1、塑料成型工艺与模具设计教案讲稿咸宁职业技术学院教 案讲 稿20112012学年第二学期 系 ( 部 ) 机电工程系 教研室(实验室) 模具教研室 课 程 名 称 塑料成型工艺与模具设计 授 课 班 级 主 讲 教 师 职 称 使 用 教 材 规划教材 咸宁职业技术学院教务处制塑料成型工艺与模具设计讲稿第1讲授课章节或主题第一章绪论授课时间授课班级 课时2授课教师 教学目的、要求： 了解塑料成型及塑料模具的分类教学重点、难点： 塑料成型及塑料模具的分类授课类型：理论课教学方式：讲授教学资源：多媒体教学过程设计：新课引入3分钟，讲授新课79分钟，课堂训练5分钟，小结3分钟。教学内容第一节塑料成型在
2、工业生产中的重要性第二节塑料成型技术的发展趋势第三节塑料模具的分类第四节学习本课程应到的要求讨论思考题作业题： 1-3、1-4主要参考文献：塑料成型工艺与模具设计机械工业出版社 屈华昌主编 2011模具制造手册机械工业出版社 1998备注第一章绪论教学目的、要求： 了解塑料成型及塑料模具的分类教学重点、难点： 塑料成型及塑料模具的分类第一节塑料成型在工业生产中的重要性一、塑料及塑料工业的发展1、塑料的概念及组成2、塑料的特点 塑料的密度小、质量轻 塑料的强度高 塑料的绝缘性能好，介电损耗低 塑料的化学稳定性高3、塑料工业的发展阶段塑料工业是一门新兴的工业，是随着石油工业发展应运而生的。塑料工业
3、的发展大致分为以下几个阶段。 (1) 初创阶段 (2) 发展阶段。20世纪30年代，低密度聚乙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯和聚酰胺等热塑性塑料相继工业化，奠定了塑料工业的基础，为其进一步发展开辟了道路。 (3) 飞跃发展阶段20世纪50年代中期到20世纪60年代末，石油化工的高速发展为塑料工业提供了丰富而廉价的原料。 (4) 稳定增长阶段二、塑料成型在工业生产中的重要性模具是工业生产中的重要工艺装备模具的概念：模具是以特定的形状去成型具有一定形状、尺寸的制品的工具。第二节塑料成型技术的发展趋势1、CAD/CAM/CAE技术2、大力发展快速原型制造3、快速测量与逆向工程4、模具材料与热处理技术5、模具
4、标准化水平和标准件的使用6、模具的复杂化、精密化和大型化7、模具工业的信息化第三节塑料模具的分类一、注射模二、压缩模三、压注模四、挤出模五、气动成型模第四节学习本课程应达到的要求1、了解聚合物的物理性能、流动特性、成型过程中的物理化学变化以及塑料的组成、分类和性能2、了解塑料模具的基本原理、工艺过程和工艺参数，正确分析成型工艺对模具的要求3、能掌握成型设备与模具之间关系及要求4、掌握各类模具的结构特点及设计方法5、具有分析解决成型现场技术问题的能力作业： 1-3、1-4小结：模具在实际中的地位、作用与分类，学习的任务。塑料成型工艺与模具设计讲稿第2、3、4讲授课章节或主题第二章塑料成型基础授课
5、时间授课班级 课时4授课教师 教学目的、要求： 了解塑料的组成、分类和成型工艺教学重点、难点： 塑料的组成、分类和成型工艺授课类型：理论课教学方式：讲授教学资源：多媒体教学过程设计：新课引入3分钟，讲授新课79分钟，课堂训练5分钟，小结3分钟。教学内容第一节聚合物的分子结构与热力学性能第二节聚合物流变议程与分析第三节聚合物在成型过程中的流动状态第四节聚合物在成型过程中的物理和化学变化第五节塑料的组成及工艺特性第六节常用塑料讨论思考题作业题： 2-2、2-8、2-10、2-11、2-12、2-14主要参考文献：塑料成型工艺与模具设计机械工业出版社 屈华昌主编 2011模具制造手册机械工业出版社
6、1998备注第二章塑料成型基础知识教学目的、要求： 了解塑料的组成、分类和成型工艺教学重点、难点： 塑料的组成、分类和成型工艺第一节聚合物的分子结构与热力学性能一、聚合物的分子结构(一) 树脂与塑料(二) 高分子与低分子(三) 聚合物的分子结构 如果聚合物的分子链呈不规则的线状(或者团状)，聚合物是一根根的分子链组成的，则称为线型聚合物，如图2-1a所示。如果在大分子的链之间还有一些短链把它们相互交联起来，成为立体结构，则称为体型聚合物，如图2-1c所示。此外，还有一些聚合物的大分子主链上带有一些或长或短的小支链，整个分子链呈枝状(见图2-1b)，称为带有支链的线型聚合物。(四)聚合物的聚集态
