1、 1 塑 料 机械、模具、材料相关知识、话题、资料请至 www.wentu.org 进行学习交流 模设计 塑料模具设计 塑料模设计教程塑料模设计教程 料模 设 计教 1 塑料的基本概念 2、 热塑料的成型加工性能 3、 热塑料制品设计原则 4、 注射成型概述 5、 注射成型模具基本结构及分类 6、 型腔分型面及浇注系统（一） 7、 型腔分型面及浇注系统（二） 8、 注射成型模具零部件的设计（一） 9、 注射成型模具零部件的设计（二） 10、注射成型模具零部件 的设计（三） 11、 注射成型模具的设计 12、 塑料模具设计步骤 13、 塑料模具课外资料（一） 塑料 模设计 教程 2 塑料的基本概
2、念 : 一、 塑料的定义及组成， 塑料是指以高分子合成树脂为主要成份、在一定温度和压力下具有 塑性和流动性，可被塑制成一定形状，且在一定条件下保持形状不变的材料。 组成：聚合物合成树脂（ 40 100%） 辅助材料：增塑剂、填充剂、稳定剂、润滑剂、着色剂、发泡剂、增强材料。 辅助材料作用：改善材料的使用性能与加工性能，节约 树脂材料（贵） 二 塑料的分类： 300 余品种，常用的是 40 余种 名称是以所使有的合成树脂作为名称来称呼：聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、酚醛树脂、氧树脂 ,俗称：电木（酚醛树脂） ,有机玻璃（聚甲基丙烯酸甲脂） ,玻璃钢（热固性树脂用玻璃纤维增强） ;英文名称：尼龙（聚酰
3、胺） PA 聚乙烯 PE 分类：热固性塑料与热塑性塑料（按塑料的分子结构） 1、 热塑性塑料 具有线型分子链成支架型结构加热变软，泠却固化不可逆的 2、 热固性塑料： 具有网状分子链结构加热软化，固化后不可逆 . 通用塑料：指 产量大，用途广。价格低廉的一类塑料。如：聚乙烯，聚丙烯，聚氯乙烯，聚苯乙烯，醛酚塑料，氨基塑料占塑料产量的 60% 工程塑料：指机械性能高，可替代金属而作工程材料的一类，尼龙，聚磷酸脂，聚甲醛，ABS 特种塑料： 隙氧树脂 三 塑料的性能 1、 质量轻，密度 0.90.23g /cm 泡沫塑料 0.189g/cm 2、 比强度高：是金属材料强度的 1/10 。 玻璃钢强
4、度更高 3、 化学稳定性好 4、 电气绝缘性能优良 5、 绝热性好 6、 易成型加工性，比金属易 7、 不足：强度 ，刚度不如金属，不耐热。 100C 以下热膨胀系数大，易蠕变，易老化。 热塑性塑料成型加工性能： 一 吸湿性：吸水的（ ABS.尼龙，有机中玻璃）懦水的（聚乙烯）含水量大，易起泡，需干燥。 二 塑料物态： 1、 玻璃态：一般的塑料状态 TG 高于室温。 2、 高弹态：温度商于 TG ，高聚物变得像橡胶那样柔软，有弹性。 3、 粘流态：沾流化温度以上，高聚物相继出现塑料流动性与粘性液体流动区移，塑料成型加工就在材料的粘流态进引。 三 流动性： 塑料在一定温度压力作用下，能够充分满模
5、 具型腔各部分的性能，称作流动性。 流动性差，注射成型时需较大的压力；流动性太好，容易发生流涎及造成制件溢边。 四 流变性：高聚物在外加作用下产生流动性与变形的性质叫流变性。 3 牛顿型流体与非牛顿型流体。 牛顿流体 ：主要取决于（流变形为）剪切应力，剪切速率和绝对粘度，低分子化合物的液体或溶液流体属于牛顿流体。 大多数高聚物熔体在成型过程中表现为非牛顿流体。 五 结晶性：冷凝时能否结晶。 无定型塑料与结晶型塑料。 结晶型：尼龙，聚丙烯，聚乙烯，无定型塑料： ABS 六 热敏性与水敏 性。 七 相熔性：熔融状态下，两种塑料能否相熔到一起，不能则会分层，脱皮。 八 应力开裂及熔体破裂。 九 热性
