大的模具，也可考虑用。供应厂商钢材型号材料用途45模架,顶柱瑞典一胜百（ASSAB）718S HB290HB330 （HRC3334）718H HB330HB370 （HRC3438）日本大同NAK 80 （HRC40+20）定模镶件NAK55 （HRC40+20）动模镶件，不能直接做EDM皮纹德国德胜THYSSENGS-711 （HRC3436）GS738 （HRC3235）GS808VAR （HRC3842）GS318 （HRC2933）GS312 （HRC2933）欧洲做模架，不能

19、做EDM纹奥国百禄BOHLERM261 （HRC3842）M238 （HRC3642）M202 （HRC2933）不能做EDM纹瑞典一胜百（ASSAB）8407德国德胜THYSSENGS344ESR定件GS344EFS动件日本大同DAIDO STEEL HI德国德胜THYSSENGS767此钢韧性好，打光效果也非常好瑞典一胜百（ASSAB）S-136ESR 不适合氮化热处理（锐角的地方会龟裂）。此钢耐腐蚀及抛光的效果良好，所以一般透明胶件及有腐蚀性的胶料，例如：PVC及防火料、V2、V1、V0类的塑料很合适用此种钢材德国德胜THYSSENGS083-ESR适用透明件的定及动模镶件，抛光效果更佳

20、GS083 适用不是透明胶件GS083VAR瑞典一胜百（ASSAB）S-136H （HB290330）德国德胜THYSSENGS316 （HB265310）GS316ESR （HRC3034）GS083M （HB290340）GS083M （HB290340）GS128H （HRC3842）日本大同德国德胜THYSSENGS343 EFS 定模及动模镶件瑞典一胜百（ASSAB）COMPAX S7 美国客人要求采用在定及动模镶件及行位德国德胜THYSSENGS307瑞典一胜百（ASSAB）XW-41在模具上的行位上（日本客人比较多用）日本大同DC-53 / DC11德国德胜THYSSENGS-3

21、79MOLDMAX30 （HRC2632）用在塑胶模具难于做冷却的位置上40 （HRC3642）德国德胜THYSSENB2 （HRC35）第二章 常用塑料的性能和注塑机有关参数、功能的介绍 2.1 塑料的分类 2.2 热塑性塑料的分类和相关概念 2.3 聚乙烯 2.4 聚丙烯 2.5 聚苯乙烯 2.6 ABS 2.7 聚碳酸酯 2.8 聚甲醛 2.9 常用注塑机有关参数和电动注塑机预顶功能介绍 在注塑模具的设计过程中，模具材料的选择、流道系统的布置、冷却方案和顶出方案的设计，都和塑料本身的性质密切相关。尽管塑料的内部结构比较复杂，系统地掌握其性能也比较困难，然而，对于一般的模具设计工程师来说，

22、对塑料特性作一些基本的了解和认识，比如：流动性、机械性能、物理性能、化学性能及成型工艺等等，将有很大的帮助。2.1 塑料的分类我们常说的塑料，是对所有塑料品种的统称，它的应用很广泛，因此，分类方法也各有不同。按用途大体可以分为通用塑料和工程塑料两大类。通用塑料如聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚苯乙烯(PS)、改性聚苯乙烯(例如：SAN、HIPS)、聚氯乙烯(PVC)等，这些是日常使用最广泛的材料，性能要求不高，成本低。工程塑料指一些具有机械零件或工程结构材料等工业品质的塑料。其机械性能、电气性能、对化学环境的耐受性、对高温、低温的耐受性等方面都具有较优越的特点，在工程技术上甚至能取代某些金属

23、或其它材料。常见的有ABS、聚酰胺(简称PA，俗称尼龙)、聚碳酸酯(PC)、聚甲醛(POM)、有机玻璃(PMMA)、聚酯树脂(如PET、PBT)等等，前四种发展最快，为国际上公认的四大工程塑料。按加热时的工艺性能，塑料又可以分为热固性塑料和热塑性塑料两大类。热固性塑料在受热后分子结构转化成网状或体型而固化成型，变硬后即使加热也不能使它再软化。这种材料的特点是质地坚硬，耐热性好，尺寸比较稳定，不溶于溶剂。常见的有酚醛树脂(PF)、环氧树脂(EP)、不饱和聚酯(UP)等等。热塑性塑料在受热条件下软化熔融，冷却后定型，并可多次反复而始终具有可塑性，加工时所起的是物理变化。常见的有聚氯乙烯(PVC)、

