1、第二篇 塑料模具设计,塑料模具设计基础 热塑性塑料注塑模具设计 热固性塑料模具设计 气压成型模具简介,学习要求,对塑料成型工艺与模具设计的基础知识有较全面的了解；,掌握注塑模具的设计方法和要点；,对塑料成型加工和模具制造新技术有较深入的了解；,能独立完成中等复杂程度的塑料注射模具结构设计，合理选用模具材料；,教学思路将课程设计课题与作业相结合；以注射模具设计为主线进行教学内容的组织；拓展其它塑料模具知识。,第七章 塑料模具设计基础,7.1 塑料概述7.2 塑料制品的成型工艺7.3 塑料制品的设计,为了保证制造出理想的塑件制品,必须了解塑料的组成、性能及塑件制品的成型工艺性能。塑件的成型工艺性能
2、与模具设计有直接的关系，只有塑件结构适应成型工艺要求,才能设计出合格的模具结构;这样才能既保证塑件顺利成型,防止塑件产生缺陷,又能达到提高生产率和降低成本的目的.,7.1 塑料概述,也就是说：高质量的塑料模具与塑料性能、成型工艺和制品设计密切相关,所以要具备一定的塑料材料性能、塑料成型工艺、和塑料制品设计知识.,一.塑料的组成与分类 1.塑料的组成塑料是由合成树脂、添加剂组成,在一定 条件下可塑性成型,并在常温状态下保持形状 不变的材料.人工合成树脂是塑料的主要组成成分.它们是由煤和石油提炼的.,塑料的成分相当复杂，几乎所有的塑料都是以各种各样的树脂为基础，再加入用来改善性能的各种添加剂（也称
3、塑料助剂）所组成的。,1)树脂塑料的主要组分，在塑料中起粘结各组分的作用，也称为粘料。树脂约占塑料的40%100%，决定了塑料的类型（热塑性或热固性）和基本性能，因此塑料的名称也多用其原料树脂的名称来命名。如聚氯乙烯塑料、酚醛塑料等。,添加剂或称填料.一般有填充剂、稳定 剂、增塑剂、润滑剂、固化剂和着色剂等.添加剂在塑料中占40%-70%.作用是使塑 料获得不同性能,减少树脂用量,以降低成 本.如 :为提高机械性能加入纤维填充剂;为增加绝缘性,耐热性和耐电弧性,则加入 云母和石棉等.,2)添加剂,填料 为了改善性能或降低成本等，在塑料中加入惰性物质作填料。 增塑剂 在塑料中加入增塑剂的目的是为
4、了更好地改进塑料的可塑性、流动性和柔软性，改善制件的脆性与硬度。 稳定剂 稳定剂是一种阻缓材料在光照、热等其他条件下变质的物质。为了保证树脂能够顺利地加工、提高加工过程中的耐热程度而采用稳定剂，通常又称热稳定剂。,抗氧剂 为减慢塑料在热加工及使用过程中的氧化过程，减缓其变质过程(又称防老剂及氧化防止剂)。润滑剂 为防止塑料在成型过程中粘在模具或其它设备上，须加入少量润滑剂。润滑剂还可使塑料品表面光亮美观。固化剂 又称为交联剂、硬化剂。其作用在于通过交联使树脂由线性结构转变为体型结构。,2.塑料的分类,塑料种类繁多,大约300多种,常用几十种, 每一种又有多种牌号.故为识别和使用需对 塑料进行分
5、类.1)按塑料加热、冷却时具有的基本行为特性分：热塑性和热固性塑料两种类型.,第一种分类方法,热塑性塑料(又称受热可熔性塑料).常温下是固体,加热后变软,冷却后还会变硬. 在成型过程中只有物理变化而无化学变化，因 而受热后可多次成型,废料可回收再利用.优点：由于其成型工艺简单、生产效益高和 物理性能好等特点,可回收利用等而广泛应用.缺点：耐热性和刚性较差.,典型热塑性塑料:常见的热塑性塑料有聚 乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、ABS、 聚酰胺(尼龙)、聚碳酸酯、聚甲醛、热塑性 聚酯、氟塑料、聚砜、聚醚醚酮、聚芳酯、 聚酚氧、聚苯醚、聚苯砜醚、氯化聚醚、聚 乙烯醇缩醛、纤维素塑料、有机玻璃等。
6、,热塑固塑料(又称受热不可熔性塑料.)特点：开始受热时软化或熔融，可塑制成 型；经过一定时间的加热或加入固化剂后，分 子结构由线型变为体型，即固化成形。固化后 的塑料不溶不熔,加热时间越长变化程度越深, 最后使形状固定下来不再变化的塑料.为一次 成型,废品不能回收利用.具有较高的耐热性,一般工作在100C- 200C温度范围.常温下变形小,尺寸稳定,弹 性模量高,具有良好的机械性能.,优点：耐热性好，抗压性好。 缺点：性能较脆，韧性差，常常需加入填料增强。常用热固塑料有:酚醛树脂、三聚晴胺、不饱和聚脂、环氧树脂等塑料。其中三聚晴胺可制成装饰面板：可制成防火、抗震、耐热的层压板，色泽鲜艳、坚固耐
