第一篇：論述塑料模具設計與制造在航天航空領域的應用

論述塑料模具設計與制造在航天航空領域的應用

模具在加工業中有重要的地位。模具是利用其特定形狀去成型具有一定的形狀和尺寸制品的工具。在各種材料加工工業中廣泛的使用著各種模具。對模具的全面要求是：能生產出在尺寸精度、外觀、物理性能等各方面都滿足使用要求的公有制制品。以模具使用的角度，要求高效率、自動化操作簡便；從模具制造的角度，要求結構合理、制造容易、成本低廉。

模具影響著制品的質量。首先，模具型腔的形狀、尺寸、表面光潔度、分型面、進澆口和排氣槽位置以及脫模方式等對制件的尺寸精度和形狀精度以及制件的物理性能、機械性能、電性能、內應力大小、各向同性性、外觀質量、表面光潔度、氣泡、凹痕、燒焦、銀紋等都有十分重要的影響。其次，在加工過程中，模具結構對操作難以程度影響很大。在大批量生產塑料制品時，應盡量減少開模、合模的過程和取制件過程中的手工勞動，為此，常采用自動開合模自動頂出機構，在全自動生產時還要保證制品能自動從模具中脫落。另外模具對制品的成本也有影響。當批量不大時，模具的費用在制件上的成本所占的比例將會很大，這時應盡可能的采用結構合理而簡單的模具，以降低成本。

現代生產中，合理的加工工藝、高效的設備、先進的模具是必不可少是三項重要因素，尤其是模具對實現材料加工工藝要求、塑料制件的使用要求和造型設計起著重要的作用。高效的全自動設備也只有裝上能自動化生產的模具才有可能發揮其作用，產品的生產和更新都是以模具的制造和更新為前提的。由于制件品種和產量需求很大，對模具也提出了越來越高的要求。因此促進模具的不斷向前發展。

上世紀30年代以前，一般采用簡單工具與設備，形成以手工制造 模具的生產方式，也只能制造簡單模具，其制造精度與質量完全取決于工人技藝和實際經驗。上世紀30～70年代后期，是模具工業化生產方式的發展過程。其主要成就與特征有：廣泛采用銑削、成形磨削工藝，并實現帶精密孔距的圓孔與型孔加工的精密坐標磨削工藝技術；電火花成形加工和NC電火花線切割加工工藝的廣泛應用，為高硬材料的型件提供了關鍵加工技術；實現了模具型件的專業化、系列化和標準化。隨著模具標準化的發展，在生產中全面采用標準化進行設計與制造，不僅是模具工業化生產方式的重大成就和特征，也是實現現代化模具生產方式的重要技術基礎。

隨著計算機和機床工業的進步與發展，1980年以來模具CAD/CAM、CAD/CAM/CAE已成為廣泛的應用技術，它們與標準化相配合實現了模具設計與制造的信息化、數字化的模具生產方式。

年代以來，在國家產業政策和與之配套的一系列國家經濟政 策的支持和引導下，我國模具工業發展迅速，年均增速均為13%，1999 年我國模具工業產值為245 億，至2000年我國模具總產值預計為260-270 億元，其中塑料模約占30%左右。在未來的模具市場中，塑料模在模具總量中的比例還將逐步提高。

我國塑料模工業從起步到現在，歷經半個多世紀，有了很大發展，模具水平有了較大提高。在大型模具方面已能生產48 英寸大屏幕彩電塑殼注射模具、6.5kg 大容量洗衣機全套塑料模具以及汽車保險杠和整體儀表板等塑料模具；精密塑料模具方面，已能生產照相機塑料件模具、多型腔小模數齒輪模具及塑封模具。

成型工藝方面，多材質塑料成型模、高效多色注射模、鑲件互換結構和抽芯脫模機構的創新設計方面也取得較大進展。在制造技術方面，CAD/CAM/CAE 技術的應用水平上了一個新臺階，以生產家用電器的企業為代表，陸續引進了相當數量的CAD/CAM 系統，據有關方面預測，模具市場的總體趨熱是平穩向上的，在未來的模具市場中，塑料模具的發展速度將高于其它模具，在模具行業中的比例將逐步提高。隨著塑料工業的不斷發展，對塑料模具提出越來越高的要求是正常的，因此，精密、大型、復雜、長壽命塑料模具的發展將高于總量發展速度。同時，由于近年來進口模具中，精密、大型、復雜、長壽命模具占多數，所以，從減少進口、提高國產化率角度出發，這類高檔模具在市場上的份額也將逐步增大。建筑業的快速發展，使各種異型材擠出模具、PVC 塑料管材管接頭模具成為模具市場新的經濟增長點，高速公路的迅速發展，對汽車輪胎也提出了更高要求，因此子午線橡膠輪胎模具，特別是活絡模的發展速度也將高于總平均 水平；以塑代木，以塑代金屬使塑料模具在汽車、摩托車工業中的需求量巨大；家用電器行業在“十五”期間將有較大發展，特別是電冰箱、空調器和微波爐等的零配件的塑料模需求很大；而電子及通訊產品方面，除了彩電等音像產品外，筆記本電腦和網機頂盒將有較大發展，這些都是塑料模具市場的增長點。研究表明，模具的使用壽命與熱處理、選材、結構、機械加工 工藝、滑潤、設計水平等諸多因素有關。根據對大量失效模具的分析統計，在引起模具失效的各種因素中，熱處理不當約占45%，選材和模具結構不合理約占25%，工藝問題約占10%，滑潤和設備問題因素約占20%。因此，在模具設計和制造過程中，選材、模具結構、熱處理工藝、加工工藝和改善模具的工作條件都能夠提高模具的質量和使用壽命。

1.合理選用模具材料

選用模具材料時，應根據不同的生產批量、工藝方法進行選擇。在批量生產中，應選用耐用的模具材料，如硬質合金，高強韌、高耐磨模具鋼；小批量或新產品試制可采用鋅合金、鉍錫合金等模具材料；易變形、易斷裂失效的通用模具，需要選用高強度、高韌性的材料；熱鍛模要選用具有良好的韌性、強度、耐模性和抗冷熱疲勞性能的材料；壓鑄模要采用熱疲勞抗力高、高溫強度大的合金鋼；塑料模具則應選擇易切削、組織致密、拋光性能好的材料。此外，在設計凸凹模時，選用不同硬度或不同材料的模具相搭配，模具使用壽命可提高5～6倍。

