模具设计常识

第八章模具设计常识本章主要内容§8-1对模具的认识§8-2注塑模具设计技术资料的收集与运用§8-3塑胶零件结构分析§8-4注塑模具结构设计常识§8-5注塑模具加工、维修和使用常识§8-1、对模具的认识无论在航天航空、汽车、家电、IT行业或生活的每个区域，都会用到工业产品，而其中约70%的零件是依靠模具来完成的。§8-1、对模具的认识1.模具的分类：工业生产中模具的种类很多，主要有：五金模具：汽车外壳、金属饭盒、钱币、开关接触片等；塑料模具：家电产品的塑料外壳、玩具外壳、饮料瓶、塑胶水管等；橡胶模具：轮胎、橡胶密封圈、硅胶按键等；玻璃模具：玻璃瓶、灯泡等；石膏模具：石膏像、石膏装饰板等。§8-1、对模具的认识1.模具的分类：塑料模具分类●注塑模具：汽车内外装饰件、洗衣机，空调机、手机、电话机、电脑键盘、鼠标等外壳；●吹塑模具：饮料瓶、油壶、洗发液瓶、水杯、塑料袋等；●吸塑模具：包装盒、一次性水杯等；●挤出模具：水管、电线等；●压铸模具：高压锅手柄、空气开关壳等；●压制模具：塑钢瓦、浴缸等；●浇注模具：聚氨酯胶辊，环氧树脂艺术产品等；●搪胶模具：公仔，芭比娃娃等。§8-1、对模具的认识1.模具的分类：注塑模具分类结构形式：二板式（大水口）模具、三板式（细水口）模具、叠层模具；流道形式：冷流道（有凝料）模具、热流道（无凝料）模具；抽芯形式：斜导柱侧抽芯模具、T形槽抽芯模具、哈夫模具、液压（气动）抽芯模具；顶出形式：顶针司筒顶出模具、推板顶出模具、斜顶模具、二次顶出模具、气压顶出模具、自动脱螺纹模具；胶件表面要求：抛光模具、饰纹模具；注塑工艺要求：单色单料模具、多色多料模具、气辅模具、啤嵌件模具。§8-1、对模具的认识2.注塑模具和注塑机⑴什么是注塑（射）模？注塑（射）模是一种有一定形状与尺寸的型腔工具（有一个或多个成型制品所需的形状），与模具内各种系统或辅助机构配合使用，可将各种高温液态的材料（塑料或金属合金等）填充至模具型腔内，即可生产大批量的工业零件的一种装置。型腔由模腔（MoldCavity）和模芯（MoldCore）共同组成。§8-1、对模具的认识2.注塑模具和注塑机⑴什么是注塑（射）模？模具安装在注塑机上使用。§8-1、对模具的认识2.注塑模具和注塑机⑵什么是注塑（射）机？一台注塑机由四个基本单元组成：①合模、开模、锁模机构，②塑化装置，③注射装置，④控制装置。§8-1、对模具的认识3.注塑工艺过程①合模②注射③保压④冷却+预塑⑤开模+取出产品§8-1、对模具的认识3.注塑工艺过程【模塑周期】是一次注射的合模瞬间到下一次注射的合模瞬间之间的时间长短。其中包括合模时间、注射时间、保压时间、冷却时间、开模（顶出）时间、取出制品时间。模塑周期也是衡量模具质量的重要指标之一，模塑周期越短生产效率就越高。观看注塑加工短片§8-1、对模具的认识4.用注塑模具生产塑料制品的特点⑴制品的精度高。通过塑料模具可以成型出比较高精度的塑料产品。⑵可以一次性成型复杂的制品。通过巧妙地设计模具的结构，一次性就可以生产出结构非常复杂的塑料制品，从而减少了产品的零件数量。⑶生产效率高。模具完成一次成型循环，往往只需要几秒到几十秒的时间，生产效率比切削加工高得多。⑷生产成本低。由于具有极高的生产效率，且制品的废品率低，因此，平均下来，每一件的塑料制品的生产成本都比较低廉。§8-1、对模具的认识5.注塑模具的发展趋势现在，模具生产技术水平的高低，已经成为衡量一个国家制造业水平高低的重要标志之一，没有高水平的模具就没有高水平的产品已成为共识。在工业发达国家，有“模具是进入富裕社会的垫脚石”的说法。其发展趋势是：①模具的标准化水平进一步提高，②大型、复杂、精密、长寿命模具、气辅模具、热流道模具的比例进一步提高，③全面推广应用CAD/CAM/CAE技术，④塑料模具专用钢材逐步完善并系列化。§8-2、注塑模具设计技术资料的收集与运用1．常用塑料及特性资料在注塑模具的设计过程中，模具材料的选择、流道系统的布置、冷却方案和顶出方案的设计，都和塑料本身的性质密切相关。