塑料基础工艺及设计6

《塑料成型工艺及模具设计》（第3版）第2章教案课程名称：塑料成型工艺及模具设计章节名称：第2章塑料制品设计授课对象：材料成型及控制工程、机械设计制造及其自动化、高分子材料与工程等专业本科生学时安排：8学时（理论6学时+实验/设计2学时）一、教学目标1.知识目标理解塑件选材的基本原则，掌握常用塑料的性能与用途；掌握塑件尺寸精度的确定方法，了解国家标准（GB/T14486、ISO20457）中公差等级的选用；熟悉塑件表面质量要求及其与模具表面粗糙度的关系；掌握塑件结构设计的主要内容：壁厚、脱模斜度、加强肋、支承面、圆角、孔（通孔、不通孔、碰穿、插穿）、螺纹、嵌件、铰链、表面文字图案等；理解塑件结构与模具结构、成型工艺之间的相互影响关系。2.能力目标能够根据塑件功能要求合理选择塑料材料；能够依据塑件使用要求确定合理的尺寸公差和表面粗糙度；具备对塑件结构进行工艺性分析的能力，能够识别并优化不合理结构；能够运用所学知识设计典型塑件结构，避免成型缺陷。3.素质目标培养学生严谨细致的工程设计思维；通过塑件结构优化案例，树立精益求精的工匠精神；增强环保意识，理解塑料制品设计与回收利用的关系。二、教学重点与难点教学重点塑件尺寸公差等级的选用（GB/T14486、ISO20457）及两类尺寸（A类、B类）的区别；塑件结构设计要点：壁厚均匀性、脱模斜度的确定、加强肋的布置、孔的设计原则（尤其是碰穿与插穿的区分）；螺纹塑件和嵌件的设计方法；塑件表面文字、图案的成型方法。教学难点塑件结构对模具复杂性的影响分析（如侧向凹凸的处理、强制脱模的条件）；嵌件设计中的应力开裂预防措施及定位方式；孔间距、孔边距与孔径的尺寸关系，以及碰穿/插穿结构的设计要点。三、教学方法与手段多媒体讲授：结合PPT、动画演示塑件结构设计要点，展示不合理设计与改进设计的对比；案例教学：通过教材中的典型实例（如表2-5、2-9、2-10、2-14）分析塑件结构优化过程；实物展示：展示带有典型结构（如加强肋、嵌件、螺纹）的塑料制品，增强感性认识；课堂练习：给定塑件图，让学生分组讨论其结构工艺性并提出改进建议；实验/设计环节：安排学生使用CAD软件绘制简单塑件三维图，并标注脱模斜度、壁厚等。四、教学内容及过程设计（理论6学时）教学环节教学内容要点时间分配教学活动设计导入从生活中的塑料制品（如手机壳、瓶盖）引入，提问“为什么有的塑件表面光滑，有的有加强筋？”激发兴趣。5分钟展示不同塑件实物，引导学生思考结构与功能、成型的关系。2.1塑件的工艺性2.1.1塑件的选材：选材依据（力学、物理、化学性能、精度、成型工艺性）；常用塑料性能与用途（表2-1）；塑料回收标识（表2-2）及其意义；2.1.2塑件的尺寸和精度：塑件尺寸受流动性限制；公差等级（表2-3ISO20457、表2-4GB/T14486）；两类尺寸（A类不受模具活动部分影响，B类受影响）；公差标注原则；2.1.3塑件的表面质量：表面粗糙度与模具的关系；外观缺陷类型。50分钟展示不同塑料样品；讲解公差表使用方法；举例说明A、B类尺寸的区别；讨论表面粗糙度对塑件外观的影响。2.2塑件结构设计

（分小节）2.2.1几何形状及结构设计：壁厚（表2-5）、脱模斜度（表2-6）、加强肋（表2-7、2-8、2-9）、支承面（表2-10）、圆角（图2-5）、孔的设计（通孔、不通孔、螺钉固定孔、互相垂直孔、碰穿与插穿、异形孔，表2-11至2-13，图2-14至2-18）、塑件表面形状（图2-19至2-21，表2-14）；2.2.2带螺纹的塑件设计：螺纹始末部分尺寸（表2-15）；同轴螺纹旋向与螺距要求；自攻螺纹底孔设计（表2-17）；2.2.3塑料齿轮的设计：齿轮各部分尺寸关系（表2-18）；注意事项；2.2.4嵌件的设计：嵌件作用；防应力开裂措施（表2-19）；定位方式（图2-23至2-28）；细长嵌件支撑；2.2.5铰链的设计：铰链形式与尺寸（图2-30）；适用塑料（PP、PA、POM）；2.2.6塑件表面文字、图案、纹理、丝印和喷漆：凸字/凹字模具加工对比（图2-31）；丝印、喷漆对表面粗糙度的要求。215分钟

（合计）结合教材图例逐一讲解；穿插提问；播放动画演示碰穿与插穿的区别；给出典型塑件让学生现场分析结构合理性；展示带螺纹、嵌件、铰链的实物。课堂小结回顾塑件设计核心原则：功能性、工艺性、经济性；强调结构对模具的影响。10分钟思维导图总结；预留答疑时间。注：上述时间分配总计280分钟（约4.7小时），实际授课中可根据情况调整，确保重点内容充分讲解，部分细节可安排学生自学。五、实验/设计环节（2学时）实验项目：塑件结构工艺性分析及CAD建模目的：加深对塑件设计原则的理解，培养运用CAD软件进行塑件结构设计的能力。内容：给定一个简单塑件（如带加强肋的盖子），分析其结构工艺性，指出可能存在的缺陷并提出改进方案。使用SolidWorks/UG等软件绘制改进后的塑件三维模型，合理设置脱模斜度、壁厚、圆角等。标注关键尺寸，并说明所选用塑料的收缩率及公差等级。要求：提交分析报告（含改进前后对比）和三维模型截图。六、课后作业与思考题简答题：塑件尺寸公差中A类尺寸和B类尺寸有何区别？在设计时应注意什么？什么是碰穿和插穿？在模具设计中如何选择？嵌件设计时如何防止塑件应力开裂？列举至少三种措施。为什么塑件通常不采用整个底面作为支承面？举例说明正确的支承面设计。计算题：

某ABS塑件外径为φ50mm，壁厚2.5mm，采用一般精度，查表确定其尺寸公差并标注（要求注明公差种类）。

塑件上有一通孔，孔径φ4mm，孔深25mm，判断该孔是否可一次成型？若需改进，提出方案。分析题：观察图2-18，分析插穿改为镶穿的好处，并说明在何种情况下优先采用镶穿。结合表2-5中的实例，总结壁厚均匀性原则，并说明壁厚突变可能引起的成型缺陷。设计题：

设计一个带螺纹的瓶盖草图，要求标注脱模斜度、螺纹始末尺寸，并选择合适的塑料材料。拓展思考：

查阅资料，了解目前塑料制品轻量化设计的发展趋势，以及通过结构优化（如加强肋）实现减重的案例。七、参考资料教材：《塑料成型工艺及模具设计》（王群、滕杰主编，机械工业出版社，2025）标准：GB/T14486-2008塑料模塑件尺寸公差；ISO20457:2018塑料模塑件尺寸公差参考书：《塑料制品设计指南》（付伟主编）、《注射模具设计