2.1　理論知識

2.1.1　概述

在塑料制件的生產中，塑料制件的設計起到了重要的作用。對塑料制件設計者來說，不僅要具有機械設計等方面的知識，而且更需要有塑料制件造型、塑料材料及配方、塑料加工、塑料成型模具和成型機械等方面的知識。它們相輔相成，才能設計并開發(fā)出合理、實用、美觀的塑料制件。具體地說，塑料制件設計的一般原則如下。

（1）在選料方面

塑料的物理力學性能，如強度、剛性、韌性、彈性、吸水性以及對應力的敏感性等；塑料的成型工藝性，如流動性、結晶速率，對成型溫度、壓力的敏感性等；塑料制品在成型后的收縮情況及各向收縮率的差異。

（2）在制件形狀方面

能滿足使用要求，有利于充模、排氣、補縮，同時能適應高效冷卻硬化（熱塑性塑料制品）或快速受熱固化（熱固性塑料制品）等。

（3）在模具方面

應考慮它的總體結構，特別是抽芯與脫出制品的復雜程度。同時應充分考慮模具零件的形狀及其制造工藝，以便使制品具有較好的經濟性。

（4）在成本方面

要考慮注射制品的利潤率、年產量、原料價格、使用壽命和更換期限，盡可能降低成本。

2.1.2　塑料制件結構設計

塑料制件的結構設計主要包括三個方面：造型結構、功能結構和工藝結構。造型結構設計是對塑料制件進行外部造型設計并給予裝飾和美化。如機殼、面板、儀表盤和日用塑料等，常常要經過滾花、拋光、彩飾、植絨、鍍覆金屬等修飾與美術相結合，給人以美感。功能結構設計是指要確定實現(xiàn)塑料制件使用功能的形狀、尺寸和壁厚。塑料制件結構設計要做靜載荷下短時間和長時間的形變校核，還要做動載荷下沖擊、疲勞、滯后熱和磨損等校核。工藝結構設計合理是塑料制件生產的前提，它不僅關系到塑料制件的質量，而且還關系到塑料制件的生產率和成本，聚合物流變學是工藝結構設計的理論基礎，用以考慮模塑成型的可行性，必須處理好塑料制件的流動性、收縮率、嵌件和脫模等技術問題，為了簡化單個塑料制件，并實現(xiàn)塑料制件與非塑料制件的連接，保證在流水線上對塑料制件的高速裝配，塑料制件還要進行合理的連接件設計。

以下以工藝結構設計為主，介紹塑料制件的結構設計。

2.1.2.1　便于脫模

（1）盡可能避免側抽

在生產過程中，為簡化模具結構，應盡可能不采用復雜的瓣合模與側抽芯結構。相應地，塑料制件要盡量避免凹陷或側孔，以降低模具成本和塑料制件修整工作量，同時，提高生產效率和模具壽命。有時，適當?shù)馗淖兯芰现萍慕Y構就可大大簡化模具結構。以成型側孔為例，開設在垂直壁上的側孔，如圖2-1（a）所示，必須采用側抽芯結構，但如果修改為有臺階的側壁，如圖2-1（b）～（e）所示，或增加側壁斜度后，再采用組合型芯或異形型芯，即可避免側抽芯。

圖2-2也是成型側孔時由需要側抽芯［圖2-2（a）］改為不需側抽芯［圖2-2（b）］的例子。

帶有整圓式斷續(xù)內側凹槽的塑料制件或內螺紋塑料制件，如果采用內側抽芯的辦法成型，則模具結構很復雜，但當內側凹槽較淺且在脫模溫度下該塑料制件具有足夠的彈性時，則可采用強制脫模的辦法（圖2-3）。只要將塑料制件的內側凹槽設計為帶有圓角斜面或梯形斜面，使得在強制脫出時能產生使側壁橫向膨脹的分力。

（2）設置脫模斜度

①基本設計原則　塑膠產品在設計上通常會為了能夠輕易地使產品由模具脫離出來而需要在邊緣的內側和外側各設有一個傾斜角為脫模斜度。若產品附有垂直外壁并且與開模方向相同的話，則模具在塑料成型后需要很大的開模力才能打開，而且，在模具開啟后，產品脫離模具的過程也十分困難。要是該產品在產品設計的過程上已預留脫模斜度及所有接觸產品的模具零件在加工過程當中經過高度拋光的話，脫模就變?yōu)檩p而易舉的事情。因此，脫模斜度的考慮在產品設計的過程是不可或缺的，因注射件冷卻收縮后多附在凸模上，為了使產品壁厚平均及防止產品在開模后附在較熱的凹模上，脫模斜度對應于凹模及凸模是應該相等的。不過，在特殊情況下若要求產品于開模后附在凹模的話，可將相接凹模部分的脫模斜度盡量減少，或刻意在凹模加上適量的倒扣位。脫模斜度主要是為了避免塑料件在脫模時由于冷卻收縮而對模具產生黏附、摩擦，從而導致其損傷變形，而在塑料件的脫模方向設置的有利于脫模的角度。脫模斜度的確定一般遵循3個原則。

a.脫模斜度一般取整數(shù)，如0.5°、1°、1.5°等（亞光、咬花除外）。

b.塑料件的外觀脫模斜度取值大于內壁的角度，這有利于成型時脫模。

c.在不影響外觀的前提下取較大的脫模斜度。

脫模斜度：為便于脫模，塑件壁在出模方向上應具有傾斜角度α，其值以度數(shù)表示（參見表2-1）。

②脫模斜度確定要點　確定脫模斜度的要點主要包括以下幾點：制品精度要求越高，脫模斜度應越小。尺寸大的制品，應采用較小的脫模斜度。制品形狀復雜不易脫模的，應選用較大的斜度。制品收縮率大，斜度也應加大。增強塑料宜選大斜度，含有自潤滑劑的塑料可用小斜度。制品壁厚大，斜度也應大。斜度的方向：內孔以小端為準，滿足圖樣尺寸要求，斜度向擴大方向取得；外形則以大端為準，滿足圖樣要求，斜度向偏小方向取得。一般情況下脫模斜度可不受制品公差帶的限制，高精度塑件的脫模斜度則應當在公差帶內。

