塑料模具设计基本概念

绪 论

第1章 塑料材料及成型工艺性能

1.1 塑料材料

1.1.1 塑料的概念

塑料是以高分子聚合物为主要成分，加入一定量添加剂而组成的一种混合物。 1.1.2 塑料的组成

? 填充剂：改善塑料性能（粉状、片状、纤维）。

? 增塑剂：提高可塑性、流动性、柔韧性、降低脆性。 ? 稳定剂：热稳定剂 、光稳定剂 、抗氧化剂。

? 润滑剂：对塑料的表面起润滑作用，防止塑料在成型加工时黏模。 ? 着色剂 ：无机颜料 、无机颜料、染料。

? 其它：发泡剂、阻燃剂、固化剂、防静电剂、导电剂和导磁剂等 。 1.1.3 塑料的分类

1.按塑料中树脂分子结构和受热后呈现的基本行为分类：

(1) 热塑性塑料 这类塑料的合成树脂都是线型或带有支链型结构的聚合物，因 (2) 热固性塑料 这类塑料的合成树脂是带有体型网状结构的聚合物，加热热初，分

2.按塑料的应用范围分类

(1) 通用塑料：指产量大、用途广且价廉的塑料。 (2) 工程塑料：在工程技术中常作为结构材料来使用。

(3) 特殊塑料：具有特殊性能的塑料（用于医药、光敏及液晶方面的氟塑料 ）。 ? 耐热性差、受载荷易蠕变、老化现象。 1.1.5 塑料的可加工性

1.2 塑料的流变性

当温度和压力变更时，黏流态的塑料表观黏度会相应地发生变化，这称为塑料的流变性。

表观粘度ηα。 1.2.3影响粘度的因素

影响粘度的主要因素有温度，压力，施加的应力和应变速率等。后两者与粘度的关系前面已经讨论，这里只分析温度和压力对粘度的影响。

1.温度对剪切粘度的影响

温度与液体剪切粘度的关系用下式表示： 2.压力对剪切粘度的影响

由于液体的剪切粘度依赖于分子间的作用力，而作用力又与分子间的距离有关，因为当液体承受力而使分子间的距离减少时，液体的剪切粘度总是趋于增大。聚合物熔体在受到压力时，因受压缩率的影响，其粘度会有所增高。

事实上，一种聚全物在正常的加工温度范围内，增加压力对粘度的影响和降低温度的影响相似。这种在加工过程中通过改变压力或温度，都能获得同样的粘度变化的效应称为压力—温度等效性。

1.3 塑料成型工艺性能

1.3.1 流动性

定义：在成型过程中，塑料熔体在一定的温度与压力作用下充填型腔的能力。 影响：

? 塑料的流动性差时→缺料。 ? 熔体流动性太好→溢料。 热塑性塑料的流动性分为三类：

流动性好的：PE、PP、PS、醋酸纤维等；

流动性中等的：改性聚苯乙烯、ABS、AS、有机玻璃、POM、氯化聚醚等； 流动性差的：PC、硬聚氯乙烯、聚苯醚、聚砜、氟塑料。

1.3.2 收缩性

造成成型收缩的原因：

? 热胀冷缩

? 因弹性回复造成的收缩 ? 结晶收缩 ? 定向收缩

影响收缩率变化的因素：

? 塑料品种 ? 塑件特征 ? 模具结构

? 成型工艺参数  1）收缩率计算

S实=（a-b）/b S计=c-b/c （1-5） S实——实际收缩率（%)； S计——计算收缩率（%)；

a——塑件在成型温度时的单向尺寸（mm) b——塑件在常温下的单向尺寸（mm) c——模具型腔在常温下的单向尺寸（mm) 1.3.3 结晶性

热塑性塑料按其冷却时是否出现结晶现象可将其分为结晶型与非结晶型（或称无定型）。

1.3.4 热敏性及吸湿性

热敏性：塑料对温度的敏感性，高温下发生变色、分解的倾向性。

热敏性塑料：硬聚氯乙烯、聚偏氯乙烯、氯乙烯和醋酸乙烯共聚物（EVA）、聚甲醛、聚三氟氯乙烯等。

吸湿性：是指塑料对水分的亲疏程度。吸湿性的大小取决于聚合物组成及分子结构。例如：PA、PC、ABS、PS等，在其分子链中由于含有极性基团，对水有吸附能力，故属于吸湿倾向大的塑料。 1.3.5 聚合物降解  

聚合物降解：聚合物分子在受到热、应力、微量水、酸、碱等杂质以及空气中的氧作用，导致聚合物链断裂、分子变小、相对分子质量降低的现象称为聚合物降解（也称裂解）。

聚合物降解的影响：轻度降解会使聚合物变色；进一步降解会使聚合物分解出低分子物质，使制品出现气泡和流纹弊病，削弱制品各项物理、力学性能；严重的降解会使聚合物焦化变黑并产生大量的分解物质。 1.3.6 聚合物定向：

塑料在成型加工过程中分子发生不同程度的定向排列，即为定向（或称取向）。 影响聚合物定向的因素：

①随着模具温度、成型温度及塑件型腔深度的增加，分子定向程度也随之增加。 ②为了减少分子定向程度，通常可将浇口开设在型腔深度较大的部位。 ③增加浇口长度、充模压力及充模时间，分子定向程度也随之增加。 1.3.7 压缩比与比容

