模具设计基础

第1章模具设计基础

本章介绍了注塑模具设计的基础知识，目的是使读者对注塑模具设计有一个概括性的了解，并且对UG NX6 MoldWizard的用户界面及基本功能进行了简要的介绍，从而使读者对该软件的功能有基本的了解。为了使读者对使用UG NX6 MoldWizard进行注塑模具设计的过程有直观的了解，本章最后给出了一个使用UG NX6 MoldWizard进行注塑模具设计的实例。

本章要点

塑料的类型及性能

注塑成型工艺

注塑模具的典型结构

注塑模具设计的基本流程

UG NX6 MoldWizard模具设计的基本过程

本章案例

连板注塑模设计

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1.1 注塑模设计基础

模具按其所生产工件的工艺特点主要分为塑料模、冲压模、挤压模、压铸模、挤压模、锻造模和旋压模等，其中以塑料成型的塑料模在整个模具工业的发展和制品应用范围中来说无疑占主导地位。塑料成型的方法有很多，包括注射成型、压缩成型、压注成型、挤出成型、吹塑成型和发泡成型等。

1.1.1 塑料介绍

1．塑料的分类

目前，塑料品种已达300多种，常用的约40余种。有3种常规分类方法，一是按成型工艺性能分类，二是按使用特性分类，三是按加工方法分类。 1）按成型工艺性能分类 根据成型工艺性能，塑料可分为热塑性塑料和热固性塑料。 （1）热塑性塑料

热塑性塑料的合成树脂都是线型或支链型高聚物，所以受热会变软，甚至会成为可流动的稳定粘稠液体，在此状态时具有可塑性，可塑制成一定形状的塑件，冷却后保持既得的形状，如再加热又可变软成另一种形状，如此可以进行反复多次变形。这一过程中只有物理变化，而无化学变化，其变化是可逆的。

热塑性材料包括聚氯乙烯（PVC ）、聚苯乙烯（PS ）、聚乙烯（PE ）、聚炳烯（PP ）、尼龙（PA ）、聚甲醛（POM ）、聚碳酸脂（PC ）、ABS 塑料、聚砚（PSU ）、聚苯醚（PPO ）、氟塑料、聚酯树脂和有机玻璃（PMMA ）等。

（2）热固性塑料

热固性塑料的合成树脂是体型高聚物，因而在加热之初，因分子呈线型结构，具有可熔性和可塑性，可塑制成一定形状的塑件，当继续加热时，分子呈现风状结构，当温度达到一定程度后，树脂变成不溶、不熔的体型结构，此时形状固定下来，不再变化。如遇加热也不软化，不再具有可塑性。在这个变化过程中，既有物理变化，又有化学变化，因此，变化过程是不可逆的。

热固性塑料包括酚酸塑料（PF ）、氨基塑料、环氧树脂（EP ）和酚醛塑料（PF ）等。

2）按塑料的使用特点分类

根据塑料的使用特点，塑料可分为通用塑料、工程塑料和特种塑料。 （1）通用塑料

通用塑料是指常用的塑料品种，这类塑料产量大、用途广、成型性好，价格便宜，包括聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、酚醛和氨基塑料6种。

（2）工程塑料

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腾龙图书 工程塑料是具有优良力学性能的一类塑料，它能代替金属材料，制造承受载荷的工程结构零件。常见的工程材料包括ABS 、聚甲醛、聚碳酸脂和聚酰胺等。

在工程塑料中又将其分为通用工程塑料和特种工程塑料两大类。

通用工程塑料包括聚酰胺、聚甲醛、聚碳酸脂、改性聚苯醚、热塑性聚酯、超高分子量聚乙烯和甲基戊烯聚合物等。

特种工程材料又有交联型和非交联型之分。交联型的有聚氨基双马来酰胺和耐热环氧树脂等；非交联型的有聚酰亚胺和聚醚酮等。

（3）特种塑料

特种塑料一般是指具有某一方面特殊性能的塑料，用于特殊需求场合。常见的有氟塑料和有机硅等。

3）按加工方法分类

根据各种塑料不同的成型方法，可以分为膜压、层压、注射、挤出、吹塑、浇铸塑料和反应注射塑料等多种类型。

膜压塑料多为物性的加工性能与一般固性塑料相似的塑料；层压塑料是指浸有树脂的纤维织物，经叠合、热压而结合成为整体的材料；注射、挤出和吹塑塑料多为物性和加工性能与一般热塑性塑料相类似的塑料；浇铸塑料是指能在无压或稍加压力的情况下，倾注于模具中能硬化为一定形状制品的液态树脂混合料，如MC 尼龙等；反应注射塑料是用液态原材料加压注入膜腔内，使其反应，固化为一定形状制品的塑料，如聚氨酯等。

