塑料成型工艺与注射模具设计 (9)
《塑料成型工艺与模具设计》课程设计指导书+模版
《塑料成型工艺与模具设计》课程设计指导书一、课程设计的目的(1)培养学生树立正确的设计思想，理论联系实际的工作作风，严肃认真、实事求是的科学态度和勇于探索的创新精神。
(2)培养学生对具体设计任务的理解和分析能力。
(3)培养学生编制注射成型工艺规程的能力和设计塑料模具的能力。
(4)培养学生综合运用所学知识与生产实践经验，分析和解决工程技术问题的能力。
(5)通过课程设计实践，训练并提高学生在理论计算、结构设计、查阅设计资料和应用计算机辅助设计软件以及编写技术文件等方面的能力。
二、课程设计的要求(1)塑料模具设计题目为中等复杂程度塑件，并满足教学要求和生产实际的要求，设计题目选自生产第一线。
(2)及时了解模具技术发展动向，查阅有关资料，准备好设计所需资料和工具。
(3)树立正确的设计思想，结合生产实际综合地考虑经济性、实用性、可靠性、安全性及先进性等方面的要求，严肃认真地进行模具设计。
(4)要敢于创新，勇于实践，充分发挥自己主观能动性和创造性，注意培养创新意识和工程意识。
(5)严格遵守学习纪律，遵守作息时间，不得迟到、早退和旷课。
(6)注射工艺计算正确，编制的塑料注射成型工艺规程符合生产实际；(7)模具结构合理，凡涉及国家标准之处均应采用国家标准，图面整洁，图样及标注符合国家标准。
(8)图纸机绘（计算机绘图）。
三、设计前的准备工作和注意事项1．先期课程塑料成型工艺与模具设计是在学生具备了机械制图、公差与技术测量、材料及热处理、机械设计基础、金属塑性成形原理、成形设备、机械制造技术、模具设计与制造等必要的基础知识和专业知识的基础上进行的。
完成本专业教学计划中所规定的认识实习和生产实习，也是保证学生顺利进行塑料成型工艺与模具设计的必要实践教学环节。
2．设计前应注意的事项(1)设计前必须预先准备好资料、手册、图册、绘图仪器、计算器、图板(计算机)、图纸、报告纸等；(2)设计前应对塑料成型工艺与模具设计的原始资料进行认真地消化，并明确设计要求再进行工作。
塑料成型工艺及模具设计PPT课件
9.2.2 压注模专用零件结构设计
式中 A—加料腔断面积，cm3 N —专用压机辅助缸的额定压力，Ｔ； q — 成型塑料所需的挤压力,按表9-1选用。
9.2.2 压注模专用零件结构设计
当压机确定后，还应计算校核加料 腔内产生的单位挤压力是否足够。 计算校核式为：
1000Ｎ/A=P′≥ｑ 式中 Ｎ－压机额定压力，Ｔ；
P′－实际单位挤压力，Ｋｇ／ cm3
ｑ—不同塑料所需单位挤压力， 参见表9-1
9.2.2 压注模专用零件结构设计
2)加料腔的高度 H=V/A+(0.8 ～ 1.5cm)
(9-5) 式中 H－加料腔高度
V－塑件及浇注系统，以及残余 废料为松散原料时的总体积；
A－加料腔的端面积
9.2.2 压注模专用零件结构设计
2.柱塞
普通压机用压注模柱塞的结构形式如图9－12所示， 图c的柱塞用于移动式模具，外形为头部倒角的简单圆 柱形，图a、b、d的柱塞带有底板，以便固定在压机 上。柱塞与底板之间可做成组合式或整体式。图d的柱 塞上开设有环形槽，塑料溢入充满并固化在槽里，起 到了活塞环的作用，它将阻止塑料从间隙中较多地溢 出。图a、d柱塞端面开设有些楔形沟槽，图9－13清
9.2 压注模
9.2.1 压注模的类型 9.2.2 压注模专用零件结构设计
9.2.1 压注模的类型
（一）普通压机用压注模
1.移动式压铸模(见图9-4)
塑料成型工艺与模具设计
采用新型螺杆设计、优化口模结构等 方法，提高制品尺寸精度和表面质量。
05
模具设计的创新与实践
智能化模具设计
1
智能化模具设计是指利用先进的信息技术、人工 智能和大数据分析，实现模具设计的自动化、智 能化和精细化。
2
通过智能化设计，可以大大提高模具设计的效率 和精度，减少人工干预和误差，降低生产成本， 提高产品质量。
