模具设计指南 第一章 前言
1.1. 工模部简介
VT-PL工模部建于1988年，以生产塑胶硅胶模为主。在模具制造与设计中, 采用 了CAD/CAM/CAE的技术，并装备了一批先进的数控设备。其中有高速切削加工中心、石墨电极加工中心、慢走丝线切割、NC火花机、三坐标测量仪等。应用了PRO/E、SPACE-E、MOLDFLOW等软件。
工模部目前有四个模具生产组，其功能包括了模具CAD/CAM、EDM与装配，除此还有模具工程组与技术支援组、模具维修组，共有员工140余人。其中工程师近30人，年产约400套模具。工模部以教育玩具与电话二大产品的塑胶模为主。 1.2.
产品介绍
1.2.1. 教育玩具产品
塑胶件以安全性为特点,能触摸部分都为圆角，要经受一定的摔机试验，在强度上也有较高的要求，雕刻件占了一定比例，外表面多为抛光面。 1.2.2. 电话产品
外观以电火花纹为主，注塑条件为高温、高压，故对模具有较高强度要求。
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第二章 常用塑料的性能和注塑机有关参数、功能的介绍 2.1 塑料的分类
2.2 热塑性塑料的分类和相关概念 2.3 聚乙烯 2.4 聚丙烯 2.5 聚苯乙烯 2.6 ABS 2.7 聚碳酸酯 2.8 聚甲醛
2.9 常用注塑机有关参数和电动注塑机预顶功能介绍
在注塑模具的设计过程中，模具材料的选择、流道系统的布置、冷却方案和顶出方案的设计，都和塑料本身的性质密切相关。尽管塑料的内部结构比较复杂，系统地掌握其性能也比较困难，然而，对于一般的模具设计工程师来说，对塑料特性作一些基本的了解和认识，比如：流动性、机械性能、物理性能、化学性能及成型工艺等等，将有很大的帮助。 2.1 塑料的分类
我们常说的塑料，是对所有塑料品种的统称，它的应用很广泛，因此，分类方法也各有不同。按用途大体可以分为通用塑料和工程塑料两大类。通用塑料如聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚苯乙烯(PS)、改性聚苯乙烯(例如：SAN、HIPS)、聚氯乙烯(PVC)等，这些是日常使用最广泛的材料，性能要求不高，成本低。工程塑料指一些具有机械零件或工程结构材料等工业品质的塑料。其机械性能、电气性能、对化学环境的耐受性、对高温、低温的耐受性等方面都具有较优越的特点，在工程技术上甚至能取代某些金属或其它材料。常见的有ABS、聚酰胺(简称PA，俗称尼龙)、聚碳酸酯(PC)、聚甲醛(POM)、有机玻璃(PMMA)、聚酯树脂(如PET、PBT)等等，前四种发展最快，为国际上公认的四大工程塑料。
按加热时的工艺性能，塑料又可以分为热固性塑料和热塑性塑料两大类。热固性塑料在受热后分子结构转化成网状或体型而固化成型，变硬后即使加热也不能使它再软化。这种材料的特点是质地坚硬，耐热性好，尺寸比较稳定，不溶于溶剂。常见的有酚醛树脂(PF)、环氧树脂(EP)、不饱和聚酯(UP)等等。热塑性塑料在受热条件下软化熔融，冷却后定型，并可多次反复而始终具有可塑性，加工时所起的是物理变化。常见的
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有聚氯乙烯(PVC)、聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚苯乙烯(PS)及其改性品种、ABS、尼龙(PA)、聚甲醛(POM)、聚碳酸酯(PC)、有机玻璃(PMMA)等等。这类塑料在一定塑化温度及适当压力下成型过程比较简单，其塑料制品具有不同的物理性能和机械性能。 2.2 热塑性塑料的分类及相关基本概念
2.2.1.热塑性材料的分类
我们现在接触的都是热塑性塑料，热塑性塑料可分为两大类：结晶形塑料和无定形塑料。所谓结晶，就是聚合物由熔融态分子的无次序状态到凝固态有规则地进行重排的性质。具有这种性质的塑料就叫结晶形塑料。反之，就叫无定形塑料，或叫非结晶形塑料。结晶形材料具有比较明显的熔点，当加工温度进入熔点后即出现粘流态，聚合物粘度迅速下降，发生不可逆的塑性形变。而无定形塑料，由常温下的固态加温直至软化最后到粘流态，中间没有明显的熔点。作为判别结晶形塑料和无定形塑料方法，一般来说，不透明的或半透明的是结晶形塑料，例如聚乙烯、聚丙烯、聚甲醛、聚酰胺、聚酯等，透明的是无定形塑料，例如聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯(有机玻璃)、聚砜等。当然，也有例外情况，比如ABS属于无定形塑料，却不透明。
2.2.2 相关的基本概念 a. 流动性
不同形态的热塑性塑料具有不同的工艺性能、收缩性能及物理、机械性能等。 一般来说，对于结晶形塑料，当加工温度高于其熔点时，其流动性较好，能很快的充满型腔，它所需要的注射压力也可以较小。而无定形塑料的流动性较差，因此，注入型腔的速度较慢，它所需要的注射压力也要较大。所以，
