塑料成型工艺与模具设计

书名：塑料成型工艺与模具设计第3版ISBN：978-7-111-48030-3作者：屈华昌张俊出版社：机械工业出版社本书配有电子课件第三章塑料成型工艺与塑料成型制件的结构工艺性机械工业出版社CHINAMACHINEPRESS塑料成型工艺与模具设计（第3版）第三章塑料成型工艺与塑料成型制件的结构工艺性第一节塑料成型原理与成型工艺特性第二节塑料制件的结构工艺性第一节塑料成型原理与成型工艺特性一、注射成型原理及其工艺特性(一)注射成型原理、特点及应用1.注射成型原理图3-1注射成型原理之一1-柱塞2-料斗3-分流梭4-加热器5-喷嘴6-定模板7-塑件8-动模板第一节塑料成型原理与成型工艺特性图3-2注射成型原理之二1-动模2-塑件3-定模4-料斗5-传动装置6-液压缸7-螺杆8-加热器第一节塑料成型原理与成型工艺特性2.注射成型的特点及应用(二)注射成型工艺1.成型前的准备2.注射过程3.塑件的后处理(三)注射成型工艺的参数1.温度2.压力3.时间常用塑料注射成型工艺条件见表3-1。二、压缩成型原理及其工艺特性(一)压缩成型原理、特点与应用压缩成型原理如图3-3所示。第一节塑料成型原理与成型工艺特性表3-1各种塑料的注射工艺参数塑料第一节塑料成型原理与成型工艺特性（续）第一节塑料成型原理与成型工艺特性（续）第一节塑料成型原理与成型工艺特性（续）第一节塑料成型原理与成型工艺特性（续）第一节塑料成型原理与成型工艺特性（续）第一节塑料成型原理与成型工艺特性（续）第一节塑料成型原理与成型工艺特性（续）第一节塑料成型原理与成型工艺特性图3-3压缩成型原理第一节塑料成型原理与成型工艺特性(二)压缩成型工艺过程(三)压缩成型的工艺参数1.压缩成型压力2.压缩成型温度表3-2热固性塑料的压缩成型温度和成型压力第一节塑料成型原理与成型工艺特性3.压缩时间表3-3热固性塑料压缩成型的工艺参数第一节塑料成型原理与成型工艺特性三、压注成型原理及其工艺特性(一)压注成型原理及其特点图3-4压注成型原理第一节塑料成型原理与成型工艺特性(二)压注成型工艺过程(三)压注成型工艺参数表3-4酚醛塑料压注成型的主要工艺参数第一节塑料成型原理与成型工艺特性第一节塑料成型原理与成型工艺特性四、挤出成型原理及其工艺特性(一)挤出成型原理及其特点图3-5挤出成型原理1-挤出机料筒2-机头3-定径装置4-冷却装置5-牵引装置6-塑料管7-切割装置第一节塑料成型原理与成型工艺特性(二)挤出成型工艺过程图3-6常见挤出工艺过程示意图a)管材挤出b)片(板)材挤出1-挤管机头2-定型与冷却装置3-牵引装置4-切断装置5-片(板)坯挤出机头6-辗平与冷却装置7-切边与牵引装置第一节塑料成型原理与成型工艺特性(三)挤出成型工艺参数(1)温度图3-7挤出成型温度曲线1-料筒温度曲线2-螺杆温度曲线3-物料(PE)的最高温度4-物料(PE)的平均温度5-物料(PE)的最低温度D-料筒直径第一节塑料成型原理与成型工艺特性表3-6热塑性塑料挤出成型时的温度参数第一节塑料成型原理与成型工艺特性(2)压力(3)挤出速度(4)牵引速度第一节塑料成型原理与成型工艺特性表3-7几种塑料管材的挤出成型工艺参数第二节塑料制件的结构工艺性一、尺寸及其精度表3-8塑件公差数值表（GB/T14486-1993）/mm第二节塑料制件的结构工艺性（续）第二节塑料制件的结构工艺性（续）第二节塑料制件的结构工艺性塑件的精度要求越高，模具的制造精度也越高，模具加工的难度与成本亦增高，同时塑件的废品率也会增加。第二节塑料制件的结构工艺性（续）第二节塑料制件的结构工艺性二、表面粗糙度三、形状序号不合理合理说明1将左图侧孔容器改为右图侧凹容器，则不需要采用侧抽芯或瓣合分型的模具2应避免塑件表面横向凹台，以便于脱模表3-10改变塑件形状以利模具成型的典型实例第二节塑料制件的结构工艺性3塑件外侧凹，必须采用瓣合，必须采用瓣合凹模，使塑料模具结构复杂，塑件表面有接缝4塑件内侧凹，抽芯困难5改变制件形状避免侧孔抽侧型芯6将横向侧孔改为垂直向孔，可免去侧抽芯机构（续）第二节塑料制件的结构工艺性塑件内侧凹较浅并允许带有圆角时，则可以用整体凸模采取强制脱模的方法使塑件从凸模上脱下，如图3-8a所示。