案例概述
本案例介绍了智能化技术在塑料成型工 艺与模具设计中的应用，以提高模具设
计的效率和精度。
快速原型制造
采用3D打印技术制作模具原型，缩短 了模具制作周期，降低了试模成本。
智能化技术应用
采用计算机辅助设计（CAD）软件进 行模具设计，利用仿真技术预测制品 成型过程和优化模具结构。
数据分析与优化
通过收集生产数据，分析制品缺陷和 模具问题，进一步优化模具设计和工 艺参数。
工艺特性要求
塑料成型工艺的特性决定了模具 设计的结构和尺寸，例如模具的 型腔、浇注系统、冷却系统等。
材料选择
塑料成型工艺对材料的要求也影 响了模具设计的选择，例如模具 材料的耐热性、耐磨性、耐腐蚀 性等。
模具设计对塑料成型工艺的制约
模具容量
模具的容量决定了能够成型的塑料制 品的大小和复杂程度。
模具温度控制
新材料选择
选用聚碳酸酯（PC）作为替代传统 聚乙烯（PE）的材料，具有更好的 强度、耐热性和透明性。
模具设计调整
针对新材料的特点，优化了模具结构 设计，如增加热流道、改进冷却系统 等。
工艺参数优化
根据新材料的特性，调整了注射温度、 注射压力、模具温度等工艺参数，提 高了成型效率和制品性能。
智能化模具设计实践案例
塑料成型工艺与磨具设计课后习题答案
第一章答案1．高分子聚合物链结构有哪些特点？根据链结构的不同，高分子聚合物可以分成哪几类？答：高分子聚合物链结构具有以下结构特点（1）高分子呈现链式结构（2）高分子链具有柔性（3）高聚物的多分散性根据链结构的不同，高分子聚合物可以分为高分子近程结构和高分子远程结构。
2．根据聚集态结构的不同，高分子聚合物可以分成哪几类？试阐述其结构特点和性能特点。
答：根据聚集态结构的不同，高分子聚合物可以分成固体和液体，固体又有晶态和非晶态之分。
（1）聚集态结构的复杂性因为高分子链依靠分子内和分子间的范德华力相互作用堆积在一起，可导致晶态和非晶态结构。
高聚物的比小分子物质的晶态有程序差得多，但高聚物的非晶态结构却比小分子物质液态的有序程度高。
高分子链具有特征的堆方式，分子链的空间形状可以是卷曲的、折叠的和伸直的，还可能形成某种螺旋结构。
如果高分子链由两种以上的不同化学结构的单体组成，则化学结构是决定高分子链段由于相容性的不同，可能形成多种多样的微相结构。
复杂的凝聚态结构是决定高分子材料使用性能的直接因素。
（2）具有交联网络结构某些种类的高分子链能够以化学键相互连接形成高分子网状结构，这种结构是橡胶弹性体和热固性塑料所特有的。
这种高聚物不能被溶剂溶解，也不能通过加热使其熔融。
交联对此类材料的力学性能有重要影。
高聚物长来链大分子堆砌在一起可能导致链的缠结，勾结点可看成为可移的交链点。
3．在线型非晶态（无定形）聚合物的热力学曲线上，可以分为哪三种力学状态的区域？温度点0b、0g、0f、0d表征什么意义？答：在线型非晶体态（无定形）聚合物的热力学曲线上，可以分为玻璃态、高弹态、粘流态。
0b称为脆化温度，它是塑料使用的下限温度。
0g称为玻璃化温度，玻璃态和高弹态之间的转变称为玻璃化转变，对应的转变温度即玻璃态温度。
0f称为粘流温度，高弹态与粘流态之间的转变温度称为粘流温度。
0d称为热分解温度，它是塑料使用的上限温度。
4．绝大多数的聚合物熔体都表现为非牛顿流体，试写出非牛顿流体的指数流动规律，并表述其意义。
塑料成型工艺与模具设计试题及答案
《塑料成型工艺及模具设计》试卷及答案一、填空题1．在注射成型中应控制合理的温度，即 控制料筒、喷嘴 和 模具温度。
2．根据塑料的特性和使用要求，塑件需进行塑后处理，常进行 退火 和 调湿 处理。
3．塑料模具的组成零件按其用途可以分为 成型零件与 结构零件 两大类。
4．在注射成型时为了便于塑件的脱模，在一般情况下，使塑件在开模时留在 动模 上。
5．塑料一般是由 树脂 和 添加剂 组成。
6．塑料注射模主要用来成型 热塑性塑料件。
压缩成型主要用来成型 热固性塑料件。