7、结构及其性能。结晶型聚合物由“晶区”(分子作有规则紧密排列的区域)和“非晶区”(分子处于无序状态的区域)所组成，如图2-2所示。二、聚合物的热力学性能与加工工艺性(一) 聚合物的热力学性能。图2-3中曲线1为线型无定形聚合物受恒应力作用时变形程度与温度的关系曲线，也叫热力学曲线。(二) 聚合物的加工工艺性 f与d一样都是聚合物材料进行成型加工的重要参考温度。不同状态下塑料的物理性能与加工工艺性见表2-1。状态玻璃态高谈态粘流态温度fg以下gffd分子状态分子纠缠为无规则线团或卷曲状分子链展开，链段运动高分子链运动，彼此滑移工艺状态坚硬的固态高弹性固态，橡胶状塑性状态或高粘滞状态加工可能性可作为
8、结构材料进行锉、锯、钻、车、冼等机械加工弯曲、吹塑、引伸、真空成型、冲压等，成型后会产生较大的内应力可注射、挤出、压延、模压等，成型后应力小第二节聚合物流变议程与分析一、牛顿流体及其流变方程 图2-4是液体在流道中流动时的速度梯度图。图2-5所示为以切应力对剪切速率作图时，塑料成型加工中常用聚合物在非牛顿流体状态下的流动曲线。 将非牛顿流体的粘度定义为表观粘度a(即非牛顿粘度)。图2-6为不同类型流体的表观粘度与剪切速率的关系。二、温度和压力对粘度的影响（一）温度对剪切粘度的影响表2-2列出了几种常用热塑性塑料熔体在恒定剪切速率下的表观粘度与温度关系的数据。(二)压力对剪切粘度的影响几种聚合物
9、粘度与压力的关系见图2-7。三、聚合物熔体的粘弹性 聚合物熔体(包括分散体)不仅具有粘流性，而且还具有如固体般的弹性，即当熔体受到应力时，一部分能量消耗于粘性变形(即流动)；而另一部分变形的能量将会被熔体储存，一旦外界应力移去，变形就得到恢复，如塑料在挤压时的出模膨胀(见图2-8)。四、热塑性和热固性聚合物流变行为的比较 热塑性聚合物和热固性聚合物流变行为的不同可由图2-10加以说明。从图2-10c可以看出，温度对流动性的影响是由粘度和固化速度两种互相矛盾的因素决定的，这种关系可进一步用图2-11来说明第三节聚合物在成型过程中的流动状态一、聚合物熔体在简单截面导管内的流动（一）在圆形导管内的流
10、动取距离管中心为r处的流体圆柱体单元，其长度为L，当它由左向右移动时，在流体层间产生摩擦力，如图2-12所示。由此看出，切应力在管中心为零，逐渐增大而在管壁处为最大，据此进一步推导的结果，又可说明流体在圆形导管内的速度分布为什么呈抛物线型，如图2-13所示。（二）在扁平导槽内的流动当塑料熔体在等温条件下经扁形导槽(扁槽)作稳定层流运动时，其情况如图2-14所示。二、注射成型中的流动状态分析注射成型中的流动过程如图2-17所示，可以分成三个区段（一）流体在流道中的状态应注意只有当W/h10时，计算才准确(见图2-18)。（二）流体在充模过程中的状态第四节聚合物在成型过程中的物理和化学变化一、聚合
11、物的结晶二、成型过程中的取向 (1) 注射、压注成型塑件中纤维状填料的取向 注射、压注成型塑件中填料的取向方向与程度主要依赖于浇口的形状与位置，如图2-19所示。 (2) 注射、压注成型塑件中聚合物分子的取向 一般情况下，聚合物在成型过程中只要存在熔体的流动，就会有分子的取向。图2-20所示是用双折射法测量长条形注射试件的取向情况。三、聚合物的降解 1) 严格控制原材料的技术指标，使用合格的原材料。 2) 使用前对聚合物进行严格干燥，特别是聚酯、聚醚和聚酰胺等聚合物在存放过程中容易从空气中吸附水分，使用前通常应使水分含量降低到0.05%以下。 3) 确定合理的加工工艺和加工条件，使聚合物在不易
12、产生降解的条件下加工成型，这对于那些热稳定性差、加工温度和分解温度非常接近的聚合物尤为重要。绘制聚合物成型加工温度范围图(见图2-21)有助于确定合适的成型条件。一般加工温度应低于聚合物的分解温度。一些聚合物的加工温度与分解温度见表2-4。 4) 使用附加剂，根据聚合物性能。四、聚合物的交联第五节塑料的组成及工艺特性一、塑料的组成（一）树脂（二）填充剂（三）增塑剂（四）稳定剂（五）润滑剂（六）着色剂（七）固化剂二、塑料的分类（1）通用塑料（2）工程塑料（3）特殊塑料三、塑料的成型工艺性能（一）热塑性塑料的工艺性1、收缩性2、流动性塑料流动性的好坏采用统一的方法来测定。对热塑性塑料常用的方法有熔
