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塑料是指以高分子合成樹脂為主要成分，在一定溫度和壓力下具有塑性和流動性，可被塑制成一定形狀，且在一定條件下保持形狀不變的材料。常用塑料分為熱固性塑料和熱塑性塑料兩類。熱固性塑料的特點是在受熱或其他條件作用下能固化成不溶性物料。熱塑性塑料的特點是在特定的溫度范圍內(nèi)能反復(fù)加熱軟化或冷卻凝固。
塑料制品應(yīng)用的廣泛性離不開它自身的性質(zhì)特點，下面介紹塑料的成分特點。
（1）塑料的分子結(jié)構(gòu)
塑料的主要成分是樹脂，樹脂有天然樹脂和合成樹脂兩種。
（2）塑料的成分
樹脂：主要作用是將塑料的其他成分加以粘合，并決定塑料的主要性能，如機械、物理、電、化學(xué)性能等。樹脂在塑料中的比例一般為40%～65%。
填充劑：又稱添料，正確地選擇填充劑，可以改善塑料的性能并擴大它的使用范圍。
增塑劑：有些樹脂的可塑性很小，柔軟性也很差，為了降低樹脂的熔融粘度和熔融溫度，改善其成型加工性能，改進塑料的柔韌性、彈性以及其他各種必要的性能，通常加入能與樹脂相容的不易揮發(fā)的高沸點的有機化合物。這類物質(zhì)稱為 塑劑。
著色劑：又稱色料，主要起美觀和裝飾作用，包含涂料部分。
穩(wěn)定劑：凡能延緩塑料變質(zhì)的物質(zhì)稱為穩(wěn)定劑，分光穩(wěn)定劑、熱穩(wěn)定劑和抗氧劑。
潤滑劑：改善塑料熔體的流動性，減少或避免對設(shè)備或模具的磨擦和粘附，以及改進塑件的表面光潔度。
表1-1 熱塑性塑料縮寫代號與中文對照
縮 寫 代 號 | 中 文 | 縮 寫 代 號 | 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（尼龍） |
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 | 乙酸纖維素（醋酸纖維素） | PAN | 聚丙烯腈 |
CN | 硝酸纖維素 | PCTFE | 聚三氟氯乙烯 |
EC | 乙基纖維素 | PE | 聚乙烯 |
FEP | 全氟（乙烯-丙烯）共聚物（聚全氟乙丙烯） | PEC | 氯化聚乙烯 |
GPS | 通用聚苯乙烯 | PI | 聚酰亞胺 |
GRP | 玻璃纖維增強塑料 | PMMA | 聚甲基丙烯酸甲酯 |
HDPE | 高密度聚乙烯 | POM | 聚甲醛 |
HIPS | 高沖擊強度聚苯乙烯 | 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-苯醚），聚苯撐醚 |
PPSU | 聚苯砜 | PVCC | 氯化聚氯乙烯 |
PS | 聚苯乙烯 | PVDC | 聚偏二氯乙烯 |
PSF | 聚砜 | PVDF | 聚偏二氟乙烯 |
PTFE | 聚四氟乙烯 | RP | 增強塑料 |
PVC | 聚氯乙烯 | S/AN | 苯乙烯-丙烯腈共聚物 |
不同成分的塑料體現(xiàn)了它們不同的使用價值，表1-2所示是常用熱塑性塑料的使用性能及用途。
表1-2 常用熱塑性塑料的特性及用途
名 稱 | 性 質(zhì) | 應(yīng) 用 | 設(shè)計注意問題 |
