注塑材料与模具设计专业知识分享(上)

戳我进入社区:注塑和模具人的网上家园

塑料是指以聚合物合成树脂为主要成分，在一定温度和压力下具有塑性和流动性，可塑成一定形状，在一定条件下保持不变形状的材料。常用的塑料分为热固性塑料和热塑性塑料。热固性塑料的特点是在加热或其他条件下可以固化成不溶性材料。热塑性塑料的特点是在特定温度范围内反复加热、软化或冷却和凝固。 

塑料制品的广泛应用离不开其自身的性质特性。以下是塑料成分的特点。

(1)塑料的分子结构

树脂是塑料的主要成分，有天然树脂和合成树脂。

(2)塑料成分

树脂：其主要功能是粘合塑料的其他成分，决定塑料的主要性能，如机械、物理、电、化学等。树脂在塑料中的比例一般为40%～65%。

填充剂：又称添料，正确地选择填充剂，可以改善塑料的性能并扩大它的使用范围。

增塑剂：为了降低树脂的熔融粘度和熔融温度，提高其成型加工性能，提高塑料的柔韧性、弹性等必要性能，通常添加与树脂相容的高沸点有机化合物。这种物质被称为  塑剂。

着色剂：又称色料，主要起到美观和装饰作用，包括涂料部分。

稳定剂：所有能延缓塑料变质的物质都叫稳定剂，分光稳定剂、热稳定剂和抗氧化剂。

润滑剂：提高塑料熔体的流动性，减少或避免对设备或模具的摩擦和粘附，提高塑料零件的表面光洁度。

表1-1 热塑性塑料缩写代号与中文对比

缩 写 代 号

中   文

缩 写 代 号

中   文

ABS

丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物

MDPE

中密度聚乙烯

A / S

丙烯腈-苯乙烯共聚物

PA

聚酰胺(尼龙)

A / MMA

丙烯腈-甲基丙烯酸甲酯共聚物

PAA

聚丙烯酸

A / S / A

丙烯腈-苯乙烯-丙烯酸酯共聚物

PC

聚碳酸脂

CA

乙酸纤维素(醋酸纤维素)

PAN

聚丙烯腈

CN

硝酸纤维素

PCTFE

聚三氟氯乙烯

EC

乙基纤维素

PE

聚乙烯

FEP

全氟（乙烯-聚全氟乙烯(聚全氟乙烯)

PEC

氯化聚乙烯

GPS

通用聚苯乙烯

PI

聚酰亚胺

GRP

玻璃纤维增强塑料

PMMA

聚甲基丙烯酸甲酯

HDPE

高密度聚乙烯

POM

聚甲醛

HIPS

聚苯乙烯冲击强度高

PP

聚丙烯

LDPE

低密度聚乙烯

PPC

氯化聚丙烯

PPS

聚苯硫醚

PPO

聚苯醚(聚2，6-二甲基-1，4-聚苯支撑醚)、聚苯支撑醚

PPSU

聚苯砜

PVCC

氯化聚氯乙烯

PS

聚苯乙烯

PVDC

二氯乙烯聚偏

PSF

聚砜

PVDF

聚偏二氟乙烯

PTFE

聚四氟乙烯

RP

增强塑料

PVC

聚氯乙烯

S/AN

苯乙烯-丙烯腈共聚物

不同成分的塑料反映了它们不同的使用价值，表1-2所示是常用热塑性塑料的使用性能和用途。

表1-2 常用热塑性塑料的特点和用途

名   称

性   质

应   用

注意设计

聚氯乙烯 PVC

硬-机械强度差，化学性能稳定，价格低，阻燃

耐磨性好，价格低，含有微毒，不适合食具和包装食品

硬质——宜于制造板、管、门窗、线槽、电开关、插座等

软质-适用于塑料凉鞋、薄膜、雨衣、地板胶、壁纸、人造革、软管等

流动性差-流道短而粗，分流道应少转弯

氯腐蚀模具-型腔、型芯等成型零件应电镀

聚乙烯PE

无毒、柔软、便宜、质轻   于水

高压LDPE——低(中)压力适合制造薄膜HDPE——生产日用品(米桶、面盆、水壶、保鲜盒等)