7、热的装饰板，作飞机、船舶和家具的贴面板及防火、抗震、耐热的房屋装饰材料。,如：FRP纤维强化塑料-是一种复合材料，一般指用玻璃纤维增强不饱和聚脂、环氧树脂与酚醛树脂基体，俗称玻璃钢。 比如加工玻璃钢的浴缸时,手工铺一层玻纤网,然后手工刷一层树脂,再铺层玻纤网，再刷层树脂，重复成型，最后固化成制品的工艺. 汽车车身和发动机零件. 轰六丁型飞机的蜂窝雷达罩。,2）按使用范围和生产情况可分为通用塑料、工程塑料和功能塑料.通用塑料一般指产量大、用途广和成本低的一类塑料.该类塑料占塑料总产量的80%以上.构成塑料工业的主体，是一般工农业生产和日常生活不可缺少的廉价材料。其中,热塑性塑料比热固性塑料所占比
8、重大.,第二种分类方法,主要品种：聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯、酚醛塑料(电木)和氨基塑料(电玉)等六大品种。特点：成型后直接作为塑料制件产品，废料少，可制成各种形状、各种性能和各种不同颜色的制品。但一般只能作为非结构材料 使用。产量大、用途广、价格低。,举例1： 酚醛树脂（PF）,苯酚和甲醛的缩聚产物统称为酚醛树脂。 热塑性酚醛树脂单纯受热时不会失去塑性流动性，而必须加入专门的固化剂才能固化。 热固性树脂单用加热即可逐渐交联固化而失去流动性，此为不可逆变化过程，再受热时也不会恢复。 木粉填充的PF塑料，俗称电木或胶木，大量用于制造普通电器开关、仪表外壳和旋钮等电器制品，电绝缘性和成形性
9、好，成本低。,举例2： 环氧树脂,由于分子中含有活泼的环氧基团，线性的环氧树脂加入固化剂后形成体型结构，变为热固性树脂。常用的固化剂包括胺类、酸酐类、咪唑类以及催化型固化剂等。 环氧树脂除作塑料外，另外的重要应用是作胶粘剂，环氧树脂型胶粘剂有“万能胶”之称。环氧塑料的强度较高，韧性较好；尺寸稳定性高；耐久性好；具有优良的电绝缘性以及良好的成形工艺性。也可用作金属和非金属的黏接剂和封装各种电子元器件。,环氧胶粘剂是当前使用最广泛的粘结剂之一，由于体系中含有大量的环氧基团和羟基，因此具有优良的粘结能力，对大部分材料如金属、木材、玻璃、陶瓷、橡胶、纤维、塑料、皮革等都有很好的粘结作用。,举例3： 氨
10、基树脂,脲醛树脂（UF）具有耐燃、耐电弧、易着色、表面硬度高、耐溶剂以及无毒、无臭、无味，本身呈透明状等特点，可制成表面光洁、色彩鲜明的玉状制品。还用于食品用具、纽扣、把手、壳体、装饰品，也可用于电器、仪表等工业配件（被称为“电玉”），但其耐湿性差、易受潮气和水的影响而发生变形和裂纹，而且耐热性较差，长期使用温度在70以下。,三聚氰胺甲醛树脂（MF）不但具有脲醛树脂类似的优点，而且具有更高的耐热性、耐湿性和力学强度。其可在沸水下长期使用。MF塑料制品表面硬度较高、耐污染，能像陶瓷那样方便的除去茶渍等污物，因而广泛的用作餐具、医疗器具以及耐电弧制品。,PVC全塑凉鞋、雨鞋、矿工鞋、注塑发泡凉鞋、
11、塑料底仿草鞋、发泡拖鞋、鞋底等及其他塑料鞋； PE发泡底凉鞋、拖鞋、布鞋； PU发泡底凉鞋、拖鞋、皮鞋； SBS底旅游、凉、布鞋),具体选用通用塑料（包括其他类型塑料）是一门专业学问，如各类鞋子的选材：,工程塑料常指在工程上作为结构材料使用的塑料。主要品种：有聚碳酸脂、ABS、聚甲醛、聚酰胺（尼龙）、聚砜、聚苯醚、聚对苯二丁甲酸丁二醇酸（PBT）。特点：具有机械强度、电性能、化学性能好，耐磨性好、耐高低温、耐腐蚀、自润滑、尺寸稳定性能，能在较宽温度范围内和较长使用时间，保持优良综合性能等，并能承受机械应力作为结构材料使用的一类塑料。可替代某些有色金属和合金钢作机械结构零件和传动部件等。,通用工
12、程塑料：长期使用温度在100150之间，如五大工程塑料聚酰胺、聚碳酸酯、聚甲醛、聚苯醚、热塑性聚酯等；特种工程塑料：长期使用温度在150以上，主要有聚苯硫醚、聚酰亚胺类、聚醚类、聚醚酮类、聚芳酯、氟塑料 等。 优点：耐热性高、低温性能好、耐腐蚀，自润滑性和尺寸稳定性良好，有较高的强度和刚度。,工程塑料又分：,功能塑料指用于特种环境中，具有某一方面的特殊性能的塑料。主要有医用塑料、光敏塑料、导磁塑料、高耐热塑料及高频绝缘塑料等。这类塑料产量小，价格高，性能优异。,3)举例：热塑性通用塑料,聚乙烯（PE） 聚丙烯（PP） 聚氯乙烯（PVC） 聚苯乙烯（PS） ABS,聚乙烯（PE）,特点：具有优良
