第1篇塑料模具设计基础.doc

1、苏 州 市 职 业 大 学教师教学教案课 程 名 称 数控加工 任课教师姓名 李洪伟 所在院（部） 机电工程学院 所在系（教研室） 精密制造系 2013年 9月1 日81 塑料模具设计基础【教学目标与要求】1掌握塑料的概念和常用塑料的使用性能；2知道热固性塑料和热塑性塑料的工艺性能；3. 掌握塑件结构工艺性。【教学重点与难点】1.塑料的概念、分类、成分和特性； 2.塑料的工艺性能；3.塑件的结构工艺性分析； 【课程类型】核心课程【教学方法与手段】多媒体、 授受式教学，启发式教学【学时分配】16学时1.1树脂和塑料1）树脂树脂指受热时通常有转化或熔融范围，转化时受外力作用具有流动性，常温下呈固态

2、或半固态或液态的有机聚合物，它是塑料最基本的，也是最重要的成分。 天然树脂：松香、琥珀、沉香、虫胶（紫胶）、沥青。合成树脂：按照天然树脂的分子结构和特性，用人工方法合成制造的树脂产物。2）塑料塑料以树脂为主要成分（或在加工过程中用单体直接聚合） ，以增塑剂、填充剂、润滑剂、着色剂等添加剂为辅助成分，在加工过程中一定温度和压力的作用下能流动成型的高分子有机化合物材料。成分：树脂+添加剂树脂（合成树脂）是塑料的主要成分，它决定塑料的类型和基本性能，并可胶粘其它成分材料，赋予塑料可塑性和流动性。添加剂包括填充剂、增塑剂、稳定剂、润滑剂、着色剂等。具体添加剂的作用及特性详见教材3）塑料的分类按塑料的物

3、理化学性能分：热固性塑料：在受热或其它条件下能固化成不熔不溶性物质的塑料 ，其分子结构最终为体型结构。（变化过程不可逆）热塑性塑料：指在特定温度范围内能反复加热软化和冷却硬化的塑料，其分子结构是线型或支链型结构。(变化过程可逆)按塑料的用途分：通用塑料：一般指产量大、用途广、成型性好、价廉的塑料。工程塑料：一般指能承受一定的外力作用，并有良好的机械性能和尺寸稳定性，在高、低温下仍能保持其优良性能，可以作为工程结构件的塑料。特种塑料：一般指具有特种功能应用于特殊要求的塑料。4）塑料特性 质轻、比强度、比刚度高; 电绝缘、隔热、隔音性能好; 优良的化学稳定性能; 耐磨、自润滑性能好; 透光及多种防

4、护性能好; 成型和着色性能好； 刚性、耐热性差，膨胀系数大、尺寸稳定性差，易老化等。 1. 2热塑性塑料的工艺性能收缩性塑件从塑模中取出冷却到室温后，塑件的各部分尺寸都比原来在塑模中的尺寸有所缩小，这种性能称为收缩性，又叫成型收缩。成型收缩的形成：塑件的尺寸收缩：由于热胀冷缩和塑件脱模时的弹性恢复、塑件变形等原因导致塑件脱模冷却到室温后其尺寸收缩。收缩方向性：塑件在成型过程中分子按一定方向排列，使塑件呈现各向异性，沿料流方向收缩大、强度高，与料流垂直方向则收缩小、强度低。另外，塑件在成型时由于各部位密度及填料分布不均匀，故使收缩也不均匀，从而产生收缩差，使塑件易发生翘曲、变形、裂纹。后收缩：塑

