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1、1,模具设计基础,徐幼林,2,第一章塑料的基本知识,塑料材料及其应用塑料的可加工性塑料的主要成型方法,3,第一节塑料材料及其应用,塑料是一种可塑成型的材料，它是以高分子聚合物为主要成分的混合物，在加热、加压等条件下有可塑性，在常温下为柔韧的固体。高分子聚合物，是指由许许多多结构相同的普通分子组成的大分子。,4,一、塑料的组成（1）,塑料是由合成树脂、填加剂组成，在一定条件下可塑成形，并在常温下保持形状不变的材料。合成树脂是构成塑料的主要成分，来源于煤、石油、琥珀、虫胶、松香等。,5,一、塑料的组成（2）,填加剂是指稳定剂、增塑剂、润滑剂、固化剂和着色剂、发泡剂等。填充剂在塑料中占4070%，它
2、的作用是使塑料获得不同的性能，减少树脂用量，以降低成本。常用填充剂为云母、石棉和一些纤维状填充剂。,6,二、塑料的分类,按成型性能分类热塑性塑料（受热可熔塑料）：在常温下是硬的固体，加热后会变软，冷却后还会变硬。热固性塑料（受热不可熔塑料）：在加热时，它的化学结构发生了变化，加热时间越长，这种变化越深，最后变成为很硬的物体（硬化）。按用途分类：通用塑料、工程塑料。按制造方法分类聚合反应：将低分子单体化合成高分子化合物。缩聚反应：将相同或不同的低分子单体化合成高分子化合物，同时有低分子物质析出。,7,三、塑料的特性,质量轻：塑料的密度比金属小，但机械强度高。比强度高：单位抗拉强度相当于、甚至超过
3、金属。耐化学腐蚀能力强：耐腐蚀性强。绝缘性好：对电、热、声有良好的绝缘性。摩擦性能好光学性能好加工性好：可多次加工性、成型容易。耐热性和导热性差：耐热性在50200度范围内。,8,第二节塑料的可加工性,一、塑料的加工适应性温度对于塑料的加工有着重要的影响，温度不同塑料所处的状态将不同，故其所表现出的加工适应性也不同。塑料在一定的状态下可具有可挤压性、可模塑性、可延性、可纺性、可机加工性等。,9,二、塑料的可挤压性,塑料的可挤压性是只塑料在受到挤压作用时获得的形状和保持这种形状的能力。,10,第三节塑件成型的主要方法,注射成型：生产效率高，塑件尺寸精度高；可以成型形状复杂的零件；容易实现自动化生
4、产。挤出成型：通常是制造连续型材的塑件。中空吹塑成型压缩成型：可以压制大面积的塑件；利用多槽可以大批量生产；但制件不能复杂、精度较低。压注成型：模具损耗小，壁薄、精度高；但塑件机械强度稍差。其他方法成型：如固相成型。,11,第二章 塑料注射成形模,第一节 概述第二节 注射模结构及分类第三节 模具与注射机的关系第四节 模具结构设计,12,第一节概述（热塑性塑料注射成形）,一、热塑性塑料成形工艺特性吸湿性：具有吸湿性和粘附水分倾向的塑料，在加热时将会有气体挥发，使塑件产生气泡，影响塑件强度和美观。流变性：塑料的粘度随压力的升高而降低。流动性：在一定压力和温度下，塑料在流道及型腔内流动并充满型腔的性
5、能。结晶性：高分子聚合物由无次序的杂乱状态变为有次序的正规模型，此塑料为结晶性塑料。,13,一、热塑性塑料成形工艺特性,相溶性：两种以上的塑料，分子结构相似，在熔融状态下具有相互混溶的性质，并可提高其综合性能。热敏性：塑料过热时将分解变色，具有对温度敏感的性质。毒性、刺激性、腐蚀性塑料状态与温度的关系：随加热温度上升，塑料将呈现玻璃态、高弹态、可塑态、直至降解（塑料变稀，易从模具分型面处流出）。,14,二、热塑性塑料状态与温度的关系,塑料受热时有三种状态：固态、液态、气态。,15,二、热塑性塑料状态与温度的关系,在恒定压力下，热塑性塑料的温度与变形的关系如下玻璃状态（A）：在此状态可用机械加工
