《塑料成型模具原理与设计》课件

塑料成型模具原理与设计欢迎参加《塑料成型模具原理与设计》课程本课程将深入探讨塑料模具设计的核心原理和实用技术，涵盖从基础概念到高级应用的全方位知识体系本课程结构清晰，包括模具概述、各类成型工艺原理、模具结构设计与案例分析等模块，旨在帮助学生掌握现代塑料模具设计的理论与实践技能通过系统学习，您将获得塑料成型工艺分析能力、模具结构设计技能及解决实际问题的综合素养，为未来在模具行业的发展奠定坚实基础第一部分塑料成型模具概述前沿动向智能化、精密化与绿色化趋势明显市场规模全球年产值超过1000亿美元，年增长率8%核心作用工业生产的母工具，决定产品质量与效率模具被誉为工业生产的母工具，在制造业领域扮演着不可替代的关键角色塑料模具作为模具家族的重要成员，随着塑料制品应用的普及，其技术水平与产业规模持续攀升目前，中国已成为全球最大的模具生产国和消费国，塑料模具产业在汽车、电子、医疗、家电等领域有着广泛应用模具产业正向高精度、高复杂性、长寿命和智能化方向发展，集成CAD/CAM/CAE技术的数字化设计成为行业标准塑料基础知识通用塑料工程塑料•聚乙烯PE•聚碳酸酯PC•聚丙烯PP•聚酰胺PA•聚氯乙烯PVC•聚甲醛POM•聚苯乙烯PS•聚苯醚PPO特种工程塑料•聚酰亚胺PI•聚砜PSF•聚醚醚酮PEEK•液晶聚合物LCP塑料可分为热塑性和热固性两大类热塑性塑料加热后变软，冷却后硬化，且这一过程可逆，适合注塑、挤出等工艺；热固性塑料则在加热硬化后不可再熔融，具有较高的耐热性和硬度，适合压缩成型塑料的流变特性是模具设计的重要考量因素，主要包括剪切黏度、熔体弹性、流动性指数等参数这些特性直接影响到模具的浇注系统设计、模腔结构与加工精度要求常见塑料成型工艺分类注射成型压缩成型将熔融塑料高压注入模腔将热固性塑料在模腔中加热压制•适用于复杂形状和精密零件•主要用于热固性塑料•生产效率高、精度高•结构简单、投资少吹塑成型挤出成型利用压缩空气将热塑性塑料吹胀成中空塑料连续通过模具形成固定截面产品制品•适用于管材、型材、薄膜•适用于容器、瓶罐等•连续生产、效率高•生产效率高、成本低此外还有旋转成型、层压成型、热成型等工艺，各有其适用范围和技术特点模具设计师需根据产品特性和生产要求，选择最合适的成型工艺和相应的模具设计方案模具设计基本流程产品分析•零件几何结构•材料性能要求•公差与精度结构设计•分型面确定•浇注系统布置•冷却系统规划模具制造•数控加工•电火花加工•热处理与表面处理装配与调试•模具组装•试模与调整•质量验收模具设计流程始于深入的产品分析，设计师需全面理解产品功能、结构特点与材料要求在此基础上，进行模具结构设计，确定分型面、抽芯机构、浇注和冷却系统等关键元素模具制造阶段涉及多种精密加工技术，如数控铣削、电火花加工和线切割等最后的装配与调试环节确保模具各部件协调工作，并通过试模验证模具性能，必要时进行修正和优化塑料成型工艺对模具设计的要求成型精度强度与寿命模具的加工精度直接决定塑件质模具需承受高温高压循环载荷，量，需考虑材料收缩率、变形补要求具备足够的强度、硬度和耐偿等因素对精密塑件，模具表磨性核心部件通常采用H

13、面粗糙度要求可达Ra

0.2μm，加P20等工具钢制造，并经过热处工精度需控制在±

0.005mm以理和表面处理以提高使用寿命内效率与经济性模具设计需考虑生产效率和经济性，包括冷却时间优化、多型腔布局、结构简化等合理的浇注系统和冷却系统设计可显著缩短成型周期，提高生产效率模具设计还需满足安全性、维护便利性等要求，确保在生产过程中的稳定性和可靠性随着制造技术的发展，智能化和数字化也成为现代模具设计的重要考量热塑性和热固性模具设计差异热塑性塑料模具热固性塑料模具•需要完善的冷却系统，快速带走热量•需要加热系统，促进材料固化•浇注系统设计复杂，考虑流动平衡•排气系统设计更为关键•通常采用强制冷却方式•通常采用电加热或蒸汽加热•脱模系统要求高，防止变形粘模•结构相对简单，强调排气和加热•模具温度一般保持在20-80℃•模具温度一般保持在140-200℃•模具材料通常为P

20、718H等预硬钢•模具材料要求耐热性好，如H13钢热塑性和热固性模具在成型流程上也存在显著差异热塑性模具设计强调材料从熔融到冷却固化的控制，关注点在于熔体流动性和冷却均匀性；而热固性模具则更关注材料的固化反应过程，需要精确控制模具温度和压力，以确保材料充分固化在温控要求方面，热固性模具需要加热系统以提供必要的固化温度，而热塑性模具则需要高效的冷却系统快速带走热量这些差异直接影响到模具结构设计和材料选择塑料件成型工艺性能流动性塑料的流动性直接影响模具填充效果，由熔体粘度和剪切特性决定高分子量材料通常流动性较差，需要更高的注射压力和更合理的浇口设计流动性指标包括熔体流动指数MFI和螺旋流长比，是模具设计中的关键参数固化速率固化速率影响成型周期和产品质量，与材料结晶性、热传导性密切相关结晶型塑料如PP、PA等固化时伴随结晶放热，需要更长冷却时间热固性塑料的固化则是不可逆的化学交联过程，受温度和催化剂影响成型收缩率塑料在冷却过程中体积收缩，导致尺寸变化，这是模具设计中必须补偿的参数半结晶性塑料收缩率较大1-3%，非结晶性塑料较小

