高分子材料的成型与模具设计

1/1高分子材料的成型与模具设计第一部分聚合物的分类及成型方法 2第二部分热塑性塑料成型工艺 3第三部分热固性塑料成型工艺 6第四部分模具材料及设计原则 9第五部分冷却系统设计 11第六部分排气系统设计 14第七部分模具的强度及刚度计算 16第八部分模具的加工工艺 18

第一部分聚合物的分类及成型方法关键词关键要点【聚合物的分类】：

1.按聚合物主链中原子的类型，可分为碳链聚合物和非碳链聚合物。碳链聚合物又可分为均聚物、共聚物、嵌段共聚物和接枝共聚物。非碳链聚合物包括硅聚合物、硼聚合物、氮聚合物、磷聚合物、氧聚合物、硫聚合物等。

2.按聚合物的分子量大小，可分为低聚物、中聚物和高聚物。低聚物是指分子量在1000以下的聚合物；中聚物是指分子量在1000-10000的聚合物；高聚物是指分子量在10000以上的聚合物。

3.按聚合物的物理状态，可分为热塑性聚合物和热固性聚合物。热塑性聚合物是指在加热时能够软化熔融，冷却时又能重新固化的聚合物，如聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯等。热固性聚合物是指在加热时能够固化而不能熔融的聚合物，如酚醛树脂、环氧树脂、聚酯树脂等。

【聚合物的成型方法】：

聚合物的分类

聚合物的分类有多种方法，按其化学结构可分为以下几类：

-热塑性聚合体：这种聚合体在加热时会熔融，在冷却时会变硬。常见的热塑性聚合体有聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚氨酯等。

-热固性聚合体：这种聚合体在加热时会发生交联反应，形成三维网络结构，不能熔融。常见的热固性聚合体有环氧树脂、酚醛树脂、聚氨酯等。

-弹性聚合体：这种聚合体具有较高的弹性，在拉伸或压缩后能恢复原状。常见的弹性聚合体有天然caoutchouc、丁二烯-苯乙烯共聚物、聚氨酯等。

聚合物的成型方法

聚合物的成型方法有很多种，主要有以下几类：

-注塑成型：这种成型方法适用于热塑性聚合体。它是将熔融的聚合体注入模具中，冷却后得到制品。注塑成型是目前最常用的聚合物流动成型方法之一。

-挤出成型：这种成型方法适用于热塑性聚合体。它是将熔融的聚合体通过模具挤出，得到制品。挤出成型常用于生产管材、棒材、板材、薄膜等。

-吹塑成型：这种成型方法适用于热塑性聚合体。它是将熔融的聚合体吹入模具中，冷却后得到制品。吹塑成型常用于生产瓶子、玩具、汽车保险杠等。

-热压成型：这种成型方法适用于热固性聚合体。它是将聚合体原料加热加压，使其发生交联反应，得到制品。热压成型常用于生产电器部件、汽车部件等。

-手糊成型：这种成型方法适用于热固性聚合体。它是将聚合体原料涂敷在模具上，加热加压，使其发生交联反应，得到制品。手糊成型常用于生产飞机部件、船舶部件等。第二部分热塑性塑料成型工艺关键词关键要点【注射成型】：

1.利用注射机将熔融塑料注入模具型腔内，冷却固化后得到制品。

2.具有生产效率高，制品尺寸精度高，表面质量好等优点。

3.适用于形状复杂、壁厚较薄、精度要求高的塑料制品，如电子元件外壳、汽车保险杠等。

【挤出成型】：

热塑性塑料成型工艺

热塑性塑料成型工艺是将热塑性塑料加热塑化成熔融状态，再通过模具成型得到最终产品的过程。热塑性塑料成型工艺有很多种，包括注塑成型、挤出成型、吹塑成型、热成型等。

#1.注塑成型

注塑成型是一种广泛应用的热塑性塑料成型工艺。注塑成型工艺的原理是将热塑性塑料加热熔融，然后通过注射机将熔融塑料注入模具中，在模具中冷却固化成型。注塑成型工艺可以生产出各种形状复杂、精度高的塑料制品。

