模具设计总流程及疑难对策

一般流程一、接受任务书 成型塑料制件的任务书通常由制件设计者提出，其内容如下： 经过审签的正规制制件图纸，并注明采用塑料的牌号、透明度等。 塑料制件说明书或技术要求。 生产产量。 塑料制件样品。 通常模具设计任务书由塑料制件工艺员根据成型塑料制件的任务书提出，模具设计人员以成型塑料制件任务书、模具设计任务书为依据来设计模具。二、收集、分析、消化原始资料 收集整理有关制件设计、成型工艺、成型设备、机械加工及特殊加工资料，以备设计模具时使用。 消化塑料制件图，了解制件的用途，分析塑料制件的工艺性，尺寸精度等技术要求。例如塑料制件在外表形状、颜色透明度、使用性能方面的要求是什么，塑件的几何结构、斜度、嵌件等情况是否合理，熔接痕、缩孔等成型缺陷的允许程度，有无涂装、电镀、胶接、钻孔等后加工。选择塑料制件尺寸精度最高的尺寸进行分析，看看估计成型公差是否低于塑料制件的公差，能否成型出合乎要求的塑料制件来。此外，还要了解塑料的塑化及成型工艺参数。 消化工艺资料，分析工艺任务书所提出的成型方法、设备型号、材料规格、模具结构类型等要求是否恰当，能否落实。 成型材料应当满足塑料制件的强度要求，具有好的流动性、均匀性和各向同性、热稳定性。根据塑料制件的用途，成型材料应满足染色、镀金属的条件、装饰性能、必要的弹性和塑性、透明性或者相反的反射性能、胶接性或者焊接性等要求。 三、确定成型方法 采用直压法、铸压法还是注射法。 四、选择成型设备 根据成型设备的种类来进行模具，因此必须熟知各种成型设备的性能、规格、特点。例如对于注射机来说，在规格方面应当了解以下内容：注射容量、锁模压力、注射压力、模具安装尺寸、顶出装置及尺寸、喷嘴孔直径及喷嘴球面半径、浇口套定位圈尺寸、模具最大厚度和最小厚度、模板行程等，具体见相关参数。 要初步估计模具外形尺寸，判断模具能否在所选的注射机上安装和使用。 五、具体结构方案： 确定模具类型 如压制模（敞开式、半闭合式、闭合式）、铸压模、注射模等。确定模具类型的主要结构 选择理想的模具结构在于确定必需的成型设备，理想的型腔数，在绝对可靠的条件下能使模具本身的工作满足该塑料制件的工艺技术和生产经济的要求。对塑料制件的工艺技术要求是要保证塑料制件的几何形状，表面光洁度和尺寸精度。生产经济要求是要使塑料制件的成本低，生产效率高，模具能连续地工作，使用寿命长，节省劳动力。 影响模具结构及模具个别系统的因素很多，很复杂： 型腔布置。根据塑件的几何结构特点、尺寸精度要求、批量大小、模具制造难易、模具成本等确定型腔数量及其排列方式。 对于注射模来说，塑料制件精度为3级和3a级，重量为5克，采用硬化浇注系统，型腔数取4-6个；塑料制件为一般精度（4-5级），成型材料为局部结晶材料，型腔数可取 16-20个；塑料制件重量为12-16克，型腔数取8-12个；而重量为50-100克的塑料制件，型腔数取4-8个。对于无定型的塑料制件建议型腔数为24-48个，16-32个和6-10个。当再继续增加塑料制件重量时，就很少采用多腔模具。7-9级精度的塑料制件，最多型腔数较之指出的4-5 级精度的塑料增多至50%。 确定分型面。分型面的位置要有利于模具加工，排气、脱模及成型操作，塑料制件的表面质量等。 确定浇注系统（主浇道、分浇道及浇口的形状、位置、大小）和排气系统（排气的方法、排气槽位置、大小）。 选择顶出方式（顶杆、顶管、推板、组合式顶出），决定侧凹处理方法、抽芯方式。 决定冷却、加热方式及加热冷却沟槽的形状、位置、加热元件的安装部位。 根据模具材料、强度计算或者经验数据，确定模具零件厚度及外形尺寸，外形结构及所有连接、定位、导向件位置。 确定主要成型零件，结构件的结构形式。 考虑模具各部分的强度，计算成型零件工作尺寸。 以上这些问题如果解决了，模具的结构形式自然就解决了。这时，就应该着手绘制模具结构草图，为正式绘图作好准备。 绘制模具图 要求按照国家制图标准绘制，但是也要求结合本厂标准和国家未规定的工厂习惯画法。 在画模具总装图之前，应绘制工序图，并要符合制件图和工艺资料的要求。由下道工序保证的尺寸，应在图上标写注明工艺尺寸字样。如果成型后除了修理毛刺之外，再不进行其他机械加工，那么工序图就与制件图完全相同。 在工序图下面最好标出制件编号、名称、材料、材料收缩率、绘图比例等。通常就把工序图画在模具总装图上。 、绘制总装结构图 绘制总装图尽量采用1：1的比例，先由型腔开始绘制，主视图与其它视图同时画出。 模具总装图应包括以下内容： 模具成型部分结构 浇注系统、排气系统的结构形式。 分型面及分模取件方式。 外形结构及所有连接件，定位、导向件的位置。 标注型腔高度尺寸（不强求，根据需要）及模具总体尺寸。 辅助工具（取件卸模工具，校正工具等）。 按顺序将全部零件序号编出，并且填写明细表。 标注技术要求和使用说明。 、模具总装图的技术要求内容： 对于模具某些系统的性能要求。