塑料模具课件.ppt

第1章高分子聚合物结构特点与性能,1.1聚合物分子的结构特点,1、基本概念1）塑料是以高分子聚合物(树脂)为主要成分，并在加工为制品的某阶段可流动成型的材料。2）高分子聚合物：是由一种或几种低分子化合物通过聚合反应而生成的一种高分子化合物。简称高聚物或聚合物。塑料的主要成分是树脂树脂分为天然树脂和合成树脂。,2聚合物的结构,乙烯,聚乙烯,聚合度：单元体的个数n称为聚合度，n值越大，相对分子质量越大。,单元体：能合成高分子化合物的低分子物质，如聚乙烯的单元体是CH2CH2。,3聚合物的特点：（1）含原子数量多，一个高分子中含有几千个、几万个、甚至几百万个原子。（2）分子量大，高分子化合物的分子量一般可自几万至几十万、几百万甚至上千万。例如尼龙分子的分子量为二万三千左右，天然橡胶的为四十万。（3）分子长度相对于低分子长，例如低分子乙烯的长度约为0.0005m，而高分子聚乙烯的长度则为6.8m，是前者的13600倍。,4.聚合物的分类：1）聚合物大分子基本上都属于长链状结构，按结构不同可分为：,a)线型聚合物,b)带有支链的线型聚合物,c)体型聚合物,a)热塑性聚合物：其特点是具有弹性和塑性，受热后软化或熔融，此时可成型加工，冷却后固化，再加热仍可软化。如聚乙烯、聚丙烯、聚酰胺（尼龙）等；常采用注射、挤出或吹塑等方法成型。b)热固性聚合物：其特点脆性大、弹性和塑性较低。在开始受热时也可以软化或熔融，但是一旦固化成型就不会再软化。此时，即使加热到接近分解的温度也无法软化，且也不会溶解在溶剂中。如酚醛、脲醛等常采用压缩或压注方法成型，也可采用注射成型。,2）聚合物按分子结构及热性能不同分,a)结晶型聚合物：如聚乙烯、聚丙烯、聚酰胺（尼龙）等；b)无定形聚合物：如聚苯乙烯、聚氯乙烯、ABS等。,3）聚合物按照分子排列的几何特征，可分：,一部分分子有规则紧密排列,无规则线团状缠绕,1.2聚合物的热力学性能,1、聚合物的物理状态：1）定义：聚合物在不同温度下所表现出来的分子热运动特征称为聚合物的物理状态。2）分类：玻璃态（结晶态）高弹态粘流态物理状态的转变主要与温度有关。,1.2聚合物的热力学性能,2.聚合物的热力学曲线：受恒力作用时变形程度与温度关系曲线。,1线型无定形聚合物；2线型结晶聚合物,（脆化温度）,（玻璃化温度）,（粘流温度）,（热分解温度）,（熔点）,变形程度,温度,1.2聚合物的热力学性能,玻璃态：塑料处于温度以下的状态，为坚硬的固体，是大多数塑件的使用状态。称为玻璃化温度，是多数塑料使用温度的上限。高弹态：塑料处于温度和之间的状态，类似橡胶状态的弹性体，仍具有可逆的形变性质。这一温度范围成型工艺有真空成型。,1.2聚合物的热力学性能,粘流态：当塑料受热温度超过时，由于分子链的整体运动，塑料开始有明显的流动，塑料开始进入粘流态变成粘流液体，通常我们也称之为熔体。塑料在这种状态下的变形不具可逆性质，一经成型和冷却后，其形状永远保持下来。称为粘流化温度，是聚合物从高弹态转变为粘流态（或粘流态转变为高弹态）的临界温度。当塑料继续加热，温度至时，聚合物开始分解变色，称为热分解温度，是聚合物在高温下开始分解的临界温度。这一温度范围的成型方法主要有注射、压缩、压注和挤出成型等。,1.3聚合物的流变学性质,流变学研究物质变形与流动的科学。粘流态的聚合物在外力作用下，相互交缠卷曲的大分子链将会沿受力方向发生解缠，伸直以及相对滑移，从而表现出一种变形量很大的宏观流动。聚合物的流变学主要研究聚合物在外力作用下产生的应力、应变和应变速率等力学现象与自身粘度之间的关系，以及影响这些关系的各种因素。,流体在管道内流动时的流动状态：层流和湍流。,层流（黏性流动或流线流动）特征：流体的质点沿着平行于流道轴线的方向相对运动，与边壁等距离的液层以同一速度向前移动，不存在任何宏观的层间质点运动，所有质点的流线均相互平行。,湍流（紊流）特征：流体的质点除向前运动外，还在主流动的横向上作不规则的任意运动，质点的流线呈紊乱状态。,1.3聚合物的流变学性质,流体的流动状态由层流转变为湍流的条件：,Re=Dv/Rec,式中Re雷诺数，为一无量纲的数群；D管道直径；流体密度；v流体速度；流体剪切黏度；Rec临界雷诺数，其值与流道的断面形状和流道壁的表面粗糙度等有关，光滑的金属圆管Rec=20002300。,上式讨论：Re与v成正比与成反比，v越小、越大就越不易呈现湍流状态。大多数聚合物熔体的粘度都很高，成型时流速不大，流动的Re值远小于Rec，一般为10左右，因此，聚合物熔体流动为层流。,1.