13、的电绝缘性能、耐化学腐蚀性能、耐低温性能和加工流动性能；原料乙烯单体来源丰富、价格低、发展速度非常快，是世界上产量最大的塑料树脂品种。目前产量约占塑料树脂总产量的13。 主要品种：高密度聚乙烯(HDPE)、中密度聚乙烯(MDPE)、低密度聚乙烯(LDPE)、线性低密度聚乙烯(LLDPE)和甚低密度聚乙烯(VLDPE)等。,聚乙烯无毒无味，能耐大多数酸碱的侵蚀，吸水性小，在低温时仍能保持柔软性，电绝缘性高。 用途：可以采用注塑、挤塑、吹塑等加工方法。主要用作农膜、工业用包装膜、药品与食品包装薄膜、机械零件、日用品、建筑材料、管材、电线、电缆绝缘、涂层和合成纸等。,聚丙烯（PP）,性能：优良的机械
14、性能，耐弯曲疲劳性能优于其他一般塑料、比PE更坚韧、耐磨、耐热、并有卓越的介电性能和化学惰性。 成型及制品：可以用挤出、注塑、吹塑、模压和真空成型等各种方法加工成型，但以注塑法成型为主。可用于制造各种包装与阻隔性薄膜，各种改性PP可用于汽车保险杠、编织带、吸塑薄片、棉纺粗纱管和低压配电箱等。,聚氯乙烯（PVC）,性能：具有良好的阻燃性和化学稳定性，较高的机械强度，透水率很低。热稳定性差，加工过程中必须加入热稳定剂。成型及制品：PVC薄膜通常采用吹塑、压延法制造，板材、管材、棒材、线材及异型材以挤出法生产为主；大型板材、层合材料采用模压法成型，工业零件则多用注塑法成型。汽车遮阳板就是PVC薄板+
15、尿烷泡沫注塑而成. (尿烷泡沫汽车缓冲垫),聚苯乙烯（PS）,性能：聚苯乙烯熔点较低(约90)，熔限较宽，其熔融充模流动性和加工成型性好。透光率仅次于有机玻璃。具有良好的绝缘性能。 成型与制品：以注塑法为主，主要用于光学玻璃和仪器、灯罩、包装材料、零件；包装、保温及装潢泡沫材料等。也常用来制造接线盒、电磁盒、高频插座、电容器和微波元件等塑件。 目前PS板材多于PVC板材用于家庭装饰吊顶。,ABS,结构： ABS树脂为丙烯腈、丁二烯、苯乙烯三元共聚物。 是在聚苯乙烯树脂的基础上改性发展而来的新型工程塑料。丙烯腈使树脂具有耐化学府蚀和一定的表面硬度；丁二烯赋予树脂以良好弹性和冲击强度，而苯乙烯则使
16、树脂具有刚性和流动性。所以，可用改变三种成分配比的方法来控制ABS树脂的性质。它是丙烯晴、二丁烯和苯乙烯三种单体的共聚物，具有三者综合性的优良性能，即：坚固、坚韧、坚硬。,性能： 突出的力学性能和良好的综合性能。尺寸稳定、容易电镀和易于成型以及优良的电绝缘性等优点。成型及制品： ABS可采用挤出、注射及冷加工的方法进行成型加工。ABS应用范围甚广，可用于制造齿轮、泵叶轮、轴承、把手、管道、电机外壳、仪表壳、冰箱衬里、汽车零部件、电气零件、纺织器材、容器、家具等。也可用作PVC等聚合物的增韧改性剂。,4) 举例：热塑性工程塑料,聚酰胺（PA） 聚碳酸酯（PC） 聚甲醛（POM） 聚苯醚（PPO）
17、 热塑性聚酯（PETPBT） 氟塑料（PTFE） 聚酰亚胺类（PI）, 聚酰胺（PA）,PA的商品名叫尼龙 性能：尼龙的最大特点是韧性、耐磨性，自润滑性良好， 成型及制品：尼龙可用多种方法成形，如注射、挤出、模压、吹塑、浇铸、硫化床浸渍涂覆、烧结及冷加工等。尼龙广泛地用于制造各种机械、电气部件，尤其是耐磨、耐腐蚀的零件。,聚碳酸酯（PC）,性能： PC的冲击韧性和延展性突出，在热塑性塑料中是最好的；PC的透光率为7590，接近有机玻璃。 成型及制品：注射、挤出、吹塑、压延，亦可粘合、焊接和冷加工等。PC在电气、机械、光学、医药等工业部门都有广泛应用。由于透明性好，目前PC已取代聚酯成为用量最大
18、的光盘基体材料。西方国家已广泛应用于汽车玻璃的各个零部件，包括汽车前方玻璃窗，侧窗，部分后方车窗，部分透明车身板和较大的全景式天窗。,性能：聚甲醛具有优异的力学性能，是塑料中力学性能最接近金属材料的品种之一。POM具有优良的耐疲劳性和耐磨性，耐疲劳性是热塑性工程塑料中最高的。聚甲醛结晶度很高，表面硬度很高，具有较低的摩擦系数和卓越的耐磨性和自润性，它有“金属的竞争者”美名。, 聚甲醛（POM）,成型及制品：注塑、挤出、吹塑、喷涂等。注塑是主要的加工方式。聚甲醛可代替金属和合金在汽车、机床、化工、电气、仪表中应用，用来制造轴承、凸轮、辊子、齿轮、垫圈、法兰、各种仪表外壳、容器等。特别适用于某些不
19、允许用润滑油情况下使用的轴承、齿轮等。, 聚苯醚（PPO）,性能：介电性能居工程塑料之首，聚苯醚具有较高的耐热性和机械强度。 成型及制品：聚苯醚主要用注射、挤出、压制方法成形各种制品。聚苯醚最宜用于在潮湿而有载荷情况下需具备优良电绝缘性、力学性能和尺寸稳定性的场合。, 热塑性聚酯（PETPBT）,聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）等 性能：PET和PBT为高结晶性树脂，具有较高的机械强度，突出的耐化学试剂性，耐热性和优良的电性能。尤其是玻璃纤维增强的聚酯，其力学强度大大提高，耐热性和使用寿命也有极大的提高。,成型及制品：以注射、挤出、吹塑为主。也可进行涂装、粘结、超声波焊接、攻丝及其他机械加工等多
