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1、普通高等教育普通高等教育“十二五十二五”规划教材划教材 杨永顺杨永顺 主编主编 塑料成型工塑料成型工艺与模具与模具设计本本课程教材程教材1高分子物理高分子物理：何曼君何曼君 主主编高分子材料成型加工原理高分子材料成型加工原理：王王贵恒恒 主主编塑料成型模具塑料成型模具：推荐参考教材推荐参考教材2通通过学学习本本课程，程，应达到以下要求：达到以下要求：1.了解当前塑料工业塑料工业的现状现状和发展趋势发展趋势；2.了解聚合物的物理性能物理性能、流动特性流动特性及成型过程中的成型过程中的物物理、化学变化理、化学变化；3.熟悉常用塑料常用塑料的成型工艺特性成型工艺特性，注射成型的基本原理注射成型的基本
2、原理、工艺特点；正确分析成型工艺对模具的要求正确分析成型工艺对模具的要求；4.重点掌握注射成型模具的工作原理注射成型模具的工作原理、基本结构及模具基本结构及模具零件的设计零件的设计与计算方法计算方法。5.熟悉注射模具设计程序，具有独立独立设计中等复杂程度注射模的能力。本本课程的教学目的程的教学目的3主要内容：1.绪论（第1章）2.塑料成型理论基础（第2、3章）3.注射成型工艺（第4、5章）4.注射成型模具（第614章）5.挤出成型工艺与模具设计（第18章）6.其他章节有兴趣的可以自学本本课程的教学程的教学纲要要4高分子材料的定义：高分子材料是以高分子化合物为基础的材料。它是由相对分子质量较高的
3、化合物构成的材料，通常分子量大于10000，如橡胶、塑料、纤维、涂料、胶粘剂和高分子基复合材料。高分子是生命存在的形式，所有的生命体都可以看作是高分子的集合体。补充：高分子材料充：高分子材料5高分子材料的来源与发展：高分子材料按来源分为天然高分子材料、半合成高分子材料（改性天然高分子材料）和合成高分子材料。天然高分子是生命起源和进化的基础。如用蚕丝、棉、毛织成织物，用木材、棉、麻造纸等。补充：高分子材料充：高分子材料619世纪30年代末期，进入天然高分子化学改性阶段，出现半合成高分子材料。1870年，美国人Hyatt用硝化纤维素和樟脑制得的赛璐珞塑料，是有划时代意义的一种人造高分子材料。190
4、7年，出现合成高分子酚醛树脂，真正标志着人类应用化学合成方法有目的的合成高分子材料的开始。补充：高分子材料充：高分子材料7高分子材料的分高分子材料的分类：按来源分类:天然、半合成、合成高分子；按应用分类：橡胶、纤维、塑料、高分子胶粘剂、高分子涂料和高分子基复合材料等；按高分子主链结构分类：碳链高分子、杂链高分子等；其他分类：结晶高聚物，非晶高聚物等。补充：高分子材料充：高分子材料8高分子材料的高分子材料的应用用领域：域：目前高分子材料已广泛应用于机械行业、电子行业、医药行业、信息行业、汽车行业、航空航天、海洋开发、日常用品等。并且逐渐在农业种子开发技术、智能隐身技术等先进尖端技术中得到重视与应
5、用。补充：高分子材料充：高分子材料9第一章第一章绪论1.2 塑料成型技术的发展塑料成型技术的发展1.4 学习本课程的目的及方法学习本课程的目的及方法1.3 塑料成型模具及发展趋势塑料成型模具及发展趋势1.1 塑料与塑料制品塑料与塑料制品1011塑塑料料是是以以高高聚聚物物（树脂脂）为主主要要组分分，在在其其制制造造或或加加工工过程程中中的的某某一一阶段段能能流流动成成型型或或聚聚合合成型，并在常温下保持形状不成型，并在常温下保持形状不变的固体材料。的固体材料。塑塑料料成成型型制制品品是是以以塑塑料料为原原料料经成成型型加加工工而而获得的制品，又称塑料制品或塑件。得的制品，又称塑料制品或塑件。1