注塑成型工艺的步骤如下：

1.预热塑料：将热塑性塑料加热到熔融状态，通常使用加热筒或加热板来加热塑料。

2.注射熔融塑料：将熔融塑料通过注射机注入模具中，注射机可以是活塞式注射机或螺杆式注射机。

3.冷却固化：熔融塑料在模具中冷却固化，通常使用水或油来冷却模具。

4.脱模：当塑料制品冷却固化后，将其从模具中取出。

#2.挤出成型

挤出成型是一种将热塑性塑料熔融并通过模具挤出成型的工艺。挤出成型工艺可以生产出各种形状的塑料制品，如管道、棒材、板材、薄膜等。

挤出成型工艺的步骤如下：

1.预热塑料：将热塑性塑料加热到熔融状态，通常使用加热筒或加热板来加热塑料。

2.熔融塑料：将熔融塑料通过挤出机挤出，挤出机可以是单螺杆挤出机或双螺杆挤出机。

3.成型：熔融塑料通过模具挤出成型，模具可以是各种形状的。

4.冷却固化：熔融塑料在模具中冷却固化，通常使用水或油来冷却模具。

5.切断：将成型的塑料制品切断成所需的长度。

#3.吹塑成型

吹塑成型是一种将热塑性塑料熔融并通过模具吹塑成型的工艺。吹塑成型工艺可以生产出各种形状的塑料制品，如瓶子、桶、罐等。

吹塑成型工艺的步骤如下：

1.预热塑料：将热塑性塑料加热到熔融状态，通常使用加热筒或加热板来加热塑料。

2.熔融塑料：将熔融塑料通过吹塑机挤出，吹塑机可以是单螺杆吹塑机或双螺杆吹塑机。

3.吹塑成型：熔融塑料通过模具吹塑成型，模具可以是各种形状的。

4.冷却固化：熔融塑料在模具中冷却固化，通常使用水或油来冷却模具。

5.脱模：当塑料制品冷却固化后，将其从模具中取出。

#4.热成型

热成型是一种将热塑性塑料加热并通过模具成型的工艺。热成型工艺可以生产出各种形状的塑料制品，如托盘、杯子、碗等。

热成型工艺的步骤如下：

1.预热塑料：将热塑性塑料加热到熔融状态，通常使用加热筒或加热板来加热塑料。

2.成型：将熔融塑料放置在模具上，通过模具的压力将熔融塑料压成型。

3.冷却固化：熔融塑料在模具中冷却固化，通常使用水或油来冷却模具。

4.脱模：当塑料制品冷却固化后，将其从模具中取出。第三部分热固性塑料成型工艺关键词关键要点【热固性塑料成型工艺】：

1.热固性塑料成型工艺的基本原理：热固性塑料在受热后交联固化，形成不可熔化的固体，无法再次熔融。热固性塑料的成型工艺主要包括：模压成型、传递模塑、注射成型、挤出成型等。

2.热固性塑料成型工艺的特点：热固性塑料成型工艺具有较高的尺寸精度，良好的表面质量，较高的刚性和强度，但成型周期长，能耗高等特点。

3.热固性塑料成型工艺的应用：热固性塑料成型工艺广泛应用于汽车、电子、电器、建筑、航空航天等领域。

【热固性塑料成型工艺的优缺点】：

#热固性塑料成型工艺

1.模压成型

模压成型是将热固性塑料粉料或预浸料放入模具型腔内，在加热加压下使之流动并固化成型的工艺。模压成型主要用于生产形状简单、精度要求不高的热固性塑料制品，如电器开关、插座、手柄等。

模压成型的工艺过程如下：

1.将热固性塑料粉料或预浸料放入模具型腔内。

2.加热模具，使热固性塑料受热软化。

3.加压模具，使热固性塑料流动并充满型腔。

4.保持压力和温度，使热固性塑料固化。

5.冷却模具，取出制品。

2.注射成型

注射成型是将热固性塑料熔体或预浸料注入模具型腔内，在加热加压下使之流动并固化成型的工艺。注射成型主要用于生产形状复杂、精度要求高的热固性塑料制品，如汽车保险杠、仪表盘等。

