注塑模具设计专业知识-清华大学出版社

第1章注塑模具设计专业知识知识要点塑料模具设计工艺要求模具结构与常用标准件介绍塑料模具设计步骤制品设计到模具设计的流程UGNX4注塑模具设计师就业实战精解·2·1.1塑料模具设计工艺要求要设计一副先进的塑料模具，首先需要有高水平的设计思路，而且还必须对制品工艺性、塑料材料的特性及用途、模具钢材的选用、加工方法、模具结构设计、成型方案和注射机的型号等多方面进行研究。其中从模具设计和注射成型的角度研究模具设计的工艺性是非常必要的，其目的是为了减少因模具工艺性不好而给模具制造及成型带来的麻烦。1.1.1塑料材料及特性塑料是指以高分子合成树脂为主要成分，在一定温度和压力下具有塑性和流动性，可被塑制成一定形状，且在一定条件下保持形状不变的材料。常用塑料分为热固性塑料和热塑性塑料两类。热固性塑料的特点是在受热或其他条件作用下能固化成不溶性物料。热塑性塑料的特点是在特定的温度范围内能反复加热软化或冷却凝固。塑料在性能上具有质量轻、强度好、耐腐蚀、绝缘性好、易着色、制品可加工成任意形状，且生产效率高、价格低廉等优点。1．塑料性质塑料制品应用的广泛性离不开它自身的性质特点，下面介绍塑料的成分特点。（1）塑料的分子结构塑料的主要成分是树脂，树脂有天然树脂和合成树脂两种。（2）塑料的成分树脂：主要作用是将塑料的其他成分加以粘合，并决定塑料的主要性能，如机械、物理、电、化学性能等。树脂在塑料中的比例一般为40%～65%。填充剂：又称添料，正确地选择填充剂，可以改善塑料的性能并扩大它的使用范围。增塑剂：有些树脂的可塑性很小，柔软性也很差，为了降低树脂的熔融粘度和熔融温度，改善其成型加工性能，改进塑料的柔韧性、弹性以及其他各种必要的性能，通常加入能与树脂相容的不易挥发的高沸点的有机化合物。这类物质称为塑剂。着色剂：又称色料，主要起美观和装饰作用，包含涂料部分。稳定剂：凡能延缓塑料变质的物质称为稳定剂，分光稳定剂、热稳定剂和抗氧剂。润滑剂：改善塑料熔体的流动性，减少或避免对设备或模具的磨擦和粘附，以及改进塑件的表面光洁度。2．塑料缩写代号与中文对照表1-1所示为热塑性塑料缩写代号与中文对照。第1章注塑模具设计专业知识·3·表1-1热塑性塑料缩写代号与中文对照缩写代号中文缩写代号中文ABS丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物MDPE中密度聚乙烯A/S丙烯腈-苯乙烯共聚物PA聚酰胺（尼龙）A/MMA丙烯腈-甲基丙烯酸甲酯共聚物PAA聚丙烯酸A/S/A丙烯腈-苯乙烯-丙烯酸酯共聚物PC聚碳酸脂CA乙酸纤维素（醋酸纤维素）PAN聚丙烯腈CN硝酸纤维素PCTFE聚三氟氯乙烯EC乙基纤维素PE聚乙烯FEP全氟（乙烯-丙烯）共聚物（聚全氟乙丙烯）PEC氯化聚乙烯GPS通用聚苯乙烯PI聚酰亚胺GRP玻璃纤维增强塑料PMMA聚甲基丙烯酸甲酯HDPE高密度聚乙烯POM聚甲醛HIPS高冲击强度聚苯乙烯PP聚丙烯LDPE低密度聚乙烯PPC氯化聚丙烯PPS聚苯硫醚PPO聚苯醚（聚2，6-二甲基-1，4-苯醚），聚苯撑醚PPSU聚苯砜PVCC氯化聚氯乙烯PS聚苯乙烯PVDC聚偏二氯乙烯PSF聚砜PVDF聚偏二氟乙烯PTFE聚四氟乙烯RP增强塑料PVC聚氯乙烯S/AN苯乙烯-丙烯腈共聚物3．常用塑料介绍不同成分的塑料体现了它们不同的使用价值，表1-2所示是常用热塑性塑料的使用性能及用途。