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塑料成型工艺与模具设计设计方案第一章 塑料模塑工艺与塑料模具设计概论1. 掌握塑料成型工艺方法。2. 了解塑料成型工艺特点。3. 了解塑料模具种类。一、 塑料模塑在塑料工业中的地位二、 塑料模塑成型方法及塑料模的重要性1、塑料模塑成型方法简介1）注射模塑：将粒状或粉状塑料从注射机料斗送进加热料筒。经加热熔化呈流动状态后，由柱塞或螺杆推动通过料筒前端喷嘴并注入温度较低的闭合模具中。2）挤出模塑：将固态塑料塑化，在加压下通过口模而成为与口模形状相仿的连续体，再用适当方法使挤出连续体失去塑性而成为固体。3）压缩模塑：将粉状、粒状或纤维状等塑料放入成型温度下的模具型腔中，在闭模加压而使其成型并固化。4）吹塑中空吹塑：先挤出型坯，再将处于塑性状态的型坯置于模具型腔内，借压缩空气压力将其吹胀，使之紧贴于型腔壁上，经冷却定型得中空塑件。挤出吹塑薄膜：先挤出型坯，再通压缩空气，使管坯变管膜。5）铸塑（浇铸）静态浇铸：将已准备好的浇铸原料注入一定的模具中使其固化（完成缩聚或聚合反应），并从而得到与模具型腔相似的制品。如聚己内酰胺、环氧树脂、聚甲基丙烯酸甲酯。嵌铸：将各种非塑料物件包封在塑料中的一种成型方法。离心浇铸：将液状塑料浇入旋转模具中，在离心力的作用下使其充满回转体形的模具。再使其固化定型而得到制品的方法。如轴套、齿轮、转子、垫圈等成型。用于PA、PE塑料。流涎铸塑：将热塑性或热固性塑料配成一定黏度溶液，然后以一定速度流布在连续旋转的基材（不锈钢）上，通过加热以脱掉溶剂并进而使塑料固化。得到流涎法薄膜。其特点是厚薄均匀，应力小。如电影胶卷、相片胶卷。用于醋酸纤维素、聚乙烯醇、聚碳酸酯、氯乙烯和醋酸乙烯共聚物。搪塑：将糊塑料倾倒到预先加热至一定温度的模具中，接近模壁塑料会因受热而胶凝的塑料倒出，并将附在模子上的塑料进行热处理（烘熔），经冷却后从模子中取出空心制品。滚塑：旋转成型，即将定量的液状或糊状塑料加入模具中，通过对模具加热及纵横向的滚动旋转，使塑料熔融塑化并借塑料自重力作用均匀布满模具型腔表面，待冷却固化后脱模得中空制品。如用PVC糊制皮球、瓶罐等。2、 塑料模具的重要性塑料模是塑料模塑成型关键的工艺装备。它与工艺、设备并为影响制品生产的三大要素。对制品的形状、尺寸、公差起着极重要作用，是产品更新的前提。模具生产技术水平的高低，已成为衡量一个国家产品制造水平高低的重要标志，因为模具在很大程度上决定着产品的质量、效益和新产品的开发能力三、模具的发展趋势第二章 塑料1. 掌握塑料的组成、性能、用途及分类。2. 了解塑料使用性能。3. 掌握塑料工艺性能。4. 掌握常用塑料成型工艺性能。第一节 塑料成分与特性一、塑料的主要成分（塑料由树脂和助剂组成）树脂、填充剂、增塑剂、着色剂、润滑剂、稳定剂、阻燃剂、发泡剂、抗静电剂二、塑料特性及用途密度小、比强度和比刚度高、化学稳定性好、电绝缘绝热隔声性能、耐磨和自润滑性好，黏结性好、成型性能好、各种防护性能；但机械强度和硬度低、耐热和导热性差三、 成型用物料及其配制1、粉料和粒料 粉料：将各种组分混合即可 粒料：需经塑炼和造粒，制品性能更一致1、 溶液 主要成分为树脂与溶剂，溶剂在加工中挥发，为流涎法生产的原料。2、 分散体 PVC糊 树脂加非水溶液形成的悬浮体，称溶胶塑料或“糊”塑料，生产制品需经塑型和烘熔两过程。第二节 塑料分类1、 按合成树脂分子结构和热性能：热固性和热塑性2、 按塑料性能及用途：通用、工程、增强塑料第三节 塑料性能一、塑料的使用性能 物理性能、化学性能、力学性能、热性能、电性能、光学性能二、热固性塑料工艺性能1、 收缩性塑料高温充满型腔，冷却至室温，尺寸发生收缩，影响收缩的基本因素：塑料种类、化学结构变化热收缩弹性恢复塑料制品结构成型工艺浇口形式、尺寸及位置2、 流动性：在一定温度与压力下充满模具型腔的能力其衡量指标常用拉西格流动性表示，即将一定质量塑料预压成圆锭，放在标准压模中，在一定温度和压力下测定塑料自模孔中挤出的长度，其值大则流动性好。