模具设计与产品结构设计

2.6.2主要缺点

第一章前言2.6.3ABS的改性

2.6.4模具设计

1.1工模部简介

2.7聚碳酸酯

1.2产品介绍

2.7.1PC优良的综合性能

L2.1教育玩具产品

2.7.2PC的主要缺点

1.2.2电话产品

2.7.3模具设计

1.3模具设计与制造流程图

2.8聚甲醛

第二章常用塑料的性能和注射机

2.8.1主要优点

有关参数、功能的介绍

2.8.2主要缺点

2.1塑料分类

2.8.3模具设计

2.2塑性塑料的分类及相关基本概念

2.9常用注塑机有关参数和电动注塑

2.2.1热塑性材料的分类

机预顶功能介绍

2.2.2相关的基本概念

2.9.1模具和注塑机的关系

2.3聚乙烯

2.9.2FANUC机型的预顶出功能

2.3.1基本性能

第三章胶件结构

2.3.2模具设计时应注意

3.1注塑工艺对胶件结构的要求

2.4聚丙烯

3.1.1壁厚

2.4.1PP性能上的主要优点

3.1.2（筋）骨位

2.4.2PP性能的主要缺点

3.1.3浇口

2.4.3模具设计

3.2模具对胶件结构的要求

2.5聚苯乙烯

3.2.1脱模斜度

2.5.1PS性能的主要优点

3.2.2擦、碰面

2.5.2PS性能的主要缺点

3.2.3行位、斜顶

2.5.3PS的改性

3.2.4分模面

2.5.4模具设计

3.2.5尖、薄钢位

2.6ABS

3.2.6胶件出模

2.6.1主要优点

3.3产品装配对胶件的结构要求

3.3.1装配干涉分析5.3.3加强组件强度

3.3.2装配间隙5.4成型零件设计

3.3.3柱位、扣位连接5.4.1胶料的成形收缩率

3.4表面要求5.4.2脱模斜度

3.4.1文字、图案和浮雕5.4.3成形零件的工艺性

3.4.2胶件外形5.5常用结构件设计

3.4.3表面纹理5.5.1定位圈

附录1客户资料的转换与处理5.5.2唧咀

1.1资料处理5.5.3紧固螺钉

1.2文件转换5.5.4顶针

1.3IGS文件的处理5.5.5司筒

第四章模具报价5.5.6密封圈

4.1模具类型5.5.7拉料杆

4.1.1二板模（大水口模）5.5.8垃圾钉

4.1.2三板模（细水口模）5.5.9弹簧

4.2报价图的绘制及订料5.5.10定距拉板

4.2.1绘制报价图5.6模具图纸规范

4.2.2订料5.6.1视图格式

4.2.3模具材料选用5.6.2图纸编号

第五章模具结构设计5.6.3基准角标识

5.6.4图纸输出要求

5.1胶件排位

第六章物料清单“BOM”及文

5.2分模面的确定

5.2.1分模面选择原则件管理

5.2.2分模面注意事项及要求6.1物料清单“BOM”的编制

5.3模具强度6.1.1物料清单“BOM”的基本格式

5.3.1强度校核6.1.2物料清单“BOM”的要求

5.3.2提高整体强度6.1.3物料清单“BOM”的流程

6.2文件管理9.1浇注系统设计原则

第七章行位设计9.2流道设计

7.1常用行位机构类型9.3浇口设计

7.2行位设计要求9.4流动平衡分析

7.3前模行位机构应用Moldflow软件分析浇注平衡（另见

7.4后模行位机构CAE应用章节）

7.5内行位机构9.5流道脱落机构

7.6哈吠模9.6排气

7.7斜顶、摆杆机构第十章模温控制

7.8液压（气压）行位机构10.1模具温度控制的原则和方式

第八章脱模机构10.1.1模具温度控制的原则

8.1顶针、扁顶针脱模10.1.2模具温度的控制方式

8.1.1顶针、扁顶针配合间隙10.1.3常用胶料的注射温度与模

8.1.2顶针固定具温度

8.2司筒脱模10.2冷却系统设计

8.2.1司筒配合要求10.2.1冷却系统设计原则

8.2.2大司筒针固定10.2.2“0”型密封圈的密封结构

8.3推板脱模10.2.3冷却实例

8.3.1机构要点第十一章雕刻模具

8.3.2推板机构示例11.1制作流程

8.4推块脱模11.2雕刻模具设计

8.4.1机构要点11.3雕刻模加工

8.4.2推块机构示例放样雕刻、模具雕刻、电极雕刻

8.5二次脱模及PL面Fit模方法

8.6先复位机构第十二章双色模具

第九章浇注系统、流道脱落机12.1ARBURG520C注射机

构及排气12.1.1设备技术规格

12.1.2回转板尺寸

12.1.3设备顶出结构

12.2模具结构

12.2.1一般结构

12.2.2注意要点

12.2.3后模冷却方式

12.3模具示例

第十三章无流道凝料模具

13.1无流道凝料模具的基本形式

13.1.1热唧咀模具结构示例

13.1.2热流道模具结构示例

13.2唧咀、热流道模具的注意事项

13.3热唧咀的选用

13.4其它配件的选用

第十四章模具CAE应用

14.1CAE分析简介

14.2流动平衡

14.3冷却控制

14.4收缩

模具设计&产品设计

序

《工模部模具^言十指引》是我彳竹多年来在模具言十与制造中的心得体畲。^指引

也可作卷模具^言十新同事的培司II教材，使他凭能在最短畤I出内熟悉棠矜而逵到我凭的

要求.