压缩比：塑料粉与塑件两者体积之比。 比容（比体积）：单位质量塑料所占的体积。

表示了各种热固性塑料的松散程度。它们都作为计算模具加料室高度的依据。 1.3.8 固化特性

定义：热固性塑料在成型过程中，树脂发生交联反应，分子结构由线型变为体型，最后逐渐固化的特性称为固化特性。

影响因素：塑料的品种、塑件壁厚及形状、模具预热温度。

第2章 塑料制品设计

2.1 塑料制品的工艺性

塑料制品的设计的原则：

? 尽量选用价廉且成型性能又好的塑料。

? 力求制品结构简单、壁厚均匀，而且成型方便。

? 考虑塑料原料的成型工艺性，如流动性、收缩性等 。 ? 同时考虑模具的总体结构合理 。 2.1.1 塑件的尺寸、精度

塑件的尺寸：

制品的总体尺寸受到塑料流动性和成型设备的限制。 影响塑件的精度的因素：

? 模具制造精度及其使用后的磨损程度 ? 塑料收缩率的波动，成型工艺条件的变化

? 塑料制品的形状脱模斜度及成型后制品的尺寸变化 塑件尺寸的公差：

提高塑件的表面质量的途径：

? 从工艺上尽可能避免冷疤、云纹等缺陷。 ? 降低模具型腔表面的粗糙度。

一般模具表面粗糙度要比制品的要求低1~2级。

2）脱模斜度

为了便于从塑件中抽出型芯或从型腔中脱出塑件，防止脱模时拉伤塑件，在设计时必须使塑件内外表面沿脱模方向留足够的斜度，即脱模斜度。 斜度的影响因素:

制品的性质、收缩率、摩擦系数、制品壁厚和几何形状。

? 脱模斜度不包括在塑件公差范围内，否则应在图样上加以注明。

? 在制品图上标注时，内孔以小端为基准，斜度由扩大方向取得；外形以大端为

基准，斜度由缩小方向取得。

3）壁厚：

2.2.2螺纹和齿轮的设计 塑件螺纹始末部分尺寸 2.2.3嵌件设计

嵌件的用途

在塑料内镶入金属零件或玻璃及已成形的塑件等形成牢固不可卸的整体，则此镶入件为嵌件。塑件中镶入嵌件的目的是为了增加塑件局部的强度，硬度，耐磨性，导磁导电性等；或是为了提高精度，增加塑件的尺寸和形状的稳定性；或是为了满足某些对塑件的特殊性能要求。

嵌件的设计

１)嵌件与塑件应牢固连接 ２)嵌件在模内应可靠定位

第3章 塑料注射成型工艺及模具结构

3.1 塑料注射成型工艺

3.1.1 注射机成型原理原理及特点 3.1.1.1柱塞式注射机成型原理 3.1.1.2 螺杆式注射机成型原理： 3.1.2 注射成型设备

3.1.2.1 注射机的分类及特点

卧式注射机：

优点：机身低，便于操作和维修；机器重心低，安装稳定性好；制品顶出后可利用其自重作用而自动下落，容易实现自动操作。

缺点：模具安装和嵌镶件的安放比较麻烦；占地面积较大。 立式注射机：

优点：占地面积小，模具拆装方便，成型制件的嵌件易于安放。

缺点：顶出不易实现自动化，机身较高，稳定性差，加料维修不便。 适应：注射量在60cm3以下的小型注射机。 角式注射成型机：

优缺点：介于卧式和立式之间。

适用：加工中心部分不允许有浇口痕迹的制品。 3.1.2.2 注射机的结构组成及作用

注射装置：料筒、螺杆、喷嘴等。

合模装置：固定模板、移动模板、连接模板用的拉杆、开合模油缸 液压传动和电气控制系统：

4). 防止型芯变形和嵌体位移

5). 便于修整浇口以保重塑件外观质量 6). 浇注系统应结合型腔布局同时考虑 7). 流动距离比和流动面积比的校核

4. 浇口的设计

1) 常用的浇口形式

（1）直接浇口 直接浇口又称中心浇口，主流道型浇口或非限制性浇口。 （2）侧浇口 它又称边缘浇口，国外称之为标准浇口。

（3）扇形浇口 这类浇口面向型腔沿进料方向截面宽度逐渐变大，截面厚度逐渐变小塑料熔体经过台阶进入型腔。使用它可使塑料熔体在宽度方向上的流动得到更均匀的分配，塑件的内应力因之较小，并且能减少带入空气的可能性。

（4）平缝浇口 它又称薄片浇口，是属于侧浇口的变异形式，这类浇口的截面宽度很大，厚度很小与特别开设的来行流道相连。

（5）环形浇口 环形浇口主要用来成型圆筒形塑件，它开设在塑件的外侧，采用这类浇口，塑料熔体在充模时进料均匀，各处流料速度大致相同，模腔内气体易排出，壁免了使用浇口时容易在塑件上产生的熔接。

（6）盘形浇口 盘形浇口类于环形浇口，它与环形浇口的区别在于开设在塑件的内侧。

（7）轮幅浇口 它是内侧开设的环形浇口的基础上加以改进，由圆周进料改为几段小圆弧进料，浇口类于侧浇口。

（8）爪形浇口 它与轮幅浇口的主要区别在于前者和其所用的分流道方向均与塑件的轴线方向一致。

（9）点浇口 点浇口又称针点式浇口，橄榄形浇口或菱形浇口，其尺寸小，这类浇口能有效的增大塑料熔体的剪切速率并产生较大的剪切热，从而导致熔体表观粘度下降，流动性增强。

