塑料成型模具设计与CAD第2课课件.ppt

1、 本章主要概述塑料制品的设计原则，从制品设计和用模具成型的角度，评述材料的选用和加工方法的选择。1.1 1.1 塑料制品的设计方法和原则塑料制品的设计方法和原则需要掌握的知识：需要掌握的知识：1 1、机械设计（制图、公差配合与技术测量、工、机械设计（制图、公差配合与技术测量、工程力学和机械设计等方面的知识和技能）程力学和机械设计等方面的知识和技能）2 2、塑料加工工程（塑料及配方、塑料加工、塑、塑料加工工程（塑料及配方、塑料加工、塑料成料成 型模型模 具和成型机械等知识）具和成型机械等知识）塑料件设计的三个阶段：设计方案的拟定结构设计生产准备和定型（1）拟定设计方案第一步，科学地确定制品的功能

2、和性能第二步，选择合适的塑料材料第三步，确定制品的加工方法第四步，对塑件进行失效分析（2）结构设计结构结构功能结构功能结构工艺结构工艺结构造型结构造型结构是结构设计的核心。确定使用功能实现的制品形状、尺寸和壁厚。是制品生产的前提。合理处理熔体流动性、收缩率、脱模等问题。予以制品装饰和美化的效果。各种草图、轴侧图、三视图和三维造型等。各种草图、轴侧图、三视图和三维造型等。慎重确定尺寸精度、公差、表面质量后，绘制生产用得工程图。慎重确定尺寸精度、公差、表面质量后，绘制生产用得工程图。（3）生产准备和定型通过各种CAE/CAD数值分析软件，可获知充模流动、保压冷却、固化收缩和翘曲变形的分析结果。可对

3、塑件进行修正和优化。总结设计塑料制品的原则：设计塑料制品的原则：保证其在使用期限中的功能和性能；保证其在使用期限中的功能和性能；在上面的前提下选料、考虑加工可行性和成本；在上面的前提下选料、考虑加工可行性和成本；聚合物流变和固化过程对制品的影响；聚合物流变和固化过程对制品的影响；大多数塑件是各种装置和设备中的组成元件。大多数塑件是各种装置和设备中的组成元件。其设计必须统一在整体产品中，在保证整机质量其设计必须统一在整体产品中，在保证整机质量 的前提下降低塑件成本。的前提下降低塑件成本。1.2 1.2 塑料材料的选择塑料材料的选择本节主要内容：本节主要内容：介绍塑料材料的分类；介绍塑料材料的分类

4、；介绍介绍热塑性塑料和热固性塑料的常用品种；热塑性塑料和热固性塑料的常用品种；介绍介绍常用塑料的应用、加工和失效的特征；常用塑料的应用、加工和失效的特征；讨论塑料材料的选择方法。讨论塑料材料的选择方法。1.2.1 1.2.1 塑料材料的分类和常用品种塑料材料的分类和常用品种热塑性塑料热塑性塑料，是指在特定的温度范围内，能反复加热软化和冷却硬化的材料。热固性塑料热固性塑料，是指在一定温度和压力下熔融，保持一定时间而固化，固化后成为不能熔融、不能溶解的材料。按分子结构及其热性能分类按分子结构及其热性能分类按用途分类按用途分类通用塑料通用塑料工程塑料工程塑料特殊塑料特殊塑料聚乙烯（PE)是结晶性聚合

5、物，熔体流动性好。是结晶性聚合物，熔体流动性好。结晶度（%）性能用途LDPE45-65柔软，断裂伸长率、冲击强度、透明性好吹塑薄膜、挤出线缆绝缘层等HEPE85-95较高力学强度和使用温度中空吹塑、注射、挤出各种管材等UHMWPE分子量大于70万很高力学强度，耐磨性能好，减摩耐磨的支承和传动件环境应力裂纹环境应力裂纹：塑料树脂当有应力存在下，受化学试剂作用发生的 降解现象，最终导致塑料组分的损坏。在受热和光照下会发生氧降解，致使塑料件脆化，损失了弯曲和拉伸强度。聚丙烯（PP)是密度小而耐热性较好的结晶性聚合物，成型收缩率大，熔体流动性是密度小而耐热性较好的结晶性聚合物，成型收缩率大，熔体流动性