例如对顶出系统、滑块抽芯结构的装配要求。 对模具装配工艺的要求。例如模具装配后分型面的贴合面的贴合间隙应不大于0.05mm模具上、 下面的平行度要求，并指出由装配决定的尺寸和对该尺寸的要求。 模具使用，装拆方法。 防氧化处理、模具编号、刻字、标记、油封、保管等要求。 有关试模及检验方面的要求。 、绘制全部零件图 由模具总装图拆画零件图的顺序应为：先内后外，先复杂后简单，先成型零件，后结构零件。 图形要求：一定要按比例画，允许放大或缩小。视图选择合理，投影正确，布置得当。为了使加工专利号易看懂、便于装配，图形尽可能与总装图一致，图形要清晰。 标注尺寸要求统一、集中、有序、完整。标注尺寸的顺序为：先标主要零件尺寸和出模斜度，再标注配合尺寸，然后标注全部尺寸。在非主要零件图上先标注配合尺寸，后标注全部尺寸。 表面粗糙度。把应用最多的一种粗糙度标于图纸右上角，如标注其余3.2。 其它粗糙度符号在零件各表面分别标出。 其它内容，例如零件名称、模具图号、材料牌号、热处理和硬度要求，表面处理、图形比例、自由尺寸的加工精度、技术说明等都要正确填写。 、校对、审图、描图、送晒 自我校对的内容是： 模具及其零件与塑件图纸的关系，模具及模具零件的材质、硬度、尺寸精度，结构等是否符合塑件图纸的要求。 塑料制件方面 塑料料流的流动、缩孔、熔接痕、裂口，脱模斜度等是否影响塑料制件的使用性能、尺寸精度、表面质量等方面的要求。图案设计有无不足，加工是否简单，成型材料的收缩率选用是否正确。 成型设备方面 注射量、注射压力、锁模力够不够，模具的安装、塑料制件的南芯、脱模有无问题，注射机的喷嘴与哓口套是否正确地接触。 模具结构方面 a.分型面位置及精加工精度是否满足需要，会不会发生溢料，开模后是否能保证塑料制件留在有顶出装置的模具一边。 b.脱模方式是否正确，推广杆、推管的大小、位置、数量是否合适，推板会不会被型芯卡住，会不会造成擦伤成型零件。 c.模具温度调节方面。加热器的功率、数量；冷却介质的流动线路位置、大小、数量是否合适。 d.处理塑料制件制侧凹的方法，脱侧凹的机构是否恰当，例如斜导柱抽芯机构中的滑块与推杆是否相互干扰。 e.浇注、排气系统的位置，大小是否恰当。 f.设计图纸 g.装配图上各模具零件安置部位是否恰当，表示得是否清楚，有无遗漏 h.零件图上的零件编号、名称，制作数量、零件内制还是外购的，是标准件还是非标准件，零件配合处理精度、成型塑料制件高精度尺寸处的修正加工及余量，模具零件的材料、热处理、表面处理、表面精加工程度是否标记、叙述清楚。 零件主要零件、成型零件工作尺寸及配合尺寸。尺寸数字应正确无误，不要使生产者换算。 检查全部零件图及总装图的视图位置，投影是否正确，画法是否符合制图国标，有无遗漏尺寸。 校核加工性能：（所有零件的几何结构、视图画法、尺寸标等是否有利于加工） 复算辅助工具的主要工作尺寸 专业校对原则上按设计者自我校对项目进行；但是要侧重于结构原理、工艺性能及操作安全方面。描图时要先消化图形，按国标要求描绘，填写全部尺寸及技术要求。描后自校并且签字。把描好的底图交设计者校对签字，习惯做法是由工具制造单位有关技术人员审查，会签、检查制造工艺性，然后才可送晒。 编写制造工艺卡片 由工具制造单位技术人员编写制造工艺卡片，并且为加工制造做好准备。在模具零件的制造过程中要加强检验，把检验的重点放在尺寸精度上。模具组装完成后，由检验员根据模具检验表进行检验，主要的是检验模具零件的性能情况是否良好，只有这样才能俚语模具的制造质量。 试模及修模 虽然是在选定成型材料、成型设备时，在预想的工艺条件下进行模具设计，但是人们的认识往往是不完善的，因此必须在模具加工完成以后，进行试模试验，看成型的制件质量如何。发现总是以后，进行排除错误性的修模。 塑件出现不良现象的种类居多，原因也很复杂，有模具方面的原因，也有工艺条件方面的原因，二者往往交只在一起。在修模前，应当根据塑件出现的不良现象的实际情况，进行细致地分析研究，找出造成塑件缺陷的原因后提出补救方法。因为成型条件容易改变，所以一般的做法是先变更成型条件，当变更成型条件不能解决问题时，才考虑修理模具。 修理模具更应慎重，没有十分把握不可轻举妄动。其原因是一旦变更了模具条件，就不能再作大的改造和恢复原状。 六、整理资料进行归档 模具经试验后，若暂不使用，则应该完全擦除脱模渣滓、灰尘、油污等，涂上黄油或其他防锈油或防锈剂，关到保管场所保管。 把设计模具开始到模具加工成功，检验合格为止，在此期间所产生的技术资料，例如任务书、制件图、技术说明书、模具总装图、模具零件图、底图、模具设计说明书、检验记录表、试模修模记录等，按规定加以系统整理、装订、编号进行归档。这样做似乎很麻烦，但是对以后修理模具，设计新的模具都是很有用处的2制件的设计工程塑料制品大部分是用注射成型方法加工而成的，制件的设计必须在满足使用要求和符合塑料本身的特性前提下，尽可能简化结构和模具、节省材料、便于成型。