（10）潜伏浇口 又称剪切浇口，由点烧口演变过来的。使用这类浇使塑件外表不易受损伤，不致因浇口痕迹而影响塑件的表面质量及美观效果。

（11）护耳浇口 又称分接式浇口，采用它可以克服小浇口因内应力大而导致塑件强度降低翘曲变形等缺陷。它一般是矩形截面，其尺寸同侧浇口。

3) 浇口位置的选择

合理选择浇口开设位置是提高塑件质量的重要环节，同时浇口位置的不同还影响模具的结构，要使塑件具有良好的性能外表，要使塑件有成型在技术上可行，经济上合理，一定要认真考虑浇口位置的选择。一般有以下几条原则：

（1）尽量缩短流动距离

（2）浇口应开设在塑件壁最厚处 （3）必须尽量减少或避免熔接痕 （4）应有利于型腔中气体的排除

（5）考虑分子定向的影响 （6）避免产生喷射和蠕动

（7）不在承受弯曲或冲击载荷的部位设置浇口 （8）浇口拉置的选择应注意塑件外观质量

4.3.2.1塑料品种对热流道浇注系统的适应性

当利用热流道浇注系统成型塑件时，要求塑料的性能具有较强的适应性。 1 热稳定 性好 2 对压力敏感

3 固化温度和热变形温度高 4 比热容小

4.4 排气系统的设计

当塑料熔体填充型腔时，必须顺序排出型腔及浇注系统的空气及塑料受热或凝固产生的低分子挥发气体。这种气体不排除干净会在塑件上形成气泡，接逢，表面轮廓不清及充填缺料等成型缺陷，还导致塑料件局部碳化或烧焦，同时还会产生反向压力而降低充模速度 ，因此设计型腔时必须考虑排气的问题。

注射模成型的排气通常以如下四种方式进行： 1. 利用配合间隙排气

2. 在分型面上开设排气槽排气 3. 利用排气塞排气 4. 强制性排气

4.5 成型零件结构设计

模具是决定塑件几何形状和尺寸的零件称为成型零件。 4.5.1凹模的结构设计

它是成型塑件外表面的主要零件，按其结构不同，可分为整体式和组合式两类。

1.整体式凹模 它是由整块材料加工而成，它的特点是牢固，使用中不易发生变形，不会使塑件产生拼接线痕迹。但是它加工困难，热处理不方便。

2.组合式凹模 组合式凹模是指凹模由两个以上的零件合而成。按组合方式的不同，可分为整体嵌入式，局部镶嵌式，底部镶拼式，侧壁镶拼式和四壁拼合式等形式。 4.5.2凸模的结构设计

型芯结构可分为整体式和组合式两种。 4.5.2.1 整体式凸模：

特点：

不仅结构牢固，还可省去动模垫板（即支承板）。但是由于不便于加工，故只适用于形状简单且凸模高度较小的单型腔模具。 4.5.2.2 组合式凸模

组合式凸模又分整体装配式和镶件组合式。

（1）整体装配式凸模：它是将凸模单独加工后与动模板进行装配而成，如图4-32所示。

（2）镶件组合式凸模：对于形状复杂的凸模，为了加工方便，可采用镶件拼合式结构。图4-33 镶件组合式凸模 4.5.3 成型零件工作尺寸计算: 4.6

导向机构的设计

导向机构的作用是导向、定位以及承受一定的侧向压力，其主要形式有导柱导向

和锥面定位两种。 1.导柱导向机构

同时在设计导柱和导套时还应注意以下几点：

（1）导柱应合理地均布在模具分型面的四周，导柱中心至模具外缘应有足够的距离，以保证模具的强度。

（2）导柱的长度应比型芯（凸模）端面的高度高出6～8mm。 （3）导柱和导套应有足够的耐磨度和强度，常采用20#低碳钢经渗碳0.5～0.8mm，淬火48～55HRC，也可采用T8A碳素工具钢，经淬火处理。

（4）导柱端部应做成锥形或半球形，导套的前端也应倒角。

（5）导柱设在动模一侧可以保护型芯不受损伤，而设在定模一侧则便于顺利脱模取出塑件。

（6）一般导柱滑动部分的配合形式按H8/f8,导柱和导套固定部分配合按H7/k6，导套外径的配合按H7/k6。

（7）除了动模、定模之间设导柱、导套外，一般还在动模座板与推板之间设置导柱和导套。

（8）导柱的直径应根据模具大小而决定，可参考标准模架数据选取。 2.精定位装置

对于精密、大型模具，以及导向零件（如导柱）需要承受较大侧向力的模具，在模具上通常要设计锥面、斜面或导正卧销精定位装置。

（1）锥面精定位：如图4-40所示。

2）斜面精定位：对于矩形型腔也可采用斜面定位，在型腔四周利用几条凸起来的斜边块定位。

图4-44所示为通常采用的一种斜面精定位形式，斜面定位块（即淬火耐磨块6和8）都是镶在模具上的，以便于调整。

（3）导正卧销精定位：以动模、定模合模面为中心镗出圆孔，再配装导正销，其结构如图4-46所示。导正销应在相互垂直的两个方向（或四边）布置，如图4-47所示。导正销直径应大于20mm。

