塑料成型模具设计复习总结

塑料成型模具设计复习总结

【概论】◆塑料的概念

塑料：是以高分子聚合物为主要成分，并在加工为制品的某阶段可流动成型的材料。组成：以合成树脂为主要成分，根据不同需要添加不同添加剂所组成的混合物。

高分子聚合物：指由许多小分子单体通过聚合或缩聚反应形成的长链大分子。

◆合成树脂

是人们模仿天然树脂的成分并克服了产量低、性能不理想的缺点，用化学方法人工制取的各种树脂。合成树脂决定了塑料的基本性能。

合成树脂在塑料中的作用：

⑴在塑料制件中，为均一的连续相，将各种添加剂粘结成一个整体，使其具有一定的物理力学性能。⑵与添加剂相互作用，决定塑料的主要工艺性能。

◆塑料的分类

按制造方法：聚合树脂、缩聚树脂。按成型性能：热塑性塑料、热固性塑料。热塑性塑料：受热后软化或熔融，此时可成型加工，冷却后固化，再加热仍可软化。

分子结构呈链状或树枝状，称为线性聚合物。这些分子互相缠绕但并不连结在一起，受热后具有可塑性。（无定型、结晶形塑料）

常用注射、挤出或吹塑等成型方法。热固性塑料：开始受热时也可以软化或熔融，但一旦固化成型就不再软化。此时，即使加热到接近分解的温度也无法软化，且也不会溶解在溶剂中。

加热开始时呈现链状或树枝状结构，受热后逐渐结合成网状(称为交联反应)，成为既不熔化又不熔解的物质，称为体型聚合物。分子的链与链间产生化合反应，再次加热时不能软化。

常用压缩或压注，部分可用注射成型。◆塑料的性能

质量轻；比强度高；耐化学腐蚀能力强；绝缘性能好；光学性能好；加工性能好、经济效益显著。

◆不同温度下塑料的状态

玻璃态→高弹态→黏流态→分解（低温）（高温）

【塑料成型理论基础】◆流体在管道内流动时的流动状态

层流：流体的质点沿着平行于流道轴线的方向相对运动，与边壁等距离的液层以同一速度向前移动，不存在任何宏观的层间质点运动，所有质点的流线均相互平行。

湍流（紊流）：流体的质点除向前运动外，还在主流动的横向上作不规则的任意运动，质点的流线呈紊乱状态。

雷诺数条件：=/>

（非）牛顿流体：流体以切变方式流动，切应力与剪切速率间呈（非）线性关系。

牛顿流体的流变方程：

===◆幂律流动规律

注射成型中，大多数聚合物熔体都是非牛顿流体，且近似服从幂律流动规律，即

==

剪切稀化”效应源于聚合物的大分子结构合模具中，经过一段保压冷却定型时间后，开和它的变形能力。熔体进行假塑性流动时，增启模具便可从模腔中脱出具有一定形状和尺寸大剪切速率，就增大了熔体内的切应力，于是的塑料制件。大分子链从其聚合网络结构中解缠、伸长和滑◆预热嵌件移的运动加剧，链段的位移(高弹变形)相对减小，原因：有嵌件的塑料制件，由于金属与塑分子间的静电引力也将逐渐减弱，熔体内自由料两者的收缩率不同，嵌件周围的塑料容易出空间增加，黏稠性减小，整个体系趋于稀化，现收缩应力和裂纹。若成型前对嵌件预热，可从而在宏观上呈现出表观黏度减小的力学性质。减小它在成型时与塑料熔体的温差，避免或抑

◆相对分子质量分布制嵌件周围的塑料发生收缩应力和裂纹。聚合物内大分子之间相对分子量的差异叫◆倒流做相对分质子量分布。差异越大分布越宽。指柱塞或螺杆在机筒中向后倒退时(即撤

除保压力以后)，模腔内熔体朝着浇口和流道进

【塑料制件的设计原则】行的反向流动。整个倒流过程将从注射压力撤

出开始，至浇口处熔体冻结（简称浇口冻结）◆影响尺寸精度的因素

时为止。①模具制造精度及其使用后的磨损；

◆制件的后处理②成型工艺条件变化，塑料收缩率波动；

成型过程中塑料熔体在温度和压力作用下③塑件的形状、脱模斜度及成型后塑件尺

的变形流动行为非常复杂，再加上流动前塑化寸变化；

不均及充模后冷却速度不同，制件内经常出现④飞边厚度的波动等。

不均匀的结晶、取向和收缩，导致制件内产生◆影响表面质量的因素

表面质量包括：表面粗糙度和表观质量。相应的结晶、取向和收缩应力，除引起脱模后影响表面粗糙度的因素主要是模具型腔的表面时效变形外，还使制件的力学性能、光学性能粗糙度；影响表观质量的因素有：成型工艺条及表观质量变坏，严重时还会开裂。为了解决

