1、第一章 塑料概论 塑料成型工艺及模具设计塑料成型工艺及模具设计 第第1 1章章 塑料概论塑料概论 本章基本内容本章基本内容塑料的定义及高聚物的制备和结构塑料的组成及塑料特性的应用塑料的分类学习目的与要求学习目的与要求.掌握塑料的概念及分类.掌握塑料特性及应用.掌握热塑性塑料和热固性塑料的区别.了解高聚物的制备和结构.了解塑料的组成第章第章 塑料概论塑料概论第章第章 塑料概论塑料概论 本章难点本章难点塑料特性的理解及综合应用塑料的配方第第1 1章章 塑料概论塑料概论 1.1 1.1 塑料与高聚物塑料与高聚物 1.2 1.2 塑料的组成及塑料特性的应用塑料的组成及塑料特性的应用 1.3 1.3 塑
2、料的分类塑料的分类 1.4 1.4 思考题思考题 1.11.1塑料与高聚物塑料与高聚物1.1.1 1.1.1 塑料的定义塑料的定义 1.1.2 1.1.2 高聚物的制备和结构高聚物的制备和结构 塑料的定义塑料的定义：塑料中的必要和主要成分是树脂。树脂是由高分子物质所组成，它是通过聚合反应而制成的，所以又叫聚合物或称高聚物。1.1.11.1.1塑料的定义塑料的定义1.1.21.1.2高聚物的制备和结构高聚物的制备和结构 1.高分子与低分子的区别(见表见表1-11-1)2.2.高聚物的制备高聚物的制备 3.高分子的相对分子量 高分子的相对分子量由下式表示：M=mM=mn n式中 M大分子的相对分子
3、量；m基本结构单元的相对分量；n 重复结构单元数，称为聚合度。4.4.大分子链的空间构型大分子链的空间构型 (见图见图1-21-2)2.2.高聚物的制备高聚物的制备 把一些低分子化合物（基本结构单元）结合起来形成高分子化合物（高聚物）的化学反应过程叫做聚合反应。按照合成反应的机理分，高聚物的制备方法主要有两类：加聚反应加聚反应缩聚反应缩聚反应 1.1.2 1.1.2 高聚物的制备和结构高聚物的制备和结构 4.4.大分子链的空间构型大分子链的空间构型 高聚物中大分子链的空间构型有三种形式，线型线型、支链状线型支链状线型及体型体型。现分别介绍如下。线型分子即大分子呈线状，如图1 12a2a所示。支
4、链状线型分子的主链也是线状，但主链上还生出或多或少长短不等的支链，如图1 12b2b所示。体型分子的主链同样是长链形状，但这些长链之间有短链横跨连接，并在三维空间相互交联如图1 12c2c、d d所示1.1.2 1.1.2 高聚物的制和结构高聚物的制和结构1.1.2 1.1.2 高聚物的制和结构高聚物的制和结构 (1)(1)加聚反应加聚反应 加聚反应为在聚合反应过程中没有副产物产生，生成的高分子化合物具有参于反应的单元相同的成分。由基本结构单元组成的大分子叫链链，每一个基本结构单元叫链节链节，而一个大分链上重复串联结构单元的个数叫链节数链节数。由两种单体A和B交替串联形成，叫交替共聚物交替共聚
5、物。尼龙66的分子链结构就属这一类。（见图11所示）由三种单体组成的大分子叫三元共聚物三元共聚物 。1.1.2 1.1.2 高聚物的制和结构高聚物的制和结构 (2)缩聚反应缩聚反应 由一种或多种单体缩合成为高聚物的大分子链，同时析出其它低分子物质的反应。1.2 1.2 塑料的组成及塑料特性的应用塑料的组成及塑料特性的应用1.2.11.2.1塑料的组成塑料的组成1.2.21.2.2塑料的特性及其应用塑料的特性及其应用 1.2.1 1.2.1 塑料的组成塑料的组成塑料的组成塑料的组成1.1.树脂树脂6.6.固化剂固化剂2.2.填充剂填充剂 7.7.着色剂着色剂3.3.增塑剂增塑剂 8.8.抗静电剂
6、抗静电剂4.4.稳定剂稳定剂 9.9.发泡剂发泡剂5.5.润滑剂润滑剂 10.10.阻燃剂阻燃剂 塑料的特性塑料的特性:1.1.质量轻质量轻 2.2.化学稳定优越化学稳定优越 3.3.电绝缘性能好电绝缘性能好 4.4.比强度高比强度高 5.5.减摩，耐磨性能优良，自润滑性好减摩，耐磨性能优良，自润滑性好 6.6.成型加工方便成型加工方便 7.7.粘结性能好粘结性能好光学性能好光学性能好 9.9.着色性能较强着色性能较强 10.10.导热率低导热率低 1.2.2 1.2.2 塑料的特性及其应用塑料的特性及其应用1.2.2 1.2.2 塑料的特性及其应用塑料的特性及其应用 塑料的应用塑料的应用:目