制件设计中应分别考虑如下因素：一、制件的形状应尽量简单、便于成型。在保证使用要求前提下，力求简单、便于脱模，尽量避免或减少抽芯机构，如采用下图例中(b)的结构，不仅可大大简化模具结构，便于成型，且能提高生产效率。二、制件的壁厚确定应合理。 塑料制件的壁厚取决于塑件的使用要求，太薄会造成制品的强度和刚度不足，受力后容易产生翘曲变形 ，成型时流动阻力大 ，大型复杂的制品就难以充满型腔。反之，壁厚过大，不但浪费材料，而且加长成型周期，降低生产率，还容易产生气泡、缩孔、翘曲等疵病。因此制件设计时确定制件壁厚应注意以下几点：1.在满足使用要求的前提下，尽量减小壁厚；2.制件的各部位壁厚尽量均匀，以减小内应力和变形；3.承受紧固力部位必须保证压缩强度；4.避免过厚部位产生缩孔和凹陷；5.成型顶出时能承受冲击力的冲击。国外的一些常用塑料的推荐壁厚如下表：材料壁厚(mm)PA、POM0.45-3.2PC、PSV0.95-4.5ABS0.8-3.2三、必须设置必要的脱模斜度为确保制件成型时能顺利脱模，设计时必须在脱模方向设置脱模斜度，其大小与塑料性能、制件的收缩率和几何形状有关，对于工程塑料的结构件来说，一般应在保证顺利脱模的前提下，尽量减小脱模斜度。下表为根据不同材料而推荐的脱模斜度：材料脱模斜度PA、POM、ABS 40-1030PC、PSV50-2PE、PP30-1热固性塑料20-1具体确定脱模斜度时应考虑以下几点：1对于收缩率大的塑料制件应选用较大的脱模斜度；2对于大尺寸制件或尺寸精度要求高的制件应采用较小的脱模斜度；3制件壁厚较厚时，成型收缩增大，因此脱模斜度应取大；4对于增强塑料脱模斜度宜取大；5含自润滑剂等易脱模塑料可取小；6一般情况下脱模斜度不包括在制件公差范围内。四强度和刚度不足可考虑设计加强筋为满足制件的使用所需的强度和刚度单用增加壁厚的办法，往往是不合理的，不仅大幅增加了制件的重量，而且易产生缩孔、凹痕等疵病，在制件设计时应考虑设置加强筋，这样能满意地解决这些问题，它能提高制件的强度、防止和避免塑料的变形和翘曲。设置加强筋的方向应与料流方向尽量保持一致，以防止充模时料流受到搅乱，降低制件的韧性或影响制件外观质量。五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。圆角具有以下特点：1、 圆角可避免应力集中，提高制件强度 在制件的转角处易产生应力集中，在受力或受冲击、振动时会发生破裂，尤其像常用的工程塑料聚碳酸酯，如果成型条件不当或制件结构不合理，则会产生很大的内应力，特别容易产生应力开裂。实验数据证明，当圆角半径小于制件壁厚0.3倍/时应力集中急剧增大， 当大于壁厚0.8倍/时，应力集中明显变小。2、 圆角可有利于充模和脱模对于一些流动性差的塑料或加入填料的塑料，制件设计圆角尤为重要，不仅可改善充模性能，而且可提高制品使用性能。3、 圆角有利于模具制造，提高模具强度制件上设计了圆角，模具的对应部位也呈圆角，这就增加了模具的坚固性，模具在淬火或使用时不致因应力集中而开裂，因而也增加了模具的强度。六应根据制件的使用要求和塑料材料的特性合理确定制件的尺寸公差。影响塑料制件尺寸精度的因素很多而且十分复杂，归纳起来主要有以下几方面： 1、塑料原料本身的特性，一般结晶型和半结晶型的塑料的收缩率比无定型的大，范围也宽，因此制件尺寸精度也就有差异。 2、成型工艺条件如料温、模温、注射压力、保压压力、塑化背压、注射速度、成型周期等都会影响成型收缩率的大小和波动范围。3、模具的结构如分型面选择、浇注系统的设计、排气、模具的冷却和加热等以及模具的刚度等都会影响制件尺寸精度。4、模具在使用过程中的磨损和模具导向部件的磨损也会直接影响制件的尺寸精度。因此在制件设计中正确合理确定尺寸公差是非常重要的。对于工程塑料制件、尤其是以塑代钢的制件，设计者往往简单地套用机械零件的尺寸公差，这是很不合理的，许多工业化国家都根据塑料特性制定了塑料制件尺寸公差。我国也于1993年发布了GB/T1448693 工程塑料模塑塑料件尺寸公差，设计者可根据所用的塑料原料和制件使用要求，根据标准中的规定确定制件的尺寸公差。七工程塑料的制件设计除了要注意上述各点外，还应注意各种孔、侧凹（凸）、螺纹和嵌件的设计，这里不再一一详述，如有需要了解，可参阅有关专业书利，也欢迎与我们交流讨论。3.材料的选择塑料也像金属一样，种类繁多，虽然已工业化的主要类别只有五十多种，但每类又有许多品级。如尼龙塑料则包括尼龙3、尼龙4、尼龙6、尼龙46、尼龙66、尼龙7、尼龙8、尼龙9、尼龙610、尼龙1010、尼龙11、尼龙12、尼龙13、尼龙612，尼龙9T，尼龙13，MC尼龙，尼龙MXD6 尼龙等品种。每一品种还可以通过改性，例如加入填料或增强材料和其它辅助材料，或通过共混制成合金；或通过加工工艺如定向拉伸、结晶、发泡等来获得新的性能，以满足使用要求。 