第二章塑料制品的设计原则和方法1

（3）在塑件内壁有4个高2.2、长11的内凸台，因此成型后塑件不易取
出，需要考虑侧抽芯装置。 结论：综上所述，该塑件可采用注射成型加工。
二、确定成型设备选择与模塑工艺规程编制
1．计算塑件的体积和重量 数。 （1）计算塑件的体积：V=200172.30mm3（过程略） （2）计算塑件的重量：根据有关手册查得ρ =1.2Kg· dm3 所以，塑件的重量为：W=ρ V =200172.30×1.2×10-3 计算塑件的重量是为了选择注射机及确定模具型腔
=240.20g
根据塑件形状及尺寸，采用一模一腔的模具结构，考虑外形尺寸及注射时所 需的压力情况，参考模具设计手册初选螺杆式注射机：XS—ZY—250。
（3）塑件模塑成型工艺参数的确定
查附录H得出工艺参数如下表，试模时可根据实际情况作适当调整。
聚碳酸 预热和干燥 脂 料筒温度 t/℃
温度t/℃110～120 时间τ /h 8 ～ 12 后段 中段 前段 210 ～ 240 230 ～ 280 240 ～ 285 240 ～ 250
（2）结构设计
基本上有功能结构、工艺结构和造型结构三方面。 功能结构确定使用功能实现的制品形状、尺寸和壁厚。 塑料件结构设计要做静载荷下短时和长期的形变校核；要作 动载荷下冲击、疲劳、滞后热和磨损等校核。 工艺结构设计是制品生产的前提，关系到质量、生产率 和成本。其理论基础就是聚合物流变学。 造型设计主要是对塑料制品进行装饰和美化。 结构设计主要用工程制图来进行表达、描述，如各种草 图、轴测图和三视图等等。现代的电子计算机绘图和三维造 型是设计工作的发展方向。
§2.1. 2 材料的选择
保证塑料制品的功能的性能，考虑加工生产、成本、供应。 1、材料性能包括： ① 加工性能：加工温度，压力工艺参数，η、Tm等有关 ② 力学性能：拉伸强度、屈服强度、冲击强度、硬度、模量 ③ 热性能：热变形温度、热膨胀系数、热变率 ④ 物理性能：密度、吸水率、介电强度等

注意问题： ① 材料加工后，绝大多数塑料件的性能比原材料低，因此乘 以安全系数 ② 塑料制品使用期限内存在老化现象。总损失＜10%是优良 的工件标准
（1）提出塑料件所需性能项目
除了前述的加工性能、力学性能、热性能和物理性能外， 还有实现各种功能的专项性能。如包装用制品，需提出透 明性、抗化学腐蚀，对气体和液体的渗透性。食品包装还 要有食用无害要求。室内的日用塑料件应有阻燃性能要求。 而室外用品又必须有耐候性等各项抗老化性能。电工塑料 件有各种绝缘性能要求。对注射模塑成型制品，应有熔体 流动、固化收缩和脱模等有关性能要求。 （2）提出对原材料性能项目的最低数值清单 （3）初步选定一批候选材料 （4）由专门的性能和材料成本最终选定材料
φ2.0+0.2、 φ50+0.24 孔心距尺寸：34±0.28﹑ φ96±0.50﹑ φ150±0.27
3．塑件表面质量分析 该塑件要求外形美观，色泽鲜艳，外表面没有斑点及熔接痕，粗糙度 可取Ra0.4μ m。而塑件内部没有较高的表面粗糙度要求。 4．塑件的结构工艺性分析 （1）从图纸上分析，该塑件的外形为回转体，壁厚均匀，且符合最小 壁厚要求。 （2）塑件型腔较大，有尺寸不等的孔，如φ 12、4-φ 10、 4-φ 4.5、 4-φ 5它们均符合最小孔径要求。