收缩率大——设计计算与制造要充分考虑收缩率

塑料结构设计应注意防变形措施

名   称

性   质

应   用

注意设计

聚苯乙烯PS

适用性高，硬脆，着色性更好，颜色鲜艳，无毒，价格低，电绝缘性好

糖果盆，三角尺，录音带，CD盒子、玩具、文具等

电气元件及外壳

锻钢用于透明型腔和型芯，使表面光滑

硬脆-脱模斜度α要大，一般α≥2°

苯乙烯-丁二烯-丙烯腈共聚物

ABS

表面硬度高，尺寸稳定，着色性好，镀铬，耐热，耐冲压，无毒

外壳、食具、厨具等

有足够的脱模斜度α≥ 5°——防止顶角

注意浇口位置，防止和减少熔合痕迹

聚丙烯PP

综合性能好，韧性突出，不透明，无毒，比例小（0.9），能浮于水

铰链产品(眼镜盒)、塑料袋、绳索、编织袋、薄膜、水上救生器材、飞机器材、家电外壳

收缩变形大-设计计算应考虑收缩对产品配合的影响，并应具有防变形结构

铰链产品应注意浇口的位置

流动性好-模具配合面要求高，防止溢料

聚酰胺

（尼龙）PA

耐磨、耐酸、耐碱、耐压、耐水。自润滑性好，不透明

尼龙丝、齿轮、轴承、水龙头、密封圈等

流动性更好—模具分型面和配合面精度高，避免溢料

收缩大，尺寸不稳定-尺寸计算和制造模具应考虑收缩的影响

脱模阻力大-脱模斜度应该更大

聚甲醛

（赛钢）POM

是理想的代钢和铝塑料

综合性能优异，自润滑性好，比尼龙好，颜色鲜艳。与钢相比，机械性能更贵

齿轮、轴承、轮子、弹簧、风扇叶片、游戏机按钮

流动性差，成型困难-模具应有加热设备，主流道短而粗

甲醛有毒型腔、型芯电镀防腐

聚碳酸脂PC

抗冲压性能优异，透明无毒

防弹玻璃、透镜、汽车灯罩、咖啡壶、家用搅拌机、齿轮、冷冻设备、冲击钻壳

流动性差-模具应配备加热装置，主流道短而粗，分流道转弯少

透明-脱模斜度α≥2°

锻钢用于型芯和型腔的抛光

表1-3 常用塑料的特性及识别

塑料 名称

使用 特

识   别

ABS 丙烯腈－丁二烯－苯乙烯共聚物

综合性能好，耐化学性好，电性好，它具有超强的易加工性、外观特性、低蠕变性、优异的尺寸稳定性和高抗冲击强度

燃烧时的火焰颜色为黄黑烟，燃烧气味为橡胶

PA 聚酰胺(尼龙)

坚韧、耐磨、耐疲劳、耐油、耐水、耐霉菌，但吸水性强 尼龙6-弹性好，冲击强度高，吸水性强 尼龙66-强度高，耐磨性好 尼龙610-强度高，耐磨性好，但吸水性和刚度弱 尼龙1010-半透明，吸水性弱，耐寒性好

燃烧时的火焰颜色为黄色，燃烧气味为特殊气味

PC 聚碳酸脂

它具有特别好的抗冲击强度、热稳定性、光泽度、细菌抑制性、阻燃性和抗污染性。它具有良好的抗蠕变和电绝缘性，收缩率很低，通常是0.1%～0.2%，机械性能好，但流动性差