注射成型的工艺过程如下：

1.将热固性塑料熔体或预浸料注入模具型腔内。

2.加热模具，使热固性塑料受热软化。

3.加压模具，使热固性塑料流动并充满型腔。

4.保持压力和温度，使热固性塑料固化。

5.冷却模具，取出制品。

3.压铸成型

压铸成型是将热固性塑料熔体注入模具型腔内，在高压下使之流动并固化成型的工艺。压铸成型主要用于生产形状复杂、精度要求高的热固性塑料制品，如电子元件、电器开关等。

压铸成型的工艺过程如下：

1.将热固性塑料熔体注入模具型腔内。

2.加压模具，使热固性塑料流动并充满型腔。

3.保持压力和温度，使热固性塑料固化。

4.冷却模具，取出制品。

4.传递模塑成型

传递模塑成型是将热固性塑料熔体或预浸料放入传递模具型腔内，在加热加压下使之流动并固化成型的工艺。传递模塑成型主要用于生产形状复杂、精度要求高的热固性塑料制品，如汽车保险杠、仪表盘等。

传递模塑成型的工艺过程如下：

1.将热固性塑料熔体或预浸料放入传递模具型腔内。

2.加热模具，使热固性塑料受热软化。

3.加压模具，使热固性塑料流动并充满型腔。

4.保持压力和温度，使热固性塑料固化。

5.冷却模具，取出制品。

5.热固性塑料成型工艺的优缺点

热固性塑料成型工艺具有以下优点：

1.生产效率高，可以连续生产。

2.成型精度高，可以生产形状复杂、精度要求高的制品。

3.制品强度高，耐热性好。

热固性塑料成型工艺也具有以下缺点：

1.模具成本高，特别是对于形状复杂、精度要求高的制品。

2.生产过程中的废料较多。

3.制品不能回收利用。第四部分模具材料及设计原则关键词关键要点【模具材料及设计原则】：

1.模具材料的选择应考虑材料的力学性能、耐腐蚀性、耐磨性、热导性、成型性等因素。常用模具材料包括钢材、塑料、铝合金、陶瓷等。

2.模具设计应遵循以下原则：

*模具结构应合理，保证模具的强度和刚度，防止模具变形。

*模具的型腔应光滑，保证制品的表面质量。

*模具的冷却系统应合理，保证制品的冷却速度。

*模具的排气系统应合理，保证制品的排气顺畅。

*模具的装配和拆卸应方便，保证模具的维修和保养。

【模具的设计与制造技术】：

模具材料及设计原则

#模具材料

模具材料的选择取决于多种因素，包括成型工艺、塑料的类型、模具的使用寿命和成本。常见的模具材料包括：

*钢材：钢材是模具最常用的材料，因为具有良好的强度、硬度和耐磨性。钢材的种类有很多，包括碳钢、合金钢和工具钢，每种钢材都有其独特的性能和应用。

*铝合金：铝合金是一种重量轻、强度高、耐腐蚀性强的材料，常用于制造小型、精密模具或试模。

*铍铜：铍铜是一种高强度、高硬度、耐磨性好的材料，常用于制造注塑模具的嵌件和型腔。

*塑料：塑料模具通常用于制造小型、简单形状的零件，因为塑料具有良好的流动性和成型性，而且成本较低。

#模具设计原则

模具设计应遵循以下原则：

*刚性：模具必须具有足够的刚性，以承受成型过程中产生的应力和变形。

*强度：模具必须具有足够的强度，以承受塑料的流动压力和成型过程中的其他载荷。

*耐磨性：模具必须具有良好的耐磨性，以抵抗塑料颗粒的磨损。

*耐腐蚀性：模具必须具有良好的耐腐蚀性，以抵抗塑料熔体的腐蚀。

*热稳定性：模具必须具有良好的热稳定性，以适应成型过程中的温度变化。

*易于加工：模具必须易于加工，以降低制造成本。

*易于装配：模具必须易于装配和拆卸，以方便维护和修理。

#模具结构

模具通常由以下几个部分组成：

*动模：动模在成型过程中移动，以闭合模具并形成零件。