2.合理的模具結構

模具設計的原則是保證足夠的強度、剛度、同心度、對中性和合理的沖裁間隙，并減少應力集中，以保證由模具生產出來零件符合設計要求。因此，對模具的主要工作零件要求導向精度高、同心度和中性好及沖裁的間隙合理。在模具設計時，應著重考慮：凸模應注意導向支撐和對中保護，特別是設計小孔凸模時采用自身導向結構，可延長模具壽命；對夾角、窄槽等薄弱部位，為了減少應力集中，要以圓弧過渡，圓弧半徑R可取3～5 mm；對于結構復雜的凹模采用鑲拼結構，也可減少應力集中；合理增大間隙，改善凸模工作部分的受力狀態，使沖裁力、卸件力和推件力下降，凸、凹模刃口磨損減少。

3.模具的熱處理工藝

從模具失效分析得知，45%的模具失效是由于熱處理不當造成的。磨損、粘結均發生在表面，疲勞、斷裂也往往從表面開始，因此對模具表面的加工質量要求非常高。但實際上由于加工痕跡的存在，熱處理時表面氧化脫碳在所難免，模具的表面性能反而比基體差。采用熱處理新技術是提高模具性能的有效措施。模具熱處理工藝包括基體強韌化和表面強化處理：基體的強韌化在于提高基體的強度和韌度，減少斷裂和變形；表面強化的主要目的是提高模具表面的耐磨性、耐蝕性和潤滑性能。

航空航天為科學研究的發展作出了重要貢獻。在很長時間內，人類對自然界的認識全部來自在地球表面進行的生產活動和科學研究。航空技術為人類提供了從空中觀察自然界的條件。氣球是最早進行對地觀測、大氣探測的空中運載工具。飛機可以在上萬米的高空對地球進行大面積觀測。航天揭開了從太空觀測、研究地球和整個宇宙的新時代。人造地球衛星剛一上天就發現了地球輻射帶。接著，各種科學衛星和空間探測器發現了地球磁層、地冕、太陽風，基本上了解了它們的結構及其相互影響，測量了太陽系大多數行星的大氣參數、表面結構和化學成分;在宇宙中發現了大量的X射線，γ射線和紅外天體，發現了極高能量的粒子以及可能是“黑洞”的天體。載人航天實現了人在太空的天文觀測，并且送人登上了月球，進行實地考察。通過航天活動獲得的有關地球空間、行星際空間、太陽系和遙遠宇宙天體的極其豐富的信息,大大更新了人類對于地球空間、太陽系和整個宇宙的認識，推動了天文學、空間物理學、高能物理學、生物學的發展，形成了一些新的學科分支。裝有各種遙感器的航天器已經成為觀測和監視地球物理環境的有效工具。衛星氣象觀測、衛星海洋觀測、衛星資源勘測等新技術推動了氣象學、海洋學、水文學、地質學、地理學、測繪學的發展，產生了衛星氣象學、衛星海洋學、衛星測繪學等一系列新的學科分支。載人航天器為人類創造了一個具有眾多特殊環境條件（極高真空、微重力、超低溫、強太陽輻射）的天然實驗室，可借以開展物理、化學、生物、醫學、新材料、新工藝等綜合研究工作。例如，在微重力條件下，可以研制和生產高純度大單晶、超純度金屬和超導合金以及特種生物藥品等。

模具設計與制造在航空航天里的應用包括各種零部件的制造，由于航天器是非常高端的東西，必須用非常耐高溫和輕質等具有特殊功能的功能高分子材料來制造，這就決定了模具也要用特殊的材料來制造，一般來說，制造這種模具要用更多成本，而且關乎國家戰略安全，不會由一般企業制作，也不是一般企業能承受得起的，必須由國家兵器制造公司來設計制造。而且由國內模具制造行業的頂尖人才去完成這項光榮而艱巨的使命，我們要做的就是好好學習，努力工作，努力去成為業內頂尖人才，為國家做出應有的貢獻。實現自己的人生價值。

第二篇：復合材料在航天航空領域的應用現狀與展望

復合材料在航天航空領域的應用現狀與展望

摘要現代飛機和衛星的制造材料應具有質量輕、強度高、耐高溫、耐腐蝕等特性，先進復合材料的獨有性能使它成為制造衛星和飛機的理想材料。本文重點介紹了我國航天用符合材料的研究情況，并展望了今后的發展趨勢。

關鍵詞復合材料；航空航天；應用現狀；發展趨勢

Prospect and Application of Composites in Aviation and Aerospace

Abstract

Nowadays, the material of producing planes and satellites should be light, strong and should resist high temperature, corrosion and so on.Because of the unique peculiarities, advanced composites become the ideal material of producing planes and satellites.In this paper, the present status and prospect of applied research on composite materials for aero-space application in China are given.Key words composites;aviation and aerospace;application and development;development trends

0 前言

材料是社會發展的物質基礎和先導，而新型材料則是體現社會進步的重要里程碑。新材料技術是支撐當今人類文明的現代工業關鍵技術，新材料技術一直是各國科技發展規劃中一個十分重要的領域，它與能源技術、生物技術、信息技術一起被公認為當今社會及今后相當長時間內總攬人類全局的高科技技術。復合化是新型材料的重要發展方向，也是新型材料的重要組成部分和最具生命力的分支之一。復合材料已發展成為與金屬材料、高分子材料、無機非金屬材料并列的四大材料體系之一。今天，一個國家的復合材料工業水平已經成為衡量其科技與經濟實力的主要標志之一。先進復合材料是國家安全和國民經濟具有競爭優勢的源泉。預測到2020年，只有復合材料才具有潛力獲得20-25%的性能提升。

復合材料是由有機高分子、無機非金屬或金屬等幾類不同材料通過復合工藝組合而成的新型材料，它既能保留原有組分材料的主要特色，又通過材料設計使各組分的性能互相補充并彼此關聯與協同，從而獲得原組分材料無法比擬的優越性能，與一般材料的簡單混合體有本質的區別。所謂先進復合材料是指用碳纖維等高性能增強相增強的復合材料，對于先進樹脂基復合材料，在綜合性能上與鋁合金相當，但比剛度比強度高于鋁合金。應用現狀