7、前，塑料也存在着一些缺点，使其应用受到一定限制。一般塑料的机械强度均不如金属。塑料成型时收缩率较高。塑料对温度的敏感性远比金属或其它非金属材料的大，塑料的使用温度范围远较其它材料的窄。塑料若长期受载荷作用，即使温度不高，其形状会产生“蠕变”，塑料这种渐渐产生的塑件流动是不可塑的，导致塑件尺寸精度丧失。所以，在选择塑料时要注意扬长避短。1.3.1 1.3.1 热塑性塑料热塑性塑料 1.3.2 1.3.2 热固性塑料热固性塑料 1.3.3 1.3.3 塑料原料塑料原料 1.3 1.3 塑料的分类塑料的分类 热塑性塑料：热塑性塑料：将该类塑料升温熔融为粘稠液体后施加将该类塑料升温熔融为粘稠液体后施加
8、高压，便可以充满一定形状的型腔而后使其高压，便可以充满一定形状的型腔而后使其冷却固化定型成为制品如果在将其加热又冷却固化定型成为制品如果在将其加热又可进行另一次塑料成型，如此可反复地进行可进行另一次塑料成型，如此可反复地进行多次在成型过程中，该塑料主要是发生物多次在成型过程中，该塑料主要是发生物理变化，仅有少量化学变化，其变化过程基理变化，仅有少量化学变化，其变化过程基本上是可逆的本上是可逆的1.3.1 1.3.1 热塑性塑料热塑性塑料1.3.2 1.3.2 热固性塑料热固性塑料表1-21-2对热塑性塑料与热固性塑料有关成型方面的主要区别进行了归纳。1.3.2 1.3.2 塑料原料塑料原料塑料
9、原料如下图所示塑料原料如下图所示思考题思考题 1.塑料的定义？（塑料的定义？（答案答案）2.2.塑料的主要成分是什么？（塑料的主要成分是什么？（答案答案）3.3.填充剂的作用有哪些？（填充剂的作用有哪些？（答案答案）4.4.增塑剂的作用是什么？（增塑剂的作用是什么？（答案答案）5.5.润滑剂的作用是什么？（润滑剂的作用是什么？（答案答案）6.6.试述稳定剂的作用与种类？（试述稳定剂的作用与种类？（答案答案）1 1、塑料是以合成高聚物为主要成分。它塑料是以合成高聚物为主要成分。它在一定的温度和压力下具有可塑性，能够流动在一定的温度和压力下具有可塑性，能够流动变形，其被塑造成制品之后，在一定的使用
10、环变形，其被塑造成制品之后，在一定的使用环境条件之下，能保持形状、尺寸不变，并满足境条件之下，能保持形状、尺寸不变，并满足一定的使用性能要求一定的使用性能要求。思考题思考题 2 2、塑料的主要成分是合成树脂，塑料的主要成分是合成树脂，一般它都加有其它添加剂，为多组成分一般它都加有其它添加剂，为多组成分组成。组成。3 3、填充剂起降低产品成本、改善塑填充剂起降低产品成本、改善塑料性能和增强的作用。料性能和增强的作用。思考题思考题 4 4、加入增塑剂能提高塑料的弹性、加入增塑剂能提高塑料的弹性、可塑性、流动性，改善其低温脆化的弱可塑性、流动性，改善其低温脆化的弱点，使塑料变得柔软和抗振。点，使塑料
11、变得柔软和抗振。5 5、润滑剂的作用是易于成型流动与润滑剂的作用是易于成型流动与脱模脱模。思考题思考题 6 6、稳定剂的作用：稳定剂的作用：能抑制和防止塑料在加工成型或使用过程中，因受热、光、氧等作用而产生降解、养花断链、交链等现象而致使塑料性能遭到破坏，使塑料的性能稳定。稳定剂的种类有：稳定剂的种类有：光稳定剂、热稳定剂和抗氧剂等。思考题思考题 表11 高分子与低分子的区别 有显著区别方面 低分子 高分子 一个分子所包含的 原子个数 几个几百个 几千个到几百万个 相对分子量 几几百 几万上千万 分子长度 微米 几微米 71041012453 1交替 2无规 3嵌段 4接枝 5无规三无共聚物
12、图 11 大分子链结构a线状 b支链状 c网状 d体型状 图12 高聚物分子链的空间构型形式a b c d 表1-2热塑性塑料与热固性塑料有关成型方面的区别 成型前，塑料中树脂分子结构 使制品固化定型的模具温度条件 成型后，塑料中树脂分子结构 成型过程中树脂所发生的变化 制品的熔化，溶解性能 塑料的使 用性 常采用的 成型方法 热塑性塑料 线型或支链状线型聚合物分子 冷却 基本与成型前的相同 物理变化（可能有少量分解或交链现象发生）可熔化 可溶解 反复多次使用（可回收废料）注射、挤 出、吹塑等 热固性塑料 线型聚合物分子 加热（提供交联反应温度 转变为体型分子 既有物理变化，又有化学变化。有低