4.7 脱模机构的设计

脱模机构的作用包括脱出、取出两个动作，即首先将塑件和浇注系统凝料等与模具松动分离，称为脱出，然后把其脱出物从模具内取出。 4.7.1 脱模机构的分类

4.7.1.1 按驱动方式分 1）手动脱模 2）机动脱模 3）液压脱模 4）气动脱模

4.7.1.2 按脱模机构的动作分

1） 一次推出机构：这是最常用的脱模方式，塑件只经过推出机构的一次动作就能脱模，故又称简单脱模机构。

2） 二次推出机构：塑件经过两次不同的动作才能脱模。

3） 延迟动作推出机构：在某些情况下，当塑件被推出后还需延迟动作再推出浇

注系凝料等，尤其适用于潜伏式浇注系统注射模具。

4.7.1.3 按模具中的推出零件分 1）推杆式脱模。 2）推管式脱模。 3）脱模板式。 4）推块式脱模。

5）利用成型零件推出制品的脱模。 6）多元联合式脱模。 4.7.2 脱模机构的设计原则

1）结构可靠：机械的运动准确、可靠、灵活，并有足够的刚度和强度。 2） 保证塑件不变形、不损坏。 3） 保证塑件外观良好。

4） 尽量使塑件留在动模一边，以便借助于开模力驱动脱模装置，完成脱模动作。 4.7.8浇注系统凝料的脱出机构

一般来说，普通浇注系统多数是单分型面的二板模具，而点浇口、潜伏式浇口多是双分型面的三板模具。

4.7.8.1 普通浇注系统凝料的脱出机构

通常采用侧浇口、直接浇口及盘环形浇口类型的模具，其浇注系统凝料一般与塑件连在一起。塑件脱出时，先用拉料杆拉住冷料穴，使浇注系统留在动模一侧，然后用推杆或拉料杆推出，靠其自重而脱落。 4.7.8.2 点浇口式浇注系统凝料的脱出机构 （1）利用推杆拉断点浇口凝料： （2）利用侧凹拉断点浇口凝料 （3）利用拉料杆拉断点浇口凝料 （4）利用定模推板拉断点浇口凝料 （5）浮动拉杆式脱点浇口凝料 （6）杠杆式推料板拉断点浇口凝料 4.7.8.3 潜伏式浇口凝料的脱出机构

（1）利用推件板（脱模板）切断浇口凝料 （2）利用差动式推杆切断浇口凝料 （3）其他形式：

4.8 侧向分型与抽芯机构

侧向抽芯机构：脱出塑件的运动有两种情况：

? 开模时优先完成侧向分型和抽芯，然后推出塑件； ? 是侧向抽芯分型与塑件的推出同步进行。 4.8.1 侧向抽芯机构的分类及特点

侧向抽芯机构按其动力来源可分为手动、机动、气动或液压三大类。 （1）手动侧抽芯 （2）机动侧抽芯 （3）液压或气动侧抽芯 4.8.2 抽拔力和抽芯距的计算

4.8.3 斜导柱侧抽芯机构

斜导柱抽芯机构是最常用的一种侧抽芯机构，它具有结构简单、制造方便、安全可靠等特点，其动作原理如图4-107所示。 4.8.3.1 斜导柱抽芯机构的常见形式 1斜导柱在定模，滑块在动模 2斜导柱在动模，滑块在定模 3斜导柱和滑块同在定模 4斜导柱和滑块同在动模 4.8.3.2 干涉现象及先复位机构

为了避免上述干涉现象的发生可采取如下措施：

①避免推杆与活动型芯的水平投影相重合；②使推杆的推出距离小于活动型芯的最低面；③在一定的条件下采用推杆先于活动型芯复位机构。 4斜导柱与滑块斜孔的配合

为保证在开模瞬间有一很小空程，使塑件在活动型芯未抽出之前从型腔内或型芯上获得松动，并使楔紧块先脱开滑块，以免干涉抽芯动作。

5滑块设计

（1）活动型芯与滑块的连接形式： （2）滑块的导滑形式： （4）滑块的定位装置： 6压紧楔的设计 （1）滑块锁紧楔形式：

为了防止活动型芯和滑块在成型过程中受力而移动，滑块应采用楔紧块锁紧，常用的锁紧形式如图4-136所示。 （2）楔紧块的楔角： 4.8.4 弯销侧抽芯机构

该结构的优点是斜角α最大可达30°,在相同的开模距离中，能得到比斜导柱更大的抽芯距。在设计弯销抽芯机构时，必须注意弯销与滑块孔之间的间隙要大些，一般在0. 5mm左右，否则闭模时可能发生卡死现象。

4.8.5 斜导槽侧抽芯机构

可用于抽芯距较大的场合（100mm左右）。

4.8.6 斜滑块侧抽芯机构

根据导滑部分的结构不同，常见的斜滑块侧抽芯机构可分为以下三种类型： 1)滑块导滑的斜滑块侧抽芯机构 2)斜推杆导滑的斜滑块侧抽芯机构 3)推杆式侧抽芯机构 4斜滑块的设计要点

（1）斜滑块的导向斜角α可比斜导柱的大些，但也不大于30°,一般取10°~25°，斜滑块的推出长度l必须小于导滑总长L的2/3,如图4-155所示。

（2）斜滑块与导滑槽的双面配合间隙见表4-21。

（3）为保证斜滑块的分型面密合，成型时不致发生溢料，斜滑块底部与模套之间应留有0.2~0.5mm的间隙，同时斜滑块顶面应高出模套0.2~0.5mm。其装配要求如图4-156所示。