1.1 飛機機身上的應用 1.1.1 飛機機身結構上的應用

先進復合材料用于加工主承力結構和次承力結構，其剛度和強度性能相當于或超過鋁合金的復合材料。目前被大量地應用在飛機機身結構制造上和小型無人機整體結構制造上。

以典型的第四代戰斗機F/A-22為例復合材料占24.2%，其中熱固性復合材料占

23.8%，熱塑性復合材料占0.4%左右。熱固性復合材料的70%左右為雙馬來酰亞胺樹脂(BMI，簡稱雙馬)基復合材料，生產200多種復雜零件，其它主要為環氧樹脂基復合材料，此外還有氰酸酯和熱塑性樹脂基復合材料等。主要應用部位為機翼、中機身蒙皮和隔框、尾翼等。近10年來，國內飛機上也較多的使用了復合材料。例如北京航空制造工程研究所研制并生產的QY8911/HT3雙馬來酰亞胺單向碳纖維預浸料及其復合材料已用于飛機前機身段、垂直尾翼安定面、機翼外翼、阻力板、整流壁板等構件。由北京航空材料研究院研制的PEEK/AS4C熱塑性樹脂單向碳纖維預浸料及其復合材料，具有優異的抗斷裂韌性、耐水性、抗老化性、阻燃性和抗疲勞性能，適合制造飛機主承力構件，可在120℃下長期工作，已用于飛機起落架艙護板前蒙皮。

1.1.2 飛機隱身上的應用

近幾十年來，隱身復合材料的研究取得了長足進展，正朝著“薄、輕、寬(頻譜)、強(耐沖擊、耐高溫)”方向發展。美國最先將隱身材料用在飛機上，用隱身材料最多的是F-117和F-22飛機。F-117的隱身涂層十分復雜，有7種材料之多。

2000年，美空軍對F-117的隱身材料進行更新，將原來的7種隱身材料涂層更換為1種，全部F-117將具有通用的維修程序和雷達波吸收材料，技術規程的數量減少大約50%。改進后F-117的每飛行小時維修時間縮短一半以上，全部52架F-117的年維護費用從1450萬美元降至690萬美元。F-22 不采用全機涂覆吸波涂層的方法，但在機身內外的金屬件上全部采用了鐵氧體吸波涂層，它是一種有韌性的耐磨涂料，較之F-117的涂料易于噴涂且耐磨。專家預測到本世紀30代，導電高分子電致變色材料、摻雜氧化物半導體材料、納米復合材料和智能隱身等復合材料將實際用于飛機，它將使飛機的航電系統及控制方式發生根本性的變化。

1.2 航空發動機上的應用 1.2.1 渦輪發動機上的應用

由于具有密度小、比強度高和耐高溫等

固有特性，復合材料在航空渦輪發動機上應用的范圍越來越廣且比例越來越大，使航空渦輪發動機向“非金屬發動機”或“全復合材料發動機”方向發展。

(1)樹脂基復合材料

憑借比強度高，比模量高，耐疲勞與耐腐蝕性好，阻噪能力強的優點，樹脂基復合材料在航空發動機冷端部件(風扇機匣、壓氣機葉片、進氣機匣等)和發動機短艙、反推力裝置等部件上得到廣泛應用。

(2)碳化硅纖維增強的鈦基復合材料 憑借密度小(有的僅為鎳基合金的1/2)，比剛度和比強度高，耐溫性好等優點，碳化硅纖維增強的鈦基復合材料在壓氣機葉片、整體葉環、盤、軸、機匣、傳動桿等部件上已經得到了廣泛應用。

(3)陶瓷基復合材料

目前主要的陶瓷基復合材料產品是以SiC或C纖維增強的SiC和SiN基復合材料。憑借密度較小(僅為高溫合金的1/3～1/4)，力學性能較高，耐磨性及耐腐蝕性好等優點，陶瓷基復合材料，尤其是纖維增強陶瓷基復合材料，已經開始應用于發動機高溫靜止部件(如噴嘴、火焰穩定器)，并正在嘗試應用于燃燒室火焰筒、渦輪轉子葉片、渦輪導流葉片等部件上。

1.2.2 火箭發動機上的應用

由于火箭發動機噴管壁受到高速氣流的沖刷，工作條件十分惡劣，因此C/C最早用作其噴管喉襯，并由二維、三向發展到四向及更多向編織。同時火箭發動機設計者多年來一直企圖將具有高抗熱震的Ct/SiC用于發動機噴管的擴散段，但Ct的體積分數高，易氧化而限制了其廣泛應用，隨著CVD、CVI技術的發展，新的抗氧化Ct/SiC及C-C/SiC必將找到其用武之地。

目前為解決固體火箭發動機結構承載問題，美國和法國正在進行陶瓷纖維混合碳纖維而編織的多向(6向)基質、以熱穩定氧化物為基體填充的陶瓷復合材料。SiC陶瓷制成的喉襯、內襯已進行多次點火試驗。今天作為火箭錐體候選材料的有A12O3、ZrO2、ThO2等陶瓷，而作為火箭尾噴管和

燃燒室則采用高溫結構材料有SiC、石墨、高溫陶瓷涂層等。

1.3 衛星和宇航器上的應用

衛星結構的輕型化對衛星功能及運載火箭的要求至關重要，所以對衛星結構的質量要求很嚴。國際通訊衛星VA中心推力筒用碳纖維復合材料取代鋁后減質量23kg(約占30%)，可使有效載荷艙增加450條電話線路，僅此一項盈利就接近衛星的發射費用。美、歐衛星結構質量不到總質量的10%，其原因就是廣泛使用了復合材料。目前衛星的微波通訊系統、能源系統(太陽能電池基板、框架)各種支撐結構件等已基本上做到復合材料化。我國在“風云二號氣象衛星”及“神舟”系列飛船上均采用了碳/環氧復合材料做主承力構件，大大減輕了整星的質量，降低了發射成本。未來展望