聚氯乙烯 | 硬質(zhì)——機械強度差，化學(xué)性能穩(wěn)定，價格低廉，阻燃性 軟質(zhì)——耐磨性好，價格低廉，含有微毒，不宜用于食具及包裝食品 | 硬質(zhì)——宜于制造板、管、門窗、線槽、電開關(guān)、插座等 軟質(zhì)——宜于制造塑料涼鞋、薄膜、雨衣、地板膠、墻紙、人造革、軟管等 | 流動性差——流道短而粗，分流道要少拐彎 氯氣腐蝕模具——型腔、型芯等成型零件要電鍍 |
聚乙烯PE | 無毒、柔軟、價廉、質(zhì)輕、軟 于水 | 高壓LDPE——宜于制造薄膜低（中）壓HDPE——制造日用品（米桶、面盆、水壺、保鮮盒等） | 收縮率大——設(shè)計計算與制造要充分考慮收縮率 變形大——塑件結(jié)構(gòu)設(shè)計要注意防變形措施 |
名 稱 | 性 質(zhì) | 應(yīng) 用 | 設(shè)計注意問題 |
聚苯乙烯PS | 適用度高，質(zhì)硬而脆，著色性最好，顏色鮮艷，無毒，價格低，電絕緣性好 | 糖果盆、三角尺、錄音帶、CD盒、玩具、文具等 電器元件及外殼 | 透明——型腔、型芯要用鍛打鋼，以便表面光潔 質(zhì)硬而脆——脫模斜度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，尺寸穩(wěn)定，著色性好，可以鍍鉻，耐熱、耐沖壓，無毒 | 家電產(chǎn)品的外殼、食具、廚具等 | 要有足夠的脫模斜度α≥ 5°——防止“頂角” 要注意澆口位置——防止和減少熔接痕 |
聚丙烯PP | 綜合性能好，優(yōu)異突出的韌性、不透明、無毒，比重?。?.9），能浮于水 | 鉸鏈性產(chǎn)品（眼鏡盒），塑料袋、繩、編織袋、薄膜、水上救生器材、飛機用具、家電產(chǎn)品外殼 | 收縮變形較大——設(shè)計計算要考慮收縮對產(chǎn)品配合的影響，要有防變形的結(jié)構(gòu) 鉸鏈性產(chǎn)品要注意澆口的位置 流動性好——模具的配合面要求高，以防溢料 |
聚酰胺 （尼龍）PA | 耐磨性好、耐酸、耐堿、耐壓、耐水。自潤滑性好，不透明 | 尼龍絲、齒輪、軸承、水龍頭、密封圈等 | 流動性最好——要求模具分型面、配合面的精度高，以免溢料 收縮大，尺寸不穩(wěn)定——尺寸計算和制造模具均要考慮收縮的影響 脫模阻力大——脫模斜度宜取大些 |
聚甲醛 （賽鋼）POM | 是一種較理想的代鋼、鋁的塑料 優(yōu)異的綜合性能，自潤滑性好，比尼龍還好，顏色鮮艷。機械性能可與鋼相比，價格較貴 | 齒輪、（家電產(chǎn)品）、軸承、輪、彈簧、風(fēng)扇葉片、游戲機按鈕 | 流動性差，成型困難——模具要有加熱設(shè)備，主流道“短而粗”，分流道要少轉(zhuǎn)彎 甲醛有毒——型腔、型芯要電鍍防腐蝕 |
聚碳酸脂PC | 有優(yōu)異抗沖壓性、透明、無毒 | 防彈玻璃、透鏡、汽車燈罩、咖啡壺、家庭攪拌機、齒輪、冷凍設(shè)備的零件、沖擊鉆外殼 | 流動性差——模具要有加熱裝置，主流道短而粗、分流道轉(zhuǎn)彎少 透明——脫模斜度α≥2° 型芯、型腔要用鍛打鋼，以便拋光 |
表1-3 常用塑料的特性及識別
塑 料 名 稱 | 使 用 特 性 | 識 別 |