塑料的品种既然是如此繁多，它们的性能又具可变性，因此，塑料应用的选材常常要从塑料中许多性能的综合平衡来考虑(包括工艺与成本)，而且某些性能数据如磨损性、冲击性尚不能完全预测其使用性，有时又缺乏准确可靠的设计公式，因此，大多数塑料的选材过程是比较复杂的。为了能选择出性能和加工工艺均符合使用要求的、又尽量能恰如其分地量材使用的品种就要求采用系统、综合的分析方法来选材。 一个完整的设计过程，应从构思、草图开始。选材在设计过程中是个关键步骤，对于指定部件的选材，最主要的是考虑部件的功能和决定部件功能的有关材料性能，同时还要考虑诸如部件的特点和禁忌、使用时的外界条件、临界条件、使用寿命和使用方式、维修方法、制品尺寸和尺寸精度、成型加工工艺、生产数量、生产速度、成本、原料来源和经济效益等等。这些因素包括两方面，一方面是使用环境介质和环境条件，如构件承受的负荷和自重，冲击和振动等机械作用的影响；接触的气体、液体、固体及化学药品；曝露的大气环境 (气温、湿度、降雨、阳光、冰雪以及有害气体等)的影响；贮存环境条件和长期贮存的的影响；此外，除静态破坏影响外，还要考虑摩擦升温、蠕变、成型收缩等引起的变形、应力松弛以及反复应变而引起的疲劳，高应变率引起的力学性能变化等等。另一方面是搬运、勤务处理或操作时，制品可能遭到外力作用，甚至是意外的外力作用的影响。充分考虑这些因素才能明确所要求的综合性能。 了解生产数量是为了从经济上考虑恰当的成型加工方法。比如所需数量是几个至几十个，就不必要制造模具，可直接用板材或棒材加工；需要数量是几百个左右时，可酌情采用简易模具或树脂-金属模、低熔点合金模等；当需要量更多时则应采用正规的模具成型。比如，设计的部件要急于使用，则考虑材料货源是主要的；如要设计宇航零件，则性能因素是最重要的；如设计通用产品，则应综合考虑性能和成本。下面列举一个典型的选材程序： (1)零部件的构思：进行初步的功能设计，即部件的形状及其功能元件的形状，并考虑选择基本加工方法。 (2)选材：根据在应力下与使用性能相关的塑料的工程性能和加工性来筛选候选材料，这些应力是部件工作时施加在制品上的。 (3)初步分析设计：利用工程设计性能计算壁厚和零件的其它尺寸。并根据塑料的特点进行制品设计和模具设计。 (4)试制样品：在部件实际使用条件下或模拟零部件的使用条件下进行考验、考核。 (5)重新设计和重新试验：当发现性能不能满足使用要求时，要重新筛选材料或重新设计并试验。 (6)根据试制样品的试验情况和加工零部件的成本，确定最终设计和选材。 (7)确定材料的技术规格和检验方法。 有时上列步骤可以缩短，尤其是在零部件要求简单，或新零件与旧零件的差别很小的时候。然而，有时选材步骤更为复杂，特别是在开发新应用时，或在塑料所承受的应力很复杂的情况下，系统、综合的分析法不仅是可靠的成功办法，而且是节省开发费用的途径。二、塑料一般选材设计者绘出零件图后，要对零部件列出使用条件和重要选材因素、然后合理地选材。括以下三个步骤： (1)跟据应用目的，列出部件的全部功能要求(并不是材料的性能)，并尽可能定量化。例如： 在额定的连续载荷下允许的最大变形量； 使用和运输过程中所受的应力种类和大小；是否长期受力，是动态或是静态应力； 最高工作温度； 在工作温度下允许的尺寸变化； 零部件允许的尺寸公差； 零部件的使用性能要求； 部件是否要求着色、粘接、电镀等； 要求贮存期多长，是否在户外使用； 有无耐燃性要求，等等。 (2)根据部件的功能要求，考虑使用性能数值(工程性能)和设计数据，提出目标材料(部件材料)的性能数值，并通过这些性能要求来选定材料，即使这些性能估计是粗略的，也会大大方便候选材料的筛选，为最终材料的选定提供有益的依据。 选择恰当材料性能是很关键而又复杂的，因为零部件的某一功能常常包含几种性能，例如在尺寸稳定性的要求中除尺寸精度外，还要考虑线胀系数、模塑收缩率、吸水性、蠕变性等等。零件的强度和刚度，除了从材料性能上考虑以外，还要从制品结构设计上(如厚度和加强筋等)加以考虑。材料的成型工艺性、耐久性、经济性等也都是选材时应考虑的因素。有时候，某些使用要求不一定能明确对材料性能的定量要求，如电镀性往往要通过实际试验或已有的经验来筛选。又如塑料炮弹弹带，要求材料经受高速冲击、压缩、扭拧、剪切等复杂的外力作用和高速高温高压气流的影响，很难直接提出材料的定量性能要求，因此，除了通过力学计算外，还可通过模拟试验和探索试验来推算受力情况，提出粗略的性能要求。 (3)最后通过部件工程性能要求与材料性能的比较来确定候选材料。 选择塑料时应注意下面几个问题： 必须对选用塑料的性能有较全面的了解，然后根据使用条件去考虑配方、工艺和制品设计等。 塑料一般导热性低，选用和设计时要充分注意。 塑料的线胀系数一般比金属大，有的易吸水，因此尺寸变化较大，选用和设计时要考虑恰当的配合间隙和公差范围。 