2.1 原材料技術

復合材料發展的基礎和前提是原材料技術，主要包括基體和增強體，而其中增強纖維技術尤為重要。高模量和高強度的纖維既能為基體分擔大部分外加應力，又可阻礙裂紋的擴展，并且當局部纖維發生斷裂時以“拔出功”的形式消耗部分能量，起到提高斷裂能并克服脆性的效。目前關于碳纖維的研究主要是提高模量和強度，降低生產成本。使用的纖維先驅體仍然主要是PAN（聚丙烯腈）和瀝青纖維，二者所用物質的量比約為6:1。一般來說PAN基碳纖維具有高強度，而瀝青基碳纖維具有高模量。但通過控制微觀結構缺陷、結晶取向、雜質和改善工藝條件，利用PAN或瀝青纖維均可獲得高強高模纖維。事實上到目前為止，要穩定生產模量大于700GPa和強度大于5.5GPa的高模高強碳纖維仍然是非常困難的。碳纖維的壓縮強度較低，離子注入技術可改善碳纖維的壓縮強度，但這種工藝成本很高。

2.2 低成本技術

目前，復合材料的需求量快速增長，而高成本已經成為制約復合材料廣泛應用的瓶頸。提高復合材料的性價比，除了在原材

料、裝配與維護等方面進行研究改進外，更重要的是降低復合材料的制造成本。

低成本制備技術也是低成本技術發展的一個方向。自動鋪帶技術和自動纖維絲束鋪放技術具有高效、低成本的特點，特別適合于大尺寸和復雜構件的制造，減少了拼裝零件的數目，節約了制造和裝配成本，充分利用了材料，極大地降低了材料的廢品率和制造工時。

改進的纖維纏繞和多維編織技術、樹脂傳遞模塑（RTM）和樹脂膜熔浸（RFI）工藝及其衍生工藝、新型非熱壓罐固化工藝以及工藝模擬和智能化技術等也是新興的復合材料低成本制造技術。目前研究最多最有發展前景的是電子束固化工藝，該工藝的優點是固化溫度低、耗能低、模具材質要求不高；固化過程時間短、效率高、環境污染小，并可與RTM、拉擠、纏繞等自動化工藝相結合。

2.3 新型復合材料 2.3.1 超輕材料與結構

格柵增強結構的概念是20世紀70年代由美國麥道公司首先提出，其基本構想是：整個結構由鋁合金加強肋與蒙皮組成，加強肋呈正多邊形網格分布，整個結構表現出各向同性。這種結構形式剛剛出現，就以較高的可設計性、優越的潛在性能備受關注。

2.3.2 納米復合材料

納米復合材料是由2種或2種以上的固相至少在一維以納米級大小（1-100nm）復合而成的復合材料。納米復合材料包括納米顆粒增強復合材料、納米片層增強復合材料、納米纖維增強復合材料和碳納米管增強復合材料等。納米復合材料已經成為先進復合材料技術的一個新增長點，也是先進復合材料技術研究最活躍的前沿領域之一。納米復合材料的超常特性使其在航空航天等領域具有廣泛的應用前景。

2.3.3 多功能復合材料

隨著新一代航空航天器向高超聲速方向的發展，苛刻的超高溫服役環境對材料及

結構的承載與防熱提出了嚴峻考驗，碳/碳(C/C)復合材料是適應這種需求的重要候選材料。C/C復合材料從碳纖維增強相結構可分為碳氈C/C和多向編織C/C復合材料。作為一種新型戰略材料，C/C復合材料的國防專用性和強烈的軍事背景使其研制和使用具有高度的機密性。碳基防熱復合材料主要用于燒蝕防熱和熱結構，較好地解決了輕質化、抗熱震、耐侵蝕等技術難題。除了傳統的C/C復合材料以外，近年來，美、俄、法等國家又開發了許多混雜其它材料的新型C/C材料以滿足不同的特殊使用要求。例如：在C/C材料中混入Si3N4、SiC、TiC、TaO、TaC等粉末，以提高C/C材料抗粒子侵蝕性能。更新的彈頭鼻錐防熱材料是針刺細編織物在穿刺或編織過程中加入改進性能的組分，如耐熔金屬絲、耐侵蝕粒子等，這樣可大大改進抗粒子侵蝕性能，達到全天候的目的。此外，四向或更多向碳基復合材料也是研制發展的方向，由于采用了交錯網絡結構和增加了增強方向數，不僅增加了各向同性、提高了抗侵蝕能力，也改進了耐燒蝕性。結語

隨著航空航天技術的飛速發展，對材料的要求也越來越高，一個國家新材料的研制與應用水平在很大程度上體現了其國防和科研技術水平，因此許多國家都把新型材料的研制與應用放在科研工作的首要地位。新型航空航天器的先進性標志之一是結構先進性，而先進復合材料是實現結構先進性的重要基礎和先導技術。我國將成為世界上先進復合材料的最大用戶，卻面臨著我國技術貯備的嚴重不足以及國外技術封鎖等考驗。因此，要實現我國先進復合材料研制和應用的可持續發展，必須堅持自主創新原則，解決原材料問題，低成本技術問題以及材料新型開發問題。

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第三篇：《塑料成型工藝與模具設計》教學大綱

《塑料成型工藝與模具設計》教學大綱

總112學時，其中：理論36課時，上機76課時

學分： 先修課程：《機械制圖》、《計算機繪圖》、《Pro/E塑料制品造型設計》等。

適用專業：模具設計及制造專業

教材及參考書：

1、《塑料模具設計及制造》，劉朝福主編，高等教育出版社，2004年7月，ISBN? 7-04-014676-2。

2、《塑料模具圖冊》，閻亞林主編，高等教育出版社。

3、《Pro/E塑料模具設計從入門到精通》，李剛主編，中國青年出版社，2008年7月，ISBN? 978-7-5006-7852-64、《精通Pro/E模具設計篇》，凱德設計／編著，中國青年出版社，2007年8月，ISBN? 978-7-5006-7729-1

考核方式：考試與考核相結合一、課程的性質、目的和任務：

隨著現代工業發展的需要，塑料制品在工業、農業和日常生活等各個領域的應用越來越廣泛，質量要求也越來越高。在塑料制品的生產中，高質量的模具設計、先進的模具制造設備、合理的加工工藝、優質的模具材料和現代化的成形設備等都是成形優質塑件的重要條件。

《塑料成型工藝與模具設計》是模具專業的核心專業課程。在這門課程里，學生將通過5幅（類型）塑料模具的設計案例，系統學習塑料的注射成形工藝、模具的結構、工作原理及使用Pro/E的塑料模具設計方法，為將來的工作打下堅實的理論和實踐操作基礎。