希望工模部的全体具工畿^把自己在工作中的成功^^不断地充^到此指引中，

^我凭共享成功的^避免重犯谩去的金昔1g。

在此封褊嘉指引以及•^褊嘉此指引给予鞘助的同事表逵衷心的感it

工模部模具^三十指引褊嘉小^

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模具设计&产品设计

第一章前言

1.1.工模部简介

VT-PL工模部建于1988年，以生产塑胶硅胶模为主。在模具制造与设计中，采用

了CAD/CAM/CAE的技术，并装备了一批先进的数控设备。其中有高速切削加工中

心、石墨电极加工中心、慢走丝线切割、NC火花机、三坐标测量仪等。应用了

PRO/E、SPACE-E、MOLDFLOW等软件。

工模部目前有四个模具生产组，其功能包括了模具CAD/CAM、EDM与装配，除

此还有模具工程组与技术支援组、模具维修组，共有员工140余人。其中工程师近30

人,年产约400套模具。工模部以教育玩具与电话二大产品的塑胶模为主。

1.2.产品介绍

L2.1.教育玩具产品

塑胶件以安全性为特点，能触摸部分都为圆角,要经受一定的摔机试验，在强度

上也有较高的要求，雕刻件占了一定比例，外表面多为抛光面。

1.2.2.电话产品

外观以电火花纹为主,注塑条件为高温、高压,故对模具有较高强度要求。

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模具设计&产品设计

第二章常用塑料的性能和注塑机有关参数、功能的介绍

2.1塑料的分类

2.2热塑性塑料的分类和相关概念

2.3聚乙烯

2.4聚丙烯

2.5聚苯乙烯

2.6ABS

2.7聚碳酸酯

2.8聚甲醛

2.9常用注塑机有关参数和电动注塑机预顶功能介绍

在注塑模具的设计过程中,模具材料的选择、流道系统的布置、冷却方案和顶出

方案的设计,都和塑料本身的性质密切相关。尽管塑料的内部结构比较复杂，系统地

掌握其性能也比较困难，然而，对于一般的模具设计工程师来说，对塑料特性作一些

基本的了解和认识，比如：流动性、机械性能、物理性能、化学性能及成型工艺等

等，将有很大的帮助。

2.1塑料的分类

我们常说的塑料］是对所有塑料品种的统称，它的应用很广泛，因此，分类方法

也各有不同。按用途大体可以分为通用塑料和工程塑料两大类。通用塑料如聚乙烯

(PE)、聚丙烯(PP)、聚苯乙烯(PS)、改性聚苯乙烯(例如:SAN、HIPS)、聚氯乙烯(PVC)

等，这些是日常使用最广泛的材料•，性能要求不高，成本低。工程塑料指一些具有机

械零件或工程结构材料等工业品质的塑料。其机械性能、电气性能、对化学环境的耐

受性、对高温、低温的耐受性等方面都具有较优越的特点，在工程技术上甚至能取代

某些金属或其它材料。常见的有ABS、聚酰胺(简称PA,俗称尼龙)、聚碳酸酯(PC)、

聚甲醛(POM)、有机玻璃(PMMA)、聚酯树脂(如PET、PBT)等等,前四种发展最快,为

国际上公认的四大工程塑料”

按加热时的工艺性能，塑料又可以分为热固性塑料和热塑性塑料两大类。热固性

塑料在受热后分子结构转化成网状或体型而固化成型，变硬后即使加热也不能使它再

软化。这种材料的特点是质地坚硬，耐热性好，尺寸比较稳定，不溶于溶剂。常见的

有酚醛树脂(PF)、环氧树脂(EP)、不饱和聚酯(UP)等等。热塑性塑料在受热条件下软

化熔融，冷却后定型，并可多次反复而始终具有可塑性，加工时所起的是物理变化。

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模具设计&产品设计

常见的有聚氯乙烯(PVC)、聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚苯乙烯(PS)及其改性品种、