流动性与塑料性能、模具结构、表面粗糙度、预热及成型工艺条件等有关。其值影响模具设计、成型工艺及制品质量；为提高流动性可增加润滑剂，采用适当模具结构，减小型腔表面粗糙度，提高成型温度和压力。3、 比容和压缩比 4、 水分和挥发物5、 固化特性热固性塑料在成型过程中，树脂发生交联反应，分子结构构成体型。塑料由可熔可溶变为不熔不溶即固化，热固性塑料需解决固化速度和固化程度三、热塑性塑料工艺性能1、收缩性（基本与热固性相同）2、塑料状态与加工性 热塑性塑料在恒定压力下，随加工温度变化，存在三种状态 玻璃态：坚硬固体，变形可逆，此状态只能车、铣、钻、削等机加工 高弹态：变形大且可逆，可进行真空成型、压延成型、中空成型、冲压锻造，但成型后的制品必须迅速冷却致Tg以下 粘流态：变形不可逆，可注射、吹塑、挤出成型3、 粘流和流动性1）黏度：塑料熔体内部抵抗流动的阻力 影响因素：内因分子结构，相对分子量及其分布，塑料组成 外因工艺条件，温度、压力、剪切应力、剪切速率 * 一般塑料粘度随剪切应力增加而降低，随温度升高而下降，但柔性分子链对POM对应力敏感，而刚性分子PC、PMMA等对温度敏感；随压力增大而增大2）流动性 用熔体指数衡量熔体指数：热塑性塑料在一定温度和负荷下，其熔体在10min内通过标准毛细管的质量，用g/10min表示。3）黏度和流动性关系 黏度大，流动性差，影响流动性除上述因素外，还有模具如浇注系统形式、尺寸及布置；冷却和排气系统设置；型腔形状及表面粗糙度；干燥程度及成型压力。4、 吸水性*水敏性：即使含少量水分，高温高压下也易分解如PMMA、PA、PC等。5、 结晶性根据塑料是否结晶有结晶型、非结晶型 结晶型：PE、PP、PTFE、PA，为不透明或半透明非结晶型：PS、PMMA、ABS、PSF，透明结晶型塑料使用性能较好，但收缩大，易产生缩孔，制品内应力大，各向异性显著，制品易翘取、变形。结晶型塑料结晶与否取决于成型条件，如熔体温度和模具温度高，结晶度大，制品密度大，强度、硬度高，耐磨性好，耐化学和耐电性能好；相反，则结晶小，柔软性、透明性好，伸长率和冲击韧度大。6、 热敏性指某些热稳定性差的塑料。在料温高和长时间下会产生降解、分解、变色。如：PVC、POM防止降解措施：加入热稳定剂控制成型工艺条件，如缩短高温时间7、 应力开裂某些塑料在外力或溶剂作用下易产生开裂，如PS、PC、PSF等脆性材料防止缺陷：加入增强材料；正确设计成型工艺过程和模具；提高塑件结构工艺性8、 熔体破裂当一定熔体指数的塑料熔体在恒温下通过喷嘴孔时，其流速超过一定值后，挤出物的熔体表面发生明显的横向凹凸不平或外形畸变以至支离或断裂。第四节 常用塑料性能及应用 常用材料PE、PP、PVC、PS、ABS、POM、PC、PA的性能及应用，成型工艺特点第三章 塑料的模塑工艺1. 了解各种塑料模塑成型工艺过程2. 掌握注塑成型、挤出模塑、压缩模塑工艺参数控制第一节 注射模塑工艺一、注射模塑原理 注射模塑通过注射机实现，形式有柱塞式与螺杆式，其作用：加热熔融塑料，施高压注入型腔。二、注射模塑工艺过程（注射前的准备、注射过程、制品后处理）1、 成型前的准备1）原料的检验和预处理检验：对原料色泽、粒度及均匀性、流动性、热稳定性、收缩性、水分含量等使用和工艺性能进行检验。预处理：对于吸水性强的如PC、PA、PMMA等成型前应干燥，否则制品产生斑纹、银丝和气泡，甚至降解。不易吸水如PE、PP、POM等一般不干燥 对于ABS、PS一般要干燥 干燥方法：热风循环干燥、红外线加热（小批量） 负压沸腾干燥或真空干燥（大批量）2）料筒的清洗一般塑料制品加工原则：先浅后深，先低后高，先稳定性好。