牛顿流动规律：牛顿在研究液体流动时发现，温度一定时，低分子液体在流动时的切应力和剪切速率之间存在着如下关系：,1.3聚合物的流变学性质,式中，比例常数，牛顿黏度或绝对黏度(简称黏度)，Pa.s。越大，黏稠性越大，剪切变形和流动越不容易，需较大的切应力。表示牛顿流体抵抗流动变形的能力。,式中，单位时间内流体所产生的切应变（剪切速率），s1。,1.3聚合物的流变学性质,凡是液体层流时符合牛顿流动规律的通称牛顿流体。牛顿流体是针对低分子液体提出的，但在注射成型中，也有少数聚合物熔体符合牛顿流动规律，如聚碳酸酯、聚酰胺等。由于聚合物的大分子结构和缠绕，聚合物熔体流动行为远比低分子液体复杂。在注射成型中，大多数聚合物熔体是非牛顿流体，且它们中的大多数都近似服从指数流动规律。,1.3聚合物的流变学性质,2.指数流动规律：式中K与聚合物和温度有关的常数，可反映聚合物熔体的粘稠性，称为粘度系数；n与聚合物和温度有关的常数，可反映聚合物熔体偏离牛顿流体性质的程度，称为非牛顿指数。,1.3聚合物的流变学性质,上式可改写为：设于是，改写为式中,（称为流变方程）,（称为流动方程）,非牛顿流体的表观粘度。,1.3聚合物的流变学性质,就表观粘度的力学性质而言，它与牛顿粘度相同。但是，表观粘度表征的是非牛顿液体（服从指数流动规律）在外力的左右下抵抗剪切变形的能力。由于非牛顿液体的流动规律比较复杂，表观粘度除与流体本身的性质以及温度有关以外，还受剪切速率的影响，这就意味着外力的大小及其作用时间也能改变流体的粘稠性。,1.3聚合物的流变学性质,讨论：n1时，这意味着非牛顿流体变为牛顿流体，所以，n值可以用来反映非牛顿也体偏离牛顿流体性质的程度。n1时，绝对值1n越大，流体的非牛顿性越强，剪切速率对表观粘度的影响越强。其中n1时，称为假塑性液体。（在注射成型中，除了热固性聚合物和少数热塑性聚合物外，大多数聚合物熔体均有近似假塑性液体流变学的性质）n1时，称为膨胀性液体。（属于膨胀性液体的主要是一些固体含量较高的聚合物悬乳液）,3.假塑性液体的流变学性质,假塑性液体的非牛顿指数n1，通常约为025067，但剪切速率较大时，n值可降至020。假塑性液体的剪切速率与切应力及表观粘度的关系如图：1）变形和流动所需要的切应力随剪切速率呈指数规律增大；2）变形和流动所受到的粘滞阻力，即液体的表观粘度随剪切速率呈指数规律减小。这种现象称为假塑性液体的“剪切稀化”效应。,这源于聚合物的大分子结构和它的变形能力。熔体进行假塑性流动时，增大剪切速率，就增大了熔体内的切应力，于是大分子链从其聚合的网络结构中解缠、伸长和滑移的运动加剧，分子间的静电引力也将逐渐减弱，熔体内自由空间增加，黏稠性减小，整个体系趋于稀化，从而在宏观上呈现出表观黏度减小的力学性质。,为什么聚合物熔体会有“剪切稀化”效应？,4.影响聚合物流变学性质的因素（1）聚合物结构对粘度的影响,1)分子结构聚合物的分子结构对黏度影响比较复杂：a、对于主链结构主要是柔顺性较好的聚合物，链间的缠结点多，链的解缠、伸长和滑移困难，熔体流动时的非牛顿性强；b、聚合物大分子中支链结构对黏度的影响：支化程度越高，与其它大分子缠绕越紧，黏度增大，流动性降低；,2)相对分子质量聚合物相对分子质量较大时：其大分子链加长，大分子链移动减慢。大分子链解缠、伸长和滑移困难，粘度较大。,3)相对分子质量分布什么是相对分子质量分布？,聚合物内大分子之间相对分子量的差异叫做相对分质子量分布。差异越大、分布越宽。,应用意义：在注射成型中，聚合物的相对分子质量分布比较宽时，虽然能呈现黏度小、流动性好的特点，但成型出的制品性能比较差。欲提高制品性能，需要尽量减少聚合物中的低分子物质，并尽量使用相对分子质量分布较窄的物料。,（2）温度对粘度的影响聚合物温度升高后体积膨胀，大分子之间的自由空间随之增大，彼此间的静电引力减小，有利于大分子变形和流动，即黏度下降。注：注射成型生产中，依靠提高温度降低熔体粘度以改善流动性的工艺控制方法，主要适用于粘度对剪切速率不太敏感或其熔体近似服从牛顿流动规律的聚合物，如聚甲基丙烯酸甲脂PMMA、聚碳酸酯PC等这些材料不需要增加很多温度而它们的粘度却下降不少。,（3）压力对粘度的影响在一定压力作用下，聚合物大分子间的自由空间被压缩减小，宏观上将表现出体积收缩，流动阻力随之增大。因此，聚合物成型过程中，成型压力增大，其熔体所受的压力也会随之提高，伴随着熔体体积收缩，其黏度数值也将会增大。单纯靠增大压力来提高熔体流量或冲模能力的方法十分不当。对需要增大黏度而又不宜采用降温措施的场合，可以考虑采用提高压力的方法解决。要综合考虑生产的经济性、设备和模具的可靠性及制件的质量等因素，确保成型工艺能有最佳的注射压力和注射温度。