24、聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚苯乙烯(PS)及其改性品种、ABS、尼龙(PA)、聚甲醛(POM)、聚碳酸酯(PC)、有机玻璃(PMMA)等等。这类塑料在一定塑化温度及适当压力下成型过程比较简单，其塑料制品具有不同的物理性能和机械性能。2.2 热塑性塑料的分类及相关基本概念2.2.1.热塑性材料的分类我们现在接触的都是热塑性塑料，热塑性塑料可分为两大类：结晶形塑料和无定形塑料。所谓结晶，就是聚合物由熔融态分子的无次序状态到凝固态有规则地进行重排的性质。具有这种性质的塑料就叫结晶形塑料。反之，就叫无定形塑料，或叫非结晶形塑料。结晶形材料具有比较明显的熔点，当加工温度进入熔点后即出现粘流态，聚合

25、物粘度迅速下降，发生不可逆的塑性形变。而无定形塑料，由常温下的固态加温直至软化最后到粘流态，中间没有明显的熔点。作为判别结晶形塑料和无定形塑料方法，一般来说，不透明的或半透明的是结晶形塑料，例如聚乙烯、聚丙烯、聚甲醛、聚酰胺、聚酯等，透明的是无定形塑料，例如聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯(有机玻璃)、聚砜等。当然，也有例外情况，比如ABS属于无定形塑料，却不透明。2.2.2 相关的基本概念a. 流动性不同形态的热塑性塑料具有不同的工艺性能、收缩性能及物理、机械性能等。一般来说，对于结晶形塑料，当加工温度高于其熔点时，其流动性较好，能很快的充满型腔，它所需要的注射压力也可以较小。而无定形塑

26、料的流动性较差，因此，注入型腔的速度较慢，它所需要的注射压力也要较大。所以，在模具设计时，可以根据塑料的流动性来设计合理的流道系统尺寸，一方面可避免流道系统尺寸太大而浪费材料，同时也延长注塑成型周期，另一方面避免流道系统尺寸太小而导致充填、保压困难。当然，也有例外，比如，聚苯乙烯虽然是无定形塑料，但它的流动性却很好。反映流动性的指标通常有熔融指数(MFR)和表观粘度。MFR是指在熔体流动速率仪中，在一定的温度和负载下，熔体每10min从标准毛细管中流出的质量，它的单位是g/10min。对于高分子聚合物来讲，在通常的注塑成型条件下，它们的流动行为大都不服从牛顿流动定律，属于非牛顿流体，它们流动剪

27、切应力与剪切速率的比值称为表观粘度。表观粘度在一定温度下并不是一个常数，可随剪切应力、剪切速率而变化，甚至有些还随时间而变化。b. 收缩性热塑性塑料由熔融态到凝固态，都要发生不同程度的体积收缩。而结晶形塑料一般比无定形塑料表现出更大的收缩率和收缩范围，且更容易受成型工艺的影响。结晶形塑料的收缩率一般在1.0%3.0%，而无定形塑料的收缩率在0.4%0.8%。对于结晶形塑料，还应考虑其后收缩，因为它们脱模以后在室温下还可以后结晶而继续收缩，后收缩量随制品厚度和环境温度而定，越厚后收缩越大。附表 2-1 :常见塑料的成型收缩率塑料名称收缩率(%)塑料名称收缩率(%)HDPE1.53.5(2.0)*

28、POM1.82.6(2.0)*LDPE1.53.0(1.5)*PA60.71.5PP1.03.0(1.5)*PA661.02.5GPPS0.40.8(0.5)*SPVC1.52.5(2.0)*HIPS0.40.6(0.5)*TPU1.22.0(1.6)*ABS0.40.7(0.5)*PMMA0.50.7(0.5)*PC0.50.7(0.5)*PBT1.32.2(1.6)*注：带 “ * ” 的参数为本公司推荐值。c. 流变性高聚物的流变性是指加工过程中，应力、形变、形变速率与粘度之间的关系。这就涉及到温度、压力、时间及分子结构、分子量大小及其分布对这些要素的影响。根据塑料的流变性，塑料又可分为