該課程的理論部分應使用投影教學，在課堂上向學生直觀地演示各種模具的立體模型、動畫及實物的工作過程演示錄相等，可極大地提高學生學習的積極性，增強學生的學習效果。課程的設計操作部分在計算室進行，讓學生在學習過程中實際動手操作。

二、課程教學的基本要求：

１、了解各種塑料的各項性能，以及注射成型工藝；

２、掌握各種類型塑料模具基本結構；

３、熟練掌握常用幾種類型模具的Pro/E設計方法；

４、能正確選擇標準件進行塑料模具結構設計。

三、課程教學內容：

（一）塑料成形基礎（理論6課時）

【教學目的要求】

1、熟悉常用塑料的性能及用途，各種成型方法的優缺點和使用范圍；

2、掌握塑料成型的基礎知識，注射成型工藝過程及工藝參數的選擇；

3、了解塑料在成型過程中的物理化學變化，常用塑料成型工藝方法；

4、實現掌握塑料成形的基礎知識；

5、熟悉塑料模具及塑料成形設備的種類及特點；

6、掌握注射模及注射機的結構及分類；

7、實現對常見塑料模具及塑料成形設備的基本認識。

【教學重點難點】

1、塑料的工藝性能；

2、塑料成形工藝；

3、塑件結構設計；

4、注射模的結構及分類；

5、注射機的結構及分類。【教學內容】

1.1塑料概論（理論）

1.2 塑料工藝性能（理論）1.3常用塑料（理論）

1.4塑料注射成形工藝（理論）1.5注射模具與注射機（理論）

（二）塑料端蓋的分模（案例一：理論6課時 上機8課時）【教學目的要求】

1、熟悉各種分型面的設計原則及簡單分型面的設計方法；

2、熟悉澆注系統各種流道及澆口的類型和尺寸確定；

3、掌握簡單澆注系統的設計方法；

4、掌握在Pro/E上的基本分模操作步驟。【教學重點難點】

1、分型面的創建方法；

2、澆注系統的設計；

3、簡單塑件的分模方法。【教學內容】

2.1新建一個模具制造模型并進入模具模塊（上機）2.2建立模具模型（上機）2.2.1引入參照模型 2.2.2定義坯料

2.3設置收縮率（上機）2.4塑件結構檢測

2.4.1脫模斜度（理論）

2.4.2鼠標上蓋脫模斜度檢測（上機）2.4.3塑件壁厚檢測（理論）

2.4.4鼠標上蓋壁厚檢測（上機）2.5創建模具分型曲面

2.5.1分型面的概念和設計（理論）

2.5.2創建鼠標上蓋模具的分型面（上機）2.6在模仁中創建澆注系統（上機）

2.6.1普通澆注系統的組成及設計原則（理論）2.6.2注流道和分流道設計（理論）2.6.3澆口設計（理論）

2.6.4澆注系統的平衡（理論）

2.6.5冷料穴和拉料桿設計（理論）2.6.6模具排氣槽設計（理論）

2.6.7在模仁中創建鼠標上蓋的創建主流道（上機）2.6.8在模仁中創建鼠標上蓋的創建分流道（上機）2.6.9在模仁中創建鼠標上蓋的創建澆口（上機）

2.7構建模具元件的體積塊（上機）2.8抽取模具元件（上機）2.9生成澆注件（上機）2.10定義模具開啟（上機）

（三）兩板模模具設計（案例二：理論6課時，上機18課時）【教學目的要求】

1、熟悉單分型面注射模各組成機構的功能；

2、掌握一模多腔單分型面注射模的總體結構和設計方法；

3、掌握采“陰影曲面”創建分型面的方法；

4、掌握一模多腔模具澆注系統的設計方法；

5、掌握使用EMX6.0加載模架與標準件設計方法。【教學重點難點】

1、分型面的創建方法；

2、澆注系統的設計；

3、使用EMX6.0加載模架與標準件設計方法。【教學內容】

3.1產品的型腔數目和分布確定（理論）3.1.1型腔數目和分布

3.1.2產品模具的型腔數目和分布分析 3.2產品模具的澆注系統設計（理論）3.2.1流動比的校核

3.2.2產品模具的流動比校核

3.3產品一模多腔參照模型布局（上機）3.4產品一模多腔收縮率的設定（上機）3.5成形零部件結構設計（理論）

3.6成形零部件剛度和強度校核（理論）3.7注射模標準模架（理論）

3.8定義產品的坯料工件（上機）

3.9采用“陰影曲面”創建產品的分型面（上機）3.10創建產品一模多腔模具的澆注系統（上機）

3.11生成成形零部件、澆注件、定義模具開啟（上機）3.12塑料成型分析（上機）

3.13模架與標準件設計（上機）3.13.1新建EMX模具項目 3.13.2加載標準模架

3.13.3加載定位環、澆口套、螺釘等模具標準件

3.13.4加載推出機構標準件，創建產品推出機構的推桿 3.13.5加載水嘴、開設冷卻水道

（四）塑料殼的模具設計（案例三：理論6課時，上機16課時）【教學目的要求】

1、熟悉不規則形狀塑件參照模型的布局方法及模型間尺寸確定；

2、掌握帶孔參照模型的分型面創建方法（裙邊法）；

3、掌握先分割、抽取模具組件，后設計澆注系統、鑄模的設計方法；

4、掌握在模仁上設計冷卻系統的設計方法；

5、掌握滑塊的設計方法；

6、掌握自動創建模架的設計方法。

【教學重點難點】

1、滑塊的設計方法；

2、在模仁上設計冷卻系統的設計方法；

3、自動創建模架的設計方法。

【教學內容】

4.1塑料殼參照模型的布局（上機）

4.2設定塑料殼收縮和創建工件（上機）

4.3創建正面帶孔的塑料殼模具分型面（上機）

4.3.1 使用“創建自動分型線”工具創建影像曲

4.3.2使用“裙邊曲面”工具創建塑料殼小孔處分型面

4.3.3使用“填充”方法創建其余處分型面

4.4生成成形零部件、澆注件、定義模具開啟（上機）

4.5不規則形狀塑件塑料殼模具的澆注系統設計（上機）

4.6模仁上的冷卻水道設計（上機）

4.7模架與標準件設計（上機）

6.1側分型與抽芯注射模實例分析（理論）

6.8側分型與抽芯機構的類型

