第1部分 塑料模具基礎知識

塑料模具，是塑料加工工業中與塑料成型機配套的，賦予塑料制品以完整構型和精確尺寸的工具。由于塑料品種和加工方法繁多，塑料成型機和塑料制品的結構又繁簡不一，所以，塑料模具的種類和結構也是多種多樣的。

課堂講解——塑料模具的基礎知識

課時區間1：塑料的基礎知識

1.塑料的定義

塑料（Plastics）是以樹脂為主要成分，在一定溫度和壓力下塑造成一定形狀，并在常溫下能保持既定形狀的高分子有機材料。樹脂是指受熱時通常有轉化或熔融范圍，轉化時受外力作用具有流動性，常溫下呈固態或半固態或液態的有機聚合物。它是塑料最基本的，也是最重要的成分。廣義地講，在塑料工業中作為塑料基本材料的任何聚合物都可稱為樹脂。

塑料是具有塑性行為的材料，所謂塑性是指受外力作用時，發生形變，外力取消后，仍能保持受力時的狀態。塑料的彈性模量介于橡膠和纖維之間，受力能發生一定形變。軟塑料接近橡膠，硬塑料接近纖維。

2.塑料的成分

我們通常所用的塑料并不是一種純物質，是由許多材料配制而成的，其中高分子聚合物（或稱合成樹脂）是塑料的主要成分。此外，為了改進塑料的性能，還要在聚合物中添加各種輔助材料，如填料、增塑劑、潤滑劑、穩定劑、著色劑等，才能成為性能良好的塑料。

3.塑料的基本性能

1）質輕、比強度高

一般塑料的密度都在0.9～2.3克/厘米3之間，只有鋼鐵的1/8～1/4、鋁的1/2左右，而各種泡沫塑料的密度更低，約在 0.01～0.5 克/厘米 3之間。按單位質量計算的強度稱為比強度，有些增強塑料的比強度接近甚至超過鋼材。

2）優異的電絕緣性能

幾乎所有的塑料都具有優異的電絕緣性能，如極小的介電損耗和優良的耐電弧特性，這些性能可與陶瓷媲美。

3）優良的化學穩定性能

一般塑料對酸堿等化學藥品均有良好的耐腐蝕能力，特別是聚四氟乙烯的耐化學腐蝕性能比黃金還要好，甚至能耐王水等強腐蝕性電解質的腐蝕，被稱為“塑料王”。也有一些塑料易溶于溶劑。

4）減摩、耐磨性能好

大多數塑料具有優良的減摩、耐磨和自潤滑特性。許多工程塑料制造的耐摩擦零件就是利用塑料的這種特性，在耐磨塑料中加入某些固體潤滑劑和填料，可降低其摩擦系數或進一步提高其耐磨性能。

5）透光及防護性能

多數塑料都可以作為透明或半透明制品，其中聚苯乙烯和丙烯酸酯類塑料像玻璃一樣透明。有機玻璃化學名為聚甲基丙烯酸甲酯，可用作航空玻璃材料。聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯等塑料薄膜具有良好的透光和保暖性能，大量用作農用薄膜。塑料具有多種防護性能，因此常用作防護包裝用品，如塑料薄膜、箱、桶、瓶等。

6）減震、消音性能優良

某些塑料柔韌而富于彈性，當它受到外界頻繁的機械沖擊和振動時，內部產生粘性內耗，將機械能轉變成熱能，因此，工程上用作減震消音材料。例如，用工程塑料制作的軸承和齒輪可減小噪音，各種泡沫塑料更是廣泛使用的優良減震消音材料。