29、剪敏性材料和热敏性材料。粘度对剪切速率的依赖性越强，粘度随剪切速率的提高而迅速降低，这种塑料属于剪敏性塑料。常见的剪敏性塑料有ABS、PS、PE、PP、POM等等。如果熔体粘度对温度的依赖性越强，粘度随温度的上升而下降得越快，这种塑料属于热敏性塑料。常见的热敏性塑料PC、PA、PMMA等等。对于高分子聚合物来讲，剪切速率对以上两种材料的粘度都有影响，剪切速率的提高都可以在不同程度上降低熔体的粘度，可以使熔体产生“剪切变稀”现象。所以，在设计流道系统时，并不是流道尺寸越大，压力降就越小，适当小的流道尺寸可以提高熔体的剪切速率来降低粘度，进一步减少压力降，这种效果对剪敏性材料来得明显些。较小的浇口

30、尺寸可以使增加熔体的剪切速率，产生大量的摩擦热，熔体温度明显上升，熔体粘度跟着下降，增加流动性。所以，小浇口的采用对于剪敏性塑料往往是成功的。但制品的壁厚较厚时，应该考虑到保压而适当加大浇口尺寸以延长浇口的凝固时间。d. 取向效应影响制品性能的因素还有塑料熔体在流动过程中的取向效应。塑料熔体的大分子在外力的作用下被拉伸而顺着流动方向互相平行排列，这种排列在塑料冷却凝固之前来不及消除而冻结在固态制品中，便形成了取向效应。取向效应会使制品的整体性受到削弱，表现为各个的方向的物理机械性能的不一致，也可能导致各个方向收缩不均匀，从而可能导致制品翘曲变形。按熔体中大分子受力的形式和作用的性质可分为剪切应

31、力作用下的“流动取向”和受拉伸作用下的“拉伸取向”下。控制取向的条件有以下因素：熔体温度和模具温度的下降会加强取向效应；注射压力增加可提高剪切速率和剪切应力而加强取向效应；制品厚度越薄，取向效应越强；较大的浇口尺寸将加强取向效应。有时采取某些特别的措施增强取向效应，使取向方向的拉伸强度和弯曲强度得 到提高。如拉伸薄膜、铰链等。2.3 聚乙烯聚乙烯(Polyethylene,简称PE)是塑料中产量最大的、日常生活中使用最普通的一种，特点是质软、无毒、价廉、加工方便。 注射用料为乳白色颗粒。分子式为：CH2 CH2 n 由于主链为C-C键结构，无侧基，柔顺性好，分子呈规整的对称性排列，所以是一种典

32、型的结晶高聚物。聚乙烯比较容易燃烧，燃烧时散发出石蜡燃烧味道，火焰上端黄色、下端蓝色，熔融滴落，离火后能继续燃烧。目前大量使用的PE料主要有两种，即HDPE和LDPE。2.3.1 HDPE和LDPE的基本性能HDPE(低压高密度聚乙烯，俗称硬性软胶)分子结构中支链较少，相对密度0.94g/cm30.965g/cm3，结晶度80%90%。其最突出的性能是电绝缘性优良，耐磨性、不透水性、抗化学药品性都较好，在60下几乎不溶于任何溶剂；耐低温性良好，在-70时仍有柔软性。缺点主要有：耐骤冷骤热性较差，机械强度不高，热变形温度低。HDPE主要用来制作吹塑瓶子等中空制品，其次用作注塑成型，制作周转箱、旋

33、塞、小载荷齿轮、轴承、电气元件支架等。LDPE(高压低密度聚乙烯，俗称软胶)分子结构之间有较多的支链，密度0.910g/cm30.925g/cm3,结晶度55%65%。易于透气透湿，有优良的电绝缘性能和耐化学性能，柔软性、伸长率、耐冲击性、透光率比HDPE好，机械强度稍差，耐热性能较差，不耐光和热老化。 大量用作挤塑包装薄膜、薄片、包装容器、电线电缆包皮和软性注塑、挤塑件。HDPE、LDPE在性能上的相同点：吸水率较低，成型加工前可以不进行干燥处理。聚乙烯为剪敏性材料，粘度受剪切速率的影响更明显。收缩率较大且方向性明显，制品容易翘曲变形。由於聚乙烯是結晶型聚合物，它的結晶均勻程度直接影響到製品