20、种二次加工。PBT主要用作制造电子电器、汽车、机械设备以及精密仪器的零部件，以取代铜、锌、铝及铸铁等金属材料。,聚四氟乙烯等 性能：聚四氟乙烯最突出的特点是耐化学腐蚀性极强，能耐王水及沸腾的氢氟酸，故有“塑料王”之称。应用：聚四氟乙烯广泛用于化工机械和容器的防腐，特别是作防腐衬里和涂层。还广泛用于耐磨密封、电绝缘等方面。, 氟塑料,用途较广, 聚酰亚胺（PI）,聚酰亚胺是目前使用温度最高的高分子材料，除了可作为自润滑、耐磨、密封方面的机电产品的零件外，在特别高温环境，如喷气发动机的零件等方面还没有其他材料可以代替。,二.塑料的主要性能,要正确选用塑料和分析评价塑料制品的质量，必须了解塑料的物理
21、性能、机械性能、热性能、电性能和化学性能等主要性能。1.物理性能1)重度：（也就是比重）轻而强度高等。2)吸水性3)透气性：一般不好,2.机械性能包括抗拉强度、伸长率、弹性模量、压缩强度、弯曲强度、冲击强度、磨擦、磨损、蠕变、硬度等。塑料品种不同，其机械性能差别很大。P129,3.热性能指耐热性、导热性、热膨胀性、耐燃烧性和流动性.塑料的耐热性用来确定其最高允许使用温度范围，常用马丁耐热温度表示。热固性塑料比热塑性塑料的马丁耐热温度高。个别塑料的耐热等级见P130表7-1。,马丁温度定义：升温速度为h，标准试样受弯曲应力kgcm时，试样弯曲，指示器中读数下降mm时所对应的温度即为马丁耐热温度。
22、,塑料导热性比钢差很多。（不一定是缺点：可以隔热、保温，如塑料手把等）。塑料的线膨胀系数比金属要大3-10倍。个别塑料耐燃烧性见P130表7-2。流动性问题：注射成型选料比挤塑成型的好（拉西格流动性值大）。P131表7-3/7-4.(因为流动性在塑料成型中较重要，所以多讲解，见下页）,拉西格流动性（以毫米计）来表示数值大则流动性好，每一品种的塑料（一般指热固性塑料）通常分三个不同等级的流动性，以供不同塑件及成形工艺选用。流动性大易造成溢料过多，填充型腔不密实，塑件组织疏松，树脂、填料分头聚积，易粘模、脱模及清理困难，硬化过早等弊病。,但流动性小则填充不足，不易成形，成形压力大。所以选用塑料的流
23、动性必须与塑件要求、成形工艺及成形条件相适应。模具设计时应根据流动性能来考虑浇注系统、分型面及进料方向等等。一般塑件面积大、嵌件多、型芯及嵌件细弱，有狭窄深槽及薄壁的复杂形状对填充不利时，应采用流动性较好的塑料。,4.电性能塑料是良好的绝缘体.5.化学性能一般塑料都有较好的化学稳定性不容易与其他物质发生化学反应,耐酸、耐碱、耐腐蚀.,三.塑料在机械电子工业中的应用,1.选用塑料时应注意的事项P131(1)至(4).2.塑料在机械工业中的应用P132表7-5.3.塑料在电子工业中的应用P132表7-6.,7.2 塑料制品的成型工艺,一.塑料制品的成型方法主要有注射、挤出、压制、压铸和气压成型.其
24、中注射、挤出约占成型总数的75%以上。 热塑性塑料多采用注射、挤出法成型。 热固性塑料多采用压制、压铸法成型，现也 有采用注射法成型。,1.注射成型又称注塑模型或注塑.是热塑性塑料(除氟 塑料外)的主要成型方法.也成功应用于一些 热固性塑料的成型(如酚醛塑料).约占塑料制品总量的20%- 30%., 注塑成型的工作原理将粒状或粉状塑料加入到注射机的料筒，经加热熔化呈流动状态，然后在注射机的柱塞或螺杆快速而又连续的压力下，从料筒前端的喷嘴中以很高的压力和很快的速度注入到闭合的模具中。,成型设备 注射成型设备主要是注射机和注射模具。分类和组成见后叙述。,立式注射机,卧式注射机,角式 注射机,注射成
25、型机按外形分类（三种）,注射机的分类,立式注塑机：注射和合模部分装置与地面成一垂直直线。高度大于外形尺寸。设备占地小，模具安装拆卸方便，但工作时加料较费力，设备工作稳定性差。多为小型注塑机 。卧式注塑机：注射和合模部分装置与地面成一水平直线。机身长度大于宽度和高度尺寸。工作平稳性好，生产操作和维修较方便易于实现自动化生产。常用。角式注塑机：注塑部分和合模部分的轴心线垂直。其结构形式的优缺点介于上述两种注塑机之间。如果注塑件的中心部位不允许有浇口痕迹，使用此结构注塑机较合适。,注射成型机按塑料在料筒中熔融塑化后被推动机构的不同可分为：（见P133图7-1）,螺杆式注射机,柱塞式注射机,螺杆式注射