在模具设计时，可以根据塑料的流动性来设计合理的流道系统尺寸，一方面可避免流道系统尺寸太大而浪费材料，同时也延长注塑成型周期，另一方面避免流道系统尺寸太小而导致充填、保压困难。当然，也有例外，比如，聚苯乙烯虽然是无定形塑料，但它的流动性却很好。反映流动性的指标通常有熔融指数(MFR)和表观粘度。MFR是指在熔体流动速率仪中，在一定的温度和负载下，熔体每10min从标准毛细管中流出的质量，它的单位是g/10min。对于高分子聚合物来讲，在通常的注塑成型条件下，它们的流动行为大都不服从牛顿流动定律，属于非牛顿流体，它们流动剪切应力与剪切速率的比值称为表观粘度。表观粘度在一定温度下并不是一个常数，可随剪切应力、剪切速率而变化，甚至有些还随时间而变化。 b. 收缩性
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热塑性塑料由熔融态到凝固态，都要发生不同程度的体积收缩。而结晶形塑料一般比无定形塑料表现出更大的收缩率和收缩范围，且更容易受成型工艺的影响。结晶形塑料的收缩率一般在1.0%~3.0%，而无定形塑料的收缩率在0.4%?0.8%。对于结晶形塑料，还应考虑其后收缩，因为它们脱模以后在室温下还可以后结晶而继续收缩，后收缩量随制品厚度和环境温度而定，越厚后收缩越大。
附表 2-1 :常见塑料的成型收缩率
塑料名称 收缩率(%) 1.5~3.5(2.0)* 1.5~3.0(1.5)* 1.0~3.0(1.5)* 0.4~0.8(0.5)* 0.4~0.6(0.5)* 0.4~0.7(0.5)* 0.5~0.7(0.5)* 塑料名称 收缩率(%) 1.8~2.6(2.0)* 0.7~1.5 1.0~2.5 1.5~2.5(2.0)* 1.2~2.0(1.6)* 0.5~0.7(0.5)* 1.3~2.2(1.6)* HDPE LDPE PP GPPS HIPS ABS PC c. 流变性
POM PA6 PA66 SPVC TPU PMMA PBT 注：带 “ * ” 的参数为本公司推荐值。 高聚物的流变性是指加工过程中，应力、形变、形变速率与粘度之间的关系。这就涉及到温度、压力、时间及分子结构、分子量大小及其分布对这些要素的影响。根据塑料的流变性，塑料又可分为剪敏性材料和热敏性材料。粘度对剪切速率的依赖性越强，粘度随剪切速率的提高而迅速降低，这种塑料属于剪敏性塑料。常见的剪敏性塑料有ABS、PS、PE、PP、POM等等。如果熔体粘度对温度的依赖性越强，粘度随温度的上升而下降得越快，这种塑料属于热敏性塑料。常见的热敏性塑料PC、PA、PMMA等等。对于高分子聚合物来讲，剪切速率对以上两种材料的粘度都有影响，剪切速率的提高都可以在不同程度上降低熔体的粘度，可以使熔体产生“剪切变稀”现象。所以，在设计流道系统时，并不是流道尺寸越大，压力降就越小，适当小的流道尺寸可以提高熔体的剪切速率来降低粘度，进一步减少压力降，这种效果对剪敏性材料来得明显些。较小的浇口尺寸可以使增加熔体的剪切速率，产生大量的摩擦热，熔体温度明显上升，熔体粘度跟着下降，增加流动
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性。所以，小浇口的采用对于剪敏性塑料往往是成功的。但制品的壁厚较厚时，应该考虑到保压而适当加大浇口尺寸以延长浇口的凝固时间。 d. 取向效应
影响制品性能的因素还有塑料熔体在流动过程中的取向效应。塑料熔体的大分子在外力的作用下被拉伸而顺着流动方向互相平行排列，这种排列在塑料冷却凝固之前来不及消除而冻结在固态制品中，便形成了取向效应。取向效应会使制品的整体性受到削弱，表现为各个的方向的物理机械性能的不一致，也可能导致各个方向收缩不均匀，从而可能导致制品翘曲变形。按熔体中大分子受力的形式和作用的性质可分为剪切应力作用下的“流动取向”和受拉伸作用下的“拉伸取向”下。控制取向的条件有以下因素：
(1) 熔体温度和模具温度的下降会加强取向效应；
(2) 注射压力增加可提高剪切速率和剪切应力而加强取向效应； (3) 制品厚度越薄，取向效应越强； (4) 较大的浇口尺寸将加强取向效应。
有时采取某些特别的措施增强取向效应，使取向方向的拉伸强度和弯曲强度得 到提高。如拉伸薄膜、铰链等。 2.3 聚乙烯
聚乙烯(Polyethylene,简称PE)是塑料中产量最大的、日常生活中使用最普通的一种，特点是质软、无毒、价廉、加工方便。 注射用料为乳白色颗粒。分子式为：
[CH2 CH2] n 由于主链为C-C键结构，无侧基，柔顺性好，分子呈规整的对称性排列，所以是一种 典型的结晶高聚物。
聚乙烯比较容易燃烧，燃烧时散发出石蜡燃烧味道，火焰上端黄色、下端蓝色，熔融滴落，离火后能继续燃烧。
目前大量使用的PE料主要有两种，即HDPE和LDPE。 2.3.1 HDPE和LDPE的基本性能
HDPE(低压高密度聚乙烯，俗称硬性软胶)分子结构中支链较少，相对密度0.94g/cm~0.965g/cm，结晶度80%~90%。其最突出的性能是电绝缘性优良，耐磨性、不透水性、抗化学药品性都较好，在60℃下几乎不溶于任何溶剂；耐低温性良好，在-70℃时
仍有柔软性。缺点主要有：耐骤冷骤热性较差，机械强度不高，热变形温度低。
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