34、密度的分布。所以，要求模具的冷卻水佈置儘可能均勻，使密度均勻，保證製品尺寸和形狀精度。2.3.2 模具设计时应注意：1).聚乙烯分子有取向现象，这将导致取向方向的收缩率大于垂直方向的收缩率而引起的翘曲、扭曲变形，以及对制品性能产生的影响。为了避免这种现象，模具设计时应注意浇口位置的确定和收缩率的选择。2).聚乙烯质地柔软光滑，易脱模，对于侧壁带浅凹槽的制品，可采取强行脱模的方式进行脱模。3). 由于聚乙烯流动性较好，排气槽的深度应控制在0.03mm以下。 CH2 CH n CH32.4 聚丙烯聚丙烯(Polypropylene,简称PP，俗称百折软胶)由丙烯聚合而成，分子式为： 属于结晶形高聚

35、物，有着质轻、无毒、无味的特点，而且还具有耐腐蚀、耐高温、机械强度高的特点。注射用的聚丙烯树脂为白色、有蜡状感的颗粒。 聚丙烯容易燃烧，火焰上端呈黄色，下端蓝色，冒少量黑烟并熔融滴落，离火后能继续燃烧，散发出石油味。 聚丙烯大致分为单一的聚丙烯均聚体和改进冲击性能的乙烯丙烯共聚体两种。共聚的聚丙烯制品其耐冲击性比均聚聚丙烯有所改善。2.4.1 PP性能上的主要优点：1).由于在熔融温度下流动性好，成型工艺较宽，且各向异性比PE小，故特别适于制作各种形状简单的制品，制品的表面光泽、染色效果、外伤痕留等方面优于PE料.2).通用塑料中，PP的耐热性最好。其制品可在100下煮沸消毒，适于制成餐具、水

36、壶等及需要进行高温灭菌处理的医疗器械。热变形溫度为100105,可在100以上長期使用。3).屈服强度高，有很高的弯曲疲劳寿命。用PP制作的活动铰链，在厚度适当的情况下(如0.250.5mm),能承受7000万次的折叠弯曲而未有大的损坏。4).密度较小，为目前已知的塑料中密度最小的品种之一。常见塑料的密度范围见附表 2-2 。表 2-2：常见塑料密度范围塑料名称密度范围塑料名称密度范围HDPE0.9410.965POM1.411.43LDPE0.910.925PA61.121.15PP0.900.91PA661.15GPPS1.041.06SPVC1.161.35HIPS1.041.05TPU

37、1.2ABS1.041.06PMMA1.171.20PC1.2PBT1.261.30 2.4.2 PP 性能的主要缺点：1.由于是结晶聚合物，成型收缩率比无定形聚合物如PS、ABS、PC等大。成型时尺寸又易受温度、压力、冷却速度的影响，会出现不同程度的翘曲、变形，厚薄转折处易产生凸陷，因而不适于制造尺寸精度要求高或易出现变形缺陷的产品。2.刚性不足，不宜作受力机械构件。特别是制品上的缺口对应力十分敏感，因而设计时要避免尖角缺口的存在。3.耐候性较差。在阳光下易受紫外线辐射而加速塑料老化，使制品变硬开裂、染色消退或发生迁移。 2.4.3 模具设计：1).成型收缩率大，选择浇口位置时应满足熔体以较

38、平衡的流动秩序充填型腔，确保制品各个方向的收缩一致。2).带铰链的制品应注意浇口位置的选择，要求熔体的流动方向垂直于铰链的轴心线。 3).由于PP的流动性较好，排气槽深度不可超过0.03mm。 2.5 聚苯乙烯 CH2 CH n 聚苯乙烯(Polystyrene，简称PS、GPS，俗称通用级PS或硬胶)是一种无定形透明的热塑性塑料，先由苯与乙烯加成得乙苯，再由乙苯制得苯乙烯，最后由苯乙烯加聚反应得聚苯乙烯。化学结构式为：聚苯乙烯容易燃烧，火焰为橙黄色，浓黑烟炭束，软化、起泡，散发出苯乙烯单体味。2.5.1 PS性能的主要优点：1). 光学性能好。其透光率达88%92%,可用作一般透明或滤光材料