6、好，有突出的抗疲劳性能。好，有突出的抗疲劳性能。不会因为环境应力开裂而失效。不会因为环境应力开裂而失效。耐老化能力比耐老化能力比PEPE差。差。TgTg为为-20-20，低温冲击强度低。，低温冲击强度低。PPPP瓶壁的水汽渗透速率高于瓶壁的水汽渗透速率高于PEPE。聚氯乙烯（PVC)具有无定形聚合物的特征，成型收缩率较小。具有无定形聚合物的特征，成型收缩率较小。熔体的热稳定性差，成型温度的范围小，对模具有腐蚀作用。熔体的热稳定性差，成型温度的范围小，对模具有腐蚀作用。软PVC,吹塑薄膜、压延片材和挤出线缆护套硬PVC，挤出各种棒材、管材、板材、型材注射及硬PVC，流动性差，成型管接头和较小的结

7、构件硬硬PVCPVC的冲击强度较低，改性可以提高，但同时刚度下降。的冲击强度较低，改性可以提高，但同时刚度下降。聚苯乙烯（PS)无色透明塑料，透光率仅次于无色透明塑料，透光率仅次于PMMAPMMA。电绝缘性优良。着色性、。电绝缘性优良。着色性、耐水性和化学稳定性好，但是不耐苯和汽油等溶剂。耐水性和化学稳定性好，但是不耐苯和汽油等溶剂。无定形聚合物，熔体流动性好且不易分解，具良好的注射工艺性。无定形聚合物，熔体流动性好且不易分解，具良好的注射工艺性。力学性能一般，抗冲击性能差。力学性能一般，抗冲击性能差。PSPS塑料件：塑料件：壁厚应均匀一致，各连接面处应有圆角，不宜设计嵌件；壁厚应均匀一致，各

8、连接面处应有圆角，不宜设计嵌件；不能承受动态的弯曲载荷，不能设计制造弹性夹钳等；不能承受动态的弯曲载荷，不能设计制造弹性夹钳等；有较大的热膨胀系数，交替的膨胀和收缩会使塑件的连接基座开裂。有较大的热膨胀系数，交替的膨胀和收缩会使塑件的连接基座开裂。抗冲聚苯乙烯（HIPS)为丁苯橡胶增韧改性的为丁苯橡胶增韧改性的PS,PS,具有较高的韧性和冲击强度。具有较高的韧性和冲击强度。若相对分子量偏低，胶含量较少，或注射工艺不良，会有较低若相对分子量偏低，胶含量较少，或注射工艺不良，会有较低的强度和高的残余应力。的强度和高的残余应力。HIPSHIPS制品抗氧化和热化学阻抗的稳定性较差，尤其在承载情况制品抗

9、氧化和热化学阻抗的稳定性较差，尤其在承载情况下，扭曲和弯曲会产生热变形或疲劳裂纹。下，扭曲和弯曲会产生热变形或疲劳裂纹。ABSABSASAS（SAN)SAN)PMMAPMMA苯乙烯-丁二烯-丙烯腈共聚的无定形塑料丙烯腈和苯乙烯共聚的无定形塑料聚甲基丙烯酸甲酯（有机玻璃）较好的综合力学性能，韧性比HIPS好，熔体流动性中等，易于注射成型。成型收缩率小，制品尺寸稳定。透光率与PS相当，韧性和强度超过PS,熔体流动性较好。但是模塑成型时易生成残余应力，会引发裂纹。有环境应力开裂现象。透明度高地无定形塑料，具有良好的电绝缘性、染色性和装饰性能。熔体流动性中等。脆，不能承受高应力。表面硬度差，容易擦伤起

10、划痕。有环境应力开裂现象。各种壳体和结构件，表面电镀的装饰件，设计寿命通常10年。电子零部件等可制成棒，管、板等型材聚酰胺（PA)PAPA系为多品种的结晶型聚合物。系为多品种的结晶型聚合物。坚韧、耐磨且耐疲劳，但及能吸湿。注射前必须充分干燥物料。坚韧、耐磨且耐疲劳，但及能吸湿。注射前必须充分干燥物料。熔融温度高，熔体粘度低，注射时容易出现流延和溢边。熔融温度高，熔体粘度低，注射时容易出现流延和溢边。塑件的成型收缩率大，且有波动。因吸湿而尺寸不稳定。塑件的成型收缩率大，且有波动。因吸湿而尺寸不稳定。PA6，弹性好，冲击强度高，吸水率大；PA66，强度高，耐磨性好。PA610，性能类似于PA66，