從表2-1中，我們可以看出塑料硬脆、剛性大的，脫模斜度要求大。

具備以下條件的型芯，可采用較小的脫模斜度：頂出時制品剛度足夠；制品與模具鋼材表面的摩擦系數(shù)較低；型芯表面的粗糙度值小，拋光方向又與制品的脫模方向一致；制品收縮量小，滑動摩擦力小。

不同材料的設計要點如下。

a.ABS　一般應用邊0.5°～1°就足夠。有時因為拋光紋路與出模方向相同，脫模斜度可接近至零。有紋路的側面需每深0.025mm（0.001in.）增加1°脫模斜度。正確的脫模斜度可向原料供應商取得。

b.LCP　因為液晶共聚物有高的模數(shù)和低的延展性，倒扣的設計應要避免。在所有的筋、壁邊、支柱等凸出膠位以上的地方均要有最小0.2°～0.5°的脫模斜度。若壁邊比較深或沒有磨光表面和有飾紋等則需要加額外的0.5°～1.5°以上。

c.PBT　若部件表面光潔度好，需要0.5°最小的脫模斜度。經飾紋處理過的表面，每增加0.03mm（0.001in.）深度就需要加大1°脫模斜度。

d.PC　脫模斜度是在部件的任何一邊或凸起的地方要有的，包括上模和下模的地方。一般光滑的表面1.5°～2°已很足夠，然而有飾紋的表面是要求額外的脫模斜度，以每深0.25mm增加1°脫模斜度。

e.PET　塑膠成品的筋，支柱邊壁、流道壁等，如其脫模斜度能夠達到0.5°就已經足夠。

f.PS　0.5°的脫模角是極細的，1°的脫模斜度是標準方法，太小的脫模斜度會使部件難于脫離模腔。無論如何，任何的脫模斜度總比無角度為佳。若部件有飾紋的話，如皮革紋的深度，每深0.025mm就多加1°脫模斜度。

③制品脫模斜度設計　不同制品的脫模斜度有不同的要求，如箱體制品、蓋類制品、格子板形制品、帶加強筋類制品、底筋類制品等。

a.箱體與蓋類制品　如圖2-4所示。

當H≤50mm時，S/H=1/50～1/30。

當50mm＜H≤100mm時，S/H≤1/60。

b.格子板形制品　如圖2-5所示。

當格子的間距P≤4mm時，脫模斜度α=1/10P。格子C尺寸越大，脫模斜度越大。

當格子高度H超過8mm，脫模斜度不能取太大值時，可采用圖2-5（b）的形式，使一部分進入動模一側，從而使脫模斜度滿足要求。

c.帶加強筋類制品　如圖2-6所示。

A=（1.0～1.8）T。

B=（0.5～0.7）T。

d.底筋類制品　如圖2-7所示。

A=（1.0～1.8）T。

B=（0.5～0.7）T。

e.凸臺類制品　如圖2-8、表2-2所示。

高凸臺制品（H＞30mm）的脫模斜度如下。

型芯：

型腔：

型芯的脫模斜度應大于型腔。

f.最小脫模斜度　脫模斜度影響制品的脫出情況。如果脫模斜度很小，脫模阻力增大，頂出機構就會失去作用。在一般情況下，不能小于最小脫模斜度，以防止制品留模。具體的最小脫模斜度數(shù)值請參見表2-3。

（3）盡可能簡化制件

在保證使用要求前提下，力求簡單、便于脫模，盡量避免或減少抽芯機構。注射生產的工藝裝備是模具，模具是塑料件的形狀的反映。由于塑料件結構復雜，模具不得不在結構上復雜化，甚至出現(xiàn)無法實現(xiàn)的結構，塑料件在設計時就應該充分考慮這一點，在保證外觀和功能的前提下，力爭使模具結構盡可能簡化，從而節(jié)約時間和成本并可以提高產品質量。例如，塑料件上有很多的側凹槽和側孔等結構阻礙產品沿頂出方向出模，一般要采取抽芯、斜頂?shù)冉Y構。如果在實現(xiàn)功能和保證外觀的前提下，將凹槽和側孔設計成與頂出方向一致或設計成碰穿結構，將大大簡化模具結構。因此，在進行塑料件結構設計時應避免過多的復雜結構。

塑料件的設計應避免內切結構。塑料件上有內切的結構無法直接脫模，造成模具無法設計或必須用模芯、隱藏式結構或將模具分離，但這樣做增加了模具制作的復雜性，降低了模具的可靠性，產生廢品的可能性增大，增大了制造成本。因此，在進行結構設計時應盡量避免出現(xiàn)內切結構。

2.1.2.2　保證質量

（1）壁厚均勻

從成型質量的角度來看，當壁厚太小時，成型時流動阻力大，對大型復雜制品造成進澆困難，不易充滿型腔而造成缺料；塑料件的壁厚過大，不但造成原料的浪費，而且影響產品的質量，在成型的過程中容易產生氣泡、凹陷、縮孔、翹曲等缺陷。常見熱塑性塑料和熱固性塑料壁厚的常用值可查閱相關資料。

同一塑料制件的壁厚應盡可能均勻，否則會因冷卻或固化速度不同而產生附加內應力，引起翹曲變形。如圖2-9所示，（a）為改進前的設計，它們或壁厚過大、或壁厚不均；（b）為改進后的設計。