ABS、尼龙(PA)、聚甲醛(POM)、聚碳酸酯(PC)、有机玻璃(PMMA)等等。这类塑料在一

定塑化温度及适当压力下成型过程比较简单，其塑料制品具有不同的物理性能和机械

性能。

2.2热塑性塑料的分类及相关基本概念

2.2.1.热塑性材料的分类

我们现在接触的都是热塑性塑料，热塑性塑料可分为两大类：结晶形塑料和无定

形塑料”所谓结晶，就是聚合物由熔融态分子的无次序状态到凝固态有规则地进行重

排的性质。具有这种性质的塑料就叫结晶形塑料”反之，就叫无定形塑料•，或叫非结

晶形塑料。结晶形材料具有比较明显的熔点，当加工温度进入熔点后即出现粘流态，

聚合物粘度迅速下降，发生不可逆的塑性形变。而无定形塑料，由常温下的固态加温

直至软化最后到粘流态，中间没有明显的熔点。作为判别结晶形塑料和无定形塑料方

法，一般来说，不透明的或半透明的是结晶形塑料-，例如聚乙烯、聚丙烯、聚甲醛、

聚酰胺、聚酯等，透明的是无定形塑料，例如聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲

酯(有机玻璃)、聚碉等。当然，也有例外情况，比如ABS属于无定形塑料，却不透

明。

2.2.2相关的基本概念

a.流动性

不同形态的热塑性塑料具有不同的工艺性能、收缩性能及物理、机械性能等。

一般来说，对于结晶形塑料，当加工温度高于其熔点时，其流动性较好，能很快

的充满型腔，它所需要的注射压力也可以较小。而无定形塑料的流动性较差，因此，

注入型腔的速度较慢，它所需要的注射压力也要较大。所以，在模具设计时，可以根

据塑料的流动性来设计合理的流道系统尺寸一，一方面可避免流道系统尺寸太大而浪费

材料，同时也延长注塑成型周期，另一方面避免流道系统尺寸太小而导致充填、保压

困难。当然，也有例外，比如，聚苯乙烯虽然是无定形塑料，但它的流动性却很好。

反映流动性的指标通常有熔融指数(MFR)和表观粘度。MFR是指在熔体流动速率仪中，

在一定的温度和负载下，熔体每lOmin从标准毛细管中流出的质量，它的单位是

g/lOmino对于高分子聚合物来讲，在通常的注塑成型条件下，它们的流动行为大都不

服从牛顿流动定律，属于非牛顿流体，它们流动剪切应力与剪切速率的比值称为表观

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模具设计&产品设计

粘度。表观粘度在一定温度下并不是一个常数，可随剪切应力、剪切速率而变化，甚

至有些还随时■间而变化。

b.收缩性

热塑性塑料由熔融态到凝固态，都要发生不同程度的体积收缩。而结晶形塑料一

般比无定形塑料表现出更大的收缩率和收缩范围，且更容易受成型工艺的影响。结晶

形塑料的收缩率一般在L0%,而无定形塑料的收缩率在0.4%~0.8%o对于结晶形

塑料，还应考虑其后收缩，因为它们脱模以后在室温下还可以后结晶而继续收缩，后

收缩量随制品厚度和环境温度而定，越厚后收缩越大。

附表2-1:常见塑料的成型收缩率

塑料名称收缩率册）塑料名称收缩率册）

1.5^3.5(2.0)*L8~2.6(2.0)*

HDPEPOM

1.5~3.0(1.5)*0.7~1.5

LDPEPA6

1.0~3.0(1.5)*1.0~2.5

PPPA66

0.O.8(0.5)*1.5^2.5(2.0)*

GPPSSPVC

0.0.6(0.5)*1.2^2.0(1.6)*

HIPSTPU

0.0.7(0.5)*0.5~0.7(0.5)*

ABSPMMA

0.5~0.7(0.5)*1.3~2.2(1.6)*

PCPBT

注：带“*”的参数为本公司推荐值。

c.流变性

高聚物的流变性是指加工过程中，应力、形变、形变速率与粘度之间的关系。这

就涉及到温度、压力、时间及分子结构、分子量大小及其分布对这些要素的影响。根据

塑料的流变性，塑料又可分为剪敏性材料和热敏性材料。粘度对剪切速率的依赖性越

强，粘度随剪切速率的提高而迅速降低，这种塑料属于剪敏性塑料。常见的剪敏性塑料

有ABS、PS、PE、PP、POM等等。如果熔体粘度对温度的依赖性越强，粘度随温度的上

升而下降得越快，这种塑料属于热敏性塑料”常见的热敏性塑料PC、PA、PMMA等等。

对于高分子聚合物来讲，剪切速率对以上两种材料的粘度都有影响，剪切速率的提高都

可以在不同程度上降低熔体的粘度，可以使熔体产生“剪切变稀”现象。所以，在设计

流道系统时，并不是流道尺寸越大，压力降就越小，适当小的流道尺寸可以提高熔体的

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模具设计&产品设计

剪切速率来降低粘度，进一步减少压力降，这种效果对剪敏性材料来得明显些。较小的