*定模：定模在成型过程中固定不动，以支撑塑料并形成零件的形状。

*型腔：型腔是模具中形成零件形状的空腔。

*浇注系统：浇注系统是将塑料熔体从注塑机喷嘴输送到型腔的通道。

*冷却系统：冷却系统是将塑料熔体冷却固化的系统。

*排气系统：排气系统是将型腔中的气体排出模具的系统。

#模具设计步骤

模具设计是一项复杂的过程，通常包括以下步骤：

1.分析零件的形状和尺寸，确定零件的成型方法。

2.选择合适的模具材料和模具结构。

3.设计模具的型腔、浇注系统、冷却系统和排气系统。

4.绘制模具的详细设计图。

5.将模具设计图发送给模具制造商，并与模具制造商合作制造模具。

6.对模具进行试模，并根据试模结果对模具进行修改。

7.将模具投入生产。

#模具的维护和保养

模具是精密工具，需要定期维护和保养，以确保模具的正常使用寿命和生产效率。模具的维护和保养包括以下内容：

*定期清洁模具，防止模具表面粘附塑料熔体和杂质。

*定期检查模具的磨损情况，并及时更换磨损的模具零件。

*定期检查模具的冷却系统和排气系统，并及时清除冷却系统和排气系统中的异物。

*定期润滑模具的运动部件，以确保模具的正常运动。

*定期对模具进行全面检查，并及时发现和排除模具的故障。第五部分冷却系统设计关键词关键要点【冷却系统设计】：

1.冷却系统的目的在于及时将注射过程中产生的热量从模具中导出，保持模具的正常工作温度，以确保制品的质量和生产效率。

2.冷却系统的选择和设计主要取决于模具的结构、塑料制品的形状和尺寸、以及注塑机的类型和容量。

3.冷却系统的类型主要有：水冷系统、油冷系统、气冷系统和组合冷却系统。水冷系统是目前应用最广泛的一种冷却系统，它具有冷却效率高、冷却速度快、易于控制和维护等优点。

【冷通道设计】：

#冷却系统设计

冷却系统是高分子材料成型模具的重要组成部分，其主要作用是将成型过程中产生的热量及时带走，防止模具温度过高而导致制品缺陷。冷却系统的设计应充分考虑以下因素：

1.冷却介质的选择：

冷却介质应具有良好的导热性、比热容和流动性，并且对模具材料没有腐蚀性。常用的冷却介质有水、油、空气和惰性气体等。

*水：水是最常用的冷却介质，具有良好的导热性和比热容，但易腐蚀模具材料，因此需要加入防锈剂。

*油：油具有较好的导热性和比热容，且不易腐蚀模具材料，但流动性较差，因此需要使用较高的压力来进行冷却。

*空气：空气具有较差的导热性和比热容，但流动性好，因此常用于冷却大型模具或复杂结构的模具。

*惰性气体：惰性气体具有良好的导热性和比热容，且不易腐蚀模具材料，但成本较高，因此一般用于特殊场合。

2.冷却通道的设计：

冷却通道的设计应保证冷却介质能够均匀地流经模具的各个部位，以达到最佳的冷却效果。冷却通道的形状和尺寸应根据模具的结构和热量分布情况来确定。常用的冷却通道形状有直线形、螺旋形、波浪形和网状形等。

直线形是比较简单的设计，一般用于小型模具，比较容易设计和制作，缺点是冷却效果差一些。

螺旋形是冷却效果最好的设计，适用于大型模具，不容易有冷却死角，可以保证冷却均匀。

波浪形是比较常用的设计，效果处于螺旋形和直线形之间，成本也处于两者之间。

网状形是比较复杂的结构，但是冷却效果也很好，比较适合一些复杂的模具设计。

3.冷却系统压力：

冷却系统压力应根据冷却介质的性质和模具的结构来确定。对于水冷模具，冷却系统压力一般在0.1~0.3MPa之间；对于油冷模具，冷却系统压力一般在0.5~1.0MPa之间；对于空气冷模具，冷却系统压力一般在0.1~0.2MPa之间；对于惰性气体冷模具，冷却系统压力一般在0.2~0.5MPa之间。