但成型前若料筒中残存料与要加工料不同或颜色不一致，料筒要清洗， 3）嵌件预热 成型前对金属嵌件预热可减少制品内应力4）脱模剂硬酯酸锌，用于除PA外的塑料液体石蜡（白油），用于PA）硅油，效果好，但价格贵，使用麻烦。2、 注射过程完整的注射过程包括加料、塑化、注射、保压、冷却、脱模，但从塑料在注射过程中实质状态变化来说是塑料塑化和熔体充满型腔与冷却定型两大过程。1） 塑料塑化塑化将影响制品产量和质量，故要求在规定时间内达：质量熔体温度达要求且均匀 数量足够，以满足注射影响塑化质量因素：原料是否干燥 工艺条件，料温、螺杆转速、预塑压力 注射机类型 螺杆结构：L/D，螺槽深度 喷嘴2）熔体充满型腔与冷却定型对于该过程，合理地控制温度、压力、时间等工艺参数，对获得优良塑料制品很重要。根据熔体进入型腔变化情况，过程分为充模、压实、倒流和浇口冻结后冷却。在这四个阶段，温度总的是降低，型腔内压力变化如下：充模阶段（0-t1）从注射机的螺杆或柱塞快速前进将熔体注入型腔到熔体完全充满型腔为止。这一阶段相应熔体压力变化：刚开始充模时压力基本为零，快充满时压力迅速增大，直至达最大值。此阶段的关键是控制充模时间。a. 快速充模：即高速充模，熔体通过喷嘴、浇注系统进入型腔产生大量热，熔体温度升高，故充模所需压力小，高分子定向小，制品熔接强度高。但对于带嵌件制品，嵌件后部熔结不好，制品强度差。b. 慢速充模：充模时间长，先进入塑料受到较多的冷却，粘度升高，后面塑料需要在较高压力下才能进入型腔，故高分子定向程度增大，制品各向异性显著。制品使用易出现沿分子定向裂纹，热稳定性差。以快速充模为好。压实阶段（t1-t2） 从熔体充模至柱塞或螺杆开始后退。熔体冷却收缩，保压压力作用使料筒内熔体继续进入补缩。螺杆前移，压力不变；螺杆不动，压力下降。倒流阶段（t2-t3）从柱塞或螺杆开始后退至浇口开始冻结。由于型腔内压力大于比流道高，故熔体倒流，型腔内压力下降。 浇口冻结后冷却（t3-t4）从浇口冻结到制品脱模。脱模时，模内压力不一定等于大气压力，两者之差等于残余压力。3、 制品后处理在成型过程易造成制品产生内应力，通过后处理，可改善和提高制品性能及尺寸稳定性。退火处理调湿处理三、注射模塑工艺条件的选择和控制 对于一塑料制品，当选择了塑料材料、成型方法及成型设备，设计了合理的工艺过程和模具结构后，在生产中，工艺条件的选择和控制是保证成型顺利和控制质量的关键。 要求塑化后熔体：量足够；温度够且均匀。可通过改变温度、压力、 螺杆转速、螺杆结构等达到。1、 温度1） 料筒温度每种塑料控制温度不同，要求在TfTd或TmTd，稳定材料可高些，靠近Td 热敏性要低些，靠近Tf。提高料筒温度有利于充模。因温度升高，粘度下降，减少注射压力，增大注射速率，缩短注射周期，减少分子定向，减少收缩，提高制品的表面光泽度。 影响因素同一塑料 分子量越大，分子量分布越窄，温度越高；加入玻纤GF，流动下降，温度升高。设备 理论上柱塞式温度高，螺杆式温度低10-20，但实际为了提高生产效率，两者相反。制品与模具 薄壁长流程、复杂带嵌件的制品，温度高。总的温度分布是低高低趋势。2）、喷嘴温度 略低于料筒最高温度，选择喷嘴温度要注意防流涎与防赌塞。3）、模具温度 影响充模和冷却，故影响制品内在性能和表观质量。模具温度控制由加热冷却系统实现，其形式由塑料特性、制品结构和尺寸、制品性能要求及其它成型工艺条件决定。总的模具温度高，定向减少，结晶增加，表面光泽度好。对于结晶与非晶不同。非晶，主要影响充模速率，对于粘度高如PC、PSF为防止应力开裂、凹陷、模具温度应高（但收缩增加）。结晶型，影响结晶度，模具温度高，冷却慢，结晶度大，制品硬度高，刚度大；模具温度低，易产生后期结晶及后收缩。