（2）加強筋

多數(shù)塑料的彈性模量好強度較低，受力時容易變形甚至破壞。單純采用增加壁厚的辦法來提高塑料制件的強度和剛度是不合理的，在塑料件上設置加強筋，可有效提高塑料制件的強度和剛度，防止塑料件的翹曲變形。恰當?shù)募訌娊钗恢眠€可降低充模阻力，改善塑料熔體的流動性。

在布置加強筋時，要避免或減少塑料局部集中，否則會產生縮孔、氣泡。如圖2-10所示為容器的底或蓋上加強筋布置情況，（a）由于加強筋交匯，厚度嚴重不均勻，（b）為改進后的設計。其改進方法是：將加強筋錯位；加強筋交叉部位設計成空心結構。

以塑料制件的整個底面作為支撐面是不合理的，因為塑料制件上的大平面容易發(fā)生翹曲變形，導致底面不平。為此，常以凸出的底腳（三點或四點）或凸邊來作為支撐面，如圖2-11所示。以環(huán)形的凸邊作為支撐面最常用，它可明顯增加剛性。

（3）設計圓角

除特殊要求外，塑料制件的結構設計要特別注意避免尖銳棱角的產生。棱角處幾何形狀的過渡若不連續(xù)，該處會產生應力集中現(xiàn)象，從而會產生裂紋。塑料材料的強度通常很低，應力集中的地方更易損壞。避免應力集中主要的措施是改善構件的尖銳棱角部位的結構形式。例如，在尖角部位增加倒角、倒圓角或以平緩的過渡段代替。

圓角具有以下特點。

①圓角可避免應力集中，提高制件強度　在零件的轉角處易產生應力集中，在受力或受沖擊、振動時會發(fā)生破裂，如果成型條件不當或零件結構不合理，則會產生很大的內應力，特別容易產生應力開裂。實驗數(shù)據(jù)證明，當圓角半徑小于零件壁厚0.3倍時應力集中急劇增大；當大于壁厚0.8倍時，應力集中明顯變小。

②圓角可有利于充模和脫模　對于一些流動性差的塑料或加入填料的塑料，零件設計圓角尤為重要，不僅可改善充模性能，而且可提高零件使用性能。圓角還可使料流平滑繞過，大大改善塑料的充模特性，得到完整的塑料制件。

③圓角有利于模具制造，提高模具強度　零件上設計了圓角，模具的對應部位也呈圓角，這就增加了模具的堅固性，模具在淬火或使用時不致因應力集中而開裂，因而也增加了模具的強度。

④提高電鍍塑料制件的電鍍性能　需要電鍍的塑料制件若存在尖角，在電鍍時會增加該處的電流密度，造成尖角處鍍層厚度增加、凹陷處鍍層過薄，如圖2-12所示。

（4）孔的設計

塑料制件上常見的孔有通孔和盲孔兩類，最常見的孔的斷面形狀是圓孔，此外還有矩形孔、螺紋孔以及其他形狀的異型孔。

在塑料制件上開孔會減弱塑料制件的強度，為了不至于在孔與孔之間、孔與側壁之間發(fā)生裂縫或破損，其間要留有足夠的尺寸。一般來說，孔與孔的邊緣、孔邊與制品邊緣之間的距離不小于孔徑。塑料制件上固定用孔或其他需承受較大負荷的孔，孔邊應設計凸邊來加強，如圖2-13所示。

（5）螺紋設計

塑膠件上設計螺紋一般用于靜連接，螺紋的成型方法可以分為四類：用自攻絲攻出螺紋；模塑法成型螺紋，包括使用帶內螺紋的金屬嵌件來成型；模塑后將帶螺紋的嵌件壓制件；切削加工。

根據(jù)螺紋的齒形，常用的塑料螺紋有標準螺紋、矩形螺紋、梯形螺紋、鋸齒形螺紋，圓弧形螺紋、V形螺紋等，如圖2-14所示。

此外，螺紋還有單頭、雙頭、三頭以及連續(xù)性等的區(qū)分。

在塑料制品上直接成型的螺紋不能達到高精度要求。在經常裝卸和受力較大的地方不宜采用塑料螺紋，而應在塑料中裝入金屬的螺紋鑲件。塑料螺紋應選用較大的螺牙尺寸，直徑較小時不要選用細牙螺紋，否則會影響使用強度。

塑料螺紋的直徑不宜過小，螺紋的大徑不應小于4mm，小徑不應小于2mm。如果模具上螺紋的螺距未考慮收縮值，那么塑料螺紋的配合長度不能太長，一般不大于螺紋直徑的1.5～2倍，否則會產生干涉造成附加內應力，使螺紋連接強度降低。

因為一般塑料比金屬的強度和剛度差，為了防止螺孔最外圈的螺紋崩裂或變形，螺孔始端應有一個深度為0.2～0.8mm的臺階孔。螺紋末端也不宜與底面相連接，一般與底面應留有大于0.2mm的距離。

同樣，塑料螺紋的始端與頂面應留有0.2mm以上的距離，末端與底面也應留有0.2mm的距離，外螺紋的始端和末端均不應突然開始和結束，而應有過渡部分。

螺紋的設計要點如下。

a.螺紋的直徑不宜過小，通常外螺紋應大于4mm，內螺紋應大于2mm，直徑較小時應盡量避免使用細牙螺紋。

b.模塑螺紋的螺距就≥0.75mm，螺紋配合長度≤12mm，當塑料螺紋與金屬螺紋配合時，其配合長度通常取螺紋直徑的1.5倍。

c.螺紋的起始端和末端都應設計一段無螺紋的過渡段。

d.塑件螺紋孔到邊緣的距離應大于螺紋外徑的1.5倍，且應大于塑件壁厚的1/2。螺紋孔間距離應大于螺紋外徑的0.75倍，且應大于塑件壁厚的1/2。

（6）其他結構

①凹凸紋　手柄、旋鈕、蓋之類塑件，為了使用方便，其周邊上大都設計有凹凸紋。凡有凹凸紋的塑件設計，一般要考慮下列因素：外形美觀，凹凸紋與脫模方向一致，并有適當脫模斜度；模具的型腔、型芯便于機械加工，或能適合冷擠壓、電加工等先進工藝。