4.冷却系统流量：

冷却系统流量应根据模具的热量分布情况和冷却介质的性质来确定。对于水冷模具，冷却系统流量一般在1~3L/min之间；对于油冷模具，冷却系统流量一般在0.5~1.5L/min之间；对于空气冷模具，冷却系统流量一般在10~20m3/min之间；对于惰性气体冷模具，冷却系统流量一般在5~10m3/min之间。

5.冷却系统控制：

冷却系统应配备相应的控制系统，以保证冷却介质的温度、压力和流量能够得到有效控制。控制系统一般包括温度传感器、压力传感器、流量传感器和控制阀等。

冷却系统的设计应充分考虑模具的结构、热量分布情况和生产工艺要求等因素，以确保模具能够得到有效的冷却，从而保证制品的质量。第六部分排气系统设计关键词关键要点【排气孔的布置】：

1、排气孔的分布：排气孔通常分布在模具的顶出侧或成型侧，并且在模具的凹槽或凸起处设置排气孔。

2、排气孔的尺寸：排气孔的尺寸应根据模具的大小、形状和材料来确定，通常为0.2mm~0.5mm，过小会影响排气效果，过大会影响产品的表面质量。

3、排气孔的数量：排气孔的数量应根据模具的尺寸、形状和材料来确定，通常为每平方厘米10~20个。

【模具通气沟槽的设计】：

排气系统设计

排气系统是高分子材料成型模具的重要组成部分，其设计的好坏直接影响到制品的质量和生产效率。排气系统的主要作用是排出模腔中的空气和挥发性气体，防止制品出现气泡、缩孔等缺陷。

1.排气系统的基本原理

排气系统的工作原理是利用真空或压力将模腔中的空气和挥发性气体抽出。当模腔中的压力低于大气压时，空气和挥发性气体就会从模腔中排出。当模腔中的压力高于大气压时，空气和挥发性气体就会被压缩，从而减少其体积。

2.排气系统的种类

排气系统可以分为以下几种类型：

*真空排气系统：利用真空泵将模腔中的空气和挥发性气体抽出。真空排气系统具有排气效率高、排气速度快等优点，但其成本也较高。

*压力排气系统：利用压缩空气将模腔中的空气和挥发性气体排出。压力排气系统具有成本低、结构简单等优点，但其排气效率较低，排气速度也较慢。

*混合排气系统：将真空排气系统和压力排气系统结合起来，既可以提高排气效率，又可以降低成本。混合排气系统是目前最常用的排气系统类型。

3.排气系统的设计原则

排气系统的设计应遵循以下原则：

*排气通道的布置：排气通道应分布均匀，并与模腔中的各个部位相连通。排气通道的截面积应足够大，以保证足够的排气量。

*排气口的数量：排气口的数量应根据模腔的体积和形状来确定。一般来说，模腔体积越大，排气口的数量就越多。

*排气口的形状：排气口的形状应为圆形或椭圆形，以减少流体阻力。

*排气口的尺寸：排气口的尺寸应根据模腔的体积和形状来确定。一般来说，模腔体积越大，排气口的尺寸就越大。

4.排气系统的设计实例

以下是一个排气系统设计实例：

*模腔体积：1000立方厘米

*排气口数量：4个

*排气口形状：圆形

*排气口尺寸：直径10毫米

5.排气系统的设计注意事项

排气系统设计时应注意以下几点：

*排气系统应与模具的其他部分配合使用，以确保制品的质量和生产效率。

*排气系统应便于维护和保养。

*排气系统应符合安全要求，以防止发生事故。第七部分模具的强度及刚度计算关键词关键要点【模具强度计算】：

1.模具强度计算的基本原理在于将模具所承受的载荷与材料的许用应力进行比较，以确保模具在使用过程中不发生破坏。

2.模具强度计算的方法包括解析法和有限元分析法。解析法较为简单，适用于形状简单、载荷分布均匀的模具。有限元分析法更为复杂，但可以考虑模具的复杂形状和载荷分布不均匀的情况。