（4）当内侧抽芯时，斜滑块的顶端面应低于型芯顶端面0.05~0.10mm，以免推出时阻碍斜滑块的径向移动。另外，在斜管块顶端面的径向移动范围内（L>L1），塑件内表面上不应有任何台阶，以免阻碍斜滑块活动。 4.8.7 液压或气动侧抽芯机构

利用液体或气体的压力，通过油缸或汽缸活塞及控制系统，实现侧向分型或抽芯动作，是大型注射模具最常用的机构形式。 4.8.8 其他侧抽芯机构 1、齿轮齿条抽芯机构 2、弹簧抽芯机构 3、联合抽芯机构:

斜导柱、滑块联合抽芯机构

4.9 注射模温度调节系统设计

模具温度过高:成型收缩大，脱模后塑件变形率大，而且还容易造成溢料和黏模。 模具温度过低:则熔体流动性差，塑件轮廓不清晰，表面会产生明显的银丝或流纹等缺陷。

模具温度不均匀时:型芯和型腔温度差过大，塑件收缩不均匀，导致塑件翘曲变形。 模具上需要设置温度调节系统以达到理想的温度要求。通常温度调节系统包括：

? 冷却系统设计 ? 加热系统设计 4.9.1.2 冷却系统设计原则

（1）尽量保证塑件收缩均匀，维持模具的热平衡。

（2）冷却水孔的数量越多，孔径越大冷却水产生紊流，则对塑件的冷却效果越均匀。

（3）尽可能使冷却水孔至型腔表面的距离相等，当塑件壁厚均匀时，冷却水孔与型腔表面的距离应处处相等。当塑件壁厚不均匀时，壁厚处应强化冷却、水孔应靠近型腔、距离要小。

（4）浇口处加强冷却。一般在注射成型时，浇口附近温度最高，距浇口越远温度越低，因此要加强浇口处的冷却，即冷却水从浇口附近流入。

（5）应降低进水与出水的温差。如果进水与出水温差过大，将使模具的温度分布不均匀，尤其对流程很长的大型塑件，料温越流越低，对于矩形模具，通常沿模具宽度方向开设水孔，使进水与出水温度差不大于5℃。

（6）合理选择冷却水道的形式。对于收缩大的塑件（如聚乙烯）应沿收缩方向开设冷却水孔。

（8）冷却系统的水道尽量避免与模具上其他机构（如推杆孔、小型芯孔等）发生干涉现象，设计时要通盘考虑

（9）冷却水管进出接头应埋入模板内，以免模具在搬运过程中造成损坏。最好在进口和出口处分别打出标志，如“IN”（进口）和“OUT”（出口）等。 4.9.1.3 冷却系统的结构形式

4.11 注射模具课程设计指导书

4.11.1 设计前提

已具备机械制图、公差与技术测量、机械原理及零件、模具材料及热处理、模具制造技术、塑料制品成型工艺及模具设计等方面必要的基础知识和专业知识，并已通过教学和生产实习，初步了解塑料制品的生产过程，熟悉多种塑料模具的典型结构。4.11.2 设计目的

综合运用、巩固和扩大所学基础知识和专业知识；熟悉拟定塑料成型工艺和模具设计原则、步骤和方法；学会查阅有关技术文献、手册和资料；培养分析问题和解决问题的能力。

4.11.3 设计内容及基本要求

（1）独立拟定所指定塑件的成型工艺，正确选用成型设备。 （2）合理地选择模具结构。

（3）正确地确定模具成型零件的形状和尺寸。

（4）所设计的模具应当制造方便、造价便宜，以及加工后如何进行组装等问题。 （5）充分考虑塑件设计特色，尽量减少后加工。 （6）设计的模具应当效率高，安全可靠。

（7）还要求模具零件耐磨、耐用、使用寿命长。

（5）充分考虑塑件设计特色，尽量减少后加工。就是说应尽量用模具一次性成型出如孔、槽、凸、凹等部位，减少后加工工序。

（6）设计的模具应当效率高，安全可靠，如要求浇注系统充型快，冷却系统效果好，脱模机构灵活可靠，自动化程度高。

（7）还要求模具零件耐磨、耐用、使用寿命长。 4.11.4 设计程序（分为8个步骤） 4.11.4.1 拟定制品成型工艺 （1）塑料制品分析 ①消化制品图： ②制品原材料的选择：

③计算制品的体积、质量及制品的正面投影面积。 （2）确定制品的成型方法；

（3）拟定制品成型工艺参数。 （4）选择制品的分型面。 （5）型腔布置。 （6）确定浇注系统。

（7）溢流、排气系统的设计。 （8）选择脱模方式。 （9）侧抽芯机构的设计。

（10）模具主要零件的结构设计。 （11）模具调温系统的设置。

4.11.4.3 选择成型设备的类型、型号及主要技术参数具体可从以下4个方面进行： （1）根据每次所需的实际注射量初选某一公称注射量的机型。 （2）计算型腔胀型力，必使其小于该机的额定锁模力。（3）该制品所选择的注射压力必须小于该机的公称注射压力，通常所选注射压力为70~150MPa。 （4）所设计的模具总厚度必须大于该机的最小模具厚