7）耐低溫性差

塑料的耐熱性比金屬等材料差，低溫下變脆。一般塑料僅能在 100℃以下溫度使用，少數可以在200℃左右使用。

8）熱膨脹率大塑料的熱膨脹系數要比金屬大3～10倍，尺寸的穩定性易受溫度變化的影響。在載荷作用下，塑料會緩慢地產生粘性流動或變形，即蠕變現象。

9）容易老化

塑料在大氣、陽光、長期的壓力作用下會發生老化，性能變壞。

4.塑料的分類

根據各種塑料不同的理化特性，可以把塑料分為熱固性和熱塑性兩種類型。

1）熱固性塑料

熱固性塑料是指在受熱或其他條件下能固化或具有不溶（熔）特性的塑料，如酚醛塑料、環氧塑料等。熱固性塑料又分為甲醛交聯型和其他交聯型兩種類型。

2）熱塑料性塑料

熱塑性塑料是指在特定溫度范圍內能反復加熱軟化和冷卻硬化的塑料，如聚乙烯、聚四氟乙烯等。熱塑料性塑料又分為烴類、含極性基因的乙烯基類、工程類、纖維素類等多種類型。

5.塑料的成型加工

塑料的成型加工是指由合成樹脂制造廠制造的聚合物制成最終塑料制品的過程。加工方法包括壓塑、擠塑、注塑、吹塑、壓延等。

1）壓塑

壓塑也稱模壓成型或壓制成型，主要用于酚醛樹脂、脲醛樹脂、不飽和聚酯樹脂等熱固性塑料的成型。

2）擠塑

擠塑又稱擠出成型，是使用擠塑機（擠出機）將加熱的樹脂連續通過模具，擠出所需形狀的制品的方法。擠塑有時也用于熱固性塑料的成型，并可用于泡沫塑料的成型。擠塑的優點是可擠出各種形狀的制品，生產效率高，可自動化、連續化生產；缺點是熱固性塑料不能廣泛采用此法加工，制品尺寸容易產生偏差。

3）注塑

注塑又稱注射成型。注塑是使用注塑機將熱塑性塑料熔體在高壓下注入到模具內經冷卻、固化獲得產品的方法。注塑也能用于熱固性塑料及泡沫塑料的成型。注塑的優點是生產速度快、效率高，操作可自動化，能成型形狀復雜的零件，特別適合大量生產；缺點是設備及模具成本高，注塑機清理較困難。

4）吹塑

吹塑又稱中空吹塑或中空成型。吹塑是借助壓縮空氣的壓力將閉合在模具中的熱的樹脂型坯吹脹為空心制品的一種方法，包括吹塑薄膜及吹塑中空制品兩種方法。用吹塑法可生產薄膜制品，各種瓶、桶、壺類容器及兒童玩具等。

5）壓延

壓延是將樹脂和各種添加劑經預期處理（捏合、過濾等）后，通過壓延機的兩個或多個轉向相反的壓延輥的間隙加工成薄膜或片材，隨后從壓延機輥筒上剝離下來，再冷卻定型的一種成型方法。壓延主要用于聚氯乙烯樹脂的成型，能制造薄膜、片材、板材、人造革、地板磚等制品。

6.塑料的用途

塑料已被廣泛應用于農業、工業、建筑、包裝、國防尖端工業，以及人們日常生活的各個領域。在農業方面，大量塑料被用于制造地膜、育秧薄膜、大棚膜和排灌管道、漁網、養殖浮漂等。在電子工業中，廣泛使用塑料制作絕緣材料和封裝材料。在機械工業中，用塑料制成傳動齒輪、軸承、軸瓦及許多零部件代替金屬制品。在化學工業中，用塑料做管道、各種容器及其他防腐材料。在建筑工業中，用塑料制作門窗、樓梯扶手、地板磚、天花板、隔熱隔音板、壁紙、落水管件及坑管、裝飾板和衛生潔具等。