13、分子析出 既不可熔化，也不可溶解 一次性使用，因成型过程不可逆 压缩或压 注。有的品种可以采用注射 第二章塑料成型基础塑料成型工艺及模具设计塑料成型工艺及模具设计第第2 2章章 塑料成型基础塑料成型基础本章基本内容本章基本内容n塑料成型基础理论塑料成型基础理论n注射工艺过程及主要成型工艺参数注射工艺过程及主要成型工艺参数n塑料的成型特性塑料的成型特性第第2 2章章 塑料成型基础塑料成型基础 学习目的与要求学习目的与要求n掌握高聚物的三种物理、力学状态及其应掌握高聚物的三种物理、力学状态及其应用。用。n掌握塑料成型基本理论、注射工艺过程及掌握塑料成型基本理论、注射工艺过程及主要成型工艺参数。主要
14、成型工艺参数。n充分了解塑料的成型特性，使塑料成型工充分了解塑料的成型特性，使塑料成型工艺性与模具结构相匹配。艺性与模具结构相匹配。第第2 2章章 塑料成型基础塑料成型基础本章重点本章重点n对塑料的特征温度的理解对塑料的特征温度的理解n牛顿型流体与非牛顿型流体的区别牛顿型流体与非牛顿型流体的区别n注射工艺过程注射工艺过程n对成型工艺条件的选择和控制对成型工艺条件的选择和控制第第2 2章章 塑料成型基础塑料成型基础本章难点本章难点n对塑料的特征温度的理解，以及如何使对塑料的特征温度的理解，以及如何使用这些温度。用这些温度。n对成型工艺条件的选择和控制对成型工艺条件的选择和控制。第第2 2章章 塑
15、料成型基础塑料成型基础 n2.1 2.1 塑料成型基础理论塑料成型基础理论n2.2 2.2 注射工艺过程及主要成型工艺参数注射工艺过程及主要成型工艺参数n2.3 2.3 塑料的成型特性塑料的成型特性n2.4 2.4 思考题思考题2.1 2.1 塑料成型基础理论塑料成型基础理论n2.1.1 2.1.1 高聚物的三种物理、力学状态及其应用高聚物的三种物理、力学状态及其应用n2.1.2 2.1.2 成型加工中塑料受到的应力和应变成型加工中塑料受到的应力和应变n2.1.3 2.1.3 塑料熔体的流变性能塑料熔体的流变性能n2.1.4 2.1.4 对塑料粘度的调节对塑料粘度的调节n2.1.5 2.1.5
16、 分子定向分子定向n2.1.6 2.1.6 热固性塑料流变学热固性塑料流变学2.1.1 2.1.1 高聚物的三种物理、力学状态及其应用高聚物的三种物理、力学状态及其应用 塑料的物理状态：玻璃态、高弹态和粘流态 塑料的物理状态与它本身的温度有关。如图2-1所示。A 塑料呈现刚性固体状，为玻璃态。C 高聚物呈现柔软的弹性状，称高弹态。E继续升高温度，分子热运动能量进一步增大，至能解开分子链间的缠结而发生整个大分子的滑移，在外力作用下便发生粘性流动，称粘流态。Tb称为脆化温度，是高聚物保持高分子力学特性的最低温度。Td称为分解温度，在温度高于Td后，高分子主链发生断裂，这现象称为降解。图2-2是结晶
17、型高聚物的温度形变曲线。2.1.2 2.1.2 成型加工中塑料受到的应力和应变成型加工中塑料受到的应力和应变 只有在受到外力作用而产生应变时，塑料才会流动和变形。应力有三种类型应力有三种类型：剪切应力、拉伸应力、压缩应力剪切应力、拉伸应力、压缩应力，因而对应产生三种应变（在应力作用下产生的形状与尺寸变化叫做应变）：剪切应变、拉伸应变和压缩应变剪切应变、拉伸应变和压缩应变。剪切应力对塑料的成型最为重要。如图2-32-32.1.3 2.1.3 塑料熔体的流变性能塑料熔体的流变性能 研究物质形变与流动的科学称为流变学研究物质形变与流动的科学称为流变学 牛顿型流体牛顿型流体 非牛顿型流体非牛顿型流体2
18、.1.3 2.1.3 塑料熔体的流变性塑料熔体的流变性能能牛顿型流体牛顿型流体 符合下式的流体称为牛顿型流体：=（dv/drdv/dr）=(dr/dv(dr/dv)=)=?以切应力对剪切速率?或者以粘度对剪切速率?作用所得到的曲线称为流体的流动流体的流动（或流变）曲线（或流变）曲线，它是确定塑料成型加工工艺条件的重要依据。图2-42-4 牛顿型流体的的流动曲线特点：图2-52-5、图2-62-62.1.3 2.1.3 塑料熔体的流变性能塑料熔体的流变性能 非牛顿型流体非牛顿型流体 非牛顿型流体包括粘性流体、粘弹非牛顿型流体包括粘性流体、粘弹性流体和时间依赖性流体。性流体和时间依赖性流体。粘性流