,(4)助剂对粘度影响为了保证使用性能或加工需要，多数聚合物都要添加一些助剂才能使用。聚合物中添加助剂后，大分子间的相互作用力、熔体黏度都将发生改变。如，增塑剂降低粘度，提高流动性。,1.4聚合物成型过程中的物理化学变化,一、聚合物的结晶,1）结晶的概念,聚合物两大类型：结晶聚合物和非结晶聚合物。非晶聚合物又叫无定形聚合物。,聚合物高温熔体向低温固态转变的过程中分子链的构型(结构形态)能否得到稳定规整的排列，可以则为结晶形，反之为非结晶形。,结晶和非结晶聚合物的主要区别：,可以结晶的有：分子结构简单、对称性高的聚合物，如聚乙烯等。一些分子链节虽然较大，但分子之间作用力也很大的聚合物，如聚酰胺、聚甲醛等。,2）结晶度：结晶型聚合物的结晶区在聚合物中所占的重量百分数。（大多数聚合物的结晶度约为10%60%，但有些也可能达到很高的数值，如PP的结晶度达到70%95%，HDPE和PTFE的也能超过90%）,3）结晶对塑件性能的影响密度密度随结晶度的增大而提高。力学性能抗拉强度随结晶度的增大而提高；冲击韧性将下降；弹性模量将减小。热性能结晶有助于提高聚合物的软化温度和热变形温度，使塑件脆性加大。翘曲结晶程度越高，体积收缩越大，因此结晶态塑件比非结晶态塑件更容易因收缩不均而发生翘曲。表面粗糙度和透明度结晶后，塑件表面粗糙度将降低，而透明度会减小或丧失。,2.成型过程中的取向作用1）取向的概念聚合物大多分子在应力作用下形成的有序排列叫做取向结构。2）分类按应力性质不同分拉伸取向由拉应力引起，取向方向与拉伸方向一致流动取向在切应力作用下沿着熔体流动方向形成的取向,根据熔体流动性质，取向结构分为单轴取向和多轴取向。单轴取向：结构单元均沿着一个流动方向有序排列；多轴取向：结构单元可沿两个或两个以上的流动方向有序排列。,3）取向对塑件性能的影响对单轴取向而言，取向后在与取向平行方向上抗拉强度增强，而与取向轴垂直方向的抗拉强度则有所减弱；对双轴取向的薄片或薄膜在平面的任何方向上其抗拉强度、断裂伸长率和冲击韧度均有提高。综上所述，聚合物的取向对塑件的性能影响很大。在塑料成型生产中，可以利用聚合物的取向来提高塑件的性能，例如吹塑成型就是利用聚合物双轴取向原理来提高其性能的，,3.成型过程中聚合物的降解1）概念由于聚合物大分子受热和应力的作用，或由于在高温下受微量水分、酸、碱等杂质及空气中氧的作用，聚合物会发生相对分子量降低或大分子结构改变等化学变化，这种现象叫降解或裂解。注：聚合物降解通常是有害的.,2)降解的种类,(1)热降解,注射成型过程中，由于聚合物在高温下受热时间过长而引起的降解反应叫做热降解。,2)降解的种类,（2）氧化降解,聚合物与空气中的氧气接触后，某些化学链较弱的部位常产生极不稳定的过氧化结构，这种结构很容易分解产生游离基，导致聚合物发生解聚反应，这种因氧化而发生的降解叫做氧化降解。,(3)水降解,如果聚合物的分子结构中含有容易被水解的化学基团，这些基团很容易在注射温度和压力下被聚合物中的水分分解，生产中将这种现象叫做水降解。,(4)应力降解,注射成型(或其他一些成型)过程中，聚合物的分子链在一定的应力条件下也会发生断裂，并因此引起相对分子质量降低，通常把这种现象叫做应力降解。,聚合物降解通常是有害的.3）防治严格控制原材料的技术指标和使用合格的原材料使用前对聚合物进行严格的干燥确定合理的加工工艺和加工条件使用添加剂,4.成型过程中聚合物的交联,1)定义：聚合物的交联通常是针对热固性塑料而言的，是指聚合物在成型过程中形成三维网状结构的反应，通过交联反映得到体型聚合物。通常也称“硬化”。,2）交联的优点：,经过交联后，聚合物的强度、耐热性、化学稳定性和尺寸稳定性均能比原来有所提高。交联反应主要应用在热固性聚合物的成型固化过程中；对于热塑性聚合物，由于交联对流动和成型不利，且影响制品性能，应尽量避免。,交联即硬化或熟化。“硬化得好或“硬化得完全”，并不意味着交联反应完全，是指成型固化过程中的交联反应发展到了一种最为适宜的程度，制件能获得最佳的物理和力学性能。交联的程度，称为交联度。常因各种原因，聚合物很难完全交联，但硬化程度却可完成超过百分之百。生产中将硬化程度超过百分之百称为过熟，反之为欠熟。,3）关于硬化、熟化的一些解释：,（1）硬化不足（欠熟）塑件的机械强度、耐热、耐化学腐蚀性、电绝缘性等会下降；塑件缺少光泽，容易发生翘曲变形；有时甚至会产生裂纹。（2）过度硬化（过熟）塑件机械强度不高、变色、发脆，表面有时会出现密集的小泡；可使塑件产生焦化和裂解现象。,生产中，通过反复测试确定最佳的“硬化程度”！