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1塑料成型模具第一章概论一、塑料成型模具及其在成型中的作用模具概念——利用其本身的特定形状成型具有一定形状和尺寸制件的工具；可以说，如汽车、家电、通信产品及其他工业产品等（75%以上的金属，95%以上的塑料制件）的都是通过模具来成型的；与切屑加工相比：具有生产效率高、质量好、切屑少、节约料等优点。对模具的基本要求：高效、自动化生产出符合要求（如内在形状、尺寸精度及表面质量表面粗糙度、气泡及凹痕等等）的制品。随着产品的多样化和精密化、复杂化趋势和更新换代的加速，决定了对模具设计、制造及生产技术等各方面提出更高的要求。在塑料成型技术中（成型原料、成型设备、成型模具及成型工艺），模具对制件的质量起着十分重要的作用。(高效先进工艺合理)二、塑料模具发展趋势1、塑料成型理论的发展理论（设计制造、机械、热力学、力学原理、结构等）的成熟可以很好地指导实践，以从更本上解决生产的要求。例如可以为模具的CAD/CAE奠定了基础，关于一维、二维（半）的充模流动理论和数学模型的建立以有所解决（如C-MOLD、MOLDFLOW，过多的假设对结晶物料不甚精确），三维模流行为还有待进一步深入。（本内容可略作补充）2、模具的高效自动化：3、制件的精密化、微型化、复杂、超大型化；4、标准化：降低成本、提高效率和质量在全球较为出名的有三大模架标准，英制里以美国的“DME”为代表，欧洲以“HASCO”为代表，亚洲以日本的“FUTABA”为代表。而国内的塑料模架起步较晚，到了上世纪八十年代末九十年代初模架生产得到了高速发展，也形成了以珠江和长江三角洲地区为主的模架产业化生产的两大阵营。据不完全统计，国内（包括外资企业）注塑模架的生产厂家有40余家，具有一定规模的如龙记集团、东莞明利、德胜公司，深圳南方模具厂，苏州中村重工及昆山中大模具公司等等。标准模架的实施和采用，是实现模具CAD/CAM的基础，从而可大大缩短生产周期，降低模具制造成本，提高模具性能和质量。为了适应模具工业的迅速发展,模架的标准化程度和要求也必将不断深入和提高。（国内大约30%，国外发达国家已达80%左右）5、制件设计-模具设计-制造并行化，即RE/CAD/CAM/CAE技术。2常见RE/CAD/CAM/CAE软件：RE四大逆向软件：Surface（后改名为Imageware，为EDS的主要产品）、CopyCAD（英国Delcam公司）、Geomagic（美国Raindrop雨滴公司）及RapidForm（韩国INUS公司），还有：Polyworks（结合非接触扫描仪等，用于高精度机械目标如人脸等扫描云点），ICEM等CAD：AutoCAD、CAXA、PRO/E、UG、CADDS、I-DEAS及CAITA（作汽车相关产品）等；CAM：MasterCAM、Cimatron（以色列QUICKNC）、DelCAM等；CAE：主要应用于新型、大型和精密模具的优化、仿真。当然CAE还包括其他一些有限元模拟分析。澳大利亚Moldflow公司在1978年推出的基于有限差分方法的一维商品化流动分析软件MF1.0，以及美国AC_Tech公司在1986年推出的基于有限元方法的二维商品化流动分析软件C_Flow1.0是这一阶段注射模软件发展的两个里程碑。在随后的１０年里，ＭＦ和C_Flow软件不断地得以改进和完善，现已形成包括流动模拟、保压分析、冷却分析、内应力分析、分子定向和翘曲变形预测等系列分析软件，在国内外模具界享有盛誉。表1商品化的注塑模CAD/CAE软件及其包含的流动分析软件软件名称所含流动模拟模块名称研制公司MoldflowFLOW澳大利亚MoldflowPTY.LTD.C-MoldC-FLOW美国Ac-Tech公司（已为Moldflow兼并）I-DEAS含流动分析部分美国SDRC公司UG-Ⅱ含流动分析部分美国MD公司CADDS含流动分析部分美国CV公司CADMOULD含流动分析部分德国IKV研究所华塑-Mold流动分析模块华中理工大学Z-moldFLOW郑州工业大学塑料模具设计的大致流程：36、特种成型模具社会需求的变化和对质量要求的提高，导致了新的成型方法的出现，也出现了相应成型模具的研制，如：GAIM、RIM/SRIM/RRIM、低发泡注射、多层多腔/多色等成型模具。