19、体又分为宾哈流体、膨胀性粘性流体又分为宾哈流体、膨胀性流体和假塑性流体流体和假塑性流体.实际中，几乎绝大多实际中，几乎绝大多数聚合物熔体和熔液的流动行为都接近数聚合物熔体和熔液的流动行为都接近于假塑性流体。见图于假塑性流体。见图-2.1.3 2.1.3 塑料熔体的流变性能塑料熔体的流变性能 用于描述假塑性流体定律的是一幂律函数用于描述假塑性流体定律的是一幂律函数方程：方程：=a a?（a a=K =K?n-1 n-1）n n流动行为指数，对牛顿流体流动行为指数，对牛顿流体n=1,n=1,假塑性流假塑性流体体n n1,n1,n值值 越小则流体的非牛顿性越强。越小则流体的非牛顿性越强。K K流体稠
20、度，流体稠度，k k值越高，流体粘度越大。值越高，流体粘度越大。如图如图2-2-2.1.4 2.1.4 对塑料粘度的调节对塑料粘度的调节 从成型工艺出发，欲获得理想的粘度，主要取决于对温度、剪切速率及压力。1.1.温度温度 提高其温度不超过分解温度，粘度可下降。提高其温度不超过分解温度，粘度可下降。但是,将温度调节，对有的塑料效果颇佳，有的则差。如图2-92-9 2.2.剪切速率剪切速率 绝大多数塑料熔体属于塑性流体，具有表现粘度随剪切速率或切应力的增大而减小的流变性能。与温度一样，各种假塑性塑料的粘度对其所受剪切速率发生改变的敏感性亦不一致。如图2-102-10、2-112-11 2.1.4
21、 2.1.4 对塑料粘度的调节对塑料粘度的调节 3.压力压力 提高压力（注射压力和挤压压力）对塑料粘度起增大作用。粘度对压力的敏感性也因塑料品种而异。成型制品时，应注意模具温度状况和浇注系统结构同样对塑料熔体充模流动粘度发生重要影响，要真正实现合理的粘度，还必须包括这部分的设计要合理。2.1.5 2.1.5 分子定向分子定向 1.1.分子取向机理分子取向机理 塑料中的聚合物大分子、细而长的纤维状 填料分子在成型过程中由于受到应力作用而产生分子整齐、平行排列的现象，这种现象称之为分子取向分子取向。如图2-122-122.1.5 2.1.5 分子定向分子定向 2.2.分子定向作用分子定向作用 有定
22、向分子存在将对制品的力学性能、收缩与变形产生重要影响。2.1.5 2.1.5 分子定向分子定向 3.3.影响分子定向的因素影响分子定向的因素 定向方向定向方向 在流动取向下，分子方向沿着料流方向平行 排列。料流方向又取决于料流进入型腔的位置即浇口位置，故在型腔一定时影响分子定向方向的因素是浇口位置。定向程度定向程度 分子定向程度与塑料的类别和塑料制品的壁厚大小有关。此外，分子定向程度还与注射工艺条件及模具的浇口设计关系密切，现将其各项影响及相互关系归纳列于表2 22 2中。2.1.6 2.1.6 热固性塑料流变学热固性塑料流变学 热固性塑料热固性塑料的流变性与热塑性塑料的有着本质差异，因其粘度
23、是随分子的交联反应而发生变化，在成型热固性塑料制品过程中的粘度变化是不可逆转的，因此在制订成型工艺条件和模具设计时要十分重视对温度的合理选择和控制。图2-132-13 热固性塑料热固性塑料制品分子定向现象是无法消除的。为此，在设计模具对应该考虑这样一个问题：浇口的位置和形状能左右塑料的流动方向和定向程度，应使塑料在模内流动所产生的分子取向方向与制品在使用中的受力方向保持一致。2.2 2.2 注射工艺过程及主要成型工艺参数注射工艺过程及主要成型工艺参数n2.2.1 2.2.1 注塑工艺过程注塑工艺过程n2.2.2 2.2.2 主要成型工艺参数主要成型工艺参数2.2.1 2.2.1 注塑工艺过程注
24、塑工艺过程n（1 1）.注射前的准备注射前的准备n（2 2）注射成型过程）注射成型过程n（3 3）制品的后处理）制品的后处理 图图2-142-142.2.2 2.2.2 主要成型工艺参数主要成型工艺参数 （1 1）.温度温度：料筒温度、喷嘴温度、模具温度、脱模温度 （2 2）.压力压力：塑化压力、注射压力、保压压力、模腔压力 （3 3）.时间时间：注射时间、保压时间、冷却时间 模塑周期模塑周期：它由注射时间、保压时间、冷却时间和辅助时间四部分组成。图2-152-15表示了它们的关系。2.32.3塑料的成型特性塑料的成型特性n2.3.1 2.3.1 流动性流动性n2.3.2 2.3.2 收缩性、
25、收缩率、比容和压缩收缩性、收缩率、比容和压缩n2.3.3 2.3.3 结晶性、相容性、热敏性、固化结晶性、相容性、热敏性、固化和熔体破裂和熔体破裂n2.3.4 2.3.4 熔结痕、内应力、制品的后处理熔结痕、内应力、制品的后处理2.3.1 2.3.1 流动性流动性 1 1、合理选择流动性、合理选择流动性 遇到成型形状复杂、壁薄或尺寸较大的制品时，产品设计者应考虑在满足制品使用性能的前提下，优先选择流动性好的塑料来成型。、流动性等级流动性等级 测定流动性的方法用标准测试模具（仪器），测定值越高，表明流动性越好。人们习惯引用与塑料流动性相关的塑料溢料间隙（溢边值）概念。所谓溢料间隙溢料间隙是指熔体