7．排气 是塑件成型的需要，引气 是塑件脱模的需要。
8．注射模的浇注系统有主流道、分流道、浇口、冷料穴等组成。
9．凹模其形式有 整体式和组合式 两种类型。
10．导向机构的形式主要有 导柱导向和锥面定位 两种。
11．树脂分为 天然树脂和合成树脂。
12．注射模塑最主要的工艺条件，即“三要素”是 压力 、时间 和 温度 。
二、单选题1. 卧式注射机SX-Z-63/50中的50表示锁模力为（ D ）A 、5003cmB 、503cm C 、50kN D 、500kN2.注射机料筒温度的分布原则是什么？ （ A ）A 、前高后低B 、前后均匀C 、后端应为常温D 、前端应为常温3．热塑性塑料在常温下，呈坚硬固态属于（ A ）A 、玻璃态B 、高弹态C 、粘流态D 、气态4．下列不属于塑料模失效形式的是（ D ）？A 、变形B 、断裂C 、磨损D 、冷却5．凹模是成型塑件（ B ）的成型零件？A、内表面B、外表面C、上端面D、下端面6．球头铣刀主要用于加工塑料模具零件中的( D )内容？A、大平面B、孔C、键槽D、轮廓7．下列不属于注射模导向机构的是（ D ）？A、导柱B、导套C、导向孔D、推杆8．主流道一般位于模具中心位置，它与注射机的喷嘴轴心线（ D ）？A、垂直B、相交C、相切D、重合9．下列不属于推出机构零件的是（ C ）？A、推杆B、复位杆C、型芯D、推板10．压缩模具中凸模的结构形式多数是（ B ）的，以便于加工制造。
塑料成型工艺与模具设计
塑料成型工艺与模具设计塑料是一种广泛应用于各种工业领域的材料，如塑料制品、汽车零部件、家用电器等。
要生产高质量的塑料制品需要掌握塑料成型工艺与模具设计。
1. 塑料成型工艺塑料成型工艺是将熔化的塑料通过模具加工成制品的过程。
常用的塑料成型工艺有注塑成型、挤出成型、吹塑成型、压缩成型等。
1.1 注塑成型注塑成型是指将熔化的塑料加入注塑机的料斗，并经过高压注入到模具中形成成品。
注塑机主要由三个部分组成：进料口、注射器和模具。
注塑成型工艺适用于制造大批量，外形复杂的制品，例如手机外壳、键盘等。
1.2 挤出成型挤出成型是将熔化的塑料通过特殊的挤出机械，经过模头挤出，形成长条状塑料制品。
该成型工艺适用于制造管道、线缆、塑料块等制品。
1.3 吹塑成型吹塑成型是指将熔化的塑料通过吹塑机械，吹入气压模具中进行成型。
该成型工艺适用于制造各种形状的塑料瓶、塑料桶等中空制品。
1.4 压缩成型压缩成型是将熔化的塑料放入模具中，然后加热模具，使塑料成型。
该成型工艺适用于制造薄壁制品、电缆附件、电器配件等制品。
2. 模具设计模具设计是指根据塑料制品的形状、尺寸和用途，设计适合的模具。
模具由注塑模具、挤出模具、吹塑模具、压缩模具等不同类型组成。
2.1 注塑模具设计注塑模具是一种用于注塑成型的专用模具。
注塑模具设计时需要根据制品的尺寸、形状、壁厚和材质选择合适的模具材料和型号。
设计时需要考虑到模具的结构合理性、模具的冷却方式以及模具动力系统和操作系统的设计等方面。
2.2 挤出模具设计挤出模具是挤出成型必须的一种模具。
挤出模具设计时需要考虑到制品的形状、尺寸和挤出机的性能等因素。
挤出模具还需要考虑到挤出头和模头的结构以及设计选材等。
2.3 吹塑模具设计吹塑模具是吹塑成型必须的一种模具。
吹塑模具设计时需要考虑到制品的形状、尺寸、厚度、重量等因素。
同时还需要考虑到吹出模具的形状、结构和材质等。
2.4 压缩模具设计压缩模具是压缩成型必须的一种模具。
塑料成型工艺与模具设计名词解释