,本章结束,第2章塑料的组成与工艺特性,2.1塑料的基本组成,1.塑料的组成合成树脂添加剂1）合成树脂（40%100%）受热软化后可将塑料的其它组分加以粘合，并决定塑料的主要性能，是塑料的基材。2）添加剂包括填充剂、增塑剂、稳定剂、润滑剂、着色剂和固化剂等,2.塑料的分类1）按合成树脂的分子结构及特性分热塑性塑料如：PE、PP、PS、PVC、PMMA、PA、POM、ABS、PC、PPO、PSU、PTFE等热固性塑料如：酚醛塑料、氨基塑料、环氧塑料、脲醛塑料、三聚氰胺甲醛和不饱和聚酯等,2）按塑料的用途分通用塑料非结构塑料，产量大、价格低、性能一般。如：PE、PP、PS、PVC等。日常生活用品、包装材料、小型机械。占塑料总产量80。工程塑料可作为结构塑料。与通用塑料相比，产量低、价格高，具有优异的力学性能、电性能、化学性能及耐热、耐磨和尺寸稳定性。如：PA、PC、PPO、ABS、环氧树脂等。汽车、机械、化工等部门制造机械零件和工程材料。特殊塑料具有某些特殊性能的塑料。有较高的耐热性或电绝缘性及耐腐蚀性能。如：氟塑料、聚酰亚胺塑料、有机硅树脂和环氧树脂等,2.2塑料成型的工艺特性,塑料的工艺性能塑料在成形过程中表现出来的特有性质。,塑料工艺性能,收缩性流动性相容性吸湿性热敏性比容和压缩比,1）收缩性塑件从模具中取出冷却到室温后，尺寸或体积收缩的特性称为塑件的成型收缩性成型收缩的大小可用收缩率来表示：,式中Ss实际收缩率,用于大型模具及精密模具Sj计算收缩率，用于小型模具及普通模具a模具在成型温度时的尺寸b塑件在室温时的尺寸c模具在室温时的尺寸,2.2塑料成型的工艺特性,2.2塑料成型的工艺特性,影响塑件收缩的因素：塑料的品种品种不同收缩率不同，同一种塑料由于相对分子质量、填料及配比等不同，则其收缩率也不同。塑件的结构塑件的形状、尺寸、壁厚、有无嵌件、嵌件数量及布局等，对收缩率值有很大影响。塑件的形状复杂、尺寸小、壁薄、带嵌件，收缩率就小。模具结构模具的分型面、加压方向、浇口形式（直接浇口和点浇口）、尺寸及分布等对收缩率及方向性影响也很大，如采用直接浇口，浇口截面大，收缩小，但方向性明显。成型工艺条件模具温度高、塑件冷却慢，则密度高、收缩大；注射压力高、脱模后弹性恢复大，收缩小；保压时间长收缩小。,2.2塑料成型的工艺特性,2）流动性：塑料在一定温度、压力作用下，填充模具型腔的性能，称为塑料的流动性。塑料的流动性差，就不易充满型腔，因此需要较大的成形压力才能成形。塑料的流动性好，可以用较小的成形压力充满型腔。但流动性太好，会使塑料在成形时产生严重的溢边，填充不密实，塑件组织疏松，易粘模。热塑性塑料的流动性常用熔融指数（单位g）、螺旋线长度（单位cm）来表示。,2.2塑料成型的工艺特性,熔融指数用如图2.1所示的标准装置（熔融指数测定仪）来测定。将被测塑料装入加热料筒中并进行加热，在一定的温度和压力下，测定塑料熔体在10min内从出料孔挤出的重量。,图2.1熔融指数测定仪结构示意图,2.2塑料成型的工艺特性,螺旋线长度用标准阿基米德螺旋线模具来测定。将被测塑料在一定的温度与压力下注入模具内，用其所达到的流动长度来表示该塑料的流动性。,2.2塑料成型的工艺特性,热固性塑料流动性表示方法拉西格流动性（单位）测定方法：将一定重量的被侧塑料预压成圆锭，将圆锭放入压模中，在一定的温度和压力下，测定它从模孔中挤出的长度（毛糙部分不计在内），即为拉西格流动值,2.2塑料成型的工艺特性,影响塑料流动性的因素塑料的分子结构与成分：具有线型分子结构塑料流动性好。加入填料，降低流动性，加入增塑剂和润滑剂，增加塑料的流动性。温度：塑料温度高，流动性好。在成形时可通过调节温度控制流动性。PS、PP、PA、PMMA、ABS、AS、PC、CA对温度敏感。压力：注射压力，受剪切作用，流动性。模具结构：包括模具浇注系统的形式、尺寸和布置；冷却系统设计的合理性；熔料流动阻力等因素。凡促使熔料温度降低，流动阻力增加的因素，都会使流动性降低。,2.2塑料成型的工艺特性,常用热塑性塑料的流动性：（书P24表2.2）流动性好尼龙PA、聚乙烯PE、聚苯乙烯PS、聚丙烯PP、醋酸纤维素CA。流动性中等ABS、有机玻璃PMMA、聚甲醛POM、氯化聚醚CPT。流动性差聚碳酸酯PC、硬聚氯乙烯、聚苯醚PPO、聚砜PSU、氟塑料。,2.2塑料成型的工艺特性,3）相容性（共混性）：指两种或两种以上不同品种的塑料，在熔融状态下不产生分离现象的能力。不同塑料的相容性与其分子结构有一定关系，分子结构相似者较易相容；反之较难。通过塑料的这一性质，可得到类似共聚物的综合性能，这是改进塑料性能的重要途径之一。