26、塑料在成型高压下不得流过的最大间隙值。2.3.2 2.3.2 收缩性、收缩率、比容和压缩率收缩性、收缩率、比容和压缩率 、收缩性和收缩率收缩性和收缩率 造成收缩的因素及各种收缩现象如：(1).热胀冷缩 (2).塑料品种 (3).成型工艺 收缩率受工艺条件（压力、温度、时间）的影响很大)(4).模具结构 (5).塑件结构 注注:由于收缩率与塑件结构有关由于收缩率与塑件结构有关,所以设计模具时，所以设计模具时，需根据模塑收缩率来计算型腔的尺寸。需根据模塑收缩率来计算型腔的尺寸。、比容和压缩率、比容和压缩率 比容比容是单位重量的松散塑料所占有的体积。压缩压缩率率是松散塑料的体积与同重量塑料的体积之比
27、。用它们可计算出每模塑料需要的注射量（cm3）或模具加料腔的容积尺寸。注射量是决定设备的主要条件。2.3.3 2.3.3 结晶性、挥发物含量、相容性、结晶性、挥发物含量、相容性、热敏性、固化和熔体破裂热敏性、固化和熔体破裂n、结晶性、结晶性 结晶性即指聚合物分子能做空间规则排列生成结晶的能力。聚合物的结晶性与它们的结晶度能力大小有关。n 、挥发物含量、挥发物含量 塑料中的挥发物包括水、氯、空气、甲醛等低分子物质n 、相容性、相容性 、热敏性、热敏性 n 热敏性系指塑料的热稳定性差的性能。、固化、固化 n6 6 、熔体破裂、熔体破裂2.3.4 2.3.4 熔结痕、内应力、制品的后处理熔结痕、内应
28、力、制品的后处理n 、熔结痕、熔结痕 减少熔结痕 可选用流动性较好的塑料，或增加浇口数量，缩短流程，以较快时间充模；适当提高料温或模温等；增强模具排气措施；改变浇口位置使熔结痕产生在塑件的次要部位；尽量不用脱模剂等。n 、内应力、内应力 产生内应力的一个重要因素是注射及补料时的剪切应力。减少应力措施减少应力措施：注射压力不宜取得过高，使用较高的料温和模温，保压时间要适度，可采取降压保压方法，成型后将制品进行热处理。n 、制品的后处理（热处理）、制品的后处理（热处理）（1）退火处理 （2）调温处理 1.1.塑料有哪几种物理力学状态？塑料有哪几种物理力学状态？（答案答案）2.2.何为分子定向？何为
29、分子定向？（答案答案）3.3.收缩率的影响因素有哪些？收缩率的影响因素有哪些？（答案答案）4.4.塑料的成型特性有哪些？塑料的成型特性有哪些？（答案答案）思考题思考题、塑料的物理力学状态有：玻璃态、塑料的物理力学状态有：玻璃态、高弹态、粘流态高弹态、粘流态、分子定向是指：塑料中的聚合物大、分子定向是指：塑料中的聚合物大分子、细而长的纤维状填料分子在成型过程分子、细而长的纤维状填料分子在成型过程中由于受到应力作用而产生分子整齐、平行中由于受到应力作用而产生分子整齐、平行排列的现象，这种现象称之为分子取向。排列的现象，这种现象称之为分子取向。、收缩率的影响因素有：压力、温度、收缩率的影响因素有：压
30、力、温度、时间时间、塑料的成型特性有：流动性、收缩、塑料的成型特性有：流动性、收缩性和收缩率、比容和压缩率、结晶性、挥发性和收缩率、比容和压缩率、结晶性、挥发物含量、相容性、热敏性、固化、熔体破裂、物含量、相容性、热敏性、固化、熔体破裂、熔结痕、内应力、制品的后处理。熔结痕、内应力、制品的后处理。101010234210310101（Pa.s)PC（315）PS（200）PSU （350）a(s )图 2-10 剪切速率对聚合物熔体粘度的影响-1.1232 8 72 2 02 2 0图 2-11 粘 度 与 剪 切 速 率 关 系 曲 线1、2-聚 乙 烯；3-醋 酸 纤 维 素.02 0 0
31、6 0 010 0 02 0 04 0 06 0 08 0 0 a(Pa?S)(S-1)ABTgT(）0 A-交联密度低时的高聚物；B-交联密度高时的高聚物。图 2-13 交联对高聚物温度-形变曲线的影响。123TgTfTm形变温度图2-2结晶型高聚物的温度-形变曲线表表2-2成型条件与模具浇口对分子定向程度的影响成型条件与模具浇口对分子定向程度的影响影响因素定向程度 增大 减小 成 型 物料温度 充模温度 注射压力 塑料充模时间 模具温度 制品冷却速度条件 冷 热 慢 快 高 低 长 短 冷 热 快 慢模具 浇口位置选择 浇口截面大小浇口选较薄处 选较厚处 大 小 第三章塑料制品的设计塑料成
