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模具塑胶理论知识
模具塑胶理论
第一章 塑胶基础知识
一、什么是塑料：
塑胶是以合成树脂为主要成分,加入或不加入其它添加剂而形成的一种人工材料（用煤提炼）,通常为白色半透明或无色透明
二、合成树脂：
即高分子聚合物,作用是:
1、起粘接作用,使塑胶具有流动性和可塑性
2、决定塑胶的基本性能
三、塑料的分类
按成型性能分为:
1、热塑性塑料,可再利用（PP、PC、ABS、PE）
2、热固性塑料,不可再利用
按用途分为:
通用塑料:
产量大、用途广、价廉（PE、PP、PVC、PS）
工程塑料:
力学性能好,耐磨,耐腐蚀,尺寸稳定性好（ABS、尼龙PA、防弹玻璃PC、赛钢POM、有机玻璃PMMA）
四、塑料的性能
1、密度小质量轻（最小密度PP为0.87,大多数为1）
2、比强度高
3、化学性能好（不会氧化）
4、电绝缘性能好
5、减摩、耐磨、自润滑性好（POM、PA）
6、成型及着色性能好（胶件最小0.01克,加水口0.05克）
7、防潮,震,辐射,透气
8、缺点是不耐热,热稳定性差,刚性差,不耐压,在阳光,大气及压力下老化.
五、成型方法
热塑性塑胶的成型方法:
注塑成型,挤出成型,中空,真空,压缩空气成型等
热固性塑胶的成型方法:
压注、压缩成型
六、塑胶的流变性
牛顿与非牛顿流体,流体以切变方式流动时,其节应力与剪切速率存在线性关系的为牛顿流体,否则为非牛顿流体
熔胶的流体属非牛顿流体
七、塑料成型工艺性能
流动性的概念：
在成型过程中,塑料熔体在一定的温度和压力下充满型腔的能力称为塑料的流动性。
流动性的好坏,直接影响注塑工艺参数（成型温度,压力和周期）的选择,以及模具浇注系统的类型和尺寸。
流动性太好则易产生批锋,流涎等现象,太差则不易充满型腔,造成啤不满
八、塑料件表面处理方法
喷油、移印、丝印、电镀（镀铬、金）真空镀膜、印刷.
九、热塑性塑胶流动性分三类
好的:
PE、PP、PS、PA、醋酸纤维等
中等:
HIPS、ABS、AS、PMMA、POM、氯化聚醚等
差的:
PC、硬PVC、PPO、PSF
十、收缩性（shrinkage）
计算方法：
S计=（c-b）/bX100%
S计:
计算收缩
B:
塑件在常温下的单向尺寸
C:
模具型腔在常温下的单向尺寸
十一、造成收缩的原因
1）热胀冷缩:
出模温度高于常温
2）因弹性回复而收缩,出模后阻止收缩的力消失
3）结晶收缩（结晶塑料）伴随着结晶而引的
4）定向收缩（流动时分子拉长,冷却后恢复原态）
十二、结晶性
1）结晶性塑料:
PE、PP、POM、PA、聚四氟乙稀,氯化聚醚等。
2）非晶性塑料:
PS、PVC、PMMA、PO、ABS、PSF等。
一般来说,结晶性塑料不透明或半透明,非结晶性塑料是透明的（ABS例外）、MBS透明结晶性高硬,差则软。
十三、热敏性
塑料对热的敏感程度。
热敏性塑料包括:
PVC、POM、PVDF、EVA、CTFE。
热敏性塑料分解时产生气体,对人,设备及模具有刺激,腐蚀或有毒性,模具镶件材料须防腐如S136H、PAK90等。
十四、吸湿性（与水分子的亲疏程度）
吸湿大的塑料有:
PA、PC、ABS、PPO、PSF等对反应敏感.
吸湿小的塑料有:
PE、PP等对反应不敏感.
塑料在成型过程中的化学反应:
降解和交联.降解会造成强度低,弹性差,表面光洁度差.