有的塑料有应力开裂的倾向，选用和设计时要尽量减少应力，制品设计要避免应力集中，或作适当的后处理，并要严格控制加工工艺。 有的塑料有蠕变和后收缩或变形的倾向，选用和设计时应充分注意。 各种塑料有-一定的使用强度范围和允许接触的介质以及能承受的压力和速度极限，选用和设计时应该考虑。三、塑料选材的途径着手选材，可以先进行初选，然后综合评价后进行试验。初选可通过两个途径，一是根据制品用途选材；二是根据制品要求性能选材（利用材料性能表和性能等级分类等）；同时还要考虑经济成本和安全卫生等因素。 下面就以一些已工业化的塑料为对象，列举几种简易的选材方法。 1、根据用途选材 用途主要是指制品应用域的归类，此外还包括制品的使用环境、受力类型和作用方式、使用对象等等要素。 (1)使用环境 所谓使用环境是指材料或制品使用时经受周围环境的温度、湿度、介质等，特别是温度和湿度的条件。根据用途的不同，温度条件可由南北极的低温到赤道或沙漠地区的炎热气温，或者是宇航环境的高低温，甚至在火灾时的高温等；湿度条件从在水中长期或间歇浸泡与露天雨淋到冬天的干燥状态(30RH)；有的制品是在特殊气体中使用或者用于接触化学液体或溶液的场合；此外，自然曝露状态下除了风、雨、雾等影响外还受太阳光的曝晒等等。因此，必须考虑待用塑料对使用环境的适应能力。 (2)制品的受力类型和作用方式 根据制品的受力类型和受力状态及其对材料产生的应变来筛选能满足使用要求的材料是很必要的。也就是说，要考虑上述各种环境下的外力作用是拉伸、压缩、弯曲、扭曲、剪切、冲击或摩擦，或是几种力的组合作用。此外，还要考虑外力的作用方式是快速的 (短暂)或是恒应力或恒应变的，是反复应力还是渐增应力等等。 用于冲击负荷场合的制品，应选择冲击强度高的；用于恒定应力的场合而且必须防止变形时，应选择蠕变小的材料；用于反应力作用的场合应选择疲劳强度比较高的材料； (3)使用对象 使用对象是指使用塑料制品的国别、地区、民族和具体使用者的范围。例如。国家不同，其标准规格也不同。如美国的电气部件用的塑料，为保证其对热和电气的安全性，要求必须符合UL规格。另外，对色彩和图案及形状的要求也会因国家、民族的习惯和爱好而不同，应选择合适的色彩和形状。使用者不同，如儿童、老年、妇女用品也各有不同的要求在工业上使用也要考虑使用对象，而选择不同的材料。 (4)按用途进行分类。 按用途分类的方法有多种，有的按应用领域分类。如汽车运输工业用的，家用电气设备用的，机械工业用的，建筑材料用的，宇航和航空用的等等；有的，按应用功能分类。如结构材料(外壳、容器等)，低摩擦擦材料(轴承、滑杆、阀衬等)，受力机械零件材料。耐热、耐腐蚀材料(化工设备、耐热设备和火箭导弹用材料)，电绝缘材料(电气结构制品)、透光材料。表中列出一些机械部件采用工程盟栀料的情况。当有几种材料同属一类用途时，应根据其使用特点和材料性能进一步比较和筛选。最好选择2-3种进行试验比较。比如说外壳这类用途就包括动态外壳，静态外壳，绝缘外壳等，因此要求使用不同特性的塑料。动态外壳是经常受到剧烈震动或轻微撞击的容器，要求材料除有刚性和尺寸稳定性外，还要有较好的冲击强度。在室内应用时可采用ABS塑料，在户外使用的应考虑耐老化性能好的材料。如AAS(丙烯睛-丙烯酸酯-苯乙烯共聚物)或MAAS，或用酚醛、环氧或聚的玻璃钢等。静态外壳是用在不活动或少活动的部位，如仪表壳、收音机和电视机外壳等。要求形状和尺寸稳定、美观，一般可采用高冲击强度聚苯乙烯、ABS、聚丙烯等；如要求透明则可采用乙酸丁酸纤维素、聚甲基丙烯酸酯或聚碳酸酯。至于绝缘外壳，除要求绝缘外，有的还要求有高的机械强度和冲击强度，如电动机罩、电动机械外壳等，则可采用玻璃纤维增强聚碳酸酯，玻璃纤维增强聚对苯二甲酸丁二酯(PBTP)或热固性树脂的玻璃钢等。4、配色着色_定义：一。配色就是在红、黄、蓝三种基本颜色基础上，配出令人喜爱、符合色卡色差要求、经济并在加工、使用中不变色的色彩。另外塑料着色还可赋予塑料多种功能，如提高塑料耐光性和耐候性；赋予塑料某些特殊功能，如导电性、抗静电性；不同彩色农地膜具有除草或避虫、育秧等作用。即通过配色着色还可达到某种应用上的要求。 二、着色剂： 着色剂主要分颜料和染料两种。颜料是不能溶于普通溶剂的着色剂，故要获得理想的着色性能，需要用机械方法将颜料均匀分散于塑料中。按结构可分为有机颜料和无机颜料。无机颜料热稳定性、光稳定性优良，价格低，但着色力相对差，相对密度大；有机颜料着色力高、色泽鲜艳、色谱齐全、相对密度小，缺点为耐热性、耐候性和遮盖力方面不如无机颜料。染料是可用于大多数溶剂和被染色塑料的有机化合物、优点为密度小、着色力高、透明度好，但其一般分子结构小，着色时易发生迁移。 白色颜料主要有钛白粉、氧化锌、锌钡白三种。钛白粉分金红石型和锐钛型两种结构，金红石型钛白粉折射率高、遮盖力高、稳定、耐候性好。 炭黑是常用黑色颜料，价格便宜，另外还具有对塑料的紫外线保护（抗老化）作用和导电作用，不同生产工艺可以得到粒径范围极广的各种不同炭黑，性质差别也很大。