燃烧时的火焰颜色为黄黑烟，燃烧气味是特殊的 味

PE 聚乙烯

柔软、透明、伸长、冲击强度好的高压聚乙烯 熔点、刚度、硬度、强度高、吸水性弱、电气性能突出、耐辐射性好

燃烧时的火焰颜色为上黄色，下蓝色。燃烧的气味是石蜡

POM 聚甲醛

具有良好的抗蠕变、几何稳定性和抗冲击性，延展强度好，抗疲劳强度好，吸水性小，摩擦系数低，但热稳定性差，易燃烧，长期暴露在大气中会老化

燃烧时的火焰颜色为上黄色，下蓝色。燃烧气味是福尔马 林味

PS 聚苯乙烯

电绝缘性好，无色透明，透光率仅次于有机玻璃，着色性差，耐水性好，化学稳定性好，机械强度一般，但脆性易产生应力破裂，不耐苯、汽油等有机溶剂

燃烧时的火焰颜色为橙色黑烟，燃烧气味为苯乙烯

PSF 聚砜

耐热耐寒、抗蠕变、尺寸稳定性好、耐酸、耐碱、耐高温蒸汽 高硬度和冲击强度的聚硫-60～＋150℃长期使用后，在水、湿空气或高温下仍能保持良好的绝缘性，但不耐芳香烃和卤化烃的耐热性和耐寒性好，可在-240～＋260℃硬度高，耐辐射

PP 聚丙稀

热扭曲温度较低（100℃）、透明度低，光泽度低，刚度低，但抗冲击强度强，抗吸湿、耐酸碱、耐腐蚀、耐溶性好

燃烧时的火焰颜色为蓝色，燃烧气味是柴油味

PVC 聚氯乙烯

硬质PVC机械强度高，电气性能好，耐酸碱性强，化学稳定性好，但软化点低 软质PVC伸长率大，机械强度低，耐腐蚀性和电绝缘性低于硬质PVC，且易老化

燃烧时的火焰颜色为上黄色，下绿色，燃烧气味为氯

续表

塑料 名称

使用 特

识   别

PPE

化学稳定性强，吸湿性弱，几何稳定性好，电绝缘性能好，热膨胀系数低

燃烧时的火焰颜色为黄色黑烟，燃烧气味为橡胶

氟塑料

耐腐蚀、耐老化、电绝缘性优越，吸水性好 小

醋酸纤维素

强韧性很好，耐油，耐稀酸，透明有光泽，尺寸稳定性好，易涂饰、染色、粘合、切削，低温情况下抗冲击性和抗拉强度减弱

聚酰亚胺

综合性能良好，强度高，抗蠕变性、耐热性好，可在-200～     ＋260℃下长期使用，高耐磨性、电绝缘性优良，耐辐射，耐电晕，耐稀酸，但不耐碱、强氧化剂和高压蒸汽

PMMA 聚甲基丙烯酸甲脂

有优良的光学特性及耐气侯变化特性，PMMA制品有很低的双折射，具有室温蠕变特性和抗冲击特性

燃烧时的火焰颜色为上端黄色，下端青色，燃烧气味为巧克力味

为了便于将塑件从密闭的模腔内取出，也为了便于安放嵌件或取出浇注系统，必须将模具分成两个或几个部分。通常将分开模具能取出塑件的面称为分型面。同时，以分型面为界，模具又可被分成两大部分，即动模与定模部分。而其他的面则被称作分离面或分模面，注射模只有一个分型面。

分型面的选择是一个比较复杂的问题，因为它受到塑件的几何形状、壁厚、尺寸精度、表面粗糙度、嵌件位置、脱模方法以及塑件在模具内的成型位置、顶出方式、浇注系统的设计、模具排气的方式等方面的影响。

分型面的形式一般有以下几种：图1-1中（a）图所示为水平分型面；（b）图所示为斜分型面；（c）图所示为阶梯分型面；（d）图所示则为曲线分型面。因此对于模具设计人员来说，分型面的正确选择对模具制造及操作都有着至关重要的影响。

选择分型面的位置时，分型面一般不取在装饰外表面或带圆弧的转角处。分型面必须设置在产品的更大截面处，而且便于开模后塑件留在动模的一侧，以保证便于顶出机构能够顺利脱模。选择分型面时应遵循如下原则。

