塑料成型工艺与模具设计课程复习大纲10级

《塑料成型工艺与模具设计》复习大纲
一、试题类型
1、填空题（约20%）：考查塑料成型工艺与模具设计常识。

2、判断题（约10%）：考查塑料成型工艺与模具设计重要概念。

3、单项选择题（约20%）：考查模具设计的主要知识点。

4、简答题（每小题5分，约20%）：考查模具设计关键知识点。

5、分析题（约10%）：针对模具结构总图，分析模具结构特征、设计要点及动作原理。

考查学生的读图与分析模具工作过程的能力。

或者针对模具设计的关键问题进行分析说明，考查学生对重点内容的掌握情况。

6、设计题（约20%）：针对某塑件，设计塑件成型方案，确定分型面、浇注系统类型、型腔布局、推出机构选择与顶杆分布，进行成型零件尺寸计算等。

考查学生塑料注射模的设计能力。

二、复习要点
第一章塑料成型基础知识
➢了解塑料成型种类
▪非模塑成型：薄膜压延成型、流涎成型……
▪模塑成型：注射、挤出、压缩、传递、搪塑、滚塑……
➢聚合物的结构和性能
•高分子材料：包含塑料、橡胶、涂料、油墨、胶粘剂等
•塑料（Plastic）：由合成树脂+添加剂构成
•添加剂：包含填充剂、稳定剂、增塑剂、着色剂、润滑剂、固化剂等
•链状结构类型及其特性：线型高分子——长链基本无分支；支链型高分子——线型主链带有一些支链；体型（网状）高分子——分子间相互交联构成网状。

•聚合物的聚集态结构：定义：指聚合物分子链之间的排列和堆砌结构；长链结构——决定聚合物基本性质；聚集态结构——决定聚合物本体性质（制品使用性能）；类型：晶态、部分晶态和非晶态（玻璃态）。

➢影响高聚物粘度的因素
•聚合物的分子结构和相对分子质量。

•相对分子质量的分布。

•温度对粘度的影响。

粘度对温度极为敏感的塑料有：PMMA、PC、PA66等；粘度对温度不太敏感的塑料有：PE、PP、POM等。

•压力对粘度的影响。

粘度对压力极为敏感的塑料有：PS、PBT等；不太敏感的有：PE、PP等•助剂对粘度的影响
•粘度较高的塑料，如PC、PSF、PPO、HPVC等
➢聚合物成型过程中的物理行为
•聚合物的结晶
•聚合物的取向
➢聚合物成型过程的化学行为
•聚合物的交联
•聚合物的降解
➢塑料成型工艺性能
•塑料流动性的测试方法：熔融流动指数测定法、螺旋线长度试验法、拉西格流动值测定法
•流动性好、中、差的塑料材料有哪些？
•热敏性塑料：HPVC、POM……
•水敏性塑料：PC
•吸湿性大的塑料：PA、PC、ABS、PMMA、PET、PSF、PPO……
•吸湿性小的塑料：PE、PP、PS、PVC、POM……
•对应力敏感的塑料：PC、PS、PPO……
第二章塑料制品设计
➢塑料制品精度（尺寸、形状精度、表面质量等）相关知识，塑件精度如何选择？
▪依据：制品使用要求、成型方法、模具制造水平
▪原则：满足使用要求前提下尽可能低
➢塑料制品结构设计基本要求？
▪选材、成型方法、模塑成型要求（侧凹、斜度、壁厚、圆角、螺纹……）
➢对于表面需要电镀的制品，成型时应特别注意什么问题？
▪避免内、外尖角；尽可能减少制品的内应力
➢不同成型方法和成型过程对制品设计有何影响？
▪参考课件第3、4讲
第三章塑料成型工艺原理
➢注射机工作循环：
➢成型周期：指完成一次注射成型工艺过程所需的时间。