32、型工艺及模具设计塑料成型工艺及模具设计第第3章塑件设计章塑件设计本章基本内容n塑件尺寸、精度及表面质量n塑件的形状结构设计第第3章塑件设计章塑件设计 学习目的与要求学习目的与要求n掌握塑件成型工艺性与模具结构关系n掌握塑件形状结构与模具结构的关系第章塑件设计第章塑件设计 本章重点本章重点n对塑件的尺寸、精度及表面质量的理解。n塑件形状结构的设计。n螺纹塑件及带嵌件塑件的设计。第章塑件设计第章塑件设计本章难点本章难点n 对塑件成型工艺性、塑件的形状结构与对塑件成型工艺性、塑件的形状结构与模具结构的关系的理解。模具结构的关系的理解。第章塑件设计第章塑件设计3.2 3.2 尺寸精度与表面质量尺寸精度
33、与表面质量3.3 3.3 形状和结构设计形状和结构设计3.4 3.4 壁厚与脱模斜度壁厚与脱模斜度3.5 3.5 嵌件的安放与塑料螺纹、齿嵌件的安放与塑料螺纹、齿 轮设计轮设计3.6 3.6 思考题思考题3.1 3.1 塑件设计原则塑件设计原则3.1 3.1 塑件设计塑件设计 塑件设计原则塑件设计原则:满足使用要求和外观要求针对不同物理性能扬长避短便于成型加工尽量简化模具结构3.2.1 3.2.1 尺寸精度尺寸精度3.2.2 3.2.2 尺寸精度的确定尺寸精度的确定3.2.3 3.2.3 表面质量表面质量3.2 3.2 尺寸精度与表面质量尺寸精度与表面质量 3.2.1 3.2.1 尺寸精度尺寸
34、精度 1、塑件尺寸塑件尺寸概念 塑件尺寸塑件的总体尺寸。2、塑料制品总体尺寸受限制的主要因素主要因素：*塑料的流动性 *成型设备的能力3.2 3.2 尺寸精度与表面质量尺寸精度与表面质量 3.2 尺寸精度与表面质量尺寸精度与表面质量 影响塑件尺寸精度的因素：影响塑件尺寸精度的因素：1、模具制造的精度，约为1/3。2、成型时工艺条件的变化，约为1/3。3、模具磨损及收缩率的波动。具体来说，对于小尺寸制品，模具制造误差对尺寸精度影响最大；而大尺寸制品则收缩波动为主要。3.2.2 3.2.2 尺寸精度的确定尺寸精度的确定表31是模塑件尺寸公差国家标准（GB/T144861993），表32是常用塑料材
35、料的公差等级选用。将表31和表32结合起来使用，先查表32，根据模塑件的材料品种及用要求选定塑件的尺寸精度等级，再从表31中查取塑件尺寸公差。然后根据需要进行上、下偏差分配。如基孔制的孔可取表中数值冠以(+)号，如基轴制的轴可取表中数值冠以(-)号，其余情况则根据材料特性和配合性质进行分配。3.2 3.2 尺寸精度与表面质量尺寸精度与表面质量 3.2.3 3.2.3 表面质量表面质量1、塑件制品的表面质量要求:表面粗糙度要求。表面光泽性、色彩均匀性要求。云纹、冷疤、表面缩陷程度要求。熔结痕、毛刺、拼接缝及推杆痕迹等缺陷的要求。3.2 3.2 尺寸精度与表面质量尺寸精度与表面质量3.2 尺寸精度
36、与表面质量尺寸精度与表面质量n3.2.3 3.2.3 表面质量表面质量 2、型腔表面粗糙度要求 一般，型腔表面粗糙度要求达0.2-0.4mm。透明制品型腔和型芯粗糙度一致。非透明制品的隐蔽面可取较大粗糙度，即型芯表面相对型腔表面略为粗糙。3.3 3.3 形状和结构设计形状和结构设计3.3.1 3.3.1 形状形状3.3.2 3.3.2 结构设计结构设计 设计塑件的内外表面形状要尽量避免侧凹结构，以避免模具采用侧向分型和侧向抽芯机构，否则因设置这些机构而使模具结构复杂.不但模具的制造成本提高，而且还会在塑件上留下分型面线痕，增加了去除飞边的后加工的困难。以成型侧孔和凸凹结构为例。比较两种方案，从
37、而选择优良的设计方案。3.3 3.3 形状和结构设计形状和结构设计3.3.1 3.3.1 形状形状3.3 形状和结构设计形状和结构设计 图3-1a所示塑件在取出模具前，必须先由抽芯机构抽出侧型芯，然后才能，取出模具结构复杂。图3-1b侧孔形式，无需侧向型芯，模具结构简单。图3-2a所示塑件的内侧有凸起，需采用由侧向抽芯机构驱动的组合式型芯，模具制造困难。图3-2b避免了组合式型芯，模具结构简单。图3-1具有侧孔的塑件图3-2塑件内侧表面形状改进aabb3.3.1 形状3.3 形状和结构设计形状和结构设计 图3-3、3-4的图a形式需要侧抽芯，图b形式不需侧型芯。3.3.1 形状aabb图3-3