0.3-

0.7%收缩率还受模腔压力、冷却速率和制品壁厚影响，需综合考虑这些工艺性能参数互相影响，共同决定了塑料制品的成型质量和效率模具设计师需要根据材料特性和产品要求，进行系统的工艺分析和优化设计塑料的成型收缩与补偿塑料成型缺陷与对策缺陷类型产生原因解决方案缩水收缩不均匀，冷却不均匀优化冷却系统，调整保压参数翘曲变形内应力不均，冷却不均均衡壁厚，优化冷却，改进脱模熔接痕多方向流动汇合调整浇口位置，提高模温气泡排气不良，水分过高增加排气槽，预干燥材料短射注射压力不足，流动阻力大增加注射压力，优化流道设计溢边模具合模精度不足提高模具加工精度，增加锁模力塑料成型缺陷是模具设计和生产过程中常见的挑战，正确识别缺陷原因并采取相应对策是提高产品质量的关键缺陷形成通常涉及多种因素的综合作用，需要从材料特性、模具结构和工艺参数三方面进行系统分析现代模具设计越来越依赖CAE分析技术进行预测和优化，通过模拟填充、保压、冷却和变形过程，提前发现潜在问题并调整设计方案这种前瞻性分析可显著减少试模调试次数，缩短开发周期第二部分注射成型原理塑化系统包括料斗、加热筒和螺杆，负责将塑料颗粒加热塑化成均匀熔体螺杆设计有三段式结构，分别为输送段、压缩段和计量段，确保塑料充分混合均匀合模系统由动模板、定模板和锁模机构组成，提供足够的锁模力以抵抗注射压力现代注射机多采用液压或电动机械式锁模系统，确保合模精度和稳定性控制系统负责整个注射过程的参数控制和监测，包括温度、压力、速度和时间等关键参数先进的注射成型机配备智能控制系统，可实现全闭环控制和自适应调节注射成型是塑料加工最重要的成型方法，其工作原理是将热塑性塑料在加热筒内塑化成熔融状态，然后在高压作用下快速注入闭合模具型腔，经冷却固化后得到所需形状的塑料制品注射成型塑件工艺过程塑化熔融塑料在加热筒内受热融化，螺杆后退储存熔体•温度控制在材料熔点以上30-80℃•材料停留时间3-5分钟填充充模螺杆快速前进，将熔体注入模腔•填充时间通常为

0.5-5秒•注射压力20-200MPa保压阶段施加较低压力补充收缩体积•保压时间为壁厚的3-4倍秒•保压压力为注射压力的60-80%冷却固化制品在模具中冷却至足够强度•冷却时间占整个周期的60-70%•冷却水温通常控制在10-40℃脱模取件开模后通过推出机构取出制品•推出力需均匀分布•脱模角一般设计为

0.5-2°整个注射成型周期通常为几秒到几十秒，取决于产品壁厚、材料特性和模具冷却效率其中冷却时间占据了大部分周期，因此优化冷却系统是提高生产效率的关键注射模具基本结构23主要型腔数量基本板块系统单腔和多腔设计各有优势，多腔可提高生产效率，但动模板、定模板和推板构成模具的基本框架结构增加模具复杂性5核心功能系统浇注、冷却、导向、脱模和排气系统共同保障模具正常工作注射模具由动模和定模两大部分组成定模通常固定在注射机的固定模板上，包含浇口套和定模型腔；动模则安装在注射机的移动模板上，包含型芯和推出机构两部分通过导柱和导套精确对中，确保合模精度型腔和型芯是模具的核心部件，直接决定塑件的几何形状和表面质量对于结构复杂的塑件，可能需要设计多块镶件和滑块，以实现倒扣和侧孔等特征的成型模具设计要充分考虑塑件的脱模需求，合理安排分型面和抽芯方向现代注射模具还集成了多种功能系统，如温度控制系统、监测系统和自动化接口等，以提高生产效率和产品质量注射模的主要机构导向系统浇注系统由导柱、导套、导斜柱等组成，确保动定包括主流道、分流道和浇口，控制熔体从模精确对中和平稳运动注射机到模腔的流动路径脱模机构冷却系统利用推杆、推板或气动装置，将固化的塑由水道、冷却回路和接头组成，快速均匀件从模具中顺利取出地带走塑件热量导向系统是模具精度的保证，通常采用高精度的导柱和导套组合，材质多为耐磨合金钢大型模具还会配备自润滑装置，减少磨损并延长使用寿命浇注系统的设计直接影响塑件质量和生产效率，需要平衡流动阻力和熔体流动均匀性冷却系统布局应考虑热平衡和结构限制，合理布置水道以实现快速均匀冷却脱模机构则需确保足够的推力和均匀分布，避免塑件变形或损伤注射模的浇注系统设计主流道•连接注射机喷嘴和分流道•直径通常为4-8mm，锥度1-3°•长度应尽量短，减少压力损失分流道•连接主流道和浇口•截面形状多为圆形或梯形•布局需考虑流动平衡•尺寸应足够但不过大浇口•直接浇口简单直接，易脱模•侧浇口常用于侧面进料•点浇口痕迹小，自动断料•膜浇口适用于薄壁件浇注系统设计需平衡多种因素，如流动阻力、模腔填充均匀性、成型周期和浇口痕迹等对于多型腔模具，分流道的平衡设计尤为重要，可采用自然平衡或人工平衡方式确保各型腔填充同步浇口类型的选择应考虑产品外观要求、生产效率和脱模难度等因素点浇口适合自动化生产但限制较多；直接浇口结构简单但浇口痕迹明显；侧浇口工艺性好但需额外加工；膜浇口则适合薄壁产品和高要求外观件注射模的冷却系统设计直冷式冷却螺旋式冷却隔片式冷却最基本的冷却方式，在模具中直接钻孔形通过螺旋槽和密封盖形成环形水道，适用利用隔片和模板间的空腔形成扁平水道，成水道特点是结构简单，成本低，但冷于圆柱形或圆锥形型芯的冷却优点是冷适用于平板状型腔的冷却优势在于冷却却效率相对较低，适用于结构简单的模却效果好，温度分布均匀，但加工和密封面积大，温度均匀，但需要良好的密封和具水道直径通常为8-12mm，水道间距要求高螺旋槽宽度通常为6-10mm，深防漏设计隔片厚度一般为3-5mm，水为水道直径的3-5倍度4-8mm道深度4-8mm冷却系统设计的核心原则是实现快速均匀的热量传递，关键参数包括冷却介质类型、流量、温度和水道布局水道布局应尽量贴近型腔型芯表面，与塑件轮廓相似，并保持均匀的间距对于复杂形状的塑件，可采用叠层制造技术制作轮廓随形冷却水道，显著提高冷却效率和温度均匀性常用冷却介质包括水5-95℃和油95-180℃，不同的温度范围适用于不同的材料和工艺要求注射模的脱模与推出机构设计推杆式推板式•结构简单，成本低•推力分布均匀•适用于刚性好的塑件•适用于大面积塑件•推杆直径通常为4-8mm•推板厚度一般为10-20mm•可能在产品上留下痕迹•结构较复杂，成本较高•推力集中，易造成变形•适合深筋和薄壁产品气动辅助装置•无接触推出，不留痕迹•适用于薄壁或脆弱塑件•气压通常为