②標志　由于造型、裝飾或其他特殊要求，常需要在塑件上制出文字或圖案等標志。塑件上的標志有陽文（凸出）和陰文（凹入）之分，標志表現(xiàn)在塑件和模具上是互為反向的。由于模具上的陰文容易加工，所以塑件上的標志多采用陽文。有時為了便于更換標志，可將標志的成型部件制成嵌件，鑲嵌在模具上。

③支承面　當以塑件的整個底面作為支承面時，應將其設計成凹形或設加強筋。這樣，既可提高塑件的基面效果，又可延長塑件的使用壽命。

2.1.2.3　塑件的尺寸精度

影響塑料零件尺寸精度的因素很多而且十分復雜，歸納起來主要有以下幾方面。

①塑料原料本身的特性，一般結晶型和半結晶型的塑料的收縮率比無定型的大，范圍也寬，因此零件尺寸精度也就有差異。

②成型工藝條件，如料溫、模溫、注射壓力、保壓壓力、塑化背壓、注射速度、成型周期等都會影響成型收縮率的大小和波動范圍。

③模具的結構，如分型面選擇、澆注系統(tǒng)的設計、排氣、模具的冷卻和加熱等以及模具的剛度等都會影響零件尺寸精度。

④模具在使用過程中的磨損和模具導向部件的磨損也會直接影響零件的尺寸精度。因此在制件設計中正確合理確定尺寸公差是非常重要的。對于工程塑料制件，尤其是以塑代鋼的制件，設計者往往簡單地套用機械零件的尺寸公差，這是很不合理的，許多工業(yè)化國家都根據(jù)塑料特性制定了塑料零件尺寸公差。我國也于1993年發(fā)布了《工程塑料模塑塑料件尺寸公差》（GB/T 14486—1993），現(xiàn)已更新為GB/T 14486—2008，設計者可根據(jù)所用的塑料原料和零件使用要求，根據(jù)標準中的規(guī)定確定零件的尺寸公差。大部分的塑料成形品皆能維持相當緊密的尺寸公差，除了高收縮性的材料如PE、PP、Nylon、POM、EVA及軟質PVC其收縮率達到2%～3%，一般熱塑性制品的商業(yè)許可公差為±0.5%。所以對于這些高收縮性材料必須指定較大的允許公差才行，因為其尺寸公差很難借模具設計予以補救。產品設計者在選定尺寸公差時要考慮使用的塑料材料、產品形狀及將來使用條件等。隨著公差的嚴格要求，其制造加工精度與模具價格亦相對提高，所以產品設計者于圖面上記入公差時，要審慎地設定適用于此公差的使用條件。因此，產品設計者所設定的總公差應該包含了使用條件和環(huán)境條件下的尺寸變化。塑料零件除了尺寸公差以外，對于一些精密成形更須考慮形狀公差，因為澆口的種類和位置或是模具溫度調節(jié)系統(tǒng)決定，皆須根據(jù)這些資料來設計。

2.1.3　帶有嵌件的塑料制件設計

塑料成型過程中所埋入的或成型后壓入的螺栓、接線柱等金屬或其他材質零件，統(tǒng)稱為塑件中的嵌件。嵌件可增加制品的功能或對制品進行裝飾。

塑料內的嵌件通常作為緊固件或支撐部分。此外，當產品在設計上考慮便于返修、易于更換或重復使用等要求時，嵌件是常用的一種裝配方式。但無論是作為功能或裝飾用途，嵌件的使用應盡量減少，因使用嵌件需要額外的工序配合，增加生產成本。嵌件通常是金屬材料，其中以銅為主。嵌件的設計必須使其穩(wěn)固地嵌入塑料內，避免旋轉或拉出。嵌件的設計亦不應附有尖角或鋒利的邊緣，因為尖角或鋒利的邊緣使塑料件出現(xiàn)應力集中的情況。

嵌件的模塑使操作變繁、周期加長、生產率降低（帶有自動裝夾嵌件的機械手或自動線不在此列）。

2.1.3.1　嵌件的結構形式

常見的金屬嵌件形式如圖2-15所示。

嵌件的形狀及結構要求如下。

①金屬嵌件采用切削或沖壓加工而成，因此嵌件形狀必須有良好的加工工藝性。

②具有足夠的機械強度（材質、尺寸）。

③嵌件與塑料基體間有足夠的結合強度，使用中不拔出、不旋轉。嵌件表面需有環(huán)形溝槽或交叉花紋；嵌件不能有尖角，避免應力集中引起的破壞；盡可能采用圓形或對稱形狀的嵌件，保證收縮均勻。