38、取消塑件上不必要的侧凹结构图3-4无需采用侧向抽芯结构成型的孔结构3.3 形状和结构设计形状和结构设计 当塑件的内外侧凹陷较浅，同时成型塑件的塑料为聚乙烯、聚丙烯、聚甲醛这类仍带有足够弹性的塑料时，模具可采取强制脱模。3.3.1 形状 为使强制脱模时的脱模阻力不要过大引起塑件损坏和变形，塑件侧凹深度必须在要求的合理范围内，见图3 36 6下面的说明(公式)，同时还要重视将凹凸起伏处设计为圆角或斜面过渡结构。3.3 3.3 形状和结构设计形状和结构设计3.3.2 3.3.2 结构设计结构设计3.3 形状和结构设计形状和结构设计3.3.2 3.3.2 结构设计结构设计图36 可强制脱模的浅侧凹结构
39、a)(A-B)100%/B5%b)(A-B)100%/C5%3.4 3.4 壁厚与脱模斜度壁厚与脱模斜度3.4.1 3.4.1 脱模斜度设计脱模斜度设计3.4.2 3.4.2 塑件壁厚设计塑件壁厚设计3.4.3 3.4.3 加强筋及其它增强结构加强筋及其它增强结构 3.4.5 3.4.5 增加刚性减少变形的其他措施增加刚性减少变形的其他措施3.4.6 3.4.6 塑件支承面的设计塑件支承面的设计3.4.7 3.4.7 塑件圆角的设计塑件圆角的设计3.4.8 3.4.8 塑件孔的设计塑件孔的设计3.4.9 3.4.9 采用型芯拼合复杂型孔采用型芯拼合复杂型孔3.4.1 3.4.1 脱模斜度设计脱
40、模斜度设计 当塑件成型后因塑料收缩而包紧型芯，若塑件外形较复杂时，塑件的多个面与型芯紧贴，从而脱模阻力较大。为防止脱模为防止脱模时塑件的表面被檫伤和推顶变形，时塑件的表面被檫伤和推顶变形，需设脱模斜度。如图如图3-73-7 一般来说，塑件高度在25mm25mm以下者可不考虑脱模斜度。但是，如果塑件结构复杂，即使脱模高度仅几毫米，也必须认真设计脱模斜度。热塑性塑料件脱模斜度取0.5-3.0。热固性酚醛压塑件取0.5-1.0。塑件内孔的脱模斜度以小端为准，符合图样要求，斜度由扩大方向得到；外形以大端为准，符合图样要求，斜度由缩小方向得到。塑料收缩率大，塑件壁厚大则脱模斜度取大些。对塑件高度或深度较
41、大的尺寸，应取较小的脱模斜度。3.4.1 3.4.1 脱模斜度设计脱模斜度设计脱模斜度的选择原则脱模斜度的选择原则：在压塑成型深度较大的塑件时，不但要求阴阳模均有脱模斜度，而且还希望阳模的斜度大于阴模的斜度。在压模闭合时，由于尖劈作用使塑件上部密度得以保证。3.4.1 3.4.1 脱模斜度设计脱模斜度设计3.4.2 3.4.2 塑件壁厚设计塑件壁厚设计 塑件的最小壁厚应满足的条件：*保证塑件的使用时的强度和刚度。*使塑料熔体充满整个型腔。塑件壁厚过小，则塑料充模流动的阻力很大，对于形状复杂或大型塑件成型较困难。塑件壁厚过大，则不但浪费塑料原料，而且还给成型带来困难，尤其降低了塑件的生产率，还给
42、塑件带来内部气孔、外部凹陷等缺陷。所以正确设计塑件的壁厚非常重要。壁厚取值应当合理。就设计原则来说要求同一塑件各处的壁厚均匀一致，否则制品成型收缩不均，易产生内应力，导致制品开裂、变形。如图3-9，3-10，3-11.当无法避免壁厚不均时，可做成倾斜的形状,如图，使壁厚逐渐过渡。或者使壁厚相差过大的两分别成型然后粘合成为制品。3.4.2 3.4.2 塑件壁厚设计塑件壁厚设计3.4.3 3.4.3 加强筋及其它增强结构加强筋及其它增强结构 为了提高塑件的强度和防止塑件翘曲变形,常设计加强筋,如图筋的设置位置应沿塑料充模流向，降低充模流动阻力见图3-12 加强筋的正确形状和尺寸比例如图3-15所示
43、。3.4.4 3.4.4 加强筋的主要形式加强筋的主要形式 加强筋的设计原则加强筋的设计原则：沿塑料流向设置，从而降低塑料的充模流动阻力。如图3-13应避免或减少塑料的局部集中，以防止产生凹陷和气泡。如图3-14加强筋以设计矮一些多一些为好。筋与筋的间隔距离应大于塑件的壁厚。3.4.5 3.4.5 增加刚性减少变形的其它措施增加刚性减少变形的其它措施 将薄壳状的塑件设计为球面，拱曲面等，可以有效地增加刚性、减少变形。薄壁容器的沿口是强度、刚性薄弱处赐于开裂变形损坏，故应按照下图所示方法来给予加强。当塑件较大、较高时，可在其内壁及外壁设计纵向圆柱、沟槽或波纹状形式的增强结构。3.4.6 3.4.