0.5-

0.7MPa•配合机械推出使用•需要良好的密封设计脱模系统设计需考虑塑件的几何形状、材料特性和表面质量要求对于具有复杂内腔或倒扣结构的塑件，可能需要设计斜顶、油缸或螺旋抽芯等特殊脱模机构推出力的计算需考虑材料收缩产生的附着力和摩擦力弹簧辅助装置常用于保证推出系统的回位和防止歪推对于大型或复杂的推出系统，还需设计限位和导向装置，确保推出动作的稳定性和精确性推出系统的布局应避开浇注系统和冷却系统，合理利用模具空间注射模的排气设计分型面排气最常用的排气方式，在分型面上开设深度为

0.02-

0.04mm、宽度3-6mm的浅槽排气槽通常设置在最后填充区域和气体易聚集处，如型腔的端部和角落推杆排气利用推杆与孔壁之间的间隙约

0.02-

0.03mm进行排气，同时在推杆上加工排气槽这种方式不仅能排出气体，还能减少推杆卡死的风险，适用于深腔产品多孔排气在模具型芯或型腔表面上钻设多个微小排气孔直径

0.2-

0.5mm，或使用多孔烧结金属材料，实现大面积均匀排气适合高速注射和气体滞留严重的情况排气设计是确保塑件质量的关键环节，不充分的排气会导致气泡、焦痕、短射和熔接线等缺陷排气设计应根据熔体流动路径和填充分析确定气体聚集位置，并在这些位置设置适当的排气装置排气槽的深度是关键参数，需要在有效排气和防止熔体溢出之间找到平衡对于不同的塑料材料，排气槽深度要求不同，通常ABS需要

0.025-

0.04mm，PA需要

0.02-

0.03mm，PC需要

0.02-

0.04mm注射成型模具设计步骤产品可行性分析分析塑件结构、尺寸、公差和表面要求工艺参数计算确定注射压力、锁模力和成型周期模具总体设计确定分型面、浇注系统和脱模方案模具详细设计设计各功能部件和加工工艺验证与优化通过CAE分析验证设计方案注射模具设计是一个系统工程，需要综合考虑产品要求、材料特性、生产效率和成本控制等多方面因素设计过程中应充分利用CAD/CAE软件进行三维建模和模拟分析，预测潜在问题并优化设计方案对于复杂模具，应采用自顶向下的设计方法，先确定总体布局和关键参数，再逐步细化各功能部件在确定零部件布局时，应考虑加工工艺和装配顺序，确保设计的可制造性和可维护性注射成型模具典型案例分析案例背景设计方案问题解决某汽车内饰面板注射模具，产品尺寸•采用双层板结构模架，保证足够初始试模发现产品存在严重翘曲变形800×400×60mm，材料为改性PP，刚性和熔接线问题通过CAE分析确定是壁厚

2.5mm，表面要求高光无痕，冷却不均匀和浇口布局不合理导致•设计5个侧向抽芯机构处理倒扣年产量50万件•使用三板模结构实现点浇口自动断料设计挑战包括产品大尺寸导致变形优化措施重新设计冷却水道布局，控制难度高；表面质量要求严格；多使温度分布更均匀；调整浇口位置和•采用轮廓随形冷却水道优化冷却处倒扣结构需要复杂抽芯机构；壁厚尺寸，优化流动平衡；增加局部壁厚效率不均匀导致收缩不均匀以减小应力集中；优化工艺参数，特•模腔表面镜面抛光并进行硬质镀别是保压时间和压力铬处理•设计特殊推出机构避免变形和痕最终产品合格率达到

98.5%，周期时迹间比预期缩短15%第三部分压缩成型原理工艺定义压缩成型是将预热的热固性塑料或热塑性塑料置于开启的加热模具型腔中，通过闭合模具加压使其流动填充型腔，并在加热条件下固化成型的工艺方法工艺特点设备简单，投资少；模具结构相对简单；适合大型和厚壁制品；材料内部应力小；纤维取向破坏少；适合热固性塑料成型基本步骤称量配料→预热塑料→放入开启模具→合模加压→保压固化→开模脱模→修整成品整个过程可手动操作，也可实现自动化关键参数模具温度通常150-180℃；成型压力15-40MPa；固化时间与壁厚和材料有关，通常每毫米壁厚需20-60秒；预热温度80-100℃压缩成型是最早应用的塑料成型方法之一，至今仍广泛用于电器绝缘件、汽车部件和日用品等领域相比注射成型，压缩成型对纤维增强材料更友好，能保持较长纤维结构，获得更高强度压缩模具结构组成23-5主要部件型腔组件上模板和下模板构成压缩模具的基本框架，配合定型腔、型芯和衬套组成成型系统，决定产品形状和位系统确保精确对中尺寸精度℃150-200工作温度热固性模具工作温度范围，需通过电加热或热油循环系统维持压缩模具结构相对简单，主要由上模和下模两部分组成上模通常包含型芯和加热系统，下模包含型腔和排气系统模具材料多采用热作模具钢如H13，具有良好的耐热性和耐磨性导向定位系统是压缩模具的关键部分，常采用导柱导套或导向斜面确保上下模精确对中为防止树脂溢出，模具分型面需精密研磨并设计挤压边加料装置可设计为手动或自动进给系统，视生产规模而定现代压缩模具还集成了温度监测和控制系统，确保模具各部位温度均匀，满足热固性塑料固化的工艺要求脱模系统则根据产品结构复杂度选择推杆式、推板式或气动辅助脱模装置热固性塑料模具设计材料特性考量模具强度要求流动性与固化速率受力与耐热性•初始粘度通常较高，需更大填充压力•承受15-40MPa成型压力•固化后不可逆，模具温度控制关键•长期工作在150-180℃高温环境•固化反应放热，温度分布需均匀•需具备足够的抗疲劳强度排气系统优化加热系统设计气体与挥发物排出均匀控温方案•排气槽深度通常