第二章 常用塑料的特性与应用
常用塑料的识别
一、外观识别法：
1） 聚乙烯PE、PP、PA等有不同的可弯性，手触有硬蜡样滑腻感，高等，敲击时有软性角质类声音；与此相比PS、ABS、PC、PMMA等塑料，则无延展性，手触有刚性感，敲击时声音清脆。
2） PE、PP比小于1，浮于水，PS及其他绝大多数塑料比重无法大于1，沉于水，PA比重1.01-1.03，接近水，在水中近悬浮状。
3） 高压PE（LOPE）未加色粉呈乳白色半透明状，质软，面韧；低压PE（HDPE）未加色粉呈乳白色也乳白色，但不透明，质硬，不延伸。
4） PP染色前呈白色，半透明（此LDPE透明度高），轻且刚硬。
PA在染色前色泽微黄。
5） PS和改性PS和ABS的区别，前者性脆，后两者为韧性，弯折时前者易脆裂，后难折服断裂。
多次弯折发出气味也不同。
6） 在染色前PS是透明的，改性PS是乳白色的，ABS是象牙色。
二、燃烧观察法：
1） 所有热固性塑料，受热或燃烧时都无发软融过程，只会变软和焦化。
2） 所有热塑性塑料，受热或燃烧，都先经历发软熔融过程，但不同塑料燃烧现象不同。
3） PE易燃，离火后，继续燃烧，火焰上端微黄，火焰上端微黄，下端呈蓝色，烟少；近火焰处有胶滴落，火灭后有石蜡燃烧气味。
4） PP与PE大致相同，但有少量黑烟，火灭后有煤油和石油味。
5） PA燃烧较缓慢，离火后自行熄灭，火焰颜色上黄下蓝。
燃烧时有熔胶滴落及起泡，火熄后有燃焦羊毛或指甲气味。
6） PS，HIPS和ABS都易燃，离火后继续燃烧，火焰黄色，有浓烟。
PS和HIPS燃烧时表面会起泡，但ABS不会而呈焦化态。
PS、HIPS带聚乙烯单体味，ABS有一种特别的臭味。
7） PC燃烧缓，离火后慢慢熄灭，燃烧时发出花果臭。
8） 原色PMMA与PS都透光，染色后透光效果也相同，但燃烧时PMMA没有碳束飞逸而后者有，PMMA燃烧时火焰浅蓝色，顶端白色，燃烧后发出强烈花果臭和腐烂的蔬菜臭味。
9） PVC难燃，离火后易熄，火焰上黄底绿，冒白烟，气味辛辣刺鼻，熔体也边燃边化，可以拉丝。
10） 若塑料之间混合使用则较难识别。
三、常用的十种塑料：
聚苯乙烯PS（俗称硬胶）
1） S=0.5% S:
收缩率
2） 成型温度:
模具60-80度,料筒为200度左右
3） 透光率（88-92%）
4） 吸水性低,可不用烘料
5） 流动性好,易成型加工
6） 着色易,好进行表面处理
7） 最大缺点:
脆
8） 耐热度低,易老化
9） 应用:
文具、玩具、电气用品外壳、餐具（无毒）
改性聚苯乙烯HIPS（俗称不碎胶）
在PS在加入5-10%的橡胶,不透明,它除有PS的易加工易着色的优点外,还具有较强的韧度（是PS的4倍）和冲击强度,较大弹性,流动性比PS差,其余同PS
ABS（超不碎胶）、NBS（俗称透明ABS）
1） S=0.5%
2） 成型温度:
模具温度40-90度,料筒温度为210-250度左右
3） 综合性能好,机械强度高,抗冲击能力强,抗蠕变性好,有一定的表面硬度,耐磨,电度性能好.