④為便于在模具中安放與定位，嵌件的外伸部分（即安放在模具中的部分）應設計成圓柱形，因為模具加工圓孔最容易（圖2-16）。

⑤模塑時應能防止溢料，嵌件應有密封凸臺等結構（圖2-17）。

⑥便于模塑后嵌件的二次加工，如攻螺紋、端面切削、翻邊等。圖2-18（a）即為模塑后再翻邊的嵌件結構。

⑦特殊嵌件的結構參見圖2-18（b）～（c）。

⑧嵌件材料　銅、鋁、鋼、硬質異種塑件以及陶瓷、玻璃等都可作為嵌件材料，其中，黃銅不生銹、耐腐蝕、易加工且價格適中，是嵌件的常用材料。

2.1.3.2　嵌件的固定

①為避免制品底部過薄出現(xiàn)波紋形縮痕而影響外觀及強度，應取嵌件底面距制品壁面的最小距離T＞D/6（圖2-19）。

②嵌件與制品側壁的間距不能過小，以保證模具有一定的強度（圖2-20）。

③凸臺中設置嵌件時，為保證嵌件結合穩(wěn)定以及塑料基體的強度，嵌件應伸入到凸臺的底部（需保證最小底厚），嵌件頭部作成圓角（圖2-21）。

④小型圓柱形嵌件可用中間開槽或表面菱形滾花結構植于塑料基體之中（圖2-22），滾花槽深1～2mm。

⑤板、片狀嵌件可用孔窗固定法固定，但薄形嵌件（厚度小于0.5mm）宜用切口或打彎的方法固定（圖2-23）。

⑥桿形嵌件可用將頭部打扁、沖缺、壓彎、劈叉等形式固定（圖2-24），也可用將圓桿的中間部分壓扁的方法固定（圖2-25）。

⑦管形沖壓嵌件，可在沖壓時加工出膨凸部分，用以增強緊固力（圖2-26）。

2.1.3.3　嵌件的安放與定位

（1）嵌件的安放、定位要求

①不能因設備的運動或振動而松動甚至脫落。

②在高壓塑料熔體的沖擊下不產生位移和變形。

③嵌件與模具的配合部分應能防止溢料，避免出現(xiàn)毛刺，影響使用性能。

（2）軸類嵌件的安放定位

如圖2-27所示。

（3）孔類嵌件的安放定位

如圖2-28～圖2-30所示。

（4）細長嵌件的安放定位

細長嵌件的軸線與料流方向垂直時，易產生彎曲變形，需用銷軸等支承，以增加其剛性（圖2-31）。注意，附加的支承孔不應影響制件的使用。

2.1.3.4　塑料的裂紋和強度

（1）裂紋產生的原因

①塑料收縮的內應力和自然老化　如圖2-32所示。

②嵌件的結構和安放位置不合理　如圖2-33所示。

（2）保證連接強度的必要條件——最小壁厚

見表2-4。

2.1.3.5　裝配式嵌件

（1）鈑金加工（裝配）法

鉚接（圖2-34）、折彎（圖2-35）等均為鈑金加工（裝配）法。

（2）用工具將嵌件壓入或旋入制品中

如圖2-36、圖2-37所示。

（3）熱插法

熱固性塑件出模時，在熱態(tài)下將嵌件插入，冷卻后即牢固地結合在一起（圖2-38）。塑料收縮量應在其彈性范圍內，否則塑料會裂開。

（4）其他裝配方法

①黏結　熱固性塑料用環(huán)氧樹脂黏結，熱塑性塑料用溶劑類黏結劑黏結。

②超聲波裝配　熱塑性塑料軟化后壓入。

2.1.3.6　塑料嵌件

在金屬條料、卷料等已沖壓零件的型孔內，模塑出小型塑料零件，使兩者成為不可拆卸的組合件。這時，金屬沖壓件是主要零件，塑件則是嵌件。

常見的塑料嵌件為齒輪、凸輪、短軸等（圖2-39）。

外插注射模具為三板式或點澆口的熱流道模（圖2-40）。

2.1.4　塑料制件的表面整飾

2.1.4.1　表面機械加工處理

塑料拋光方法較多，如機械拋光、化學拋光、電解拋光、超聲波拋光、流體拋光和磁研磨拋光等，以下將逐條介紹。

（1）機械拋光

機械拋光是靠切削、材料表面塑性變形去掉被拋光后的凸部而得到平滑面的拋光方法，一般使用油石條、羊毛輪、砂紙等，以手工操作為主，特殊零件如回轉體表面，可使用轉臺等輔助工具，表面質量要求高的可采用超精研拋的方法。超精研拋是采用特制的磨具，在含有磨料的研拋液中，緊壓在工件被加工表面上，作高速旋轉運動。利用該技術可以達到Ra 0.008μm的表面粗糙度，是各種拋光方法中精度最高的。

光學鏡片模具常采用這種方法。

（2）化學拋光

化學拋光是讓材料在化學介質中表面微觀凸出的部分較凹部分優(yōu)先溶解，從而得到平滑面。這種方法的主要優(yōu)點是不需復雜設備，可以拋光形狀復雜的工件，可以同時拋光很多工件，效率高。化學拋光的核心問題是拋光液的配制。化學拋光得到的表面粗糙度一般為數(shù)十微米。

（3）電解拋光

電解拋光基本原理與化學拋光相同，即靠選擇性地溶解材料表面微小凸出部分，使表面光滑。與化學拋光相比，可以消除陰極反應的影響，效果較好。

（4）超聲波拋光

將工件放入磨料懸浮液中并一起置于超聲波場中，依靠超聲波的振蕩作用，使磨料在工件表面磨削拋光。超聲波加工宏觀力小，不會引起工件變形，但工裝制作和安裝較困難。超聲波加工可以與化學或電化學方法結合。在溶液腐蝕、電解的基礎上，再施加超聲波振動攪拌溶液，使工件表面溶解產物脫離，表面附近的腐蝕或電解質均勻；超聲波在液體中的空化作用還能夠抑制腐蝕過程，利于表面光亮化。

（5）流體拋光

流體拋光是依靠高速流動的液體及其攜帶的磨粒沖刷工件表面達到拋光的目的。常用方法有：磨料噴射加工、液體噴射加工、流體動力研磨等。流體動力研磨是由液壓驅動，使攜帶磨粒的液體介質高速往復流過工件表面。介質主要采用在較低壓力下流過性好的特殊化合物（聚合物狀物質）并摻上磨料制成，磨料可采用碳化硅粉末。

（6）磁研磨拋光

磁研磨拋光是利用磁性磨料在磁場作用下形成磨料刷，對工件磨削加工。這種方法加工效率高，質量好，加工條件容易控制，工作條件好。采用合適的磨料，表面粗糙度可以達到Ra 0.1μm。