浇口尺寸可以使增加熔体的剪切速率，产生大量的摩擦热，熔体温度明显上升，熔体粘

度跟着下降，增加流动性。所以，小浇口的采用对于剪敏性塑料往往是成功的。但制品

的壁厚较厚时，应该考虑到保压而适当加大浇口尺寸以延长浇口的凝固时间。

d.取向效应

影响制品性能的因素还有塑料熔体在流动过程中的取向效应。塑料熔体的大分子

在外力的作用下被拉伸而顺着流动方向互相平行排列，这种排列在塑料冷却凝固之前来

不及消除而冻结在固态制品中，便形成了取向效应。取向效应会使制品的整体性受到削

弱，表现为各个的方向的物理机械性能的不一致，也可能导致各个方向收缩不均匀，从

而可能导致制品翘曲变形。按熔体中大分子受力的形式和作用的性质可分为剪切应力作

用下的“流动取向”和受拉伸作用下的“拉伸取向”下。控制取向的条件有以下因素：

(1)熔体温度和模具温度的下降会加强取向效应；

(2)注射压力增加可提高剪切速率和剪切应力而加强取向效应；

(3)制品厚度越薄，取向效应越强；

(4)较大的浇口尺寸将加强取向效应。

有时采取某些特别的措施增强取向效应，使取向方向的拉伸强度和弯曲强度得到提

高。如拉伸薄膜、钱链等。

2.3聚乙烯

聚乙烯(Polyethylene,简称PE)是塑料中产量最大的、日常生活中使用最普通的

一种，特点是质软、无毒、价廉、加工方便。注射用料为乳白色颗粒。分子式为：

-ECH2-CH2H

由于主链为C-C键结构，无侧基，柔顺性好，分子呈规整的对称性排列，所以是一种

典型的结晶高聚物。

聚乙烯比较容易燃烧，燃烧时散发出石蜡燃烧味道，火焰上端黄色、下端蓝色，

熔融滴落，离火后能继续燃烧。

目前大量使用的PE料主要有两种，即HDPE和LDPEo

2.3.1HDPE和LDPE的基本性能

HDPE(低压高密度聚乙烯，俗称硬性软胶)分子结构中支链较少，相对密度

0.94g/cm^0.965g/cm:i,结晶度80%~90虬其最突出的性能是电绝缘性优良，耐磨性、

不透水性、抗化学药品性都较好，在60℃下几乎不溶于任何溶剂；耐低温性良好，在

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模具设计&产品设计

-70℃时

仍有柔软性。缺点主要有：耐骤冷骤热性较差，机械强度不高，热变形温度低。

HDPE主要用来制作吹塑瓶子等中空制品，其次用作注塑成型，制作周转箱、旋

塞、小载荷齿轮、轴承、电气元件支架等。

LDPE（高压低密度聚乙烯，俗称软胶）分子结构之间有较多的支链，密度

0.910g/cmA0.925g/cm:结晶度55犷65%。易于透气透湿，有优良的电绝缘性能和耐化

学性能，柔软性、伸长率、耐冲击性、透光率比HDPE好，机械强度稍差，耐热性能较

差，不耐光和热老化。

大量用作挤塑包装薄膜、薄片、包装容器、电线电缆包皮和软性注塑、挤塑件。

HDPE、LDPE在性能上的相同点：

1.吸水率较低，成型加工前可以不进行干燥处理。

2.聚乙烯为剪敏性材料，粘度受剪切速率的影响更明显。

3.收缩率较大且方向性明显，制品容易翘曲变形。

4.由於聚乙烯是结晶型聚合物，它的结晶均匀程度直接影^到裂品密度的分布。

所以，要求模具的冷谷13水怖置儒可能均匀，使密度均匀，保Bi裂品尺寸和形状

精度。

2.3.2模具设计时应注意：

1）.聚乙烯分子有取向现象，这将导致取向方向的收缩率大于垂直方向的收缩率

而引起的翘曲、扭曲变形，以及对制品性能产生的影响。为了避免这种现象，模具设

计时应注意浇口位置的确定和收缩率的选择。

2）.聚乙烯质地柔软光滑，易脱模，对于侧壁带浅凹槽的制品，可采取强行脱模

的方式进行脱模。

3）.由于聚乙烯流动性较好，排气槽的深度应控制在0.03mm以下。

2.4聚丙烯

__rCH2CH]

聚丙烯（Polypropylene,简称PP,俗称百折软胶）।

由丙烯聚合而成，分子式为：血3

属于结晶形高聚物，有着质轻、无毒、无味的特点，而且还具有耐腐蚀、耐高温、机

械强度高的特点。注射用的聚丙烯树脂为白色、有蜡状感的颗粒。

聚丙烯容易燃烧，火焰上端呈黄色，下端蓝色，冒少量黑烟并熔融滴落，离火后

能继续燃烧，散发出石油味。

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模具设计&产品设计

聚丙烯大致分为单一的聚丙烯均聚体和改进冲击性能的乙烯一丙烯共聚体两种。

共

聚的聚丙烯制品其耐冲击性比均聚聚丙烯有所改善。

2.4.1PP性能上的主要优点:

1).由于在熔融温度下流动性好，成型工艺较宽，且各向异性比PE小，故特别适

于制作各种形状简单的制品，制品的表面光泽、染色效果、外伤痕留等方面优于PE料.