6、能及冷却速度。 十 分子定向（取向）。 十一收缩性。 十二毒性，刺激性，腐蚀性。 热塑料制品设计原则 一、 尺寸，精度及表面精粗糙度 一尺寸 尺寸主要满足使用要求及安装要求，同时要考虑模具的加工制造，设备的性能，还要考虑塑料的流动性。 二精度 影响因素很多，有模具制造精度，塑料的成份和工艺条件等。 三表面粗糙度 由模具表面的粗糙度决定， 故一般模具表面粗糙比制品要低一级，模具表面要进引研磨抛光，透过制品要求模具型腔与型芯的表面光洁度要一致 Ra 0.2 um 塑件圈上无公差要求的仍由尺寸，一般采用标准中的 8 级，对孔类尺寸可以标正公差，而轴类各件尺寸可以标负出差。中心距尺寸可以棕正负公差，配
7、合部分尺寸要高于非配合部分尺寸。 二、 脱模斜度 由于塑件在模腔内产生冷却收缩现象，使塑件紧抱模腔中的型芯和型腔中的凸出部分，使塑件取出困难，强行取出会导至塑件表面擦分，拉毛，为了方便脱模，塑件设计时必须考虑与脱模（及轴芯）方向平行的内、外表面 ，设计足够的脱模斜度，一般 1130。 一般型芯斜度要比型腔大，型芯长度及型腔深度越大，则斜度不减小。 三、 壁厚 根据塑件使用要求（强度，刚度）和制品结构特点及模具成型工艺的要求而定 壁厚太小，强度及刚度不足，塑料填充困难 壁厚太大，增加冷却时间，降低生产率，产生气泡，缩孔等 。 要求壁厚尽可能均匀一致，否则由于冷却和固化速度不一样易产生内应力，引起
8、塑件的变形及开裂。 四、加强筋 设计原则： 一中间加强筋要低于外壁 0.5 mm 以上，使支承面易于平直。 二应避免或减小 塑料的局部聚积。 三筋的排例要顺着在型腔内的流动方向。 五、支承面 4 塑件一般不以整个平面作为支承面，而取而代之以边框，底脚作支承面。 六、圆角 要求塑件防有转角处都要以圆角（圆弧）过渡，因尖角容易应力集中。 塑件有圆角，有利于塑料的流动充模及塑件的顶出，塑件的外观好，有利于模具的强度及寿命。 七、孔（槽） 塑件的孔三种成型加工方法： （ 1）模型直接模塑出来。 （ 2）模塑成盲孔再钻孔通。 （ 3）塑件成型后再钻孔。先模塑出浅孔好。 1、 模塑通孔要求孔径比（长度与孔
9、径比）要小些，当孔 径 1.5MM，由于模芯易弯曲折断，不适于模塑 模塑型芯的三种方式。 2、 肓孔的深度： h （ 35） d d 1.5 时， h 3d 3、 异形孔（槽）设计 塑件如有侧孔或凹槽，则需要活动块或抽芯机构 “平行射成原则 “确定塑件侧孔（槽）是否适合于脱模。 热塑性塑料中软而有弹性的，如聚乙烯，聚丙烯，聚甲醛导制品，内孔与外像浅的可强制脱模。 八、螺纹 塑件中的螺纹可用模塑成型出来，或切削方法获得通常折装或受力大的，要采用 金属螺纹嵌件来成型。 九、嵌件 为了增加塑料制品整体或某一部位的 强度与刚度，满足使用的要求，常在塑件体内设置金属嵌件。 由于装潢或某些特殊需要，塑料制
10、品的表面常有文字图案。 1、 标志 2、 凹凸纹：如把手，旋钮，手轮制品的固边，以增加摩擦力，凹凸纹要做成直纹，以便于脱模。 3、 花纹：凹凸纹，皮革纹，桔皮纹，纹浪纹，点格纹，菱形纹。 加工花纹方法：电火花加工，照像化学磨蚀，雕刻冷挤压。 注射成型概述 一、 注射成型原理与过程： 是热塑性塑料成型的一种主要加工方法 1、 合模，加料，加热，塑化，挤压 2、 注射，保压，冷却，固化，定型 3、 螺杆嵌 塑，脱模顶出 二、 注射成型设备 一注射成型机的分类： 1 按用途：热塑性塑料注射成型机，热固性塑料注射成型机 2 按外形：立式，卧式，角式 3 按能力：小型（ 50cm 注射量，中型（ 501