13、融指数测定法和螺旋线长度试验法。熔融指数测定法是将被测塑料装入如图2-22所示的标准装置内。 螺旋线长度试验法是将被测塑料在一定的温度与压力下注入如图2-23所示的标准的阿基米德螺旋线模具内，用其所能达到的流动长度(图中所示数字，单位为cm)来表示该塑料的流动性。3、相容性4、吸湿性5、热敏性（二）热固性塑料的工艺性1、收缩性2、流动性流动性的意义与热塑性塑料流动性类同，但热固性塑料通常以拉西格流动性来表示，而不是用熔融指数表示。其测定原理如图2-24所示。3、比容和压缩性4、硬化速度5、水分及挥发物含量第六节常用塑料一、热塑性塑料1、聚乙烯PE2、聚丙烯PP3、聚氯乙烯PVC4、聚苯乙烯PS
14、5、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物ABS6、聚甲基丙烯酸甲脂PMMA7、聚酰胺PA8、聚甲醛POM9、聚碳酸脂PC10、聚砜PSU11、聚苯醚PPO12、氯化聚醚CPT13、氟塑料（1）聚四氟乙烯PTFE（2）聚三氟氯乙烯PCTFE（3）聚全氟乙丙烯PEP二、热固性塑料1、酚醛塑料PF2、氨基塑料（1）脲-甲醛塑料UF（2）三聚氰胺-甲醛塑料MF3、环氧树脂EP作业： 2-2、2-8、2-10、2-11、2-12、2-14小结：塑料的结构、组成、成型过程、工艺特性和常用塑料。塑料成型工艺与模具设计讲稿第5、6讲授课章节或主题第三章塑料成型工艺与制件的结构工艺性授课时间授课班级 课时4授课教师 教
15、学目的、要求： 了解塑料成型工艺与制件的结构教学重点、难点：塑料成型工艺与制件的结构授课类型：理论课教学方式：讲授教学资源：多媒体教学过程设计：新课引入3分钟，讲授新课79分钟，课堂训练5分钟，小结3分钟。教学内容第一节塑料成型成型原理与成型工艺性第二节塑料制件的结构工艺性讨论思考题作业题： 3-2、3-4、3-5、3-10、3-11主要参考文献：塑料成型工艺与模具设计机械工业出版社 屈华昌主编 2011模具制造手册机械工业出版社 1998备注第三章塑料成型工艺与制件的结构工艺性教学目的、要求： 了解塑料成型工艺与制件的结构教学重点、难点：塑料成型工艺与制件的结构第一节塑料成型成型原理与成型工
16、艺性一、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所示为柱塞式注射机注射成型的原理。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（1）加料（2）塑化（3）注射1）充模2）保压3）倒流4）浇口冻结后的冷却5）脱模3、塑件的后处理1）退火处理2）调湿处理（三）注射成型工艺的参数1、温度（1）料筒温度（2）喷嘴温度（3）模具温度2、压力（1）塑化压力（2）注射压力3、时间二、压缩成型原理及工艺特性三、挤出成型原理及工艺特性第二节塑料制件的结构工艺性一、尺寸及其精度 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
17、塑件的废品率也会增加。因此，在塑料成型工艺一定的情况下，按照表3-9合理选用精度等级。二、表面粗糙度三、形状表3-10所示为改变塑件形状以利于成型的几个实例。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。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。一般情况下，
18、脱模斜度不包括在塑件的公差范围内。表3-11为常用塑件的脱模斜度。五、壁厚表3-12为根据外形尺寸推荐的热固性塑件壁厚值；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0.60.9mm，常取24mm。各种热塑性塑料壁厚常用值见表3-13。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。表3-14为改善塑件壁厚的典型实例。六、加强筋及期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