,2.2塑料成型的工艺特性,4）吸湿性：表明塑料对水分的敏感程度。具有吸湿或粘附水分倾向的塑料：PA、PC、PSU、ABS等；既不吸湿也不易粘附水分的塑料，如PE、PP、POM等。注：凡是具有吸湿或粘附水分倾向的塑料，如成型前水分未去除，则在成型过程中由于水分在成型设备的高温料筒中变为气体并促使塑料发生水解，成型后塑料出现气泡、银丝等缺陷。因此，对吸湿性和粘附水分倾向大的塑料，在成型之前应进行干燥，使水分控制在0.50.2%以下,2.2塑料成型的工艺特性,5）热敏性：某些热稳定性差的塑料，在料温高和受热时间长的情况下就会产生降解、分解、变色的特性。热敏性塑料：硬聚氯乙烯、聚偏氯乙烯、醋酸乙烯共聚物、聚三氟氯乙烯（PCTFE）、聚甲醛（POM）等。解决方法：添加抗热敏的热稳定剂；注射机筒内壁、流道和模腔表壁镀铬（避免过大摩擦热）生产时严格控制成型工艺条件,2.2塑料成型的工艺特性,6）比容和压缩率（主要是针对热固性塑料）比容压缩率表示粉状塑料的松散程度，用来确定热固性塑料压缩模加料腔的大小。比容和压缩率大，要求加料腔体积增大，同时成形困难。比容和压缩率小，压缩和压注容易。如果太小，影响塑料的松散性，以容积法装料时造成塑件重量不准确。,2.3常用塑料简介,自学内容,本章结束,第3章塑料成型制件的结构工艺性,是塑件对成型加工的适应性,塑件工艺性设计包括:尺寸精度和表面粗糙度、塑件结构,塑件的工艺性,塑件工艺性设计的特点：应当满足使用性能和成形工艺的要求，力求做到结构合理、造型美观、便于制造。,第3章塑料成型制件的结构工艺性,设计原则：应考虑塑料的各种性能特点，如物理机械性能、成型工艺性能等；应考虑模具的总体结构，使模具型腔易于制造，模具抽芯和推出机构简单；在保证塑件使用性能、物理性能与力学性能、电性能等的前提下，力求结构简单，壁厚均匀，使用方便。,第3章塑料成型制件的结构工艺性,1、塑件尺寸及其精度1）塑件尺寸设计原则：受到塑料的流动性制约，流动性好的塑料可以成形较大尺寸的塑件，反之能成形的塑件尺寸就较小。受成形设备的限制，注射成形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；压缩和压注成形的塑件尺寸要受到压机最大压力和压机工作台面最大尺寸的限制。在满足使用要求的前提下，应尽量将塑件设计得紧凑、尺寸小巧一些。,2）塑件尺寸精度定义：是指所获得的塑件尺寸与产品图中尺寸的符合程度，即所获得塑件尺寸的准确度。在满足用要求的前提下，应尽可能设计得低一些。,影响塑件尺寸精度的因素:,塑料收缩率的波动以及成型时工艺条件的变化,模具的制造精度、磨损程度和安装误差,尺寸精度的确定：,会根据教材表31、32（精度等级的选用）选择塑件公差等级,模塑件公差代号为MT，公差等级分7级（表31塑件公差数值表）。MT1级精度最高（一般不采用）；MT7级精度最低,A项：不受模具活动部分影响的尺寸公差值B项：受模具活动部分影响的尺寸公差值（水平分型面溢出）,尺寸精度的确定：,对于塑件上孔的公差可采用基准孔，可取表中数值冠以（）号。即对于塑件上轴的公差可采用基准轴，可取表中数值冠以（）号。即中心距及其他位置尺寸公差采用双向等值偏差，即,一般配合部分尺寸精度高于非配合部分尺寸精度。,模具尺寸精度比塑件尺寸精度高2-3级。,2、塑件表面粗糙度GB/T14234塑料件表面粗糙度标准不同加工方法和不同材料所能达到的表面粗糙度决定因素：模具成形零件表面粗糙度表面粗糙度选择：塑件的表面粗糙度一般为1.60.2，而模具的表面粗糙度数值要比塑件低12级。,3、塑件的形状满足使用要求好的结构工艺性：是指塑件在满足使用要求的前提下，应便于成型，从而简化模具结构，因此塑件设计时应尽量避免侧向凹凸形状或侧孔。（尽量不采用侧向抽芯机构）,塑件的内外表面形状应尽可能保证有利于成型,合理,不合理,图3-1具有侧孔的塑件,图3-2塑件内侧表面形状改进,塑件表面菱形花纹不便抽芯,强制脱模（塑件的内外表面形状较浅并允许带有圆角时，可以强制脱模。要求塑件在脱模温度下有足够的弹性，如聚乙烯、聚丙烯、聚甲醛等）,可强制脱模的侧向凹、凸结构,多数情况下，塑件的侧凹凸不可能强制脱模，应采用侧向分型抽芯机构,4.脱模斜度,为了便于塑件脱模，防止脱模时擦伤塑件，必须在塑件内外表面脱模方向上留有足够的斜度，在模具上称为脱模斜度。,脱模斜度取决于塑件的形状、壁厚及塑料的收缩率，一般取30130。