4） 耐热可达90度,甚好至可在110-115度下使用,耐低温可右-40度下使用
5） 耐酸,碱,盐,油,水
6） 不易烧燃
7） 电镀性能好
8） 缺点不耐有机溶剂,耐气候性差,在紫外线下易老化
9） 应用:
玩具、机壳、日常用品
（聚乙烯）PE
1） S=2%
2） 成型温度:
模具50-70度,料筒为180-250度左右
3） 产量最大的塑料
4） 特点:
软性,无毒,价廉,加工方便
5） 成型收缩率大,易缩水,变形
6） 吸水小,可不用干燥;流动性好
7） PE分为LDPE（高压或低密度聚乙烯,俗称软胶）,HDPE（低压或高密度聚乙烯,硬胶,又称高压聚乙烯）,LDPE模温尽量前后一致,运水道离型胶不能太近,不少于2D。
可强行胶模,HDPE流动性较好。
8） 应用:
LDPE:
塑料薄膜（理想的包装材料）,软管；HDPE用作塑料管,板等
PP（聚丙烯,俗称百折软胶）,可强行脱模
9） S=2%
10） 成型温度:
模具40-60度,料筒为240-280度左右
11） 流动性,成型性好,适合偏平大型胶件
12） 通用塑料中耐热性最好,热变形温度80-100度,能在沸水中煮
13） 韧性好,屈服强度高,
14） 常用塑料中密度最小
15） 缺点尺寸精度低,刚性不足,耐气候性差,有后收缩现象,易老化,变脆,易变形
16） 装饰性和装配性差,表面涂漆,粘贴,电镀加工相当因难
17） 应用:
玩具、日常用品、包装胶袋,瓶子
PA（聚酰胺,俗称尼龙）
1） S=0.6-1.4%, 如加玻璃纤维S=0.3-0.7%。
2） 成型温度:
模具40-90度,料筒为250-310度左右
3） 韧性、耐磨性好,具有自润滑性
4） 机械强度高,而疲劳,表面光滑,摩擦系小,耐热（100度下可长期使用）,耐腐蚀,易染色
5） 流动性好,尼龙模具应充分的排气措施
6） 缺点:
易吸水,注塑技术要求严,尺寸稳定性差
7） 应用:
齿轮、滑轮、耐磨件。
PVC（聚氯乙烯）,最早发明的
1） S=2%
2） 成型温度:
模具30-50度,料筒为60-200度左右
3） 品种分为软,半软,硬质PVC
4） 制品表面光泽差
5） 粘度高,流动性差,热稳定性差,加工较困难,啤塑工艺要求高
6） 对模具腐蚀性大（S136H、PAK90）
7） 应用:
软喉管、硬喉管、软、硬板、电线、玩具
PC（聚碳酸脂，俗称防弹玻璃胶），外观透明微黄,刚硬而带韧性
1） S=0.5-0.7%
2） 成型温度:
模具80-110度,料筒为250-340度左右
3） 机械强度高,而冲击性为塑料之冠,弹性模量高,受温度影响小,抗蠕变性突出
4） 耐热性好,热变形温度135-143度,长期可用于120-130度
5） 耐气候性好，任风吹雨打，三年不变色。
硬兼施
6） 成型精度高,尺寸稳定性好
7） 透光性着色性好
8） 吸水率低,浸泡24小时后增重0.13%
9） 流动性差,对水分子极敏感,易产生应力开裂现象,对压力不敏感,对温度敏感,可采用升温的方法来提高流动性。
10） 对模具设计要求高,制品表面易产生水花,水口位易产生气纹。
11） 应用:
电器、汽车、工业零件、档风玻璃
POM（聚甲醛，俗称赛钢）
1） S=2%
2） 成型温度:
模具60-80度,料筒为204-230度左右
3） 耐疲劳,耐蠕变,耐磨,耐热性都好
4） 不易吸湿,加工前可不用烘料
5） 尺寸难控制
6） 热变形温度172度
7） 对模具腐蚀性大
8） 应用:
常用齿轮、轴承
PMMA（聚甲基丙稀酸脂，俗称有机玻璃，亚加力）
1） S=0.3-0.4%
2） 成型温度:
模具温度65-80度,料筒为225-270度左右
3） 透光性好,耐热性好,变形温度98度
4） 表面硬度低,易被刮伤而留下痕迹
5） 对水分子和温度敏感,加工前要烘料
6） 缺点脆,但比PS好
7） 应用:
灯罩、玻璃窗、光学透镜、硬式隐形眼镜等。
四、塑料的选用：
选材的四个途径:
1）制品的用途
2）制品的要求性能
3）制品的形状结构大小
4）经济成本与安全卫生等
五、实例分析:
1） 大型平板类胶件:
PP、HIPS
2） 功能简单或无:
PE、PP、HIPS、PS
3） 功能多或产品附加值高:
ABS、PC
4） 透明:
PS、PMMA、GP料、K料、MBS、PC
5） 耐磨:
POM、PA
6） 耐（抗）冲击:
PC
7） 缓冲（击）:
PVC
第三章 塑料产品结构设计
一、制品结构工艺设计原则
1） 在保正制品性能和使用要求的情况下,尽量造用价廉,且成型性好的塑料
2） 力求制品结构简单,避免侧向凸凹结构,使模具结构简单,易于制造（内侧凹凸结构有两种情况下可不用内行位:
碰穿和强行脱模）
3） 壁厚尽量均匀,避免出现过厚或过薄的地方
4） 制品的几何形状要易于成型,并有利于提高制品的强度和刚度
5） 设计制品时应考虑塑料的流动性,收缩性及其它特性
6） 当制品外观要求较高时,应通过造型再设计内部结构
二、胶件连接方式
自攻螺丝、扣位、超声波（超声线）、螺纹连接、胶水、嵌件、过盈配合等。
三、关于强行胶模
当侧向凹凸较浅且允许有圆角,可强行脱模。
合适塑料有PE、PP、POM、PVC。
可强行脱模的尺寸见资料。
四、制品的尺寸与精度
1、制品的尺寸受塑料流动性的限制和成型设备限制
2、制品的精度
1） 影响制品精度的因素:
模具制造精度,塑料收缩率的波动,成型工艺参数
2） 保证使用要求的前提下,精度应设计得尽量低一些
3） 公差标准GB/T14486（93年）,SJ1372（78年）
3、制品的表面质量:
包括制造质量（一般模具型腔粗糙度要比制品的要求低1-2级）和注塑质量（水花<称银纹>,蛇纹,熔接痕,顶向变形,黑斑）
五、塑料制品的常见结构设计
1、脱模斜度
1） 不同塑料的脱模斜度不同,在不影响产品装配性能的情况下,应取大值。
（一般前模1-2度，后模0.5度）
2） 脱模斜度不包括在公差范围内
3） 晒纹（蚀纹）和透明胶件应取大值（常为3-6度）
4） 硬质塑料比软质塑料的脱模斜度大,收缩率大的比收缩率小的脱模斜度大
5） 制品高度越高,孔越深,脱模斜度取小值
6） 形状复杂难脱模时,取大些
7） 前模斜度大于后模斜度（如胶件粘前模）
8） 精度要求高,斜度越小
9） 壁厚大的制品,脱模斜应取大值,增强,自润性塑料,脱模斜度取小值
2、壁厚
1） 壁厚小,难填充,强度刚度差,壁厚大,内部易产生气泡,外部易生收缩凹陷,冷却时间长,料多增加成本
2） 壁厚应尽量均匀一致
3） 常见壁厚1.5-2mm、一般厚1-4mm、大型厚6-8mm
4） 流动性与壁厚成反比
3、圆角
1） 作用:
改善流动性,消除内应力,安全美观,提高强度
2） 大小:
R外=1.5T,r内=0.5T
3） 若R/T<0.3,易产生应力集中;R/T>0.8,则反之
4、加强筋（骨位）和凸起
1） 加强筋的作用,增加强度和刚性,改善走胶
2） 筋与壁厚的关系,筋高宜小于3T,宽=（0.5~0.7）T,R=T/8
3） 应用实例:
平板类胶件防变形,螺丝柱防变形拉断,引水骨
4） 加强筋太高,模具的相应镶件要组合镶拼
5） 凸起的作用,减少配合接触面积,凸起高度约为0.4mm,一般为3-4个
6） 当骨位应起制品表面出现收缩凹缩时,可在凹陷位增加花纹等造型