19、陷，此时可采用加强肋以增加塑件强度。表3-15所示为加强肋设计的典型实例。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。加强肋的典型结构形如图3-10所示。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，如图3-11所示。对于薄壁容器的边缘，可按图3-12所示设计来增加刚性和减少变形。矩形薄壁容器采用软塑料(如聚乙烯)时，侧壁易出现内凹变形，如图3-13a所示。如果事先把塑件侧壁设计得稍许外凸，使变形后正好平直，则较为理想，如图3-13b所示，但这是很困
20、难的。因此，在不影响使用的情况下，可将塑件各边均设计成向外凸出的弧形，使变形不易看出，如图3-13c所示七、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。八、圆角图3-14所示为塑件受应力作用时应力集中系数与圆角半径的关系。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。热固性塑件两孔之间及孔与边缘之间的关系如表3-17所列，当两孔直径不一样时，按小的孔径取值。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，如图3-15所示。(一) 通孔 通孔成型方法如图3-16所示。(二)不通孔 各种塑料适宜成型的最小孔
21、径和最大孔深见表3-18(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为几种常见的例子。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(见表3-19)。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，如图3-18所示。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，如图3-19和图3-20所示，图a是不正确的；图b是
22、正确的。螺纹的始端和终端应逐渐开始和结束，有一段过渡长度l，其值可按表3-20选取。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，如图3-21所示。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，如图3-21b所示。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1.53倍，如图3-22所示。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，如图3-23所示
23、。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(如图3-24a所示)，因孔在成型时很少向中心收缩，会使齿轮歪斜；若改用图3-24b的形式，即轮毂和轮缘之间采用薄肋时，则能保证轮缘向中心收缩。十二、嵌件设计（一）嵌件的用途及形式图3-25所示为几种常见的金属嵌件的形式。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。非金属嵌件如图3-26所示，它是用ABS黑色塑料作嵌件的改性有机玻璃仪表壳。（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。菱形滚花是最常采用的
24、形状，如图3-27a所示，其抗拉和抗扭的力都较大。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所示为外螺纹嵌件在模内固定的形式。图3-29所示为内螺纹嵌件在模内固定的形式。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。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