2．塑料的性能

塑料性能主要是指塑料在成型工艺过程中所表现的成型特性。在模具的设计过程中，要充分考虑这些因素对塑件的成型过程和成型效果的影响。

（1）成型收缩

塑料注射成型的过程是在较高温度下将熔融的熔料注入型腔内，固化、冷却后成型。塑件自模具中取出冷却至室温后，发生尺寸收缩，这种性能称为收缩性。

塑料制件的收缩不仅与塑料本身的热胀冷缩性质有关，而且还与模具结构及成型工艺条件等因素有关，故将塑料制件的收缩通称为成型收缩。收缩性的大小以收缩率表示，即单位长度塑件收缩量的百分数。

设计模具型腔尺寸时，应按塑件所使用的塑料的收缩率给予补偿，并在塑件成型时调整好模温、注射压力、注射速度及冷却时间等因素，以控制零件成型后的最终尺寸。

（2）流动性

塑料的流动性是指在成型过程中，塑料熔体在一定的温度和压力作用下填充模腔的能力。

流动性差的塑料在注塑成型时不易填充模腔，易产生缺料，在塑料熔体的汇合处不能很好地熔接而产生接痕，这些缺陷会导致零件报废。反之，若材料的流动性太好，注塑时易产生溢料飞边和流延现象。浇注系统的形式、尺寸、布置，包括型

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腔的表面粗糙度、浇道截面厚度、型腔形式、排气系统和冷却系统等模具结构对塑料的流动性有着重要影响。

热塑性塑料按流动性可分为以下3类。

● 流动性好的尼龙、聚乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯、醋酸纤维等。

● 流动性一般的ABS 、有机玻璃、聚苯醛、聚氯醚。

● 流动性差的聚碳酸脂、硬聚氯乙烯、聚苯醚、氟塑料。

（3）取向和结晶

取向是由于各向异性导致的塑料在各个方向上收缩不一致的现象。影响取向的因素主要有塑料品种、塑件壁厚和温度等。除此之外，模具的浇口位置、数量和断面大小对塑件的取向方向、取向程度和各个部位的取向分子情况有重大影响，是模具设计中必须重视的问题。

结晶是指塑料中树脂大分子在空间呈现有序排列现象，影响结晶的主要因素有塑料的类型、添加剂、模具温度和冷却速度。结晶率对于塑料的性能有重要的影响，因此在模具设计和塑件成型过程中应注意。

（4）吸湿性

吸湿性是指塑料对水分的亲疏程度。在成型加工过程中，当塑料的水分含量超过一定的限度时，水分在高温料筒中变为气体，促使塑料高温分解，导致成型缺陷。根据吸湿性，塑料大致可以分为两类，一类是具有吸湿或黏附水分倾向的塑料，如聚酰胺、聚碳酸脂、ABS 和聚苯醚等；另一类是吸湿或黏附水分极少的塑料，如聚乙烯和聚丙烯等。

（5）热敏性

某些热稳定性差的塑料在高温下受热时间长、浇口截面过小或剪切作用大时，料温增高就容易发生变色、降解、分解的倾向，塑料的这种特性称为热敏性。为防止热敏性塑料出现过热分解现象，可采取加入稳定剂、合理选择设备、合理控制成型温度和成型周期、及时清理设备等措施。另外，也可以采取给模具表面镀铝、合理设计模具的浇注系统等措施。 1.1.2 注塑成型工艺

注塑成型又称注射成型。注射成型是使热塑性或热固性成型料先在加热料筒中均匀塑化，而后由柱塞或移动螺杆推挤到闭合模具的模腔中成型的方法。注射成型的成型周期短（几秒到几分钟），成型制品的质量范围可以是几克到几十千克，能一次成型外形复杂、尺寸精确、带有金属或非金属嵌件的成型品。因此，注塑成型工艺在整个塑料制品生产行业中占有非常重要的地位。

1．注塑成型的工作原理

利用塑料的可挤压性和可塑性，首先将松散的粒料或粉状成型物料从注射机的料斗送入高温的机筒内加热熔融塑化，使之成为黏流态熔体；然后用柱塞或螺杆压