26、装置简介： 这是目前应用最广泛的一种形式。它由塑化部件、料斗、螺杆传动装置、注射油缸、注射座以及注射座移动油缸等组成。,螺杆式注射机与柱塞式相比的优点： a.塑化能力大。可应用于大型高速注射机； b.塑化速率快、均化好。可以扩大注射成型加工塑料的范围；目前绝大多数的热塑性塑料都可用来注射成型。此外，还可直接进行染色和粉状塑料的加工； c.注射时压力损失小。在工艺上可以用较低的塑化温度和注射压力。,一台通用型注射机主要包括注射装置、合模装置、液压传动和电器控制系统。,注射机的组成作用,1）注射装置：（塑化、注射）其主要作用是将塑料均匀地塑化，并以足够的压力和速度，将一定量的熔料注射到模具的型腔之
27、中。注射装置主要由塑化部件（加热部件、螺杆、料筒和喷嘴所组成的）以及料斗、计量装置（多用于柱塞式）、传动装置、注射和移动油缸等组成。,2）合模装置：（合模、开模）作用是实现模具的启闭，在注射时保证成型模具可靠地合紧以及脱出制品。合模装置主要由前后固定模板、移动模板、连接前后固定模板用的合模油缸、移模油缸、连杆机构、调模装置以及制品顶出装置等组成。,液压合模装置,曲肘合模装置（机械）,3）液压系统和电气控制系统：（提供动力、实现控制）其作用是保证注射机按工艺过程预定的要求（压力、速度、温度、时间）和动作程序准确有效地工作。注射机的液压系统主要由各种液压元件和回路及其它附属设备组成。电器控制系统主
28、要由各种电器和仪表等组成.液压和电器控制系统有机地组织在一起，对注射机提供动力和实现控制。,注塑成型特点注射成型是三维复杂塑料制品批量生产的主要方法。成型过程分为加料、熔融塑料、注射、冷却和制品脱模五个步骤.利用电器控制可实现自动半自动操作。,注塑成型优点：1）成型周期短；2）能一次成型外形复杂、尺寸精确带有金属或非金属嵌件的塑料制件； 3）对各种塑料的适用性强；4）生产效率高，并易于实现全自动化生产等。,注塑成型工艺参数 P134A.料筒温度 B.注射压力C.成型时间 E.原料干燥 F.缓冲垫G.模具温度H.嵌件预热I.制件后处理,关键主要参数,辅助工艺参数,注塑成型适用的塑料和典型制品 几
29、乎所有的热塑性塑料(除氟塑料外)都可以来用注射成型，另外还有针对热固性塑料(如酚醛塑料)的注射成型和低发泡塑料的注射成型 。还应用于中空塑料制品等。,2.挤出成型,又称挤出模塑.挤出成型是使加热或未经加热的塑料,在挤出机的螺杆或柱塞的挤压作用下通过一定形状的口模而连续成型，所得制品为具有恒定断面形状的连续型材，如管材、板材、薄膜和中空制品。,挤压系统,传动系统,机头,成型设备挤出成型设备主要是挤出机和挤出模具。,加热冷却系统未标出！,加热冷却系统,传动系统,挤压系统,机头,同向平行双螺杆挤出机组,概述,定型 装置,挤出机 主机,机头,冷却装置,牵引装置,切割 装置,定长 装置,塑料管材机组,1
30、-螺杆 2-料简 3-多孔板 4-接口套 5-机头体 6-芯棒7-调节螺钉 8-口模 9-定径套 10-冷却水 11-链子 12-塞子 13-牵引装置 14-夹紧装置 15-塑料管材,管材挤出 工艺示意图,挤出成型特点 优点:a.生产连续化且可根据需要制造任意长度 的制品。b.比注射成型生产效率高；c.应用范围广；d.可以完成不同工艺过程的综合性加工， 如挤出机与压延机配合生产薄膜、挤出机与 复合机配合生产复合制品，挤出机与造粒机 配合可以造粒等； e.生产操作简单、工艺控制较容易。,挤出适用的塑料和典型制品 挤出成型适用于所有的热塑性塑料。典 型制品有塑料薄膜、塑料板材和管材、塑料 门窗异型
31、材、微发泡板材、棒材、片材、电 线电统的包覆物等。,压延成形是生产塑料薄膜和片材的主要方法，它是将接近粘流温度的物料通过一系列相向旋转着的平行辊筒的间隙，使其受到挤压和延展作用，成为具有一定厚度和宽度的薄片状制品。,3.压延成型,四辊倒L型压延机结构示意图,压延成型设备 压延制品的生产是多工序作业，其生产流程包括供料阶段和压延阶段，是从一个从原料混合、塑化、供料、到压延的完整生产线。供料阶段包括混合机、开炼机、密炼机和塑化挤出机等组成。压延阶段由压延机和牵引、轧花、冷却、测厚、张力、卷取和切断等辅助装置组成，其中压延机是压延成形中的关键设备。,型,L型,倒L型,Z型,斜Z型,四辊压延机辊筒的排