三、模具分类：第二章塑料制件设计塑料制件主要根据使用要求进行设计，要想获得合格的塑料制件，除考虑充分发4挥所用塑料的性能特点外，还应考虑塑件的结构工艺性，在满足使用要求的前提下，塑件的结构、形状尽可能地做到简化模具结构，且符合成型工艺特点，从而降低成本，提高生产效率。在塑件结构工艺性设计时，应考虑以下几方面的因素：（1）塑料的各项性能特点，如物理机械性能（如力学性能、电性能、耐化学腐蚀和耐热性能等）、成型工艺性能（流动性和收缩率等）等。（2）在保证各项使用性能的前提下，塑件的结构形状力求简单，且有利于充模流动、排气、补缩和高效冷却硬化（热塑性塑料制件）或快速受热固化（热固性塑料制件）。（3）模具的总体结构，应使模具零件易于制造，特别是抽芯和脱模机构的复杂程度。合理地设计塑件结构工艺性是保证塑件符合使用要求和满足成型条件的一个关键问题。塑料制件结构工艺性设计的主要内容包括塑件的尺寸和精度、表面粗糙度、形状、壁厚、斜度、加强筋、支撑面、圆角、孔、螺纹、齿轮、嵌件、铰链、标记、符号及文字等。一、尺寸和精度塑件尺寸的大小将受塑料流动性的影响，在注射成型和传递模塑中，流动性差的塑料（如布基塑料、玻璃纤维增强塑料等）和壁薄的制件尺寸不能设计得过大，否则会容易造成充填不足或形成冷接缝，从而影响制件的外观和强度。因此，在设计塑件尺寸时应对塑料的流动距离比等方面进行校核。另外，注射成型的塑件尺寸要受到注射机的注射量、锁模力和模板尺寸的限制。压制成型塑件的尺寸要受压机最大压力和压机台面最大尺寸的限制。塑件的尺寸精度是指所获得的塑件尺寸与产品要求尺寸的符合程度，即所获塑件尺寸的准确度。影响塑件尺寸精度的因素十分复杂，首先是模具制造的精度和模具的磨损程度，其次是塑料收缩率的波动，另外，在模制时，工艺条件的变化、塑件成型后的时效变化、塑件的飞边等都会影响塑件的精度。因此，塑件尺寸精度的确定应该合理，尽可能选用低精度等级。（这也就是塑件的精度等级和公差为何不采用金属加工的精度等级和公差，而另外制定的原因）很多资料认为在引起塑件尺寸的误差中，模具制造公差和成型收缩率波动引起的误差各占1/3。实际上对于小尺寸塑件而言，模具的制造公差对塑件尺寸精度影响相对要大一些，而对于大尺寸塑件，收缩率波动则是影响塑件尺寸精度的主要因素。根据我国目前塑件的成型水平，塑件的尺寸公差按国家标准GB/T14486-1993（原有SJ1372-78将塑料制件分成8个精度等级）将塑料制件分成7个精度等级，P6表2-1-1每种塑料可选用其中三个等级，即高精度，一般精度和低级精度（未注公差），见P7表2-1-2。表中的1、2级精度要求较高，一般不采用。表中只给出了公差值，5而具体的上下偏差可根据制件的配合性质进行分配。对孔类尺寸可取表中数值冠以（＋）号，对轴类尺寸可取表中数值冠以（－）号，对中心距尺寸可取表中数值之半冠以（±）号。二、表面粗糙度（1）塑料制件的表面粗糙度，除了在成型时从工艺上尽可能避免冷疤、云纹等疵点外，主要取决于模具成型零件的表面粗糙度。一般模具表面粗糙度要比塑件的低1～2级,塑料制件的表面粗糙度一般为R0.8～0.2um之间，（2）模具使用中，型腔磨损-粗糙度增大-抛光复原；透明制件-型腔和型芯的表面粗糙度相同，而不透明制件则根据使用情况而定，非配合表面和隐蔽面可取较大的表面粗糙度，一般型腔的表面粗糙度要低于型芯的（除制件外表面有特殊要求）。此外，塑件的表面粗糙度与塑料的品种有关。三、形状（1）塑件内外表面的形状设计应易于成型，即开取件时尽量方便，所以，塑件要尽可能地避免侧凹凸部分，因为侧抽芯和瓣合的模具结构不但提高了模具设计、制造成本，降低生产效率，而且还会在分型面上留下飞边，增加了后加工的工作量。