《塑料成型加工与模具》课后习题答案.pdf 101页

'第一章概论1、什么是合成树脂?什么是塑料?为什么塑料能得到日益广泛的应用?答：合成树脂是人们模仿天然树脂的成分，并克服了产量低、性能不理想的缺点，用化学方法人工制取的各种树脂。塑料是以高分子聚合物为主要成分，并在加工为制品的某阶段可流动成型的材料。塑料具有特殊的物理力学性能和化学稳定性能，以及优良的成型加工性能，在加热和压力下，利用不同的成型方法几乎可将塑料制成任何形状的制品。同时，塑料原料来源广泛，价格低廉，所以，随着塑料工业的迅速发展，塑料得到了日益广泛的应用。2、什么是热塑性塑料和热固性塑料?两者在本质上有何区别?答：热塑性塑料，主要由聚合树脂制成。其特点是受热后软化或熔融，此时可成型加工，冷却后固化，再加热仍可软化。热固性塑料，大多数是以缩聚树脂为主，加入各种添加剂制成的。其特点：开始受热时也可以软化或熔融，但是一旦固化成型就不会再软化。此时，即使加热到接近分解的温度也无法软化，且也不会溶解在溶剂中。 两者本质上的区别在于分子结构的不同：热塑性塑料的分子结构呈链状或树枝状，为线性聚合物。这些分子通常互相缠绕但并不连结在一起，所以受热后具有可塑性；热固性塑料加热开始时也具有链状或树枝状结构，但在受热后这些链状或树枝状分子逐渐结合成网状结构(交联反应)，成为既不熔化又不熔解的体型聚合物。分子的链与链之间产生了化合反应，当再次加热时这类塑料便不能软化。3、试述热塑性塑料的状态与加工的关系?答：随着加工温度的逐渐升高，热塑性塑料将经历玻璃态、高弹态、黏流态直至分解。不同状态其性能不同，决定了对加工的适应性。∗①θg以下玻璃态，坚硬的固体。E高、γ小，不宜大变形加工，可车、铣、刨、钻等机械加工。∗②θg~θf高弹态，橡皮状弹性体。E显著减小，γ大大增强。a、无定形塑料在高弹态靠近聚θf一侧，材料的黏性很大，某些塑料可进行真空、压力、压延和弯曲成型等。形变是可逆的，制品温度迅速冷却到θg才能得到符合形状尺寸要求的制品。b、结晶形塑料，外力大于材料的屈服点时，可在θg至θm内进行薄膜或纤维的拉伸。③θf（熔点温度θm）开始，塑料呈黏流态（为熔体）。在θf 以上不高的温度范围内压延、挤出和吹塑成型等。在θf以上较高的温度下，E降低到最低值，较小的外力就能引起熔体宏观流动。此时形变主要是不可逆的黏性变形，塑料在冷却后将形变永久保持下去。在这个温度范围内常进行熔融纺丝、注射、挤出和吹塑等加工。但，过高的温度容易引起制品产生溢料、翘曲等弊病，当温度高到分解温度θd会导致塑料分解，会降低制品的物理、力学性能，引起制品外观不良。4、热塑性塑料的主要成型方法有哪些?热固性塑料的主要成型方法有哪些?答：热塑性塑料的主要成型方法：注塑、挤塑、吹塑、固相成型；热固性塑料的主要成型方法：压缩、压注成型，有时也用注塑成型。第二章塑料成型理论基础1．什么是牛顿流动定律?牛顿流体?dvdγ•答：牛顿流动定律：τ=η=η=ηγdrdt牛顿流体：流体以切变方式流动，切应力与剪切速率间呈线性关系。2．什么是非牛顿流体?什么是假塑性流体?η与ηa本质有何 不同?答：非牛顿流体：流体以切变方式流动，切应力与剪切速率间呈非线性关系。假塑性流体：假塑性流体是非牛顿流体中最普遍、最常见的•ndv一种，近似服从幂律流动规律nτ=Kγ=K()，且n<1。drη为牛顿黏度，是牛顿流体本身所固有的性质，与流体的分子结构及流体温度有关，其值大小表征牛顿流体抵抗力引起流动变形的能力；ηa为表观黏度，表征非牛顿流体在外力作用下抵抗其变形的能力，除与流体本身性质、温度有关之外，还受剪切速率影响，即外力大小及作用的时间也能改变流体的黏度。3．描述假塑性流体的公式中，K、n的意义?答：对于某一种假塑性流体而言，K、n均为常数。K（稠度）值愈高，流体黏度愈大；n（非牛指数，小于1）离整数1愈远，流体的非牛顿性愈强。•4.在宽广的剪切速率范围内，聚合物熔体的η与γ之间的关系会出现怎样的变化？•2—1答：⑴聚合物熔体在低剪切速率(γ=1~10s)作用下呈现牛•顿性质，η为零切牛顿黏度（ηo），在此区域η不随γ变化；⑵熔•6—1体在高剪切速率(γ≥10s)作用下也呈现牛顿性质，黏度η为极 •限牛顿黏度(η∞)，在此区域η也不随γ变化；⑶熔体在中等剪切•速率（102~106s—1）作用下呈非牛顿性质，在此区域η随γ的增大呈幂律规律减小。5.聚合物熔体的黏度随剪切速率的变化对塑料成型加工有何指导意义?答：大多数热塑性聚合物熔体都近似具有假塑性液体的流变学性质，熔体的表观黏度随剪切速率增大呈幂律规律减小。但在较低和较高的剪切速率范围内，黏度的变化梯度(即对剪切•速率的敏感性)不同。在较低的剪切速率区域，γ发生任何微小的变化都会使黏度出现很大的波动，这会给注射控制造成极大困难，即引起工艺条件不稳定、充模料流不稳定、制件密度不均、残余应力过大、收缩不均匀等问题；而在较高的剪切速率区域，改变剪切速率，黏度变化很小，不能有效地改善流动性能。因此，在塑料成型加工中应根据流变曲线选择对黏度影响既不太大也不太小的剪切速率进行操作，保证聚合物熔体不致因黏度过大而影响流动成型，同时也不会因黏度过小而影响制品的成型质量。6.牛顿与非牛顿流体在圆形管道、狭缝形管道中的切应力、剪切速率和体积流率的表达式。答：①在圆形管道中 牛顿与非牛顿流体的切应力任一半径处τ=rΔp/2L管壁处τR=RΔp/2L牛顿流体剪切速率•r∆p•R∆p任一半径处γ=管壁处γ=R2ηL2ηL非牛顿流体剪切速率11•⎛r∆p⎞n•⎛R∆p⎞n任一半径处γ=⎜⎟管壁处γR=⎜⎟⎝2KL⎠⎝2KL⎠牛顿流体体积流率πR4∆p•4qvq=（γ=）vR38ηLπR非牛顿流体体积流率13n+1πn⎛∆p⎞n•⎛3n+1⎞qq=Rn（γ=⎟v）v⎜⎟R⎜33n+1⎝2KL⎠⎝n⎠πR②在平行板狭缝管道中牛顿与非牛顿流体的切应力任一液层处τh=hΔp/L上、下壁面处∆pτ=HHL牛顿流体剪切速率•⎛h∆p⎞任一液层处γh=⎜⎟上、下壁面处⎝LK⎠ •⎛H∆p⎞γH=⎜⎟⎝LK⎠非牛顿流体剪切速率1/n•⎛h∆p⎞任一液层处γh=⎜⎟上、下壁面处⎝LK⎠1/n•⎛H∆p⎞γH=⎜⎟⎝LK⎠牛顿流体体积流率32HW∆pq=v3ηL非牛顿流体体积流率12n+12n⎛∆p⎞n⎛⎞q=⎜⎟⎜WHn⎟v2n+1KL⎜⎟⎝⎠⎝⎠7.一种聚合物熔体在5MPa压力降作用下通过直径2mm、长12mm的等截面圆形管道时，测得的体积流率为0．072cm3／s。若该聚合物熔体的流变行为同于牛顿流体，求管壁处的最大切应力、剪切速率和牛顿黏度。解：最大切应力τ6（/2×12）=2.08×105(Pa)R=RΔp/2L=1×5×10最大剪切速率•4qv=4×0.072×103/(3.14×14)=91.7(s-1)γ=R4πR•R∆pR∆p5牛顿黏度据γ=有η==1×5×10/R•2ηL2LγR （2×12×91.7）=2.3×102(Pa.s)答：最大切应力、剪切速率、牛顿黏度分别为2.08×105Pa、91.7s-1、2.3×102Pa.s。8.一聚合物熔体以1MPa的压力降通过直径2mm、长8mm的等截面圆管时，测得的体积流率为0，05cm3／s，在温度不变的情况下以5MPa压力降测试时体积流率增大到0．5cm3／s，试从以上测试结果分析该熔体在圆管中的流动是牛顿型还是非牛顿型，并建立表征这种聚合物熔体流动行为的流动方程。解：（1）若此聚合物熔体为牛顿流体，则其熔体黏度不随剪切速率变化，将两组数据带入求牛顿流体剪切速率的公式时所得4πR∆p黏度不变。据q=，有v8ηL44634πR∆pπR×1×102.5×10πR1η===138qL8×0.05×10LLv144634πR∆pπR×5×101.25×10πR2η===238qL8×0.5×10LLv2从上两式可以看出η≠η，即此熔体不是牛顿流体，是非牛12顿型流体。13n+1πn⎛∆p⎞n（2）据非牛流体q=Rn，将两组数据带入，v⎜⎟3n+1⎝2KL⎠则： 1πn⎛1×106⎞n3n+10.05×103=⎜⎟Rn（a）⎜⎟3n+1⎝2KL⎠1πn⎛5×106⎞n3n+10.5×103=⎜⎟Rn(b)⎜⎟3n+1⎝2KL⎠将(b)除以（a），得13n+11πn⎛∆p⎞n()n10=5n，n=0.699。将n=0.699带入qv=⎜⎟R中，3n+1⎝2KL⎠有13.14×0.699⎛5×106⎞0.6993×0.699+10.5×103=⎜⎟10.699⎜⎟3×0.699+1⎝2×8K⎠1.4353⎛3.125×10⎞0.5×10=0.709⎜⎟⎜⎟⎝K⎠1.4353⎛3.125×10⎞0.705×10=⎜⎟⎜⎟⎝K⎠K=(解上面方程，具体答案略)其流动方程nτ=Kγ（将上面算得的结果代入，略）9．挤出硬质PVC圆棒时，已知口模处料温为177℃，口模直径为30mm，口模长为120mm，挤出速率为8．0cm3／s，现不考虑端末效应，试求PVC熔体进人口模时的压力和τ=0．5MPa时的黏度(见图2-40)。 解：（1）熔体进人口模时的压力n′R∆P⎛4qv⎞根据=K′⎜⎟在图2-40的177℃曲线上得两组数据：32L⎝πR⎠2×105Pa,10s-1;5×105Pa,100s-1，代入上式，得5n′2×10=K′(10)（a）5n′5×10=K′(100)(b)将(b)除以（a），得()n′2.5=10得n’=0.40,代入（a），得K’=（具体结果略）’4qv假设n=n,且在测定的数据范围内保持不变，则根据式3πR n⎛3n+1⎞K′=K⎜⎟，即可求出该熔体的真正稠度K⎝4n⎠得K=（具体结果略）13n+1πn⎛∆p⎞n根据q=Rn算出熔体进人口模时的压力∆Pv⎜⎟3n+1⎝2KL⎠（2）τ=0．5MPa时的黏度••据假塑性流体的真实剪切速率γ与表观剪切速率γ之Ra间的关系，有•3n+1•3×0.4+1−1γ=γ=×100=137.5sRa4n4×0.4假塑性流体在等截面圆管中流动时的表观黏度ηa6τR0.5×103η===3.6×10a•137.5γR10．温度、压力和时间如何影响热塑性塑料熔体的流动性?答：①聚合物熔体的温度升高后体积膨胀，大分子之间的自由空间随之增大，彼此间的范德华力减小，黏度下降，有利于大分子变形和流动，聚合物熔体的流动性增加。②聚合物熔体的压力增大，熔体所受到的剪切速率增加，而熔体的表观黏度随之减小，因而熔体的流动性增加。③聚合物熔体成型温度下长时间受热，会产生不同程度的降 解，导致熔体黏度下降、流动性增加。11．不稳定流动区压力降增大的原因是什么?如何校正?答：不稳定流动区压力降突增的原因：①聚合物以收敛方式进入小直径管时，为保持体积流率不变，只有增大熔体内的速度梯度，才能满足调整流速的要求，为此只有消耗适当的能量才能增大速度梯度，加之随流速的增大，流动的动能也相应增大，这也使能量的消耗增多；②熔体内的剪切速率增大，迫使聚合物大分子更大和更快的变形，沿流动方向更充分地伸展，而且这种方式的形变过程从入口端开始并在一定的流动距离内持续地进行，而这种具有高弹性特征的形变，需克服分子内和分子间的作用力，也要消耗一定的能量。压力降突增的校正办法：将入口端额外压力降看成是与一段“相当长度”管道所引起的压力降，用Le表示这个“相当长度”，即将有入口效应时熔体流过长度为L的管道的压力降，当作没有入口效应时熔体流过（L+Le）长度的压力降。12．聚合物熔体流出流道或浇口时会发生什么变化?影响离模膨胀的因素有哪些?答：熔体会发生离模膨胀效应（体积膨胀的现象）。影响离模膨胀的因素有：①黏度大和非牛顿性强的聚合物熔体在流动过程中容易产生较 大的弹性变形，且松弛过程也比较缓慢，故离模膨胀效应严重。②弹性模量大的聚合物在流动过程中产生的弹性变形小，离模膨胀效应比较小。③增大切应力和剪切速率(不能超过极限值)时，聚合物熔体在流动过程中的弹性变形随着增加，离模膨胀效应加剧。④在中等剪切速率范围内，降低温度不仅会增大入口效应和延长松弛时间，同时还会因此而加剧离模膨胀效应。但当剪切速率超过稳定流动允许的极限剪切速率后，离模膨胀反而会随剪切速率增大而减小。⑤增大流道直径和流道的长径比，以及减小流道人口处的收敛角，都能减小熔体流动过程中的弹性变形，从而减轻离模膨胀效应。13．何为聚合物熔体失稳流动?何为熔体破裂?如何克服?