32、列方式,压延成形特点 压延是一种专用于热塑性塑料的一次成型技术，其主要特点是；生产能力大效率高、成型过程容易实现连续化和自动化、塑料在成型过程中发生热降解的危险性小、可制得带有各种花纹与图案的制品和多种类型的薄膜层合制品。缺点:生产周期长,效率低,对尺寸要求不高.,压延适用塑料及典型制品 各种热塑性塑料原则上均可采用压延技术成型，但目前工业上用量最大的压延塑料品种是聚氯乙烯，其次是聚乙烯、聚丙烯、改性聚苯乙烯、ABS和醋酸纤维素等塑料。用压延技术制造的主要产品是薄膜、片材和人造革。,吹塑是用压缩空气使进入型腔的塑料型坯膨胀形成中空制品的方法。按吹塑工艺可分为挤出吹塑和注射吹塑。,4.吹塑成型,
33、注射吹塑成型,挤出吹塑成型,1-准备 2-注射成形 3-注射模开启 4-吹塑成形 5-制品脱模 6-制品,吹塑成型设备 吹塑设备除用注射机和挤出机外，主要是吹塑用的模具。主机：挤出机、注射机；辅机：模具、合模架、锁模装置等。 吹塑成型特点优点：制品壁厚均匀，精度较高，不需修整，底部无截坯口。包装用簿膜可用此法加工。缺点: 每种制品须两套模具，型坯模要能承受高压，投资较大。此法适用生产批量大的小型精致制品。,吹塑适用塑料和典型制品 吹塑成型常用的塑料有：聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、热塑性聚酯、聚碳酸酯、聚酰胺、乙酸纤维和聚缩醛树脂等，其中以聚乙烯使用的最为广泛。典型的吹塑制品有：a.容器
34、类；b.新开发的各种工业零部件和日用制品.,5.压缩模塑（又称压制、压塑法） 分有模压法和层压法两种。见P135图7-3/4。, 特点主要用于热固性塑料。成型效率高，仅次于注射 成型；进行大批量生产.制品质量好；可模制较大平 面的制品和利用多槽模浇注系统不能回收，原材料 消耗多. 缺点制品会产生明显的填料定向，引起制品变形； 制品收缩率大；模具结构复杂。,塑料压制成型机,(a)加料 (b)压制成型 (c)顶出脱模 1-自动加料装置 2-料斗 3-上模板 4-阳模 5-压缩空气上、下吹管 6-阴模 7-下模板 8-顶出杆,压铸成型模具,成型设备压机和模具。 适用塑料和典型制品 主要用于热固性塑料
35、制品的生产。其制品 主要用作机械零部件、电器绝缘件和日用品 等，加汽车配电盘、电器开关、餐具等。,5.塑料的二次加工,塑料二次加工，即由模塑制件、棒材、管材、片材、挤出型材或其它性状材料，通过适当操作如机加工和装配制成制品。作用：其一是作为成型技术的补充。其二是可提高制品性能和增加制品使用功能。,机械加工：即采用钻、磨、铣和车削等机械加工方法的二次加工操作。 连接加工：即采用焊接、胶接、机械连接等方法，使各部件固定在一起的二次加工操作。 修饰加工：即对塑料制品表层进行修整和装饰，以提高精度和表面质量的二次加工方法。,二.塑料成型工艺特性,塑料成型工艺特性包括收缩率、结晶性、热敏感性和吸湿性.1
36、.收缩率塑件制品成型后的收缩称为收缩.大小与塑料本身的热胀冷缩有关和与各种成型因素有关.收缩率(成型收缩率或计算收缩率):A(室温下模具的直线尺寸) - BQ=B(室温下制品的直线尺寸),得出计算模具成型零件最基本（尺寸）公式:A = B + BQ成型收缩率可查表或材料生产厂家提供.成型收缩率与收缩范围的大小、制品厚度和方向不同有关.另外还与注射压力(大则收缩率小)、注射温度(高则收缩率大)、注射时间(短则收缩率大)等有关.几种塑料的成型收缩率的经验数据见P137表7-7。,2.结晶性,注射成型的工艺条件与塑料的分子结构有 关.一般热塑性塑料的结构分为结晶形和非结 晶形(也称无定形)两种.非结
37、晶形结构是各向同性体(如挤压）,结晶 形结构是各向异性体(如注射）.结晶形结构（对比非结晶形结构）塑料特性: 见P137(1)-(5).属该类塑料的如聚乙烯、聚丙 烯、聚酰胺(尼龙)等.非结晶形结构塑料如聚苯乙烯、聚氯乙烯、 ABS等。,3.热敏性及水敏性,热敏性塑料是指对热较敏感,在高温下受热 时间较长或进料口截面过小,剪切作用大时, 料温增高发生变色、降聚、分解的倾向，具 有这种特性的塑料称为热敏性塑料。如硬聚 氯乙烯、聚偏氯乙烯、聚甲醛等。有的热敏性塑料分解时产生的气体对人、 设备、模具有害。,因此，应选用螺杆式注塑机，浇注系统截 面宜大，模具和料筒镀铬，无死角滞料，严 格控制成型温度、