炭黑按用途分有色素炭黑和橡胶补强用炭黑，色素炭黑按其着色能力又分为高色素炭黑、中色素炭黑和低色素炭黑。炭黑粒子易发生聚集，要提高炭黑的着色力，要解决炭黑的分散性。 珠光颜料又叫云母钛珠光颜料，是一种二氧化钛涂覆的云母晶片。根据色相不同，可分为银白类珠光颜料、彩虹类珠光颜料、彩色类珠光颜料三类。 购买颜料，必须了解颜料的染料索引（C.I），C.I是由英国染色家协会和美国纺织化学家和染色家协会合编出版的国际性染料、颜料品种汇编，每一种颜料按应用和化学结构类别有两个编号，避免采购时因对相同分子结构、不同叫法的颜料发生误解，也有利于使用时管理和查找原因。 三、配色着色工艺： 配色着色可采用色粉直接加入树脂法和色母粒法。 色粉与塑料树脂直接混合后，送入下一步制品成型工艺，工序短，成本低，但工作环境差，着色力差，着色均匀性和质量稳定性差。 色母粒法是着色剂和载体树脂、分散剂、其他助剂配制成一定浓度着色剂的粒料，制品成型时根据着色要求，加入一定量色母粒，使制品含有要求的着色剂量，达到着色要求。 色母粒可以按欲着色树脂分类，如ABS色母粒，PC色母粒，PP色母粒等；也可按着色树脂加工艺分类，有注塑、吹膜、挤出级三大类母粒。色母粒由于对颜料先进行预处理，有较高的着色力，用量可降低且质量稳定，运输、贮存、使用方便、环境污染大为降低。 分散剂通过对颜料的润湿、渗透来排除表面空气，将凝聚体、团聚体分散成细微、稳定和均匀的颗粒，并在加工过程中不再凝聚，常用分散剂为低分子量聚乙烯蜡，对于较难分散的有机颜料和炭黑采用EVA蜡或氧化聚乙烯蜡，合成低分子量聚乙烯蜡和聚乙烯裂解法制的低分子量聚乙烯蜡有很大差别。其他助剂有偶联剂、抗氧剂、光稳定剂、抗静电剂、填料等，视要求和品种而定加入量，称为多功能母粒，再如加入光亮剂，有利于模塑制品脱模和提高制品表面光亮度。 色母粒的性能指标有色差、白度、黄度、黄变度、热稳定性、氧指数、熔体流动速率等，当然颜料的细度、迁移性、耐化学性、毒性也与色母粒性能有关，有些指标在专门用途中十分重要，如纤维级母粒的压滤值（DF值）细度。 四、配色管理和仪器 配色管理的硬件有测色计及处理测得数据的计算机。测色计可分为分光光度计和色差计两种，代替人眼测定色彩，去除人为因素对测定结果的影响。 分光光度计用来测定各波长对完全漫反射面的反射系数，不能直接求得色度值或色差，但通过其对数据处理便可评价色度值及其他各种数值。分光光度计可分为采用衍射光栅分光和采用干涉滤光片分光两种类型。先进的带内装微处理器的分光光度计，具有0%、100% 的自动校正及倍率增加等功能，从而提高了精度。 色差计是一种简单的测试仪器，即制作一块具有与人眼感色灵敏度相等的分光特性的滤光片，用它对样板进行测光，关键是设计一种具有感光器分光灵敏度特性并能在某种光源下测定色差值的滤光片，色差计体积小、操作简便，较适宜对分光特性变化小的同一种产品作批量管理，带有小型微机的色差计，容易用标准样板进行校正和输出多个色差值。 配色管理软件有分光反向率曲线、色差公式、条件等色表示法、遮盖力表示法和雾度表示法。分光反射率曲线用于选择着色剂时的分析，不能用来判断颜色的一致度。色差值是色彩管理中最重要的指标之一，但不同的色差公式求得的色差各不相同，因此必须注明所用色度体系或色差公式。 五、电脑配色： 利用计算机进行调色配方及其管理已成功地用于塑料配色调色。 电脑配色仪具有下列功能： (1)配色 根据要求建立常用颜（染）料数据库（制备基础色板并输入）。然后在软件菜单下把来料色板输入电脑，在键盘中点出数个候选颜料，立刻计算出一系列配方，并分别按色差和价格排序列出，供配色选择； (2)配方修正 修正电脑列出配方、其他来源配方，色差不合格时利用显示器显示的不一致的反射曲线直接通过键盘增减颜料量，直至两条曲线基本重合，得出修正后配方； (3)颜色测量和色差控制 测量着色剂的着色强度、产品的白度、产品颜色牢度、颜色色差。由于电脑能定量表述颜色的性能指标，有利于双方的信息沟通和传递； (4)颜色管理 日常工作中的色样、配方、工艺条件、生产日期和用户等信息均可存入计算机，便于检索、查找和作为修改时的参考，方便、快捷，提高工作效率，且便于保密。 成型工艺热塑性塑料成型 热塑性塑料品种每繁多，即使同一品种也由于树脂分子及附加物配比不同而使其使 用及工艺特性也有所不同。另外，为了改变原有品种的特性，常用共聚、交联等各种化学 方法在原有的树脂结构中导入一定百分比量的其它单体或高分子等，以改变原 有树脂的结构成为具有新的改进物性和加工性的改性产品。例如，ABS即为在聚苯乙烯分子 中导入了丙烯腈、丁二烯等第二和第三单体后成为改性共聚物，可看作称改性聚苯乙烯，具有比 聚苯乙烯优异综合性能，工艺特性。由于热塑性塑料品种多、性能复杂，即使同一类的塑料 也有仅供注塑用和挤出用之分，故本章节主要介绍各种注塑用的热塑性塑料。 