常用塑料脱模斜度见P36表3.4,脱模斜度表示方法：,脱模斜度设计要点：,塑件精度高，采用较小脱模斜度,塑件高度小于2mm，不设斜度；尺寸高的塑件，采用较小脱模斜度,塑件形状复杂不易脱模，选用较大斜度,收缩率大，壁厚，斜度加大,含润滑剂的塑料采用较小脱模斜度,外表面斜度小于内表面斜度,脱模斜度和塑件公差关系：脱模斜度一般不包括在塑件公差范围内，高精度塑料制品的脱模斜度则应当在公差带内内孔以小端为基准，斜度由放大的方向取得；外形以大端为基准，斜度由缩小的方向取得。,从留模方位考虑:留在型芯，内表面脱模斜度外表面留在型腔，外表面脱模斜度内表面,脱模斜度设计要点：,5.塑件的壁厚,壁厚过小,壁厚过大,强度及刚度不足，塑料流动困难,原料浪费，冷却时间长，易产生缺陷,热塑性塑料与热固性塑料相比允许较小的壁厚热塑性塑料：最小壁厚允许到0.25，一般不宜小于0.60.9常取24热固性塑料：小型塑件取0.62.5，大型塑件取3.28,塑件壁厚设计原则：,厚薄适中均匀壁厚,满足塑件结构和使用性能要求下取小壁厚,常用塑料壁厚的推荐值见书表3.5、3.6,同一塑件各处的壁厚尽可能均匀一致，否则制品成型收缩不均，易产生内应力，导致制品开裂、变形。,均匀壁厚,当无法避免壁厚不均时，可做成倾斜的形状，使壁厚逐渐过渡。,6、加强筋及其它增强结构,为了提高塑件的强度和防止塑件翘曲变形,常设计加强筋,如图筋的设置，即不影响塑件强度，又可避免因壁厚不均匀引起的的缩孔。,图3-12采用加强筋改善壁厚,高度L=(13)3肋条宽A=(1/41)当2时取A=斜度=25根部圆角R=(1/81/4)顶部圆角r=/8,加强肋之间的中心距应大于3,加强肋的形状尺寸：,加强筋的设计原则：小平板状塑件，加强肋应与料流方向平行，从而降低塑料的充模流动阻力。如图。,（2）大型平板类塑件，加强肋应交错排列，以免塑件产生翘曲变形，增加刚性。,（3）应避免或减少塑料的局部集中，以防止产生凹陷和气泡。如图。,（4）加强筋以设计矮一些多一些为好。,加强筋与支承面间留有间隙,增加刚性减少变形的其他措施,将薄壳状的塑件设计为球面，拱曲面等，可以有效地增加刚性、减少变形。,容器边缘的增强：薄壁容器的沿口是强度、刚性薄弱处易于开裂变形损坏，故应按照下图所示方法来给予加强。,容器侧壁的增强,当塑件较大、较高时，可在其内壁及外壁设计纵向圆柱、沟槽或波纹状形式的增强结构。,7、塑件支承面的设计,支承面是用于放置物体的平面，要求物体放置后平稳。当塑件上有一面作为支承面来使用时，将该面设计为一个整面是不合理的，如图a所示。,因为平板状在成型收缩后很容易翘曲变形，稍许不平都会影响良好的支承作用，故以边框式或点式(三点或四点)结构设计塑件支承面。如下图塑料盘所示。,当塑件底部有加强筋时，应使加强筋高度低于支承面至少0.5mm。如图,在满足使用要求的前提下,制件的所有的转角尽可能设计成圆角，或者用圆弧过渡。,8.圆角,圆角的作用：,圆角可避免应力集中，提高制件强度,圆角可有利于充模和脱模,圆角有利于模具制造，提高模具强度,圆角的确定：,内壁圆角半径应为壁厚的一半,外壁圆角半径可为壁厚的1.5倍,一般圆角半径不应小于0.5mm,壁厚不等的两壁转角可按平均壁厚确定内、外圆角半径,9、孔的设计,孔的设计（包括通孔、盲孔、异形孔、螺纹孔）设计原则：孔的位置应设置在不易削弱塑件强度的地方，保证足够强度，以满足使用要求；尽量避免侧孔。,3.4.8塑件上孔的设计,孔与孔的距离，孔边至塑件边缘距离应不小于孔径。（表3.7）固定用孔因承受较大负荷，可设计凸台来加强。如图所示。,孔边增厚加强,1）通孔的设计,成型通孔时型芯有三种结构形式，是根据通孔大小和深度的具体情况，从而满足型芯足够的抗弯能力的需要出发而设计。,（1）,（2）,（3）,（2）附,(a)为一端固定的型芯成型，用于较浅的孔成型。(b)为对接型芯，用于较深的通孔成型，这种方法容易使上下孔出现偏心。(c)为一端固定，一端导向支撑，这种方法使型芯有较好的强度和刚度，又能保证同轴度，常用，但导向部分周围由于磨损易产生圆周纵向溢料B。,飞边,盲孔：盲孔只能用一端固定的型芯来成型。为避免型芯弯曲：,2）盲孔设计：,压注、注射成型，H4d压缩成型：平行加压方向，H2.5d；垂直加压方向，H2d直径小于1.5或深度（H）太大时，应用机械加工的方式获得,对于细长型芯,为防止其弯曲变形，在不影响塑件的条件下，可在塑件的下方设支承柱来支撑。如图所示。,2）盲孔设计：,无论通孔还是盲孔，两孔太近时，应设计成长孔。,3）异形孔设计：采用拼合的方法来成形，避免侧向抽芯。,（1）,（2）,（3）,1）、塑件上螺纹成型可用以下三种成型方法模具成型机械加工制作在塑件内部镶嵌金属螺纹构件。2）、设计原则：塑料螺纹强度较差，一般宜设计为粗牙螺纹。