39、器件，如仪表、收录机上的刻度 盘、电盘指示灯、自行车尾灯的透光外罩等。2).易于成型加工。因其比热低、熔融粘度低、塑化能力强、加热成型快，故模塑周期短。而且，成型温度和分解温度相距较远，可供选择范围广，加之结晶度低、尺寸稳定性好，被认为是一种标准的工艺塑料。3).着色性能好。PS表面容易上色、印刷和金属化处理，染色范围广，注射成型温度可以调低，能适应多种耐温性差的有机颜料的着色，制出色彩鲜艳明快的制品。2.5.2 PS性能的主要缺点：1.其最大的缺点是性脆易裂。因其抗冲击强度低，在外力作用下易于产生银纹屈服而使材料表现为性脆易裂，制件仅能在较低的负载使用；耐磨性也较差，在稍大的磨擦碰刮作用下很

40、易拉毛。2.耐热温度较低。其制品的最高连续使用温度仅为6080，不宜制作盛载开水和高热食品的容器。此外，PS的热胀系数大，热承载力较差，嵌入螺母、螺钉、导柱、垫块之类金属元件的塑料制品，往往在嵌接处出现裂纹。4. 成型加工工艺要求较高。虽然PS透明、易于成型，但如果加工工艺不善，将带来不少问题，例如：a). PS制品老化现象较明显，长时间光照或存放后，会出现混浊和发黄。b). PS对热的敏感性很大，很易在不良的受热受压加工环境中发生降解。2.5.3 PS的改性为了改善PS强度较低、不耐热、性脆易裂的缺点，以PS为基质，与不同单体共聚或与共聚体、均聚体共混，可制得多种改性体。例如：高抗冲聚苯乙烯

41、(HIPS)、苯烯腈-苯乙烯共聚体(SAN)等等。HIPS它除了具有聚苯乙烯易于着色、易于加工的优点外，还具有较强的韧性和冲击强度、较大的弹性。SAN具有较高的耐应力开裂性以及耐油性、耐热性和耐化学腐蚀性。2.5.4 模具设计：1.PS的热胀系数与金属相差较大，在PS制品中不宜有金属嵌件，否则当环境温度变化时，制品极易出现应力开裂现象。2.因PS性脆易裂，故制品的壁厚应尽可能均匀，不允许有缺口、尖角存在，厚薄相连处要用较大的圆弧过渡，以避免应力集中。3.为防止制品因脱模不良而开裂或增加内应力，除了选择合理的脱模斜度外，还要有较大的有效顶出面积、有良好的顶出同步性。4.PS对浇口形式无特殊要求，

42、仅要求在浇口和制品连接处用较大的圆弧过度，以免在去浇口时损伤制品。2.6 ABS ( CH2 CH )x ( C2H3 C2H3 )y ( CH2 CH )z n CN ABS( Acrylonitrile - Butadiene - Styrene)俗称超不碎胶，是一种高强度改性PS，由丙烯腈、丁二烯和苯乙烯三种组元以一定的比例共聚而成，化学结构式为：三元结构的ABS兼具各组分的多种固有特性：丙烯腈能使制品有较高的强度和表面硬度，提高耐化学腐蚀性和耐热性；丁二烯使聚合物有一定的柔顺性，使制件在低温下具有一定的韧性和弹性、较高的冲击强度而不易脆折；苯乙烯使分子链保持刚性，使材质坚硬、带光泽，保

43、留了良好的电性能和热流动性，易于加工成型和染色。ABS本色为浅象牙色，不透明，无毒无味，属于无定形塑料。粘度适中，它的熔体流动性和温度、压力都有关系，其中压力的影响要大一些。ABS树脂是一种缓慢燃烧的材料，燃烧时火焰呈黄色，冒黑烟，气味特殊，在继续燃烧时不会熔融滴落。2.6.1 主要优点：1.综合性能比较好：机械强度高；抗冲击能力强，低温时也不会迅速下降；缺口敏感性较好；抗蠕变性好，温度升高时也不会迅速下降；有一定的表面硬度，抗抓伤；耐磨性好，摩擦系数低； 2.电气性能好，受温度、湿度、频率变化影响小； 3.耐低温达-40； 4.耐酸、碱、盐、油、水； 5.可以用涂漆、印刷、电镀等方法对制品进