答：失稳流动：大分子链会在极高的剪切速率(≥106s—1)作用下完全被拉直，继续变形就会呈现很大的弹性性质，导致流动无法保持稳定的层流，熔体陷入一种弹性紊乱状态，各点的流速会互相干扰，通常将此现象称为聚合物熔体失稳流动。熔体破裂：聚合物熔体在失稳状态下通过模内的流道后，将会变得粗细不均，没有光泽，表面出现粗糙的鲨鱼皮状。在这种情况下，如果继续增大切应力或剪切速率，熔体将呈现波 浪、竹节形或周期螺旋形，更严重时将互相断裂成不规则的碎片或小圆柱块，这种现象称为熔体破裂。克服办法：①调整熔体在注射机机筒内的线速度；②提高温度，使熔体引起流动失稳时的极限应力和极限剪切速率提高；③在大截面向小截面流道的过渡处，减小流道的收敛角，使过渡的表壁呈现流线状时，可提高失稳流动时的极限剪切速率。14．试分析浇口截面尺寸对充模过程和塑件质量的影响。答：(1)浇口截面高度与模腔深度相差很大：当小浇口正好面对一个深模腔，熔体通过浇口流入模腔时，易产生喷射现象(或称射流)，高速充模。受离模膨胀影响，高速充模时的熔体很不稳定，熔体不仅表面粗糙，且很容易发生破裂，即使不发生熔体破裂，先喷射出的熔体也会因速度减慢阻碍后面的熔体流动，在模腔内形成蛇形流。成型后的制件将会因折叠而产生波纹状痕迹或表面疵瘢。(2)浇口截面高度与模腔深度相差不太大：制件厚度不太大，熔体将以中速充模，熔体通过浇口后，喷射流动的可能性减小。若再适当地进行一些工艺调整(如降低注射速度、提高注射温度和模具温度等)，则会使熔体进入模腔后出现一种比较平稳的扩展性运动(或称扩用流)。塑件质量较好。(3)浇口截面高度与模腔深度接近：制件厚度很小熔体一般 都不再会发生喷射，在浇口条件适当时，熔体能以低速平稳的扩展流动充模。但由于离模膨胀效应，熔体在浇口附近的模腔中仍会有一段不太稳定的流动。塑件质量好。15．喷射流动是怎样形成的?怎样克服?答：如果浇口的尺寸较小，同时浇口的对面是一个宽度和厚度都比较大的型腔，注射时塑料熔体以高速流经浇口产生喷射现象。克服办法：①加大浇口断面尺寸，使流速降低到不发生喷射，亦不产生熔体破裂的速度。②采用冲击型浇口，即浇口开设方位正对着型腔壁或粗大的型芯，使塑料流改变流向，降低流速，均匀填充型腔。此外采用护耳式浇口。16．扩展流动充模的特点是什么?答：扩展流动充模的特点是层流流动。17．何为聚合物结晶?聚合物结晶的特点与低分子物质的结晶有何不同?答：聚合物高温熔体向低温固态转变的过程中分子链的构型(结构形态)稳定规整的排列称为聚合物结晶。聚合物结晶的特点与低分子物质的结晶的不同点：主要有聚合物结晶晶体不整齐、结晶不完全、结晶速度慢和没有明显的熔点等。18．结晶对聚合物性能有何影响?在塑料加工过程中有哪些因素影响结晶? 答：结晶对聚合物性能的影响(1)对密度的影响。结晶意味着分子链已经排列成规整而紧密的构型，分子间作用力强，密度随结晶度的增大而提高。(2)对拉伸强度的影响。由于结晶以后聚合物大分子之间作用力增强，抗拉强度也随着提高。(3)对冲击韧度的影响。结晶态聚合物因其分子链规整排列，冲击韧度均比非晶态时降低。(4)对弹性模量的影响。结晶态聚合物的弹性模量也比非晶态时小。(5)对热性能的影响。结晶有助于提高聚合物的软化温度和热变形温度。(6)对脆性的影响。结晶会使聚合物在注射模内的冷却时间缩短，使成型后的制品具有一定的脆性。（7）对翘曲的影响。结晶后聚合物因分子链规整排列发生体积收缩，结晶度越高，体积收缩越大。结晶态制件比非晶态制件更易因收缩不均发生翘曲，这是因为聚合物在模内结晶不均匀造成的。(8)对表面粗糙度和透明度的影响。结晶后的分子链规整排列会增加聚合物组织结构的致密性，制件表面粗糙度将因此而降低，但由于球晶会引起光波散射，透明度将会减小或丧失。影响结晶因素：（1）熔融温度和熔融时间；（2）冷却速度；（3）切应力和压力；（4）分子结构、低分子物质和固体杂质。19．何为聚合物取向?取向对聚合物的性能有何影响?答：聚合物的大分子及其链段或结晶聚合物的微晶粒子在 应力作用下形成的有序排列叫聚合物取向。取向对聚合物的性能的影响：①非结晶聚合物，取向是大分子及其链段的有序排列结构，取向后聚合物呈现明显的各向异性，在取向方位力学性能显著提高，垂直于取向方位的力学性能显著下降。②结晶聚合物的力学性能也因取向而呈现各向异性，但与非结晶聚合物稍有不同,a、结晶聚合物取向是连接晶片的微丝分子束链段伸直的结果，力学强度和密度都能在取向方位得到提高，弹性和韧性也会改善，但伸长率却因为大分子的规整排列而有所下降。b、结晶聚合物的取向作用只能在熔点温度以下结晶化温度以上才有效果，当低于结晶化温度时，聚合物不容发生剪切流动，所以也就没有取向效果。20．何为熔合缝?熔合缝对塑件质量有何影响?答：又称熔接缝，是塑料制品中的一个区域，由彼此分离的塑料熔体熔合固化而形成的。熔合缝对塑件质量的影响：力学性能低于塑件的其他区域，是整个塑件中的薄弱环节。熔合缝的强度通常就是塑料制件的强度。21．何为内应力?内应力的存在对塑件质量有何影响?答：内应力即残余应力。残余应力发生于熔体在模内流动和冷却的过程。①注射和保压阶段，塑料受到不均衡的高剪切和正应力作用，诱导了隐藏在塑件内的残余应力，称残余流动应 力。②因注射模具温度的不均匀性，更因模内塑件很快冷却固化，在温差作用下诱发了塑件的热应力，称为温度残余应力。塑件厚度的中性层附近的残余应力是拉伸应力，表层为压缩应力。内应力的存在对塑件质量的影响：当塑件中某区域内应力超过材料的弹性极限应力，就会产生各种变形，破坏了塑件的模塑形体；当塑件的内应力超过材料的强度极限应力，制件表面会出现各种裂纹。22．为什么有的聚合物热稳定性好，而有的热稳定性差?举例说明。答：有的聚合物热稳定性差的原因是大分子链中含有叔碳原子或季碳原子，而凡是和叔碳原子或季碳原子相邻的链都是不稳定键，受热时容易断裂和降解。不含叔碳原子或季碳原子的聚合物热稳定性好些。如，聚丙烯主链上含有碳叔原子，抗降解的稳定性比没有碳原子的聚乙烯差。23．为什么热固性塑料制品出现过熟和欠熟都不好?答：①热固性塑料硬化时间短，制件易欠熟(硬化不足)，内部将带有较多的可溶性低分子物质，且分子间的结合也不强，导致制件的强度、耐热性、化学稳定性和绝缘性指标下降，热膨胀、后收缩、残余应力、蠕变量等数值增大，制件表面缺少光 泽，形状发生翘曲，甚至产生裂纹。②热固性塑料若将硬化时间延长，制件将会过熟(硬化程度过大)。过熟的制件性能也不好，如强度不高、发脆、变色、表面出现密集的小泡等，有时甚至会碳化或降解。第三章塑料制件的设计原则1、设计塑件时，为什么既要满足塑件的使用要求，又要满足塑件的结构工艺性?答：因为塑件主要是根据使用要求进行设计的，要想获得优质的塑件，塑件必须具有良好的结构工艺性，这样才使成型工艺得以顺利进行，且获得最佳经济效果。2、影响塑件尺寸精度的因素有哪些?在确定塑件尺寸精度时，为何要将其分为四个类别?答：影响塑件尺寸精度的因素有：①模具制造精度及其使用后的磨损，②成型工艺条件的变化，塑料收缩率的波动，③塑件的形状、脱模斜度及成型后塑件尺寸变化，④飞边厚度的波动，⑤塑料品种等。由于各种塑料的成型收缩率变化范围不同，成型后所得到的塑件尺寸的精度也不同的，因此，根据塑料成型收缩率变化的大小，将塑件尺寸精度分为四个类别。 3、试确定注塑件PC的孔类尺寸85mm、PA—1010的轴类尺寸50mm和PP的中心距尺寸28m公差。解：注塑件PC的孔类尺寸（一般精度，4级）+0.4485mm；0PA—1010的轴类尺寸（一般精度，5级）050mm；−0.40PP的中心距尺寸（一般精度，6级）+0.2428mm。−0.244．塑件的表面质量受哪些因素影响?答：塑件的表面质量包括：表面粗糙度和表观质量。影响塑件表面粗糙度的因素主要与模具型腔表面的粗糙度。影响塑件表观质量的因素：塑件成型工艺条件、塑件成型原材料、模具总体设计等。5．塑件上为何要设计拔模斜度?拔模斜度值的大小与哪些因素有关?答：因塑料冷却后收缩，紧包在凸模或成型型芯上，或由于粘附作用，塑件紧贴在凹模型腔内。为了防止塑件表面在脱模时划伤、擦毛等，设计时塑件表面沿脱模方向应具有合理的脱模斜度。拔模斜度值的大小与下列因素有关：塑件的性质、收缩率、摩擦因数、塑件壁厚和几何形状。硬质塑料比软质塑料脱模斜度大；形状较复杂或成型孔较多的取较大的脱模斜度；高度较 大、孔较深，则取较小的脱模斜度；壁厚增加、内孔包紧型芯的力大，脱模斜度也应取大些。6．塑件的壁厚过薄过厚会使制件产生哪些缺陷?答：①太薄熔料充满型腔时的流动阻力大，会出现缺料现象；②太厚塑件内部会产生气泡，外部易产生凹陷等缺陷，同时增加了成本；③壁厚不均将造成收缩不一致，导致塑件变形或翘曲，在可能的条件下应使壁厚尽量均匀一致。7．为何要采用加强筋?设计时遵守哪些原则?答：采用加强筋主要是为了在不增加塑件壁厚的情况下，加强塑件的强度和刚度，避免塑件变形翘曲，同时合理布置加强筋还可以改善充模流动性，减少内应力，避免气孔、缩孔和凹陷等缺陷。设计时遵守的原则：①厚度小于塑件壁厚，与壁用圆弧过渡。②壁厚为t，加强筋高度L=(1—3)t，筋条宽A=(1／4～1)t，筋根过渡圆角R=(1／8～1／4)t，收缩角α=20一50，筋端部圆角r=t／8，当t≤2mm，取A=t。③加强筋端部不与塑件支承面平齐，缩进0.5mm以上。④若一个制件上需设置许多加强筋，加强筋之间的中心距必须大于制件壁厚的两倍以上，各条加强筋的排列互相错开， 以防收缩不均匀引起制品破裂。⑤各条加强筋的厚度应尽量相同或相近，可防止因熔体流动局部集中而引起缩孔和气泡。8．塑件转角处为何要圆弧过渡?哪些情况不宜设计为圆角?答：塑件转角处采用圆角过渡，可以减少塑件的应力集中，提高塑件强度，同时使熔体在型腔中流动性好，塑件美观，模具型腔不易产生内应力和变形。不宜设计为圆角的有：使用要求需要采用的尖角，塑件的分型面处。9．为什么要尽量避免塑件上具有侧孔或侧凹?可强制脱模的侧凹的条件是什么?答：当塑件带有侧孔或侧凹时，成型模具就必须采用瓣合式结构或设置侧向分型与抽芯机构，使模具结构复杂化，因此，在不影响使用要求的情况下，塑件应尽量避免侧孔或侧凹结构。可强制脱模的侧凹的条件：①制件的内、外侧凹槽较浅并带有圆角，在脱模温度下具有足够的弹性（塑件材料：聚甲醛、聚乙烯、聚丙烯）。②几何尺寸满足关系A−B×100%≤5%B 10．塑件上带有的螺纹，可用哪些方法获得?每种方法的优缺点如何?答：塑件上带有的螺纹既可以直接用模具成型，也可以在成型后用机械加工获得，对于需要经常装拆和受力较大的螺纹，应采用金属螺纹嵌件。直接用模具成型的螺纹，模具结构相对复杂些，但成型后不需在即加工；成型后用机械加工获得的塑件螺纹，模具结构简单，但增加了成型后的工序；塑件上采用金属螺纹嵌件，螺纹可经常拆卸，且可承受较大的力，但模具结构较复杂，模具不易实现自动化。11.为什么有的塑件要设置嵌件?设计塑件的嵌件时需要注意哪些问题?答：有的塑件为了提高强度或为了满足塑件的某些特殊要求，如导电、导磁、耐磨和装配连接等，需设置嵌件。 设计塑件的嵌件时应注意：①金属嵌件应选用与塑料收缩率相近的金属，以免使塑料周围的塑料存在很大的内应力，嵌件周围的塑料层厚度大于许用值。②嵌件不应带有尖角，以减少应力集中，形状应尽量满足成型要求，保证嵌件与塑料间具有牢固的连接以防受力脱出。③嵌件上尽量不要有穿通的孔(如螺纹孔)，以免塑料挤入孔内等。第四章注射成型工艺1.为什么塑料制件的收缩称为成型收缩?怎样选取?答：因为塑料制件的收缩不仅与塑料本身的热胀冷缩性质有关，还与塑件成型时的模具结构及成型工艺条件等因素有关，所以，塑料制件的收缩统称为成型收缩。收缩率选择的原则：①收缩率范围较小的塑料品种，可按收缩率的范围取中间值，即取平均缩率。②收缩率范围较大的塑料品种，应根据制件的形状，特别是根据制品的壁厚来确定收缩率，壁厚取上限(大值)，壁薄取下限(小值)。 ③制件各部分尺寸的收缩率不尽相同，应根据实际情况加以选择。④收缩量很大的塑料，可利用现有的或者材料供应部门提供的计算收缩率的图表来确定收缩率。2.试分析塑件实际收缩率与设计时所选用的计算收缩率不一致时，对塑件尺寸有何影响？答：由于实际成型时不同品种的塑料收缩率不同，不同批次的同一品种塑料或者同一制件的不同部位的收缩率也经常不同，塑件的实际收缩率与设计模具时所选用的计算收缩率之间存在误差，这就使得实际的塑件尺寸与设计的塑件尺寸有误差。为了解决这一问题，可采用的办法有留有修模余量的设计方法，即模具设计时留有试模后修正的余地，这对高精度塑件或对某种塑料的收缩率缺乏准确数据时尤为重要。