1、收缩率 热塑性塑料成型收缩的形式及计算如前所述，影响热塑性塑料成型收缩的因素如下： 1.1塑料品种热塑性塑料成型过程中由于还存在结晶化形起的体积变化，内应力强， 冻结在塑件内的残余应力大，分子取向性强等因素，因此与热固性塑料相比则收缩率较大， 收缩率范围宽、方向性明显，另外成型后的收缩、退火或调湿处理后的收缩率一般也都比热 固性塑料大。 1.2塑件特性成型时熔融料与型腔表面接触外层立即冷却形成低密度的固态外壳。由 于塑料的导热性差，使塑件内层缓慢冷却而形成收缩大的高密度固态层。所以壁厚、冷却 慢、高密度层厚的则收缩大。另外，有无嵌件及嵌件布局、数量都直接影响料流方向，密 度分布及收缩阻力大小等，所以塑件的特性对收缩大小、方向性影响较大。 1.3进料口形式、尺寸、分布这些因素直接影响料流方向、密度分布、保压补缩作 用及成型时间。直接进料口、进料口截面大（尤其截面较厚的）则收缩小但方向性大，进 料口宽及长度短的则方向性小。距进料口近的或与料流方向平行的则收缩大。 1.4成型条件模具温度高，熔融料冷却慢、密度高、收缩大，尤其对结晶料则因结晶 度高，体积变化大，故收缩更大。模温分布与塑件内外冷却及密度均匀性也有关，直接影 响到各部分收缩量大小及方向性。另外，保持压力及时间对收缩也影响较大，压力大、时 间长的则收缩小但方向性大。注塑压力高，熔融料粘度差小，层间剪切应力小，脱模后弹性 回跳大，故收缩也可适量的减小，料温高、收缩大，但方向性小。因此在成型时调整模温、 压力、注塑速度及冷却时间等诸因素也可适当改变塑件收缩情况。 模具设计时根据各种塑料的收缩范围，塑件壁厚、形状，进料口形式尺寸及分布 情况，按经验确定塑件各部位的收缩率，再来计算型腔尺寸。对高精度塑件及难以掌握收 缩率时，一般宜用如下方法设计模具： 对塑件外径取较小收缩率，内径取较大收缩率，以留有试模后修正的余地。 试模确定浇注系统形式、尺寸及成型条件。 要后处理的塑件经后处理确定尺寸变化情况（测量时必须在脱模后24小时以后）。 按实际收缩情况修正模具。 再试模并可适当地改变工艺条件略微修正收缩值以满足塑件要求。 2、流动性 2.1热塑性塑料流动性大小，一般可从分子量大小、熔融指数、阿基米德螺旋线流动长 度、表现粘度及流动比（流程长度/塑件壁厚）等一系列指数进行分析。分子量小，分子量 分布宽，分子结构规整性差，熔融指数高、螺流动长度长、表现粘度小，流动比大的则流 动性就好，对同一品名的塑料必须检查其说明书判断其流动性是否适用于注塑成型。按模 具设计要求大致可将常用塑料的流动性分为三类： 流动性好尼龙、聚乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯、醋酸纤维素、聚（4）甲基戍烯； 流动性中等聚苯乙烯系列树脂（如ABS、AS）、有机玻璃、聚甲醛、聚苯醚； 流动性差聚碳酸酯、硬聚氯乙烯、聚苯醚、聚砜、聚芳砜、氟塑料。 2.2各种塑料的流动性也因各成型因素而变，主要影响的因素有如下几点： 温度料温高则流动性增大，但不同塑料也各有差异，聚苯乙烯（尤其耐冲击 型及MFR值较高的）、聚丙烯、尼龙、有机玻璃、改性聚苯乙烯（如ABS、AS）、聚碳酸酯、醋 酸纤维素等塑料的流动性随温度变化较大。对聚乙烯、聚甲醛、则温度增减对其流动性影响 较小。所以前者在成型时宜调节温度来控制流动性。 压力注塑压力增大则熔融料受剪切作用大，流动性也增大，特别是聚乙烯、聚 甲醛较为敏感，所以成型时宜调节注塑压力来控制流动性。 模具结构浇注系统的形式，尺寸，布置，冷却系统设计，熔融料流动阻力（如 型面光洁度，料道截面厚度，型腔形状，排气系统）等因素都直接影响到熔融料在型腔内的 实际流动性，凡促使熔融料降低温度，增加流动性阻力的则流动性就降低。模具设计时应根据所用塑料的流动性，选用合理的结构。成型时则也可控制料温，模温及注塑压力、注塑速度等因素来适当地调节填充情况以满足成型需要。 3、结晶性 热塑性塑料按其冷凝时无出现结晶现象可划分为结晶型塑料与非结晶型（又称无 定形）塑料两大类。 所谓结晶现象即为塑料由熔融状态到冷凝时，分子由独立移动，完全处于无次序 状态，变成分子停止自由运动，按略微固定的位置，并有一个使分子排列成为正规模型的 倾向的一种现象。 作为判别这两类塑料的外观标准可视塑料的厚壁塑件的透明性而定，一般结晶性 料为不透明或半透明（如聚甲醛等），无定形料为透明（如有机玻璃等）。但也有例外情 况，如聚(4)甲基戍烯为结晶型塑料却有高透明性，ABS为无定形料但却并不透明。 在模具设计及选择注塑机时应注意对结晶型塑料有下列要求及注意事项： 料温上升到成型温度所需的热量多，要用塑化能力大的设备。 冷却回化时放出热量大，要充分冷却。 熔融态与固态的比重差大，成型收缩大，易发生缩孔、气孔。 冷却快，结晶度低，收缩小，透明度高。结晶度与塑件壁厚有关，壁厚则冷却慢， 结晶度高，收缩大，物性好。