3.模具强度计算中需要考虑的因素包括模具材料的许用应力、载荷的大小和分布、模具的形状和尺寸、以及模具的加工工艺和热处理工艺。

【模具刚度计算】：

模具的强度及刚度计算

模具的强度和刚度是模具设计的重要考虑因素，强度是指模具承受载荷而不发生破坏的能力，刚度是指模具在载荷作用下变形的能力。模具的强度和刚度计算需要考虑以下几点：

1.材料强度

模具材料的强度是模具强度的基础，模具材料的强度越高，模具的强度就越高。常用的模具材料有工具钢、合金钢、硬质合金等，这些材料的强度一般都在几百兆帕以上。

2.模具结构

模具的结构对模具的强度和刚度也有很大的影响，合理的模具结构可以提高模具的强度和刚度。例如，采用合理的加强筋设计可以提高模具的刚度，采用合理的材料组合可以提高模具的强度。

3.载荷

模具在成型过程中承受的载荷主要包括注塑压力、顶出压力、合模压力等，这些载荷的大小对模具的强度和刚度有很大的影响。

4.使用寿命

模具的使用寿命也是影响模具强度和刚度的重要因素，模具的使用寿命越长，模具的强度和刚度就越低。

为了保证模具的强度和刚度，在模具设计时需要进行强度和刚度计算，计算方法主要有以下几种：

1.理论计算法

理论计算法是根据模具的材料强度、模具结构和载荷等因素，利用理论公式计算模具的强度和刚度。理论计算法的计算结果比较准确，但计算过程比较复杂。

2.有限元分析法

有限元分析法是一种数值计算方法，可以将模具的结构离散成有限个单元，然后利用有限元方程组来计算模具的强度和刚度。有限元分析法可以考虑模具的复杂结构和载荷分布，计算结果比较准确。

3.实验法

实验法是通过实际实验来测量模具的强度和刚度。实验法可以得到最准确的模具强度和刚度值，但实验过程比较复杂，成本也比较高。

在模具设计时，通常会采用理论计算法和有限元分析法相结合的方法来计算模具的强度和刚度。理论计算法可以得到模具强度的初步结果，有限元分析法可以对理论计算结果进行修正，得到更加准确的模具强度值。第八部分模具的加工工艺关键词关键要点【模具材料的选用】：

1.模具材料选择应考虑材料的模量、强度、韧性、耐磨性、耐腐蚀性、热导率、热膨胀系数、加工工艺性等因素。

2.模具材料应根据成型工艺和制品的具体要求进行选择，如注塑模具常用的材料有钢材、铝合金、铍铜等；挤出模具常用的材料有钢材、铝合金、钛合金等；吹塑模具常用的材料有钢材、铝合金、聚乙烯等。

3.模具材料的选择应考虑材料的成本、加工难度、使用寿命等因素，并综合考虑各种因素后做出选择。

【模具零件的加工】：

#一、加工工艺概述

模具的加工工艺是指将模具坯料加工成符合设计要求的最终模具产品的过程。模具加工工艺通常包括以下几个步骤：

1.坯料选择和准备：模具坯料的选择主要取决于模具的用途、使用环境、精度要求和经济性等因素。常见的模具坯料有钢材、铝合金、铜合金、塑料等。模具坯料应经过适当的热处理或表面处理，以获得所需的硬度、强度、耐磨性等性能。

2.粗加工：粗加工是指将模具坯料加工成接近最终形状和尺寸的毛坯。粗加工通常采用车削、铣削、刨削、钻削等机械加工方法。

3.精加工：精加工是指将毛坯加工成符合最终要求的精确形状和尺寸的模具。精加工通常采用磨削、珩磨、研磨等精加工方法。

4.热处理：热处理是指将模具加热到一定温度，然后以一定速度冷却，以改变模具的组织结构和性能。热处理通常可以提高模具的硬度、强度、耐磨性等性能。

5.表面处理：表面处理是指对模具表面进行处理，以提高模具的耐磨性、耐腐蚀性、减小摩擦系数等性能。常见的表