0.02-

0.05mm•电加热棒嵌入模板•环形排气槽布置在分型面•热油循环系统分区控温•真空辅助系统提高排气效率•温度传感器实时监测热固性塑料模具设计的核心在于温度控制和排气系统由于热固性材料在成型过程中会发生化学交联反应，产生气体和挥发物，因此排气系统设计尤为重要良好的排气不仅能防止气泡缺陷，还能提高成型件的表面质量模具材料选择需重点考虑耐热性、导热性和耐磨性常用的H13钢具有良好的耐热强度和韧性，适合热固性模具制造模具表面处理通常采用氮化或硬铬处理，提高耐磨性和防粘性对于大型模具，还需考虑热膨胀补偿，确保高温工作状态下的精度压缩成型工艺流程加料•称量预定量塑料•预热至80-100℃•放入开启模具合模•模具闭合•材料开始流动•排出空气加压•施加成型压力•材料填充型腔•压力15-40MPa保温•保持模温150-180℃•材料固化交联•每毫米壁厚20-60秒脱模•开模取件•零件后处理•修整飞边压缩成型工艺流程看似简单，但每个环节都需精确控制以确保产品质量加料量的计算非常关键，过多会导致溢料和飞边，过少则会造成密度不均和充填不足预热处理能提高材料流动性，减少模具磨损并缩短固化时间成型压力和保压时间直接影响产品密度和尺寸稳定性对于厚壁产品，宜采用分段加压方式，避免因固化不均匀导致的内部缺陷脱模阶段需注意控制开模速度和冷却方式，防止产品变形或开裂压缩模具实例解析上模结构本案例中，上模包含加热板、绝缘板和型芯型芯采用H13钢制造，表面镜面抛光并进行氮化处理内置电加热棒沿周边均匀布置，确保温度分布均匀温度传感器嵌入型芯附近，实现闭环温控下模结构下模由模板、型腔和衬套组成型腔内壁精密加工，表面粗糙度Ra

0.4μm分型面设有

0.03mm深的环形排气槽，防止气体滞留导向采用四柱导向结构，保证合模精度模温控制采用热油循环系统加热系统模具加热系统分为三个独立控制区域，分别对应产品的不同部位每个区域配备独立的温控系统，温度波动控制在±2℃范围内加热功率为12kW，升温时间约30分钟，工作温度稳定在165℃该压缩模具用于生产电器绝缘开关底座，材料为酚醛塑料，产品尺寸120×80×25mm，壁厚4-8mm不等模具设计重点解决了材料流动性差、排气困难和脱模难度大三个主要问题通过合理的结构设计和精确的工艺参数控制，该模具实现了产品合格率95%以上，单件成型周期约2分钟，符合批量生产要求模具设计特别考虑了维护便利性，关键部件采用模块化设计，便于更换和维修第四部分挤出成型模具挤出成型机组成工作原理•驱动系统提供螺杆旋转动力挤出成型是一种连续生产工艺，原料通过料斗进入挤出机筒体，在螺杆的推动和加热元件的作用下，塑料颗粒被塑化成均匀熔•供料系统连续送入原料体•塑化系统加热融化塑料•挤出系统形成连续熔体流熔融的塑料在螺杆推动下通过挤出机头部的模具，塑料熔体被赋予特定的横截面形状，然后经冷却固化形成连续的型材、管材或•模具系统赋予产品截面形状薄膜•牵引系统控制产品尺寸挤出过程的关键参数包括螺杆转速、各区温度、螺杆设计、模•切断系统按需切断产品具结构和牵引速度等，这些参数共同决定产品质量和生产效率•收卷系统收集成品挤出模具是挤出成型工艺的核心部件，直接决定产品的截面形状和尺寸精度根据产品类型，挤出模具可分为型材模具、管材模具、薄膜模具和片材模具等模具结构一般包括转接板、分配板、整流板和口模等部分，各部分协同工作确保熔体流动均匀，产品尺寸稳定挤出模具的流道设计熔体入口设计熔体从挤出机进入模具的区域，通常采用圆锥过渡形式减小流动阻力入口直径与挤出机口径匹配，表面光滑处理以减少剪切热过渡角度控制在30-45°，避免材料滞留区域分配流道设计将熔体均匀分配到整个横截面的关键部分，对称型产品采用鱼尾式或衣架式分配流道流道截面逐渐减小，保持流速均匀复杂型材可采用分段式设计，确保各部分流量平衡整流区域设计通过流动阻力平衡使熔体流速均匀的区域，采用流钉或整流板调节局部流速整流区长度通常为横截面特征尺寸的3-5倍，确保充分整流表面镜面抛光，减少熔体附着口模形状设计决定最终产品截面形状的部分，需考虑熔体膨胀和冷却收缩一般口模尺寸小于产品最终尺寸的2-5%，精确值需通过实验确定薄壁部位适当增大，厚壁部位适当减小挤出模具流道设计的核心原则是均匀流速、平稳过渡、避免滞留优良的流道设计可减少熔体压力损失，避免局部过热和降解，同时确保产品截面均匀，减少内应力和变形挤出成型常见制品与模具型材模具是应用最广泛的挤出模具类型，用于生产门窗型材、电线槽、装饰条等产品型材模具特点是截面形状复杂，壁厚分布不均，设计难点在于流道平衡和冷却均匀性控制对于复杂型材，常采用分段式设计，通过调整局部流道尺寸实现各部位流速平衡管材模具主要用于生产各种塑料管道，其核心部件是芯模和口模，两者之间的环形间隙决定管壁厚度现代管材模具多采用可调节结构，通过偏心调节机构或挠性唇部设计实现壁厚精确控制大直径管材模具还需配备内冷却和支撑系统，防止熔体下垂薄膜模具分为平模头和环形模头两大类平模头用于生产单层或多层片材，环形模头则用于生产吹塑薄膜薄膜模具的关键技术在于狭缝间隙均匀性控制，通常要求精度达到±