所以结晶性料应按要求必须控制模温。 各向异性显著，内应力大。脱模后未结晶化的分子有继续结晶化倾向，处于 能量不平衡状态，易发生变形、翘曲。 结晶化温度范围窄，易发生未熔粉末注入模具或堵塞进料口。 4、热敏性塑料及易水解塑料 4.1热敏性系指某些塑料对热较为敏感，在高温下受热时间较长或进料口截面 过小，剪切作用大时，料温增高易发生变色、降解，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、醋酸乙烯共聚物，聚甲醛，聚三氟氯乙烯等。 热敏性塑料在分解时产生单体、气体、固体等副产物，特别是有的分解气体对人体、设备、 模具都有刺激、腐蚀作用或毒性。因此，模具设计、选择注塑机及成型时都应注意，应选 用螺杆式注塑机，浇注系统截面宜大，模具和料筒应镀铬，不得有死角滞料，必须严格控 制成型温度、塑料中加入稳定剂，减弱其热敏性能。 4.2有的塑料（如聚碳酸酯）即使含有少量水分，但在高温、高压下也会发生分解， 这种性能称为易水解性，对此必须预先加热干燥。 5、应力开裂及熔体破裂 5.1有的塑料对应力敏感，成型时易产生内应力并质脆易裂，塑件在外力作用下或 在溶剂作用下即发生开裂现象。为此，除了在原料内加入添加剂提高开抗裂性外，对原料应 注意干燥，合理的选择成型条件，以减少内应力和增加抗裂性。并应选择合理的塑件形状， 不宜设置嵌件等措施来尽量减少应力集中。模具设计时应增大脱模斜度，选用合理的进料口及顶 出机构，成型时应适当的调节料温、模温、注塑压力及冷却时间，尽量避免塑件过于冷脆 时脱模，成型后塑件还宜进行后处理提高抗开裂性，消除内应力并禁止与溶剂接触。 5.2当一定融熔体流动速率的聚合物熔体，在恒温下通过喷嘴孔时其流速超过某值后，熔 体表面发生明显横向裂纹称为熔体破裂，有损塑件外观及物性。故在选用熔体流动速率高的聚 合物等，应增大喷嘴、浇道、进料口截面，减少注塑速度，提高料温。 6、热性能及冷却速度 6.1各种塑料有不同比热、热传导率、热变形温度等热性能。比热高的塑化时需要 热量大，应选用塑化能力大的注塑机。热变形温度高塑料的冷却时间可短，脱模早，但脱模后 要防止冷却变形。热传导率低的塑料冷却速度慢（如离子聚合物等冷却速度极慢），故必须充分冷 却，要加强模具冷却效果。热浇道模具适用于比热低，热传导率高的塑料。比热大、热传 导率低，热变形温度低、冷却速度慢的塑料则不利于高速成型，必须选用适当的注塑机及加 强模具冷却。 6.2各种塑料按其种类特性及塑件形状，要求必须保持适当的冷却速度。所以模具 必须按成型要求设置加热和冷却系统，以保持一定模温。当料温使模温升高时应予冷却， 以防止塑件脱模后变形，缩短成型周期，降低结晶度。当塑料余热不足以使模具保持一定 温度时，则模具应设有加热系统，使模具保持在一定温度，以控制冷却速度，保证流动性， 改善填充条件或用以控制塑件使其缓慢冷却，防止厚壁塑件内外冷却不匀及提高结晶度等。 对流动性好，成型面积大、料温不匀的则按塑件成型情况有时需加热或冷却交替使用或局 部加热与冷却并用。为此模具应设有相应的冷却或加热系统。各种塑料成型时要求的模温 及热性能见表1-4及表1-5。 7、吸湿性 塑料中因有各种添加剂，使其对水分有不同的亲疏程度，所以塑料大致可分为 吸湿、粘附水分及不吸水也不易粘附水分的两种，料中含水量必须控制在允许范围内，不 然在高温、高压下水分变成气体或发生水解作用，使树脂起泡、流动性下降、外观及力学 性能不良。所以吸湿性塑料必须按要求采用适当的加热方法及规范进行预热，在使用时还 需用红外线辐照以防止再吸湿。增强型增强塑料 为了进一步改善热固性及热塑性塑料的力学性能。常在塑料中加入玻璃纤维(简 称玻纤)，滑石粉、云母、碳酸钙、高岭土、碳纤维等作为增强材料，以树脂为母体及粘结剂而组成新型复合材料，称为增强塑料（如环氧树脂为母体树脂 塑料的增强塑料又称为玻璃钢）。 由于塑料混用玻璃纤维的品种、长度、含量等不同，其工艺性及物性也各 不相同。下面主要介绍模塑用的热固性增强塑料及注射用的热塑性增强塑料。 1、热固性增强塑料 热固性增强塑料是由树脂、增强材料、助剂等组成。其中树脂作为母体和粘结剂，它 要求有良好的流动性、适宜的固化速度、副产物少，易调节粘度和良好的相溶性，并需满 足塑件及成型要求。增强材料起骨架作用，其品种规格繁多，但常用玻璃纤维，一般用量为 60%、长度为1520毫米。助剂包括调节粘度的稀释剂（用以改进玻纤与树脂的粘结）、 用以调节树脂-纤维界面状态的玻纤表面处理剂、用以改进流动性，降低收缩，提高光泽 度及耐磨性等用的填料和着色剂等。由于选用的树脂，玻纤的品种规格（长度、直径， 无碱或含碱，支数，股数，加捻或无捻），表面处理剂，玻纤与树脂混制工艺（预混法或 预浸法，塑料配比等不同则其性能也各不相同。 1.1加工特性 流动性增强料的流动性比一般压塑料差，流动性过大时易产生树脂流失与玻