2、压力1） 塑化压力又称背压，指采用螺杆式注射机时，螺杆顶部熔体在螺杆转动后退时所受压力。其大小由液压系统中溢流阀调整。塑化压力影响熔体温度、塑化效率及成型周期。压力大，熔体温度高，利于混色及排气，但塑化效率低，成型周期长。故一般塑化压力不高，通常2Mpa。2） 注射压力 柱塞或螺杆顶部对熔体施加的压力。其作用是克服从料筒流向型腔的阻力，使熔体具有充模的速率，对熔体压实。其与制品的质和量有关，且受塑料品种、注射机类型、制品和模具结构及其它工艺条件等影响。 注射压力直接影响注射速率，最佳注射速率与制品壁厚有关，厚壁用低的注射压力。3） 保压压力等于或小于注射压力，其作用是补缩。3、时间完成一次注射过程需要时间称模塑周期。在保证质量前提下，应尽量缩短周期。 注射和冷却时间对制品对制品质量有决定性影响。 保压时间对制品准确性有影响，时间不足，熔体倒流，制品出现凹陷、缩孔。 冷却时间决定于制品壁厚、塑料热性能、结晶性能以及模具温度。以保证制品脱模不引起变形为原则。第二节 压缩模塑工艺一、压缩模塑原理又称模压成型或压制。将粉状、粒状、碎状或纤维状塑料放入成型温度下的模具加料腔，使其成型并固化，从而得到所需制品。主要用于热固性塑料成型。二、压缩模塑工艺过程1、压缩模塑前的准备2、 压缩模塑过程嵌件安放：对于大的嵌件应预热加料：关键是加料量应准确闭模：凸模为接触塑料前应快，接触后要慢。排气：应安排在塑料未固化前，速度要快固化：固化速度和固化程度要适当，使制品性能好，生产效率高。要控制两个参数机固化速度和固化程度。固化速度：快，充模不满；慢，生产周期长，生产效率低。固化程度：控制交联度大小。不足（欠孰），力学强度、耐蠕变性、耐热性、化学性能下降；过度，力学强度不高，脆性大，变色，表面有气泡。脱模：可用手动与机动脱模模具清理：用铜刀或铜刷去除残留物，用压缩空气吹净模具三、压缩模塑工艺条件确定1、成型压力 模压时压力机对塑件单位投影面积上的力。2、温度压制时模具温度，比热塑性塑料模温更重要。型腔内热固性塑料最高温度大于模具温度；热塑性塑料低于模温。3、模压时间与成型温度有关，成型温度越高，时间越短。还与塑料种类、制品形状及厚度、压缩模结构、预压和预热、成型压力等有关。模压时间太长，会产生过熟，导致制品强度下降，过短，则欠熟。第三节 挤出工艺一、挤出成型原理1、应用1） 材料：大部分热塑性塑料都可用此成型方法，少数热固性热酚醛、脲甲醛等可用。2） 制品：管、棒、丝、板、薄膜、电线电缆、中空制品型坯；粒料、着色、混炼等。2、成型过程 料自料斗进入料筒，在螺杆转动作用下，向前输送至加料段（松散固体向前输送同时被压实）、压缩段（螺槽变浅，进一步压实，同时加热与摩擦作用，料温升高，开始熔融至基本完全融化、均化段（使物料均匀、定温、定量、定压挤出熔体），经成型的机头，最好到达定型。3、 挤出方法4、 特点：生产连续、效率高、投资少、成本低、操作简单、应用范围广。二、挤出机的基本结构及其作用挤出成型多用单螺杆挤出机，其基本结构包括：传动装置、加料装置、料筒、螺杆、机头及口模等，后三个与工艺有关。1、料筒2、螺杆 加料段：固态塑料加热并向前送至压缩段压缩段：熔化段，其作用是送料、压实、熔融塑料。均化段：将熔体进一步塑化，定温、定压、定量挤出3、机头与口模 成型制品形状三、挤出成型工艺参数控制1、温度2、压力3、挤出速率四、管材挤出工艺设备：挤出机、机头、定型装置、冷却槽、牵引设备和切割设备1、成型 由挤出模具实现。2、定型方法：内径定径与外径定径（内压法与真空法）3、管材挤出工艺条件控制五、吹塑薄膜法成型1、挤出与吹胀设备：挤出机及机头、冷却装置、夹板、牵引辊、导向辊、卷取装置工艺过程。2、吹塑薄膜挤出工艺条件温度、吹胀比与牵伸比、冷却速度、由冷却装置调节。