0.01mm，因此调节机构设计尤为重要第五部分吹塑模具型坯制备通过挤出或注射获得管状或瓶状型坯型坯定位将热态型坯置于开启的吹塑模具中合模夹持模具闭合，型坯上下端被密封夹紧吹气成型通入压缩空气，型坯膨胀贴合型腔冷却固化产品在模具中冷却至足够强度开模取件模具打开，取出成型的中空制品吹塑成型是生产中空塑料制品的主要工艺，按型坯制备方式可分为挤出吹塑和注射吹塑两大类吹塑模具结构相对简单，主要由型腔、冷却系统、夹持机构和排气系统组成吹塑模具材料根据生产规模和产品要求选择，小批量生产可采用铝合金材料，大批量生产则多选用P20或718H预硬钢模具表面处理通常为镜面抛光或微粒喷砂，以获得所需表面效果高要求产品模具还需进行镀铬或氮化处理，提高耐磨性和使用寿命吹塑成型关键技术型坯预制要求模腔排气布置•壁厚分布均匀，避免局部过厚或过薄•排气槽深度通常为

0.02-

0.05mm•温度分布均匀，确保膨胀均匀性•位置设在最后接触区域和深腔位置•长度与模具高度匹配，考虑轴向拉伸•排气面积与吹气压力成反比•直径约为成品最大直径的1/2-1/3•常用排气方式有分型面排气和排气针•材料具备良好的拉伸性能和弹性•对大型产品可采用真空辅助排气壁厚控制技术•型坯编程控制沿轴向变化壁厚•模内冷却差异调节局部冷却速率•预吹工艺低压预吹后再高压成型•辅助推杆引导材料流向特定区域•型坯温度梯度控制选择性加热吹塑成型的关键技术挑战在于壁厚均匀性控制由于型坯在吹气过程中不均匀拉伸，容易导致产品各部位壁厚差异大解决这一问题的方法包括型坯壁厚预分配技术、模内辅助成型技术和计算机模拟优化设计等另一重要技术是排气系统设计，不良的排气会导致产品表面凹陷、熔接线和烧焦等缺陷现代吹塑模具通常采用多级排气设计，结合真空辅助系统，确保快速高效排出气体，获得高质量表面吹塑模具案例分析案例背景汽车油箱吹塑模具模具设计方案某轿车燃油箱，容积60L，材料为六层共挤高密度聚乙烯•采用铝合金材质，减轻重量和提高散热性HDPE，具备防渗透和防静电功能尺寸约•分型面沿产品最大轮廓设计，减少飞边1200×600×300mm，壁厚3-5mm，表面要求无明显熔接线•内置14根水冷铜管，形成高效冷却网络设计挑战产品形状复杂，有多处内凹和管接头；壁厚分布要求严•配备4组独立排气系统，确保快速排气格，关键部位厚度公差±

0.2mm；需考虑油位传感器和管接头的安•设计5组内嵌件装置，用于管接头成型装定位；生产效率要求高，目标周期时间3分钟•配备型坯壁厚控制系统，实现壁厚优化•模具表面采用微粒喷砂处理，获得均匀表面该案例的冷却方案采用了创新的混合式设计油箱上部和两侧采用传统水冷铜管，冷却水温控制在10-15℃；而底部和凹陷区域则采用导热系数更高的铝制冷却块，内部设计蛇形水道，增大接触面积此外，在对冷却时间要求严格的区域应用喷雾冷却，通过微小喷嘴将冷却液直接喷到模具特定区域经过多次模拟分析和优化设计，最终模具成功投产，产品合格率达到98%，周期时间控制在

2.8分钟，完全满足生产要求该模具的成功设计体现了现代吹塑技术在复杂产品上的应用能力第六部分特殊成型工艺与模具现代塑料成型工艺不断创新发展，出现了多种特殊成型工艺以满足特定产品需求反应注射成型RIM将液态组分在模具中混合反应，适用于大型聚氨酯制品；微发泡注塑利用超临界氮气或二氧化碳形成微孔结构，减轻重量并降低收缩变形；气辅和水辅注塑则通过注入气体或水形成空心结构，节省材料并减少冷却时间热流道技术是现代注塑模具的重要创新，通过加热系统保持流道内塑料始终处于熔融状态，实现无废料生产双色或多色注塑技术则能在一个模具中注射不同颜色或材料的塑料，创造复杂的多组分产品这些特殊工艺对模具设计提出了更高要求，需要精确的温度控制、材料配比和时序控制热流道模具结构分流板设计均衡分配熔体流向各浇口热咀结构精确控温并防止材料渗漏加热元件布置提供均匀稳定的热量温度传感与控制确保各区域温度精确可控隔热系统设计减少热量损失和干扰热流道模具是现代高效注塑模具的代表，其核心优势在于消除了传统冷流道系统中的废料，同时减少了注塑周期和压力损失热流道系统主要由分流板、热咀、加热元件、温控系统和隔热装置组成分流板采用均衡设计，确保各浇口流量平衡；热咀则负责将熔体精确输送到型腔入口，根据应用可分为外热式和内热式两种结构温度控制是热流道系统的关键技术，通常每个热咀和分流板区域都配备独立的加热元件和温度传感器，形成闭环控制系统控制精度一般要求±1℃，以防止材料降解或凝固隔热设计也至关重要，通常在热流道板与模板之间设置隔热板或气隙，减少热量传导，保护模具和提高能效双色注射模具设计并列排布结构转盘结构叠层结构最简单的双色模结构，两套注射单元利用中间转盘在两个固定模具位置之将两套型腔沿模具开合方向叠加排分别向不同型腔注射优点是结构简间旋转，实现自动化生产优点是生列，通过滑块或旋转机构完成产品转单，控制方便；缺点是需要人工转移产效率高，过程稳定；缺点是结构复移优点是空间利用率高；缺点是机产品，效率低，适合小批量生产通杂，成本较高广泛应用于中小型双械结构复杂，维护难度大适合小型常用于体积较大或结构复杂的产品色产品的大批量生产转盘精度和驱产品的高效生产，在电子和医疗零件动系统是关键设计点领域应用广泛共用芯模结构两个注射单元共用一个中间芯模，芯模可旋转或滑移到不同位置优点是结构紧凑，自动化程度高；缺点是芯模设计复杂，制造精度要求高常用于对称或近似对称的双色产品生产双色注射成型是一种在单个模具中完成两种不同材料或颜色注射的工艺，可实现功能集成、外观美化和结构优化双色模具设计的核心挑战在于材料界面结合性控制和模具换模机构的精度保证现代双色模具普遍采用自动化控制系统，通过精确的时序控制和位置检测，确保两次注射过程的协调性对于材料相容性差的组合，常采用机械互锁或化学键合等方式增强界面结合强度高端双色模具还集成了热流道系统和实时监测系统，进一步提高生产效率和产品质量稳定性第七部分模具主要结构部件详解支承与定位系统支承板限位块可调定位机构支承板是模具中承受注射或锁模力的主要结构件，通限位块用于控制模具开合行程，防止推出机构过行可调定位机构用于精确控制模具部件的相对位置，常常位于型板的下方，提供额外的刚性支撑根据模具程，通常设置在动模板四角限位块材料要求具有足见于侧抽芯或多板模中典型结构包括楔块定位、螺尺寸和成型压力，支承板厚度一般为30-100mm，材够的刚性和耐磨性，常用45#钢经热处理达到旋定位和气动定位等调节精度可达