3.塑料的流动性用哪些指标衡量?对成型有何影响?答：聚合物的相对分子质量、熔融指数、阿基米德螺旋线长度、表观黏度以及流动比(流程长度/制品壁厚)。相对分子质量小、熔融指数高、螺旋线长度长、表观黏度小、流动比大则流动性好，利于塑件的成型。4.结晶形塑料与非结晶形塑料在加热熔融、冷却凝固和尺寸收 缩等方面有什么差别?答：差别有：①结晶形塑料须加热至熔点温度以上才能达到软化状态，因此结晶形塑料加热熔融比非结晶形塑料加热熔融需消耗更多的热量。②制件在模内冷却时，结晶形塑料要比非结晶形塑料放出更多的热量，结晶形塑料比非结晶形塑料在冷却凝固时需要较长的冷却时间。③结晶形塑料固态的密度与熔融时的密度相差较大，结晶形塑料的尺寸成型收缩率大，非结晶形塑料的尺寸成型收缩率一般小。④结晶形塑料各向异性显著，内应力大。脱模后制品内未结晶的分子有继续结晶的倾向，因此，结晶形塑料比非结晶形塑料更易使制品变形和翘曲。5.简述注射成型工艺过程。答：1、生产前的准备工作；2、将粉状或粒状原料加入料筒；3、注射机将原料熔融、塑化，模具闭合；4、将熔体向闭合模腔注射，熔体充模、保压；5、熔体在型腔内冷却定型；6、注射模开启；7、顶出制件；8、清理模腔。6.塑料常用什么着色剂?着色有哪几种方法?答：塑料常用的着色剂是颜料。着色有直接法和间接法两 种方法。7.为什么成型前要对某些物料进行干燥处理?料斗干燥工艺有何优点?答：某些物料吸湿性或粘水性强，为了除去物料中过多的水分及挥发物防止成型后制品出现气泡和银纹等缺陷，同时也避免注射时发生水降解，成型前要对这些物料进行干燥处理。采用料斗干燥工艺时，干燥设备与注射机相连，简化了生产工序，可防止吸湿性塑料再次吸湿。8.清洗料筒常用什么方法，应注意哪些问题?答：清洗料筒常用方法：①柱塞式机筒存料量大，须将机筒拆卸清洗。②螺杆式机筒，可采用对空注射法清洗。对空注射清洗螺杆式机筒时，应注意：①欲换料的成型温度高于机筒内残料的成型温度时，应将机筒和喷嘴温度升高到欲换料的最低成型温度，然后加入欲换料或其回头料，并连续对空注射，直到全部残料除尽止。②欲换料的成型温度低于机筒内残料的成型温度时，应将机筒和喷嘴温度升高到欲换最高成型温度，切断电源，加入欲换料的回头料后，连续对空注射，直到全部残料除尽止。③两种物料成型温度相差不大时，不必变更温度，先用回头料，后和欲换料对空注射即可。 ④残料属热敏性塑料时，应从流动性好、热稳定性高的聚乙烯、聚苯乙烯等塑料中选黏度较高的品级作为过渡料对空注射。9.为什么要预热嵌件?答：有嵌件的塑料制件，由于金属与塑料两者的收缩率不同，嵌件周围的塑料容易出现收缩应力和裂纹。若成型前对嵌件预热，可减小它在成型时与塑料熔体的温差，避免或抑制嵌件周围的塑料发生收缩应力和裂纹。对于分子链刚性大的塑料(如聚苯乙烯、聚苯醚、聚碳酸酯和聚砜等)，一般均需预热嵌件，因它们本身很容易产生应力开裂。10.何为塑化?塑化与熔化有何区别?答：成型物料在注射成型机料筒内经过加热、压实以及混合等作用以后，由松散的粉状或粒状固体转变成连续的均化熔体的过程称为塑化。塑化包含四方面的内容：熔体内组分均匀、密度均匀、黏度均匀和温度分布均匀。而熔化只是将故态原料变为连续熔体，并不一定熔体组分、密度、黏度、温度均匀。11.何为计量?计量的精度对注射成型有何影响?答：计量是指注射机通过柱塞或螺杆，将塑化好的熔体定温、 定压、定量地输出(即注射出)机筒所进行的准备动作（这些动作均需注射机控制柱塞或螺杆在塑化过程中完成）。计量精度越高，注射成型的制品精度就越高。12.何为塑化效果?何为塑化能力?答：塑化效果：指物料转变成熔体之后的均化程度。塑化能力：指注射机在单位时间内能够塑化的物料质量或体积。13.螺杆式注射机与柱塞式注射机相比具有哪些优点?答：柱塞式注射机，物料在机筒内只能接受柱塞的推挤力，几乎不受剪切作用，塑化所用的热量主要从外部装有加热装置的高温机筒上取得。螺杆式注射机，螺杆在机筒内的旋转对物料起到强烈的搅拌和剪切作用，导致物料之间进行剧烈摩擦，并因此而产生很大热量，物料塑化时的热量来源于高温机筒和自身产生出的摩擦热。因此，柱塞式注射机塑化物料时，既不能产生搅拌和剪切的混合作用，又受机筒温度波动的影响，故熔体的组分、黏度和温度分布的均化程度都比较低；螺杆式注射机塑化物料时，螺杆在机筒内强烈的搅拌与剪切作用不仅有利于熔体中各组分混合均化，还有利于熔体的黏度均化和温度分布均化，能够得到良好的塑化效果。14.注射成型分为几个阶段? 答：注射成型分为塑化计量、注射充模和冷却定型三个阶段。15.作图并说明在注射成型过程中，注射压力、喷嘴压力和型腔压力与时间的关系。答：注射成型过程中，注射压力、喷嘴压力和型腔压力与时间的关系曲线：说明如下：1为注射压力、2为喷嘴压力、3为型腔压力与时间的关系曲线。t0时刻，柱塞或螺杆开始注射熔体；t1时刻，熔体开始流入模腔。t0～t1称为流动期。在此期间内注射压力和喷嘴处的压力急剧上升，而模腔(浇口末端)的压力却近似等于零，注射压力主要用来克服熔体在模腔以外的阻力。如，t1时刻的压力差Δpl=pi1—pg1代表熔体从机筒到喷嘴时所消耗的注射压力，而喷嘴压力pg1则代表熔体从喷嘴至模腔之间消耗的注射压力。t2时刻，熔体充满模腔。t1～t2称为充模期。充模期内，熔 体流入模腔，模腔压力急剧上升；注射压力和喷嘴压力也会随之增加到最大值(或最大值附近)，然后停止变化或平缓下降，这时注射压力对熔体起两方面作用，一是克服熔体在模腔内的流动阻力，二是对熔体进行一定程度的压实。t0～t2时段，代表整个流动充模阶段。在此阶段，注射压力随时间呈非线性变化，注射压力对熔体的作用必须充分，否则，熔体流动会因阻力过大而中断，导致生产出现废品。t2～t3时段，保压补缩阶段。如柱塞或螺杆停止在原位保持不动，注射压力、喷嘴压力、模腔压力曲线会略有下降（如图）；若柱塞或螺杆在保压过程中继续向前少许移动，注射压力、喷嘴压力、模腔压力曲线保持不变，将与时间坐标轴平行。t3～t4时段，倒流阶段。柱塞或螺杆后退，注射压力撤除，大于流道压力，浇口已经冻结或喷嘴带有止逆阀，倒流现象不存在，模腔压力下降平缓些（EG段）；如浇口没冻结，模腔压力迅速下降。t4一t5时段，冷却阶段。从浇口冻结时间开始，到制品脱模为止。模腔压力下降到最低值。16.简述注射压力、熔体温度和熔体剪切速率的关系。答：剪切速率一定，压力—温度间的关系分为三区域。熔体热分解温度区，注射压力随温度升高迅速下降，不能在此区 注射成型；高弹变形温度区，注射压力随着温度降低迅速增大，也不适于注射成型；只有在热分解至熔点温度区，注射压力与熔体温度之间关系变化相对平缓，温度和注射压力都较适中，易于注射成型，温度升高有利于降低熔体黏度，注射压力可随之减小一定幅度。温度一定时，剪切速度增大，注射压力也要增大，完全符合流体力学压力与流速的关系。反之，过大的注射压力引起很高的剪切速率时，熔体内的剪切摩擦热也随之增大，很可能引起热分解或热降解。另外，过大的剪切速率又很容易使熔体发生过度的剪切稀化，从而导致成型过程出现溢料飞边。17.试述保压力和保压时间对模腔压力的影响。答：如保压力不足，保压力不能充分传递给模腔中的熔体，补缩流动受浇口摩擦阻力限制不易进行，模腔压力因补料不足迅速下降，造成一些不正常的成型缺陷；如保压时间不充分，保压力撤除过早，浇口尚未冻结，模腔内熔体倒流，造成模腔压力迅速下降，无法实现正常补缩功能，制件内部可能出现真空泡、凹陷等不良现象。保压力、保压时间合理，，可使浇口或模腔内的熔体完全固化，倒流不易发生，模腔压力变化正常，能取得良好的充模质量。如保压力不足，补缩流动受浇口摩擦阻力限制不易进行， 模腔压力因补料不足迅速下降；如保压时间不充分，模腔内熔体倒流，也会造成模腔压力迅速下降。保压时间足够长，可使浇口或模腔内的熔体完全固化，倒流不易发生，模腔压力将缓慢下降。18.何为倒流?倒流对塑件质量有何影响?答：倒流：指柱塞或螺杆在机筒中向后倒退时(即撤除保压力以后)，模腔内熔体朝着浇口和流道进行的反向流动。整个倒流过程将从注射压力撤出开始，至浇口处熔体冻结（简称浇口冻结）时为止。倒流对于注射成型不利：使制品内部产生真空泡或表面出现凹陷等成型缺陷。19.何为脱模条件?影响塑件正常脱模的因素有哪些?答：聚合物状态方程表明，冷却定型阶段有压力、比容和温度三个可变参数，但外部无熔体向模腔补给，比容只与温度变化引起的体积收缩有关，独立参数只有模腔压力和温度，它们均与脱模条件有关。脱模条件包括：脱模温度、脱模压力。脱模温度应在塑料的热变形温度θH和模具温度θM之间；脱模压力应在允许的最大与最小脱模压力之间，最好使残余应力接近或等于零。影响塑件正常脱模的因素：模温、保压时间 20．何为退火?其作用是什么?答：退火：将制品加热到θg～θf(θm)间某一温度后，进行一定时间保温的热处理过程。其作用：加速塑料中大分子松弛，消除或降低制件成型后的残余应力。具体来说，对于结晶形塑料制件，利用退火对它们的结晶度大小进行调整，或加速二次结晶和后结晶的过程；对制品进行解取向，降低制件硬度和提高韧度。21．何为调湿处理?其作用是什么?答：调湿处理是一种调整制件含水量的后处理工序，主要用于吸湿性很强且又容易氧化的聚酰胺等塑料制件。其作用：在加热和保温条件下消除残余应力，促使制件在加热介质中达到吸湿平衡，防止制件在使用过程中发生尺寸变化。22．注射机机筒温度分几段控制?如何确定?答：注射机机筒温度分三段：后段、中段、前段，确定原则：①制件注射量大于注射机额定注射量75％或成型物料不预热时，机筒后段温度应比中段、前段低5—10℃。对于含水量偏高的物料，也可使机筒后段温度偏高一些；对于螺杆式机筒，为了防止热降解，可使机筒前段温度略低于中段。②机筒温度应保持在塑料的黏流温度θf(θm)以上和热分 解温度θd以下某一个适当的范围。对于热敏性塑料或相对分子质量较低、分布又较宽的塑料，机筒温度应选较低值，即只要稍高于θf(θm)即可，以免发生热降解。③机筒温度与注射机类型及制件和模具的结构特点有关。如，注射同一塑料时，螺杆式机筒温度可比柱塞式低10～20℃。又如，薄壁制件或形状复杂以及带有嵌件的制品，因流动较困难或容易冷却，应选用较高的机筒温度；反之，对于厚壁制件、简单制件及无嵌件制件，均可选用较低的机筒温度。④为了避免流涎现象，喷嘴温度可略低于机筒最高温度。⑤判断料温是否合适，可采用对空注射法观察，或直接观察制件质量好坏。对空注射时，如果料流均匀、光滑、无泡、色泽均匀，则说明料温合适；如料流毛糙、有银丝或变色现象，则说明料温不合适。23．模具温度对注射成型有何影响?选择模具温度的原则是什么?答：提高模温：可改善熔体在模内的流动性、增强制件的密度和结晶度及减小充模压力和制件中的压力；但制件的冷却时间、收缩率和脱模后的翘曲变形将延长或增大，且生产率也会因冷却时间延长而下降。适当提高模温，制件的表面粗糙度值也会随之减小。 降低模温：能缩短冷却时间和提高生产率，但温度过低，熔体在模内的流动性能会变差，制件产生较大的应力或明显的熔接痕等缺陷。选择模温的原则：①为了保证制件具有较高的形状和尺寸精度，避免制件脱模时被顶穿或脱模后发生较大的翘曲变形，模温必须低于塑料的热变形温度。②为了改变聚碳酸酯、聚砜和聚苯醚等高黏度塑料的流动和充模性能，并力求使它们获得致密的组织结构，需要采用较高的模具温度。反之，对于黏度较小的聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯和聚酰胺等塑料，可采用较低的模温，这样可缩短冷却时间，提高生产效率。③对于厚制件，因充模和冷却时间较长，若模温过低，易使制件内部产生真空泡和较大的应力，不宜采用较低的模具温度。④为了缩短成型周期，确定模具温度时可采用两种方法。a、把模温取得尽可能低，以加快冷却速度缩短冷却时间。b、使模温保持在比热变形温度稍低的状态下，以求在较高的温度下将制品脱模，而后由其自然冷却，这样做也可以缩短制品在模内的冷却时间。具体采用何种方法，需要根据塑料品种和制件的 复杂程度确定。24．注射压力的高低对熔体流动充模及制件质量有何影响?答：随着注射压力的增加，制品的取向程度增加，料流长度增长，体积质量增加，沿料流方向的收缩率降低，需用的冷却时间延长，熔接痕强度增强，热变形温度下降。