这些问题，可对制件进行一些适当的后处理。件、原材料、模具总体设计等。

后处理方法：退火和调湿。

◆孔的设计退火的作用：调整结晶形塑料的结晶度大通孔、盲孔、异形孔(形状复杂的孔)小，或加速二次结晶和后结晶的过程；对制品塑件主要根据使用要求进行设计，要想进行解取向，降低制件硬度和提高韧度。获得优质的塑件，必须具有良好的工艺性，这

◆注射成型工艺条件的选择与控制样才能使成型工艺得以顺利进行，且获得最佳

注射成型三大工艺条件：温度料温、经济效果。

模具温度；压力注射压力、保压力和背压力；时间。

【注射成型工艺】注射压力：指螺杆(或柱塞)轴向移动时，其

◆塑料的成型收缩率头部对塑料熔体施加的压力。注射压力的作用：

聚料、压实。

背压力(塑化压力)：指螺杆在预塑成型物料实=×100%

时，其前端汇集的熔体对它所产生的反压力，

成型温度时制件尺寸；常温时尺寸简称背压。背压对注射成型的影响主要体现在

螺杆对物料的塑化效果及塑化能力方面，故有◆注射机分类

立式注射机；卧式注射机；直角式注射机时也叫做塑化压力。增大背压的优点：可驱除

物料中的空气；提高熔体密实程度；增大熔体

◆注射机规格及主要技术参数内的压力；螺杆后退速度减小；塑化时的剪切注射机的规格：作用加强；摩擦热量增多；熔体温度上升；塑国际上趋于用注射容量／锁模力来表示注化效果提高；射机的主要特征。这里所指的注射容量是指注成型周期：注射时间、闭模冷却时间、其射压力为100MPa时的理论注射容量。他操作时间。

注射机的主要技术参数：包括注射、合模、

综合性能等三个方面，如公称注射量、螺杆直【注射模概述】径及有效长度、注射行程、注射压力、注射速

◆注射模的结构组成度、塑化能力、合模力、开模力、开模合模速

注射模：动模部分、定模部分度、开模行程、模板尺寸、推出行程、推出力、

空循环时间、机器的功率、体积和质量等。

◆注射成型原理及其工艺过程

塑化：成型物料在注射成型机料筒内经过加热、压实以及混合等作用后，由松散的粉状或粒状固体转变成连续的均化熔体的过程。生产前的准备工作加料：粒料或粉料熔融塑化物料注射机注射模闭合注射、充模、保压=流动方程；=1（流变）n为非牛顿指数，与聚合物和温度有关的常数，反映聚合物熔体偏离牛顿性质的程度。

黏性液体（服从幂律流动规律的非牛顿流体）的三种类型：⑴n1时，膨胀性液体；⑶n=1，但只有切应力达到或超过一定值后才能流动时，称为宾哈液体。

◆“剪切稀化”效应

液体的表观黏度随剪切速率变化，呈幂律函数规律减小的现象。

清模注射模开启冷却定型1-定位圈；2-主流道衬套；3-定模座板；4-定模板；5-动模板；6-动模垫圈；7-动模底座；8-推出固定板；9-推板；10-拉料杆；11-推杆；12-导柱；13-型芯；14-凹模；15-冷却水通道。

成型部件

组成：型芯和凹模。结构：襄拼、整体。作用：型芯形成制品的内表面形状，凹模形成制品的外表面形状。合模后型芯和凹模便构成了模具的型腔

浇注系统

作用：将塑料熔体由注射机喷嘴引向型腔的一组进料通道。

制品脱模及卸料制品后处理基本原理：

利用塑料的可挤压性和可模塑性，将松散的粒料或粉状成型物料从注射机的料斗送入高温的机筒内加热熔融塑化，使之成为黏流态熔体，在柱塞或螺杆的高压推动下，以很大的流速通过机筒前端的喷嘴注射进入温度较低的闭

组成：主流道（将注塑机喷嘴注出的塑料熔体导入分流道或型腔）、分流道（主流道与浇口之间的通道）、浇口（浇注系统的关键部分，调节控制料流速度、补料时间及防止倒流等）、冷料穴。