（5）制品脱模所需的开模行程要求小于该机动模移动板的行程。

以上几项校核条件都符合时，即为初选机型合理，否则必须重新选择机型，或者调整成型工艺参数。 4.11.4.4 方案论证

4.11.4.5 绘制模具装配草图 ①型腔与型芯的结构；

②浇注系统及排、溢系统的结构形式； ③分型面及脱模机构； ④合模导向及复位机构；

⑤冷却系统的结构形式与部位；

⑥安装、支承、连接、定位等零件的结构、数量及安装位置； ⑦确定装配图的图纸幅面、比例、视图数量布置等。 4.11.4.6 用计算机CAD绘制模具装配图

绘制正式模具装配图时要注意以下几点：

（1）认真、细致地检查结构草图，对不细不全的部分要补细补全。

（2）在装配图中，无论采用何种表达方式，但总的要求是，该模具中不同的连接及定位零件都要在图中表示一个出来；

（3）按顺序标出零件序号，并写入标题栏内；

（4）标注技术要求和说明（如使用与装拆注意事项以及检验、试模、维修、保管等）。

4.11.4.7 绘制零件图（用计算机绘制）

编写设计说明书有以下内容：

（1）凡需自制的零件都绘出单独的零件图；

（2）图形尽可能按1∶1的比例，但允许局部放大或缩小，要求视图选择合理，投影正确，布置得当；

（3）统一考虑尺寸、公差、形位公差、表面粗糙度的标准方法和位置，将用得最多的一种粗糙度以“其余”的形式标于图纸的右上角；

（4）零件图的编号应与装配图上的序号一致，以便于查对；

（5）标注技术要求，填写标题栏； （6）自行或相互校对，以防差错。 4.11.4.8 编写设计说明书

编写设计说明书有以下内容： （1）目录；

（2）设计题目或设计任务书； （3）塑件分析（含制品图）；

（4）所选塑料材料的成型特性与工艺参数；

（5）浇注系统的设计、分型面选择、型腔布置，浇注系统及排气系统的形式、部位与尺寸及流动比的校核等；

（6）成型零部件的设计与计算：型腔、型芯等的结构设计、尺寸计算、强度校核等。

（7）脱模机构的设计：脱模力的计算，拉料机构、推出机构、复位机构等的结构形式、安装定位、尺寸配合等；

（8）侧抽芯机构的设计：抽拔距离和抽拔力的计算，抽芯机构的形式、结构、尺寸以及必要的验算；

（9）合模导向机构的设计：组成元件、结构尺寸、安装方式等； （10）温度调节系统的设计与计算； （11）其他技术说明；

（12）设计小结：有何体会与建议等；

（13）参考资料：资料编号、名称、作者、出版年月。

 在编写过程中要注意：文字简明通顺、书写整齐清晰，计算正确完整，并画出有关的结构简图。计算部分只要求列出公式，代入数据，得出结果，其运算过程从略。最后打印装订成册。

第5章 压缩成型工艺及模具设计

5.1 压缩成型工艺

压缩成型又称压制或压塑成型，是热固性塑料的主要成型加工手段。 5.1.1 压缩成型原理及特点

压缩成型是将粉状或预压锭料的塑料直接加入到经加热（一般为130℃~180℃）的模具加料室中，然后以一定的速度合模、加压使其成型并固化，从而获得所需要的塑件。

压缩成型的特点：

优点：塑料耗少，模具结构简单，无浇注系统，可压制较大平面且高度尺寸不大的塑件或者一模多腔成型。对于流动性较差的纤维增强的塑料更有利于成型，且收缩小、变形小。

缺点: 生产周期长、效率低，不适于成型形状复杂且壁厚相差较大的塑件，而且塑件的尺寸（尤其是高度尺寸）精度差，更不能用来成型带有嵌件的塑件。 5.1.2 压缩成型设备

 压缩成型的主要设备是压力机。但根据传动方式不同，压力机又可分为机械式和液压式两种。机械式压力机常用螺旋式压力机，但因结构简单、技术性能不稳定，故而被液压机所取代。