2.1.4.2　表面裝飾處理

塑料制件表面經常通過添加涂飾層、鍍層、彩色圖案或字樣來進行表面整飾。表面整飾一般分為裝飾性表面整飾和功能性表面整飾。

裝飾性表面整飾主要為提高塑料制件的裝飾效果，獲得好的制品外觀，提高塑料制件的耐候性、耐溶劑性、耐磨性或防塵效果。主要的整飾方法有涂料、染色、印刷、表面金屬化等形式。功能性表面整飾則是為了提高塑料制件表面的硬度、抗劃傷和擦傷、表面的導電性，改善耐熱、耐光及耐化學品侵蝕的能力。

（1）涂料涂飾

①概述　塑料制品表面的涂飾，是將涂料涂覆在制品表面上，形成涂層，涂層具有裝飾性和功能性的作用。涂層裝飾性的優(yōu)點是：色彩范圍寬廣；改變制品外觀，減小制品塑料感；控制制品外表光澤度，實現(xiàn)多色、木紋樣或珠光等表面裝飾效果。

此外，涂飾是使深色塑料制品外表變?yōu)闇\色的唯一方法，如酚醛塑料制品。涂層功能性的優(yōu)點是：掩蓋制品表面流線痕缺陷；提高制品耐氣候性、耐化學性、耐水性、耐溶劑性等。

例如，ABS易發(fā)生紫外光降解，涂料涂飾后的ABS塑料制品能防止紫外光引起的降解。聚氯酯泡沫塑料用涂料涂飾后，提高了制品的耐氣候性和色彩穩(wěn)定性。減小了塑料制品表面摩擦，改善了耐磨性。

②涂飾前制品表面預處理　涂飾前塑料制品表面預處理直接關系著涂層在制品表面的附著力。去除被涂制品表面油污和脫模劑等異物，異物會引起涂層附著力減小。除去塑料制品表面異物一般可用清潔劑或溶劑擦拭，但是使用溶劑應特別注意，大多數(shù)溶劑對塑料有侵蝕性，例如聚苯乙烯、ABS塑料制品，可使用肥皂水、洗滌劑溶液、酒精、四氯化碳等擦拭。對聚氨酯泡沫塑料制品，除去制品表面殘留的聚硅氧烷脫模劑，可使用三氯乙烯或四氯乙烯等強溶劑。大部分塑料制品都帶有靜電而使制品表面吸附灰塵，涂飾前應除去灰塵，一般可使用除靜電劑清洗或用空氣離子噴槍除靜電。

③涂料

a.涂料選擇　塑料涂料選擇時，除了考慮被涂物的附著力外，還應考慮被涂塑料的耐溶劑性、應變性、耐熱性。此外還要考慮涂料的價格和溶劑揮發(fā)物的毒性。

b.涂料組成　基料：各種油脂和樹脂，是構成涂料的基礎，可以單獨成膜或黏結顏料等共同成膜。

顏料：作用是構成涂層色彩，提高涂層硬度和耐光性能。

輔料： 輔料包括各種溶劑和助劑。

溶劑：在涂料中起著溶解樹脂和調節(jié)稠度的作用，溶劑的用量很大，在涂層形成過程中全部揮發(fā)。

助劑：包括催干劑、潤濕劑、懸浮劑和增韌劑等，助劑的用量不大，在涂層形成過程中不揮發(fā)，留在涂飾制品表面上。

目前常用涂料都是溶劑型。熱固性塑料能耐大多數(shù)溶劑，而熱塑性塑料一般易受溶劑侵蝕，影響制品外觀。因此，在塑料工業(yè)中使用無溶劑涂料的意義越來越大，如水基涂料、輻照固化涂料和粉末涂料等。

④涂飾方法　一般有噴涂、流動涂飾、浸漬涂飾（簡稱浸涂）、滾筒涂飾等。噴涂是塑料制品表面涂飾的常用方法，具有功效高、適應性強、操作方便等優(yōu)點，但是涂料損耗大，操作時有溶劑揮發(fā)，操作間需要通風裝置。塑料制品表面涂飾噴涂操作使用專用噴槍，涂料進入噴槍借助壓縮空氣壓力成霧狀噴出，均勻地黏附在被涂制品表面，壓縮空氣應凈化處理。

表面涂料涂飾制品的設計，應根據(jù)表面涂飾要求設計制品外形，例如，制品表面局部涂飾，或在同一制品表面上分別涂飾幾種顏色的涂層，為了獲得理想的涂飾效果，設計制品時應使涂飾表面與非涂飾表面、或不同顏色涂飾表面之間形成微小高度差的階梯型分界。

制品表面局部噴涂或同一表面噴涂幾種顏色的涂層，一般采用遮面噴涂，利用遮面掩蓋非涂飾表面。

⑤塑料的涂飾性能

a.ABS塑料　ABS塑料為不透明的熱塑性塑料，其涂飾性能好，可涂飾的涂料品種較多。ABS模塑制品存在內應力，易引起涂料中溶劑對它的侵蝕，因此涂料涂飾前制品須進行退火處理，退火溫度低于其熱變形溫度5～6℃，退火時間約為2h。

b.聚甲醛塑料　聚甲醛塑料是一種結晶型熱塑性塑料，其涂飾性能很差，大多數(shù)涂料對它的黏附性很差。因此，一般聚甲醛塑料制品不使用涂料涂飾。若要對其進行涂料涂飾，涂飾前制品表面應作特殊處理。此外，最好先用涂料打底，再涂面涂料。涂飾后，涂料如需烘干，烘干溫度不超過157℃，若超過160℃，將影響其物理性能。