但注射压力选择过低，注射成型过程中因其压力损失过大而导致模腔压力不足，熔体将很难充满模腔；注射压力选择得过大，虽可使压力损失相对减小，但却可能出现涨模、溢料等不良现象，引起较大的压力波动，生产操作难于稳定控制，还容易使机器出现过载现象。25．为什么说注射速度的分段控制有利于注射成型?答：在一个注射过程中，当注射机螺杆推动熔体注入模具时，在不同注射位置上（注入模腔中熔体量不同时）采用不同的注射速度可以满足不同的需要，因此有利于注射成型。如，对于大、中型注射机，采用分段控制注射速度，其控制规律参考下图。当开始注入熔体时，熔体受到的阻力较小，注射速度较小不容易产生熔体喷射，同时也减小了注射机能量消耗。当熔体量注入到较大时，熔体受到的阻力（包括内外阻力）越来越大，需要增大注射速度（注射压力同时增大）克服随之增大的阻力。当充模快结束时，需注入模腔的熔体并不太多了，降低注射速 度，可避免模具过量填充，有效避免过高的锁模力、飞边、型腔内锁模力峰值，使得整个填充过程匀速，同时保证每个制品尺寸的稳定性和同一性。因此，注射速度的分段控制有利于注射成型。。26．何为背压?为什么增大背压须与提高螺杆转速相适应?答：背压力：预塑时阻止螺杆因头部受熔体压力后退过快，确保熔体均匀压实，液压系统给螺杆提供的反方向的压力，其大小由回油节流阀调整，简称背压。背压对注射成型的影响主要体现在螺杆对物料的塑化效果及塑化能力方面，故有时也叫做塑化压力。从螺杆式注射机的理论塑化能力计算公式2232πDNhsinϕconϕπDhsinϕmmm=−p可以看出，增大背压时如psb212ηLmm果不提高螺杆转速，螺杆式注射机的塑化能力会下降，因此增大背压须与提高螺杆转速相适应。 27．简述聚酰胺塑料成型工艺特点。答：特点：聚酰胺，结晶性塑料。有明显的熔点，熔点较高(160—290℃视品种不同而异)，熔融范围较窄(约10℃左右)，熔体的流动性大，熔体的热稳定性差而且容易降解，成型收率较大。可采用柱塞式或螺杆式注射机进行成型。由于熔化温度范围较窄，融化前后体积变化较大，选用螺杆式注射机时，应采用高压缩比螺杆。螺杆头应装上良好的止逆环，以免低黏度的熔体发生过多的漏流。为防止喷嘴处熔体的流涎现象而浪费原料，无论哪一种类型注射机都应采用自锁喷嘴，一般以外弹簧针阀式喷嘴较好。前置处理：聚酰胺类塑料在分子结构中因含有亲水的酰胺基，容易吸湿，是一种吸湿性材料。成型前须进行干燥，使水分降至0．3％以下。成型工艺：①料筒温度，应根据各种尼龙塑料的熔点来确定。螺杆式、柱塞式注射机料筒温度可比塑料熔点分别高10—30℃、30—50℃。②模具温度一般控制在40～100℃。后置处理：①作为工程零件，要求制件具有一定的尺寸稳定性。制件脱模后，最好对制件进行热处理，即将制件放进热油、液体石蜡或充氮炉中，在温度100～120℃下处理一定时间，然 后缓慢冷却到室温。热处理还可收到消除内应力的效果。②为发挥它的坚韧性、冲击强度和抗张强度，有时还需要进行调湿处理，即将制件放置在相对湿度为65％的大气中一段时间，以使其达到4％的吸湿量。为了加速吸湿，可将产品放进水或醋酸钾溶液中并控制其温度为80—100℃，而后按制件厚度大小决定处理时间的长短，数小时后即可达吸湿平衡。28．简述聚碳酸酯塑料成型工艺特点。特点：①有很好的韧度和力学性能，但耐环境应力开裂性差，缺口敏感性高，因而成型带金属嵌件的制件比较困难。②结晶倾向较小，无准确熔点，是非结晶形塑料。其玻璃化温度较高，为149～150℃，熔融温度为215～225℃，成型温度可控制在250～310℃。③热稳定性和力学强度随相对分子质量的增加而提高，熔融黏度随相对分子质量的增加而明显地加大。用于注射成型的聚碳酸酯相对分子质量一般为2万～4万。④熔融黏度较尼龙、聚苯乙烯、聚乙烯大得多。其流动特性接近于牛顿流体，熔融黏度受剪切速率的影响较小，对温度的变化则十分敏感。⑤聚碳酸酯主链上因有酯基的存在，容易吸水分解，所以原 料在成型前必须严格进行干燥。由于聚碳酸酯主链上有许多苯核，刚性好，尺寸稳定性好，冷流动性小(抗蠕变性能好)，但在成型中产生的内应力不易自行消失。所以，脱模后的制件最好热处理。前置处理：成型前，必须对原料充分干燥。干燥后水分应不大于0．03％。注射时，料斗应是封闭的，且其中可加设加热装置(红外线灯或电加热)，料温允许达到120℃，防止干燥后的树脂再吸湿。料斗的加料量应不超过0．5一lh的用量。已干燥好的物料如不立即使用，应在密闭容器内保存。使用时，应在120℃温度下再干燥4h以上。成型温度：一般控制在250—310℃范围内。选用的树脂，其K值以在52～54较为适宜。薄壁制件，成型温度应偏高，在285—305℃为好；厚壁(厚度大于10mm的)制件的成型温度可略低，以250~280℃为宜。不同类型的注射机，成型温度也不一样，螺杆式为260—285℃，柱塞式则为270～310℃。两类注射机上的喷嘴应加热，温度为260～310℃。加料口一端的料筒温度应在聚碳酸酯的软化温度以上，要求大于230℃，以减少料塞的阻力和注射压力损失。注射压力：聚碳酸酯的熔融黏度较高，成型薄壁或形状复杂的制件需要较大的注射压力。使用柱塞式注射机，注射压力 为100—160MPa，而螺杆式注射机为80—130MPa。为保获得各项性能良好的制件，选用高料温和低压力是适宜的，将减少制品的残余压力。保压时间过长，内应力大，制件易开裂使强度降低，同时会延长成型周期。通常注射速度约在8一10m／s之间。模具温度：聚碳酸酯塑料制件能在140℃模温的情况下顺利脱模，模温一般可保持为85～140℃。后置处理：制件的内应力通过热处理来消除，热处理温度应选择在玻璃化温度以下16~20℃。一般控制为125～135℃。处理时间视制件厚度和形状而定，制件越厚，时间越长。第五章注射模概述1.典型的注射模由哪几部分组成?各部分的作用何在?答：典型的注射模由以下几部分组成：成型部件、浇注系统、导向部件、推出机构、调温系统、排气槽、侧抽芯机构、标准模架。成型部件作用：型芯形成制品的内表面形状，凹模形成制品的外表面形状。浇注系统作用：将塑料熔体由注射机喷嘴引向型腔的一组 进料通道。导向部件作用：①确保动模与定模合模时能准确对中；②避免制品推出过程中推板发生歪斜现象；③承受移动部件的重量。推出机构作用：开模过程中，将塑件及其在流道内的凝料推出或拉出。推出固定板和推板的作用是夹持推杆。在推板中一般还固定有复位杆，复位杆的作用是在动模和定模合模时使推出机构复位。调温系统作用：满足注射工艺对模具温度的要求。排气槽作用：将成型过程中的气体充分排除。侧抽芯机构作用：使有些带有侧凹或侧孔的塑件，被推出前先进行侧向分型、抽芯，以便塑件能顺利脱模。标准模架作用：减少繁重的模具设计与制造工作量。2．注射模按总体结构特征可分为哪几大类?试比较其优缺点。答：注射模按总体结构特征可分为七大类。①单分型面注射模具优点：模具结构简单、操作方便。缺点：除采用直接浇口外，型腔的浇口位置只能选择在制品的侧面。②双分型面注射模具优点：浇口位置灵活，能开在塑件的中心部位，浇口留痕 小。缺点：制造成本较高、结构复杂，需较大的开模行程。③带有活动镶件的注射模具优点：活动镶件使无法通过简单的分型的塑件能从模具内取出。缺点：生产效率不高。④带侧向分型抽芯的注射模具优点：可实现自动生产，生产效率高。缺点：模具较复杂，制造成本高。⑤自动卸螺纹的注射模具优点：能自动脱卸带有内螺纹或外螺纹的塑件。缺点：模具结构复杂，制造成本高。⑥推出机构设在定模的注射模具优点：可解决制件有特殊要求或受形状的限制时，制件必须要留在定模内的制件脱模问题。缺点：不能利用注射机的推出机构脱模。⑦无流道凝料注射模具优点：生产率高，节约塑料，保证注射压力在流道中的传递，利于改善制件的质量，实现全自动操作。缺点：模具成本高，浇注系统和控温系统要求高，对制件形塑料有一定的限制。3．设计注射模时，为什么要对注射模与注射机的相互关系进行校核? 答：注射模是安装在注射机上使用的。设计模具时，除应制订合理的注射成型工艺外，还应对注射模与注射机的相互关系进行校核。只有设计出的注射模与所选用的注射机相适应，才能生产出合格的塑料制件。4.如图5—20所示塑料制件，请初选适合的注射机型号(根据注射量、注射压力和锁模力，选用国产注射机，并设定采用单型腔)。解：塑件体积约25×12.5×35-24.4×11.9×334.7=862(cm)3注射机容量应在1077cm以上。注射压力：据表4-18，为70~90MPa锁模力：型腔内熔体压力p=kp0=0.4×80=32(MPa)根据表5-2及计算结果，选表中型腔压力35MPa。6锁模力35×10×0.135×0.26=122850(N)选用国产注射机型号：XS-ZY-1000A，其注射机容量2000cm3,注射压力121MPa,锁模力6×106N.5．图5—20塑件，其模具结构如图5—21所示，试问经过模具 与注射机上安装模具的相关尺寸和开模行程的校核后，应该选用多大型号的注塑机?答：考虑到模具的厚度980mm，注射机XS-ZY-1000A允许的模具最大厚度为700mm，因此，此种注射机不能用。按注射机允许模具的最大高度，选择注射机XS-ZY-4000（因注射机的锁模机构形式缺乏资料，无法进行注射机的最大开模行程校核）。6．通过4题、5题的计算，试归纳出深腔塑件注射模具与选择注射机型号时的特点。答：设计深腔塑件注射模具时，选择注射机型号主要根据注射机允许的模具最大厚度进行选型，因为厚度在注射机允许的范围内，其余的参数都有富余。7．注射模的定位环起什么作用?答：模具定模板上凸出的定位环的作用：保证模具主流道的中心线与注射机喷嘴的中心线重合。 8．注射机锁模力的作用是什么?型腔压力怎样确定?答：注射机锁模力的作用：高压塑料熔体充满型腔时，会产生一个沿轴向的很大推力。注射机锁模力是注射机给模具施加的与充模推力相反方向的力。此力应大于推力锁紧模具，保证注射成型时不致因推力过大锁模不紧而发生溢边跑料现象。型腔压力确定有：①用公式估算，即p=kpo；②经验估计，查表5—l、表5—2；③利用注射流动和保压模拟软件来预测。9．采用标准模架具有哪些优点和局限性?答：选用标准模架的优点：①简单方便、买来即用、不必库存。②能使模具成本下降。③简化了模具的设计和制造。④缩短了模具生产周期，促进了塑件的更新换代。⑤模具的精度和动作可靠性得到保证。⑥提高了模具中易损零件的互换性，便于模具的维修。局限性：①标准模架中模板的长、宽、高都只是在一定的范围内，一些特殊的塑件，可能无标准模架可选。②由于在标准模架中导柱、紧固螺钉及复位杆的位置已确 定，有时可能会妨碍冷却管道的开设。③由于动模两垫块之间的跨距无法调整，在模具设计中往往需要增加支撑柱来减小模板的变形。第六章注射模浇注系统1．为什么说“浇口尺寸越大越容易充模”和“浇口尺寸越小越好”都是错误的?答：从求体积流率的公式中可知，浇口断面尺寸增大，熔体流量qv值成比例增加。但是，随着浇口断面积的增大，熔体在浇口处的流速减慢，其表观黏度ηa相应提高，反使流量qv下降。因此，浇口断面尺寸的增大有个极限值，这就是大浇口尺寸的上限。这说明“浇口尺寸越大越容易充模”的观点是错误的。小浇口之所以成功，是因为绝大多数塑料熔体的表观黏度•n−1是剪切速率的函数，即ηa=Kγ(n<1)，熔体的流速越快，表观黏度ηa越低，越有利于充模，流量qv也越大。且由于熔体高速流过小浇口，部分动能因高速摩擦转变为热能，浇口处的局部温度升高，使熔体的表观黏度进一步下降，流量qv再次得到增•加。但这并不意味着“浇口越小越好”，当剪切速率γ达到极限 •值(一般为6−1γ=10s)时，表观黏度不再随剪切速率的增高而下降，此时浇口的断面尺寸，就是小浇口的下限。这说明“浇口尺寸越小越好”的观点是错误的。2．为什么注射成型时常在较大的剪切速率范围内进行?答：表观黏度与剪切速率是幂律函数关系。由热塑性塑料••熔体的ηa-γ曲线知，在较低的剪切速率范围内，γ的微小波动会引起ηa的很大变化，使注射过程难于控制，制品性能的稳定性得不到保证；剪切速率的数值越大，对黏度的影响越小，故注射过程的剪切速率通常较大，在103～105s—1的范围内。3．为什么点浇口能获得非常广泛的应用?何种情况不宜采用点浇口?答：因为浇口位置灵活，浇口附近变形小。多型腔时采用点浇口容易平衡浇注系统；对投影面积大的塑件或易变形的塑件，采用多个点浇口能够取得理想的效果。因此，点浇口能获得非常广泛的应用。对于成型流动性不好的热塑性塑料不宜采用点浇口。