11、吸水性和刚性较小。PA1010，半透明，吸水率小，耐寒性好。影响影响PAPA塑件性能的因素：塑件性能的因素：原料含水率；原料含水率；结晶度；结晶度；使用期的水含量；使用期的水含量；控制吸水膨胀。控制吸水膨胀。聚碳酸酯聚碳酸酯PC聚甲醛聚甲醛POM聚苯醚聚苯醚PPO无定形聚合物高结晶度聚合物无定形聚合物抗冲击强度、抗蠕变性突出。耐寒耐热。电绝缘性优良。具有较好的透明度。制品成型收缩率小，尺寸精度高。熔体粘度高，流动性差。残余应力高，容易开裂。缺口敏感材料。耐磨、耐水、耐腐蚀。熔体流动中等，热敏性强，容易分解。热稳定差，容易燃烧。长期在大气中老化快。成型收缩率和吸水性小，阻燃性好。热变形温度高。熔

12、体流动性差。制品容易开裂。酚醛塑料酚醛塑料PF环氧塑料环氧塑料EF脲醛塑料脲醛塑料UF三聚氰胺甲三聚氰胺甲醛塑料醛塑料MF聚氨酯聚氨酯PU不饱和聚酯不饱和聚酯UPE成本低，易模塑。低蠕变、良好刚性。耐酸和溶剂不耐碱。冲击强度差。良好的力学、化学阻抗和点绝缘性。耐候性好。与金属、无机材料有很好的粘结性能电玉塑料。容易着色，难燃、电绝缘性好耐水，耐热，自熄、耐电弧、刚硬，表面有玻璃质感，无毒软质泡沫,硬质泡沫、质轻强度高，可室温固化低压电器开关，化工防腐和摩擦制动。微电子器件的塑封，覆铜箔的电路板。瓶盖、纽扣、日用品等餐具，电气零件包装，装潢；保温冷藏。汽车、建筑和家具等。1.2.2 1.2.2

13、塑料材料的选择方法塑料材料的选择方法加工性能力学性能热性能物理性能材料性能一般包括：材料性能一般包括：根据工艺安全系数和老化损失系数分析，提出塑料件对根据工艺安全系数和老化损失系数分析，提出塑料件对原材料性能的数据表，然后对照选用塑料材料品种乃至原材料性能的数据表，然后对照选用塑料材料品种乃至品级。品级。材料选择的步骤如下：材料选择的步骤如下：提出塑料件所需性能项目提出对原材料性能项目的最低数值清单初步选定一批候选材料由专门的性能和材料成本选定材料表1.1 某注射件对原料性能要求拉伸强度拉伸强度60MPa弯曲模量弯曲模量1200MPa带缺口悬臂冲击强度带缺口悬臂冲击强度100KJ/m断裂伸长率

14、断裂伸长率5%热变形温度热变形温度90表1.2 候选材料确定塑料材料塑料材料拉伸强度拉伸强度/MPa/MPa弯曲模量弯曲模量/MPa/MPa热变形温热变形温度度/缺口悬臂梁冲缺口悬臂梁冲击强度击强度/kJ/m/kJ/m断裂伸断裂伸长率长率/%/%取舍取舍POMPOM69692830283013613675754040PA66PA667777124012409090123123300300PA66+30PA66+30%玻纤玻纤138138620062002522521071075 5PCPC626223402340132132800800110110PC+30%PC+30%玻纤玻纤1311317

15、60076001401401071074 4PPOPPO6666248024801301302672676060PPO+30PPO+30%玻纤玻纤117117760076001501501231235 5凭借生产经验，以对材料性能的先进性和成本的了解，列材料清单，然后淘汰一批表1.3 某注射件的第二次材料选择塑料材料塑料材料蠕变模量蠕变模量/MPa/MPa介电强度介电强度/（Kv/mmKv/mm）模塑收缩率模塑收缩率/%/%成本成本/(/(元元/吨）吨）PA66PA6643043016162.02.01800018000PA66+30%PA66+30%玻纤玻纤57057016162.02.02

16、200022000PCPC2200220015150.70.73000030000PPOPPO2300230022220.60.63200032000PPO+30%PPO+30%玻纤玻纤7300730022220.30.334000340001.3 加工方法的选择加工方法的选择可以从以下几个方面考虑：加工方法的选择可以从以下几个方面考虑：形状尺寸材料精度体积生产率对模具和设备的要求1.3.1 热塑性塑料的加工挤塑挤塑（轮廓挤塑、线缆包覆挤塑、吹膜挤塑、平膜拉伸成型、共挤塑、发泡挤塑）压延热成型（单片热成型、双片热成型、连续进料的热成型）注射模塑（一般注塑、结构发泡注射、共注射成型、热流道注射、气体辅助注射）中空吹塑浇铸1.3.2 热固性塑料的加工压缩和压注模塑层压成型缠卷成型反应注射（RIM)