6.8.1斜導柱側抽芯注射模結構組成及工作過程

6.9斜導柱側抽芯機構設計與計算（理論）

6.9.1抽芯距與抽芯力的計算

6.9.2側滑塊的設計

6.10斜導柱側抽芯機構應用形式（理論）

6.10.1斜導柱安裝在定模、側滑塊安裝在動模

6.10.2斜導柱安裝在動定模、側滑塊安裝在定模

6.10.3斜導柱與側滑塊同時安裝在定模

6.10.4斜導柱與側滑塊同時安裝在動模

6.10.5斜導柱的內側抽芯

（五）紙杯座的模具設計（案例四：理論6課時，上機18課時）

【教學目的要求】

1、熟悉雙分型面注射模各組成機構的功能；

2、掌握雙分型面注射模的總體結構和設計方法；

3、了解雙分型面注射模的設計方法；

4、實現雙分型面注射模知識的掌握。

【教學重點難點】

1、雙分型面注射模澆注系統；

2、雙分型面注射模典型結構；

【教學內容】

5.1雙分型面注射模概述（理論）

5.1.1雙分型面注射模結構特點

5.1.2雙分型面注射模工作過程

5.2雙分型面注射模澆注系統（理論）

5.2.1點澆口澆注系統

5.2.2潛伏澆口

5.2.3澆注系統的推出機構

5.3雙分型面注射模典型結構（理論）

5.3.1雙分型面注射模結構分類

5.3.2常見雙分型面注射模結構

5.4塑料環的模具設計過程（上機）

（六）手機后殼的模具設計（案例五：理論6課時，上機16課時）

【教學目的要求】

1、熟悉三板模中不規則分型面的模具設計方法；

2、掌握各種三板模的結構、工作原理及其特點；

3、了解其他類型的三板模；

4、實現對三板模運動原理的掌握。

【教學重點難點】

1、三板模結構組成及工作過程；

2、三板模設計與計算；

3、三板模應用形式。

【教學內容】

6.1雙分型面注射模概述（理論）

6.1.1雙分型面注射模結構特點

6.1.2雙分型面注射模工作過程

6.2雙分型面注射模澆注系統（理論）

6.2.1點澆口澆注系統

6.2.2潛伏澆口

6.2.3澆注系統的推出機構

6.3雙分型面注射模典型結構（理論）

6.3.1雙分型面注射模結構分類

6.3.2常見雙分型面注射模結構

6.4塑料環的模具設計過程（上機）

2011年2月26日星期六

第四篇：塑料成型工藝與模具設計教案

《塑料成型工藝與模具設計》教案 長沙職業技術學院機械工程系傅子霞

課題：雙分型面注射模（教材第94—97頁）。

教學目標：1.識記模具基本結構，理解和掌握模具脫模過程。2.能動手設計模具結構。

3.對模具設計產生興趣，認識到機械設計的嚴謹性等。教學重點：1.雙分型面注射模的結構。

2.雙分型面注射模的脫模過程。

突破方法：運用類比的方法，將復雜的結構化整為零，各個突破。教學難點：雙分型面注射模的脫模過程。

突破方法：將動作進行分解，逐一講述，然后再合并動作，通過動畫演示進行突破 教具：多媒體課件、塑料制件。教法：實例分析法、推理法等。學法：模擬法、討論法等 教學過程：

一、復舊入新 通過提問的方式，復習單分型面注射模的結構和脫模過程，并引導學生分析其優缺點。然后，通過多媒體給出“一串葡萄”，創設情景，提出問題：要把葡萄從葡萄藤上摘下來，制成一粒一粒的葡萄干，怎樣做效率更高？由此引出雙分型面注射模。

二、新授

雙分型面注射模的結構 分析：雙分型面注射模是在單分型面注射模的基礎上發展起來的，和單分型面注射模有部分共同之處，通過多媒體給出其典型結構，采用類比的方法找出雙分型面注射模的獨有結構，并結合模具功能要求，運用推理法分析每一個結構所能實現的功能。雙分型面注射模結構特點：

1.采用點澆口的雙分型面注射模可以把制品和澆注系統凝料在模內分離，為此應該設計澆注系統凝料的脫出機構，保證將點澆口拉斷，還要可靠地將澆注系統凝料從定模板或型腔中間板上脫離。

2.為保證兩個分型面的打開順序和打開距離，要在模具上增加必要的輔助置，因此模具結構較復雜。類比：通過多媒體給出雙分型面注射模的典型結構，讓學生指出哪些是單分型面注射模所具有的，剩下的就是雙分型面注射模獨有的。（1）成形零部件，包括型芯(凸模)、中間板；（2）澆注系統，包括澆口套、中間板；

（3）導向部分，包括導柱、導套、導柱和中間板與拉料板上的導向孔；（4）推出裝置，包括推桿、推桿固定板和推板；（5）二次分型部分，包括定距螺釘、彈簧、中間板;（6）結構零部件，包括動模座板、墊塊、支承板、型芯固定板和定模座板等。推理：運用推理的方法，分析雙分型面注射模獨有結構的作用。定距螺釘——實現定距分型

彈簧——使A分型面先分型，實現順序分型 中間板——便于取出澆注系統凝料 小結：通過和單分型面注射模的結構進行對比，采用化整為零的辦法，將復雜的模具變成各個簡單的個體，學生更容易接受。(二)雙分型面注射模具的脫模過程

分析：由于雙分型面注射模脫模過程抽象，需要有較強的空間想象能力，因此，運用實例分析法，通過將動作進行分解，分析每一個動作的動作要領，然后再合并動作，模擬開模。給出實例：通過多媒體給出一個塑料碗，和成型這個塑料碗的雙分型面注射模。動作分解：

動作一澆注系統凝料和模具流道分離；

要領：必須分開一定的距離，便于取出澆注系統凝料 動作二塑料制件和澆注系統凝料分離；

要領：分離后的澆口痕跡要小，應保證塑料制件留在動模一側，便于脫模。動作三塑件和澆注系統凝料分別和模具脫離。

要領：脫模動作要迅速，保證足夠的距離，便于塑料制件被推出機構推出后和模具脫離。學生討論：在學生理解了各個動作的要領之后，引導學生運用模擬法假想對模具進行開模。由于是雙分型面，那么哪個分型面先分型呢？給三分鐘時間學生思考和討論。合并動作：（講述）