38、模温、加热时间等。必要 时加稳定剂减弱热敏感。有的塑料即使含有少量水分，在高压高温 条件下也发生分解，称此性能为水敏感，对 此要预先加热干燥。,4.吸湿性,塑料中因有各种添加剂,对水分各有不同的亲疏程度,对水的亲疏程度不同,也就分为吸湿、粘附水分及不吸湿、不粘附水分两种塑料。塑料中的水分必须控制在允许范围之内。,1.模具是材料成型加工的重要工艺装备,模具应用比例大：90%塑料制品依靠模具成型。,模具应用领域广：机械、电子、信息、军工、航空航天、日用,三.塑料成型模具在塑料成型加工中的作用,两种制作制品手段,2.模具成型加工具有巨大的优势,质量稳定、少无切削加工、节能、低成本,适于大批量生产，生
39、产效率高,制造精度高，可生产大型、薄壁、精密、复杂制品,模具很大程度上决定着产品的质量、效益和新产品开发能力。,模具技术水平高低，已成为衡量一个国家产品制造水平的重要标志，也代表一个国家科技发展的水平。,3.塑料成型模具应用日益广泛,塑料制品在许多领域有替代金属制品的趋势，如日用、家电、信息、交通,新材料、新技术的高速发展，如高强度、高耐热、高耐候性、高耐蚀,模具设计与制造水平提高，如大型、复杂、精密、超微,先进生产工艺和设备，如气辅、水辅、热流道、精密、微孔、层状、熔芯、反应、液态注射、复合成型,1).理论研究不断发展，设计计算日趋成熟,3.塑料成型模具发展趋势,模具由经验设计逐步向理论计算
40、发展,CAD/CAE/CAM 技术的普及与拓展,塑料原材料开发和熔体流动、充填理论的完善,模具标准化水平提高；模具结构优化设计（材料、力、寿命、自动化等）,模具CAD/CAE,模具标准化,加热主流道,2).塑料模的高效率和自动化,多层、多型腔、多色注射成型,自动去凝料、自动脱模、脱螺纹机构,高速、精密注射成型,高效冷却、缩短成型周期,3).大型塑料模具,应用领域：建筑、机械、汽车、仪器、家电中的大型塑件,建筑装饰品,Ford汽车传动机构盖（矿物增强PA）,车厢顶盖聚双环戊二烯，重900磅,4).高精度塑料模具,SD记忆卡,背光板,继电器,便携产品MP3等,接插件等,5).模具制造新工艺的进展,
41、6).简易制模工艺的研究,7).特种塑料成型模具的研制,气辅、水辅注塑模,低发泡制品注塑模,反应注塑成型模,多层多腔注塑模,多色注塑模,微孔塑料注射模和挤出机头,复杂制品挤出吹塑模,熔芯注射成型模,7-3 塑料制品设计,塑件设计：应根据制品的使用要求和外观要求,从塑料的力学性能、美术造型、成型工艺、模具设计和制品等多方面综合考虑。,特殊塑件：光学制品、高温环境、气候恶劣环境、电气元件、接触化学物质制品等，还应考虑光学、热学、电学、耐腐蚀、耐气候性能,重点考虑：力学性能、成型工艺性能、简化模具结构、环境因素和塑件后处理要求,一、塑件的尺寸精度,1.影响制品尺寸精度的因素：模具制作精度、成型收缩率
42、波动、磨损，以及活动配合间隙、脱模斜度,对小尺寸制品：影响制品尺寸精度的主要因素是模具的制造精度；对大尺寸制品：影响制品尺寸精度的主要因素是塑料的成型收缩率;通常：模具制造误差、成型工艺条件波动误差各占1/3.,2.尺寸精度选择原则：在满足使用要求前提下尽可能选用低精度等级。 3.尺寸偏差的确定:我国目前无塑料制品尺寸公差国家标准.参考P149表7-18和P150表7-20的标准.根据使用要求分配尺寸的上、下偏差.,基孔制取表中数值冠以（+）号； 基轴制取表中数值冠以（-）号； 中心距尺寸取公差数值之半冠以（）号； 其它情况可根据材料特性和配合性质对公差值进行分配。,先按常用材料模塑件公差等级
43、选用表7-18确定等级,再查公差表7-19公差值。表中未列的新材料,可根据其收缩特性值来确定其公差等级。收缩特性：指塑料成型时流动方向收缩率加上流动方向和垂直流向收缩率之差。该值愈大选用等级越低，在有关参考书中查找(参见P137表7-7）.,二、塑件的表面粗糙度,1.塑件表面质量影响因素： 成型时的表面缺陷，如缩痕、流痕、顶白等;（顶白：顶针压力速度太大、射塑压力过大，塑件表面有清晰白印） 模具型腔与型芯表面的粗糙度，如加工刀痕、磨损痕、刮痕、腐蚀痕、火花加工痕、拼接痕等.,2.表面粗糙度选择：,模具成型表面粗糙度等级应比塑件表面要求的高一个等级； （打磨电视机模具以前三人要一个月）,透明件型