第四节 塑料制品工艺性一、 塑料制品的尺寸、公差和表面质量1、尺寸：指总体尺寸 受塑料流动性及使用设备限制2、塑料制品的公差 影响塑料制品公差的因素非常复杂，主要有：模具类型、结构与制造误差及磨损（尤其成型零件）、塑料收缩率的波动、模塑工艺条件的变化、塑料制品的形状及成型工艺性、飞边厚度的波动、脱模斜度及后收缩。3、塑料制品表面质量 包括有无斑点、条纹、凹陷、气泡、变色等，表面光泽性和粗糙度。尤其透明制品二、 塑料制品几何形状 1、制品形状 考虑模具在不影响使用功能前提下，避免采用侧凹、侧孔当制品材料为POM|、PE、PP、PA时，可考虑用强制脱模考虑制品强度和刚度，底、盖、边缘、紧固用凸耳和台阶设计考虑成型时分型面位置，避免脱模后变形2、壁厚 壁厚应均匀，以免收缩不均 制品壁厚主要取决于塑料品种、制品大小及模塑工艺条件。过小，强度、刚度不够充模不满；过大，料浪费，增加成型周期、易产生气泡、缩孔、翘取、凹痕。3、脱模斜度 为便于脱模，防脱模擦伤制品，与脱模方向平行的制品表面应设脱模斜度，其大小取决于塑料收缩率、制品形状及壁厚。选取原则： 考虑脱模：内表面大于外表面考虑留模：外表面大于内表面 脱模斜度取向：塑件内孔，以小端为主；塑件外形，以大端为主（脱模斜度不包括在公差内） 4、加强筋可保证制品壁厚，既省料又提高制品强度和刚度，避免气泡、缩孔、凹痕、翘取等，防止变形；改善充模状况。 5、支撑面以塑件整个底面作支撑面，不易做到，因此采用凸边或几个凸起的脚为支撑 6、塑料制品的圆角要求塑件转角尽可能采用圆角过渡，除塑件要求必须采用尖角外。其好处： 避免转角处应力集中，增加相应处模具与塑件机械强度 改善充模特性 提高外观可视性7、塑件上的孔 要求：孔形状宜简单，以免模具制造困难 孔与孔、孔与壁间应有足够距离，孔与孔的深度应有一定要求。8、塑件的花纹、标记、符号及文字 花纹：易于成型和脱模，便于模具制造 标记、符号及文字：凸字制造方便，但易损伤 凹字使用方便，但不易制造模具 凹坑凸字制造模具方便且使用不易损坏三、 塑料的螺纹和齿轮1、塑件上螺纹可直接成型，也可机加工，经常拆卸用螺纹嵌件 设计螺纹要求：直径小于6mm不宜用细牙螺纹成型外螺纹不小于4mm，内螺纹不小于2mm，否则要机加工。螺纹制品精度一般低于IT8级，若模具未考虑塑料收缩，则与金属配合长度不大于螺纹直径1.52倍。螺纹始端与末端应有过渡段 2、齿轮 常用齿轮材料：PA、POM、聚酯、聚氨酯 要求：壁厚均匀，形状对称；较小齿轮采用薄片式，较大齿轮采用整体辐板结构；轴与齿轮孔固定用月形配合或用定位销；相互啮合齿轮用相同塑料。 四、带嵌件塑料制品设计 嵌件：在塑料制品中嵌入不同材料的零件形成不可拆卸的连接，嵌入的零件叫嵌件。 设计注意：嵌件材料及嵌入部分结构 嵌件在模具中的定位和固定 嵌件周围塑料层设计第四章 塑料模基本结构和零部件设计1. 了解塑料模具分类及基本结构；2. 掌握分型面选择；3. 掌握模具成型零件结构设计、成型零件尺寸计算；4. 熟悉模具侧壁和底板强度与刚度计算；5. 掌握加热和冷却系统设计。第一节 塑料模具分类及注射模结构一、分类1、按模塑方法分 压缩模、传递模、注射模、机头和口模（挤出模）、中空吹塑模、真空成型模、浇注模2、按模具在成型设备上安装方式 移动式：小型压缩模、传递模、立式小型注射模 固定式： 半固定式：3、 按型腔数分单型腔和多型腔二、注射模基本结构组成第二节 成型零件设计一、分型面1、分模面定义2、形式：平面、斜面、阶梯面及曲面3、选择原则位于制品最大轮廓处 1）便于脱模：制件留于动模尽量避免侧抽芯，结构简单化2）简化抽芯机构：侧抽芯放于动模边 分型距长的放于动、定模方向；但若太长，开模行程太长，应考虑用液压抽芯。 3）保证制品质量 4）有利于防止溢料 5）有利于排气 6）便于成型零件加工 7）必须考虑注射机的技术参数二、成型零件的结构设计成型零件：模具上直接成型出塑件形状的零件。