4．普通浇注系统由哪几部分组成?各部分的作用和设计要求是什么?答：普通浇注系统由主流道、分流道、浇口、冷料穴组成。主流道的作用：将注塑机喷嘴注出的塑料熔体导入分流道 或型腔。设计要求：便于熔体顺利向前流动，开模时主流道凝料又能顺利地拉出。它单独设计成主流套衬套镶入定模板内，由高碳工具钢制造并热处理淬硬。分流道的作用：主流道与浇口之间的通道。在多型腔的模具中分流道必不可少，在单型腔的模具中，有的可省去分流道。设计要求：尽量减小在流道内的压力损失和尽可能避免熔体温度降低，还要考虑减小流道的容积。浇口的作用：是浇注系统的关键部分，调节控制料流速度、补料时间及防止倒流等。设计要求：使熔料以较快的速度进人并充满型腔，同时在充满后能适时冷却封闭。冷料穴的作用：贮存因两次注射间隔产生的冷料及熔体流动的前锋冷料，防止熔体冷料进入型腔。设计要求：冷料穴底部成曲折的钩形或下陷的凹槽，使冷料穴兼有分模时将主流道凝料从主流道衬套中拉出并滞留在动模一侧的作用。5．试比较“Z”形拉料杆、倒锥形拉料杆和球形头拉料杆的动作特点和适合的应用情况。答：Z形头拉料杆动作特点：塑件成型后，穴内冷料与拉料杆的钩头搭接在一起，拉料杆固定在推杆固定板上。开模时，拉料杆通过钩头拉住穴内冷料，使主流道凝料脱出定模，然后随推出机构运动，将凝料与塑件一起推出动模。取塑件时须朝 钩头的侧向稍许移动，即可将塑件与凝料一起取下。适应场合：塑件脱模时可侧向移动。倒锥形拉料杆动作特点：其凝料推杆固定在推出固定板上。开模时靠倒锥起拉料作用，然后由推杆强制推出。适应场合：用于弹性较好的塑料品种，由于取凝料不需要侧向移动，较容易实现自动化操作。球形头拉料杆动作特点：塑料进入冷料穴后，紧包在拉料杆的球形头上，拉料杆的底部固定在动模边的型芯固定板上，开模时将主流道凝料拉出定模，然后靠推板推顶塑件时，强行将凝料从拉料杆上刮下脱模。适应场合：专用于推板脱模机构中，塑料品种弹性较好。6．什么是流道效率?哪几种流道的效率最高?最常用的是什么流道?为什么?答：流道效率是指流道的截面积与周长的比值。圆形、正方形流道效率最高。最常用的流道截面形状有圆形、梯形、U形、六角形。因为正方形截面流道不易于凝料的顶出，常用梯形截面流道，而U形、六角形流道均是梯形截面流道的变异形式。一般分型面为平面，常用圆形截面流道，分型面不为平面时，考虑加工的困难，常用梯形或半圆形。7．已知某塑料制件成型时熔体流经流道的总体积流率为 500cm3／s，采用4个点浇口平衡进料，主流道、分流道和浇口的当量半径。3.3q3.3×500解：主流道当量半径R=v=3=0.4719(cm)e3•33.14×5×10πγ3.3q3.3×500分流道当量半径R=v=3=0.6405(cm)e3•23.14×5×10×4πγ浇口的当量半径3.3q3.3×500R=v=3=0.06405(cm)e3•53.14×5×10×4πγ8．什么是冲击型浇口?为什么要采用冲击型浇口?答：冲击型浇口：即浇口开设方位正对型腔壁或粗大的型芯。采用冲击型浇口可使高速料流进入型腔时，直接冲击在型腔壁或型芯上，降低流速，改变流向，均匀地填充型腔，使熔体破裂现象消失。9．试述浇口开设位置对塑件质量的影响。答：浇口位置开设对塑件质量有直接影响，位置不当会使塑件产生变形、熔接痕、凹陷、裂纹等缺陷。因此，浇口位置开设时应注意：①应避免熔体破裂而产生喷射和蠕动(蛇形流)②应有利于流动、排气和补料③应使流程最短，料流变向最少，并防止型芯变形 ④位置及数量应有利于减少熔接痕和增加熔接强度⑤应考虑定位作用对塑件性能的影响⑥应尽量开设在不影响塑件外观的部位⑦应避免侧面冲击细长型芯或镶件10.何为流动距离比校核?校核不满足要求应怎样处理?答：流动距离比校核：指熔体在型腔内流动的最大长度与相应的型腔厚度之比，应小于塑料所允许的最大流动距离比(简称流动比)。当流动比大于允许值时，这时需要改变浇口位置，或者增加塑件厚度，或者采用多浇口等方式来减小流动比。11.常用的浇口形式有哪些?各有何特点?答：常用的浇口形式：直接浇口、矩形侧浇口、扇形浇口、膜状浇口、轮辐浇口、爪形浇口、点浇口、潜伏浇口、护耳浇口。直接浇口特点：由主流道直接进料。矩形侧浇口特点：断面为矩形，开设在模具的分型面上，从制品的边缘进料。扇形浇口特点：在扇形浇口的整个长度上，为保持断面积处处相等，浇口的厚度应逐渐减小。膜状浇口特点：浇口的厚度减薄，浇口的宽度同塑件的宽度作成一致。轮辐浇口特点：将整个圆周进料改为几小段圆弧进料。 爪形浇口特点：型芯头部开设流道，分流道与浇口不在同一平面内。点浇口特点：是一种圆形限制浇口，为了能取出流道凝料，必须使用三板式双分型面模具或二板式热流道模具。潜伏浇口特点：①浇口位置一般选在制件侧面较隐蔽处，可以不影响塑件的美观。②分流道设置在分型面上，而浇口像隧道一样潜入到分型面下面的定模板上或动模板上，使熔体沿斜向注入型腔。③浇口在模具开模时自动切断，不需要进行浇口处理，但在塑件侧面留有浇口痕迹。④若要避免浇口痕迹，可在推杆上开设二次浇口，使二次浇口的末端与塑件内壁相通。这种浇口的压力损失大，必须提高注射压力。护耳浇口特点：由矩形浇口和耳槽组成，耳槽的截面积和水平面积均比较大。耳槽前部的矩形小浇口能使熔体因摩擦发热而温度升高，熔体在冲击耳槽壁后，能调整流动方向，平稳地注入型腔，因而塑件成型后残余应力小，另外依靠耳槽能允许浇口周边产生收缩，所以能减小因注射压力造成的过量填充以及因冷却收缩所产生的变形。12．采用矩形侧浇口成型一个长120mm、宽80mm、高50mm、 壁厚1．5mm的聚乙烯盒子，试确该矩形侧浇口的长度、宽度和厚度。解：厚度h=nt=1.5×0.6=0.9mmnA0.62×50×80+2×50×120宽度b===2.83mm3030（n查表6-4）长度取2mm。13．试比较平衡式与非平衡式布置的优缺点。答：平衡式优点：从分流道到浇口及型腔，其形状、长宽尺寸、圆角、模壁的冷却条件等都完全相同，因而，熔体能以相同的成型压力和温度同时充满所有的型腔，获得尺寸相同、物理性能良好的塑件。平衡式缺点：除圆周式布置外，与非平衡浇注系统相比，平衡式浇注系统的流道总长度要长一些，模板尺寸要大一些，增加了塑料在流道中的消耗量和模具的成本。非平衡式优点：浇注系统的流道总长度与平衡式浇注系统相比要短一些，模板尺寸要小一些，减少了塑料在流道中的消耗量和降低了模具成本。非平衡式缺点：由于型腔或流道尺寸不尽相同，熔体不能以相同的成型压力和温度同时充满所有的型腔，从而不能获得 尺寸相同、物理性能良好的塑件。在非平衡式浇注系统中，为了使各个型腔能同时均衡地充满，须将浇口做成不同的截面形状或不同的长度，实行人工平衡。14.如图6-33，若各型腔大小不等，M1=M2=M3=M4=M5=M6=2M7=2M8=2M9=2M10，其他尺寸均不变，试求平衡时各型腔的浇口截面尺寸。解：由对称性得知S1=S2,S3=S4=S5=S6,S7=S8=S9=S10(1)浇口断面积约为分流道面积的3%~9%，取浇口1的截面积为分流道截面积的7%，则2⎛6⎞2S1=0.07×π⎜⎟=1.98mm⎝2⎠取浇口的宽度是浇口厚度的3倍，则S1.981h===0.81mm133b=3h=3×0.81=2.43mm11S1.98（2）1k===0.561La0.55011 kM由11=，得k=k31kM33又据k1M1S1L7a7k1M70.56×0.5M1==有k===0.287k7M7S2L1a1M1M1（3）S=kLa=0.56×0.5×150+50=3.96mm3333S3.963h===1.15mm333b=3h=3×1.15=3.45mm33S=kLa=0.28×0.5×150+150+50=2.62mm7777S2.627h===0.93mm733b=3h=3×0.93=2.79mm77第七章注射模成型零部件设计1.一模多腔注射模的最佳型腔数应如何确定?答：常用确定的方法有四种：①按注射机的最大注射量确定型腔数量；②按注塑机的额定锁模力确定型腔数；③按制品的精度要求确定型腔数；④按经济性确定型腔数。实际工作中 根据实际需要，酌情选择其中一至两进行确定。2.确定型腔总体布置和选择分型面时应考虑哪些方面的问题?试举例说明。答：型腔总体布置应考虑的问题：根据塑件的结构形状与性能要求，确定成型时塑件的位置、分型面，一次成型的数量、型腔的布置，进浇点和排气位置、脱模方式等。选择分型面时应考虑的问题：(1)便于塑件脱模和简化模具结构；(2)尽可能选择在不影响外观的部位，并使其产生的溢料边易于消除或修整；(3)保证塑件尺寸精度；(4)有利于排气；(5)便于模具零件的加工；(6)考虑注射机的技术规格。3.凸模、凹模以及螺纹型芯和螺纹型环有哪些结构设计方法?简述其特征。答：⑴凹模结构设计分为整体式和组合式两种。凹模结构整体式设计的特征：由一整块金属加工而成。结构简单、牢固，不易变形，塑件无拼缝痕迹。适用于形状较简单的塑件。凹模结构组合式设计的特征：底部与侧壁分别加工后用螺钉连接或镶嵌、局部镶嵌、侧壁镶拼嵌入、整体嵌入式、瓣合式结构。组合式设计改善了加工工艺性，减少了凹模热处理变形，节省优质钢材。适用于塑件外形较复杂，整体凹模加工工 艺性差的场合。⑵凸模结构设计方法：整体式和组合式。凸模结构整体式设计的特征：凸模与模板做成整体，结构牢固，成型质量好，但，钢材消耗量大，适用于塑件内表面形状简单的小型凸模。凸模结构组合式设计的特征：凸模及固定板分别采用不同材料制造和热处理，然后连接在一起、小凸模单独制造再镶嵌入固定板中、异形型芯下面部分做成圆柱形或成型部分做成异形而下面固定与配合部分均做成圆形、镶拼组合式。适用于塑件内表面形状复杂不便于机械加工，或形状虽不复杂，但为节省优质钢材、减少切削加工量时。⑶螺纹型芯与螺纹型环结构设计方法：强制脱卸、机动脱卸和模外手动脱卸。螺纹型芯适用于成型塑件上的螺纹孔、安装金属螺母嵌件。螺纹型环适用于成型塑件外螺纹或固定带有外螺纹的金属嵌件。结构：整体式和组合式。螺纹型芯与螺纹型环结构设计要求：成型前使螺纹型芯或型环在模具内准确定位和可靠固定，不因外界振动和料流冲击而位移。模外手动脱卸的螺纹型芯与螺纹型环还要求，开模后型芯或型环能同塑件一起方便地从模内取出，在模外用手动的 方法将其从塑件上顺利地脱卸。4.为什么不能单纯用提高模具成型零件的制造精度的方法来提高塑件的尺寸精度?答：因为影响塑件的尺寸精度有：①成型零部件的制造误差；②成型零部件的磨损；③塑料的成型收缩；④配合间隙引起的误差等。因此，只靠提高成型零件制造精度来减小塑件尺寸误差是困难和不经济的。5.为什么要对注射模成型零部件进行强度和刚度计算?在按刚度计算时，型腔允许变形量的确定原则是什么?答：因为注射成型时，成型零部件承受型腔高压熔体的作用，注射模成型零部件应具有足够强度与刚度，因此应对注射模成型零部件进行强度和刚度校核。小尺寸型腔常因强度不够而破坏，应进行强度校核；大尺寸型腔，刚度不足常为设计失效的主要原因，应进行刚度校核。按刚度计算时，型腔允许变形量的确定原则是：①型腔不发生溢料；②保证塑件精度；③保证塑件顺利脱模。6.在进行成型零件型芯和型腔成型尺寸计算前，为什么首先要规范塑件尺寸标注?怎样标注才符合要求?答：在进行成型零件型芯和型腔成型尺寸计算前，为了统一计算基准，按照一般习惯，首先要规范塑件尺寸标注。标注 要求：计算前，对塑件尺寸和成型零部件的尺寸偏差统一按“入体”原则标注，①对包容面(型腔和塑件内表面)尺寸采用单向正偏差标注，基本尺寸为最小。设Δ为塑件公差，δz为成型零+∆+δz件制造公差，则塑件内径为l，型腔尺寸L。②对被包容面s0m0(型芯和塑件外表面)尺寸采用单向负偏差标注，基本尺寸为最00大，型芯尺寸为l，塑件外形尺寸为L。③对中心距尺寸采m−δzs−∆∆用双向对称偏差标注，塑件间中心距为Cs±，型芯间的中心2δ距为Czm±。当塑件原有偏差的标注方法与此不符合时，应2按此规定换算。7．一塑件尺寸如图7—35，选用塑料为PP，收缩率见表4-2，模具成型零件工作尺寸的制造精度为IT9级GB／T1800—1998。试以塑料的平均收缩率计算出凹模、凸模和两小型芯的中心距尺寸。