6、2（1）密密度度小小 其其密密度度大大多多在在1.01.4g/cm3之之间，约为钢铁材料密度的材料密度的1/6。（2）比比强强度度高高 在在承承担担相相同同载荷荷条条件件下下，所所需零件的重量小。需零件的重量小。（3）耐耐化化学学腐腐蚀能能力力强强 对酸酸、碱碱、盐等等化化学物学物质均有良好的耐腐均有良好的耐腐蚀能力。能力。（4）绝缘性性能能好好，介介电损耗耗低低 可可以以与与陶陶瓷瓷和和橡橡胶胶媲媲美美，许多多电器器用用的的插插头、插插座座、开开关关、手柄等，都是用塑料制成的。手柄等，都是用塑料制成的。13（5）隔隔热热隔隔音音性性能能好好 广广泛泛用用作作绝热保保温温材材料以及隔音吸音材料
7、。料以及隔音吸音材料。（6）减减摩摩耐耐磨磨性性能能好好 大大多多数数塑塑料料都都具具有有良良好好的的减减摩摩和和耐耐磨磨性性能能，可可以以在在水水、油油或或带有有腐腐蚀性性的的液液体体中中工工作作，也也可可以以在在半半干干摩摩擦擦或或者者完完全全干干摩擦的条件下工作。摩擦的条件下工作。14（7）抗抗振振减减振振性性能能好好 聚聚合合物物大大分分子子的的柔柔韧性性和和弹性性使使塑塑料料具具有有良良好好的的减减振振性性能能，因因而而使使塑塑料料成成为现代代工工业中中抗抗振振减减振振性性能能极极好好的的材材料料，不不仅可可以以用用于于高高速速运运转机机械械，还可可以以用用作作汽汽车中中的的一些一些
8、结构零件等。构零件等。（8）光光学学性性能能好好 不不加加填填充充剂的的非非结晶晶塑塑料料大大都都可可以以制制成成透透光光性性良良好好的的制制品品，折折光光率率较高高，并且具有很好的光并且具有很好的光泽。15（9 9）多多种种防防护性性能能 塑塑料料除除具具有有良良好好的的耐耐腐腐蚀性性、绝缘性性、防防振振性性外外，还具具有有防防水水、防防潮潮、防防辐射射等等多多种种防防护性性能能，广广泛泛用用作作食食品品、化化工工、航天、原子能工航天、原子能工业的包装材料和防的包装材料和防护材料。材料。（1010）一一般般塑塑料料的的刚性性差差 如如尼尼龙的的弹性性模模量量仅为钢铁的的1/1001/100。
9、16（11）塑塑料料的的使使用用温温度度范范围围窄窄 长时间工工作作的的使使用用温温度度上上限限一一般般在在100以以下下，即即使使被被称称为耐耐高高温温塑塑料料的的聚聚酰亚胺胺和和聚聚四四氟氟乙乙烯等等，能能够连续工工作作的的最最高高温温度度也也不不超超过250；塑塑料料在在低低温温下性脆易开裂。下性脆易开裂。（12）塑塑料料易易燃燃烧烧，在在光光和和热热的的作作用用下下性性能能容易变差，发生老化现象。容易变差，发生老化现象。（13）冷冷却却后后成成型型收收缩缩率率大大 使使得得制制品品的的精精度度不不易易控控制制，塑塑料料制制品品的的使使用用范范围也也受受到到一一定定限限制。制。1718塑
10、塑料料制制品品生生产主主要要包包括括成成型型、机机械械加加工工、修修饰和和装配装配四个生四个生产过程。程。成成型型是是将将各各种种形形态的的塑塑料料制制成成所所需需形形状状的的制制品品或或型型坯坯的的过程程。塑塑料料制制品品成成型型后后，可可以以直直接接使使用用或或与与其其他他件件装装配配组合合后后使使用用，亦亦可可通通过机机械械加加工工、修修饰加加工工等后等后处理工理工艺提高其使用性能和品提高其使用性能和品质。19如如图1-1 塑料制品的生塑料制品的生产过程程1.2.1 塑料制品成型方法分塑料制品成型方法分类20（1）塑塑料料成成型型理理论的的深深入入研研究究 加加深深对塑塑料料成成型型过程
11、程中中所所发生生的的物物理理、化化学学变化化和和力力学学行行为的的认识，借以改，借以改进生生产技技术、方法和、方法和设备。有有关关挤出出成成型型的的流流动理理论和和数数学学模模型型已已经基基本建立，并且在生本建立，并且在生产中得到中得到应用。用。有有关关注注射射成成型型的的流流动理理论和和数数学学模模型型尚尚在在探探讨，注注射射成成型型的的塑塑料料熔熔体体在在一一维和和二二维简单模模腔腔中的流中的流动理理论和数学模型已和数学模型已经解决。解决。今今后后的的工工作作是是如如何何将将理理论和和生生产实际相相结合合，并并进一一步步加加强对塑塑料料熔熔体体在在三三维模模腔腔中中流流动行行为的研究。的研