通常指凹模、型芯、各种成型杆和成型环1、 凹模结构设计成型塑件外表面的零件称凹模或型腔 1）整体式凹模：成型制品质量好，但加工工艺性差，材料浪费严重，仅用于形状简单制品。2）组合式整体嵌入式：用于塑件批量大，采用一模多型腔的模具。此形式即节约了模具钢，又可减少热处理变形，其型腔加工常用冷挤压、电加工、电铸、超塑性成型。局部镶嵌式：有些制品成型用凹模某部分特别容易磨损或难加工，可将此部分做成一块，再用销、燕尾槽、“T”形槽、圆形槽镶入型腔内。组合式凹模：镶拼组合式、瓣合式凹模。为了型腔便于加工、热处理、抛光研磨、将型腔分为几部分，加工后在组合为一体。此结构改善了加工工艺性，减少热处理变形，利于排气，便于修模但制品可能留下拼结痕。2、型芯设计 型芯是成型塑件内表面的成型零件，有整体式和组合式。大的叫主型芯，成型小孔的叫小型芯。型芯结构设计要考虑加工、型芯定位、型腔排气。3、型芯和螺纹型环设计1）螺纹型芯按用途分：成型制品螺孔必须考虑塑料收缩率、表面粗糙度小、始端和末端按制品结构设计 固定螺母嵌件不考虑收缩率，表面粗糙度可大些2）对于螺纹型芯结构设计及固定方法要求：定位可靠并防止塑料熔体挤入 便于塑件脱模和螺纹型芯的装卸 结构简单便于制造三、成型零件工作尺寸计算1、影响塑料制品尺寸公差因素成型零件制造误差z：该误差直接影响制品尺寸公差，占制品公差1/3。成型零件的磨损c成型收缩率的偏差和波动s模具安装配合误差j水平飞边的厚度的波动f制品可能产生的最大误差为上述各种误差总和： =z+c+s+j+f制品允许公差应大于总误差即：一般仅考虑前三者即=z+c+s2、 成型零件工作尺寸计算计算依据：模具制造公差、磨损、收缩率波动计算方法：平均值法（计算方便，但误差大）和极限值法（计算较准，但复杂）。仅讲按平均值法计算前提：轴采用基轴制、孔采用基孔制、孔距采用双向公差。1）型腔和型芯径向尺寸计算型腔径向尺寸：已知塑料制品尺寸 ；磨损量c，平均磨损量c/2；平均收缩率Scp ，型腔径向尺寸 当型腔充模后此时制品尺寸型腔尺寸，即 取c=/6，c=/3，得标上制造公差；同理推导可得型腔径向尺寸计算 2）型腔深度和型芯高度型腔深度 型芯高度 3）型芯或成型孔中心到成型面距离的计算凹模内的型芯或孔中心到侧壁距离的计算型芯上的小型芯或孔的中心到侧面距离的计算四、塑料模型腔侧壁和底板厚度计算1、概述塑料模型腔在成型过程中受到熔体强大压力作用，可能因强度不足而产生塑性变形甚至破坏，还可能因刚度不足而产生过大变形，故其侧壁与底面应足够。强度计算依据：型腔所受力应不超过许用应力即刚度计算依据：保证制品精度 保证不发生溢料 即 保证制品脱模2、型腔侧壁和底板厚度计算（1）组合式圆形型腔1）侧壁厚度计算：力学模型：两端开口，仅受均匀内压的厚壁圆筒；内半径增大，与底板产生间隙按刚度：内半径增量为 得： 按强度： 式中：-型腔弹性变形增大值 p-型腔内塑料熔体压力 E-材料弹性模量 -泊松比 -材料许用应力2）底板厚度计算：力学模型为周边简支的圆板，最大变形发生在中心圆板中心变形量： 得底板厚度： 按强度：最大应力中心 （2）整体式圆形侧壁厚度： 力学模型为受均布载荷的悬臂梁底板厚度：周边固定圆板，最大应力在周边按刚度 按强度 （3）组合式矩形型腔侧壁厚度：力学模型为受均布载荷的矩形框架按刚度总变形量：长边的最大挠度在中心：相连两边的拉伸量：总变形量：得侧壁厚度： l1-型腔长边厚度H-型腔侧壁总高-考虑短边影响系数，查表4-8按强度由弯曲应力与受邻边引起的拉伸应力 其中 得厚度 4-42但当长短边壁厚不相等时 t2=nt1底板厚度计算：底板为受均布载荷的简支梁，最大变形在中心按刚度 按强度 （4）整体式矩形型腔侧壁厚度：力学模型为三边固定，一边自由的矩形板，最大变形在自由边的中点，按刚度变形包括两部分：受均布载荷而产生的变形和两相邻侧壁受拉而伸长 ， 式中 侧壁厚度： 按强度当H1/l10.41时 当H1/l10.41时 底板厚度： 底板为受均布载荷的矩形板按刚度 按强度 厚度 第四节 结构零件设计一、 合模导向机构设计1、作用：保证动、定模或上、下模合模时正确定位和导向，有时承受一定侧压力2、形式1）导柱、导套2）锥面定位或斜面对于大型、深腔薄壁件及高精度，除导柱、导套粗定位，还用锥面或斜面作辅助定位。