解：凹模宽Scp=1.5%,Δ=0.64mm,工作尺寸制造精度IT9级:δ=0.074mmz +δz⎡3⎤L=L+LS−∆m⎢sscp4⎥⎣⎦0+0.074⎡3⎤=58+58×0.015−×0.64凸模宽Scp=1.5%,Δ=0.64mm,⎢⎣4⎥⎦0+0.074=58.39mm0δ=0.074mmz0⎡3⎤l=l+lS+∆m⎢sscp4⎥⎣⎦−δz0⎡3⎤=54+54×0.015+×0.64凹模深Scp=1.5%×1.3,Δ=0.64mm,⎢⎣4⎥⎦−0.0740=55.29mm−0.074δ=0.074mmz+0.0742+δz⎡2⎤+0.074H=[H+HS−∆]=64+64×0.015×1.3−×0.64=64.82mmmsscp30⎢3⎥0⎣⎦0凸模高Scp=1.5%×1.3,Δ=0.64mm,δ=0.074mmz020⎡2⎤0h=[h+hS+∆]=62+62×0.015×1.3+×0.64=63.64mmmsscp3−δz⎢3⎥−0.074⎣⎦−0.074中心距Scp=1.5%,Δ=0.56mm,δ=0.062mmzδ0.062z[]C=[C+CS]±=45+45×0.015±=45.81±0.031mmmsscp22其余工作尺寸同理算出，省略。8．有一用ABS塑料成型的制件，其尺寸如图7—36，模具成型零件工作尺寸的制造精度按IT9级GB／T1800—1998选取，磨损量取0.04mm，以公差带法计算凹模和凸模的成型尺寸。 解：①凹模直径Smax=0.8%,Smin=0.3%,Δ=0.40mm,δ=0.087mm,δ=0.04mmzcL=[L+LS−∆]+δz=[120+120×0.008−0.4]+0.087=120.56+0.087mmmssmax000校核(S−S)L+δ+δ≤∆maxminszc（0．008-0．003）×120+0.087+0.04=0.65mm>0.40mm不满足，需降低塑件精度，或选用收缩变化范围小的塑料。②凸模直径Δ=0.36mm[]0[]00l=l+lS+∆=114+114×0.003+0.36=114.7mmmssmin−δ−0.087−0.087z校核l−δ−δ−Sl≥Lmzcmaxss114．7—0．087—0．04—0．008×114=113.66<114,不满足，需降低塑件精度，或选用收缩变化范围小的塑料。③凹模深δ=0.062mmzH=[(1+S)H−δ]+δz=[(1+0.003)×48−0.062]+0.062=48.08+0.062mmmminsz000校核H−SH+∆≥Hmmaxss 48．08-0．008×48+0.24=47.93<48不满足，需降低塑件精度，或选用收缩变化范围小的塑料。9．图7-36的ABS塑件，若采用组合式圆形型腔，模具材料为45钢，其许用应力[σ]=160MPa，型腔压力取40MPa，试求其凹模侧壁厚度。解：由于型腔半径为60mm小于86mm，故按强度计算凹模侧壁厚度⎛[σ]⎞⎡160⎤S=r⎜⎜−1⎟⎟=60⎢−1⎥=24.85mm⎝[σ]−2p⎠⎣160−2×40⎦10．有一壳形塑件，所用模具结构如图7-38，选用HDPE塑料成型，型腔压力取40MPa，模具材料选45钢，其许用应力[σ]=160MPa，其余尺寸见图7-37。计算定模型腔侧壁厚度S及型芯垫板厚度H。 解：组合式矩形型腔①侧壁按刚度计算44phl40×80×120133S=3==16457=25.4mm[]532EHδ32×2.1×10×120×0.05②按强度计算2phlphl12[]+≤σ22HS2HS240×80×12040×80×65+=16022×120×S2×120×S22160×2×120S−40×80×65S−40×80×120=0求出S=(略) ③型芯底板厚度按刚度计算445pbL5×40×65×120t=3=35()32EBδ32×2.1×10×65+2S×0.05按强度计算223pbL3×40×65×120t===（略）4B[σ]4×(65+2S)16011．一材料为ABS的矩形塑件，模具型腔结构如图7—39，型腔压力取40MPa，模具材料为45钢，[σ]=160MPa。求型腔侧壁厚度S和型腔底板厚度H。如果计算结果型腔底板厚度H太厚，可以采用什么办法减薄?并计算之。解：计算式与上式同。计算结果型腔底板厚度H太厚，可以采用增加支承的办法 减薄板厚。12．注射成型时排气不良会产生哪些后果?可采用的排气措施有哪些?答：注射成型时排气不良会产生的后果：型腔内的气体受压缩将产生很大的背压，阻止塑料熔体正常快速充模，同时气体压缩所产生的热量可能使塑料烧焦。在充模速度大、温度高、物料黏度低、注射压力大和塑件过厚的情况下，气体在一定的压缩程度下会渗入塑料制件内部，造成气孔、组织疏松等缺陷。可采用的排气措施有：①用分型面排气。②用型芯与模板配合间隙排气。③利用顶杆运动间隙排气。④用侧型芯运动间隙排气。⑤开设排气槽。当以上措施仍不足以满足快速、完全排气时，应在模具适当部位开设排气槽或排气孔。第八章注射模的导向及脱模机构设计1．为什么注射模中要设置导向机构?导向机构有几种形式?各有何特点?答：注射模开、合模时，动模和定模两大部分或模内其他零部件间有相对运动，在注射模中设置导向机构，主要是对这些有相对运动的零部件起定位和定向，保证它们的准确对合。 导向机构的形式：主要有导柱导向和锥面、销定位。导柱导向的特点：利用导柱和导向孔之间的配合来保证模具的对合精度。锥面定位机构特点：多用于大型、深腔和精度要求高的塑件，特别是薄壁偏置不对称的壳体。锥面定位机构与导柱导向结合使用，避免过大的侧压力让导柱单独承受而过早失去对合精度。同时锥面定位提高了模具的刚性。合模销定位的特点：用于垂直分型面的模具中，保证锥模套中的对拼凹模相对位置准确。2．怎样保证注射模合模的方向性?答：为了保证注射模合模的方向性，可将导柱做成两大两小，一大两小，或导柱直径相等，但其中一根位置错开3～10mm。3．采用锥面定位时，能否不要导向柱?答：锥面定位时，需要采用导向柱配合使用。因为导柱伸出高度比锥面高，在锥面还没进入配合前，导柱就已经进入导向孔对模具进行导向，避面损坏模具。4．注射模具中为何要设置脱模机构?其设计原则是什么?答：为了使注射成型后塑件从凸模或凹模上脱出，注射模具中要设置脱模机构。其设计原则是： ①保证塑件不因顶出而变形损坏、影响外观。②为使推出机构简单、可靠，开模时应尽量使塑件留于动模，以利用注射机移动部分的顶杆或液压缸的活塞推出塑件。③推出机构运动要准确、灵活、可靠，无卡死与干涉现象。机构本身应有足够的刚度、强度和耐磨性。5．影响脱模力的因素有哪些?如何计算脱模力?答：①由收缩包紧力造成的制品与型芯的摩擦阻力。②由大气压力造成的阻力。③由塑件的粘附力造成的脱模阻力。④推出机构运动摩擦阻力。脱模力的计算：(1)厚壁制件(t／d>0.05)①制件为圆环形断面时所需脱模力(N)为2πrESL(f−tanϕ)F=+0.1A(8-1)(1+µ+K)K12②制件为矩环形断面时所需脱模力(N)为2(a+b)ESL(f−tanϕ)F=+0.1A(8-2)(1+µ+K)K12(2)薄壁制件(t／d≤0.05)①制件为圆环形断面时所需脱模力(N)为 2πδESLcosϕ(f−tanϕ)1(8-3)F=+0.1A(1−µ)K2②制件为矩环形断面时所需脱模力(N)为8δESLcosϕ(f−tanϕ)2(8-4)F=+0.1A(1−µ)K222λK=(8-5)_12cosϕ+2λcosϕK=1+fsinϕcosϕ(8-6)2式中K1——无量纲系数，其值随λ与φ而异，λ=r／δ[圆环形断a+b面时，r为型芯平均半径（mm），δ=δ1；矩形断面时，r=，πδ=δ2]；K1值除可用上式计算外还可从表8—2中选取；K2——无量纲系数，随f和φ而异；K2值还可从表8—3中选取；t／d——壁厚与直径之比；δ1——圆环形制品的壁厚，mm；δ2——矩环形制件的平均壁厚，mm；a，b——矩形型芯的断面尺寸，mm；S——塑料平均成型收缩率；E——塑料的弹性模量，MPa(见附录B)；L——制件对型芯的包容长度，mm；f——制件与型芯之间的摩擦因数(见附录B)； φ——模具型芯的脱模斜度，(˚)；μ——塑料的泊松比(见附录B)；A——盲孔制品型芯在垂直于脱模方向上的投影面积，mm2，通孔制件的A等于零。6．简单脱模机构有几种?每种结构的特点及适用情况如何?答：简单脱模机构有：推杆脱模、推管脱模、推板脱模、气动脱模及利用活动镶件或型腔脱模和多元件联合脱模等机构。推杆脱模机构特点：主要由推出部件、推出导向部和复位部等组成。推杆固定在推杆固定板上。推杆直接与塑件接触，开模后将塑件推出。其适用情况：一种最常用的脱模机构。推管脱模机构特点：推顶塑件力量均匀，塑件不易变形，也不会留下明显推出痕迹。适用情况：推管适用于环型、筒型塑件或塑件带孔部分的推出。推板脱模机构特点：塑件表面不留推出痕迹，同时塑件受力均匀，推出平稳，且推出力大，结构较推管脱模机构简单。适用情况：薄壁容器、壳形塑件及外表面不允许留有推出痕迹的塑件。活动镶件或型腔脱模机构特点：推杆设置在活动镶件或型 腔之下，靠推出镶件来带出整个塑件，推出时塑件受力均匀。模外取出镶件，避面模内侧抽芯或旋螺纹，模具结构大为简化。适用情况：塑件采用螺纹型芯、螺纹型环或成型侧凹或侧孔的镶块成型。气压脱模机构特点：采用压缩空气推出塑件，塑件受力均匀且可简化模具结构。适用情况：软质塑件、薄壁深腔塑件。多种脱模方式联合脱模机构特点：采用数种脱模方式同时作用，可使塑件受力部位分散，受力面积增大，塑件在脱模过程中不易损伤和变形，可获得高精度的塑件。适用情况：塑件形状和结构比较复杂，若仅采用一种脱模机构不能保证塑件顺利脱出或易使塑件局部受力过大而变形的塑件。7．推杆脱模机构由哪几部分组成?各部分的作用如何?答：推杆脱模机构由推出部件、推出导向部件和复位部件等组成。推出部件由推杆1、推杆固定板2、推板5和挡销8等组成。作用：推杆直接与塑件接触，开模后将塑件推出；推杆固定板和推板起固定推杆及传递注射机顶出压缸推力；挡销调节推杆位置和便于消除杂物。导向部件由导柱4和导套3组成。作用：使推出过程平稳，推出零件不致弯曲和卡死。 复位部件由复位杆7，也有利用弹簧复位的。作用：使完成推出任务的推出零部件回复到初始位置。8．回程杆起什么作用?在哪些情况下可以不设置回程杆?答：回程杆（即复位杆）的作用：使完成推出任务的推出零部件回复到初始位置。采用推板脱模机构的注塑模可以不设置回程杆。9．为何要采用二次脱模机构?简述其工作原理。答：全自动操作的模具，当塑件经一次顶出后尚不能自动坠落者，须增加一次脱模动作，才能使塑件脱模；或者薄壁深腔塑件或外形复杂的塑件，一次脱模使塑件受力过大，也采用二次脱模，以保证塑件质量。（各种二次脱模机构工作原理，略）。10顺序脱模机构应用于哪些情况?与双脱模机构和二次脱模机构有哪些区别?答：顺序脱模（或双脱模机构）应用于塑件对动模和定模的附着力和包紧力相差不多时或塑件由于内外壁脱模斜度不相等的原因造成对动定模留倾向难以判定时。双脱模机构和二次脱模机构的区别：①双脱模机构在动模和定模两侧都设有脱模机构；②二次脱模机构，模具分型时塑件留于动模，塑件的两次脱出机构均设在动模。11．螺纹塑件的脱模方式有哪几种?各有何优缺点? 答：螺纹塑件的脱模方式有：强制脱螺纹、利用活动螺纹型芯或螺纹型脱螺纹、螺纹部分回转的脱模机构。强制脱螺纹方式，模具结构简单，但只能用于精度要求不高的塑件（利用塑件弹性脱螺纹）或仅用于小批量生产（用硅橡胶作螺纹型芯）。利用活动螺纹型芯或螺纹型脱螺纹方式，螺纹部分做成活动型芯或活动型环随塑件一起脱模，然后机外将它们分开，模具结构简单，但生产效率低。螺纹部分回转的脱模机构方式，模具结构较复杂，但自动化程度高（手动脱螺纹机构外）。12．成型一HDPE杯，已知杯上端外径为120mm，高120mm，脱模斜度为3˚，壁厚为2mm。需多大的脱模力才能将塑件脱出?解：t/d=0.017<0.05属薄壁制件，圆环形断面所需脱模力2πδESLcosϕ(f−tanϕ)1F=+0.1A(1−µ)K2��2×3.14×2×895×0.0225×118×cos3(0.11−tan3)2=+0.1×3.14×58(1−0.38)×1.0057=3811.095N13．若上题中，脱模机构如图8-42所示，推件板材料为45钢，推杆材料为T8钢，推杆作用在推件板上所形成几何半径R为160mm。试确定推件板厚度和推杆直径。 