11、000cm）大型 1000cm 4 按塑化分：有塑化装置，有塑化装置 5 按操作：手动，半回动，自动 5 6 按绕动：机械绕动，液压绕动，机械液压绕动 二 注射成型的结构组成 1、 注射紧绕：料斗，塑化部件（料筒，螺杆，电热圈）喷嘴。 2、 锁模紧绕：实现模具的启闭 ，锁紧，塑件顶出。 3、 传动操作控制紧绕。 三 注射机的型号，规格，基本参数 1、 一般以注射量表示注射机的容量， Xs - ZY ,25 表示：一次最大注射量为 1- 25CM的倒式螺杆注射成型机 . 2、 基本参数：公称注射量，合模压力，注射压力，注射速度，注射功率，塑化能力，合模与开模速率，机器盾隙次数，最大成型面积，模板
12、尺寸，模板间距离，模板过程。 四 注射成型机的工作过程 注射成型模具基本结构及分类 一、 基本结构 ,根据部分起作用不同分类 : 一 浇注系统 将塑料由注射 机喷嘴引向型腔的通道称浇注系统，其由主流道，分流道，内浇口，冷料穴等结构组成，由零件的浇注套，拉料杆等组成。 二 成型零件 是直接构成塑料件形状及尺寸的各种零件，由型芯（成型塑件内部形状），型腔（成型塑料外部形状），成型杆，镶块等构成。 三 结构零件 构成零件结构的各种零件，在模具中起安装，导向，机构动作及调温等作用。 导向零件：导柱，导套 。 装配零件：定位隙，定模底板，定模板，动模板，动模垫板，模脚 冷却加热系统 根据其运动特点均可分
13、为两大部分： 定模部分：一部份留于模具机座 的定模板上， 动模部分：随注射机动模板运动的部分 定模部分与动模部分闭合则可形成型腔与浇注系统 二、 模具的分类 一 按注射机类型分： 立式注射机，卧式注射机，直角式注射机上用的模具 二 按注射模具的总体结构特征分： 1、 单分型面模 分流道位于分型面上，需切除流道凝料。（模拟动画） 2、 点浇口脱出模具（三板式模具）（模拟动画） 3、 带横向轴芯的分型模具（模拟动画） 4、 自动卸螺纹注射成型模具 型腔分型面及浇注系统（一） 一、 分型面： 分开模具能取出塑件的面，称 作分型面，其它的面称作分离面或称分模面，注射模只有一个6 分型面。 分型面的方向
14、尽量采用与注塑机开模是垂直方向，形状有平面，斜面，曲面。选择分型面的位置时， 1 分型面一般不取在装饰外表面或带圆弧的转角处 2 使塑件留在动模一边，利于脱模 3 将同心度要求高的同心部分放于分型面的同一侧，以保征同心度 4 轴芯机构要考虑轴芯距离 5 分型面作为主要排气面时，分型面设于料流的末端。 一般在分型面凹模一侧开设一条深 0.025 0.1mm 宽 1.56 mm 的排气槽。亦可以利用顶杆，型腔，型芯镶块排气 二、 浇注系统 浇注系统是指模具中从注射机喷嘴接触处到型腔为止的塑料熔体的流动通道。作用： 1输送流体 2传递压力 一 浇注系统的组成及设计原则 1、 组成：由主流道，分流道，
15、内浇口，冷料穴等结构组成。 2、 浇注系统的设计原则： 1 考虑塑料的流动性，保征流体流动顺利，快，不紊乱。 2 避免熔体正面冲出小直径型芯或脆弱的金属镶件。 3 一模多腔时，防止大小相差悬殊的制件放一模内。 4 进料口的位置和形状要结合塑件的形状和技术要求确定 。 5 流道的进程要短，以减少成型周期及减少废料。 二 主流道设计 指喷嘴口起折分流道入口处止的一段，与喷嘴在一轴线上，料流方向不改变。 （ 1） 便于流道凝料从主流道衬套中拔出，主流道设计成圆锥形 。 7-15 锥角 =2 4粗糙度 Ra0.63 与喷嘴对接处设计成半球形凹坑，球半径略大于喷嘴头半经。 （ 2） 主流道要求耐高温和摩