5、孔的设计（通孔、盲孔、螺纹孔）
1、通孔
1） 孔间距见CAD图
2） 孔四周增厚胶位以增强度
3） 孔的成型方法:
碰穿,插穿和前后模镶针的碰插穿
2、盲孔
1） 注射成型时易被冲弯,故孔深<孔径X4
2） 若孔径又小又深时,可啤塑后机械加工
3） 胶件上的螺丝孔:
A.通常情况下是盲孔,B.可做成两头盲孔,以减小孔深。
C.螺丝柱孔径与自攻螺丝直径的关系。
D.螺丝柱尽量靠边。
3、异形孔:
成型时应尽量采用碰穿。
6、螺纹的设计
1） 形状见
2） 加工方法有注射成型,机械加工,自攻及嵌件
3） 注射成型时,外螺纹采用瓣合模（哈夫half模）成型,内螺纹成型有两种:
强行脱模和特殊的内螺纹机构强行脱模的计算公式:
（圆弧过渡,软料,伸长率）
伸长率=[（螺纹大距-螺纹小距）/小距]
A值与塑料品种有关
ABS=8%,POM=5%,PA=9%,LDPE=21%,HDPE=6%,PP=5%,PVC最好
***镶针长径比>2时,用插穿
***镶针长径比<2时,用碰穿
***1<镶针长径比<2时,看情况处理
7、嵌件设计
1） 嵌件包括:
金属（铜,钻）玻璃,木材,纤维,橡胶和已成型的胶件
2） 嵌件四周易产生应开裂,故不能有尖角锐边
3） 嵌件最好预热（但嵌件预热后,需设备放入模具
4） 嵌件在模具中必须可靠定位
5） 应有防转结构,如滚凌形花,六角形等
6） 可在制品成型时加入,也可成型后压入
8、塑件上的标记符号（字唛）
1） 应放在分型面的平行方向,并有适当的斜度脱模
2） 常用的是在凹框内设置凸起的标记符号
3） 符号高度不小于0.2,线务宽度不小于0.3mm,常用0.8为宜,两条线间隙不小于0.4,边框可比图纹高0.3以上,脱模斜度应大于10度以上。
第四章 模胚的选用
模具模胚的设计内容：
1） 模胚的大小型号
2） A、B板厚及开框
3） 顶钉板导柱,垃圾钉及推杆孔
4） 方铁高度的设计
5） 水口板导柱直径的确定
6） 复位弹簧（复位杆）及撑柱
7） 码模孔及码模槽
模胚的选用
一、能用大水口模胚时不用细水口模胚
二、宜用细水口模的场合
1） 单型腔,成型胶件在分模面上的投影面积较大,要求多点入水
2） 一模多腔,其中
A） 某些胶件较大必须多点入水
B） 某些胶件较大必须中心入水
C） 各腔大小悬殊,用大水口模时唧嘴要大尺寸偏离中心
D） 齿轮模,多型腔的轮胎吹气模等
E） 胶位薄,型腔复杂模
F） 高度太高的桶形,盒型或壳形胶件
三、细水口和简化细水口模
1） 细水水模最小模胚为2025,简化细水口最小模胚为1520,大水口模最小模胚为1515
2） 简化细水口模胚无推板
3） 两侧有较大行位（滑块）,用细水口模胚时模胚很长,宜用简化细水口
4） 斜滑块模,滑块弹出时易碰撞导柱,宜用简化细水口
5） 精度要求高,寿命要求高的模具,宜用细水口
6） 简化细水口模胚GCI常用于前模行位模具
大水口模和细水口模的区别
一、下列结构或零件细水口有而大水口无
1） 水口板
2） 水口边
3） 定距分离机构（包括扣基）
二、入水方式不同
1） 细水口可从型腔内任点入水
2） 大水口大多数从型腔侧面入水
三、制作成本不同,细水口较贵
四、没有水口板的细常用于前模行位的细水口
五、大水口称两板模,单分型面；细水品称三板模,双分型面
六、什么时候用推板
1） 透明胶件,不能用顶针顶出
2） 顶针不能顶出,胶件容易变形
七、什么时候多点入水
1、精度高,缩水大
2、啤不满,变形大
A、B板开框
一、在前模A,后模B板上加工出方形,圆形或异形的通孔或不通孔,用以装配前模镶件和后模镶件等成型零件