25、。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，如图3-30a、b所示。3.嵌件周围的塑料层厚度 对于酚醛及相类似的热固性塑料，可参考表3-21选取。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，一个铜制十字形零件扣在里面，将此嵌件放入成型后的塑件的孔中，用手工或特制工具将十字形零件沿槽推动，黄铜套的菱形滚花部分即胀开而紧固。十三、文字、符号及标记图3-32所示为凹坑凸字的形式，即在与塑件有文字地方对应的模具上镶上刻有字迹的镶块，为了避免镶嵌的痕迹，可将镶块周围的结合线作边框，则凹坑里的凸字无论在
26、模具研磨抛光或塑件使用时，都不会因碰撞而损坏。思考题 3-1分别阐述柱塞式注射机和螺杆式注射机注射成型的原理。 3-2叙述注射成型的工艺过程。 3-3注射成型工艺参数中的温度控制包括哪些?如何加以控制? 3-4注射成型过程中的压力包括哪两部分?一般选取范围是什么? 3-5注射成型周期包括哪几部分? 3-6压注成型与压缩成型相比较，在工艺参数的选取上有何区别? 小结：塑料的成型工艺与特点。塑料制件的工艺结构及设计要点。塑料成型工艺与模具设计讲稿第7、8讲授课章节或主题第四章注射成型模具结构及注射机授课时间授课班级 课时2授课教师 教学目的、要求： 了解注射模具的分类及结构教学重点、难点：注射模具
27、的分类及结构授课类型：理论课教学方式：讲授教学资源：多媒体教学过程设计：新课引入3分钟，讲授新课79分钟，课堂训练5分钟，小结3分钟。教学内容第一节注射模具的分类及结构组成一、注射模具的分类二、注射模具的结构组成讨论思考题：塑料模具结构与分类作业题： 4-1、4-2主要参考文献：塑料成型工艺与模具设计机械工业出版社 屈华昌主编 2011模具制造手册机械工业出版社 1998备注第四章注射成型模具结构及注射机教学目的、要求：了解注射模具的分类及结构教学重点、难点：注射模具的分类及结构第一节注射模具的分类及结构组成一、注射模具的分类二、注射模具的结构组成（一）成型零部件（二）合模导向机构（三）浇注系
28、统（四）侧向分型抽芯机构（五）推出机构（六）加热和冷却系统（七）排气系统（八）支承零件作业题：4-1注射模按其各零部件所起的作用，一般由哪几部分结构组成？ 4-2点浇口进料的双分型面注射模，定模部分为什么要增设一个分型面？其分型距离是如何确定的？定模定距顺序分型有哪几种形式？小结：模具的分类与组成。塑料成型工艺与模具设计讲稿第9、10讲授课章节或主题第四章注射成型模具结构及注射机授课时间授课班级 课时6授课教师 教学目的、要求： 了解注射模具的典型结构教学重点、难点：注射模具的典型结构授课类型：理论课教学方式：讲授教学资源：多媒体教学过程设计：新课引入3分钟，讲授新课79分钟，课堂训练5分钟，
29、小结3分钟。教学内容第二节注射模具的典型结构一、单分型面注射模二、双分型面注射模三、斜导柱侧向分型与抽芯注射模四、斜滑块侧向分型与抽芯注射模五、带有活动镶件的注射模六、定模带有推出装置的注射模七、角式注射机用注射模讨论思考题作业题： 4-4主要参考文献：塑料成型工艺与模具设计机械工业出版社 屈华昌主编 2011模具制造手册机械工业出版社 1998备注第四章注射成型模具结构及注射机教学目的、要求：了解注射模具的典型结构教学重点、难点：注射模具的典型结构第二节注射模具的典型结构一、单分型面注射模二、双分型面注射模双分型面注射模具有两个分型面，如图4-2所示。三、斜导柱侧向分型与抽芯注射模图4-6为一斜导柱驱动型芯滑块侧向移动抽芯的注射模。四、斜滑块侧向分型与抽芯注射模五、带有活动镶件的注射模六、定模带有推出装置的注射模图4-13所示为成型塑料衣刷的注射模。由于受衣刷的形状限制，将塑件留在定模上采用直接浇口能方便成型。七、角式注射机用注射模八、螺纹塑件注射模图4-15是自动卸螺纹的直角注射模。开模时，A分型面先分开，同时螺纹型芯1随着注射机开合模丝杠8的后退而自动旋转。作业题：4-4斜导柱