7.常用塑料種類

1）ABS：工程塑料，是常用的一種廉價塑料，也是塑料中能進行電鍍的主要原料。

2）PP：聚丙烯，表面硬度低，強度不高，耐磨性差，抗折性能好。

3）PVC：聚氯乙烯，主要用于封邊件、插條件。它適合于擠出成型，同時因其屬塑料件中的不燃材料，加工成型溫度穩定性差，特別是顏色的穩定性不好。

4）PA：尼龍，特點是耐磨耐壓、強度高，室內使用壽命長，個別型號如PA66耐高溫達220℃。缺點是耐候性差，在太陽照射下易改變性能、易斷。

5）PMMA：有機玻璃，俗稱亞克力，是透明塑料材料之中透明度最高的，工件切割時有醋酸味，加工容易；缺點是硬度偏低，表面易劃傷，彎曲時容易龜裂。

6）PC：聚碳酸酯，屬透明材料，表面硬度高、耐劃傷、耐沖擊力強，強度高、耐候性好，耐高溫性能極好。

課時區間2：塑料模具設計的基礎知識

在設計模具的過程中須嚴格按照設計要求，分析模具的結構，設計注塑機的裝夾定位機構，修改成型產品達到使用要求。下面介紹一些模具設計過程中的基礎知識。

1.設計依據

根據制品的整個產品上的具體要求和功能來確定其外觀質量和具體尺寸屬于哪一種。

（1）外觀質量要求較高、尺寸精度要求較低的塑料制品，如玩具。

（2）功能性塑料制品，尺寸要求嚴格。

（3）外觀與尺寸都要求很嚴的塑料制品，如照相機。

（4）脫模斜度是否合理直接關系到塑料制品的脫模和質量，即關系到注射過程中，注射是否能順利進行。脫模斜度要足夠；脫膜斜度要與塑料制品在成型的分?；蚍帜Ｃ嫦噙m應，看其是否會影響外觀和壁厚尺寸的精度，是否會影響塑料制品某部位的強度。

2.設計程序

1）對塑料制品圖及實體（實樣）的分析和消化

（1）制品的幾何形狀。

（2）尺寸、公差及設計基準。

（3）技術要求。

（4）塑料名稱、牌號。

（5）表面要求。

2）型腔數量和型腔排列

（1）制品重量與注射機的注射量。

（2）制品的投影面積與注射機的鎖模力。

（3）模具外形尺寸與注射機安裝模具的有效面積（或注射機拉桿內間距）。

（4）制品精度、顏色。

（5）制品有無側軸芯及其處理方法。

（6）制品的生產批量。

（7）經濟效益（每模的生產值）。

型腔數量確定之后，便可進行型腔的排列，即型腔位置的布置，型腔的排列涉及模具尺寸。

3）澆注系統、抽芯（滑塊）機構、鑲件及型芯、熱交換系統的設計

這些問題與分型面及澆口位置的選擇有關，所以具體設計過程中，要進行必要的調整，以達到比較完美的設計。

3.分型面的要求

（1）不影響外觀。

（2）利于保證產品精度、模具加工，特別是型腔的加工。

（3）有利于澆注系統、排氣系統、冷卻系統的設計。

（4）有利于開模（分模、脫模），確保在開模時，制品留于動模一側。

（5）便于金屬嵌塊的安排。

4.澆注系統的設計

（1）澆注系統的設計包括主流道的選擇、分流道截面形狀及尺寸的確定、澆口位置的選擇、澆口形式及澆口截面尺寸的確定，當利用點澆口時，還應確保分流道的脫落。

（2）脫澆口裝置的設計、脫澆裝置澆口機構。

（3）在設計澆注系統時，首先要選擇澆口的位置。澆口位置的選擇直接關系到產品成型質量。

（4）注射過程的順利進行，澆口位置的選擇應遵循以下原則：

① 澆口位置應盡量選擇在分型面上，以便于模具加工及使用時清理。

② 澆口位置距型腔各個部位的距離應盡量一致，并使其流程為最短。

③ 澆口的位置應保證塑料順利流入型腔。

④ 澆口位置應開設在塑件截面最厚處。

⑤ 避免塑料在流入型腔時直沖型腔壁、型芯或嵌件，使塑料能盡快流到型腔各部位，并避免型芯或嵌件變形。

⑥ 盡量避免使制品產生熔接痕，或熔接痕產生在制品不重要的部位。

⑦ 澆口位置及其塑料流入方向，應使塑料在流入型腔時，能沿著型腔平行的方向均勻地流入，并有利于型腔內氣體的排出。

⑧ 澆口應設置在制品上最易清除的部位，同時盡可能不影響產品外觀。

5.排氣系統的設計

排氣系統對確保制品成型質量起著至關重要的作用。

（1）利用排氣槽。排氣槽一般設在型腔最后被充滿的部位，其深度因塑料不同而異，基本上是以塑料不產生飛邊所允許的最大間隙來確定。

（2）利用型芯鑲件推桿等的配合間隙或專用排氣塞排氣。

（3）有時為了防止制品在頂出時造成真空變形，必設氣銷。

（4）有時為了防止制品的真空吸附，而設計防真空吸附元件。

6.冷卻系統的設計

冷卻系統的設計是一項比較煩瑣的工作，既要考慮冷卻效果及冷卻的均勻性，又要考慮冷卻系統對模具整體結構的影響。

（1）冷卻系統的排列方式及冷卻系統的具體形式。

（2）冷卻系統的具體位置及尺寸的確定。

（3）重點部位如動模或鑲件的冷卻。

（4）側滑塊及側型芯的冷卻。

（5）冷卻元件的設計及冷卻標準元件的選用。