解：①筒形塑料制件，a、根据刚度计算，推件板的厚度为1/31/322⎛CFR⎞⎡0.18×3811×160⎤3t=⎜⎜[]⎟⎟=⎢5⎥=（略）⎝Eδ⎠⎣2.1×10×0.2⎦式中C3——R/r=2.76，查表8—4为0.18；[δ]——取制件在被推出方向上的尺寸公差的1/5～1/10，mm,材料：HDPE，取一般精度，6级，公差值1mm,[δ]=0.2mm.b、根据强度计算，推件板厚度(mm)为1/31/3⎛F⎞⎡3811⎤t=⎜K3[]⎟=⎢10.97×⎥=（略）⎝σ⎠⎣160⎦式中K3——表8—4取10.97；②推杆直径的确定 a、根据压杆稳定公式，可得推杆直径(mm)1/41/422⎛LF⎞⎡180×3811⎤d=K⎜⎜⎟⎟=1.5⎢5⎥=（略）⎝nE⎠⎣2×2.1×10⎦式中K——安全系数，可取K=1．5；b、推杆直径确定后，还应进行强度校核4F≤[σ]2nπd式中[σ]——推杆材料的许用应力，MPa（具体结果略）第九章侧向分型与抽芯机构设计1．模具中侧向分型抽芯机构的作用是什么?侧向分型抽芯机构有几大类?各类的主要优缺点是什么?答：模具中侧向分型抽芯机构的作用是对塑件与开模方向不一致的分型进行侧向分型与抽芯，使塑件顺利脱出。侧向分型抽芯机构的分类：（按动力源分）手动、气动、液动和机动抽芯机构。手动抽芯机构，优点：结构简单。缺点：劳动强度大，生产效率低，仅适用于小型制件的小批量生产。气动、液动抽芯机构，优点：抽芯动作可不受开模时间和推 出时间的影响。缺点：要通过一套专用的控制系统来控制活塞的运动实现抽芯。（液压传动与气压传动抽芯机构的比较：液压传动平稳，且可得到较大的抽拔力和较长的抽芯距离，但由于模具结构和体积的限制，油缸的尺寸往往不能太大。）机动抽芯机构，优点：抽芯不需人工操作，抽拔力较大，灵活、方便、生产效率高、容易实现全自动操作、无需另外添置设备。缺点：结构较复杂。2．怎样计算抽拔力和抽拔距?其根据是什么?答：抽拔距计算依据：侧型芯从成型位置抽到不妨碍塑件脱模的位置。一般形状抽拔距大小：等于侧孔或侧凹深度So加上2~3mm的余量，即S=So+(2~3)mm结构特殊（圆形线圈骨架）形状，抽拔距离大小：S=S221+2~3mm=R−r+(2~3)mm式中R——线圈骨架凸缘半径，mm；r——滑块内径，mm；S1——抽拔的极限尺寸，mm抽拔力计算依据：克服由收缩包紧力造成的制品与侧型芯（或侧型腔）的摩擦阻力，使侧型芯从成型位置抽出。抽芯阻力（抽拔力）Fc（根据塑件形状及壁厚，按脱模力 计算,见第八章）。模具开模力大小：Fk=Fctanαα，斜销倾角；3.怎样计算斜销直径、斜销长度和开模行程?答：斜销直径FLcd=3（9-9）0.1[σ]cosαwFc，抽芯力；L，斜销的有效工作长度；α，斜销的倾角；[σ]w，斜销材料的弯曲许用应力。斜销的长度确定了斜销倾角α、有效工作长度L和直径d之后，按图9—10几何关系斜销的长度L总。DtdSL=L+L+L+L+L=tanα++tanα++(10~15)mm总123452cosα2sinα（9—10）式中L5——锥体部分长度，一般取(10～15)mm；D——固定轴肩直径；t——斜销固定板厚度。开模行程H=ScotαS，抽芯距；α，斜销倾角。 4.设有一侧型芯，成型一个侧向通孔，其孔小端直径为φ50mm，壁厚2mm，孔深为15mm，拔模斜度为1º，塑件材料为ABS，求所需抽拔力。若斜销的斜角α=20º，斜销的弯曲许用应力[σ]w=160MPa，斜销受力点距固定处的轴向长度为50mm，求斜销直径d。解：①侧向通孔圆形，t/d=0.04，属薄壁。所需抽拔力2πδESLcosϕ(f−tanϕ)1F=+0.1Ac()1−µK2��2×3.14×2×1800×0.005×15cos1(0.21−tan1)=(1−µ)×1.0037=（具体结果略）②斜销直径dFLF×50d=3c=3c=（略）[]�0.1σcosα0.1×160×cos20w5.一个侧型芯所需抽拔力为l000N，斜销的斜角为20º，抽拔距为10mm，斜销固定板厚度为20mm，若作用点距斜销固定点的距离为20mm，求所需斜销的直径及其总长和最小开模行程。假设塑件与钢的摩擦因数为0．20，斜销凸肩直径D=d+4mm，[σ]w=140MPa。解：斜销直径FL1000×20c3d=3==[]00.1σcosα0.1×140×cos20w 斜销总长DtdSL=L+L+L+L+L=tanα++tanα++(10~15)mm总123452cosα2sinαD�20d010=×tan20++tan20++15=�02cos202sin20最小开模行程�H=Scotα=10cot20=6、斜销侧向分型抽芯机构由哪些结构要素组成?设计时应注意哪些问题?答：斜销侧向分型抽芯机构由五大结构要素组成：斜销、滑块、导滑槽、滑块定位装置、楔紧块。设计时应注意：①斜销：斜角一般为150~200，最大不超过250。端部成半球状或锥形，锥体角应大于斜销的倾角。材料：T10A、T8A及20钢渗碳淬火，热处理硬度在55HRC以上，表面粗糙度Ra不大于0．8μm。配合：斜销与其固定板采用H7／m6或H7／n6；与滑块斜孔采用较松的间隙配合，如H11／d11，或留有0.5～1mm间隙。②滑块：结构形式：整体式和组合式。组合式，尺寸较小的型芯，将型芯嵌入滑块部分，用中心销、骑缝销固定或螺钉顶紧；大尺寸型芯可用燕尾连接、薄片状型芯可嵌入通槽再用销固定； 多个小型芯采用压板固定。材料：滑块，45或T8、T10，硬度40HRC以上；型芯CrWMn、T8、T10，硬度50HRC以上。③滑块的导滑槽：滑块与导滑槽的配合：二者之间上下、左右各有一对平面配合，配合取H7／f7，其余各面留有0.5~1间隙。长度：一般应大于滑块宽度的2／3，有时为了不增大模具尺寸，可采用局部加长的措施来解决。材料：应有足够的耐磨性，T8、T10，硬度在50HRC以上。④滑块定位装置：根据需要形式有：利用限位挡块定位，利用弹簧使滑块停靠在限位挡块上定位时，弹簧力应为滑块自重的1．5～2倍；弹簧销定位；弹簧钢球定位；埋在导滑槽内的弹簧和挡板与滑块的沟槽配合定位。⑤锁紧块：锁紧角大于斜销(2～3˚)。7．在何种情况下需采用先复位机构?答：对于斜销安装在定模、滑块安装在动模的斜销侧向分型与抽芯机构，同时采用推杆脱模机构，并依靠复位杆使推杆复位的模具，当侧型芯与推杆在垂直于开模方向的投影出现重合部位，且不满足h′tanα≥S′（h′——合模时，推杆端部到侧型芯的最短距离；S′——在垂直于开模方向的平面内，侧型芯与推杆的重合长度）的条件时，必须采用先复位机构。8．试分析斜销侧向分型抽芯机构的四种使用形式的结构特点。 哪种结构最简单?答：①斜销安装在定模一侧，滑块安装在动模一侧，应用最广泛。此结构形式除用于分型外也常用于斜抽芯。模具分型后，塑件留于动模一边，然后再将塑件推出。此结构应注意模具闭合复位时滑块与推出机构是否会发生干涉。有干涉时应采用推杆先复位机构。②斜销安装在动模一侧、滑块安装在定模一侧，安装方法正好与上述装法相反，开模时制件一般留在定模一边。由于定模不便安装推出装置，常不设推出机构的结构形式，而将主型芯设计在动模侧。由于斜销直径和滑块上斜孔直径间存在较大间隙，在开模前斜销靠近斜孔的内侧，在模之初滑块暂不分型，当模具分开一定距离后，斜销接触斜孔壁的外侧，滑块开始分型，这段距离里，主型芯已相应从制件抽出距离而与塑件松动。此结构使模具结构简化，但塑件需人工取出，适用小批量制品生产。③斜销和滑块同时设在定模一侧，常见结构是斜销固定在定模底板上，滑块装在定模中间板（型腔板）上，为使二者间产生相对运动，完成抽芯动作，将定模底板和定模中间板间设计成能做定具分型的结构。④斜销和滑块同时设在动模一侧，为完成侧向抽芯动作，可将 动模分成可做定距分离的两段。⑤斜销在动模固定板上，滑块安装在动模一侧，结构最大特点：在推出的同时进行侧向分型或侧向抽芯。以上五种结构，第一种最简单。9．滑块导滑和斜杆导滑的斜滑块侧向分型抽芯机构有何区别?设计时应分别注意哪些结构特点?各适用于什么场合?答：区别：滑块导滑，利用滑块侧面的凸耳在锥形模套内壁的斜槽内沿斜向滑动达到在滑块推出同时滑块分型的目的。斜杆导滑，在成型滑块的底部连接着一根斜推杆，推出时斜杆在斜孔内运动，使斜滑块一面上升一面完成分型动作。设计时应注意的结构特点：滑块导滑，斜滑块的组合及导滑槽的配合形式；开模时能使滑块全部留在动模边；斜滑块装配时，滑块轻轻装入模套后底面与模套端面间留有0.2~0.5mm间隙，顶部也须高出模套不少于0.2~0.5mm；滑块和塑件推出设计时，主型芯设置在动模一边，伸入塑件，使塑件能同时离开各滑块。斜杆导滑，斜杆刚性差，斜角应取小些，约150，推杆下部与推板间有相对滑动，最好安装滚轮以减少摩擦。适用场合：滑块导滑斜滑块侧向分型抽芯机构，适用于滑块侧向成型面积大的场合。斜杆导滑的斜滑块侧向分型抽芯机 构，适用于抽拔力不大的场合。10．液压抽芯有何特点?齿轮齿条抽芯有何特点?答：齿轮齿条抽芯特点：一般是用开模动作拖动原动齿条，原动齿条驱动齿轮，再由齿条带动型芯齿条完成抽芯动作，它既可抽直型芯，也可抽弯型芯。也有利用连杆机构带动原动齿轮旋转的。可获得较大的抽芯距和抽芯力。液压抽芯特点：利用液压推动液压缸的活塞杆，抽出同同轴的侧型芯。第十章注射模温度调节系统1．为什么要对模具温度进行调节?答：由于各种塑料的性能和成型工艺要求不同，对模具温度的要求也不同，所以要对模具温度进行调节。2．怎样实现对模具温度的调节?答：模具温度的调节方式：模温低于80℃的模具需进行冷却，主要采用循环水冷却方式；模温较高(80～120℃)，若模具较大，散热面积广，有时仅靠注入高温料加热模具不够，需加热，加热方式有通入热水、蒸汽、热油和电阻丝加热等。 3．试述设计模具冷却系统时所应遵守的原则。答：（1）冷却系统设计应先于推出机构。（2）注意凹模和型芯的热平衡。（3）简单模具，可先设定冷却水出入口的温度，然后计算冷却水的流量、冷却管道直径、保证湍流的流速及维持这一流速所需的压力降便已足够。复杂而又精密的模具，则应做详细计算。（4）生产批量大的普通模具和精密模具在冷却方式上应有差异，对于大批量生产的普通塑件，可采用快冷以获得较短的循环注射周期。精密塑件需要有精确的尺寸公差和良好的力学性能，须采用缓冷。（5）模具中冷却水温度升高会使热传递减小，精密模具出人口水温相差应在2℃以内，普通模具也不要超过5℃。从压力损失观点出发，冷却回路的长度应在1.2—5m以下，回路的弯头数目不希望超过5个。（6）凹模与型芯的冷却情况不同，一般应采用两条冷却回路分别冷却凹模与型芯。（7）当模具仅设一个入水接口和一个出水接口时，应将冷却管道进行串联连接，若采用并联连接，由于各回路的流动阻力不同，很难形成相同的冷却条件。当需要并联连接时，则需在每个回路中设置水量调节泵及流量计。 （8）采用多而细的冷却管道，比采用独根大冷却管道好。因为多而细的冷却管道扩大了模温调节的范围，但管道不可太细，以免堵塞，一般管道的直径为8～25mm。（9）收缩率大的塑件模具中，应沿其收缩方向设置冷却回路。（10）模温最好通过冷却系统或者专门的装置能任意调节。（11）合理地确定冷却管道的中心距及冷却管道与型腔壁的距离。根据经验，：一般冷却管道中心线与型腔壁的距离应为冷却管道直径的1～2倍，冷却管道的中心距约为管道直径的3—5倍。（12）当制件壁厚均匀时，应尽可能使所有的冷却管道孔到各处型腔表面的距离相等。当塑件壁厚不均匀时，在厚壁处应开设距离较小的冷却管道。（13）应加强浇口处的冷却。（14）应避免将冷却管道开设在塑件熔合的部位。（15）注意水管的密封问题，以免漏水。冷却管道应避免穿过镶块，否则在接缝处漏水，若必须通过镶块时，应加设套管密封。（16）进口、出口水管接头的位置应尽可能设在模具的同一侧。为了不影响操作，通常将进口、出口水管接头设在注射机背面的模具一侧。 4．一块已加热的塑料板放在室温的金属块上，塑料板冷却后向上翘曲还是向下翘曲?为什么?答：塑料板冷却后向上翘曲。室温中的金属块，比空气传热快，即靠近金属块的塑料板一面温度降低比远离金属块一面温度降低得快些。温度低的塑料收缩率小些，冷却后尺寸大些；温度高的塑料收缩率大些，冷却后尺寸小些。因此，塑料板冷却后向上翘曲。5.设有一成型HDPE塑件的模具，产量为15kg／h，用常温水(20℃)作为模具冷却介质，冷却水出口温度为25℃，且在管内呈湍流状态，若模具平均温度为45℃，模具宽度为300mm，求冷却水管直径及模具上应开设的冷却水孔数。