但此时塑件在脱模温度下应具有足够的弹性，以使塑件在强制脱下时不会变形，例如聚乙烯、聚丙烯、聚甲醛等能适应这种情况。塑件外侧凹凸也可以强制脱模，如图3-8b所示。图3-8可强制脱模的侧向凹、凸a)(A-B)×100/B%≤5%b)(A-B)×100/C%≤5%第二节塑料制件的结构工艺性四、斜度为了便于从塑件中抽出型芯或从型腔中脱出塑件，防止脱模时拉伤塑件，在设计时，必须使塑件内外表面沿脱模方向留有足够的斜度，在模具上即称为脱模斜度，如图3-9所示。图3-9脱模斜度第二节塑料制件的结构工艺性一般情况下，脱模斜度不包括在塑件的公差范围内。表3-11塑件脱模斜度第二节塑料制件的结构工艺性五、壁厚热塑性塑料易于成型薄壁塑件，最小壁厚能达到0.25mm，但一般不宜小于0.6～0.9mm，常取2～4mm。表3-12热固性塑件壁厚(mm)第二节塑料制件的结构工艺性表3-13热塑性塑件最小壁厚及推荐壁厚(mm)第二节塑料制件的结构工艺性同一塑料零件的壁厚应尽可能一致，否则会因冷却或固化速度不同产生附加内应力，使塑件产生翘曲、缩孔、裂纹甚至开裂。塑件局部过厚，外表面会出现凹痕，内部会产生气泡。序号不合理合理说明1左图壁厚不均匀，易产生气泡及使塑件变形，右图壁厚均匀，改善了成型工艺条件，有利于保证质量2表3-14改善塑件壁厚的典型实例第二节塑料制件的结构工艺性3左图壁厚不均匀，易产生气泡及使塑件变形，右图壁厚均匀，改善了成型工艺条件，有利于保证质量45平顶塑件，采用侧浇口进料时，为避免平面上留有熔接痕，必须保证平面进料通畅，故ab6壁厚不均匀塑件，可在易产生凹痕表面采用波纹形式或在后壁处开设工艺孔，以掩盖或消除凹痕（续）第二节塑料制件的结构工艺性六、加强肋及其他防变形结构加强肋的主要作用是增加塑件强度和避免塑件变形翘曲。用增加壁厚的办法来提高塑件的强度，常常是不合理的，且易产生缩孔或凹陷，此时可采用加强肋以增加塑件强度。序号不合理合理说明1增设加强肋后，可提高塑件强度，改善料流状况采用加强肋，既不影响塑件强度，又可避免因壁厚不匀而产生伸缩孔2表3-15加强肋设计的典型实例第二节塑料制件的结构工艺性3平板状塑件，加强肋应与料流方向平行，以免造成充模阻力过大和降低塑件韧性4非平板状塑件，加强肋应交错排列，以免塑件产生翘曲变形5加强肋应设计得矮一些，与支承面应有大于0.5mm的间隙（续）第二节塑料制件的结构工艺性加强肋不应设计得过厚，一般应小于该处的壁厚，否则在其对应的壁上会产生凹陷。加强肋必须有足够的斜度，肋的底部应呈圆弧过渡。加强肋以设计得矮一些多一些为好。图3-10加强肋尺寸第二节塑料制件的结构工艺性除了采用加强肋外，薄壳状的塑件可制成球面或拱曲面，这样可以有效地增加刚性和减少变形。图3-11容器底与盖的加强第二节塑料制件的结构工艺性图3-12容器边缘的增强图3-13防止矩形薄壁容器侧壁内凹变形第二节塑料制件的结构工艺性七、支承面及凸台通常采用的是底脚(三点或四点)支承或边框支承，如表3-16中序号1所列。序号不合理合理说明1采用凸边或底脚作支承面，凸边或底脚的高度s取0.3～0.5mm2安装紧固螺钉用的凸台或凸耳应有足够的强度，避免突然过渡和用整个底面作支承面3凸台应位于边角部位表3-16支承面和固定凸台的结构第二节塑料制件的结构工艺性八、圆角图3-14R/δ与应力集中系数的关系第二节塑料制件的结构工艺性九、孔的设计孔应设置在不易削弱塑件强度的地方。相邻两孔之间和孔与边缘之间应保留适当距离。当两孔直径不一样时，按小的孔径取值。表3-17热固性塑件孔间距、孔边距与孔径关系(mm)第二节塑料制件的结构工艺性塑件上固定用孔和其他受力孔的周围可设计一凸边或凸台来加强。