为了便于塑件脱模，应使塑件在开模时尽可能留在下模。由于塑件的顶出机构通常设置在下模，尤其是自动化生产所用的模具，因此正确选择塑件的留模方式显得更为重要。

留模方式选择正确与否会直接影响到产品质量和生产效率。

如图1-2（a）所示，由于型芯设在定模部分，开模后塑件会收缩而包紧型芯，使塑件留在定模一侧，因而，增加脱模的难度，使模具结构复杂，如果改用图1-2（b）所示的结构就会比较合理。

分型面应尽可能选择在不影响塑件外观的部位，而且在分型面处所产生的飞边应容易修整加工。如图1-3所示，一边不带圆弧球面的塑件，若采用图（a）的结构，将有损塑件表面质量，而采用图（b）的结构就比较合理。

图1-4所示为一副齿轮模具，齿轮的轮缘与台阶部分的外圆有同轴度要求。若将有同轴度要求的部分分别在动模和定模内成型，如图1-4（a）所示，则会因模具合模不准确而难以保证其同轴度要求；若改用图1-4（b）所示的结构，使有同轴度要求的部分全部在动模内成型，则可满足同轴度的要求。

选择分型面时，根据塑件的使用要求和所用塑料，要考虑飞边在塑件上的部位。如塑件不允许有水平飞边时，可采用如图1-5（a）所示的结构，有利于脱模，尤其对于流动性较好的尼龙来说，采用这种结构还可以减少飞边的产生。而采用如图1-5（b）所示的结构则欠妥。

分型面合模后间隙一般不超过0.01～0.03mm，否则会形成飞边，故分型面均要进行“平面磨床”的磨削加工。

选择分型面时，应考虑减小由于脱模斜度所造成的塑件大小端的尺寸差异。如图1-6（a）所示塑件，若型腔设在模具的一侧，则因脱模斜度造成塑件的大小尺寸差异较大，当塑件不允许有较大的脱模斜度时，采用此种结构必然使脱模困难。若塑件对外观无严格要求，可将分型面选在塑件中部，如图1-6（b）所示，它可采用较小的脱模斜度，有利于脱模。

分型面的排气功能可以把型腔内部的部分高温气体排出型腔外，保证产品表面没有气孔产生，有利于改善产品的外观质量。

一般在分型面凹模一侧开设一条深0.025～0.1mm、宽1.5～6mm的排气槽，亦可以利用顶杆、型腔、型芯镶块排气。

分型面应使模具分割成便于加工的部件，以减少机械加工的难度。

浇注系统是指模具中从喷嘴开始到型腔为止的塑料溶体的流动通道。作用是将塑料溶体顺利地充满型腔的各个部位，并在填充及凝固过程中，将注射压力传递到型腔的各个部位。

浇注系统由主流道、分流道、冷料穴和浇口组成，如图1-7所示。

浇注系统的设计是注塑模具设计的一个重要环节，它对注塑成型的效率和塑件质量都有直接的影响；

因此，在设计浇注系统时必须注意以下几项原则：

了解塑料的成型特性，也就是塑料的温度和剪切速率等。

防止型芯和塑件的变形，避免料流正面冲出小直径型芯或脆弱的金属镶件，以及防止浇口处由于过大的收缩应力而造成塑件变形。

排气良好，保征流体流动顺利，快而不紊乱。

减少流程及塑料耗量，以缩短成型周期，提高成型效果，减少塑料用量。

进料口的位置和形状要结合塑件的形状和技术要求确定。

一模多腔时，防止大小相差悬殊的制件放一模腔内。

修整方便，保证塑件外观质量。

分流道就是主流道与浇口之间的部分，起分流和转向的作用，其要求是塑料熔料在流动中热量和压力损失更小，同时使流道中的塑料量更小。分流道的形状如图1-8所示。分流道的形状及大小必须根据塑件的成型体积、塑件壁厚、形状、塑料的工艺特性、注塑速度、分流道长度等因素来确定。