開模時，注射機開合模系統帶動動模部分后移，由于彈簧的作用，模具首先在A-A分型面分型，中間板隨動模一起后移，主澆道凝料隨之拉出。當動模部分移動一定距離后，固定在中間板上的限位銷與定距拉板左端接觸，使中間板停止移動。動模繼續后移，B-B分型面分型。因塑件包緊在型芯上，這時澆注系統凝料再在澆口處自行拉斷，然后在A-A分型面之間自行脫落。動模繼續后移，當注射機的推桿接觸推板時，推出機構開始工作，推件板在推桿的推動下將塑件從型芯上推出，塑件在B-B分型面之間自行落下。

播放動畫：

通過以上講解之后，可能還會有些學生不能理解，這時再通過多媒體，播放整個脫模過程的動畫，進行演示。小結：

經過以上的三個環節后，學生基本理解和掌握了雙分型面注射模的脫模過程。

（三）四種典型的結構（講解）1.擺鉤式雙分型面注射模 2.彈簧式雙分型面注射模 3.滑塊式雙分型面注射模 4.膠套式雙分型面注射模

三、總結

本節課主要介紹了雙分型面注射模的結構和脫模過程。通過這節課，學生基本理解和掌握了雙分型面注射模的相關知識，為進一步的學習其他形式的模具打下了良好的基礎。同時，通過實例的分析，使學生具備了一定的模具設計能力。

四、作業（課后思考）

除了教材中介紹的四種典型結構外，還有哪些結構可以實現順序分型和定距分型？

五、板書設計

注射模具的典型結構——雙分型面注射模 成形零部件：型芯(凸模)、中間板 澆注系統：澆口套、中間板 導向部分：導柱、導套、導向孔 推出裝置：推桿、推桿固定板、推板 二次分型部分：定距螺釘、彈簧、中間板 結構零部件：；動模座板、型芯固定板、定模座板等 定距螺釘：實現定距分型

彈簧：使A分型面先分型，實現順序分型 中間板——便于取出澆注系統凝料 動作一澆注系統凝料和模具流道分離 動作二塑料制件和澆注系統凝料分離

動作三塑件和澆注系統凝料分別和模具脫離

第五篇：塑料成型與模具設計復習總結

制品的材料選擇

1）塑料的力學性能，如強度、剛性、韌性、彈性、彎曲性能。

2）塑料的物理性能，如對使用環境溫度變化的 適應性、光學性能、絕熱或電氣絕緣的程度、精 加工和外觀的完滿程度等。

3）塑料的化學性能，如對接觸物（水、溶劑、油、藥品）的耐性、衛生程度以及使用上的安全性等。

4）必要的精度，如收縮率的大小及各向收縮率的差異。5）成型工藝性，如塑料的流動性、結晶性、熱敏性等。

選擇具體的脫模斜度時，注意以下原則：

1）制品尺寸公差允許，脫模斜度取大值。2）熱塑性塑料的脫模斜度大，熱固性小。3）壁厚大，收縮量大，脫模斜度大。4）較高、較大的制品，脫模斜度小。5）高精度制品，脫模斜度小。6）制品高度很小，脫模斜度為零。

7）脫模后制品留在型芯一邊，型芯斜度小。

8）內孔以小端為基準，斜度由擴大方向取得；外形以大端為基準，斜度由縮小方向取得。

制品壁厚

1）制品必須有足夠的強度和剛度； 2）塑料在成型時有良好的流動狀態； 3）脫模；

4）壁厚均勻，否則使制品變形或產生縮孔、凹陷及填充不足等缺陷。

5）熱固性塑料的小型塑件，壁厚取1.6～2.5mm，大型塑件取3.2～8mm。6）熱塑性塑料的小型制件，壁厚取1.75～2.30mm，大型制件2.4～6.5mm。

加強肋增加塑件的強度和避免塑件翹曲變形。

加強肋的設計原則：

加強肋<壁厚，b <（0.5 ~ 0.7）δ； 足夠的斜度，α= 4°~ 10°； 圓角，R =δ/8；

高度小，數量多，L< 3δ。

圓角

尖角：應力集中，塑件破裂，模具熱處理時淬裂。圓角半徑：壁厚的1/3以上。圓角有利于塑料充型流動。

圓角會導致凹模型腔加工復雜，使鉗工勞動量增加。

飾紋、文字、符號及標記 設計要求： a.脫模

b.模具易于加工，文字可用刻字機刻制圖案可用手工雕或電加工等，c.標記的凸出高度≥0.2mm，線條寬度≥ 0.3mm，兩條線的間距≥0.4mm，標記的脫模斜度≥ 10°。