•注射时间：一般不超过10s；
•保压时间：约20~120s；
•冷却时间：取决于塑件壁厚、模温及塑料的热性能和结晶性能，一般为30~120s，厚壁件可能更长。

•开模、取件及辅助时间：在成型周期中所占比例较小，约3~5s。

➢塑件结构尺寸与注射成型工艺参数设定有何关系？
➢塑料不同成型工艺所对应的原料加工温度在何范围？
第四章塑料注射模设计
➢塑料注射模分类及特点？
▪按塑料原料分：热固性塑料注射、热塑性塑料注射模
▪按结构类型分：两板式（侧浇口型）、三板式（点浇口型）
▪按浇道分：普通浇注系统（冷流道）、热流道
▪按工艺特点分：普通注射模、精密注射模、双色注射模、气辅成型注射模、热流道注射模……
▪按设备分：角式注射机用模、立式或卧式注射机用模……
▪按模具局部结构分：浇注系统、脱模机构、侧抽机构……
➢塑料注射模与注射机关系？（设备校核问题）
▪注射机性能参数校核：注射量、锁模力、注射压力……
▪模具使用空间校核：闭合高度、开模行程、顶出行程、拉杆间距、喷嘴与浇口套关系……
➢分型面选择原则？
▪
分型面应位于制品最大轮廓面上 ▪
尽量避免侧抽芯 ▪
改善模具加工：尽量用平面、对插结构…… ▪
其它：不影响外观、便于脱模、抽芯距小…… ➢
型腔数确定原则？（5条） ▪
参考课件 ➢
浇注系统类型选择原则？浇口位置与数量选择？ ▪
浇注系统类型选择：参考课件（5条） ▪
浇口位置与数量：考虑充模、排气、熔接痕位置、料流行程、制品外观要求、材料种类…… ➢
侧抽芯机构类型选择原则？ ▪ 依据：抽芯力大小、抽芯距大小、侧抽芯位置（动模、定模、方向）、塑料结构、侧抽机构安装空
间……
▪ 参考课件
➢ 塑件成型方案简图表示方法？
➢
成型零件结构的确定？ ▪
塑件成型要求（批量、表面质量、精度……）模具制造难易程度、冷却系统开设、节省优质材料…… ➢
成型零件尺寸计算方法？制品公差影响因素？ ▪
普通注射模：平均值法；精密模：极限值法 ▪
因素：成型收缩率、磨损、模具制造误差、组合与配合间隙…… ▪ 不同方向尺寸考虑的因素不同：高度方向不计磨损，磨损量约占Δ/6，制造误差约占Δ/3。

▪ 公式：z s cp M L S L δ+∆-+=0431])[(，z s cp M H S H δ+∆-+=0]3
2)1[(，z s cp M L S L δ+∆-+=0)]24)1[(，0
4
31z s cp M l S l δ-∆++=])[(，0321z s cp M h S h δ-∆++=])[(，0241z s cp M l S l δ-∆++=)])[(，2
])1[(z s cp M C S C δ±+=
➢锥面或楔面定位结构应用场合？
▪大型模用来增强刚度；精密模提高合模定位精度；便于研配。

➢型腔强度与刚度校核方法？
▪强度条件：在实际应力作用下模具材料不断裂
▪刚度条件：成型过程不发生溢料（溢边值限制）；保证塑件精度（误差控制）；保证塑件顺利脱模（变形量不得过大）
▪计算原则：
先确定型腔尺寸临界值，再按不同类型结构代入公式计算。

尺寸大于临界值，先按刚度条件计算，再按强度条件校核；
尺寸小于临界值，先按强度条件计算，再按刚度条件校核
➢成型零件刚强度增强结构？
▪增设支撑柱
▪增加尺寸（但不经济，且有限），可增加受力支撑点。

➢浇注系统类型及特点？
▪直浇口型：直浇口、侧浇口、扇形、爪形、轮辐式、平缝式、环形浇口、护耳式浇口、潜伏式浇口……
▪点浇口型：单点浇口、多点浇口、组合浇口
▪特点：参考课件第7讲
➢浇注系统设计基本原则？
▪参考课件第7讲
▪分流道布局：结构平衡式、结构非平衡式、流变学平衡式
➢浇注系统设计关键？
▪浇口类型选择，浇口位置和数量选择；浇口尺寸确定。

➢冷料穴（拉料钩）位置与形式确定？
▪位置：料流前锋转折处（主流道、分流道……）或料流最后到达位置。

▪拉料钩形式：Z形（与推杆、推管共用）、倒锥形（与推杆、推管、潜伏式浇口共用）、球形（与推板共用）……
➢排气与引气系统设计？
▪排气方式：开设排气槽（分型面、镶拼面等处）；利用型芯镶块或顶杆配合间隙排气；设置多孔性材料镶块排气；利用真空负压排气。