1名词解释1.注射成型：将粒状或粉状塑料从注射机的料斗送入高温的料筒内加热熔融塑化，使其成为粘流态熔体，然后在注射机柱塞或螺杆的高压推动下，以很大的流速通过喷嘴，注入模具型腔，经一定时间的保压冷却定型后，开启模具便可从型腔中脱出具有一定形状和尺寸塑料制件的成型方法，主要用于成型热塑性塑料件2.压缩成型：将粉状、粒状等的热固性塑料原料直接加入敞开的模具加料室内，然后在加热和加压的作用下，使塑料熔融充满型腔，并发生交联固化反应，硬化定型形成塑件，主要用于成型热固性塑料件3.压注成型：压注成型又称传递成型，其成型原理如图所示，先将固态成型物料加入加料腔内，使其受热软化转变为粘流态，并在压力机柱塞压力作用下，经过浇注系统充满型腔，塑料在型腔内继续受热受压，产生交联反应而固化定型4.挤出成型：挤出成型是将颗粒状塑料加入挤出机料筒内，经外部加热和料筒内螺杆机械作用而熔融成粘流态，并借助螺杆的旋转推进力使熔料通过机头里具有一定形状的孔道(口模)，成为截面与口模形状相仿的连续体，经冷却凝固则得连续的塑料型材制品。
5.中空吹塑成型：将挤出或注射出来的熔融状态的管状坯料置于模具型腔内，借助压缩空气使管坯膨胀贴紧于模具型腔壁上，冷硬后获得中空塑件，这种成型方法称中空吹塑成型。
6.塑料：以高分子合成树脂为主要成份、在一定温度和压力下具有塑性和流动性，可被塑制成一定形状，且在一定条件下保持形状不变的材料。
7.热塑性塑料：具有线型分子链成支架型结构加热变软，冷却固化可逆的塑料。
8.热固性塑料：具有网状分子链结构加热软化，固化后不可逆。
9.塑化压力(背压)指螺杆式注射成型时，螺杆头部熔体在螺杆转动后退时所受到的阻力。
(背压一般不大于2MPa )10.注射压力：注射压力是指柱塞或螺杆顶部对塑料熔体所施加的压力。
11.保压压力型腔充满后，注射压力的作用在于对模内熔体的压实，此时的注射压力也可称为保压压力。
12.型腔压力型腔压力是注射压力在经过注射机喷嘴、模具的流道、浇口等的压力损失后，作用在型腔单位面积上的压力。
《塑料成型工艺与模具设计》课程教学大纲
《塑料成型工艺与模具设计》课程教学大纲课程代号：ABJD0708课程中文名称：塑料成型工艺与模具设计课程英文名称：Thep1astictechno1ogyofmou1danddesignofmou1d课程类型：选修课程学分数：3学分课程学时数：48学时授课对象：材料成型与控制工程专业本课程的前导课程：画法几何及工程制图、材料力学、金属学及热处理、机械制造技术基础等课程。
一、课程简介《塑料成型工艺与模具设计》课程是材料成型与控制专业的一门专业必修课，是主干课之一。
主要研究塑料的成型工艺及其模具设计的一般理性知识，重点掌握注射成型的设计计算方法，达到能独立设计中等复杂程度塑料模具的能力，对气辅注射成型、精密注射模具设计、热流道模具设计等基本知识有所了解。
通过对本课程的学习，使学生掌握塑料的组成及特性，塑料成型工艺的特点，塑料制品结构设计，各种塑料模具的结构、设计原理和设计方法，了解模具制造技术的现状及发展趋势，为学生以后从事有关模具设计打下必要的基础。
二、教学基本内容和要求绪论课程教学内容：塑料及塑料工业的发展、塑料成型在在工业生产中的重要性、塑料模具的分类；塑料成型技术的现状与发展趋势；本课程的任务和学习方法。
课程的重点、难点：本章重点是塑料成型在在工业生产中的重要性、模具与塑料模具的概念；本章难点是模具CAD/CAE/CAM及塑料模标准化的理解。
课程教学要求：了解国内外塑料工业的发展概况；了解塑料成型在在工业生产中的重要性；理解本课程的性质和任务。
第1章高分子聚合物结构特点与性能课程教学内容：树脂与高聚物、聚合物的分子结构特点、高聚物的热力学性能及成型过程中的变化、塑料流变学、塑料粘度的调节、分子定向与定向作用。
课程的重点、难点：本章重点是高聚物的热力学性能及成型过程中的变化、高聚物的结晶、取向、降解的影响；本章难点是结晶、取向、降解的概念的理解。
课程教学要求：掌握树脂与塑料的概念；了解高分子与低分子的区别；掌握高聚物的分子结构与特性；理解结晶与非结晶的区别；掌握高聚物的热力学性能；了解高聚物的加工工艺性能；理解高聚物的结晶、取向、降解的概念。
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注射模冷却与加热 装置的设计与计算