塑料螺纹的精度不高，一般低于GB3级。螺距不小于0.7mm；直径不宜太小，外径不小于4mm，内径不小于2mm；,10、塑料螺纹设计,螺纹最外圈和最里圈留有台阶，防止螺纹崩裂变形。为了增加塑件螺纹的强度，防止最外圈螺纹崩裂或变形，其始端和末端均不应突然开始和结束，应有一过渡段。如图315所示，过渡段长度为L，其数值按表39选取。,塑料螺纹与金属螺纹的配合长度应不大于螺纹直径的15倍(一般配合长度为810牙)。否则会降低可旋入性，产生应力，导致塑料螺纹损坏，连接强度降低。,在同一螺纹型芯或螺纹型环上有前后两段螺纹时，应使两段螺纹的旋向和螺距相同，图316(a)，否则无法使塑件从型芯或型环上拧下来。,当螺距不等或旋向不同时，就要采用两段型芯或型环组合在一起的成型方法，成型后分别拧下来，图(b)所示。,11、齿轮的设计,目前，在精度和强度要求不高的机构中常见到塑料齿轮传动。其常用的塑料有尼龙、聚碳酸酯、聚甲醛等。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，对塑料齿轮的各部分尺寸有一定的要求。,轮缘宽度t3h(全齿高）；辐板厚度H1H（齿宽厚度）;轮毂厚度H2H（齿宽厚度）=D（轴孔直径）;轮毂外径D1=1.53D（轴孔直径）,t,h,t1,t,设计时应避免塑料齿轮尖角处的应力集中和成型时的应力影响，为此，塑料轮要尽量避免截面突变，应以较大圆弧进行转角过渡.同时，为了防止装配和使用塑料齿轮时产生内应力。不宜采用过盈配合，而采用销钉或半月形孔配合的形式。,对于薄壁齿轮，壁厚不均匀会引起齿轮歪斜，采用无轮毂无轮缘的结构可以很好地改善这种情况。但在辐板上有图a所示的大孔时，因孔在成型冷却时很少向中心收缩，会使齿轮歪斜，对此可采用图b所示的辐板结构。,12、嵌件设计,什么是嵌件？,塑件内部镶嵌有金属、玻璃、木材、纤维、纸张、橡胶或已成型的塑件等称为嵌件。,使用嵌件的目的：,在于提高塑件的强度，满足塑件某些特殊要求，如导电、导磁、耐磨和装配连接等。,使用嵌件的缺点：,嵌件的设置往往使模具结构复杂化，成型周期延长，制造成本增加，难于实现自动化生产等问题。,常用的嵌件材料为金属，常见的形式图317：(a)为圆形嵌件；(b)为带台阶圆柱形嵌件；(c)为片状嵌件；(d)为细杆状贯穿嵌件。,嵌件的设计原则：嵌件在塑件中可靠固定：为了防止嵌件受力时在塑件内转动或脱出，嵌件表面设计有适当的凹凸状。,图a菱形滚花，抗拉、抗扭强度都较大；若受轴向力较大，可开设环形沟槽，其宽度不小于2mm,深度为12mm图b直纹滚花环形沟槽，防止转动和轴向移动；图c薄壁管状嵌件，边缘翻边，防止轴向移动,图d板形嵌件，切开、孔眼、局部弯曲；图f针状嵌件，折弯、砸扁其中一段来固定,嵌件在模具内的可靠定位：为了避免嵌件成型中受高压高速的塑料流体冲击而产生位移和变形，同时也防止塑料挤入嵌件上预留的孔或螺纹中，因此嵌件必须可靠定位，并要求嵌件的高度不超过其定位部分直径的2倍。,图a利用嵌件上的光杆部分与模具配合；图b利用凸肩与模具配合，即增加稳定形，又可阻止塑料流入螺纹中；图c利用凸出圆环，形成密封环，阻止塑料的流入。,图a嵌件直接插在模内光杆上；图b为一凸台与模具上孔配合，增加了定位稳定性和密封性；图c以模具上的凸出圆环和内螺纹嵌件配合；图d采用内部台阶与模具上的插入杆配合。嵌件与模具内安装孔的配合为H8/f8。,嵌件过长或细长杆状时，在模具内设支柱以免嵌件弯曲，但在塑件上留下工艺孔，图3-23。,嵌件周围的壁厚应足够大金属嵌件与塑料冷却时的收缩值相差较大，塑料周围存在很大的内应力，如设计不当，会造成塑件的开裂，因此选用与塑料收缩率相近的金属作嵌件，或使嵌件周围的塑料层厚度大于许用值。表310列出了嵌件周围塑料层的许用厚度。嵌件的顶部也应有足够的塑料层厚度，否则会出现鼓泡或裂纹。同时嵌件不应带有尖角，以减少应力集中。对于热塑性塑料注射成型，大嵌件进行预热，使其温度达到接近塑料温度。对于应力难以消除的塑料，可在嵌件周围覆盖一层高聚物弹性体或在成型后进行退火来降低应力。,13标记符号,塑件上有时带有装潢或某些特殊要求的文字或图案标记的符号，符号应放在分型面的平行方向上，并有适当的斜度以便脱模。,(a)为标志符号在塑件上呈凸起状，在模具上即为凹形，加工容易，但凸起的标记符号容易被磨损；,(c)为在凹框内设置凸起的标记符号，它可把凹框制成镶块嵌入模具内，这样既易于加工，在使用时标记符号又不易被磨损破坏，常用。,（b）为标记符号在塑件中呈凹入状，在模具上即为凸起，用一般机械加工难以满足，需要用特殊加工工艺，但凹人标记符号可涂印各种装饰颜色，增添美观性；,产品工艺性分析案例,塑件的工艺性是指塑件对成型加工的适应性。