▪引气系统：较大尺寸、深腔的罩形薄壁件型芯部分需设置
➢推出机构类型选择？
▪推杆：尽可能采用该方式
▪推杆：薄壁壳形件、塑件不允许留下推出痕迹时采用、……
▪推管：管形塑件或塑件局部带有管形凸台结构（如螺纹连接凸台）时采用
➢顺序分型机构选用？
▪点浇口或复合浇口注射模
▪带定模侧抽芯机构注射
▪外形止转及外形端面止转的自动脱螺纹机构
▪局部强行脱模需要型芯或型腔预先让位的注射模
➢定距拉杆有效工作长度的确定？
▪依据：由模具分型面需要打开的实际距离确定
➢二级推出机构选用？
▪罩形塑件口部带对合台阶结构（推件板参与成型）时
▪塑件局部强制脱模需要让位时
▪脱模力过大需要分散推出时
➢脱螺纹机构选用？
▪非旋转脱螺纹：强制脱模、瓣合模（可涨缩型芯）……
▪旋转脱螺纹：手动、长导程螺杆驱动、电机或液压马达直接驱动、液压缸（气缸）+齿轮齿条驱动、其它机构驱动
▪旋转脱螺纹要求：相对旋转、移动——塑件与螺纹型芯、塑件与螺纹型环；
▪止转方式：外形止转、内形止转、端面止转
➢侧向分型抽芯机构类型选择？
▪弹簧分型抽芯：抽芯距小、抽芯力小、定模抽芯……
▪斜导柱分型抽芯：抽芯距和抽芯力中等，机构所需空间大
▪弯销分型抽芯：与斜导柱类似，可承受更大的抽芯力，并具有延时抽芯能力；
▪斜滑块分型抽芯：主要用于瓣合模结构，抽芯距不宜过大
▪斜推杆抽芯：抽芯距小、抽芯力小的动模内、外侧抽芯
▪T形楔块抽芯：抽芯距小、抽芯力小的定模或动模，内侧或外侧抽芯，以及二级抽芯等
▪液压与气动分型抽芯：抽芯距大、抽芯力大、抽芯时间和抽芯方向任意的情况
➢斜导柱侧向分型抽芯机构设计？
▪组成：斜导柱、侧滑块、楔紧块、限位装置
▪斜导柱斜角：一般不大于22°
▪楔紧块斜角：比斜导柱斜角大2~3 °
▪限位装置：弹簧挡块式（较大侧滑块）、钢珠式（小滑块或水平侧向移动滑块）、……
▪结构类型：
斜导柱在定模、滑块在动模（最常见）；
斜导柱在动模、滑块在定模；
斜导柱和滑块均在定模（需配定距顺序分型机构）；
斜导柱和滑块均在动模（滑块装于推件板上）
➢斜滑块侧向分型抽芯机构设计？
▪工作原理：利用推出机构的推出行程工作
▪斜滑块斜角：一般不大于30°
▪斜滑块推出行程：不超过导滑行程的2/3
➢斜推杆侧抽芯机构设计？
▪工作原理：与斜滑块相同，均利用推出行程工作
▪特点：抽芯时兼起推出作用，结构紧凑
▪斜推杆斜角：一般不大于15°
▪要求：成型端与型紧密配合，推出端可横向相对移动
➢模具温度控制系统设计？
▪模温分界值：80℃，低于80℃，一般设冷却系统，高于80℃，一般设加热系统，有时加热与冷却共存。

▪冷却水道开设原则：力求分布均匀；动、定模均开设，可防冷却收缩变形；注意水道密封问题；
钻孔加工可行性。

▪水道分布：直径φ8~φ20mm，间距（3~5）d，与成型表面间距15~25mm。

▪供水量：尽可能多，以便生产时调控。

▪加热方式：热水、热油、蒸汽、电加热（棒）
➢模具材料选用方法
▪依据：生产批量（模具寿命）、制品质量要求、模具复杂程度、加工性能（抛光性、镜面加工性、电蚀性、纹饰性、切削性、微变形等）、物化性能（耐热性、耐蚀性、耐磨性、高强度……）
➢标准模架的选用方法
▪依据：（1）动、定模板的周界尺寸大小、垫块的高度；（2）浇注系统的类型：点浇口与直浇口的模架结构不同；（3）推出机构类型：推杆、推管和推板的模架结构不同；（4）成型零件固定方式：台阶式固定与镶入式固定的模架结构不同；（5）侧抽芯机构类型：斜导柱与斜滑块侧向分型抽芯机构的模架结构不同。