0.01mm，满足料多选用45#钢或P20钢大型模具支承板采用肋板HRC40-45限位块与对应接触面之间的间隙通常控高精度成型要求先进定位系统集成传感器，实现位加强结构，提高刚性同时减轻重量制在

0.1-

0.3mm，以确保精确定位同时避免干涉置实时监测和闭环控制支承与定位系统虽然不直接参与成型过程，但对模具的稳定性和使用寿命有着决定性影响良好的支承系统可防止模板变形，保证合模精度；而精确的定位系统则确保各功能部件的协调工作，减少磨损和故障现代模具设计越来越注重支承与定位系统的优化，通过有限元分析预测变形和应力分布，合理布置支承点和加强筋对于高精度要求的模具，还采用预应力补偿技术，抵消运行中的弹性变形，进一步提高成型精度成型零件系统型腔设计要点型芯设计要点型腔是决定塑件外表面形状的成型部件，型芯决定塑件内表面形状，需重点考虑强设计需考虑脱模角度通常

0.5°-2°、表面度、冷却和脱模型芯根部应有足够厚粗糙度Ra

0.2-

0.8μm和分型面位置对度，避免断裂；长细型芯设计支撑或加强于复杂形状，采用分块设计和镶拼技术，筋；内部应设计高效冷却回路对于深腔便于加工和维修型腔材料根据使用要求产品，型芯表面处理特别重要，通常采用选择，常用P

20、H

13、NAK80等模具氮化或镀铬提高耐磨性和脱模性钢镶拼与修复技巧镶件是嵌入模具主体的可更换部件，用于成型特殊结构或易磨损部位镶件固定方式包括螺钉固定、楔块固定和干涉配合等局部损坏的模具可通过钉焊、激光堆焊或电火花堆积进行修复，再经精密加工恢复工作面形状和精度成型零件系统是模具的核心部分，直接决定产品质量和模具寿命设计时需综合考虑几何形状复杂度、材料特性、生产批量和维护难度等因素对于高光泽要求的塑件，模具表面抛光工艺尤为关键，通常需经过多道抛光工序，最终达到镜面效果现代模具设计越来越重视成型零件的模块化和标准化，通过合理划分型腔和型芯，实现灵活组合和快速更换先进的表面处理技术如DLC涂层、纳米陶瓷涂层等也被广泛应用，显著提高模具耐磨性和脱模性能，延长使用寿命浇注系统主流道优化主流道连接注射机喷嘴和分流道，需设计合适的锥度通常

1.5°-3°和过渡圆角，避免熔体死角主流道直径通常为4-8mm，应尽量短以减少压力损失和材料浪费主流道拉料销应设计足够的抓取力，确保浇口料顺利脱离型腔2分流道与浇口优化分流道设计需考虑流动平衡和压力均匀，常用截面形状有圆形、梯形和半圆形对于多型腔模具，采用自然平衡或人工平衡布局，确保各型腔填充同步浇口类型选择需考虑产品外观、材料特性和生产效率，包括点浇口、侧浇口、直接浇口和膜浇口等自动剪切浇口设计自动剪切浇口可在开模时自动分离浇口料，无需后续加工，提高生产效率常见结构包括三板模自动剪切、滑块剪切和热流道点浇口等三板模结构利用额外的分型面实现浇口自动分离；滑块剪切则利用开模动作驱动滑块切断浇口；热流道点浇口则通过阀针控制开关，实现无浇口料生产浇注系统设计是模具设计的核心环节之一，直接影响产品质量、生产效率和材料利用率理想的浇注系统应保证熔体流动均匀、填充同步，同时最小化压力损失和材料浪费对于纤维增强材料，还需考虑纤维取向对产品性能的影响现代浇注系统设计越来越依赖CAE分析，通过模拟熔体流动行为，预测填充模式和压力分布，优化浇口位置和尺寸热流道技术的应用则彻底改变了传统浇注系统，通过保持浇道熔融状态，实现无废料生产，同时提高产品质量稳定性冷却系统冷却系统效率直接决定成型周期和产品质量，是模具设计的关键环节传统冷却方式包括直冷式、螺旋式和隔片式等直冷式结构简单但冷却不均；螺旋式适用于圆柱形型芯，冷却均匀但加工复杂；隔片式适合平板状结构，散热面积大但密封要求高现代模具冷却技术快速发展，出现了多种高效冷却方案热管冷却技术利用相变材料快速传热，效率比传统水冷高3-5倍；气动冷却适用于难以布置水道的细长型芯；最前沿的3D打印随形冷却技术则可实现任意复杂形状的水道，使冷却回路完美贴合产品轮廓，显著提高冷却均匀性和效率冷却系统设计需考虑温度均匀性、冷却效率和结构限制等因素水道直径通常为8-12mm，间距为水道直径的3-5倍，距离型腔表面3-8mm对于厚壁区域需增加冷却密度，薄壁区域则相应减少水流方向设计应确保温度梯度均匀，通常采用串联或并联回路组合方式推出系统推杆结构推板结构最常见的推出方式，由多根圆柱形推杆分布在产品通过面接触推出产品，推力分布均匀，适用于大面底面，材料通常为SKD11或SUJ2轴承钢积薄壁产品和深筋结构气动辅助推管结构利用压缩空气辅助脱模，无接触推出，适用于薄壁环形推出元件，适用于圆筒形产品，既能推出产品或表面要求高的产品又能推出中心浇口推出系统设计的关键在于推力均匀分布和结构合理布置推杆直径通常为4-8mm，布置位置应避开加强筋和肋板，防止产品变形或损坏对于复杂产品，常采用多级推出机构，实现分步骤顺序推出所有推出元件与产品接触面均需精细抛光，避免留下痕迹对于具有倒扣结构的产品，需设计特殊脱模机构，如斜顶、液压或气动抽芯等斜顶机构利用开模动作转化为侧向移动，实现倒扣部位的脱模；液压抽芯则通过独立液压缸控制抽芯动作，精度高但成本较高；气动抽芯适用于小型倒扣结构，响应快但推力有限现代推出系统越来越注重智能化和自动化，集成传感器监测推出力和位置，实现闭环控制和故障诊断对于高精度要求的产品，还采用伺服电机驱动的精密推出机构，控制推出速度和位置，进一步提高产品质量排气与辅助系统排气系统辅助系统排气系统的主要功能是在塑料填充型腔过程中排出空气和挥发性气辅助系统是保障模具正常工作的支持系统，包括体，防止气泡、焦痕和短射等缺陷常见排气方式包括•插销定位系统确保模具各部件的精确定位•分型面排气在分型面上开设深度