2).通用塑料中，PP的耐热性最好。其制品可在100C下煮沸消毒，适于制成餐

具、水壶等及需要进行高温灭菌处理的医疗器械。热变形温度为100℃~105℃,可在

100℃以上•良期使用。

3).屈服强度高，有很高的弯曲疲劳寿命。用PP制作的活动钱链，在厚度适当的

情况下(如0.25p.5mm),能承受7000万次的折叠弯曲而未有大的损坏。

4).密度较小，为目前已知的塑料中密度最小的品种之一。常见塑料的密度范围见

附表2-2o

表2-2：常见塑料密度范围

塑料名称密度范围塑料名称密度范围

HDPE0.94ro.965POM1.41~1.43

LDPE0.9T0.925PA61.12^1.15

PP0.90~0.91PA661.15

GPPSi.ori.oeSPVC1.16~L35

HIPS1.04105TPU1.2

ABS1.04106PMMA1.17"1.20

PC1.2PBT1.261.30

2.4.2PP性能的主要缺点：

L由于是结晶聚合物，成型收缩率比无定形聚合物如PS、ABS、PC等大。成型时

尺寸又易受温度、压力、冷却速度的影响，会出现不同程度的翘曲、变形，厚薄转折

处易产生凸陷，因而不适于制造尺寸精度要求高或易出现变形缺陷的产品。

2.刚性不足，不宜作受力机械构件。特别是制品上的缺口对应力十分敏感，因而

设计时要避免尖角缺口的存在。

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模具设计&产品设计

3.耐候性较差。在阳光下易受紫外线辐射而加速塑料老化，使制品变硬开裂、染

色消退或发生迁移。

2.4.3模具设计：

1).成型收缩率大，选择浇口位置时应满足熔体以较平衡的流动秩序充填型腔，

确保制品各个方向的收缩一致。

2).带钱链的制品应注意浇口位置的选择，要求熔体的流动方向垂直于较链的轴

心线。

3).由于PP的流动性较好，排气槽深度不可超过0.03mm。

2.5聚苯乙烯

聚苯乙烯(Polystyrene,简称PS、GPS,俗称通用级PS或硬胶)是一种无定形透

明的热塑性塑料，先由苯与乙烯加成得乙苯，再由乙苯制得苯乙烯，最后由苯乙烯加

聚反应得聚苯乙烯。化学结构式为：「一

V

聚苯乙烯容易燃烧，火焰为橙黄色，浓黑烟炭束，软化、起泡，散发出苯乙烯单

体味。

2.5.1PS性能的主要优点：

1).光学性能好。其透光率达881r92%可用作一般透明或滤光材料器件，如仪表

、收录机上的刻度盘、电盘指示灯、自行车尾灯的透光外罩等。

2).易于成型加工。因其比热低、熔融粘度低、塑化能力强、加热成型快，故模

塑周期短。而且，成型温度和分解温度相距较远，可供选择范围广，加之结晶度低、

尺寸稳定性好，被认为是一种标准的工艺塑料。

3).着色性能好。PS表面容易上色、印刷和金属化处理，染色范围广，注射成型

温度可以调低，能适应多种耐温性差的有机颜料的着色，制出色彩鲜艳明快的制品。

2.5.2PS性能的主要缺点：

1.其最大的缺点是性脆易裂。因其抗冲击强度低，在外力作用下易于产生银纹屈

服而使材料表现为性脆易裂，制件仅能在较低的负载使用；耐磨性也较差，在稍大的

磨擦碰刮作用下很易拉毛。

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模具设计&产品设计

2.耐热温度较低。其制品的最高连续使用温度仅为60~80℃,不宜制作盛载开水

和高热食品的容器。

1.此外，PS的热胀系数大，热承载力较差，嵌入螺母、螺钉、导柱、垫块之类

金属元件的塑料制品，往往在嵌接处出现裂纹。

4.成型加工工艺要求较高。虽然PS透明、易于成型，但如果加工工艺不善，将

带

来不少问题，例如：

a).PS制品老化现象较明显，长时间光照或存放后，会出现混浊和发黄。

b).PS对热的敏感性很大，很易在不良的受热受压加工环境中发生降解。

2.5.3PS的改性

为了改善PS强度较低、不耐热、性脆易裂的缺点，以PS为基质，与不同单体共

聚或与共聚体、均聚体共混，可制得多种改性体。例如：高抗冲聚苯乙烯(HIPS)、苯

烯晴-苯乙烯共聚体(SAN)等等。HIPS它除了具有聚苯乙烯易于着色、易于加工的优点

外

,还具有较强的韧性和冲击强度、较大的弹性。SAN具有较高的耐应力开裂性以及耐

油性、耐热性和耐化学腐蚀性。

2.5.4模具设计：

LPS的热胀系数与金属相差较大，在PS制品中不宜有金属嵌件，否则当环境温

度变化时，制品极易出现应力开裂现象。

2.因PS性脆易裂，故制品的壁厚应尽可能均匀，不允许有缺口、尖角存在，厚

薄相连处要用较大的圆弧过渡，以避免应力集中。

3.为防止制品因脱模不良而开裂或增加内应力，除了选择合理的脱模斜度外，还

要有较大的有效顶出面积、有良好的顶出同步性。

4.PS对浇口形式无特殊要求，仅要求在浇口和制品连接处用较大的圆弧过度，以

免在去浇口时损伤制品。

2.6ABS

ABS(Acrylonitrile-Butadiene-Styrene)俗称超不碎胶，是一种高强度改性

PS,由丙烯月青、丁二烯和苯乙烯三种组元以一定的比例共聚而成，化学结构式为：

-[—(-CH2—CH—(-C2H3^C2H3-)7-(-CH2—CH)z1

CN

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模具设计&产品设计

三元结构的ABS兼具各组分的多种固有特性：丙烯睛能使制品有较高的强度和表

面硬度，提高耐化学腐蚀性和耐热性；丁二烯使聚合物有一定的柔顺性，使制件在低

温下具有一定的韧性和弹性、较高的冲击强度而不易脆折；苯乙烯使分子链保持刚

