塑料基础工艺及设计7

《塑料成型工艺及模具设计》（第3版）第4章教案课程名称：塑料成型工艺及模具设计章节名称：第4章注射模具设计授课对象：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：26学时（理论18学时+实验/设计8学时）一、教学目标1.知识目标掌握注射模具的基本结构组成（成型零部件、浇注系统、导向机构、脱模机构、侧向抽芯机构、温度调节系统、排气系统、模架等）及分类；熟悉注射机与模具的关系，掌握注射量、注射压力、锁模力、安装尺寸、开模行程等的校核方法；掌握分型面的选择原则、型腔数目的确定方法与多型腔排列；熟悉浇注系统（主流道、分流道、浇口、冷料穴）的设计方法及平衡进料；掌握成型零件（凹模、凸模、镶件）的结构设计、工作尺寸计算及强度校核；掌握脱模机构（一次脱模、二次脱模、双脱模、顺序脱模、螺纹脱模）的设计；掌握侧向分型与抽芯机构（斜导柱、弯销、斜滑块、斜推杆、齿轮齿条等）的设计；掌握温度调节系统（冷却系统设计原则、结构形式、计算）及加热系统设计；了解模架类型、选择方法及模具材料的选用。2.能力目标能够根据塑件结构选择合适的模具类型，并进行注射机参数校核；具备中等复杂程度注射模具的总体方案设计能力；能够进行浇注系统、成型零件、脱模机构、抽芯机构及冷却系统的初步设计；能够查阅模具标准（模架、标准件）并选用合适的模具材料；具备使用CAD软件绘制模具装配图和零件图的基础能力。3.素质目标通过模具设计案例，培养严谨细致的工程设计与系统思维；理解模具设计对塑件质量、生产效率及成本的决定性影响；融入我国模具工业发展成就，增强行业自信与创新意识；树立标准化、规范化设计理念，强化工程伦理与责任意识。二、教学重点与难点教学重点注射模具的组成与分类；注射机参数校核（锁模力、注射量、开模行程等）；分型面选择原则与实例；浇注系统设计（主流道、分流道、浇口类型与位置）；成型零件工作尺寸计算；脱模机构设计（推杆、推管、推板、斜顶、滑块等）；侧向抽芯机构设计（斜导柱抽芯）；冷却系统设计原则与结构形式。教学难点多型腔模具的流道平衡与压力平衡计算；复杂脱模机构（如斜顶、滑块）的运动分析与设计；成型零件工作尺寸计算公式的应用（考虑收缩率、磨损、制造公差）；冷却系统的热平衡计算与管道布局优化；侧向抽芯机构中的干涉校核与锁紧设计。三、教学方法与手段多媒体讲授：结合PPT、动画、视频演示模具结构、动作原理（如斜导柱抽芯、推杆推出）；案例教学：通过典型模具结构图（如图4-1、4-3等）讲解设计要点；实物模型与拆装：利用模具模型或3D打印模型展示结构；课堂练习：给定塑件，分组讨论分型面、浇口位置、脱模方式；项目驱动：布置小型模具设计任务，贯穿本章教学；软件辅助：演示CAD软件中模架调用、冷却水道设计；实验环节：模具拆装实验、浇注系统流动模拟（CAE）。四、教学内容及过程设计（理论18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注射成型模具的重要性引入，提问“一副注射模由哪些部分组成？为什么设计好坏直接影响塑件质量？”激发兴趣。10分钟展示一副实际模具的爆炸图（图4-2），简述各部件功能。4.1基本结构与分类注射模结构组成；分类（单分型面、双分型面等）；单分型面模具（图4-1、4-2）和双分型面模具（图4-3、4-4）的结构特点及应用。60分钟结合爆炸图讲解各部件名称及作用；对比单分型面与双分型面的差异；提问：点浇口模具为什么需要双分型面？4.2注射模与注射机注射量、注射压力、锁模力校核；安装尺寸校核；开模行程校核；推出机构校核；模具安装方式。90分钟讲解公式（4-1至4-11）；通过例题演示校核步骤；展示注射机模板尺寸图（图4-6）；讨论模具厚度不足时的调整方法。4.3分型面的选择分型面形式；选择原则；实例分析（图4-16至4-24）；分型面宽度确定。60分钟结合图例讲解；分组讨论给定塑件的分型面选择；强调避免倒扣、保证塑件外观。4.4型腔数目的确定与排列按技术参数确定型腔数目；按经济性确定型腔数目；多型腔排列原则；压力平衡计算。50分钟讲解各计算公式；通过算例演示；讨论进料平衡与压力平衡的重要性。4.5浇注系统设计浇注系统组成；主流道设计；冷料穴设计；分流道设计（截面形状、效率、尺寸）；浇口设计（侧浇口、点浇口、潜伏式等）；浇口位置选择；平衡进料设计。180分钟结合图4-32至4-61讲解；播放动画演示不同浇口充填过程；分组讨论给定塑件的浇口位置；强调浇口对熔接痕、翘曲的影响。4.6排气和引气系统设计排气的必要性；排气方式；排气槽尺寸；引气方式。30分钟讲解排气不良引起的缺陷；展示排气槽开设位置。4.7成型零件设计凹模、凸模结构设计；成型零件工作尺寸计算（考虑收缩率、磨损、制造公差）；强度刚度校核；成型零件工艺性。150分钟讲解工作尺寸计算公式；通过实例演算；讨论镶拼结构的优缺点；展示强度校核公式。4.8导向机构设计导柱导向机构；精定位装置。30分钟展示导柱导套实物；讲解导向机构的作用。4.9脱模机构设计脱模力计算；一次脱模机构；二次脱模机构；双脱模机构；顺序脱模机构；螺纹脱模机构。120分钟结合图4-90至4-153讲解；播放动画演示推杆推出、推管推出、斜顶脱模；讨论推杆位置选择。4.10侧向抽芯机构设计侧向抽芯机构分类；斜导柱侧向抽芯机构（结构、抽芯距、斜导柱长度、锁紧楔、滑块设计）；弯销抽芯；斜导槽抽芯；斜滑块抽芯；斜推杆抽芯；齿轮齿条抽芯；弹性元件抽芯。150分钟播放动画演示斜导柱抽芯过程；讲解抽芯力、抽芯距计算；展示滑块定位方式；分组设计简单滑块机构。4.11温度调节系统设计温度调节的必要性；冷却系统设计原则；冷却系统结构形式；冷却系统组成及连通方式；冷却系统计算；加热系统设计。90分钟讲解冷却水道布局；通过算例演示冷却计算；展示不同冷却结构图（图4-164至4-177）。4.12模架设计注射模模架的结构；标准模架的结构与形式；基本型模架组合尺寸；模架的选择方法。40分钟展示标准模架样本；讲解模架代号含义；演示如何在CAD中调用模架。4.13注射模材料的选用模具零件的失效形式；成型零件材料选用的要求；常用模具材料及热处理。30分钟展示不同材料试样；讲解选材依据（耐磨性、耐蚀性、抛光性）。课堂小结回顾本章核心知识点：模具组成、注射机校核、分型面、型腔数、浇注系统、成型零件、脱模机构、抽芯机构、冷却系统、模架、材料。20分钟思维导图总结；预留答疑时间。注：以上时间分配总计约1080分钟（18小时），可根据实际进度灵活调整，确保重点内容（如4.5、4.7、4.9、4.10）充分讲解。五、实验/设计环节（8学时）实验一：模具拆装与结构认知（2学时）目的：了解注射模具的实际结构，认识各零部件及其装配关系。内容：分组拆装一副小型注射模（或模型），观察分型面、浇注系统、导向机构、推出机构、冷却水道等；测绘主要零件草图。要求：写出拆装报告，绘制模具结构简图。实验二：浇注系统流动模拟（2学时）目的：了解CAE软件在浇注系统设计中的应用，观察熔体充填过程。内容：使用Moldflow或Moldex3D软件，对简单塑件进行充填分析，设置不同浇口位置，分析流动前沿、熔接痕、气穴等。要求：提交分析报告，比较不同浇口方案的优劣。设计项目：中等复杂塑件注射模具设计（4学时）目的：综合运用本章知识，完成一副模具的总体方案设计。内容：给定一个塑件（如带侧孔的小盖、带加强肋的盒子），要求：分析塑件工艺性；注射机初选与校核；确定分型面、型腔数、型腔排列；设计浇注系统；设计成型零件（计算工作尺寸）；设计推出机构；设计冷却系统；选择模架型号；绘制模具总装草图（CAD）。要求：提交设计说明书，含计算过程、结构草图、模具材料选择。六、课后作业与思考题简答题：注射模由哪些部分组成？各部分作用是什么？选择分型面时应遵循哪些原则？举例说明。什么是平衡式进料？在多型腔模具中如何实现？推杆脱模机构设计时应注意哪些问题？斜导柱抽芯机构中，斜导柱的倾斜角如何确定？计算题：