44、行表面装饰； 6.较小的收缩率，较宽的成型工艺范围。2.6.2 主要缺点： 1. 不耐有机溶剂，会被溶胀，也会被极性溶剂所溶解; 2. 耐候性较差，特别是耐紫外线性能不好； 3. 耐热性不够好。 普通ABS的热变形温度仅为9598。2.6.3 ABS的改性ABS能与其他许多热塑性或热塑性塑料共混，改进这些塑料的加工和使用性能。如将ABS加入PVC中，可提高其冲击韧性、耐燃性、抗老化和抗寒能力，并改善其加工性能；将ABS与PC共混，可提高抗冲击强度和耐热性；以甲基丙烯酸甲酯替代ABS中丙烯腈组分，可制得MBS塑料，即通常所说的透明ABS。综上所述，ABS是一类较理想的工程塑料，为各行业所广为采用

45、。航空、造船、机械、电气、纺织、汽车、建筑等制造业都将ABS作为首选非金属材料。2.6.4 模具设计1. 排气为防止在充模过程中出现排气不良、灼伤、熔接缝等缺陷，要求开设深度不大于0.04mm的排气槽。2.7 聚碳酸酯 CH3 O C O C n CH3 O 聚碳酸酯(Polycarbonate,简称PC，俗称防弹玻璃胶)常指双酚A型聚碳酸酯，它性能优越，不仅透明度高，冲击韧性极好，而且耐蠕变，使用温度范围宽，电绝缘性、耐候性优良，无毒。是一种有优异工程性能的较理想的塑料，外观透明微黄，刚硬而带韧性。其分子式为： 聚碳酸酯的结晶倾向较小，没有准确的熔点，一般认为属于无定形塑料。流动性较差，冷却

46、速度较快，制品易产生应力集中。它的流变性很接近牛顿型流体，它的粘度主要受温度影响。聚碳酸酯可缓慢燃烧，火焰呈黄色，黑烟炭束，熔融起泡，散发出特殊花果臭，离火后慢慢熄灭。2.7.1 PC优良的综合性能主要表现在以下几个方面：1.机械强度高。其冲击强度是热塑性塑料中最高的一种，比铝、锌还高，号称“塑料金属”；弹性模量高，受温度影响极小；抗蠕变性能突出，即使在较高温度、较长时间下蠕变量也十分小，优于POM；其他如韧性、抗弯强度、拉伸强度等亦优于PA及其他一般塑料。PC的低温机械强度是十分可贵的。所以在较宽的温度范围内，低温抗冲击能力较强，耐寒性好，脆化温度低达-100； 2. 热性耐气候性优良。PC

47、的耐热性比一般塑料都高，热变形温度为135143，长期工作温度达120130，是一种耐热环境的常选塑料。其耐候性也很好，有人做过实验，将PC制件置于气温变化大的室外，任由日晒雨淋，三年后仅仅是色泽稍黄，性能仍保持不变；3.成型精度高，尺寸稳定好。成型收缩率基本固定在0.5%0.7%，流动方向与垂直方向的收缩基本一致。在很宽的使用温度范围内尺寸可靠性高。 2.7.2 PC的主要缺点：1.是自身流动性差，即使在较高的成型温度下，流动亦相对缓慢；2.是在成型温度下对水分极其敏感，微量的水分即会引起水解，使制件变色、起泡、破裂；3. 抗疲劳性、耐磨性较差、缺口效应敏感。PC优良的综合性能使其在机械、仪

48、器仪表、汽车、电器、纺织、化工、食品等领域都占据著重要地位。制成品有：食品包装、餐饮器具、安全帽、泵叶、外科手术器械、医疗器械、高级绝缘材料、齿轮、车灯灯罩、高温透镜、窥视孔镜、电器连接件和镭射唱片、镭射影碟等。2.7.3 模具设计PC制品与模具设计除了遵循一般塑料制品与模具的设计原则外,还需注意以下几点：由于PC的流动性较差，所以，流道系统和浇口的尺寸都应较大，优先采用侧浇口、扇形浇口、护耳式浇口；由于熔体粘度较大，要求型腔的材料比较耐磨；熔体的凝固速度较快，流动的不平衡对充填过程影响明显。为了防止滞流，型腔应该获得较好的充填秩序；4. PC对缺口较为敏感，要求制品壁厚均匀一致，尽可能避免锐