有时在满足塑件使用要求的前提下，只需适当改变塑件的结构，即可达到大大简化模具结构的目的。P9-10为改变塑件形状以利于成型的几个例子。（2）塑件的内外侧凸凹较浅并允许带有圆角（或梯形斜面）时，可以采用整体凹凸模强制脱模脱出塑件，这时，塑料在脱模温度下应具有足够的弹性，如聚乙烯，聚丙烯，聚甲醛等塑料，如P9-10图所示。多数情况下，塑件的侧凹凸不可能强制脱模，此时应采用侧向分型抽芯等结构。四、斜度为了克服塑料冷却收缩紧紧包裹于型芯或其它凸起部分便于从成型零件上顺利脱出塑件，必须在塑件内外表面沿脱模方向设计有足够的斜度，塑件的斜度大小与塑料的收缩率、塑件的形状、结构、壁厚、深度及成型工艺条件都有一定的关系。一般取30′～1°30′。塑件斜度的选取应遵循以下原则：（1）塑料的收缩率大，壁越厚，斜度应取偏大值，反之取偏小值。（2）塑件结构复杂，沿脱模方向有如孔、槽或花纹等使脱模阻力较大时，应选用较大的脱模斜度（4°～6°）。（3）当塑件高度不大时，可以不设斜度，对成型型芯长或型腔深者，斜度取偏小值，6但通常为了便于脱模，在满足制件的使用和尺寸公差要求的前提下，可将斜度值取大些。（4）一般来讲，塑件外表面的斜度取值可比内表面的小些（如下图中所示α2＞α1α2＞α3），有时也根据塑件的预留位置（留于凹模或凸模上）来确定制件内外表面的斜度。（5）热固性塑料的收缩率一般较热塑性塑料的小一些，故脱模斜度也相应取小一些。一般情况下，脱模斜度不包括在塑件的公差范围内。P11表2-2-1为常用塑料的脱模斜度。五、壁厚塑件壁厚的设计与塑料原料的性能、制件结构、成型条件、制件的质量及其使用要求都有密切的联系。壁厚过小，会造成充填阻力的增大，特别对于大型、复杂制件就难于成型。壁厚过大，不仅浪费原料，更重要的是延长了冷却时间（制件壁厚增加一倍，冷却时间将增加四倍），从而大大降低生产效率，另外也容易产生表面凹陷、内部缩孔等缺陷。一般而言，在满足使用要求的前提下，制件壁厚尽量取小些。（1）塑件壁厚的最小尺寸应满足以下几方面要求：具有足够的刚强度；脱模时能经受脱模机构的冲击和震动；装配时能承受紧固力。塑料制件规定有最小壁厚值。P12表为热塑性、热固性塑件壁厚建议值，（2）塑件壁厚设计的另一基本原则是同一塑件的壁厚应可能均匀一致。否则会因冷却和固化速度不均产生附加内应力，引起翘曲变形，热塑性塑料会在壁厚处产生缩孔；热固性塑料则会因未充分固化而鼓包或因交联度不一致而造成性能差异。通常，塑件壁厚的不均匀容许在一定范围内变化，对于压缩注射及传递模塑制件，壁厚变化一般不应超过1：3。为了消除壁厚的不均匀，设计时可考虑将壁厚部分局部挖空或在壁面交界处采用适当的半径过渡以减缓厚薄部分的突然变化。如下图所示。六、加强筋及变形结构由于多数塑料的弹性模量和强度较低，受力后容易变形甚至破坏，单纯采用增加制件壁厚的方法来提高其刚强度是不合理，也不经济的。所以，我们通常在制件的相应位置设置加强筋，从而在不增加壁厚的情况下，达到提高制件刚强度，避免翘曲变形的目的，沿着料流方向的加强筋还能改善成型时塑料熔体的流动性，避免气泡、缩孔和凹陷等缺陷的形成。如下图a中加强筋的采用可避免因壁厚不均而可能产生的伸7缩孔；b中加强筋方向的改变可降低熔体的充模阻力，也避免了可能产生的翘曲变形。加强筋的典型结构如图2-2-17所示，在其尺寸设计时应注意以下几点：(a)(b)αhbtR（1）加强筋不宜过厚，b≤0.4-0.8t，否则其对应壁上会容易产生凹陷。（2）加强筋设计不应过高，h≤3t，否则，在较大弯矩或冲击负荷作用下受力破坏。（3）加强筋必须有一定的斜度，筋的顶部应为圆角，底部也应呈圆弧过渡。（4）加强筋之间的中心距应大于2～3t。加强筋的布置应考虑到：（1）加强筋的方向尽量与熔体充模方向一致，以避免熔体流动干扰、影响成型质量。（2）加强筋的设置应避免或减少塑料局部集中，否则会产生缩孔、气泡等缺陷，如P15图2-2-18所示。除