16、擦，要求设计成可拆卸的衬套，以便选 用优质材料单独加工和热处理。 （ 3） 衬套大端高出定模端面 510mm ，并与注射机定模板的定位孔成间隙配合，起 定位隙作用。 （ 4） 主流道衬套与塑料接触面较大时，由于腔体内反压力的作用使衬套易从模具中退出，可设计定住 。 （ 5） 直角式注射机中，主流道设计在分型面上，不需沿轴线上拔出凝料可设计成粗的圆柱形。 三 分流道设计 指塑料熔体从主流道进入多腔模各个型腔的通道，对熔体流动起分流转向作用，要求熔体压力和热量在分流道中损失小。 （ 1）分流道的截面形式： a、 图形断面：比表面积小（流道表面积与其体积之比），热损失小，但加工制造难，直径 7 51
17、0mm b、 梯形：加工较方便，其中 h/D = 2/3 4/5 边斜度 515 c、 u 形：加工方便， h/R=5/4 d、 半圆形： h/R=0.9 （ 2） 分流道的断面尺寸要视塑件的大小，品种注射速度及分流道的长度而定。 一般分流道直经在 56mm 以下时，对流动性影响较大，当直经大于 8mm 时，对流动性影响较小。 （ 3） 多腔模中，分流道的排布： a、 平衡式和非平衡式： 平衡式：分流道的形状尺寸一致。 非平衡式： a、靠近主流道浇口尺寸设计得大于远离主流道的浇口尺寸。 b、分流道不能太细长，太细长，温度，压加体大会使离主流道较远的型 腔难以充满。 c、一般需要多次修复，调理达
18、到平衡。 d、即使达到料流和填充平衡，但材料时间不相同，制品出来的尺寸和性能有差别，对要求高的制品不宜采用。 e、非平衡式分布，分流道长度短 。 f、如果分流道较长，可将分流道的尺寸头沿熔体前进方向稍征长作冷料穴，使冷料不致于进入型腔。 g、分流道和型腔布置时，要使用塑件投影面积总重心与注塑机锁模力的作用线重合。 型腔分型面及浇注系统（二） 四 浇口的类型和设计 浇口指流道末端与型腔之间的细小通道。 1 作用： a、使熔体快速进入型腔， 按顺序填充。 b、冷却材料作用 2 浇口参数： a、形状一般为圆形或矩形。 b、面积与分流道比为 0.030.09。 c、长度一般 :0.52.0mm。 3
19、小浇口的优点： a、改变塑料非牛顿流体的表观粘度，增剪切速率。 b、小浇口改变流体流速，产生热量，温度升高。 c、易冻结，防止型腔内熔体的倒流。 d、便于塑件与浇注系统的分高。 浇口的常见形式： 1、针点式浇口 结构形式 圆弧尺的作用：增大浇口入料口处截面积，截小熔体的冷却速度，有利于补料。 多 腔模中用（ C）形式的针点式浇口。 当塑件较大时，用多点进料。 当熔体流径浇口时，受剪切速率的影响，造成分子的高度定向，增加局部应力，开裂，可将浇口对面壁厚增加并呈圆弧过渡。 8 模具采用三板式（双分模面） 2， 潜伏式浇口 又名隧道式浇口 进料部位选在制品较隐蔽的地方，以免影响制品的外观，顶出时，流
20、道与塑件自动分开，故需大的顶出力， 以对于过分强韧的塑料，不适合于潜伏式浇口。 3 侧浇口 又称边像浇口。 一般开于分型面上，从塑料边像进料，形状长短形或接近短形。 4 直接 式浇口 又称中心浇口或称主流道型浇口。 特点： 尺寸较大，冷凝时间较长。 压力直接作用于制件上，易产生 残 余应力。 浇口凝料的除去较困难。 流动的阻力小，进料的速度快，用于大型长流程式的单腔制品，可以较好地补缩。 5 圆隙形浇口 用于圆向形或中间带有孔的塑件。 冷料穴与拉料杆的设计 1、 带 Z 型头拉料杆的冷料穴 2、 带球形头拉料杆的冷料穴 3、 无拉料杆的冷料穴 注射成型模具零部件的设计（一） 一、成型零件的结构
21、设计 1 型腔结构形式 a. 整 体式结构，适用于形状简单加工容易的型腔。 b. 整体嵌入式，可节约模具材料，降低成本。 c. 局部苒镶式，用于局部加工较难时的情况。 d. 四壁合拼式，用于尺寸较大，易热处理变形的模具。 2 型芯的结构形式 a. 整体式，形状简单时，型芯与模板做成一体。 b. 组合式，从节约材料出发，即利用轴盾和底板连接 c. 小型芯单独性加工后再嵌入模板中。 d. 非圆形小型芯，把安装部分做成圆形，易于加工，而成形部分做成异形，用轴盾连接。 e. 复杂型芯的组合方式。 二、 成型零件的作尺寸计算 1 工作尺寸指成型零件上直接用来成型塑件的尺寸。 9 型芯型腔的径向尺寸 型芯