塑料成型工艺与注射模具设计
学习情境一
项目内容 注射模冷却与加热装置的设计与计算
学习目标
了解注射模冷却系统的设计 与计算
了解注射模加热装置的设计 与计算
能力目标
学习情境一
了解注射模冷却与加热装置 的设计与计算
主要知识点
注射模冷却系统的设计原则
注射模冷却系统的结构形式 注射模冷却系统管路的计算
注射模加热的方式
注射模加热装置的要求与计算
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任务引入
注射成型图7-31所示塑料罩 盖塑件，假设采用一模4腔、侧 浇口的模具结构，模具的主型芯 需要冷却。试确定冷却方式、绘 制冷却水道方案图（草图）。
图7-31 塑料罩盖（材料为LDPE， 未注圆角R2～3 ）
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（一）冷却系统的设计
一般注射模具内的塑料熔体温度为 2000C左右，而塑件从模具型腔中取 出时其温度在600C以下。 热塑性塑料在注射成型后，必须对模 具进行有效的冷却，以便使塑件可靠、 均匀冷却定型并迅速脱模，提高塑件定 型质量和生产效率。 对于熔融粘度低、流动性较好的塑料， 如聚乙烯、聚丙烯、尼龙、聚苯乙烯、 聚氯乙烯、有机玻璃等，当塑件是小型 薄壁时，则模具可利用自然冷却而不设 冷却系统。
图9-8 简单冷却流道式
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相关知识点
图9-9所示结构，对深腔和高度较 大的型芯的冷却效果较好。
图9-9 深腔和高度较大型芯的冷却
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相关知识点
图9-10为凹模的简单冷却形式，图9-10（a）为凹模底部循环冷却；图9-10 （b）为两侧循环冷却；图9-10（c）为凹模镶块圆周式冷却。
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相关知识点
（2）螺旋式 其特点是使冷却水在模具中产 生螺旋状回路，冷却效果较好， 但制造比较麻烦。图9-11所示为 在镶嵌界面开设螺旋形冷却水沟 槽；图9-12所示为在细长型芯内 部嵌入螺旋形铜管，并用低熔点 合金浇铸固定。
1.冷却时间的确定 在注射过程中，塑件的冷却时 间，通常是指塑料熔体从充满模 具型腔起到可以开模取出塑件时 止的这一段时间。 塑件是否已经冷却，常以制品 已充分固化定型而且具有一定强 度和刚度为准。 ◆冷却时间一般约占整个注射 生产周期的80％。 ◆确定冷却时间的方法有计算 法和经验查表法。
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相关知识点
表9-2 常用塑料的热扩散系数、热传导系数、比热容与熔化潜热
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1.冷却系统设计原则 冷却系统的设计，影响因素多并且 复杂，主要设计原则有： （1）冷却系统设计应在推出机构 前完成，从而避免冷却管路与推杆孔 相互贯穿。 （2）定模与动模应分别冷却，保 证冷却平衡。型芯布置冷却回路的空 间小，还有推出机构的影响，型芯冷 却系统必凹模冷却系统复杂。 （3）尽量保证塑件收缩均匀，维 持模具的热平衡。
图9-4 降低进水与出水的温差
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（8）合理选择冷却水道的排 列形式。对于收缩大的塑件（如 聚乙烯）应沿收缩方向开设冷却 水孔。图9-5所示为四方形塑件 中心浇口的情况，收缩沿放射线 和与放射线垂直的方向进行，所 以应将冷却水从中心引入，向外 侧进行螺旋式热交换，最后流出 模外。