再选择合适的材料，进而决定成型的加工工艺。
然后进行制品结构的设计和计算，绘制塑料制品
的生产图。

完善设计，包括制品的失败分析、成本核算、制
品的功能、性能测试。
1、塑料制品设计的步骤（分三个阶段）
（1）拟定设计方案 接受任务后，收集相关资料和技术数据。进行以下工作 第一步:科学地确定制品的功能和性能（结构、包装）。 第二步:选择合适的材料。保证功能性能，还要考虑可加工性 和成本。 第三步:确定制品的加工方法。不同设备具有不用的加工精度， 生产率、尺寸、外形。 第四步：塑料件进行失败分析，时间、温度、环境（光、溶 剂），进行失效预测 • 遵循多个方案分析比较，逐步优化设计方法。
2、 塑料制品的设计遵循的基本原理。
① 保证塑料件在使用期限中的功能和性能，并做失效分析进
行理论设计计算校核，以及实验测试。
② 在保证塑料件的功能和性能前提下选择材料，必须考虑加
工的可行和材料成本低廉。
③ 考虑聚合物的流变和固化过程、以及形态变化对塑料制品
的影响。
④ 大多数塑料件是各种设备中的组成元件时，它的设计应统
一、塑料制品的设计过程
2、设计步骤
设计内容：功能设计—材料选择—结构设计—尺寸设计— 性能估算—模型、制样及绘图 设计方法： 顺序法设计或称“越墙法”（over the wall） 平行式设计或称“合作工程设计”
顺序法设计
一、塑料制品的设计过程
2、设计步骤
平行式设计
一、塑料制品的设计过程
2．塑件的尺寸精度分析
该塑件尺寸精度无特殊要求，所有尺寸均为自由尺寸，可按MT5查 取公差，其主要尺寸公差标注如下（单位均为mm）：
塑件外形尺寸： φ690-0.86 、 φ700-0.86 、 φ1270-1.28、
φ1290-1.28、
φ1700-1.6 、 R50-0.24、 φ1370-1.28﹑30-0.2、
举例：P3~4
表1.1-1 某注射件对原材料性能要求
性能 拉伸强度/MPa 弯曲模量/MPa 热变形模量/℃ 带缺口悬臂冲击强度/(kJ/m) 断裂伸长率/% 数据 ＞60 ＞1200 ＞90 ＞100 ＞5
Shenyang institute of Chemical Technology
塑件材质选择：
第二章 塑料制品的设计和成型
沈阳化工学院 高分子材料教研室
本章主要内容 §2.1 塑料制品的设计原则和方法
§2.2 塑料制品的失效分析
§2.3 塑料的非力学性能
§2.4 塑料的力学特性
§2.5 塑料结构件的刚性设计
2.1 塑料制品设计和成型
塑料制品设计首先要确定制品的功能和性能指标，再 选择合适的材料，从而决定成型加工工艺。然后进行制品
因此塑料件在工作寿命期限内，有w％＋x％＋y%＋z%的
总老化损失。此总损失在10％之内被评估为优良的工作玮 境。损失30%-40％是差的不耐用塑件。老化总损失>40％
是不允许的制品设计。
根据工艺安全系数和老化损失系数处理分析，可提出塑 料件对原材料性能的数据表，然后对照选用塑料材料品种 乃至品级。
材料的选择大致有四个步骤：
2、设计步骤
设计步骤：
确定产品的最终使用要求；
产生初步的设计草图； 材料的初选；
根据材料的性能设计制件；
确定材料； 从加工角度改进设计； 制样模； 模具设计与加工； 产品制造。
Thank you 功能和性能，还要考虑加 工生产成本和供应。 从材料手册和材料制造商的说明书可以查到材料信息。材 料性能一般包括四个方面：
表面硬度值。 其它所需强度值，如弯曲、剪切强度与模量等。
一、 塑料材料
塑料与金属、非金属材料相比，有许多固有的特性，具有广 泛的应用。
塑料的品种很多（常用的几十种），每个品种有许多牌号。 塑料制品除聚合物组成多，还含有其他组分（如填料、颜料、 稳定剂、增塑剂、加工助剂） 塑料以使用特点分类还可分为通用型塑料（产量大、用途广、 价廉，如PE、PP、PS、PVC、PF（酚醛）等，占80%）； 工程塑料（具有优良力学性能的塑料，如ABS、POM、PC、
8 ～ 12
（4）填写模塑成型工艺卡灯座模塑工艺卡如下表。
塑料制品的设计过程
1、设计准备 设计思想：“仿制”、“改进”、“创新设计”…… 调查研究：
摸清市场——同用途制品的类型、数量、销售情况、各类 制品所占分额……
清费者——使用要求、爱好与追求……
收集制品相关资料——照片、样品、实物、加工工艺技术、 制品说明书、材料厂产品目录……，便于确定可行的方案。 设想方案：设想→简图，从基本结构、材质与加工、造型 与价格、生产与使用等出发，综合分析、评价。
80-0.28﹑ 1330-1.28
内形尺寸：φ630+0.74、φ640+0.74、φ1140+1.14、φ1210+1.28、R20+0.2、600+0.74、 320+0.56、 300
+0.50、80+0.28、
φ1230+1.28、
φ1310+1.28、 φ1640+1.6
孔尺寸：φ100+0.32﹑ φ120+0.32、φ1370+1.28﹑φ1640+1.6﹑ φ4.50+0.24﹑
聚碳酸 线型结构 酯 非结晶型 （PC）， 材料，透 属于热 明。 塑性塑 料。
1．熔融温度高且熔体粘度大，对于大于200g的塑件应用螺杆式 结论 注射机成型，喷嘴宜用敞开式延伸喷嘴，并加热，严格控制模具 温度，一般在70～120℃为宜，模具应用耐磨钢，并淬火； 2．水敏性强，加工前必须干燥处理，否则会出现银丝、气泡及 强度显著下降现象； 3．易产生应力集中，严格控制成型条件，塑件成型后退火处理 ，消除内应力；塑件壁不宜厚，避免有尖角、缺口和金属嵌件造 成应力集中，脱模斜度宜取2℃ 。
（3）生产准备和定型 完成了塑料件的图纸设计后，还必须与工艺工程师和 模具工程师合作，对制品进行计算机模拟和生产验证， 并进行修改，直至定型。 注射模塑制品有各种CAE/CAD分析软件。对塑件进行 二维或三维造型后，数值模拟注射工艺过程，可获知塑 料充模流动、保压冷却、固化收缩和翘曲变形的分析结 果。在此过程中，需对塑料件设计进行修正和优化。
a.加工性能： 熔体流动速率、熔化温度、加工温度范围、 注射模塑的压力、固液态的压缩比等
b.力学性能方面：拉伸强度、断裂伸长率、拉伸屈服应力、 拉伸模量、弯曲模量等等。 c.热性能方面：线膨胀系数、热变形温度等等。 d.物理性能方面：密度、吸水率、介电强度。