导向部件

作用：①确保动模与定模合模时能准确对中；②避免制品推出过程中推板发生歪斜现象；③支撑移动部件重量。

组成：导柱；导套；动模定模内、外锥面。推出机构

作用：开模过程中，将塑件及其在流道内的凝料推出或拉出。

调温系统、排气槽、侧抽芯机构、标准模架

定位环的作用：保证模具主流道的中心线与注射机喷嘴的中心线重合。

双分型面注射模具（三板模）

注射模具从两个不同的分型面分别取出流道凝料和塑件。与两板式的单分型面注射模具相比，双分型面注射模具在动模板与定模板之间增加了一块可以移动的中间板(又名浇口板)，故又称三板式模具。

◆无流道凝料注射模具

两种：加热流道和绝热流道模具

原理：通过采用对流道加热或绝热的办法来保持从注射机喷嘴到浇口处之间的塑料保持熔融状态，每次注射成型后流道内均没有塑料凝料。

优点：提高了生产率，节约塑料，保证注射压力在流道中的传递，利于改善制件的质量，实现全自动操作。

缺点：模具成本高，浇注系统和控温系统要求高，对制件形状和塑料有一定的限制。

◆喷嘴尺寸

注射机喷嘴头部的球面半径R1应与模具主流道始端的球面半径R2吻合，以免高压塑料熔体从缝隙处溢出。一般R1应比R2小1～2mm，否则主流道内的塑料凝料将无法脱出。R1>R2属不正确的配合。

◆标准模架

注射模具结构的相似性，使模具零件和模架的标准化成为可能。

优点：简单方便、买来即用、不必库存；能使模具成本下降；简化了模具的设计和制造；缩短了模具生产周期，促进了塑件的更新换代；模具的精度和动作可靠性得到保证；提高了模具中易损零件的互换性，便于模具的维修。

缺点：模板尺寸的局限性，在标准模架中模板的长、宽、高都只是在一定的范围内，一些特殊的塑件，可能无标准模架可选；由于在标准模架中导柱、紧固螺钉及复位杆的位已确定，有时可能会妨碍冷却管道的开设；由于动模两垫块之间的跨距无法调整，在模具设计中往往需要增加支撑柱来减小模板的变形。

半圆形、矩形等。

◆浇口设计

浇口：连接流道与型腔之间的细短通道。作用：调节控制料流速度、补料时间及防止倒流等。

浇口的类型：直接浇口、矩形侧浇口、扇形浇口、膜状浇口、轮辐浇口、爪形浇口、点浇口、潜伏浇口、护耳浇口

点浇口位灵活，浇口附近变形小。多型腔时采用点浇口容易平衡浇注系统，对投影面积大的塑件或易变形的塑件效果好。对于成型流动性不好的热塑性塑料不宜采用点浇口。

浇口对塑件成型质量影响：浇口设计不合理会使塑件产生缺陷，如缩孔、缺料、白斑、熔接痕、质脆、分解和翘曲等。

影响浇口设计的因素：塑料性能、塑件形状、截面尺寸、模具结构及注射工艺参数等。

浇口设计的要求：快速充模；适时冷却封闭；浇口面积要小；长度要短；便于塑件与浇口凝料分离；不留明显的浇口痕迹；保证塑件外观质量。

浇口设计的原则：1．浇口尺寸及位选择应避免熔体破裂而产生喷射和蠕动(蛇形流)；2．有利于流动、排气和补料；3．使流程最短，料流变向最少，并防止型芯变形；4．有利于减少熔接痕和增加熔接强度；5．考虑定位作用对塑件性能的影响；6.应尽量开设在不影响塑件外观的部位；7.流动比校核

◆流动比校核

最大流动距离比（流动比）：指熔体在型腔内流动的最大长度与相应的型腔厚度之比。

影响因素：熔体的性质、温度和注射压力。流动比计算公式：

i=i

i=1n

与定模面分开，然后再使瓣合模面分开。

◆分型面选择原则

(1)便于塑件脱模和简化模具结构，尽可能使塑件开模时留在动模，便于利用注射机锁模机构中的顶出装带动塑件脱模机构工作。(2)尽可能选择在不影响外观的部位，并使其产生的溢料边易于消除或修整。(3)保证塑件尺寸精度。(4)有利于排气。(5)便于模具零件的加工。(6)考虑注射机的技术规格。

◆成型零部件工作尺寸

指成型零部件上直接决定塑件形状的有关尺寸。主要包括：型腔和型芯的①径向尺寸(含长、宽尺寸)，②高度尺寸，③中心距尺寸。

◆入体原则

①对包容面(型腔和塑件内表面)尺寸采用单向正偏差标注，基本尺寸为最小。

+

塑件内径为：+0，型腔尺寸：0。例如：+0.05塑件内径：100+0.020.03→99.970

②对被包容面(型芯和塑件外表面)尺寸采用单向负偏差标注，基本尺寸为最大。

0

塑件外形尺寸为：0，型芯尺寸为：

0例：塑件内径：100+0.020.03→100.020.05③对中心距尺寸采用双向对称偏差标注

塑件间中心距为：Cs±Δ/2，型芯间的中心距为：Cm±δz/2。例如100+0.020.03→100±0.025◆平均值法计算

中、小型塑件型腔径向尺寸：3+

=+40

中、小型塑件型芯、凸模径向尺寸:

30+4

=+

流动比；流动路径各段长度（mm）；流动路径各段的型腔厚度（mm）；流动

中、小型塑件型腔深度尺寸：

路径的总段数。

2+◆浇注系统的平衡=+若各个型腔不是同时充满，则最先充满的30型腔内的熔体就会停止流动，浇口处的熔体便中、小型塑件型芯、凸模高度尺寸：开始冷凝，此时型腔内的注射压力并不高，只

20有当所有的型腔全部充满后，注射压力才会急

=++剧升高，若此时最先充满的型腔浇口已经封闭，3该型腔内的塑件就无法进行压实和保压，因而

中心距尺寸：

也就得不到尺寸正确和物理性能良好的塑件，

所以必须对浇注系统进行平衡，即在相同的温

=+±度和压力下使所有的型腔在同一时刻被充满。2◆平衡式浇注系统

特点：从分流道到浇口及型腔，其形状、

【导向、脱模、侧分型抽芯、调温】长宽尺寸、圆角、模壁的冷却条件等都完全相

◆导向机构同，熔体能以相同的成型压力和温度同时充满

作用：定位和定向，保证动模和定模两大所有的型腔，从而获得尺寸相同、物理性能良

部分或模内其他零部件之间的准确对合。好的塑件。

导柱导向原理：缺点：与非平衡浇注系统相比，模板尺寸【注射模浇注系统】原理：利用导柱和导向孔之间的配合来保要大一些，增加了塑料在流道中的消耗量和模

◆浇注系统证模具的对合精度。具的成本。指注射模中从主流道的始端到型腔之间的结构形式：导柱导向和锥面、销等定位。熔体进料通道。设计的基本要求：导向精确，定位准确，【注射模成型零部件设计】分类：普通流道浇注系统、无流道~并具有足够的强度、刚度和耐磨性。

◆型腔数目的确定◆冷料穴设计◆侧分型、抽芯按注射机的最大注射量确定、按注塑机的作用：贮存因两次注射间隔产生的冷料及作用：对塑件与开模方向不一致的分型进

熔体流动的前锋冷料，防止熔体冷料进入型腔。额定锁模力确定、按制品的精度要求确定、按行侧向分型与抽芯，使塑件顺利脱出。

位置：主流道的末端，当分流道较长时，经济性确定抽芯机构分类：（按动力源分）手动、气动、在分流道的末端有时也设冷料穴。◆分型面液压和机动抽芯机构。

形状：底部常作成曲折的钩形或下陷的凹模具上取出塑件和浇注系统凝料的可分离

◆温度调节的必要性槽，使冷料穴兼有分模时将主流道凝料从主流的接触表面。

①模具温度稳定，冷却速度均衡，可减小道衬套中拉出并滞留在动模一侧的作用(塑件按分型面的位分：垂直于注射机开模运

留模)。动方向；平行于开模方向；倾斜于开模方向。塑件的变形。②保持模温恒定，能减少制件成

提高塑件尺寸精度的稳定性。结构：带Z形头拉料杆的~、带球形头(或按分型面的形状分：平面分型面；曲面分型收缩率的波动，

③结晶形塑料，结晶度越高，塑件的应力开裂菌形头)的~、带尖锥头拉料杆及无拉料杆的~。型面；阶梯形分型面。

分型面的数量：①常见单分型面模具只有倾向越大，故从减小应力开裂的角度出发，降◆分流道设计

一个与开模运动方向垂直的分型面；②有时为低模温是有利的。④提高模温能改善制件表面分流道：主流道与浇口之间的通道。质量，过低的模温会使制件轮廓不清晰并产生

设计注意：①尽量减小在流道内的压力损了取出浇注系统凝料，如采用针点浇口时，需明显的熔接痕，导致制件表面粗糙度提高。失；②尽量避免熔体温度降低；③尽量减小流增设一个取出浇注系统凝料的辅助分型面；③有时为了实现侧向抽芯，也需另增辅助分型面；道的容积。

截面形状：圆形、梯形、U形和六边形、④对于有侧凹或侧孔的制品，则可采用平行于

开模方向的瓣合模式分型面，开模时先使动模

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