49、角、缺口的存在，转角处要用圆弧过渡，圆弧半径不小于1.5mm。5. 为防止在成型过程中出现排气不良现象，需开设深度小于0.04mm的排气孔槽.2.8 聚甲醛 聚甲醛(Polyoxymethylene，简称POM，俗名赛钢)是一种没有侧链、高密度、高结晶度的线型聚合物，聚有优异的综合性能。这种材料最突出的特性是具有高弹性模量，表现出很高的硬度和刚性。POM是一种结晶形塑料，熔融状态下具有良好的流动性，其表观粘度主要受剪切速率影响，是一种剪敏性材料，按分子链化学结构不同，聚甲醛可分为均聚和共聚两种。均聚物的密度、结晶度、机械强度等较高，共聚物的热稳定性、成型加工性、耐酸碱性较好。聚甲醛容易燃烧，火

50、焰上端黄色、下端蓝色，并熔融滴落，散发出强烈的刺激性甲醛味，鱼腥臭，离火后能继续燃烧。2.8.1 主要优点：a.POM具有良好的耐疲劳性和抗冲击强度，适合制造受周期性循环载荷的齿轮类制品； b.耐蠕变性好。与其他塑料相比，POM在较宽的温度范围内蠕变量较小，可用来作密封零件； c.耐磨性能好。POM具有自润滑性和低摩擦系数，该性能使它可用来作轴承、转轴；d.耐热性较好。在较高温下长期使用力学性能变化不大，均聚POM的工作温度在100,共聚POM可在114。e.吸水率低，成型加工时，对水分的存在不敏感。 2.8.2主要缺点:凝固速度快，制品容易产生皱纹、熔接痕等表面缺陷；收缩率大，较难控制制品的

51、尺寸精度；c.加工温度范围较窄，热稳定性差，即使在正常的加工温度范围内受热稍长，也会发生聚合物分解；2.8.3 模具设计a.在熔融态时，凝固速度快，结晶度高，体积收缩大，为满足正常的充填和保压，要求浇口尺寸大一些，且流动平衡性好一些；b.刚性好而韧性不足，弧形浇口不适合于POM，以防浇口断裂而无法正常脱模；为防止POM分解而腐蚀型腔，型腔材料应该选用耐腐蚀的材料d.POM熔体流动性较好，为防止排气不良、熔接痕、灼伤变色等缺陷，要求模具开设良好的排气槽，深度不超过0.02mm，宽度在3mm左右。2.9 常用注塑机有关参数和电动注塑机预顶功能介绍 2.9.1 模具和注塑机的关系为了降低注塑生产的成

52、本，我们希望一套模具能在尽可能小的机型上生产，所以，工程师在模具设计时，应考虑能否在满足模具强度的条件下，将模坯尺寸控制在较小机型的容模范围。下面是我们常用注塑机系列日钢机、川口机和法兰克机的有关参数表：额定锁模力(吨)机型螺杆型号额定射胶量(克)容模尺寸(宽*高*厚度范围)( mm * mm * mm )50J50E-C3A56310*460*160300J50E-DJ50E II-CJ50E II-PKM50CB55310*440*150300KM50-C246FANUC50C46320*460*15035075J75E-DA105360*530*180350J75E II-CJ75E I

53、I-P80KM80CB100360*520*180350KM80-B2100J100E-DA160410*604*200400KM100CB410*580*180400FANUC100C95410*610*150450140KM140CA197460*660*200450KM140-C2200B250150J150E-DA273510*740*220450J150SA IIB &BM II335J150E II-PAM VII273J150E II-CB335FANUC150C248510*750*200490180KM180CA339510*740*200500220J220E-DBM II

54、505580*840*230500J220SA IIA421560*820*230500B & BMII505J220SB IIBJ220E II-PAM VII421580*840*230500J220E II-CA265KM265-CB668610*815*200560280KM280CB681610*900*300600KM280C2300FANUC300C593710*1030*300600330J330SA IIB965690*995*320670350J350E-DBM VII965730*1035*320670J350E II-CAM VII810450J450E-DB15118

55、10*1175*380750850J850E-C3A29031060*1560*5501100备注：正常情况下，锁模力不应超过额定锁模力的90%；额定射胶量是以GPPS塑料的熔融状态为标准测定；正常使用射胶量(以GPPS为标准)范围：大于是15%额定射胶量，小于85%额定射胶量；正常使用容模尺寸，表中给定的宽度和高度尺寸减 5mm，最小厚度加 5mm，最大厚度减 5mm。2.9.2 FANUC 机型的预顶出功能FANUC型注塑机为全电动注塑机，其射胶、开合模、顶出动作由三组电机分别控制，具有预顶出功能，即在开模之前，就可执行顶出动作。预顶有三种模式：1.基本模式。其特点是预顶针顶出后要回缩，然