5、件在成型时，因受成型压力、切应力、各向异性、密度不均、填料分布不均、模温不匀、硬化不匀、塑性变形等因素，引起一系列应力的作用，由于这些应力在塑料的粘流态时不能全部消失，故塑件成型固化后存在残余应力。当脱模后由于应力趋于平衡及贮存条件的影响，使塑件发生再次收缩称为后收缩。后处理收缩：有时塑件按性能及工艺要求，成型后需进行热处理，处理后也会导致塑件尺寸发生变化或收缩称为后处理收缩。影响收缩率的因素： 塑料品种方面 塑件特征方面 模具结构方面 成型工艺方面流动性在成型过程中，塑料熔体在一定的温度与压力作用下充填模腔的能力，称为塑料的流动性。流动的实质是分子间相对滑移的结果。聚合物熔体分子的滑移是通过

6、分子链段运动来实现的。影响流动性的主要因素：温度：料温高则流动性增大，但不同塑料也各有差异。压力 ：注塑压力增大则熔融料受剪切作用大，流动性也增大。 模具结构：凡促使熔融料降低温度，增加流动性阻力的则流动性就降低。 此外，只有线型分子结构而没有或很少有交联结构的聚合物流动性好，而体型结构的高分子一般不产生流动。聚合物中加入填料会降低树脂的流动性，加入增塑剂、润滑剂可以提高流动性。相容性指两种或两种以上不同品种的塑料，在熔融状态下不产生相分离现象的能力。 热敏性热敏性对热较为敏感，在高温下受热时间较长或进料口截面过小，剪切作用大时，料温增高易出现变色、降解、分解的倾向。这种性能称为热敏性。水敏性

7、有的塑料（如聚碳酸酯）即使含有少量水分，在高温、高压下也会发生分解，这种性能称为水敏性。吸湿性 塑料对水分的亲疏程度。比容和压缩比比容是指每一克塑料所占有的体积（以厘米3/克计）。 压缩比是指塑粉与塑件两者体积或比容之比值（其值恒大于1）。1.3塑件的结构工艺性塑件的工艺性：是塑件对成型加工的适应性塑件工艺性设计包括：塑料材料选择、尺寸精度和表面粗糙度、塑件结构。塑件工艺性设计的特点：应当满足使用性能和成形工艺的要求，力求做到结构合理、造型美观、便于制造。1）塑料材料的选择塑料的选材包括：选定塑料基体聚合物（树脂）种类、塑料具体牌号、添加剂种类与用量等塑料原料选择方法：（1）使用环境(不同的温

8、度、湿度及介质条件、不同的受力类型选择不同的塑料) （2）使用对象（根据国别、地区、民族和具体使用者的不同选材 ） （3）按用途进行分类 （按应用领域 、功能 ）2）塑件的尺寸 塑件的尺寸：指塑件的总体尺寸塑件的尺寸受下面两个因素影响：（1）塑料的流动性（大而薄的塑件充模困难）（2）设备的工作能力（注射量、锁模力、工作台面）塑件的精度：塑件的尺寸精度是指所获得的塑件尺寸与产品图中尺寸的符合程度，即所获塑件尺寸的准确度。影响塑件尺寸精度的因素:（1）模具的制造精度、磨损程度和安装误差（2）塑料收缩率的波动以及成型时工艺条件的变化（3）塑件成型后的时效变化尺寸精度的确定：（1）对于塑件上孔的公差可

9、采用基准孔，可取表中数值冠以（）号；对于塑件上轴的公差可采用基准轴，可取表中数值冠以（）号。（2）一般配合部分尺寸精度高于非配合部分尺寸精度。（3）模具尺寸精度比塑件尺寸精度高2-3级。3）塑件的表面质量表面粗糙度、光亮程度色彩均匀性表面缺陷：缩孔、凹陷推杆痕迹对拼缝、熔接痕、毛刺等表面质量一般模具表面粗糙度要比塑件的要求高 12级4）塑件的几何形状 （1）表面形状 塑件的内外表面形状应尽可能保证有利于成型（2）脱模斜度 为了便于塑件脱模，防止脱模时擦伤塑件，必须在塑件内外表面脱模方向上留有足够的斜度，在模具上称为脱模斜度。脱模斜度取决于塑件的形状、壁厚及塑料的收缩率，一般取30 130。脱模

