注塑件的设计

3.2 塑料熔体的取向和冷却固化
– 塑料熔体的冷却固化速度影响生产效率，固化收缩、
取向和残余应力影响制品的形变及精度。

1.取向 形成原因
– 剪切应力作用； – 温度差异，引起密度不均和收缩不均匀，造成取向。

取向对塑料件性能的影响
– 取向造成塑件的质量各向异性； – 取向方向的力学性能和收缩率大于均质材料； – 垂直取向方向的力学性能和收缩率低于均质材料。
小结

1、分型面的设计原则 2、制品设计的主要工艺要素： 形状 容易脱模； 壁厚 要均匀，要满足刚度、脱模及精度要求； 斜度 取决于收缩率、形状和大小，满足脱模及精度 要求； 加强筋 提高刚度，省料； 圆角 避免应力集中，容易冲模； 螺纹 螺纹直径不能太小，螺纹的始端和末端不要突 变，要有过渡段； 嵌件 增加局部的强度、硬度、耐磨性、导电性
3.5.1 塑件的形状

１.考虑容易脱模，避免与脱模方向垂直的孔和 侧壁凹槽。
2.塑件当带有较浅（少于直径的５％）内 侧凹槽和内凸（少于直径的５％）或带有较浅 外侧凹槽和外凸时可以强行脱模的方式脱模。
3.5.2 塑件的壁厚
１.壁厚适当
壁厚要满足塑件的强度、刚度和脱模冲击的要求。 壁厚太小时，强度、刚度不足；熔体流动阻力 大，成型困难。 壁厚太大时，易产生气泡、凹痕和翘曲；冷却 时间长，生产效率低。 通常热塑性塑料壁厚的2~4mm，热固性塑料壁 厚的1~6mm。
例：
对大型和中型的塑料件的厚度要多次校核，慎 重确定。通常，用流程比校核是必要的。 流程比校核式

Li FLR FLRmax i I ti
n
Li——各段流程长度，mm ti——流程各段厚度，mm FLRmax——最大流程比，由表3.2-8查得

式中
举例： 例如3.2-8所示的流程比
第三章
注塑件的设计
学习目的与要求 了解熔体流动特性和冷却固化过 程，熟悉注塑件精度的确定，分型面 的设计原则及注塑件设计的主要工艺 要素。
注塑件的设计主要内容
3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 熔体的流动特性 冷却固化 注塑件的精度 分型面 注塑件设计的主要工艺要素
3.1熔体的流动特性

１.熔体的充模流动特性

2) 根据材料选用公差等级
– 常用材料模塑件公差等级表（表3-2-5） – 比较PE、SPVC、ABS和PC
3.4 分型面
– 1.分型面是注射模中用于取出塑件或浇注系
统凝料的面。
2.分型面的设计原则

１）首要原则是选择在塑件的最大截面处

２）尽可能将塑料件留在动模一侧
３）有利于保证塑料件的尺寸精 度
pR 2L
(3.2 4)

式中


4Q R 3
3.2 5
△p ——管道两端压力差，pa R、L——管径、管道长度，m Q ——体积流率

4）保证塑料熔体充模时在合理的剪切速 率范围内 熔体剪切速率范围 103~104s-1。熔体的 流动是雷诺数很低的层流。 剪切速率过低，充模时间长，生产效 率低，流动性差，产品质量差；剪切速 率过高，会出现湍流或涡流，熔体在型 腔内会产生喷射，生产废品。

3）塑料熔体 的测定和计算
– 可用流变仪测
定表观流动的 稠度、粘度和 剪切速率，获 得流变曲线。 如图3-2-1
– 也可查手册如表3-2-1，查不同塑料在一定温
度和速率范围内的流动指数n和表观粘度K′， 代入流变方程计算τ（3.2-6式）。
(3.2-6)

分析充模过程熔体在圆形流道中流动时，剪 切应力及各段压力损失可由（3.2-4式）求得， 各位置的体积流率由（3.2-5式）求得。
４）尽量不影响塑料件的外观
５）尽量满足塑料件的使用要求
６）尽量减少型腔和流道的投影面积
７）长型芯应置于开模方向
８）有利于排气
９）有利于简化模具结构
10）尽量保持分型面上的力平衡
3.5 塑料制品设计工艺要素





制品设计的主要内容 形状 壁厚 斜度 嵌件 加强筋 支承面 孔 圆角 螺纹

消除残余应力方法
– 提高成型温度；
– 尽量避免模具温度的不均匀；
– 延长冷却固化时间； – 退火处理注塑件。
3.3 注塑件的精度
1. 塑件精度的影响因素 １）材料的收缩

– 线膨胀系数是金属的2~10倍（例表3.2-3）。

２）模具精度
– 制造误差（占塑件公差的１/3）； – 使用的磨损（占塑件公差的１/６）。
η
a
γ
. n 1
– 式中
K——流体的稠度，Pa· s – n——非牛顿指数，n<1为非牛顿性n接近零时非牛顿 性强，“剪切变稀”明显 – ηa——非牛顿流体塑料熔体的表观粘度