表1-2常用热塑性塑料的特性及用途名称性质应用设计注意问题聚氯乙烯PVC硬质——机械强度差，化学性能稳定，价格低廉，阻燃性软质——耐磨性好，价格低廉，含有微毒，不宜用于食具及包装食品硬质——宜于制造板、管、门窗、线槽、电开关、插座等软质——宜于制造塑料凉鞋、薄膜、雨衣、地板胶、墙纸、人造革、软管等流动性差——流道短而粗，分流道要少拐弯氯气腐蚀模具——型腔、型芯等成型零件要电镀聚乙烯PE无毒、柔软、价廉、质轻、软于水高压LDPE——宜于制造薄膜低（中）压HDPE——制造日用品（米桶、面盆、水壶、保鲜盒等）收缩率大——设计计算与制造要充分考虑收缩率变形大——塑件结构设计要注意防变形措施UGNX4注塑模具设计师就业实战精解·4·续表名称性质应用设计注意问题聚苯乙烯PS适用度高，质硬而脆，着色性最好，颜色鲜艳，无毒，价格低，电绝缘性好糖果盆、三角尺、录音带、CD盒、玩具、文具等电器元件及外壳透明——型腔、型芯要用锻打钢，以便表面光洁质硬而脆——脱模斜度α要大，一般α≥2°苯乙烯-丁二烯-丙烯腈共聚物ABS表面硬度高，尺寸稳定，着色性好，可以镀铬，耐热、耐冲压，无毒家电产品的外壳、食具、厨具等要有足够的脱模斜度α≥5°——防止“顶角”要注意浇口位置——防止和减少熔接痕聚丙烯PP综合性能好，优异突出的韧性、不透明、无毒，比重小（0.9），能浮于水铰链性产品（眼镜盒），塑料袋、绳、编织袋、薄膜、水上救生器材、飞机用具、家电产品外壳收缩变形较大——设计计算要考虑收缩对产品配合的影响，要有防变形的结构铰链性产品要注意浇口的位置流动性好——模具的配合面要求高，以防溢料聚酰胺（尼龙）PA耐磨性好、耐酸、耐碱、耐压、耐水。自润滑性好，不透明尼龙丝、齿轮、轴承、水龙头、密封圈等流动性最好——要求模具分型面、配合面的精度高，以免溢料收缩大，尺寸不稳定——尺寸计算和制造模具均要考虑收缩的影响脱模阻力大——脱模斜度宜取大些聚甲醛（赛钢）POM是一种较理想的代钢、铝的塑料优异的综合性能，自润滑性好，比尼龙还好，颜色鲜艳。机械性能可与钢相比，价格较贵齿轮、（家电产品）、轴承、轮、弹簧、风扇叶片、游戏机按钮流动性差，成型困难——模具要有加热设备，主流道“短而粗”，分流道要少转弯甲醛有毒——型腔、型芯要电镀防腐蚀聚碳酸脂PC有优异抗冲压性、透明、无毒防弹玻璃、透镜、汽车灯罩、咖啡壶、家庭搅拌机、齿轮、冷冻设备的零件、冲击钻外壳流动性差——模具要有加热装置，主流道短而粗、分流道转弯少透明——脱模斜度α≥2°型芯、型腔要用锻打钢，以便抛光4．料特性和识别表1-3所示为常用塑料的特性及识别。第1章注塑模具设计专业知识·5·表1-3常用塑料的特性及识别塑料名称使用特性识别ABS丙烯腈－丁二烯－苯乙烯共聚物综合性能较好，耐化学性、电性能良好，具有超强的易加工性、外观特性、低蠕变性、优异的尺寸稳定性以及很高的抗冲击强度燃烧时的火焰颜色为黄色黑烟，燃烧气味为橡胶味PA聚酰胺（尼龙）坚韧、耐磨、耐疲劳、耐油、耐水、抗霉菌、但吸水性强尼龙6——弹性好、冲击强度高、吸水性较强尼龙66——强度高、耐磨性好尼龙610——强度高、耐磨性好，但吸水性和刚性都较弱尼龙1010——半透明，吸水性较弱，耐寒性较好燃烧时的火焰颜色为黄色，燃烧气味为特殊味PC聚碳酸脂具有特别好的抗冲击强度、热稳定性、光泽度、抑制细菌特性、阻燃特性以及抗污染性，抗蠕变和电绝缘性较好，并且收缩率很低，一般为0.1%～0.2%，有很好的机械特性，但流动特性较差燃烧时的火焰颜色为黄色黑烟，燃烧气味为特殊味PE聚乙烯高压聚乙烯的柔软性、透明性、伸长率、冲击强度较好低压聚乙烯的熔点、刚性、硬度和强度较高，吸水性弱，有突出的电气性能和良好的耐辐射性燃烧时的火焰颜色为上端黄色，下端青色。燃烧气味为石蜡味POM聚甲醛有较好的抗蠕变性、几何稳定性和抗冲击性，具有很好的延展强度、抗疲劳强度，吸水小，具有很低的摩擦系数，但热稳定性差，易燃烧，长期在大气中曝晒会老化燃烧时的火焰颜色为上端黄色，下端蓝色。