44、腔和型芯表面粗糙度应一致；,非透明件内表面的粗糙度可低些；非配合面和隐蔽面粗糙度也可低些。,为避免表面光反射，增强表面装饰性，进行半透明处理等，可在塑件适当位置增加其粗糙度，如采用火花纹、皮纹、微小矩阵图案等处理。 在脱模方向上应提高其表面粗糙度等级，以减小脱模力，避免表面擦伤缺陷。,三.塑料制品的几何形状和结构设计,1)易于模塑、避免侧向分型抽芯,2)斜度设计,3)壁厚,4)增加刚性减小变形的结构设计,5)圆角设计,6)孔的设计,7)螺纹设计,8)嵌件设计和自攻螺纹,分述见下页等,1)易于模塑、避免侧向分型抽芯,易于模塑：有利于熔体流动充满模腔，转折处应有一定的曲率半径，避免流动死角；,气泡
45、缺陷,具体分述如下：,避免侧向分型抽芯：有利于脱模；简化模具结构。,方法一：改变塑件外形利用型腔与型芯的对插结构（拼合型芯），形成侧面通孔，避免侧抽。,避免侧向分型抽芯（续1）：有利于脱模；简化模具结构。,方法二：改变塑件测孔外形结构，避免侧凹抽芯。,此处不易脱模,避免侧向分型抽芯（续2）：有利于脱模；简化模具结构。,方法二（续):改变塑件外形结构，避免侧凹，便于脱模。,脱模困难,分型面不理想,修飞边难,避免侧向分型抽芯（续3）：有利于脱模；简化模具结构。,方法三：利用塑料特性强行脱模，但必须满足变形量小、具有脱模时产生侧向作用力的结构两个条件，且强脱时最好能解除变形约束。,解除变形约束难,塑
46、料弹性好、柔软,2）斜度设计,塑件内 表面脱模斜度通常大于外 表面；,沿脱模方向必须设置足够的脱模斜度,脱模斜度取值：热塑性料0.5-3；热固性料 0.5-1,此前讲过深拉伸件的模具也需要,塑件脱模斜度参见表2-2-1,问题：若塑件沿脱模方向不允许有脱模斜度（如精密塑件）时，如何脱模？,利用侧抽机构解决, 塑件侧面带文字、图案时，脱模斜度取10-15；,塑件侧面带花纹时，脱模斜度取4-6；,利用脱模斜度的楔形效应，提高压缩模塑件上部密度。,3）壁厚,塑件壁厚对质量和成型周期影响很大。,壁厚太薄：强度、刚度差，充模难；,壁厚太厚：浪费原料，成型周期长，内部缺陷增加；,壁厚设计原则：同一个塑件壁厚
47、应尽可能均匀，壁厚差不大于3mm。,塑件壁厚常用值：,热固性料：小件壁厚取1.6-2.5mm；大件取3.2-8mm；最大不宜大于10mm；脆性料壁厚不小于3.2mm。,热塑性料：常取2-4mm；一般不小于0.6-0.9mm；最小可达0.25mm。,壁厚均匀性设计,壁厚均匀性设计（续）,也节省材料！,4）增加刚性以减小变形的结构设计,增加塑件刚强度：单纯增加壁厚是不合理的，会带来成型问题。,方法一：增设加强筋；,加强筋的形状和尺寸比例要合理,筋过厚产生缩痕,筋热节造成缺陷,方法二：采用高刚度结构，如球面、拱形面、凸缘或皱折；,方法三：采用预变形补偿；需要有完善的成型性能数据库,有时为补偿视觉误差
48、也可采用类似的外凸圆弧结构，如电视机壳、汽车覆盖件,支承面结构要合理，宜采用3-4个小凸台或凸缘支撑。,整面支承，变形后放置不稳。,紧固支承面用的凸耳或台阶应有足够的强度，避免截面突变。,截面突变，强度下降,5）圆角设计,除特殊要求外，塑件转角处均应采用圆弧过渡。,圆角作用一：减小应力集中，避免塑件开裂，过早破坏。,圆角作用二：改善熔体充模特性，避免流痕和充不满。,圆角取值：内圆角半径应达壁厚的1/4以上。,R0.5就能使应力集中明显减小,应力偏光仪检测 显示尖角应力集中明显,多处充不满,过渡圆角对充模的影响：酚醛模压成型,多处改圆角过渡,电镀层厚度不均匀,电镀件、静电喷涂和热喷涂件，过渡圆角
49、有利于镀层或涂层厚度均匀。, 孔径与间距的关系,6）孔的设计,孔与孔边缘、孔与内外缘之间距离应不小于孔径。,小于孔边缘要求（上页表）时可加强进行设计（如：加高）, 孔的深度,通孔：单端固定时,压塑L=2D,注塑L=（4-6）D;(a)一端固定,一端支撑时,孔深L可加倍.(图b/c),易取出且不不易变形,孔太小、深由机加工完成,盲孔：孔深应小于通孔，平行于压塑方向L2.5D，垂直于压塑方向L2D；注塑L4D；小于1.5mm的孔，孔深LD。,斜孔或异形孔：采用拼接型芯成型，可避免侧向抽芯。,螺纹牙形,7）螺纹与齿轮设计,塑料制件螺纹注意事项： 细小螺纹一般采用自攻螺钉联接，只成型底孔； 细牙螺纹不宜选用，可采用金属嵌件解决； 常拆卸和锁紧力大强度要求高的螺纹也可用金属嵌件。 塑料螺纹比金属螺纹机械强度小5-10倍。因此塑料螺纹的直径不能太小（注塑成型时直径大于2毫米，压制时大于3毫米）。 塑料螺纹精度一般不大于IT8. 对于外螺纹直径小于10-12毫米，内螺纹小于4毫米的塑料螺纹可由机加工方法获得。（但强度低于塑料螺纹，因为有应力集中倾向） 螺纹配合长度不宜过长，一般不大于螺纹长度的1.5-2倍。,