２）塑料熔体有“剪 切变稀”现象 注射充模的熔体 粘度不但与温度和压 力有关，还随剪切速 率的上升而下降。如 图3.2-1（b）
2.厚度均匀
同一塑件上各部件的壁厚尽可能均匀，如果壁 厚有变化，对热固性塑料限制在此1：2之内，而 且要求平滑过渡。 例1：制品底部壁厚改善
例2：制品壁厚改善
例3：塑料轴承壁厚改善
例4：塑料件圆柱部分壁厚改善
3.5.3 塑件脱模斜度
1.脱模斜度的大小 取决于收缩率、形 状和大小，同时要满足精 度要求。
(3) 嵌件在模具中必须有可靠的定位，在合模 和充模过程中不致松动。
(4)嵌件可在成型后装配，可提高生产效率
3.5.7 塑件上的孔

1、在塑料件上开孔不能影响塑料件的强度， 形状要简单型通孔 的型芯是简支梁，在充模中受熔体冲击， 愈细长，愈容易弯曲变形，因此对制品 的孔径及长径比限制，如下表。

3.塑件底部有加强筋时，加强筋要低于 支承面０.5mm。
3.5.6 塑件的嵌件
１.嵌件的用途 增加局部的强度、硬度、刚度、耐磨性、导电 性，一般嵌入金属嵌。


２.嵌件的设计要点 – (1)嵌件周围的塑料层要有足够的厚度，防止 收缩不均匀，造成开裂。
(2)嵌件要进行表面滚花、开槽、冲孔、 弯曲和压扁设计，以提高嵌件与塑料 件的连接牢度。

3、由于型芯对充模熔融体的分流作用， 在孔的下流一侧有熔合缝，因此对孔间 距和孔到边缘的最小尺寸有限制。如下 表：
3.5.8 塑件的圆角
目的 避免应力 集中，容 易冲模， 增加塑件 的美观性。
尺寸要求 圆角 不小于０.5mm， 内壁圆角半径可 取壁厚的一半， 外壁圆角半径可 取壁厚的１.5倍。

3.5.4 塑件的加强筋

1.作用 提高强度及刚度，省料，减少气泡、
凹痕和翘曲。
2. 加 强 筋 的 典 型 尺 寸
3. 提高塑件刚度的其他形式

薄壁塑件可设计成拱形曲面，球面和翻边。 例：容器底和盖的增强
例：容器边缘的增强
3.5.5 塑件的支承面
1.支承形式 边框支承、三点或四点支承。 2.加强筋布置 减少塑料局部集中，两条 筋十字相汇。

5）保证型腔的充模压力 充模时进入型腔的压力 25~50MPa， 压力过低，充模不充分，料流末端压力 不足，造成制品密度低，收缩率大；压 力过高，易产生飞边，模具设计要求高， 对注射机注射压力要求高。
２.熔合缝

１）熔合缝及其特点
– 熔合缝是塑料制品在成型过程中，互相分离
的熔体相遇后熔合固化后的一个区域。 – 是不可避免的，熔合缝区的性能较差，是塑 料件的薄弱环节；
– 通常斜度：３０′~ 1 o 。 – 最小斜度：内表面斜度５′,
外表面斜度１０～２０′,或 ０。 – 不同材料选用不同的脱模 斜度。（如右表）
塑料
脱模斜度
PE、PP、RPVC
ABS、PA、 PC、PS、UPVC 热固性塑料
30′~ 10
40′~ 10 30′ 50′~ 20 20′~ 10
最大斜度：
作业
１. 塑件的厚度大小和差异对其质量有何 影响？ 2. 请简述塑料制品嵌件的用途嵌件的设 计要点。 3.确定注射模分型面时要考虑哪些问题？

3.5.9 塑件的螺纹

１.加工方法 加工而成。
模塑时直接成型和模塑后机械
２.螺纹直径不能太小，外螺纹直径≮ 4mm， 内螺纹直径≮ ２mm 。 ３.塑件螺纹选用公制标准螺纹，一般不选用 细螺纹。 ４.螺纹一般不超过国标公差等级５～６级。

５.螺纹的始端和末端不要突变，要有过渡段， 避免崩裂变形。

控制取向，提高塑料件性能的方法
– 延长冷却固化时间、退火处理塑件降低取向； – 控制取向方向提高塑料件性能（如图3.2-3）。
２.残余应力

形成原因及对制品质量的 影响
– 剪切应力和正压力作用，引
起的残余流动压力； – 模具温度不均匀和冷却固化 速度快，产生的温差残余应 力，塑料件愈厚，温差残余 应力愈大。 – 残余应力，造成塑料件变形 （如图3.2-4）。
– １）绝大多数塑料熔体为非牛顿流体
– 粘度常用流动速率表示，常用流动速率仪测定。一般为注
塑熔体为1～50g/min，薄膜吹塑0.5～6g/min 。 – 塑料熔体为非牛顿流体要用非牛顿流体流变方程描述 – 剪切应力：
. . . n 1 γ η γ τ a γ

２）形成原因
– 型芯和嵌件的分流 – 同一型 腔有多个浇口 – 熔体喷射和蛇形射流引起波状折叠的熔合缝

３）熔合缝系数αkl
– αkl——熔合缝区域强度与无缝材料强度之比
（如表3.2-2） – 结晶聚合物熔合缝系数（>0.8）大于脆性聚 合物（<0.6），玻纤塑料最低。 – 提高熔合缝强度方法：增加厚度；改变浇口 数量或位置（如图3.2-2）。