5.1.3 压缩成型工艺过程 5.1.3.1 成型前的准备

（1）预压：将粉状或纤维状塑料在预压机上压成质量、形状一致的锭料，然后在模压时放入压缩模腔成型。由于生产过程复杂，预压仅只用于大批量生产。

（2）预热和干燥：

预热：在成型前对热固性塑料加热以提高料温便于模压 干燥：用加热的方法以去除塑料中的水分及其他挥发物

预热和干燥的方法：电热板加热、烘箱加热、红外线加热以及高频加热等。 5.1.3.2 模压过程

热固性塑料的模压过程分为加料、闭模、排气、固化和脱模等几个阶段。 （1）加料：在型腔内加入已预热和定量的物料。

加料的方法：质量定量法、容量定量法和计数定量法。 （2）闭模：

①当凸模尚未接触塑料之前，为了缩短模压周期，避免塑料在闭模之前发生化学反应，应尽量加快速度；

②当凸模触及塑料之后，速度应放慢，以避免嵌件及成型零件的损坏。

（3）排气：闭模之后，最好将压缩模松动少许时间，以便排出气体而避免塑件内部出现气泡或分层现象。通常放气1~2次，每次时间几秒到20秒。

（4）固化：排气结束后，再次将压力升高到一定值并保持一定时间，有利于固化进行。

时间过短：塑件的机械强度、耐蠕变性、耐热性、耐化学稳定性、电气绝缘性均下降，热膨胀、后收缩增加，有时还会产生裂纹；

时间过长：塑件的脆性大、易变色，易出现密集小泡等。固化时间一般为30秒到几分钟。

（5）脱模：待塑料完全固化后，即可开模取塑件。 5.1.3.3 模压后处理

模压完毕后，可对模具进行清理，同时对塑件进行二次加工（即塑件后处理）。

（1）模具清理：当塑件脱模后，可立即用压缩空气或铜制工具将塑料碎屑、飞边、垃圾等全部清理掉。

（2）塑件后处理：

? 脱模后可立即放入烘烤箱中缓慢冷却，以消除内应力 ? 当塑件需要修饰加工时，可进行修饰抛光；

? 当塑件表面需要美观和防潮时，可进行特殊处理，如胶水漆处理及电镀或喷

涂处理。 

5.1.4 压缩成型工艺条件

压缩成型的工艺条件主要包括压缩成型压力、压缩成型温度和压缩时间。

（1）压缩成型压力：压力机通过凸模对塑料熔体充满型腔和固化时，在单位投影面积上施加的压力，简称成型压力。

影响p成因素：塑料的流动性、塑件厚度形状、塑料固化速度、压缩比。 

（2）压缩成型温度：压缩成型温度是指压缩成型时所需的模具温度。 模具温度较高：成型周期缩短，生产效率高； 模具温度太高：树脂和有机物分解；

模具温度过低：固化周期过长，固化不充分，塑件表面无光，物理性能和力学性能下降。

（3）压缩成型时间：压缩成型时，热固性塑料要在一定的温度和压力下保持一定时间，才能使其充分地交联固化。

影响时间因素：塑料的工艺性能，成型压力及模具温度。

5.2 压缩模结构及分类

5.2.1 按模具在压机上的连接方式分类

（1）移动式：模具不固定在压机上，成型后将模具移出压机，再用专用卸模工具（如卸模架）开模，取出塑件。在清理加料室后再加料，然后送入压机内进行下一个循环的压制。

模具结构简单，容易磨损，劳动强度大。

（2）半固定式：一般为上模固定在压机上，下模可沿导 轨移出压机。这种模具操作比移动式方便。

（3）固定式：上、下模都固定在压机上。这种形式操作方便，但模具结构较复杂，嵌件安放不便。

5.2.2 按模具分型面形式分类

（1）水平分型面：分型面平行于立式压机的工作台面，模具一般设有一个或两个分型面，适用于压制一般塑件

（2）垂直分型面：分型面垂直于立式压机的工作台面，适用于侧面有凹凸形状的塑件。

5.2.3 按压缩模加料室的形式分类

（1）溢料（敞开）式压缩模（特点） ： ①模具无加料室；

②型腔高度即为制品高度； ③凸、凹模之间无配合面， 有挤压面B，极易溢出。

④无延伸的加料室，装料量有限，不适合用来压缩成型有布质或纤维状填料的，体积疏松的塑料制品。

（2）不溢（封闭）式压缩模（特点）： ①断面形状和尺寸与型腔相同。

②凸、凹模之间有配合面而无挤压面。

③制品承受的压力大、密实性好、机械强度高，产生的毛边少。

（3）半溢式压缩模：①模具型腔上方设有一个断面尺寸大于制品尺寸的加料腔，凸模与加料腔之间的配合为大间隙配合；②加料腔与型腔分界处有一环形挤压面，其宽度为4~5mm；③过量的原材料通过间隙（主要通过溢料槽）排出。

优点：制品的致密度高，不必精确计量每次的加料量；制品的高度尺寸稳定 缺点：由于在凸、凹模接触处存在挤压面，故不适合于压制有布质或纤维状填料的塑料制品。

5.3 压缩模选用原则

压缩模选用原则：

（1）塑件批量大，选用固定式模具；批量中等，选用半固定式或固定式模具；小批量或试生产时选用移动式模具。

（2）尽量选用水平分型面模具。

（3）对流动性差的塑料，且塑件形状复杂时可选不溢（封闭）式模具； 当塑件高度尺寸要求高，且带有小型嵌件时，可选用半封闭式模具； 当外形简单，且大而扁平的盘形塑件可选用溢料式模具。

5.4 压缩模与压力机的配合关系

1成型总压力的校核计算

2开模力与脱模力的校核计算 3压缩模高度和开模行程校核

4压机工作台面有关尺寸校核 5.5

压缩模设计要点

5.5.1 塑件在模具内加压方向的选择

加压方向即凸模的作用方向，即模具的轴线方向。在确定加压方向时要考虑以下因素。

5.5.1.1 有利于压力传递

加压方向应避免在加压过程中压力传递距离太长，以致压力损失太大。 5.5.1.2 便于加料

5.5.1.3 便于安装和固定嵌件

嵌件放在下模:操作方便，利用嵌件推出塑件，在塑件上不留下任何影响外观的推出痕迹。

嵌件安装在上模:既不方便，又可能因嵌件安装不牢固而落下，导致模具损坏。 5.5.1.4 保证凸模的强度

对于从正面或反面都可以加压成型的塑件，应选用简单面为加压方向。 5.5.1.6 保证重要尺寸的精度

沿加压方向的塑件高度尺寸，因随水平飞边厚度变化而变化，所以精度要求高的尺寸不宜放在加压方向上。

第6章 塑料传递成型工艺及模具设计

6.1 传递成型工艺

传递成型又称压注成型或挤胶成型，它是改进了压缩成型的方法，，在此基础上发展起来的另一种热固性塑料成型方法。传递成型所用设备与压缩成型完全相同。

6.1.1 传递成型原理及特点

传递成型原理将塑料加入单独的加料室加热，使其成为黏流状态，随即在柱塞压力作用下，熔体通过浇注系统高速挤入模具型腔。塑料在型腔内继续受热受压而固化成型，最后开模取出制品。