解：（1）塑件在固化时每小时释放的热量查表10-4得HDPE的单位热流量2Q=8.1×10KJ/kg1故24Q=WQ=15×8.1×10=1.22×10KJ/h1（2）冷却水的体积流量4WQ11.22×10/60−33q===9.71×10m/minv()3()ρcθ−θ10×4.187×25−20112（3）冷却管道直径，查表10-1，为使冷却水处于湍流状态，取d=15mm（4）冷却水在管道内的流速 −34q4×9.71×10vv===0.92m/s22πd3.14×(15/1000)×60（5）冷却管道孔壁与冷却介质之间的传热膜系数查表10-5，取f=6.480.830.8f(ρv)6.48×(0.996×10×0.92)h=4.187×=4.187×20.2d(15/1000)(2�)=KJ/m•h•C(6)冷却管道总传热面积460WQ160×1.22×10/602A===mh∆θh×[45−(25+20)/2]（7）模具上应开设的冷却管道的孔数AAn==≈πdL3.14×(15/1000)×(300/1000)（略）6、若把质量2t的模具从室温20℃升至60℃，取模具的比热容为0．4187kJ／(kg·℃)，试问需要给模具提供多少热量?若该模具在没有预热的情况下，仅依靠注入的塑料熔体供热，设每小时能成型60kg，比热容为1．047kJ／(kg·℃)的塑料，问需要几小时模具才能达到正常工作温度60℃?从计算结果你能得出什么结论?解：（1）需要给模具提供的热量3()42×10×60−20×0.418=3.34×10kJ （2）模具达到正常工作温度60℃需要的时间由塑料的比热容1．047kJ／(kg·℃)知，塑料为ABS，查表10-4，得ABS的单位热流量23.1×10KJ/kg43.34×10=1.80h260×3.1×10（3）结论从计算结果得出结论：该模具在没有预热的情况下，仅依靠注入的塑料熔体供热（不考虑模具对流散热、辐射散热、向注射机台传递散热），需近两小时模温才能达到正常工作温度，才能生产出合格制品。这样会造成塑料材料及能源、人力的浪费，因此，模具生产前应对模具先通入热水，提高模温，以便尽快产出合格制品。第十一章注射模的设计步骤及材料选用1．模具设计任务书应包括哪些内容?内容不全对设计有无影响?答：模具设计任务书（由塑件生产部门提出）至少应有如下内容：①经过审签的正规塑件图纸，并注明所采用的塑料牌号、 透明度等，若塑件图纸是根据样品测绘的，最好能附上样品，因为样品除了比图纸更为形象和直观外，还能给模具设计者许多有价值的信息，如样品所采用的浇口位置、顶出位置、分型面等。②塑件说明书及技术要求。③塑件的生产数量及所用注射机。④注射模基本结构、交货期限及价格等。以上内容不全，设计者设计的模具可能无法满足塑件的使用、生产要求。2．设计前，设计者应明确哪些事项?答：①熟悉塑件几何形状、明确使用要求除看懂图纸、在头脑中建立清晰的三维形象外，特别要充分了解塑件的用途，塑件的各部分各起什么作用，明确塑件的成型收缩率、透明度、尺寸公差、表面粗糙度、允许的变形范围等问题。②检查塑件的成型工艺性确认塑件的各个细节是否符合注射成型的工艺性条件。优质的模具不仅仅取决于模具结构的正确性，还取决于塑件的结构能否满足成型工艺的要求。③明确注射机的型号和规格 设计前要确定采用什么型号和规格的注射机，模具设计中才能有的放矢，正确处理好注射模与注射机的关系。3．模具设计的一般步骤是什么?答：1）确定型腔的数目2）选定分型面3）确定型腔的配置4）确定浇注系统5）确定脱模方式6）冷却系统和推出机构的细化7）确定凹模和型芯的结构和固定方式8）确定排气方式9）绘制模具的结构草图10）校核模具与注射机有关的尺寸11）校核模具有关零件的强度及刚度12）绘制模具的装配图13）绘制模具零件图14）复核设计图样4．正确选择模具材料有何重要性和实际意义?答：模具选材，主要是指对模具中的成型零、部件即型腔、型芯的选材。正确选择模具材料，是决定一副模具的质量、寿 命、加工和成本的决定性因素之一，也直接决定了塑料制品的尺寸精度和表面粗糙度。由于塑料制品的材料、大小、形状、精度和表面粗糙度的要求及批量各不相同，因此型腔和型芯的选材也就不同，并不是钢材越贵越好，而是必须科学、合理地选材。第十二章注射模新技术的应用1．简述热固性塑料注射成型工艺和模具设计要点。答：热固性塑料注射成型工艺要点：①注射原料在注射机料筒中应处于黏度最低的熔融状态。熔融的塑料高速流经截面很小的喷嘴和模具流道时，温度从70～90℃瞬间提高到130℃左右，达到临界固化状态，这也是物料流动性最佳状态转化点，此时注射压力在118—235MPa之间，注射速度一般为3～4．5m／s。②热固性塑料中含有40％以上的填料，黏度与摩擦阻力较大，注射压力也应相应增大，注射压力的一半要消耗在浇注系统的摩擦阻力上。③原料在固化反应中，产生缩合水和低分子气体，型腔须 有良好的排气结构，否则在注射制件表面会留下气泡和流痕。④热固性塑料注射模的温度通常需要保持160~190℃的高温，模具多采用电加热法。热固性塑料注射模具设计要点：①因热固性塑料成型时在料筒内没有加热到足够温度，因此希望使主流道断面积小一些以增加摩擦热，由于凝料不能回收，减小主流道在经济上也有好处。②热塑性塑料注射模常利用分型面和推杆等的配合间隙排气即可，而热固性塑料成型时排出的气体多，仅利用配合间隙排气往往不能满足要求，在模具上要开设专门的排气槽。③由于熔融温度比固化温度低，在一定的成型条件下熔料的流动性较好，可以流人细小的缝隙中成为毛边，因此要提高模具分型面合模后的接触精度，避免采用推件板式结构，尽量少用镶拼成型零件。④注射工艺要求模具温度高于注射机料筒温度，容易造成制件与型芯之间有较大的真空吸力，使制件脱模困难，因而要提高模具的推出能力。⑤因填料的冲刷作用，要求模具成型部位具有较好的耐磨性及较低的表面粗糙度。⑥注射模在高温、高压下工作，应严格控制模具零件的尺 寸精度，特别是活动型芯、推杆等一类零件。⑦必要时应能分别控制动模和定模的温度，减小凹模与型芯的温差。为了避免散热过多，还应在注射模与注射机之间加设石棉垫板等绝热材料。2．无流道成型具有何优点?哪些塑料适用于无流道成型?答：无流道成型的优点：①基本可实现无废料加工，节约原料。②省去除料把、修整塑件、破碎回收料等工序，因而节省人力，简化设备，缩短成型周期，提高了生产率，降低成本。③省去取浇注系统凝料的工序，开模取塑件依次循环连续进行生产，尤其是针点浇口模具，可以避免采用三板式模具，避免采用顺序分型脱模机构，操作简化，有利于实现生产过程自动化。④由于浇注系统的熔料在生产过程中始终处于熔融状态，浇注系统畅通，压力损失小，可以实现多点浇口、一模多腔和大型模具的低压注塑；还有利于压力传递，从而克服因补塑不足所导致的制作缩孔、凹陷等缺陷，改善应力集中产生的翘曲变形，提高了塑件质量。⑤由于没有浇注系统的凝料，而缩短了模具的开模行程，提高了设备对深腔塑件的适应能力。 以下塑料适用于无流道成型：①适宜加工的范围宽，黏度随温度改变而变化很小，在较低的温度下具有较好的流动，在高温下具有优良的热稳定性。②对压力敏感，不加注射压力时熔料不流动，但施以很低的注射压力即可流动。这一点可以在内浇口加弹簧针形阀(即单向阀)控制熔料在停止注射时不流延。③热变形温度高，制件在比较高的温度下即可快速固化顶出，以缩短成型周期。3．热流道模具的设计要点是什么?答：热流道模具的设计要点：①流道和模体必须实行热隔离，在保证可靠的前提下应尽量减少模具零件与流道的接触面积，隔离的方式可视情况选用空气绝热和绝热材料绝热，也可两者兼用。②热流道板材料最好选用稳定性好、膨胀系数小的材料。③合理选用加热元件，加热元件要通过计算确定，热流道板加热功率要足够。④在需要的部位配备温度控制系统，以便根据工艺要求，监测和调节工作状况，保证热流道工作在理想状态。⑤热流道模具增加了加热元件和温度控制装置，模具结构复杂，因此发生故障的概率也相应增大，所以在设计时应考虑 装拆检修方便。第十三章热固性塑料的模塑成型1、试比较压注模塑与压缩模塑成型的区别。答：①压注成型模具的加料室不像压缩成型模具那样是型腔的延伸，而是由浇注系统与型腔分开，成为单独部分。浇注系统是塑料熔体从加料室进入型腔的必经通道。②压注模塑塑料在加料室中经过初步加热塑化，在压料柱塞作用下迅速流经浇注系统时摩擦升温，能快速充人型腔并加快固化，使压注成型周期比压缩成型周期短，而且塑料表面与内部固化均匀，塑件性能提高，还有利于壁厚不均匀和形状复杂的塑件以及厚壁塑件的成型。③压料柱塞的压力不是直接作用在型腔，而是通过浇注系统向型腔传递压力，有利于细小嵌件、众多嵌件和有细长孔的塑件成型。④型腔在塑料熔体注入前闭合，没有溢边。塑件在模具深度方向尺寸的精度有提高。⑤压注成型要消耗较多的塑料。浇注系统的凝料作废料处理。 ⑥塑料中的细长或纤维状的填料在压注过程中有取向排列，使塑件产生各向异性。2、热固性模压制品设计时，制品壁厚的考虑原则是什么?答：①制品壁厚最小应满足使用要求，即具有足够的强度和刚度，脱模时能经受住脱模机构的冲击与震动，装配时能承受紧固力。②制品壁厚不能太厚，否则会造成原料的浪费，同时增加了压缩时间，且易造成固化不完全。③同一个塑料零件壁厚应尽可能一致，否则会因固化速度不同产生附加内应力，引起翘曲变形，此外，因未充分固化而鼓包或因交联程度不一致而发生性能差异。3、试比较敞开式与封闭式压缩成型的模结构特性和应用场合。答：敞开式压缩成型模的结构特性：型腔就是加料室，型腔的封闭在凸凹模完全闭合时形成，加压后余料从分型面处溢出。敞开式压缩成型模适用场合：压缩成型高度不大、外形简单、品质要求不高的塑件。封闭式压缩成型的模结构特性：加料室是型腔的延续部分，压机压力凸模全部传递到塑件上，塑料的溢出量很少，能获得材料致密的塑件。但要求称量准确，塑件脱模时会擦伤加料室 内壁。封闭式压缩成型的模适用场合：形状复杂、壁厚、长流程和深腔塑件的成型，也可用于流动性差、单位比压高、比容大的棉布、玻璃布或长纤维作填料的挤压塑件。4、热固性塑料模塑成型时，压模的加热和温度控制的作用是什么?答：压模加热的作用：一方面使物料熔融，提高流动性；另一方面使活性基因发生交联反应，黏度升高至固化。压模温度控制的作用：减小温度随时间的波动并使温度在模具内分布均匀，提高塑件质量。5、比较分析柱塞式压注模和料槽式压注模的主要区别。答：①柱塞式压注模推挤物料力与模具闭合锁紧力各有油缸作用，加料室不在模具主体之外，模具总体结构由料槽式压注模的三板式变更为两板式。②柱塞式压注模加料室位置的改变使主流道消失，将料槽式压注模的主流道扩大成加料室。柱塞式压注模主流道的取消减少了材料的消耗，也减少了料槽式压注模清除加料室底部的时间。③柱塞式压注模对加料室的截面积无特殊要求，只要求容积满足成型塑件的质量。主分型面的锁模力只需主油缸的压力 大于型腔的内压力。6、试说明压注模塑时排气的意义和排气槽的设计方法。答：压注模塑时排气的意义：不仅有效排除型腔内原有的空气，还要排出热固性塑料在型腔内固化交联放出的低分子挥发物。排气槽的设计方法：排气槽横截面面积计算式−3V0A=5×10t式中A——排气槽的截面积，mm2；V30——包括浇注系统的型腔体积，cm；t——排气时间，s，t=0．5～1．5s。排气槽位置：开设在料流末端的型腔边缘的分型面上，常有多个排气槽。尺寸：一般深度0．05—0．13mm，宽度3．2—6．5mm。注意：热固性塑料压缩模的排气槽往往也被设计成溢料槽，把它设置在熔合缝的汇合处，导出余料，保证塑件的品质。7、如图13—20所示，压缩成型一回转体制件，塑料为木粉填充的酚醛树脂，计算所需加料室高度尺寸H。 解：图13-20是一种半封闭式压缩模，制品在加料室下方成型。V−V加料室高度0()H=+0.5−1.0cmA式中V——塑料原料所占体积（cm3）Wf4.62×1.253V===4.12cmρ1.4W——包括溢料和毛边在内的制品重量（g）,溢料和毛边2π×2按制品重量的5%计算：W=×1×(1+5%)×1.4=4.62g;f—4—塑料的压缩比,f=1.25；ρ=1.4g/cm3。（以上数据查阅《塑料成型工艺及模具设计》教科书）V0——加料腔下方型腔的体积23π×223（cm）,V=×1=3.14cm0423π×2.52A——加料腔断面积（cm）,A==4.91cm4 4.12−3.14H=+1=1.2cm4.91'