尽管塑料（高分子聚合物）的内部结构比较复杂，系统地掌握其性能也比较困难，然而，对于一般的模具设计工程师来说，应对塑料特性作一些基本的了解和认识，将有很大的帮助。需掌握塑料的特性有：流动性、收缩率、机械性能、物理性能、化学性能及成型工艺等等，§8-2、注塑模具设计技术资料的收集与运用1．常用塑料及特性资料⑴塑料的分类我们常说的塑料，是对所有塑料品种的统称。其成分主要是合成树脂和各种添加剂。分类方法也各有不同。按用途大体可以分为通用塑料、工程塑料和特种塑料三大类。通用塑料如聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚苯乙烯(PS)、改性聚苯乙烯(例如：SAN、HIPS)、聚氯乙烯(PVC)等，这些是日常使用最广泛的材料，性能要求不高，成本低。工程塑料指一些具有机械零件或工程结构材料等工业品质的塑料。其机械性能、电气性能、对化学环境的耐受性、对高温、低温的耐受性等方面都具有较优越的特点，在工程技术上甚至能取代某些金属或其它材料。常见的有ABS、聚酰胺(简称PA，俗称尼龙)、聚碳酸酯(PC)、聚甲醛(POM)、有机玻璃(PMMA)、聚酯树脂(如PET、PBT)等等，前四种发展最快，为国际上公认的四大工程塑料。特种塑料指根据特定的使用要求而研究生产的具有特殊性能的塑料，如环氧树脂、氟塑料等。§8-2、注塑模具设计技术资料的收集与运用1．常用塑料及特性资料⑴塑料的分类按加热时的工艺性能，塑料又可以分为热固性塑料和热塑性塑料两大类。热固性塑料在受热后分子结构转化成网状或体型而固化成型，变硬后即使加热也不能使它再软化。这种材料的特点是质地坚硬，耐热性好，尺寸比较稳定，不溶于溶剂。常见的有酚醛树脂(PF)、环氧树脂(EP)、不饱和聚酯(UP)等等。热塑性塑料在受热条件下软化熔融，冷却后定型，并可多次反复而始终具有可塑性，加工时所起的是物理变化。常见的有聚氯乙烯(PVC)、聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚苯乙烯(PS)及其改性品种、ABS、尼龙(PA)、聚甲醛(POM)、聚碳酸酯(PC)、有机玻璃(PMMA)等等。§8-2、注塑模具设计技术资料的收集与运用1．常用塑料及特性资料⑴塑料的分类热塑性塑料的分类热塑性塑料可分为两大类：结晶性塑料和无定形性塑料。所谓结晶，就是聚合物由熔融态分子的无次序状态到凝固态有规则地进行重排的性质。具有这种性质的塑料就叫结晶性塑料。反之，就叫无定形性塑料，或叫非结晶性塑料。结晶性塑料具有比较明显的熔点，当加工温度进入熔点后即出现粘流态，聚合物粘度迅速下降，发生不可逆的塑性形变。而无定形性塑料，由常温下的固态加温直至软化最后到粘流态，中间没有明显的熔点。判别结晶性塑料和无定形性塑料方法：①颜色法，不透明的或半透明的是结晶性塑料，例如聚乙烯、聚丙烯、聚甲醛、聚酰胺、聚酯等。透明的是无定形性塑料，例如聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯(有机玻璃)、聚砜等。当然，也有例外情况，比如ABS属于无定形性塑料，却一般是不透明的。②燃烧法，总的来说，结晶性塑料的火焰十分像酒精燃烧的火焰，呈淡蓝色或无色、微烟、刺鼻气味；无定形性塑料的火焰呈黄色、黑烟、饼干香味。§8-2、注塑模具设计技术资料的收集与运用1．常用塑料及特性资料⑵相关的基本特性①流动性反映流动性的指标通常有熔融指数(MFR)和表观粘度。一般来说，对于结晶性塑料，当加工温度高于其熔点时，其流动性较好，能很快的充满型腔，它所需要的注射压力也可以较小。而无定形性塑料的流动性较差（PS除外），注入型腔的速度较慢，它所需要的注射压力也要较大。所以，在模具设计时，可以根据塑料的流动性来设计合理的流道系统尺寸，一方面可避免流道系统尺寸太大而浪费材料并延长注塑成型周期，另一方面避免流道系统尺寸太小而导致充填、保压困难。②收缩性热塑性塑料由熔融态到凝固态，都要发生不同程度的体积收缩。