0.02-

0.04mm的浅槽•弹簧回位系统保证推出系统和滑块的自动复位•顶针排气利用顶针与孔壁之间的间隙约

0.02mm排气•液压辅助系统提供大力矩和精确控制的动力源•镶件间隙排气通过镶件之间的配合间隙排气•气动控制系统提供快速响应的轻载控制•多孔排气钻设微小排气孔或使用烧结金属材料•传感监测系统监控模具状态和生产参数•真空辅助排气连接真空泵，主动抽出型腔内气体•模温控制系统精确控制模具各区域温度排气槽布置位置应在熔体流动的最后填充区域和气体易聚集处，如型•润滑系统减少摩擦和磨损，延长模具寿命腔端部和深腔角落现代模具辅助系统趋向集成化和智能化，多种功能系统协同工作，提高模具性能和使用寿命排气系统设计需平衡排气效率和防止溢料，排气槽深度是关键参数，需根据塑料种类和流动特性确定对于微发泡注塑或高速注射成型，排气要求更高，常采用真空辅助系统提高排气效率模具表面处理与维护表面处理方法适用情况特点与效果精密抛光高光泽塑件模具降低表面粗糙度，提高光泽度电镀硬铬耐磨性要求高的模具提高表面硬度和耐磨性，减少粘模氮化处理热作模具钢提高表面硬度和耐腐蚀性DLC涂层精密模具低摩擦系数，高硬度，优异脱模性喷砂处理需要磨砂表面效果的模具创造均匀的粗糙表面，防止粘模激光纹理需要特殊纹理的塑件模具精确可控的表面纹理，美观且实用模具表面处理是提高模具性能和寿命的重要手段对于高光塑件模具，抛光工艺尤为关键，通常需经过粗抛、精抛和超精抛等多道工序，最终达到Ra

0.008μm以下的镜面效果耐磨性要求高的模具，则常采用硬质电镀或氮化处理，将表面硬度提升至HRC60以上模具维护是延长使用寿命的关键措施，包括定期清洗、防锈处理、零部件检查和润滑等工作维护周期应根据模具使用频率和工作环境确定，通常每生产1-3万次需进行一次全面检查常见模具故障包括磨损、裂纹、腐蚀和变形等，应建立完善的故障诊断和处理流程，确保快速响应和修复第八部分模具设计流程与软件产品分析•产品结构和功能要求分析•材料特性评估•成型工艺可行性分析•尺寸精度和表面要求确定方案设计•成型方式选择•分型面确定•浇注系统方案•脱模机构初步设计•模具结构类型选择详细设计•型腔型芯设计•浇注系统详细设计•冷却系统布局•推出机构设计•标准件选型与布置验证与优化•CAE分析充填、保压、冷却、变形•结构强度校核•工艺参数优化•设计方案调整文档输出•设计图纸生成•工艺文件编制•BOM清单生成•加工工艺指导模具制造工艺流程3毛坯加工热处理精加工装配与调试粗加工环节，去除大部分余量提高零件硬度和强度实现最终精度和表面质量各部件组装成完整模具•线切割加工模块轮廓•淬火900-950℃加热后油冷•CNC精密铣削•零部件装配•铣床加工主要表面•回火500-600℃保温•电火花成形•动作检查与调整•钻床加工主要孔位•应力消除650℃左右保温•电火花线切割•试模与修模•精密研磨和抛光•模具验收模具制造工艺流程中，精加工环节最为关键CNC加工是现代模具制造的主流方法，特别是五轴联动加工中心，可实现复杂曲面的高效加工电火花加工则适用于硬质材料和复杂内腔，包括电火花成形和线切割两种主要方式表面处理是模具制造的最后环节，也是决定产品表面质量的关键工序高光模具表面抛光通常采用石墨抛光、钻石抛光等工艺，结合人工经验和机械辅助，逐步提高表面光洁度最终的装配与调试环节需检验各部件配合精度和动作可靠性，并通过试模验证模具性能常用模具标准件与选型标准模架热流道标准件•按尺寸系列化，便于选型•热嘴直接或间接加热型•常见规格156×156mm至996×996mm•分流板平板式或内置式•常用材料45#钢、P20钢•温控单元单区或多区控制•提供不同导向精度等级•电缆和连接器高温应用•可定制特殊要求的模架•选型考虑材料特性和制品要求导向与脱模件•导柱导套精密、半精密和标准型•顶针直顶、斜顶、圆管式•弹簧不同压缩比和刚度•限位块固定和可调式•选型考虑负载和精度要求模具标准件的合理选用可显著提高设计效率、降低制造成本并确保模具质量国际知名标准件供应商包括DME、HASCO、FUTABA等，国内也有如苏州汇成、东莞锋鸿等知名企业选型时应综合考虑精度要求、使用寿命和成本因素随着模具行业的发展，标准件种类和功能不断丰富，出现了智能化标准件如智能模温控制器、监测型导柱、电动抽芯机构等这些创新产品集成了传感和控制功能，可实现模具状态监测和智能控制，提高模具的可靠性和智能化水平模具设计与制造企业案例15000m²200+厂房面积先进设备现代化模具制造企业的标准规模，包含设计、加工和装包括五轴加工中心、高精度EDM和线切割设备、3D打印配区域设备等