性，使材质坚硬、带光泽，保留了良好的电性能和热流动性，易于加工成型和染色。

ABS本色为浅象牙色，不透明，无毒无味，属于无定形塑料。粘度适中，它的熔

体流动性和温度、压力都有关系，其中压力的影响要大一些。

ABS树脂是一种缓慢燃烧的材料，燃烧时火焰呈黄色，冒黑烟，气味特殊，在继

续燃烧时不会熔融滴落。

2.6.1主要优点：

1.综合性能比较好：机械强度高；抗冲击能力强，低温时也不会迅速下降；缺口

敏感性较好；抗蠕变性好，温度升高时也不会迅速下降；有一定的表面硬度，抗抓

伤；耐磨性好，摩擦系数低；

2.电气性能好，受温度、湿度、频率变化影响小；

3.耐低温达-40℃；

4.耐酸、碱、盐、油、水；

5.可以用涂漆、印刷、电镀等方法对制品进行表面装饰；

6.较小的收缩率，较宽的成型工艺范围。

2.6.2主要缺点：

1.不耐有机溶剂，会被溶胀，也会被极性溶剂所溶解；

2.耐候性较差，特别是耐紫外线性能不好；

3.耐热性不够好。普通ABS的热变形温度仅为95℃~98℃。

2.6.3ABS的改性

ABS能与其他许多热塑性或热塑性塑料共混，改进这些塑料的加工和使用性能。

如将ABS加入PVC中，可提高其冲击韧性、耐燃性、抗老化和抗寒能力，并改善其加

工性能；将ABS与PC共混，可提高抗冲击强度和耐热性；以甲基丙烯酸甲酯替代ABS

中丙烯月青组分，可制得MBS塑料，即通常所说的透明ABS。综上所述，ABS是一类较理

想的工程塑料•，为各行业所广为采用。航空、造船、机械、电气、纺织、汽车、建筑

等制造业都将ABS作为首选非金属材料。

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模具设计&产品设计

2.6.4模具设计

1.排气

为防止在充模过程中出现排气不良、灼伤、熔接缝等缺陷，要求开设深度不大于

0.04mm的排气槽。

2.7聚碳酸酯

聚碳酸酯（Polycarbonate,简称PC,俗称防弹玻璃胶）常指双酚A型聚碳酸酯，它

性能优越，不仅透明度高，冲击韧性极好，而且耐蠕变，使用温度范围宽，电绝缘

性、耐候性优良，无毒。是一种有优异工程性能的较理想的塑料•，外观透明微黄，刚

硬而带韧性。其分子式为：

聚碳酸酯的结晶倾向较小，没有准确的熔点，一般认为属于无定形塑料流动性

较差，冷却速度较快，制品易产生应力集中。它的流变性很接近牛顿型流体，它的粘

度主要受温度影响。

聚碳酸酯可缓慢燃烧，火焰呈黄色，黑烟炭束，熔融起泡，散发出特殊花果臭，

离火后慢慢熄灭。

2.7.1PC优良的综合性能

主要表现在以下儿个方面：

L机械强度高。其冲击强度是热塑性塑料中最高的一种，比铝、锌还高，号称

“塑料金属”；弹性模量高，受温度影响极小；抗蠕变性能突出，即使在较高温度、

较长时间下蠕变量也十分小，优于P0M；其他如韧性、抗弯强度、拉伸强度等亦优于

PA及其他一般塑料。PC的低温机械强度是十分可贵的。所以在较宽的温度范围内，低

温抗冲击能力较强，耐寒性好，脆化温度低达T00℃；

2.热性耐气候性优良。PC的耐热性比一般塑料都高，热变形温度为135143℃,

长期工作温度达120130C,是一种耐热环境的常选塑料。其耐候性也很好，有人做过

实验，将PC制件置于气温变化大的室外，任由日晒雨淋，三年后仅仅是色泽稍黄，性

能仍保持不变；

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模具设计&产品设计

3.成型精度高，尺寸稳定好。成型收缩率基本固定在0.5%。7%,流动方向与垂

直方向的收缩基本一致。在很宽的使用温度范围内尺寸可靠性高。

2.7.2PC的主要缺点：

1.是自身流动性差，即使在较高的成型温度下，流动亦相对缓慢；

2.是在成型温度下对水分极其敏感，微量的水分即会引起水解，使制件变色、起

泡、破裂；

3.抗疲劳性、耐磨性较差、缺口效应敏感。

PC优良的综合性能使其在机械、仪器仪表、汽车、电器、纺织、化工、食品等领

域都占据著重要地位。制成品有：食品包装、餐饮器具、安全帽、泵叶、外科手术器

械、医疗器械、高级绝缘材料、齿轮、车灯灯罩、高温透镜、窥视孔镜、电器连接件

和镭射唱片、镭射影碟等。

2.7.3模具设计

PC制品与模具设计除了遵循一般塑料制品与模具的设计原则外,还需注意以下几

八占、、♦

I.由于PC的流动性较差，所以，流道系统和浇口的尺寸都应较大，优先采用侧

浇口、扇形浇口、护耳式浇口；

2.由于熔体粘度较大，要求型腔的材料比较耐磨；

3.熔体的凝固速度较快，流动的不平衡对充填过程影响明显。为了防止滞流，型

腔应该获得较好的充填秩序；

4.PC对缺口较为敏感，要求制品壁厚均匀一致，尽可能避免锐角、缺口的存

在，

转角处要用圆弧过渡，圆弧半径不小于1.5mm。

5.为防止在成型过程中出现排气不良现象，需开设深度小于0.04mm的排气孔槽.

2.8聚甲醛

聚甲醛（Polyoxymethylene,简称POM,俗名赛钢）是一种没有侧链、高密度、高

结晶度的线型聚合物，聚有优异的综合性能。这种材料最突出的特性是具有高弹性模

量，表现出很高的硬度和刚性。

P0M是一种结晶形塑料.，熔融状态下具有良好的流动性，其表观粘度主要受剪切

速率影响，是一种剪敏性材料，

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模具设计&产品设计

按分子链化学结构不同，聚甲醛可分为均聚和共聚两种。均聚物的密度、结晶

度、机械强度等较高，共聚物的热稳定性、成型加工性、耐酸碱性较好。

聚甲醛容易燃烧，火焰上端黄色、下端蓝色，并熔融滴落，散发出强烈的刺激性

甲醛味，鱼腥臭，离火后能继续燃烧。

2.8.1主要优点:

a.POM具有良好的耐疲劳性和抗冲击强度，适合制造受周期性循环载荷的齿轮类

制品；

b.耐蠕变性好。与其他塑料相比，POM在较宽的温度范围内蠕变量较小，可用来

作密封零件；

c.耐磨性能好。POM具有自润滑性和低摩擦系数，该性能使它可用来作轴承、转

轴；

d.耐热性较好。在较高温下长期使用力学性能变化不大，均聚POM的工作温度在

100℃,共聚POM可在114℃。

e.吸水率低，成型加工时，对水分的存在不敏感。

2.8.2主要缺点：

a.凝固速度快，制品容易产生皱纹、熔接痕等表面缺陷；

b.收缩率大，较难控制制品的尺寸精度；

c.加工温度范围较窄，热稳定性差，即使在正常的加工温度范围内受热稍长，也

会发生聚合物分解；

2.8.3模具设计

a.在熔融态时，凝固速度快，结晶度高，体积收缩大，为满足正常的充填和保

压，要求浇口尺寸大一些，且流动平衡性好一些；

b.刚性好而韧性不足，弧形浇口不适合于POM,以防浇口断裂而无法正常脱模；

c.为防止POM分解而腐蚀型腔，型腔材料应该选用耐腐蚀的材料

d.POM熔体流动性较好，为防止排气不良、熔接痕、灼伤变色等缺陷，要求模具

开设良好的排气槽，深度不超过0.02mm,宽度在3mm左右。

2.9常用注塑机有关参数和电动注塑机预顶功能介绍

2.9.1模具和注塑机的关系

为了降低注塑生产的成本，我们希望一套模具能在尽可能小的机型上生产，所

以，工程师在模具设计时，应考虑能否在满足模具强度的条件下，将模坯尺寸控制在

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模具设计&产品设计

较小机型的容模范围。下面是我们常用注塑机系列日钢机、川口机和法兰克机的有关

参数表：

额定锁模容模尺寸.（宽*高*厚度范围）

机型螺杆型号额定射胶量（克）

力（吨）（mm*mm*mm）

J50E-C3

J5OE-D

56310*460*160^300

J5OEII-C

50J5OEII-P

55

KM5OC310*440*150^300

B

KM50-C246

FANUC50C46320*460*150^350

J75E-D

75J75EII-CA105360*530*180^350

J75EII-P

80KM8OCB100360*520*180^350

KM80-B2

410*604*200^400

J1OOE-DA160

100KM100CB410*580*180^400

FANUC100C95410*610*150^450

197

KM140CA

140200460*660*200^450

KM140-C2

B250

J150E-D

A273

150J150SAII510*740*220^450

B&BMII335

J150EII-PAMVII273

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模具设计&产品设计

J150EII-CB335

FANUC150C248510*750*200^490

180KM180C339510*740*200^500

A

J220E-DBMII505580*840*230~500

A421

J220SAII

560*820*230~500

220B&BMII505

J220SBIIB

J220EII-PAMVII

421580*840*230^500

J220EII-CA

265KM265-CB668610*815*200^560

280KM280CB681610*900*300^600

KM280C2

300FANUC300C593710*1030*300^600

330J330SAIIB965690*995*320^670

J350E-DBMVII965

350730*1035*320^670

J350EII-C810

AMVII

450J450E-DB1511810*1175*380^750

850J850E-C3A29031060*1560*550^1100

备注：

1.正常情况下，锁模力不应超过额定锁模力的90%；

2.额定射胶量是以GPPS塑料的熔融状态为标准测定；

3.正常使用射胶量（以GPPS为标准）范围：大于是15%额定射胶量，小于85%额定

射胶量；

4.正常使用容模尺寸，表中给定的宽度和高度尺寸减5mm,最小厚度加5mm,最