3）导正销二、支撑零件第五节 加热和冷却系统设计一 、模温及其调节的重要性1、模温对制品质量的影响 模温影响制品收缩率、尺寸稳定性、力学性能、变形、应力开裂及表面质量。过低，充模不满，制品不光泽，力学性能低，制品内应力大，易翘取变形；过高，收缩率大，脱模和脱模后变形大，易造成溢料和黏模。故模温应适当、稳定、均匀。2、模温对制品模塑周期影响 冷却系统占模塑周期80%，故缩短周期关键是缩短冷却时间，可在保证制品质量前提下，降低模温，减少冷却时间，提高生产效率。总：塑料模是模塑成型不可缺少的工艺装备，又是一个热交换器，要保持模温稳定，使输入热和输出热平衡，必须设温度调节系统，对模具进行加热和冷却。热平衡公式：加热+熔体带入热量=冷却+自然散热二、模温控制系统设计要求1、 模温选择要适当：不同塑料选择不同模温，热固性塑料模温高；热塑性塑料低，黏度高用高模温，结晶型塑料根据制品要求。2、正确选择模温调节方法热固性塑料设加热；热塑性塑料原则上大于80设加热，小于80设冷却，但有时要根据实际情况分析。三、模具加热装置设计加热方式：电加热、油加热、蒸汽加热、过热水加热等四、模具冷却系统设计1、影响模具冷却的因素：塑料种类、塑件壁厚、模具材料、模具温度、冷却系统回路布置、冷却液温度和流动状态 要减少冷却时间，模温应低，正确设计回路及控制冷却液流动状态2、冷却装置设计应考虑1） 水孔要求：冷却回路数量尽量多，冷却通道孔径要尽量大，一般孔径大于8mm，孔与孔35d2）冷却通道的布置应合理 冷却水孔壁距型腔大于10mm，一般1215mm3）对于大、中型模具，冷却水道长度在1.2-1.5m以下，出、入水口温度应在5以内。4）冷却液流速快，以湍流为主3、冷却装置设计取决于制品形状和不同壁厚原则上：冷却水道应围绕在模具所成型的制品，且尽量排列均匀一致，但由于顶出装置的影响，动模的冷却水道排列不能与定模的冷却水道排列一致。五、冷却装置设计冷却水质量计算：冷却水传热面积：冷却水长度：传热系数：n-单位时间注射次数（次/h）m1-包括浇注系统在内每次注射量cp-冷却水定压比热容（kJ/kg.）t1-冷却水出口温度t2-冷却入出口温度h-塑料热焓t模-模具温度t水-水的平均温度V-冷却水平均流速(m/s)，V0.87值可查表4-15d-冷却水孔直径（m），d0.13可查表4-15t水-冷却水平均温度（）第五章 塑料注射模设计1. 掌握模具的结构组成、模具与注射机的关系、注射机的选择。2. 掌握浇注系统设计。3. 掌握侧抽芯机构设计。4. 掌握推出机构设计、模具刚度与强度校核。5. 熟悉热流道注射模设计、热固性塑料注射模设计要点、气辅成型模设计、精密注射模设计。第一节 概述一、注塑模分类二、注塑模特点第二节 模具与注射机的关系注射模必须安装在与其相适应的注射机上才能生产，因而设计模具时必须考虑所选的注射机的技术参数一、国产注射机的基本参数二、注射机有关工艺参数的校核1、最大注射量KVnV制品+V浇注系统V注射机最大注射量， K=0.8 n-制品数量可以计算型腔数量：n =KV- V浇注系统/V制品2、注射压力：P0P（注射机最大注射压力大于成型制品所需压力3、锁模力校核：(n A1 + A2 )p1/20圆形：矩形：公式中：k1=1+fsin.cos (=r/t)E拉伸模量平均收缩率t平均壁厚l塑件包容型芯长度泊松比脱模斜度f塑料与钢材摩擦系数r型芯大小端平均半径a矩形型芯短边长度b矩形型芯长边长度导滑机构摩擦力Ff Ff=f1Fk Fk开模力对于不通孔 Fq=0.1A1 垂直于抽芯方向投影总的抽芯力：FZ=F+Ff+Fq二、斜导柱分型与抽芯1、 抽芯原理组成：斜导柱、滑块、楔紧块、限位装置2、零部件设计1）斜导柱设计形状：圆形-加工方便；矩形-强度、刚度好，但加工与装配难斜角：以滑块为研究对象，所受力为抽芯力FW、斜导柱对滑块的弯曲力FZ、开模力FkFw.cos=F+Ff+Fq=F+Fq+f1FkFk=sin.Fw弯曲力：而开模力当斜角增大，弯曲力FZ、开模力Fk增大，故斜角应小；但当斜角减小，开模距增大故一般斜角15-20，最大不超过25截面尺寸计算强度校核：弯曲力作用点距斜导柱伸出部分跟部距离：得截面尺寸计算公式 圆形：矩形： 斜导柱长度2）滑块与导滑槽设计侧型芯与滑块连接滑块的导滑形式应保证滑块在移动过程中平稳，无上、下及左、右窜动和卡死现象，滑块与导滑槽配合如图滑快定位注意：定位要准确，长度由斜导柱长度决定，并不是抽芯距决定3）楔紧块设计3、斜导柱分型与抽芯结构形式斜导柱在定模，滑块在动模斜导柱在动模，滑块在定模斜导柱和滑块同在动模斜导柱和滑块同在定模定距分型拉紧机构三、斜滑块分型与抽芯机构1、滑块导滑：用于抽芯距不大，成型面积大的情况 设计时应注意：斜角30；斜滑块推出长度不超过导滑长度2/3；装配后要求滑块要有复位机构拼合后要有配合段2、 斜导杆导滑：用于抽芯力不大，小抽芯距四、其它形式侧向分型与抽芯机构斜槽导板分型与抽芯齿轮齿条抽芯机构液压或气压抽芯机构手动分型抽芯机构五、抽芯方向与开模方向不垂直侧滑块斜向动模：相同开模距，完成的抽芯距比滑块未倾斜大，但斜导柱长度增加。侧滑块斜向定模：相同开模距，完成的抽芯距比滑块未倾斜小，但斜导柱长度增加第六节 推出机构一、对推出机构要求尽量使制品留在动模；保证制品不变形不损坏；保证制品外观良好；结构可靠二、推出机构分类1、 按动力来源：手动、机动、液压、气动2、 按模具结构分类：简单推出机构、双推出机构、二级推出机构、带螺纹制品的推出机构三、简单推出机构1、 推杆推出机构2、 推管推出机构3、 推件板推出4、 推块推出机构5、 活动镶块或凹模推出机构6、 联合推出机构四、先复位机构弹簧先复位楔形滑块先复位摆杆先复位杠杆先复位五、二级推出机构1、 单推件板2、 双推件板四、 双推出机构五、 浇注系统凝料的推出1、直浇口和侧浇口类：浇注系统与制品一起脱落，用人工进行二次加工；采用自动切断的模具2、潜伏式：脱模后浇注系统与制品直接分离3、点浇口：人工取出；斜窝式；拉料杆与托板联合；定模拉料杆与刮板联合六、 带螺纹制品的脱模机构1、设计带螺纹制品的脱模机构应注意对制品要求：制品外形或端面应有止转的花纹或图案对模具要求：有相应的防转机构2、带螺纹制品的脱模方式强制脱模：利用制品弹性强制脱模，用于PE、PP、POM等或利用硅橡胶螺纹型芯强制脱模手动脱模机动脱模第六节 无流道凝料注射模具一、无流道注射成型特点1、无流道凝料模具特点（1）基本实现无废料加工，大大节约了原料。（2）简化了模具机构（三板式变为两板式）和取件操作，缩短了成型周期。（3）节省了切除凝料、修整及废料回收工作，降低成本。（4）浇注系统保持熔融状态，压力损失小，可实现多腔模具及大型制品的低压注射，克服因补料不足产生的缺陷，提高产品质量。（5）浇道加热系统和控温装置要求高，结构复杂，成本高，技术要求也高。（6）易实现自动化（7）注射压力小，锁模吨位小（8）浇口位置设置自由度大2、无流道凝料注射成型对塑料的要求（1）对温度不敏感，在较低的温度下有良好的流动性，较高温度下热稳定性好。（熔融温度范围宽）。（2）对压力敏感，不加压不流动，稍加压即可流动。（无流