22、的高度尺寸 型腔的深度尺寸 中心距尺寸 2 影响塑件尺寸的因素： a 成型零件本身制造公差 b 使用过程中的磨损 c 收缩率的波动 3 具体的尺寸计算： 1径向尺寸计算 a.型腔 L 型腔： H 型腔： b.型芯 L 型芯 = H 型芯 = c.中心腔 : 其中： 制件的尺寸标注形式一定要转化成上图的形式 以上计算是按平均收缩率计算公式进料的 对于精度要求达到 6 级以上的制品，模具尺 寸计算结果需保留两位小数， 6 级精度以下，只保留一位即可。 三、成型零部件的刚度，强度较核： 当型腔全被充满的瞬间，内压力达极大值。 大尺寸型腔，刚度不足是主要问题，以刚度较核为主。 小尺寸型腔以强度不足为主
23、要矛盾，以强度较核为主。 凹模强度较核公式。 四、其它辅助构件 指起安装，导向，装配，冷却，加热及机构动作等作用的零件 一导向零件 作用：定位，导向及承受测压的作用 。 类型：导柱导向，锥面导向及斜面导向等。 1 导柱导向机构的设计： 导柱： 由导柱导套 或导向孔结构组成。 要求导柱比凸模高出 6-8cm。 导柱端问好成锥形或半球形。 导柱表面具有较好的耐磨性，芯部坚韧而不易折断。 与模板装配 过渡配合。 导柱与模板的连接方式。 导套： 导套前端侧角尺。 导套硬度比导柱低。 导套与模板配合面的粗糙度。 导套与模板的连接固定方式。 导孔：适于小批量生产的模具，要求的精度不高。 2 锥面，斜面导向
24、定位机构。 对于大型，深腔，精度要求不高，特别是薄壁容器，偏芯塑件 。 10 由于压力大，引起型芯腔的偏芯，导柱难以承受，可采用锥 面定位。 二装配固定零件： 1 固定板，用以固定型芯，型腔，导柱，导套，拉料杆等固定安装用的，要求有一定的强度和厚度。 型芯与固定板的连接方法有三种： a 台阶孔固定法，适用于中小型凸模的安装固定。 b 汽孔固定法，适用于中型凸模的安装固定。 c 平面固定法，适用于大型凸模。 2 垫板。 作用：防止型芯，导柱，拉料杆等从固定板上脱出，并承受压力。 要求：具有较高的平引度和硬度。 3 支承件： （模脚之类零件） 作用：构成顶出机构的运动空间，调节模具总厚度，安装固定
25、的 作用。 三冷却，加热零件： 模具的温度直接影响到塑件的成型质量及生产率，一般用电加热器进行加热，水冷却 . 1 冷却装置：冷却水孔，一般距型腔不要小于 10MM， 2 加热装置：电加热，蒸气加热，热水加热 注射成型模具零部件的设计（二） 三脱模机构 使塑件从模具上脱出来的机构称脱模机构或称顶出机构脱模机构的动作方向与模具的开模方向是一致的。 要求脱模时塑件不变形，不损坏，顶件位置位于制件不明显处。 一 脱模力的计算 （脱模）塑件在模具中冷却定型时，由于体积收缩， 产生包紧力。 不带通孔壳体类塑件，脱模时要克服大气压力 。 机构本身运动的磨擦阻力。 塑件与模具之间的粘附力。 初始脱模力，开始脱模进的瞬间防要克服的阻力。 相继脱模力，后面防需的脱模力，比初始脱模力小，防止计算脱模力时，一般计算初始脱模力。 a 脱模力与塑件壁厚，型芯长度，垂直于脱模方向塑件的投影面积有关，各项值越大，则脱模力越大。 b 塑件收缩率，弹性模量 E 越大，脱模力越大。 c 塑件与芯子磨擦力俞大，则脱模阻力俞大。 d 排除大气压力和塑件对型芯的粘附等因素，则型芯斜角 大到，塑件则自动脱落。 二 脱模机构的形式 1 顶杆脱模机构