而结晶性塑料一般比无定形性塑料表现出更大的收缩率和收缩范围。结晶性塑料的收缩率一般在1.0%~3.0%，而无定形性塑料的收缩率在0.4%0.8%。对于结晶性塑料，还应考虑其后收缩，因为它们脱模以后在室温下还可以后结晶而继续收缩，后收缩量随制品厚度和环境温度而定，越厚其后收缩越大。§8-2、注塑模具设计技术资料的收集与运用1．常用塑料及特性资料⑵相关的基本特性②收缩性常见塑料的成型收缩率塑料名称收缩率(%)塑料名称收缩率(%)HDPE1.5~3.5(2.0)POM1.8~2.6(2.0)LDPE1.5~3.0(1.8)PA60.7~1.5（1.5）PP1.0~3.0(1.5)PA661.0~2.5（2.0）GPPS0.4~0.8(0.5)SPVC1.5~2.5(2.0)HIPS0.4~0.6(0.5)TPU/TPR1.2~4.0(2.5)ABS0.4~0.7(0.55)PMMA0.5~0.7(0.5)PC0.5~0.7(0.5)PBT1.3~2.2(1.6)注：括号内的参数为推荐值。§8-2、注塑模具设计技术资料的收集与运用1．常用塑料及特性资料⑵相关的基本特性③流变性高分子聚合物（塑料）的流变性是指加工过程中，应力、形变、形变速率与粘度之间的关系。这就涉及到温度、压力、时间及分子结构、分子量大小及其分布对这些要素的影响。根据塑料的流变性，塑料又可分为剪敏性塑料和热敏性塑料。剪敏性塑料属于熔体粘度对剪切速率的依赖性强，粘度随剪切速率的提高而迅速降低的塑料。常见的剪敏性塑料有ABS、PS、PE、PP、POM等等。热敏性塑料属于熔体粘度对温度的依赖性强，粘度随温度的上升而下降得越快的塑料。常见的热敏性塑料有PC、PA、PMMA等等。对于剪敏性塑料利用“剪切稀化”可做到低温充模，即提高剪切速率、降低温度而维持粘度不变的等效办法，其模具温度一般在20-50℃。对于热敏性塑料提高模温有利于降低粘度增加流动性，其模具温度一般在80-120℃。§8-2、注塑模具设计技术资料的收集与运用1．常用塑料及特性资料⑵相关的基本特性④取向效应塑料熔体的大分子在外力的作用下被拉伸而顺着流动方向互相平行排列，这种排列在塑料冷却凝固之前来不及消除而冻结在固态制品中，便形成了取向效应。。取向效应会使制品的整体性能受到削弱，表现为各个方向的物理机械性能的不一致，也可能导致各个方向收缩不均匀，从而可能导致制品翘曲变形。一般平行于流动方向收缩率大，而垂直于流动方向的收缩率较小。⑤相容性分子结构相近者易相容，否则不相容。如LDPE+HDPE、PE+PP、ABS+PC等可以，但POM+ABS等就绝对不可以。利用相容性可以改善塑料的机械性能。不相容的塑料不能混在一起使用。§8-2、注塑模具设计技术资料的收集与运用1．常用塑料及特性资料⑵相关的基本特性⑥使用性能密度小质量轻、有一定的强度和刚度、化学稳定性好、电绝缘性能好、耐磨和自润滑性好、容易成型和着色、耐油、气密性好。但一般都不耐低温。常见塑料密度范围塑料名称密度范围塑料名称密度范围HDPE0.941~0.965POM1.41~1.43LDPE0.91~0.925PA61.12~1.15PP0.90~0.91PA661.15GPPS1.04~1.06SPVC1.16~1.35HIPS1.04~1.05TPU1.2ABS1.06~1.20PMMA1.17~1.20PC1.2PBT1.26~1.30§8-2、注塑模具设计技术资料的收集与运用1．常用塑料及特性资料⑶常用塑料的特性①聚乙烯（PE）【基本性能】结晶性、无毒无味、气体渗透性低、吸水性小、化学性能稳定、价格便宜。缺点主要有：抗热氧化性能差，耐骤冷骤热性较差，机械强度不高，热变形温度低。比较容易燃烧，燃烧时散发出石蜡燃烧味道，火焰上端黄色、下端蓝色，熔融滴落，离火后能继续燃烧。目前大量使用的PE料主要有两种，即HDPE（俗称孖力士）和LDPE（软胶）。改性PE料有EVA（橡皮胶）。§8-2、注塑模具设计技术资料的收集与运用1．常用塑料及特性资料⑶常用塑料的特性①聚乙烯（PE）【工艺特点】成型加工前可以不进行干