某塑件（ABS）在分型面上的投影面积为5000mm²，浇注系统投影面积为800mm²，型腔压力取35MPa，注射机公称锁模力为2000kN，校核锁模力是否满足要求。

塑件型腔深度为40mm，塑件外径为φ60mm，收缩率取0.6%，制造公差取Δ/3，磨损量取0.02mm，计算型腔径向尺寸和深度尺寸（标注公差）。分析题：图4-24a中侧孔的设计导致需要侧抽芯，若改为图4-24b的斜分型面插穿成型，对模具结构有何影响？分析优缺点。某塑件在推出时出现顶白，可能的原因有哪些？如何改进脱模机构设计？设计题：

设计一个斜导柱抽芯机构，已知侧孔深度10mm，侧孔轴线与开模方向垂直，塑件材料为PP，抽芯距取15mm，斜导柱倾斜角取15°，试计算斜导柱工作部分长度，并绘制滑块结构简图。拓展思考：

查阅资料，了解热流道模具相比普通流道模具的优缺点及应用场合。

收集一例国产大型复杂注射模具的成功案例，分析其设计特点。七、参考资料教材：《塑料成型工艺及模具设计》（第3版），王群、滕杰主编，机械工业出版社，2025标准：GB/T12555-2006注射模模架；GB/T4169塑料注射模零件