4.0工业级别实施智能制造系统，实现设计、制造、装配和检测的数字化集成某大型注塑模具企业位于长三角地区，专注于汽车和家电领域的高端模具制造企业拥有完整的模具开发流程，从接收客户3D数据开始，经过产品DFM分析、模具结构设计、CAE分析、数控编程、精密加工、装配调试直至最终验收，形成了标准化、数字化的管理体系该企业的智能制造系统整合了CAD/CAM/CAE软件、MES生产管理系统和在线检测系统，实现了设计数据到制造过程的无缝传递加工设备采用中央监控系统，实时监测设备状态和加工进度；材料和工具管理采用自动仓储系统，提高物流效率；质量控制则采用三坐标测量机和光学扫描系统，确保高精度要求通过这些先进技术的应用，企业实现了大型复杂模具的高效制造，模具精度控制在±

0.01mm以内，产品交付周期比传统工艺缩短40%，客户满意度显著提升第九部分创新与发展趋势模具数字化设计新型高分子材料结构创新现代模具设计已全面数字化，生物基塑料、可降解塑料和高模具结构不断创新，出现了多从产品设计、模具结构设计到性能复合材料的发展对模具设材料共注模具、气辅水辅复合加工制造形成完整数字链基计提出新挑战这些材料通常模具、微发泡模具等新型结于参数化和知识工程的智能设具有特殊的流变特性和成型要构增材制造技术3D打印在计系统能根据产品特征自动生求，需要更精确的温度控制和模具领域的应用日益广泛，特成模具结构，大幅提高设计效更复杂的流道设计同时，环别是用于制造复杂冷却水道和率云计算和协同设计平台使保要求推动了绿色模具概特殊型腔模块化设计和快速全球设计团队可实时协作，加念，包括无铅钢材、无毒处理换模技术提高了生产灵活性速创新和节能设计智能监测与控制传感器和物联网技术在模具中的应用使智能模具成为现实内置压力、温度和位移传感器可实时监测成型过程，结合大数据分析进行预测性维护和自适应控制这大大提高了模具可靠性和产品质量稳定性未来模具技术将向集成化、智能化和绿色化方向发展数字孪生技术将实现模具全生命周期的虚拟映射和优化；人工智能算法将辅助模具设计和工艺优化；新型制造工艺如激光选区熔化、电子束熔融等将革新模具制造方式模具行业发展前景智能制造与工业

4.0模具行业融入智能制造体系绿色低碳节能环保成为发展主题全球化与本地化并行供应链重构带来新机遇服务型制造从产品提供转向解决方案智能制造是模具行业未来发展的核心驱动力工业

4.0背景下，模具企业正积极推进数字化转型，构建从设计、制造到服务的全流程智能化体系智能车间通过设备互联和数据集成，实现生产过程的透明化和可视化；智能决策系统基于大数据分析，优化生产调度和资源配置；协作机器人和自动化生产线大幅提高劳动生产率绿色低碳发展已成为全球共识，模具行业也在积极响应节能模具设计减少能源消耗；绿色材料和工艺减少环境影响；资源循环利用提高材料使用效率预计到2030年，模具行业能源消耗和碳排放将比2020年降低30%以上全球供应链重构给模具行业带来新机遇一方面，制造业回流趋势推动发达国家本土模具需求增长；另一方面，新兴市场的快速发展创造了巨大的国际市场空间中国模具企业凭借技术积累和成本优势，在全球市场竞争中占据越来越重要的位置课后复习与思考题模具结构识图练习请识别上图中标注的注射模具主要部件及其功能重点分析浇注系统的流道分布、冷却系统的水道布局和推出机构的工作原理思考该模具是否存在设计缺陷，并提出改进建议工艺参数调节模拟使用Moldflow软件模拟上图塑件的填充过程，调整注射速度、保压压力和冷却时间等参数，观察对熔接线、缩水和翘曲变形的影响找出最优参数组合，并解释各参数对成型质量的影响机制综合设计案例针对一个复杂的塑料外壳产品，完成模具结构设计，包括分型面确定、浇注系统布局、冷却系统设计和脱模机构设计需考虑产品结构特点和材料特性，提交设计方案和CAE分析报告课后复习是巩固知识的重要环节建议学生定期回顾课堂笔记，重点理解各类成型工艺的原理和模具结构的设计思路对于关键概念如流动特性、收缩率和工艺参数关系等，应通过习题练习加深理解思考题旨在培养学生的综合应用能力和创新思维通过分析实际案例，学生需要将理论知识与工程实践相结合，发现问题并提出解决方案这种问题导向的学习方法有助于培养工程思维和解决复杂问题的能力总结与答疑知识体系回顾从原理到应用的系统学习核心能力培养设计思维与工程实践相结合行业发展前景智能化、绿色化引领未来方向本课程系统讲解了塑料成型模具的基本原理和设计方法，涵盖了注射、压缩、挤出和吹塑等主要成型工艺，以及相应的模具结构设计通过理论学习和案例分析，学生应已掌握模具设计的基本思路和方法，能够运用专业软件进行模具结构设计和工艺分析对于有志于从事模具行业的学生，建议深入学习CAD/CAE/CAM技术，参与实际模具设计项目积累经验同时关注新材料、新工艺和新技术的发展，保持学习的积极性和前瞻性行业就业方向广泛，包括模具设计工程师、注塑工艺工程师、模具项目管理等岗位模具技术是制造业的基础工艺，随着中国制造业的转型升级，高端模具人才需求旺盛模具设计不仅需要扎实的理论基础，更需要丰富的实践经验和创新思维希望同学们在未来的职业发展中不断探索和创新，为中国模具工业的发展贡献力量。