燃烧气味为福尔马林味PS聚苯乙烯电绝缘性优良，无色透明，透光率仅次于有机玻璃，着色性差，耐水性，化学稳定性良好，机械强度一般，但性脆易产生应力碎裂，不耐苯、汽油等有机溶剂燃烧时的火焰颜色为橙黄色黑烟，燃烧气味为苯乙烯味PSF聚砜耐热耐寒性、抗蠕变性及尺寸稳定性优良，耐酸，耐碱，耐高温，耐高温蒸汽聚砜的硬度和冲击强度高，可在-60～＋150℃下长期使用，在水、湿空气或高温下仍能保持良好的绝缘性，但不耐芳香烃和卤化烃聚芳砜的耐热性和耐寒性好，可在-240～＋260℃下使用，硬度高，耐辐射PP聚丙稀有较低的热扭曲温度（100℃）、低透明度、低光泽度、低刚性，但是有较强的抗冲击强度，具有优良的抗吸湿性、抗酸碱、腐蚀性、抗溶解性燃烧时的火焰颜色为蓝色，燃烧气味为柴油味PVC聚氯乙烯硬质PVC机械强度高，电气性能优良，耐酸碱力极强，化学稳定性好，但软化点低软质PVC伸长率大，机械强度低，耐腐蚀性、电绝缘性均低于硬质PVC，且易老化燃烧时的火焰颜色为上端黄色，下端绿色，燃烧气味为氯气味UGNX4注塑模具设计师就业实战精解·6·续表塑料名称使用特性识别PPE有较强的化学稳定性，吸湿性弱，具有良好的几何稳定性、电绝缘特性和很低的热膨胀系数燃烧时的火焰颜色为黄色黑烟，燃烧气味为橡胶味氟塑料耐腐蚀性、耐老化及电绝缘性优越，吸水性很小醋酸纤维素强韧性很好，耐油，耐稀酸，透明有光泽，尺寸稳定性好，易涂饰、染色、粘合、切削，低温情况下抗冲击性和抗拉强度减弱聚酰亚胺综合性能良好，强度高，抗蠕变性、耐热性好，可在-200～＋260℃下长期使用，高耐磨性、电绝缘性优良，耐辐射，耐电晕，耐稀酸，但不耐碱、强氧化剂和高压蒸汽PMMA聚甲基丙烯酸甲脂有优良的光学特性及耐气侯变化特性，PMMA制品有很低的双折射，具有室温蠕变特性和抗冲击特性燃烧时的火焰颜色为上端黄色，下端青色，燃烧气味为巧克力味1.1.2分型面为了便于将塑件从密闭的模腔内取出，也为了便于安放嵌件或取出浇注系统，必须将模具分成两个或几个部分。通常将分开模具能取出塑件的面称为分型面。同时，以分型面为界，模具又可被分成两大部分，即动模与定模部分。而其他的面则被称作分离面或分模面，注射模只有一个分型面。分型面的选择是一个比较复杂的问题，因为它受到塑件的几何形状、壁厚、尺寸精度、表面粗糙度、嵌件位置、脱模方法以及塑件在模具内的成型位置、顶出方式、浇注系统的设计、模具排气的方式等方面的影响。分型面的形式一般有以下几种：图1-1中（a）图所示为水平分型面；（b）图所示为斜分型面；（c）图所示为阶梯分型面；（d）图所示则为曲线分型面。因此对于模具设计人员来说，分型面的正确选择对模具制造及操作都有着至关重要的影响。（a）（b）（c）（d）图1-1分型面类型选择分型面的位置时，分型面一般不取在装饰外表面或带圆弧的转角处。分型面必须设置在产品的最大截面处，而且便于开模后塑件留在动模的一侧，以保证便于顶出机构能够顺利脱模。选择分型面时应遵循如下原则。第1章注塑模具设计专业知识·7·1．留模方式为了便于塑件脱模，应使塑件在开模时尽可能留在下模。由于塑件的顶出机构通常设置在下模，尤其是自动化生产所用的模具，因此正确选择塑件的留模方式显得更为重要。留模方式选择正确与否会直接影响到产品质量和生产效率。如图1-2（a）所示，由于型芯设在定模部分，开模后塑件会收缩而包紧型芯，使塑件留在定模一侧，因而，增加脱模的难度，使模具结构复杂，如果改用图1-2（b）所示的结构就会比较合理。图1-2留模方式2．塑件外观分型面应尽可能选择在不影响塑件外观的部位，而且在分型面处所产生的飞边应容易修整加工。如图1-3所示，一边不带圆弧球面的塑件，若采用图（a）的结构，将有损塑件表面质量，而采用图（b）的结构就比较合理。图1-3分型面对塑件外观的影响3．塑件的同轴度要求图1-4所示为一副齿轮模具，齿轮的轮缘与台阶部分的外圆有同轴度要求。若将有同轴度要求的部分分别在动模和定模内成型，如图1-4（a）所示，则会因模具合模不准确而难以保证其同轴度要求；若改用图1-4（b）所示的结构，使有同轴度要求的部分全部在动模内成型，则可满足同轴度的要求。4．塑件上的飞边方向选择分型面时，根据塑件的使用要求和所用塑料，要考虑飞边在塑件上的部位。如塑件不允许有水平飞边时，可采用如图1-5（a）所示的结构，有利于脱模，尤其对于流动性较好的尼龙来说，采用这种结构还可以减少飞边的产生。而采用如图1-5（b）所示的结构则欠妥。（a）（b）（a）（b）UGNX4注塑模具设计师就业实战精解·8·图1-4有同轴度要求的分型面选择图1-5飞边分型面合模后间隙一般