➢无浇注系统凝料注射模？
▪分类：绝热式（少用）、加热式（常用）。

▪热流道形式：完全热流道、热流道+冷流道组合
▪热流道板类型：外热式、内热式
▪外热式和内热式流道板的特点及应用：参考课件第12讲
▪关键点：外热式流道板温度高，能耗大，需采取隔热、热变形补偿结构，熔体流动好，积料少，易换料……；内热式流道板温度低，无需隔热、热变形小，但不便换料……；二者均需防熔体泄漏。

➢二级喷嘴：二级喷嘴种类：开式、顶针式、边缘式和阀式喷嘴
▪喷嘴闭合方式：热力闭合和机械阀式闭合
▪喷嘴加热方式：内加热、外加热、混合式加热
▪喷嘴供电：高电压（AC230V）、低电压（5V、24V）
▪加热线圈：采用对数卷绕方式（两端密，中间稀疏）
➢低电压加热器优点？
▪线性温度特征；对模具热损失小；体积小，能耗少；能快速和均匀加热；维修安全。

➢热流道系统使用？
▪软启动：加热时应在100℃时停留约15min，便于去除潮气
➢气辅注射成型？
▪作用：减小大型制品（特别是平板件）的收缩变形、消除冷却缩痕（壁厚不均处）、改善充模条件……▪气辅方式：表面气辅（消除缩痕）、封闭式气辅
▪封闭气辅方式：满射（注料量100%）、短射（注料量90~98%）、中空成型（注料量60~70%）
▪气辅工艺控制：
气体介质：可用惰性气体（氩气、氮气、CO2等），以氮气为主
控制方式：气压体积控制法；气体压力连续控制法（注气量和气体压力连续变化，常用）
关键参数：气体延时切换时间、气体防穿透能力
▪气道结构：呈树枝状、避免交错和回路；延伸至料流远端
➢精密注射成型？
▪对原料、设备、模具和工艺的要求：参考相关课件
▪模具成型零件结构：以镶拼结构为为，多级精密定位
➢双色注射成型？
▪塑件换位方式：机械手平移、注射机动模板旋转换位、模内旋转换位
▪模具特点：两副模型芯部分基本相同，型腔部分不同，型腔布局多为旋转对称
➢热固性塑料注射成型？
▪模温：加热至150℃以上
▪要求：对原料塑化、设备和模具有特殊要求（参见相关课件）
第五章塑料挤出成型模具
➢挤出机头种类及特点？
▪参考相关课件
➢挤出机头设计要点？
▪参考相关课件
➢挤出定型装置种类及选择？
▪种类：内径定径、外径定径
▪选择：按制品执行标准及制品结构尺寸
➢管材挤出机头和吹塑薄膜机头结构选择？
▪依据：制品材质（热敏性）、制品质量要求
▪气胀比（1.5~3）与牵伸比（4~6）选择
➢各种挤出机头的特点及应用？
▪参考相关课件
➢异形材挤出机头设计要点？
▪异形材机头内腔截面变化方法：板孔式、多级式、流线型
▪难点：横截面上各点熔体流速一致（调节熔体流动阻力，改变口模定型长度）；挤出截面变形（预变形补偿）
➢造粒机头种类选择？
▪种类：热切（用于较高温度下不易粘结的PVC类塑料）、冷切（用于PS、PA、ABS……）➢挤网机头（片状、管状）
▪原理：口模（芯模）两部分进行相对运动
第六章塑料压缩成型模具
➢压缩模的特点及应用？
▪特点：模腔敞开状态下加料、直到成型结束闭模才完成、型芯直接对塑料加压，可成型长纤维、多填料、流动性差的塑料制品……
▪应用：热固性塑料及难成型的热塑性塑料制品
➢压缩模分类及主要结构？
▪分类：溢式、半溢式、不溢式
▪结构特点：溢式不带加料腔，型芯、型腔靠导柱导向；半溢式加料腔有水平挤压面，截面形状可简化；不溢式加料腔与制品截面相同，制品质量高……
➢橡胶模设计要点？
▪参考相关课件
第七章塑料吹塑与热成型模具
➢中空吹塑的特点及应用？
▪特点：处于高弹态的型坯吹胀成型中空制品，模具由两半模构成，生产过程分型坯成型（挤出或注射）+吹胀成型
▪应用：热塑性塑料包装制品，如瓶、桶、双层壁箱、双层壁座椅等
➢挤出吹塑与注射吹塑的区别？
▪型坯：挤出型坯为管坯，吹塑时需切除余料；注射型坯为有底瓶坯，吹塑时无需切除余料。