12、究。21（2）塑塑料料加加热塑塑化化技技术研研究究 目目前前，电阻阻加加热与与螺螺杆杆塑塑化化依依然然是是塑塑料料熔熔融融塑塑化化最最主主要要的的方方式式，但但近近几几年年已已有有新新的的塑塑料料熔熔融融塑塑化化技技术出出现。电磁磁动态塑塑化化理理论与与技技术已已问世世，电磁磁感感应加加热技技术也也正正为越越来来越越多多的的挤出出、注注射射加加工工与与设备制造企制造企业所接受。所接受。22已已出出现多多种种新新的的熔熔融融塑塑化化技技术，如如：超超声声波波熔熔融塑化、多螺杆融塑化、多螺杆挤出技出技术等。等。特特别是是超超切切变塑塑化化挤出出技技术，采采用用基基于于正正应力力作作用用的的输运运机
13、机理理，由由泵来来实现其其物物料料的的输送送，期期间物物料料完完全全在在正正应力力的的作作用用下下被被研研磨磨、压实、排排气气和和塑塑化化。完完全全抛抛弃弃了了传统螺螺杆杆挤出出机机基基于于剪剪切切和和摩摩擦擦的的运运输和和塑塑化化机机理理，挤出出特特性性硬硬，且且物物料料在在挤出出机机中的停留中的停留时间更均一，减小了物料的更均一，减小了物料的热历程差异。程差异。2324模模具具成成型型因因其其生生产效效率率高高、产品品质量量好好、材材料消耗少、生料消耗少、生产成本低成本低而而获得广泛得广泛应用。用。利利用用模模具具制制造造的的零零件件数数量量，在在飞机机、汽汽车、摩摩托托车、拖拖拉拉机机、
14、电机机、电器器、仪器器仪表表等等机机电产品中占品中占80%以上；以上；在在电脑、电视机机、摄像像机机、照照相相机机、录像像机机等等电子子产品中占品中占85%以上；以上；在在电冰冰箱箱、洗洗衣衣机机、空空调、电风扇扇、自自行行车、手表等手表等轻工工业产品中占品中占90%以上；以上；在子在子弹、枪支等兵器支等兵器产品中占品中占95%以上。以上。25 模模具具是是最最重重要要的的工工业生生产手手段段和和工工艺发展展方方向向，模模具具生生产的的工工艺水水平平及及科科技技含含量量的的高高低低，在在很很大大程程度度上上决决定定着着产品品的的质量量、效效益益、新新产品品的的开开发能能力力，已已成成为衡衡量量
15、一一个个国国家家科科技技与与产品品制制造造水水平平的的重重要要标志志，决决定定着着一一个个国国家家制制造造业的的国国际竞争力。争力。26美国工美国工业界界认为“模具工模具工业是美国工是美国工业的基石的基石”； 日本称模具工日本称模具工业为“进入富裕社会的原入富裕社会的原动力力”； 德国德国给模具工模具工业冠以冠以“金属加工金属加工业中的帝王中的帝王”称号；称号； 欧盟国家称欧盟国家称“模具就是黄金模具就是黄金”； 新加坡把模具工新加坡把模具工业作作为“磁力工磁力工业”； 中国中国则称称“模具是印模具是印钞机机”。1.3.1 塑料模具在塑料成型中的重要性塑料模具在塑料成型中的重要性27塑塑料料成
16、成型型模模具具是是成成型型塑塑料料制制品品的的主主要要工工艺装装备之之一一。利利用用模模具具使使塑塑料料获得得一一定定的的形形状状和和所所需需性性能能，对达达到到塑塑料料加加工工工工艺要要求求、使使用用要要求求和和造造型型设计要求起着重要作用。要求起着重要作用。在在塑塑料料加加工工行行业中中约有有95%95%的的产品品靠靠模模具具生生产，产品品的的更更新新也也都都是是以以工工艺的的改改进和和模模具具的的更更新新为前提的。前提的。1.3.1 塑料模具在塑料成型中的重要性塑料模具在塑料成型中的重要性28大型塑料模具：重量已达大型塑料模具：重量已达50t以上；以上；精精密密塑塑料料模模具具：精精度度
17、已已达达到到3m，并并已已能能生生产精精度度为0.5m的的小小模模数数齿轮模模具具及及高高光光学学要要求求的的车灯灯模具等；模具等；多腔塑料模：已能生多腔塑料模：已能生产7800腔的塑封模；腔的塑封模；高速高速挤出模：出模：挤出速度已达出速度已达4m/min以上；以上；可可以以生生产主主型型材材双双腔腔共共挤、双双色色共共挤、硬硬软共共挤、后共后共挤、再生料共、再生料共挤和低和低发泡泡钢塑共塑共挤等模具。等模具。29 在在生生产手手段段上上，模模具具企企业设备数数控控化化已已有有较大大程程度度提提高高，CAD/CAE/CAM技技术的的应用用面面甚甚为扩大大，高速加工及高速加工及RP/RT等先等