图9-5 中心直浇口动模冷却水槽
图9-1 热传导与水孔数目的关系
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（5）尽可能使冷却水孔至型 腔表面的距离相等，当塑件壁厚 均匀时，冷却水孔与型腔表面的 距离应处处相等，如图9-2（a） 所示。当塑件壁厚不均匀时，壁 厚处应强化冷却、水孔应靠近型 腔、距离要小，但也不应小于 10mm，如图9-2（b）所示。
图9-1 热传导与水孔数目的关系
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对于不同形状的塑件，冷却水 孔的排列形式也有所不同，如图 9-6 （a）所示为薄壁扁平的冷 却形式；图9-6 （b）为中等深 度壳形塑件的冷却形式；图9-6 （c）为深腔塑件的冷却形式。
（9）合理确定冷却水管接头位置。 为不影响操作，进出口水管接头通常设 在注射机背面的模具同一侧。 （10）冷却系统的水道尽量避免与模 具上其他机构（如推杆孔、小型芯孔等） 发生干涉现象，设计时要通盘考虑。 Nhomakorabea2
相关知识点
（4）冷却水孔的数量越多， 孔径越大，则对塑件的冷却效果 越均匀，如图9-1所示。图9-1 （a）开设5个大孔比图9-1（b） 开2个小孔的冷却效果好。根据 经验，一般冷却水孔中心线与型 腔壁的距离应为冷却水孔直径的 1～2倍（常为12～15mm） ， 冷却水孔中心距约为水孔直径的 3～5倍，水孔直径一般为8～ 12mm。
图9-6 不同形状塑件冷却水通道的排列形式
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（11）冷却水管进出接头应埋 入模板内，以免模具在搬运过程 中造成损坏。如图9-7所示，最 好在进口和出口处分别打出标志， 如“IN”（进口）和“0UT” （出口）等。
图9-7 冷却水管接头安装形式
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3.冷却系统的结构形式 根据塑料制品形状及其所需的冷却 效果，冷却回路可分为直通式、圆周 式、多级式、螺旋线式、喷射式、隔 板式等多种样式，同时还可以互相配 合，构成各种冷却回路。 （1）简单流道式 通过在模具上直接打孔，并通以冷 却水而进行冷却，是生产中最常用的 一种形式。如图9-8（a）是一般的 冷却方式，适用于成型较浅且面积较 大的塑件；图9-8（b）是通过软管 在模外连接冷却回路。
当塑件厚壁而大型时，则需要对 模具进行人工冷却，以使塑件在模 内加快冷却定型，缩短成型周期， 提高生产率。 冷却介质有冷却水和压缩空气， 但用冷却水较为普遍，这是因为水 的热容量大，传热系数大，成本低。 几种常用塑料的成型温度、模具 温度和脱模温度，见表9-1。
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相关知识点
图9-1
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（6）浇口处加强冷却。一般 在注射成型时，浇口附近温度最 高，距浇口越远温度越低，因此 要加强浇口处的冷却。即冷却水 从浇口附近流入，如图9-3（a） 为侧浇口的循环冷却水路，图93（b）为多浇口的循环冷却水路。
图9-3 浇口处加强冷却的形式
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（7）应降低进水与出水的温 差。如果进水与出水温差过大， 将使模具的温度分布不均匀，尤 其对流程很长的大型塑件，料温 越流越低，对于矩形模具，通常 沿模具宽度方向开设水孔，使进 水与出水温度差不大于50C，如 图9-4（b）所示。