44、6 塑件支承面的设计塑件支承面的设计 当塑件上有一面作为支承面来使用时，将该面设计为一个整面是不合理的，如图3-19所示。因为平板状在成型收缩后很容易翘曲变形，稍许不平都会影响良好的支承作用，故以边框式或点式(三点或四点)结构设计塑件支承面。如下图塑料盘所示。当塑件底部有加强筋时，应使加强筋高度低于支承面至少0.5mm。如图3-20 固用的凸耳或台阶应有足够的强度，以承受紧固时的作用力。应避免台阶突然过渡和支承面过小，凸耳应用加强筋加强,如图3-21.3.4.6 3.4.6 塑件支承面的设计塑件支承面的设计3.4.7 3.4.7 塑件圆角的设计塑件圆角的设计 塑件除了必须要保留的尖角外，凡转角
45、处应采用圆弧过渡。一般即使取0.5也可以增加塑件的强度。设计塑件内外表面转角圆角时，应象图3-22所示确定内外圆角半径。塑件设计成圆角的作用：避免产生应力集中。提高了塑件强度。利于塑料的充模流动。塑件对应模具型腔部位设计成圆角，可以使模具在淬火和使用时不致因应力集中而开裂，提高模具的坚固性。3.4.8 3.4.8 塑件上孔的设计塑件上孔的设计 孔与孔的距离，孔边至塑件边缘距离应不小于孔径。固定用孔因承受较大负荷，可设计周边增厚来加强。如图3-23所示。塑件上的孔分通孔和盲孔两大类，下面分别介绍它的成型方法。成型通孔时型芯的这三种结构形式，是根据通孔大小和深度的具体情况从而满足型芯足够的抗弯能力
46、的需要出发而设计。如图3-243.4.8 塑件上孔的设计 盲孔：盲孔只能用一端固定的型芯来成型。为避免型芯弯曲，对于注射和压注成型，孔深不得大于孔径的倍；对于压缩成型，平行与施压方向的孔深度为孔径的倍对于细长型芯,为防止其弯曲变形，在不影响塑件的条件下，可在塑件的下方设支承柱来支撑。如图-所示。斜孔或形状复杂的孔可采用拼合的型芯来成型。如图-所示3.5 3.5 嵌件的安放与塑料螺纹、齿轮设计嵌件的安放与塑料螺纹、齿轮设计3.5.1 3.5.1 塑料铰链设计塑料铰链设计3.5.2 3.5.2 模塑螺纹的特点模塑螺纹的特点3.5.3 3.5.3 模塑螺纹的结构模塑螺纹的结构3.5.4 3.5.4
47、塑料齿轮的设计塑料齿轮的设计 3.5.5 3.5.5 带嵌件塑件的设计带嵌件塑件的设计 3.5.6 3.5.6 嵌件的主要结构嵌件的主要结构3.5.7 3.5.7 嵌件的设计要点嵌件的设计要点3.5.1 3.5.1 塑料铰链设塑料铰链设计计对于聚乙烯、聚丙烯等软性带盖容器，可以将盖子和容器注射成型为一个整体，其间用铰链结构连接。图3-30是铰链的截面形式。由图可知，铰链部位塑件壁厚减薄，且减薄处以圆弧过渡，盖子与容器合拢打开时这段薄片弯曲转动。1、塑件上螺纹成型可用以下三种成型方法 模具成型 机械加工制作 在塑件内部镶嵌金属螺纹构件。2、模塑螺纹的性能特点：模塑螺纹强度较差，一般宜设计为粗牙螺
48、纹。模塑螺纹的精度不高，一般低于GB3级。3.5.2 3.5.2 模塑螺纹的特点模塑螺纹的特点3.5.3 3.5.3 模塑螺纹的结构设计模塑螺纹的结构设计 由模具的螺纹成型机构对应获得三种结构型式的模塑螺纹。它们是整圆型螺纹、对拼型螺纹和间断型螺纹。整圆螺纹是由完整的螺纹型腔或螺纹型腔或螺纹型芯成型出来，螺纹表面光滑无痕，塑件脱离模具时，模具螺纹成型零件需做旋转脱离动作；对拼螺纹是由两瓣螺纹型成型的，塑件表面在两瓣型腔拼合初呈现出一道线痕（分型线），两瓣型腔分离塑件即可脱出模具；间断螺纹为螺纹在周向上断离为几截，有断为两截、三截、四截等。内螺纹断为两截时，用内侧抽芯机构可快速完成塑件脱模动作。
49、将外螺纹断为若干截的目的主要是为了减少螺纹副间的结合面，提高旋合性。模塑螺纹起止端不能设计退刀槽，也不宜用过渡锥面结构。这一点与金属螺纹件的要求不同。模塑螺纹起止端应设计为圆台即圆柱结构，以提高该处螺纹强度并使得模具结构简单。abc3.5.3 3.5.3 模塑螺纹的结构设计模塑螺纹的结构设计 3.5.4 3.5.4 塑料齿轮的设计塑料齿轮的设计 设计时应避免模塑、装配和使用塑料齿轮时产生内应力或应力集中；避免收缩不均而变形。为此，塑料轮要尽量避免截面突变，应以较大圆弧进行转角过渡，宜采用过渡配合和用非圆孔（见图340b）连接，不应采用过盈配合和键连接。图图3-403.5.5 带嵌件塑件的设计
50、1、塑件中镶入嵌件的目的、塑件中镶入嵌件的目的：增加局部强度、硬度、耐磨、导磁、导电性能，加强塑件尺寸精度和形状的稳定性，起装饰作用等。2、嵌件结构有柱状、针杆状、片状和框架等如图3-343-34所示。3.5.5 带嵌件塑件的设计 3、嵌件设计的要点、嵌件设计的要点：防止嵌件在塑件中转动或被抽离。防止嵌件在塑件中转动或被抽离。柱状嵌件可在外形滚直纹并切出沟槽，或在外表面滚菱形花纹。针杆状嵌件可切口或冲孔。如图3-34所示。3.5.6 3.5.6 嵌件的主要结构形式嵌件的主要结构形式防止成型时嵌件周围产生严重防止成型时嵌件周围产生严重的应力集中和熔接痕。的应力集中和熔接痕。嵌件转折处应以斜面或圆