56、后才开模。这种模式可用于“预剪浇口”的功能，节约人工剪切浇口的工作；2.保持模式。其特点是预顶针顶出后不回缩，一直保持在顶出位置，直到开模，顶针直接从预顶出结束位置开始顶出制品。这种模式可用于制品在型腔的“预压”功能，改善局部厚胶位置收缩过大的缺陷；3.后拉模式。其特点是预顶针不是向前顶而是向后拉。预顶位置放大视图图1-1：预顶机构简图2.9.3 J850E-C3注射机的固定垫板尺寸由于J850E-C3注射机的最小合模厚度为550.0mm，为满足合模要求，通常给模具增加一块固定垫板，其尺寸见附图。HYPERLINK 2dJ850C-E3.prt2dJ850C-E3.prt第三章 胶件结构胶件结

57、构不合理，会造成模具制造和胶件成形的困难；模具工程师应对胶件结构提出改进方案，并知会产品设计人员，由其确认。当接到客户资料，应对资料进行必要的处理，其方式见本章附录1。根据客户资料，胶件结构分析主要有以下几方面：(1)注塑工艺对胶件结构的要求；(2)模具对胶件结构的要求；(3)产品装配对胶件结构的要求；(4)表面要求。3.1 注塑工艺对胶件结构的要求胶件产生收缩凹陷、气烘、困气、变形、烧焦等工艺性问题,是与胶件的局部胶厚、浇口设置、冷却等因素影响有关。分析胶件结构的工艺性应从以下几方面进行。3.1.1 壁厚胶件壁厚应均匀一致，避免突变和截面厚薄悬殊的设计，否则会引起收缩不均，使胶件表面产生缺陷

58、。胶件壁厚一般在16mm范围内，最常用壁厚值为1.83mm，这都随胶件类型及胶件大小而定。对已建3D模型之胶件，应用 Pro/E 进行截面分析，可发现胶件壁厚不均匀问题，其步骤：厚胶位易收缩凹陷图3.1.1图3.1.2两边薄胶位厚0.3mm，易产生滞流，须加厚到0.8mmAnalysis Model Analysis Thickness 给定最大胶厚和最小胶厚，选分析起始点和结束点，确定分析所对应的平行截面Compute ,如图3.1.1 图3.1.2所示。另外，胶件壁厚还与熔体充模流程有密切关系；其流程是指熔料从浇口起流向型腔各处的距离。在常规工艺条件下，流程大小与胶件壁厚成正比关系。胶件壁

59、厚越大，则允许最大流程越长。可利用关系式或图表(见塑料模具技术手册6869页)校核胶件成形的可能性。胶件壁厚为2.5mm，常规成形条件，其常用料的流程如下：ABS ： 流程220 mm；PC ： 流程120 mm；HDPE： 流程280 mm；POM ： 流程180 mm。常见壁厚不均会产生的问题：(1)局部厚胶位如图3.1.1所示，易产生表面收缩凹陷。(2)如图3.1.2所示，胶件两边薄胶位，易产生成形滞流现象。图3.1.3胶厚突变易产生白线壁厚不均匀影响流动胶厚渐变增加圆角使壁厚均匀(3)止口位如图3.1.3所示,胶厚采用渐变方法以消除表面白印；另有胶件内部拐角位增加圆角使其壁厚均匀。图3

60、.1.4中间凹位过深，实际产生拱形变形减小凹位深度，解决变形(4)如图3.1.4所示，胶件平面中间凹位过深，实际成形胶件产生拱形变形；解决变形的方法是减小凹位深度，使壁厚尽量均匀。图3.1.5尖角位表面易产生烘印加圆角避免烘印(5)如图3.1.5所示，尖角位表面易产生烘印，避免烘印的办法是加圆角过渡。3.1.2 (筋)骨位胶件骨位其作用有增加强度、固定底面壳、支撑架、按键导向等。由于骨位与胶件壳体连接处易产生外观收缩凹陷；所以，要求骨位厚度应小于等于0.5t(t为胶件壁厚),一般骨位厚度在0.81.2mm范围。图3.1.6当骨深15mm以上，易产生走胶困难、困气，模具上可制作镶件，也方便省模、