▪成型工艺：挤出吹塑为一步法成型；注射吹塑可为一步法或二步法
▪生产效率：挤出吹塑效率低，但可成型大型制品；注射吹塑效率高，多为中小制品。

➢中空制品设计关键？
▪关键：瓶颈（有螺纹和无螺纹）、瓶体（刚度与装饰）、瓶底（安放与罐装）、肩部（承载力，斜度大好）
➢挤出吹塑模具设计关键？
▪关键：瓶颈和瓶底镶块余料切刀结构设计——取决于制品材质、壁厚、使用要求（有无内压）；冷却均匀——关系制品透明度及色泽均匀性
▪参数控制：吹胀比2~4；拉伸比周向应为轴向的2倍；切刃结构尺寸（参见课件第25讲）。

▪排气系统：排气槽（位于分型面）、排气孔（位于隅角处，直径0.3~1.5mm）、排气塞（间隙0.1~0.2mm）、多孔性材料镶块。

➢热成型模具种类及特点？
▪应用：用热塑性塑料板、片材成型半封闭形制品
▪凹模吸塑：壁厚均匀性差，口部厚，底部薄，外形尺寸准；
▪凸模吸塑：壁厚均匀性差，底部厚，口部薄，内形尺寸准；
▪气压预拉伸吸塑：壁厚较均匀，可成型大型件
▪压缩空气成型：可成型厚壁件，花纹、形状清晰
▪凸、凹模对压成型：制品尺寸精度高、壁厚均匀、花纹图案清晰，可成型复杂制品
➢热成型制品设计关键？
▪刚度：大面用弧形、波纹、凸筋加强，边缘凸缘结构增强
▪参数控制：引伸比聚烯烃小于1.5，熔体强度好材料可达4
➢热成型模具设计？
▪抽气孔：φ0.3~φ1.5mm，位于模具型面的最低点及角隅处；抽气孔应均布，大平面间距30~40mm 内，小平面（或弧面）间距20~30mm；
▪孔密度：简单型腔300~500个/m2；复杂1500~2500个/m2
▪成型表面：型面加工达Ra0.8μm后再经喷砂处理或麻纹化；
▪模具材料：要求导热性好，如铝合金、锌合金等；
▪冷却：一般用风冷
思考题：
（1）影响高分子聚合物熔体粘度的主要因素有哪些？
（2）塑料制品结构设计的要点有哪些？
（3）强行脱模需要满足什么条件？
（4）塑料注射模设计时型腔数的确定依据有哪些？
（5）塑料制品的分型面和浇注系统应如何选择？
（6）塑料注射模什么时候需要使用三板式的模架？
（7）型腔布局应考虑哪些因素的影响？
（8）注射模浇注系统设计基本流程是怎样的？
（9）模具侧抽芯机构类型的选择依据有哪些？各种侧抽芯机构之间有何区别？
（10）注射模在何种场合时需要用到液压缸或液压抽芯机构？
（11）塑料模二级推出机构用于何种场合？
（12）螺纹塑件螺纹部分的自动脱模有哪些方法？对于内、外螺纹的脱模有何不同？（13）如何提高塑料注射模动、定模（或成型镶块）的合模精度？
（14）塑料注射模温度控制系统的设计依据是什么？
（15）塑料注射模模架的选择依据有哪些？
（16）塑料模成型零件材料的选择需考虑哪些因素？
（17）气体辅助注射成型时，气体喷嘴的位置应如何选择？
（18）塑料挤出成型模（机头）的设计要点有哪些？
（19）热固性压缩模的结构类型是如何区分的？。