c.尼龍塑料　尼龍塑料是一種結晶型的熱塑性塑料，其涂飾性能很好，是一種吸濕性材料，通常情況下，含濕量為1.5%～2%，涂料涂飾前制品應進行烘干處理。

d.聚碳酸酯塑料　聚碳酸酯是一種透明的熱塑性塑料，多種溶劑能使它產生銀紋或浸蝕，因此聚碳酸酯塑料制品表面涂飾前，應作溶劑浸蝕實驗。先用涂料打底，然后進行表面涂飾。模塑制品表面涂飾前，須作退火處理，退火溫度低于120 ℃。涂飾后涂料烘干溫度不超過120 ℃。

e.聚烯烴塑料　聚烯烴塑料包括PE 、PP，它們的涂料涂飾性能不好，涂飾前制品表面須進行特殊處理，以提高塑料制品和涂料制件的黏附性能。

f.聚苯乙烯塑料　PS是一種透明的熱塑性塑料，它的涂飾性能好。對溶劑特別敏感，制品表面涂飾前，先涂一層丙烯酸類、醇酸類或脲醛類樹脂的底涂層，以防止涂料中溶劑的侵蝕。模塑制品表面涂飾前，最好進行退火處理，退火溫度不超過63℃。

g.聚氯乙烯塑料　PVC是一種廣泛使用的熱塑性塑料，其涂料涂飾性能較好。軟質或半硬質聚氯乙烯塑料制品中增塑劑的遷移性，對某些涂料的涂飾層會有影響。

h.熱固性塑料　熱固性塑料的涂飾性能較好，如同金屬一樣，多種涂料可用于熱固性塑料制品的表面涂飾，涂層烘干溫度對它無影響。

（2）染色

①塑料制品表面染色是整飾方法之一，適合于塑料制品原色彩不合要求、表面金屬化層或涂料涂飾層的著色。塑料制品染色方法通常有槽浴染色和軋染兩種。槽浴染色是最普通的一種方法，適合單件、小型塑料制品（如紐扣、按鈕等）的染色。

②用于塑料染色的染料基本分為三類。

酸性染料：常用于尼龍類塑料制品和尼龍絲的染色，具有很好的親和力。染色的耐光和耐溶劑性能好，耐洗性較好。

堿性染料：堿性染料適合于丙烯酸類透明塑料制品和纖維的染色，具有光亮度好和著色性強的優(yōu)點。但這類染料對大多數(shù)塑料品種的染色親和力不大，耐洗和耐光性差。

分散染料：不溶于水，僅微溶于熱水中，因此分散染料以非水溶液或水分散體的形式用于染色。對大多數(shù)塑料的親和力大，著色性好，耐洗性優(yōu)良，但是耐溶劑性差于酸性和堿性染料。它們的耐光性隨每種染料品種的不同而變化。

染色的牢度取決于染料分子向被染基質內部擴散的程度。染料分子向塑料內部擴散受多種因素影響，如：染料的品種；被染塑料制品的表面物理狀態(tài)；染色液的配方；染色液溫度、染色時間等。

此外，塑料中各種添加劑，如增塑劑、內潤滑劑和抗靜電劑等也影響染料分子向塑料內部的擴散。

（3）印刷

印刷賦予塑料制品表面色彩、圖案及文字等，其作用在于豐富色彩，美化裝潢。塑料制品表面印刷的方法有多種，選擇印刷方法時，應考慮制品的形狀、尺寸、塑料品種，此外，還應考慮印刷油墨或塑料的種類及印刷操作的機械化和自動化等。

因此，設計塑料制品時，應周密考慮，在達到質量要求的前提下，盡量選擇高效和經濟的印刷方法。

①絲網印刷　絲網印刷又稱絹印，廣泛應用于塑料瓶子或其他塑料制品平面和弧面上的印刷。絲網印刷油墨層厚，富于立體感。

絲網印刷操作的主要工具是橡膠輥（或稱敷墨輥）和絲網版，橡膠輥是推擠油墨通過絲網的工具。絲網版是印刷底版，油墨通過網版孔，黏附在制品表面，移去底版，待干燥后，即成凸起在制品表面的印刷圖案或文字。

一塊印刷底版印刷一種顏色，若印刷圖案要求多種顏色，按圖案各色分別制版，然后逐色印刷，該工藝稱為套印。絲網印刷油墨，用氯乙烯-醋酸乙烯二元共聚樹脂作基料，環(huán)己酮、二甲苯等作混合溶劑，制成清漆后，用油溶性顏料粉著色。

絲網制版上，編織絲網的常用材料有蠶絲、尼龍絲、不銹鋼絲及其他合成纖維絲等。絲網的網孔尺寸為160 ～350 目，通常選用230目。網格尺寸的選擇，直接影響印刷效果，應考慮印刷圖案的面積、圖案紋線深度、圖案精密度、油墨流動性、印刷速度等因素。

②移印　移印屬于特種印刷方式之一。它能夠在不規(guī)則異形對象表面上印刷文字、圖形和圖像，現(xiàn)在正成為一種重要的特種印刷。例如，手機表面的文字和圖案就是采用這種印刷方式，還有計算機鍵盤、儀器、儀表等很多電子產品的表面印刷，都以移印完成。

（4）表面金屬化

①概述　塑料制品表面金屬化是在塑料表面鍍一層牢固的金屬，使塑料賦予金屬的性質。塑料金屬化有三種方法。

塑料整體金屬化：在塑料中混入金屬粉、石墨粉等，使塑料整體具有導電性及其他的金屬物性。

塑料表面金屬化：只在塑料表面附著金屬層，使塑料具有金屬樣外觀及金屬的物性。

塑料部分表面金屬化：只在塑料部分表面附著金屬層，使部分塑料具有金屬物性。

②表面金屬化的優(yōu)點　表面金屬化具有以下諸多優(yōu)點，如可改善外觀、改善力學性能、提高耐熱性、改善耐候性、減少吸水率、賦予導電性和改善洗凈性等。

③可金屬化的塑料　塑料能否金屬化，關鍵是塑料與金屬層的附著力，一般來說，塑料與金屬之間的附著力很小，達不到使用要求。因此，塑料表面金屬化之前表面需進行處理，以增加兩者之間的附著力。ABS是表面金屬化的主要品種，占全部表面金屬化塑料用量的90%，其次是聚丙烯塑料，占7%～8%，PC、UPVC、PA、PMMA、聚砜、聚乙烯等塑料也可以金屬化，但用量極少。