传递成型的特点：

①由于是先闭模后加料，且塑料熔体是经浇注系统快速挤入模腔，能保持压力的最终传递，使得型腔与加料室中的压力趋于平衡。

②与压缩成型相比，传递成型可以压制深框且形状复杂的塑件，也可压制带有嵌件的塑件。

③塑件飞边小、尺寸准确、质量较高。

④模具的制造成本比压缩模高，操作也较复杂，料耗比压缩成型多。 6.1.3 传递成型工艺条件

成型与压缩成型相比，其成型工艺条件有所不同。

（1）传递成型压力：成型压力应比压缩成型大，一般为压缩成型的2~3倍。 （2）模具温度：传递成型的模具温度通常可比压缩成型低15℃~30℃，一般为130℃~190℃。

（3）传递保压时间：传递成型的保压时间可以减少一些。

6.2 传递模的结构与组成

传递模与压缩模具有许多相似之处：

? 型腔设计相似 ? 脱模方法相似

? 成型零件的结构和尺寸计算相似

传递模与压缩模具的主要区别：

? 浇注系统不同

? 成型压力不同（传递成型所需压力较大）

传递成型模具主要用途：IC封装。

6.3 传递模的分类

在实际生产中通常按使用的压力机和操作方法来分类，它可以分为以下几类： 1 普通压机用传递模 （1）移动式传递模 （2）固定式传递模

2 专用压机用固定式传递模

6.3.1 普通压机用传递模

（1）移动式传递模：

（2）固定式传递模：

6.3.2 专用压机用固定式传递模

专用压机用固定式传递模通常被称为柱塞式传递模。

6.4 传递模的设计要点

6.4.1 加料室结构及其尺寸计算 6.4.1.1 加料室结构

? 加料室的截面大多为圆形，以便机械加工。

? 加料室与模具配合需要定位机构，具体结构及定位方式见表6-1。

? 加料室的材料一般选用T10A、CrWMn、9Mn2V等，硬度为52~56HRC，其

内腔最好镀铬且抛光至Ra0.4μm。

加料室结构及定位方式

第7章 塑料挤出成型工艺及模具设计

7.1 挤出成型工艺

挤出成型是热塑性塑料重要的加工方法之一，

? 主要用于生产管材、棒材、板材、片材、线材和薄膜等连续塑料型材。 ? 还可用于塑料的着色造粒、共混、中空塑件型坯的生产。 ? 除热塑性塑料外，部分热固性塑料也可用于挤出成型。 7.1.1 挤出成型原理及特点 挤出成型又称挤出模塑。

7.1.2 挤出成型工艺过程

热塑性塑料的挤出成型工艺过程可分为三个阶段：即塑化、成型与定径阶段。 （1）塑化阶段：经过干法塑化或湿法塑化的熔体加入到挤出机料筒中。

（2）成型阶段：塑料熔体在挤出机螺杆推动下，通过具有一定形状的口模而得到断面与口模形状一致的连续型材。

（3）定径阶段：指通过如定径、冷却处理等方法，使已挤出的塑料连续型材固化成为塑料制品（如管材等）。

7.1.3 挤出成型工艺参数

挤出成型工艺条件即选择挤出过程的合适参数，如温度、压力和流率（或挤出速率、产量）等。

（1）温度：温度是挤出成型过程得以顺利进行的重要条件之一。摩擦生热；加热圈供热，整个过程的温度调节是靠挤出机的加热、冷却系统和温度控制系统来实现的。

（2）压力：在挤出过程中，由于料流的阻力，螺杆槽深度的变化，且过滤板、过滤网和机头口模等处的阻碍，因而沿料筒轴线方向，对塑料内部建立起一定的压力。，尽可能减小压力的波动。

（3）挤出速率：挤出速率是单位时间内由挤出机口模挤出的塑料重量，也称流率（单位为kg/h或m/min）。

影响因素：机头阻力、螺杆、料筒的设计，螺杆转速，加热冷却系统结构和塑料的性能等。

（4）牵引速度：从机头和口模中挤出的塑料，在牵引力作用下将会发生拉伸取向。牵引速度与挤出速率应相当。

牵引比：牵引速度与挤出速率的比值，其值必须等于或大于1。

7.2 挤出成型模具设计要点

第8章 塑料中空成型工艺及模具设计 第9章 塑料注射成型新技术简介

9.3 热固性塑料注射成型 9.5 热固性塑料注压成型 9.6 共注射成型 9.7 叠层式注射成型 9.8 气体辅助注射成型

气体辅助注射成型：当型腔中注射了部分塑料熔体后，紧接着通过喷嘴、流道将压缩空气（通常为N2）注入熔体中形成夹心制品。 2.气体辅助注射成型的优点

（1）在制品的厚壁处及筋条、凸台等部位表面不会出缩陷，提高了制品质量。 （2）所需锁模力很小，只为一般注射成型的1/5~1/10，故可大幅降低设备成本。 （3）因成型时注射压力低，所以塑件中的残余应力小，不会出现翘曲和应力碎裂缺陷。

（4）可减轻制品重量，使制品轻型化。

（5）由于冷却时间短，缩短了成型周期，提高生产率。（6）可成型各种复杂形状的塑件。

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