图3-15孔的加强第二节塑料制件的结构工艺性(一)通孔图3-16通孔的成型方法第二节塑料制件的结构工艺性(二)不通孔各种塑料适宜成型的最小孔径和最大孔深见表3-18。第二节塑料制件的结构工艺性（三）异形孔对于斜孔或形状复杂的孔可采用拼合的型芯来成型，以避免侧向抽芯。图3-17用拼合型芯成型复杂孔第二节塑料制件的结构工艺性十、螺纹设计塑件上的螺纹应选用螺牙尺寸较大者，螺纹直径较小时不宜采用细牙螺纹。表3-19螺纹选用范围第二节塑料制件的结构工艺性螺纹直接成型的方法有：采用螺纹型芯或螺纹型环在成型之后将塑件旋下；外螺纹采用瓣合模成型，这时工效高，但精度较差，还带有不易除尽的飞边；要求不高的螺纹(如瓶盖螺纹)用软塑料成型时，可强制脱模，这时螺牙断面最好设计得浅一些，且呈圆形或梯形断面。图3-18能强制脱模的圆牙螺纹第二节塑料制件的结构工艺性为了防止螺孔最外圈的螺纹崩裂或变形，应使螺纹最外圈和最里圈留有台阶。图3-19塑件内螺纹的正误形状图3-20塑件外螺纹的正误形状第二节塑料制件的结构工艺性螺纹的始端和终端应逐渐开始和结束，有一段过渡长度l。螺纹直径螺距P0.50.51始末过渡部分长度尺寸l≤1012310～2023420～3424634～52368523810表3-20塑件上螺纹始末过渡部分长度(mm)第二节塑料制件的结构工艺性在同一螺纹型芯或型环上有前后两段螺纹时，应使两段螺纹旋向相同，螺距相等。否则无法将塑件从螺纹型芯或型环上旋下来。当螺距不等或旋向不同时，就需采用两段型芯或型环组合在一起的形式，成型后分段旋下。图3-21两段同轴齿轮螺纹的成型第二节塑料制件的结构工艺性十一、齿轮设计辐板厚度H1应小于或等于轮缘厚度H，轮毂厚度H2应大于或等于轮缘厚度H，并相当于轴孔直径D，最小轮毂外径D1应为D的1.5～3倍。图3-22齿轮各部尺寸第二节塑料制件的结构工艺性为了避免装配时产生应力，轴和孔应尽可能采用过渡配合而不采用过盈配合，并用销钉固定或半月形孔配合的形式传递扭矩。图3-23塑料齿轮固定形式第二节塑料制件的结构工艺性对于薄型齿轮，厚度不均匀能引起齿型歪斜，若用无毂无轮缘的齿轮可以很好地改善这种情况。但如在辐板上有大的孔时，因孔在成型时很少向中心收缩，会使齿轮歪斜；即轮毂和轮缘之间采用薄肋时，则能保证轮缘向中心收缩。图3-24塑料齿轮辐板结构第二节塑料制件的结构工艺性十二、嵌件设计(一)嵌件的用途及形式图3-25常见金属嵌件形式第二节塑料制件的结构工艺性其他特种用途的嵌件形式很多，如冲制的薄壁嵌件、薄壁管状嵌件等等。图3-26以黑色塑件作嵌件的透明仪表壳第二节塑料制件的结构工艺性(二)嵌件的设计1.嵌件与塑件应牢固连接为了防止嵌件受力时在塑件内转动或拔出，嵌件表面必须设计成适当的凹凸状。图3-27嵌件在塑件内的固定第二节塑料制件的结构工艺性2.嵌件在模内应可靠定位安放在模具内的嵌件，在成型过程中要受到塑料流的冲击，因此有可能发生位移和变形，同时塑料还可能挤入嵌件上预留的孔或螺纹中，影响嵌件使用，因此必须可靠定位。图3-28外螺纹嵌件在模内的定位第二节塑料制件的结构工艺性当注射压力不大，且螺牙很细小(M3.5mm以下)时，内螺纹嵌件也可直接插在模具内的光杆上，塑料可能挤入一小段螺纹牙缝内，但并不妨碍多数螺纹牙，这样安放嵌件使操作大为简便。图3-29内螺纹嵌件在模内的定位第二节塑料制件的结构工艺性无论杆形或环形嵌件，其高度都不宜超过其定位部分直径的两倍，否则，塑料熔体的压力不但会使塑件移位，有时还会使嵌件变形。当嵌件过高或为细长杆状或片状时，应在模具上设支柱以免嵌件弯曲，但支柱的使用会使塑件上留下孔，设计时应考虑该孔不影响塑件的使用。图3-30细长嵌件在模内的支撑固定1-嵌件2-支柱第二节塑料制件的结构工艺性3.嵌件周围的塑料层厚度表3-21金属嵌件周围塑料层厚度(mm)第二节塑料制件的结构工艺性如图3-31所示的有菱形滚花的黄铜套，它带有四条开口槽及内螺纹，一个铜制十字形