塑件工艺性设计包括：塑料材料选择、尺寸精度和表面粗糙的确定、塑件结构设计等。塑件工艺性设计应当满足使用性能和成型工艺的要求，力求做得结构合理、外形美观、便于成型。如果给定一个塑件，在模具设计之前就要对塑件的工艺性进行分析，主要包括：原材料分析、塑件结构分析、尺寸精度及表面质量分析等。,零件为打火机外壳，大批量生产，材料为聚苯乙烯（PS），未注公差取MT5级精度，试分析塑件工艺性。,产品工艺性分析案例,本章结束,作业1：选择你所熟悉的塑件进行结构分析。如水杯、手机壳、鼠标、工艺品、电脑中的各塑件等等,零件名称：灯罩设计要求：生产批量：大批量材料：聚碳酸酯未注公差取MT5级精度,作业2：产品工艺性分析,一、塑件的工艺性分析,1塑件的原材料分析，如下表：,2塑件的尺寸精度分析,该塑件尺寸精度无特殊要求，所有尺寸均为自由尺寸，可按MT5查取公差，其主要尺寸公差标注如下（单位均为mm）：,塑件外形尺寸：690-0.86、700-0.86、1270-1.28、1290-1.28、1700-1.6、R50-0.24、1370-1.2830-0.2、80-0.281330-1.28内形尺寸：630+0.74、640+0.74、1140+1.14、1210+1.28、R20+0.2、600+0.74、320+0.56、300+0.50、80+0.28、1230+1.28、1310+1.28、1640+1.6孔尺寸：100+0.32120+0.32、1370+1.281640+1.64.50+0.242.0+0.2、50+0.24孔心距尺寸：340.28960.501500.27,3塑件表面质量分析该塑件要求外形美观，色泽鲜艳，外表面没有斑点及熔接痕，粗糙度可取Ra0.4m。而塑件内部没有较高的表面粗糙度要求。4塑件的结构工艺性分析（1）从图纸上分析，该塑件的外形为回转体，壁厚均匀，且符合最小壁厚要求。（2）塑件型腔较大，有尺寸不等的孔，如12、4-10、4-4.5、4-5它们均符合最小孔径要求。（3）在塑件内壁有4个高2.2、长11的内凸台，因此成型后塑件不易取出，需要考虑侧抽芯装置。结论：综上所述，该塑件可采用注射成型加工。,本章结束,第4章注射成型原理及工艺特性,1、注射成型原理及其成型特点1）注射成型原理：粒状或粉状的塑料料斗料筒内受热熔化注入闭合模具冷却定型。,螺杆式注射机,注射模具,注射成型工作循环,加料,合模,注射充模,保压补缩,冷却定型,开模,清模,塑件脱模,预塑,2）注射成型的特点：优点成型周期短、生产效率高、易实现自动化能成型形状复杂、尺寸精确、带有金属或非金属嵌件的塑料制件产品质量稳定适应范围广到目前为止，除氟塑料以外，几乎所有的热塑性塑料都可以用注射成型的方法成型。另外，一些流动性好的热固性塑料也可用注射成型。,缺点注射设备价格较高注射模具结构复杂生产成本高、生产周期长、不适合于单件小批量的塑件生产,加料塑化充模保压倒流冷却脱模,成型前的准备,注射过程,塑件的后处理,注射成型工艺,退火处理调湿处理,原料外观检验及工艺性能测定塑料预热和干燥料筒清洗嵌件预热脱模剂的选用,2、注射成型工艺,1）成形前准备：原料外观检验及工艺性能测定：包括塑料色泽、粒度及均匀性、流动性（熔体指数、粘度）热稳定性及收缩率的检验。塑料预热和干燥：除去物料中过多的水分和挥发物，以防止成型后塑件表面有缺陷或发生降解，影响塑料制件的外观和内在质量。物料干燥的方法：小批量生产，采用烘箱干燥；大批量生产，采用真空干燥。,料筒清洗：当改变产品、更换原料及颜色时均需清洗料筒。嵌件预热：减少物料和嵌件的温度差，降低嵌件周围塑料的收缩应力，保证塑件质量。脱模剂的选用：常用脱模剂包括硬脂酸锌、液态石蜡和硅油。,2）注射过程：加料将粒状或粉状塑料加入注射机的料斗。塑化通过注射机加热装置的加热，使得螺杆中的塑料原料熔融，成为具有良好的可塑性的塑料熔体。充模塑化好的塑料熔体在注射机柱塞或螺杆的推动作用下，以一定的压力和速度经过喷嘴和模具的浇注系统进入并充满模具型腔。,保压补缩从熔体充满型腔后，在注射机柱塞或螺杆推动下，熔体仍然保持压力进行补料，使料筒中的熔料继续进入型腔，以补充型腔中塑料的收缩需要，并且可以防止熔体倒流。浇口冻结后的冷却经过一段时间使型腔内的熔融塑料凝固成固体，确保当脱模时塑件有足够的刚度，不致产生翘曲或变形。脱模塑件冷却到一定的温度,推出机构将塑件推出模外。,3）塑件后处理后处理原因及作用：由于塑化不均匀或由于塑料在型腔内的结晶、取向和冷却不均匀；或由于金属