18、先进技技术的采用已越来越多。的采用已越来越多。 模模具具标准准件件使使用用覆覆盖盖率率及及模模具具商商品品化化率率都都已已有有较大幅度的提高。大幅度的提高。 热流道模具的比例也有流道模具的比例也有较大提高。大提高。30（1）发展展模模具具新新结构构、新新材材料料和和新新工工艺 重重点点开开发精精密密、复复杂、大大型型、微微型型、高高效效、长寿寿命命模模具具，以以满足足塑塑料料制制品品精精密密化化、微微型型化化和和大大型型化的要求；化的要求；发展展多多腔腔、多多层、多多工工位位模模具具及及多多功功能能模模具具、组合模具，合模具，长寿命模具。寿命模具。在在模模具具型型腔腔加加工工中中广广泛泛应用用
19、高高精精度度、高高效效率率、自自动化化机机床床，如如仿仿形形、数数控控、电加加工工机机床床和和三三坐坐标测量量仪等精密等精密测量量设备。 31（2）加）加强强计算机在模具算机在模具设计制造中的制造中的应用用 塑塑料料流流变学学、几几何何造造型型技技术、数数控控加加工工以以及及计算算机机技技术突突飞猛猛进，为塑塑料料模模具具CAD/CAE/CAM系系统的开的开发创造了条件。造了条件。目目前前国国内内外外已已陆续推推出出一一些些相相应的的软件件系系统并并在在生生产中中获得得应用用，其其内内容容涉涉及及注注射射产品品造造型型、模模具具设计、绘图到到数数控控加加工工数数据据的的生生成成，并并预测成成型
20、型工工艺及模具及模具结构等相关参数的正确性。构等相关参数的正确性。模模具具CAD/CAE/CAM/PDM正正向向集集成成化化、3D化化、智能化、网智能化、网络化和信息化方向化和信息化方向发展。展。32（3）加速模具零件）加速模具零件标准化和准化和专业化化 模模具具标准准件件是是模模具具的的重重要要组成成部部分分，是是模模具具制造的基制造的基础。对缩短短模模具具设计制制造造周周期期、降降低低模模具具生生产成成本本、提提高高模模具具质量量都都具具有有十十分分重重要要的的技技术经济意意义。模模具具标准准件件的的专业化化生生产和和商商品品化化供供应，极极大地促大地促进了模具工了模具工业的的发展。展。3
21、334（1）介介绍常常用用塑塑料料的的成成型型工工艺特特性性、注注射射成型工成型工艺；（2）重重点点介介绍注注射射成成型型模模具具的的工工作作原原理理、基本基本结构及构及 各各组成部分的作用与成部分的作用与设计方法；方法；（3）跟跟踪踪本本学学科科的的发展展，简要要介介绍先先进的的注射成型工注射成型工艺和塑料的其他成型工和塑料的其他成型工艺。35本本课程程是是一一门综合合应用用基基础知知识和和专业知知识的的课程程，与与有有机机化化学学、机机械械制制图、公公差差配配合合、金金属属材材料料及及热处理理、模模具具制制造造工工艺学学、塑塑料料原原料料、塑塑料料成成型型设备等等课程程关关系系紧密密，学学
22、习时应及及时复复习相相关关课程的知程的知识。本本课程程也也是是一一门实践践性性很很强的的课程程，除除了了应重重视相相关关工工艺原原理理和和结构构原原理理外外，应特特别注注意意理理论联系系实际，配配合合必必要要的的现场教教学学、实验、认识实习和和生生产实习等等教教学学环节，增增加加感感性性认识，进一一步步加加深深对理理论知知识的理解。的理解。36学学习时，应注注意意提提高高其其设计能能力力，尤尤其其是是注注射射模模的的设计能能力力。通通过课程程设计和和毕业设计，使使理理论课学学习向向工工程程设计过渡渡，最最好好采采用用实题真真做做的的形形式式，提提高高对基基础理理论的的掌掌握握及及解解决决实际问题的能力。的能力。学学习时还要要注注意意了了解解塑塑料料模模具具的的新新技技术、新新工工艺和和新新材材料料的的发展展动态，为提提高高我我国国塑塑料料成成型型模具水平作出模具水平作出贡献。献。37