分流道的设计要点：

分流道的表面不必要求很光滑，表面精度一般在1.25即可。因为分流道表面不太光滑，能使熔融塑料的冷却皮层固定，有利于保温。

当分流道较长时，在分流道末端应开设冷料穴，以容纳注塑开始时产生的冷料，保证塑件的质量。

浇口指流道末端与型腔之间的细小通道。作用主要是提高塑料的流动速度和温度，以及防止流入型腔的塑料侧流。

（1）针点式浇口

针点式浇口又称为点水口，采用三板式模架方能自动脱模，模具结构较复杂，浇口在生产过程中自动拉断，适合自动化注射生产。能使用在一模一腔或一模多腔模具中，既可以注射小产品亦可以注射大型产品，特别是有花纹的塑件也不影响外观。图1-9所示为针点式浇口结构。

（2）潜伏式浇口

潜伏式浇口又称为潜伏口，进料部位选在制品较隐蔽的地方，以免影响制品外观，顶出时流道与塑件自动分开，故需较大的顶出力。对于过分强韧的塑料，不适合使用潜伏式浇口。图1-10所示为潜伏式浇口结构。

（3）侧浇口

侧浇口又称为边缘浇口或侧水口，一般开设在分型面上，从塑件边缘进料，其形状长为矩形或接近矩形。加工方便、简单，应用灵活，既可以从产品外侧进料，亦可以从产品内侧进料。图1-11所示为侧浇口结构。

（4）直接式浇口

直接式浇口又称为大水口或中心浇口，无分流道，塑料通过主流道直接进入型腔，故有塑料流程短，流动阻力小，进料快，动能损失小，传递压力好等优点。但冷却除浇口比较困难，塑件有明显的浇口痕迹，因浇口附近热量比较集中，故在该处冷凝较迟，产生的内应力较大，且易在该处产生气泡、缩孔等缺陷。图1-12所示为直接式浇口结构。

在设计浇注系统时，应先选择浇口的位置，浇口位置正确与否，将直接关系到制品的成型质量及注射过程是否能够顺利进行。

选择浇口位置时应遵循以下几个原则：

浇口位置应尽量选择在分型面上，以便于模具加工及浇口的清理。

浇口位置距型腔各个部位的距离应尽量一致，并使其流程更短。

浇口的位置应保证塑料流入型腔时，对着型腔中宽畅、厚壁的部位，以便于塑料的流入。

避免塑料在流入型腔时直冲型腔壁、型芯或嵌件，应使塑料能尽快流入型腔的各个部位，以避免型芯或嵌件变形。

尽量避免使制品产生熔接痕，或使熔痕出现在制品的重要部位。

应使塑料在流入型腔时，能沿着平行型腔的方向均匀流入，并有利于型腔内气体的排出。

浇口应设置在制品上更易清除的部位，同时尽可能不影响制品的外观。

使塑件从模具上脱出来的机构称为顶出机构或脱模机构。顶出机构的动作方向与模具开模方向是一致的。良好的顶出机构要求脱模时塑件不变形和不损坏，而且顶出机构的位置应位于制件不明显处。

顶出机构的形式归纳起来可分为机械顶出、液压顶出和气动顶出3大类。在设计顶出系统时应遵循以下原则：

为使制品不致因顶出而产生变形，推力点应尽量靠近型芯或难于脱模的部位，如制品上细长的中空圆柱，多采用推管（标准件通常为司筒）顶出。推力点的布置应尽量均匀。

推力点应作用在制品上承受力更大的部位，即刚性好的部位，如筋部、突缘和壳体形制品的壁缘等处。

尽量避免推力点作用在制品的薄平面上，防止制品破裂和穿孔等，如壳体形制品及筒形制品多采用推板顶出。

为避免使顶出的痕迹影响制品的外观，顶出装置应设在制品的隐蔽面或非装饰表面。对于透明制品尤其要注意顶出位置及顶出形式的选择。

未 完 待 续

90%的人看完这篇文章会

长按关注以下视频号观看各种小视频

十万注塑和模具人都在

关注的模具和注塑视频号

更多精彩内容推荐阅读：

专业注塑试模工程师的操作步骤与成型参数记录要求

【干货】注塑模具入门知识分享！（新人必备、老人必收）

欢迎添加小编私人，获得：

1、朋友圈有更多这里看不到的内容

2、可申请进200个行业细分群