大厚度减5mm。

2.9.2FANUC机型的预顶出功能

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模具设计&产品设计

FANUC型注塑机为全电动注塑机，其射胶、开合模、顶出动作由三组电机分别控

制，具有预顶出功能，即在开模之前，就可执行顶出动作。预顶有三种模式：1.基本

模式。其特点是预顶针顶出后要回缩，然后才开模。这种模式可用于“预剪浇口”的

功能，节约人工剪切浇口的工作；2.保持模式。其特点是预顶针顶出后不回缩，一直

保持在顶出位置，直到开模，顶针直接从预顶出结束位置开始顶出制品。这种模式可

用于制品在型腔的“预压”功能，改善局部厚胶位置收缩过大的缺陷；3.后拉模式。

其特点是预顶针不是向前顶而是向后拉。

2.9.3J850E-C3注射机的固定垫板尺寸

由于J850E-C3注射机的最小合模厚度为550.0mm,为满足合模要求，通常给

模具增加一块固定垫板，其尺寸见附图。2d具850C-E3.prt

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模具设计&产品设计

第三章胶件结构

胶件结构不合理，会造成模具制造和胶件成形的困难；模具工程师应对胶件结构

提出改进方案，并知会产品设计人员，由其确认。

当接到客户资料•，应对资料进行必要的处理，其方式见本章附录1。

根据客户资料，胶件结构分析主要有以下几方面：（1）注塑工艺对胶件结构的要

求；（2）模具对胶件结构的要求；（3）产品装配对胶件结构的要求；（4）表面要求。

3.1注塑工艺对胶件结构的要求

胶件产生收缩凹陷、气烘、困气、变形、烧焦等工艺性问题，是与胶件的局部胶

厚、浇口设置、冷却等因素影响有关。分析胶件结构的工艺性应从以下儿方面进行。

3.1.1壁厚

胶件壁厚应均匀一致，避免突变和截面厚薄悬殊的设计，否则会引起收缩不均，

使胶件表面产生缺陷。

胶件壁厚一般在1〜6mm范围内，最常用壁厚值为1.8〜3mm,这都随胶件类型及

胶件大小而定。

对已建3D模型之胶件，应用Pro/E进行截面分析，可发现胶件壁厚不均匀问

题，其步骤：

Analysis—>ModelAnalysis—>Thickness—>［给定最大胶厚和最小胶厚，选

分析起始点和结束点，确定分析所对应的平行截面］fCompute，如图3.1.1图3.1.2

所示。

另外，胶件壁厚还与熔体充模流程有密切关系；其流程是指熔料从浇口起流向型

腔各处的距离。在常规工艺条件下，流程大小与胶件壁厚成正比关系。胶件壁厚越

大，则允许最大流程越长。可利用关系式或图表（见《塑料模具技术手册》68〜69页）

校核胶件成形的可能性。

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模具设计&产品设计

胶件壁厚为2.5mm,常规成形条件，其常用料的流程如下:

ABS：流程220mm；流程120mm；

HDPE：流程280mm；POM：流程180mm。

常见壁厚不均会产生的问题:

⑴局部厚胶位如图3.1.1所示，易产生表面收缩凹陷。

(2)如图3.1.2所示，胶件两边薄胶位，易产生成形滞流现象。

⑶止口位如图3.L3所示，胶厚采用渐变方法以消除表面白印；另有胶件内部拐

角位增加圆角使其壁厚均匀。

胶厚突变易

产生白线

胶厚渐变

.壁厚不均匀

影响流动

增加圆角使

壁厚均匀

(4)如图3.1.4所示，胶件平面中间凹位过深，实际成形胶件产生拱形变形；解

决变形的方法是减小凹位深度，使壁厚尽量均匀。

中间凹位过深，实际产生拱形变形

减小凹位深度，解决变形

图

(5)如图3.1.5所示，尖角位表面易产生

尖角位表面易产生烘印

烘印，避免烘印的办法是加圆角过渡。

加圆角避免烘印

K、KYYY<

3.1.2（筋）骨位图3.1.5

胶件骨位其作用有增加强度、固定底面壳、支撑架、按键导向等。由于骨位与胶

件壳体连接处易产生外观收缩凹陷；所以，要求骨位厚度应小于等于0.5t(t为胶件壁

厚)，一般骨位厚度在0.8~1.2mm范围。

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模具设计&产品设计

当骨深15mm以上，易产生走胶困难、困气，

模具上可制作镶件，也方便省模、排气。

骨深15mm以下，脱模斜度应有0.5°以上；骨