6、的方法加工塑件。高弹塑性状态（B）：对塑件施加不大的压力就可以得到较大的变形，在此阶段可以真空成形、吹塑成形。可塑性状态（C）：塑料的成型温度大都超过流动温度，塑件可以用注塑、挤出的方法成型。,16,三、热塑性塑料的收缩特性,塑件从热模中取出并冷却至室温，其尺寸与模具型腔尺寸发生变化的特性称为成型收缩。成型收缩率用下式表达：S-成型收缩率（%）；A-常温时的模具型腔尺寸（MM）；B-常温时塑件尺寸（MM）,17,影响塑件收缩率的因素(1),塑件的品种：结晶性塑件的收缩率大，收缩变动范围也大；加入玻璃纤维填料后收缩率减小。塑件形状：形状复杂的塑件收缩率减小。塑件流动的方向：沿流动方向的收缩率比垂
7、直于流动方向的收缩率大。,18,影响塑件收缩率的因素(2),注射压力：压力大，收缩率小。模具温度：温度高，收缩率大。收缩率还与模具浇口的位置、模具冷却水道的分布、脱模时间等有关。,19,四、热塑性塑料注射的成型条件（1）,温度：注射成型过程中要控制温度，包括料筒温度、喷嘴温度、模具温度等，模具温度一般由冷却系统来控制。压力：包括塑化压力和注射压力，塑化压力又称背压。,20,四、热塑性塑料注射的成型条件（2）,时间：完成一次注射成型过程所需要的总时间，称为成型周期。包括：充模时间、保压时间、冷却时间、开模时间、脱模时间。一般充模时间为35秒，保压时间为20120秒，冷却时间为30120秒。,21
8、,五、热塑性塑料注射模成型原理,热塑性塑料注塑成形分为三个阶段（以螺杆式注塑机为例）：1、注塑阶段2、保压阶段3、预塑阶段,22,1、注塑阶段,模具已安装在注射机上，锁模液压缸已锁紧模具，料筒内的塑料已被加热到熔融状态时，注射液压缸中的活塞推动料筒内的螺杆，将熔融状态的塑料通过喷嘴及模内浇道、浇口高速注入型腔。,23,2、保压阶段,塑料充满型腔后需保持一段时间的注射压力，使型腔内有足够的压力，以对塑件收缩进行补料，使塑件密实，同时使塑件在模内冷却定型。,24,3、预塑阶段（1）,卸去注射压力后，螺杆转动，此时料斗中的颗粒塑料通过计量装置落入料筒，并随着螺杆的转动向前输送，在这一过程中，物料被逐
9、步压实，物料中的气体由加料口排出。在料筒外加热和螺杆剪切热的作用下，物料实现物理状态的变化，最后呈粘流态，并建立一定的压力。,25,3、预塑阶段（2）,当螺杆头部的熔料压力达到能克服注塑油缸活塞退回时的阻力（背压）时，螺杆开始后退并进行计量，与此同时螺杆前端的熔料逐渐达到注射量，使计量装置撞击限位开关螺杆停止转动和后退，预塑完毕。与此同时动模打开，塑件被推出。,26,六、热塑性塑料成形工艺参数（1）,料筒温度：略高于塑料软化点；注射压力：根据塑料性能、制件大小、壁厚和流道长短来确定；成形时间：根据产品质量、生产率来确定。,27,六、热塑性塑料成形工艺参数（2）,辅助工艺参数原料干燥缓冲垫：注射
10、完毕须保留1030mm的剩料使制件冷缩时能不断进入模腔。模具温度：根据制件和塑料的品种而定，保证加工顺利成形、质量好。,28,第二节 注射模结构及分类一、注射模的典型结构,单分型面注射模具,29,一、注射模的典型结构,双分型面注射模具,30,一、注射模的典型结构,带有活动镶件的注射模具,31,一、注射模的典型结构,横向分型抽芯注射模具,32,一、注射模的典型结构,自动卸螺纹注射模具,33,一、注射模的典型结构,定模设顶出装置的注射模具,34,一、注射模的典型结构,无流道注射模具：包括热流道模具或绝热流道模具,35,二、注塑模各组成部分及其功用,1、成型零件定模型腔：成形塑件的外形动模型腔：成形
11、零件的内形2、浇注系统：由注射机喷嘴经过主流道、分流道、浇口和冷料穴到型腔之间的进料通口。3、推出机构：是由推出塑件所需的全部结构零件组成的。4、侧抽芯机构：是由抽出塑件的侧凹所需的全部结构零件组成。,36,二、注塑模各组成部分及其功用,5、导向件：保证动模和定模和模准确。6、冷却系统：为了保持一定的模具温度，在模具内开放循环冷却系统，以不断将塑件传给模具的热量带出模外。7、定位圈：为确保注射机喷嘴与模具浇口套对中，定位圈凸出在定模座板外，其直径与注射机定位孔采用动配合进行装配。,37,二、注塑模各组成部分及其功用,8、模架模板：包括定模座板、定模板、动模板、支承板、垫块、动模座板导向系统：由