塑料螺紋設計

1.成型的螺紋精度低于3級。2.金屬螺紋嵌件。

3.塑料螺紋螺牙尺寸應較大。

4.塑料螺紋的外徑≥4mm，內徑≥2mm。

5.螺孔始端有0.2 ~ 0.8mm的臺階孔，螺紋末端≥0.2mm的距離。

金屬嵌件的設計原則 1）圓形或對稱形狀；

2）壁厚（金屬嵌件周圍的塑料層厚度大）； 3）倒角； 4）定位；

5）自由伸出長度≤2d；

6）嵌件會降低生產效率，且生產不易自動化。

影響尺寸精度的因素 1.和模具有關的原因： 1）模具的形式或基本結構 2）模具的加工制造誤差

3）模具的磨損、變形、熱膨脹 2.和塑料有關的原因

1）不同廠家生產的塑料的標準收縮率的變化

2）不同批量塑料的成型收縮率、流動性、結晶化程度的差異 3）再生塑料的混合、著色劑等添加物的影響 4）塑料中的水分以及揮發和分解氣體的影響

3.和成型工藝有關的原因

1）由于成型條件變化造成的成型收縮率的波動 2）成型操作變化的影響

3）脫模頂出時的塑料變形、彈性恢復 4.和成型后時效有關的原因

1）周圍溫度、濕度不同造成的尺寸變化

2）塑料的塑性變形及因為外力作用產生的蠕變、彈性恢復 3）殘余應力、殘余變形引起的變化

從模具設計和制造的角度，影響塑料制品尺寸精度的因素有五個方面： 1）模具成型零件的制造誤差δz； 2）模具成型零件的表面磨損δc； 3）塑料收縮率波動δs；

4）模具活動成型零件的配合間隙變化δj； 5）模具成型零件的安裝誤差δa。

對于小尺寸的制品，模具制造誤差對制品尺寸的影響要大些；

對于大尺寸的制品，收縮率波動引起的誤差是影響制品尺寸精度的主要因素。

表面粗糙度的確定

1.模具的表面粗糙度比塑料制品的表面粗糙度低一級； 2.對透明的塑料制品要求型腔和型芯的表面粗糙度相同；

3.對于不透明的塑料制品，型芯的表面粗糙度的級別可比型腔的表面粗糙高1 ~2級。

注射成型特點

型周期短成型形狀復雜尺寸精確帶有金屬或非金屬嵌件的塑料制件熱塑性塑料（除氟塑料外）一些熱固性塑料生產效率高易于實現全自動化生產應用廣泛

按照注射機的注射方向和模具的開合方向分類

1）臥式注射機重心低、穩定加料、操作及維修均很方便塑件推出后可自行脫落便于實現自動化生產模具安裝較麻煩嵌件放入模具有傾斜和脫落的可能機床占地面積較大

2）立式注射機占地面積小安裝和拆卸模具方便安放嵌件容易重心高、不穩定加料較困難推出的塑件要人工取出不易實現自動化生產最大注射量在60g以下

３）角式注射機結構簡單機械傳動不能準確可靠地控制注射、保壓壓力及鎖模力。模具受沖擊和振動較大

按注射裝置分類

注塞式以加熱料筒、分流梭和柱塞來實現成型物料的塑化和注射。構造簡單適合于小型零件的成型材料滯流嚴重壓力損失大

螺桿預塑化型塑化：螺桿旋轉、料筒進行塑化。注射：螺桿移動進行注射。特點：塑化均勻，計量準確。

注射機的組成 注射機構 加料器 料筒

螺桿（或柱塞與分流梭）噴嘴 鎖模機構

作用:鎖緊模具 模具的開合動作頂出模內制品

鎖模方式全液壓式（直壓式）液壓-機械聯合作用式（肘拐式）。頂出方式機械式液壓式

液壓傳動和電器控制系統液壓傳動系統是注射機的動力系統電器控制系統則是各動力液壓缸完成開啟、閉合和注射等動作的控制系統。

熱塑性塑料的工藝性能 1.收縮 塑料制品從模具中取出發生尺寸收縮的特性。2流動性塑料成型難易的指標

影響塑料流動性的因素：a.聚合物的性質b.成型條件

衡量流動性的指標： a.相對分子質量 b.熔融指數

c.阿基米德螺旋線長度 d.表觀粘度

e.流程比(流程長度/制品壁厚)

成型工藝條件對流動性的影響： 1）熔體成型溫度 2）注射壓力 3）模具結構

3.塑料的結晶結晶形塑料各向異性顯著、內應力大。脫模后制品內未結晶的分子繼續結晶，使制品變形、翹曲。

注射成型工藝過程

成型前準備塑料外觀（如色澤、顆粒大小及均勻度等）檢驗； 塑料的干燥處理 料筒的清洗或拆換 嵌件的預熱

脫模劑：硬脂酸鋅、液體石蠟和硅油 注射成型過程加料塑化注射冷卻脫模 固體顆粒轉換成粘流態的過程稱為塑化。影響因素： 受熱情況 剪切作用 螺桿的剪切

摩擦熱促進塑化

注射：充模熔體經過噴嘴及模具澆注系統進入并填滿型腔。型腔內熔體壓力迅速上升，達到最大值，熔體壓實。

保壓熔體冷卻收縮，熔料不斷補充進入模具。模具冷卻，熔體密度增大，逐漸成型。倒流

保壓結束，螺桿回程（預塑開始）。

型腔中的熔料通過澆口流向澆注系統稱為倒流現象。熔體在澆口處凝固，倒流停止。

澆口凍結后的冷卻

加入新料，同時通入冷卻水、油或空氣等冷卻介質，對模具進行進一步的冷卻。

脫模

在推出機構的作用下將塑料制件推出模外。

制件的后處理退火或調濕，改善和提高制品的性能和尺寸穩定性。

退火處理

目的：消除制品的內應力，穩定結晶結構。方法：制品在定溫的烘箱中靜置一段時間。退火溫度=制品使用溫度+（10~20）℃ 退火溫度=塑料熱變形溫度-（10~20）℃ 退火時間根據制品厚度確定。退火后應使制品緩冷至室溫。

調濕處理 目的：防止氧化變色或吸收水分而膨脹，使制品尺寸穩定。方法：將剛脫模的制品放在熱水中處理。

注射成型工藝參數 溫度

料筒溫度料筒溫度選擇的依據：流動性，熱降解。Tf(Tm)<料筒溫度

噴嘴溫度噴嘴溫度<料筒的最高溫度 防止直通式噴嘴發生“流涎”現象

模具溫度充型能力 塑件的性能和外觀質量 模溫升高： 流動性增加 充模壓力下降 生產率降低

制品內應力降低 制品表面質量提高 成型收縮率增大

制品密度或結晶度增大 制品翹曲度增大

2.壓力

塑化壓力背壓：注射機螺桿頂部的熔體在螺桿轉動后退時所受到的壓力。背壓是通過調節注射液壓缸的回油阻力來控制的。背壓增加：增加熔體的內壓力 加強剪切效果、提高熔體的溫度

螺桿退回速度減慢，延長塑料受熱時間，改善塑化質量。

注射壓力注射時在螺桿頭部產生的熔體壓強。注射壓力過低，不能充滿型腔。

注射壓力過大，溢料，變形，系統過載。注射壓力增大： 塑料流動性增加 充填速度增加 接縫強度增加 制件重量增加

制件中內應力增加

注射壓力與熔體溫度的關系 料溫高，注射壓力低； 料溫低，注射壓力高。料溫和注射壓力組合

模腔壓力

注射壓力經過噴嘴、流道和澆口的壓力損失后在模具型腔內產生的熔體壓強。

3.注射成型周期和注射速度 完成一次注射成型所需的時間 注射速度增大： 熔體流速增加 剪切作用加強 粘度降低

熔體溫度升高

熔體流動長度增加 熔合紋強度增加 內應力升高 表面質量下降 湍流、噴射

模內空氣無法排出，壓縮升溫，局部燒焦或分解。