10、斜度方向 外形以大端为基准，斜度由缩小方向取得 内形以小端为基准，斜度由扩大方向取得 脱模斜度设计要点： 塑件精度高，采用较小脱模斜度 尺寸高的塑件，采用较小脱模斜度 塑件形状复杂不易脱模，选用较大斜度 增强塑料采用较大的脱模斜度 收缩率大，斜度加大 含润滑剂的塑料采用较小脱模斜度 从留模方位考虑: 留在型芯，内表面脱模斜度外表面 留在型腔，外表面脱模斜度内表面（3）塑件的壁厚壁厚过小，强度及刚度不足，塑料流动困难壁厚过大，原料浪费，冷却时间长，易产生缺陷塑件壁厚设计原则： 满足塑件结构和使用性能要求下取小壁厚 能承受推出机构等的冲击和振动 制品连接紧固处、嵌件埋入处等具有足够的厚度 保证贮存

11、、搬运过程中强度所需的壁厚 满足成型时熔体充模所需的壁厚（4）塑件的加强筋加强筋的作用 它能提高制件的强度、防止和避免塑料的变形和翘曲加强筋设计要点 加强筋的底部与壁连接应圆弧过渡，以防外力作用时，产生应力集 中而被破坏。 加强筋厚度小于壁厚 加强筋与支承面间留有间隙（5）圆角在满足使用要求的前提下,制件的所有的转角尽可能设计成圆角，或者用圆弧过渡。 圆角的作用： 圆角可避免应力集中，提高制件强度 圆角可有利于充模和脱模 圆角有利于模具制造，提高模具强度 圆角的确定： 内壁圆角半径应为壁厚的一半 外壁圆角半径可为壁厚的1.5倍 一般圆角半径不应小于0.5mm 壁厚不等的两壁转角可按平均壁厚确定

12、内、外圆角半径 理想的内圆角半径应为壁厚的1/3以上（6）塑件的支承面通常塑件一般不以整个平面作为支承面，而是以底脚或边框为支承面。（7）塑件的凸台与角撑凸台 ：是用来增强孔或装配附件、或为塑件提供支撑的截锥台或支撑块凸台设计要点： 凸台一般应位于边角部位 其几何尺寸应小 其高度不应超过直径的两倍（8）塑件上的孔（槽）塑件的孔三种成型加工方法： 直接模塑出来 模塑成盲孔再钻孔通 塑件成型后再钻孔常见孔的设计要求： 模塑通孔要求孔径比（长度与孔径的比值）要小些 当通孔孔径1.5mm，由于型芯易弯曲折断，不适于模塑成型。 肓孔的深度： h （35）d ；d1.5mm时， h 3d 紧固用的孔和其它

13、受力的孔，应设凸台予以加强（9）塑件上的螺纹 塑件中的螺纹可用模塑方法成型出来，或切削方法获得。 经常拆装或受力大的螺纹，要采用金属螺纹嵌件来成型。 （10）嵌件在塑件内压入其它的零件形成不可拆卸的连接，此压入零件称为嵌件。 嵌件可以是金属、玻璃、木材或已成形的塑件。嵌件的作用： 提高塑件力学性能和磨损寿命 提高塑件的尺寸稳定性、尺寸精度 起导电、导磁作用 起紧固、连接作用 【作业布置】1 塑料的分类2 塑料的组成部分3 塑料的特性4 塑料制品的设计原则【课后分析】 塑料材料所使用的助剂品种很多，包括填充剂、增强剂、增塑剂、润滑剂、抗氧剂、热稳定剂、光稳定剂、阻燃剂、着色剂、抗静电剂、固化剂、发泡剂和其它某些助剂。 对助剂的基本要求是：功能上有效，在塑料加工使用条件下稳定，与树脂结合稳固，不渗析和喷霜，无毒无味，价格适宜。 各种常用的塑料简介见多媒体课件