1、50mm深框,一般公司规定为通框,圆框一般开通框,好定位和防转
2、粗框一般比开框尺寸小0.4-0.5mm,再加工
3、配框,磨镶件配框
二、开框尺寸
1） 长度和宽度尺寸等于内模镶件的长度和宽度尺寸
2） 深度尺寸分别比内模镶件的高度尺寸小0.5mm
3） 圆角,框深≤50mm时,R=13mm,框深>50mm时,R=16.5mm
模胚有关尺寸的确定
1） 前模A板厚度,有面板时,一般等于框深加25mm-35mm左右,无面板时,一般等于框深加35mm-50mm左右
2） 后模B板厚度,一般等框深加30mm-60mm左右
3） 若后模开通框,需用托板,否则不用
4） 模胚的宽度,模胚顶针板宽度就和内模镶件宽度相当,两者之差应在5-10mm之内
5） 模胚的长度,内模镶件边到复位杆外圆边有足够的距离,当模宽小于400mm时,此距离应小于10mm,当模宽大于400mm时,此距离应不小于15mm（见CAD图）
6） 大型模具,重要模具,为安全起见,需用计算法校核其温度和刚度
模胚中其它结构的设计
一、模胚中方铁高度的确定
1） 方铁高度=两块顶板厚度+垃圾钉高度+顶出距离+10~15mm（***顶出距离≥需要顶出高度+5~10mm）
2） 方铁高度>标准高度时,要按标准加高,（CAD图）
二、复位弹簧的设计
复位弹簧数量直径如下:
模胚宽度L
L≤200
200
300
400
500
弹簧数量
2
4
4
4
4
弹簧直径
1”
1”
1.25”~1.5”
1.5”~2”
2”
复位弹簧长度的确定:
1） 设复位弹簧自由长度为L,则:
单簧顶压量△L1=（8%）xL
2） 工作过程中,弹簧的压缩量△L2=[（1-8%）xL]x30%
3） 弹簧的压缩量=胶件脱模时需要顶出的距离
4） 几点说明:
5） 当模胚为窄长形状（长度为宽度二倍左右）时,弹簧数量应增加二根
6） 矩形蓝弹簧不宜套在复位针上,较长的弹簧（长度大于直径3倍）内部要加直边,防止弹簧变形
7） 弹簧最大压缩量取决于弹簧的规格及寿命,一般情况下不可超过其自由长度的30%,此处取30%来计算
8） 顶钉板退到最后时,弹簧应处于压缩状态,即必须存在预压量,其压缩量不应小于其自由长度的10%,此处取8%~10%
9） 弹簧实际长度必须大于弹簧计算长度,并保证弹簧装入B板深度不宜小于15~20mm,弹簧孔应大于弹簧直径2mm左右（见CAD图）
10） 三、撑柱（SP）的设计
11） 尽量设轩于模板中间
12） 外径越大,数量越多,则效果越好
13） 撑柱（头）高度=模具方铁高+0.05~0.1mm（3030以下）
14） 撑柱（头）高度=模具方铁高+0.1~0.15mm（3030以上）
15） 撑柱直径一般大小为Ф25~60mm
16） 不用撑柱则加厚B板,也是一样效果
17） 四、开模槽（挠模槽）
18） 五、推杆孔（K.O）
19） 六、复位杆见
第五章 内模成型零件设计
注射模内模成型零件的设计
概念：
构成模具成型空腔部分的零件叫成型零件,包括前模镶件（凹模）,后模镶件（凸模）,型芯（包括小镶针）及侧轴芯（行位）等
成型零件设计的一般步聚
根据胶件形状确定分模面
根据胶件形状确定是否要侧向抽芯
内模镶件大小的确定
各型腔之间距离12-20mm（特殊情况下,可以作30mm）,当入水为潜水时,应有足够的潜水位置及落顶针位置
型腔至内模镶件的边距与型腔有深度有关,一般制品可参考下表经验数值选定
制品的厚度（mm）
型腔至CORE镶件边的数值（mm）
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