12、导柱、导套组成推板：包括推板固定板和复位杆9、限位钉：对推出机构起支承和调整作用10、支承柱；在动模支承板和动模座板之间起支承作用。,38,第三节模具与注射机的关系,注塑量与塑件质量的关系塑化量与型腔数的关系合模力及注塑面积和型腔数的关系注塑机模座行程和模具闭合高度的关系拉杆、顶出机构与注塑模的关系,39,第四节 模具结构设计,成型部件的结构设计分型面的位置和排气系统的设计成型零件的结构设计：动模型腔、定模型腔的结构和尺寸的确定。导向机构的设计推出机构的设计侧抽芯机构的设计模具冷却装置设计,40,第四节 模具结构设计,浇注系统的设计普通流道浇注系统的组成主流道分流道浇口冷料穴：对着主流道的孔槽
13、。作用是储存前锋冷料。,41,第四节模具结构设计,浇注系统的设计主流道的设计因要与喷嘴反复摩擦碰撞，故设计成可以更换的浇口套。冷料穴和拉料杆的设计分流道的设计浇口的设计,42,第五节 热固性塑料注射模设计 一、概述,热固性塑料在耐热性、抗热变形等方面有突出的优点。在成形过程中，热固性塑料既有物理变化，又有化学变化。热固性塑料可以用压制法和注塑法等方法成形。,43,二、注射成形原理,热固性塑料注射机与热塑性塑料注射机结构基本相似，其主要区别是：加热料筒由热水加热（热塑性塑料由电阻加热），水温由电热器自动控制，料筒内的预塑温度控制在90110C之间。注射机的螺杆是特制的，压缩比较小，要求注射压力较
14、高。模具不需冷却水道，而要设放置加热棒的通孔以加热模具。模温约控制在165205 C之间（酚醛树脂），具体温度由材料确定。模具与注射机间要有隔热垫，以防模具向注射机传热。,44,三、热固性塑料注射成型工艺过程,加热与预塑：把塑料加入料筒中用热水加热，用螺杆搅匀，使其达到临界塑性，一般预塑温度控制在45110C。在塑料由螺杆向前推进时，随着螺杆背压的提高，塑料的温度亦提高。塑料通过注射机喷嘴喷出时，由于剧烈的摩擦，料温可达110130 C。闭模与注射：模具闭和后，熔融态塑料由注射机喷出，迅速充满整个型腔，此时模具温度保持在165205 C，在此温度下塑料开始固化。,45,三、热固性塑料注射成型工
15、艺过程,保压与固化：保压的目的是为了防止受压塑料从模具主流道倒流，影响制品质量。在此阶段，塑料在加热和保压的充分作用下固化成形。排气：由于固化过程中有气体排出，所以合模过程中必须有排气动作，常用轻微的开启模具来实现，或由气槽溢出。,46,四、模具结构特点（1）,浇注系统：由于塑料在料筒中没有加热到足够的温度，因此希望主流道断面积小些，以增大塑料的传热面积和摩擦热。排气槽：型腔内有气体和化学挥发物，而热固性塑料流动性好，极易将模缝堵死，故利用配合间隙排气往往不能满足要求，需开设排气槽。模具的加热：注射过程中，注射机的温度低，模具需加热，模具加热是十分重要的环节，它对制品的成型质量影响很大，必须严
16、格控制模具成型表面温度差不能大于5度。,47,四、模具结构特点（2）,塑料的流动性和模具结构：由于热固性塑料熔化温度比固化温度要低，在成型条件下，塑料的流动性好，能流入细小的缝隙成为毛边，这一特性必须要考虑到，所以要求分型面接触面积要小。避免采用镶拼件。避免采用脱模板而采用顶出杆脱件。,48,四、模具结构特点（3）,其他注意事项由于模具是在加热和有腐蚀的条件下工作，加上热固性塑料毛边硬度大，对模具的磨损大，因此要采用合适的模具材料。凡与塑料接触的表面，要求表面粗糙度为Ra0.1左右，要求抛光、镀铬，再抛光，镀铬层厚度0.01 0.015mm。模具往注射机上安装时，应加隔热垫，以防模具热量过多散失。,49,第三章 塑料压塑成形模,第一节 概述第二节 压模与压机的关系第三节 模具结构第四节 压模成型零件设计,