塑料表面金屬化分為濕法工藝和干法工藝。其中濕法工藝包括化學鍍、噴霧化學鍍、化學鍍-電鍍；干法工藝包括真空蒸鍍、陰極濺鍍、離子鍍等。

a.塑料表面金屬化濕法工藝　塑料是電的絕緣體，因而不能進行直接電鍍。化學鍍是利用化學還原作用將鍍液中的金屬離子還原為金屬析出覆于塑料表面。但是化學鍍的速度很慢，鍍層太厚表面粗糙，缺乏光澤，無實用價值。所以塑料表面金屬化先以化學鍍得到薄鍍層，賦予塑料制品導電性，然后進行電鍍獲得厚鍍層，化學鍍僅是塑料電鍍的前處理。電鍍是在鍍液中設置陰極和陽極，兩極通直流電，陰極析出金屬附著在塑料制品表面，形成金屬鍍層。塑料表面電鍍有鍍銅、鍍鎳、鍍鉻和鍍合金等。

b.塑料表面金屬化干法工藝　真空蒸鍍是在高真空條件下，通過金屬細絲的蒸發(fā)和凝結，使金屬薄層附著在塑料表面。蒸鍍金屬有鋁、金、銀、銅等，最常用的是鋁，鍍膜層厚度為0.8～1.2μm，不透明和有光澤。由于膜層極薄，適用于裝飾性表面金屬化。主要用于塑料薄膜表面金屬化。

④表面熱壓印（又稱燙印和燙箔）　熱壓印又稱燙印或燙箔，是20世紀70年代發(fā)展起來的一項表面新技術，廣泛應用于塑料、紙、木材、皮革等材料的各種制品和半制品。熱壓印裝飾使用一種特制熱壓印箔，熱壓印箔由裝飾層和載體塑料膜兩部分組成，裝飾層可以是具有金屬光澤的金屬膜或各種圖案的印刷層。熱壓印是在控制的溫度、壓力和時間下，將熱壓印箔的裝飾層與載體塑料膜進行界面分離及邊緣切割，而被轉移到待裝飾制品的表面上，完成熱壓印，卸壓并掀去熱壓印箔殘體，制品表面顯示色澤鮮艷、美觀的裝飾效果。

應用領域：汽車工業(yè)、通信工業(yè)、化妝品、家庭用品/電器、影音行業(yè)、塑料卡片等。

a.熱壓印方法　凸面熱壓印制品裝飾表面為平面，熱壓印模表面刻制凸形裝飾圖案或字體，熱壓印后，制品表面形成凹形圖案或字體，熱壓印箔裝飾層粘接在凹形圖案或字體表面上，裝飾層低于制品表面，裝飾層不易磨損。壓印模根據(jù)使用情況可用鎂、銅、鋼、硅橡膠等材料制成，同時應該設置電加熱控溫裝置。

b.平面熱壓印　制品裝飾表面為平面或凸形圖案或字體，熱壓印模的表面為軟質硅橡膠平板。熱壓印過程中橡膠板壓緊熱壓印箔，熱壓印箔粘貼在凸形圖案和字體的表面，使熱壓印箔裝飾層轉移在表面上。

平面熱壓印的另一種形式是滾筒熱壓印，壓印模為滾筒形式，適合平坦表面和大曲率半徑轉角曲表面制品的熱壓印裝飾。

c.熱壓印箔　熱壓印箔是熱壓印裝飾使用的一種專用復合裝飾材料，由裝飾復合層和載體塑料膜兩部分組成，裝飾復合層與載體塑料膜之間，既要求在常溫下有一定的黏附性，又要求在熱壓印條件下可分離性和裝飾復合層的定向邊緣（熱壓印表面形狀輪廓）易切割性。熱壓印箔的品種不同，其組成與結構也不同。

d.熱壓印機　垂直熱壓印機（又稱壓燙機）由壓印機構、工作臺、熱壓印箔輸送裝置和控制裝置組成。適合于平面或凸面熱壓印裝飾。滾筒熱壓印機（滾燙機）由壓印機構、旋轉工作平臺、熱壓印箔輸送裝置、控制裝置組成。適合于平面熱壓印裝飾。

e.熱壓印工藝條件

? 熱壓印溫度　即熱壓印箔粘接層粘接在塑料制品裝飾表面的溫度，該溫度決定于熱壓印箔熱溶膠粘接層的熔融溫度。若熱壓印溫度過高，引起熱壓印箔整飾層變色或損壞；溫度過低，熱壓印箔粘接層熔融不良，裝飾層粘接不牢。

? 熱壓印壓力　熱壓印壓力是指壓印箔緊貼塑料制品裝飾表面上的壓力，保證熱壓印箔平整地緊貼裝飾表面，有利于裝飾層粘接牢固。塑料制品裝飾表面上的熱壓印壓力一般為0.2～0.3MPa。

? 熱壓印時間　熱壓印時間是指熱壓印箔貼緊塑料制品裝飾表面的時間，該時間關系到熱溶膠粘接層的熔融粘接，時間過短粘接不牢。

? 塑料制品裝飾表面預處理　塑料制品裝飾表面上的油污、脫模劑等，會影響熱壓印箔壓印層的粘接牢度，因此，熱壓印前制品裝飾表面需要酒精、四氯化碳等溶劑擦拭。