ABS | 綜合性能較好，耐化學(xué)性、電性能良好，具有超強的易加工性、外觀特性、低蠕變性、優(yōu)異的尺寸穩(wěn)定性以及很高的抗沖擊強度 | 燃燒時的火焰顏色為黃色黑煙，燃燒氣味為橡 膠味 |
PA | 堅韌、耐磨、耐疲勞、耐油、耐水、抗霉菌、但吸水性強 | 燃燒時的火焰顏色為黃色，燃燒氣味為特殊味 |
PC | 具有特別好的抗沖擊強度、熱穩(wěn)定性、光澤度、抑制細菌特性、阻燃特性以及抗污染性，抗蠕變和電絕緣性較好，并且收縮率很低，一般為0.1%～0.2%，有很好的機械特性，但流動特性較差 | 燃燒時的火焰顏色為黃色黑煙，燃燒氣味為特 殊味 |
PE | 高壓聚乙烯的柔軟性、透明性、伸長率、沖擊強度較好 | 燃燒時的火焰顏色為上端黃色，下端青色。燃燒氣味為石蠟味 |
POM | 有較好的抗蠕變性、幾何穩(wěn)定性和抗沖擊性，具有很好的延展強度、抗疲勞強度，吸水小，具有很低的摩擦系數(shù)，但熱穩(wěn)定性差，易燃燒，長期在大氣中曝曬會老化 | 燃燒時的火焰顏色為上端黃色，下端藍色。燃燒氣味為福爾馬 林味 |
PS | 電絕緣性優(yōu)良，無色透明，透光率僅次于有機玻璃，著色性差，耐水性，化學(xué)穩(wěn)定性良好，機械強度一般，但性脆易產(chǎn)生應(yīng)力碎裂，不耐苯、汽油等有機溶劑 | 燃燒時的火焰顏色為橙黃色黑煙，燃燒氣味為苯乙烯味 |
PSF | 耐熱耐寒性、抗蠕變性及尺寸穩(wěn)定性優(yōu)良，耐酸，耐堿，耐高溫，耐高溫蒸汽 | |
PP | 有較低的熱扭曲溫度（100℃）、低透明度、低光澤度、低剛性，但是有較強的抗沖擊強度，具有優(yōu)良的抗吸濕性、抗酸堿、腐蝕性、抗溶解性 | 燃燒時的火焰顏色為藍色，燃燒氣味為柴油味 |
PVC | 硬質(zhì)PVC機械強度高，電氣性能優(yōu)良，耐酸堿力極強，化學(xué)穩(wěn)定性好，但軟化點低 | 燃燒時的火焰顏色為上端黃色，下端綠色，燃燒氣味為氯氣味 |
續(xù)表
塑 料 名 稱 | 使 用 特 性 | 識 別 |
PPE | 有較強的化學(xué)穩(wěn)定性，吸濕性弱，具有良好的幾何穩(wěn)定性、電絕緣特性和很低的熱膨脹系數(shù) | 燃燒時的火焰顏色為黃色黑煙，燃燒氣味為橡 膠味 |
氟塑料 | 耐腐蝕性、耐老化及電絕緣性優(yōu)越，吸水性很小 | |
醋酸纖維素 | 強韌性很好，耐油，耐稀酸，透明有光澤，尺寸穩(wěn)定性好，易涂飾、染色、粘合、切削，低溫情況下抗沖擊性和抗拉強度減弱 | |
聚酰亞胺 | 綜合性能良好，強度高，抗蠕變性、耐熱性好，可在-200～ ＋260℃下長期使用，高耐磨性、電絕緣性優(yōu)良，耐輻射，耐電暈，耐稀酸，但不耐堿、強氧化劑和高壓蒸汽 | |
PMMA | 有優(yōu)良的光學(xué)特性及耐氣侯變化特性，PMMA制品有很低的雙折射，具有室溫蠕變特性和抗沖擊特性 | 燃燒時的火焰顏色為上端黃色，下端青色，燃燒氣味為巧克力味 |
為了便于將塑件從密閉的模腔內(nèi)取出，也為了便于安放嵌件或取出澆注系統(tǒng)，必須將模具分成兩個或幾個部分。通常將分開模具能取出塑件的面稱為分型面。同時，以分型面為界，模具又可被分成兩大部分，即動模與定模部分。而其他的面則被稱作分離面或分模面，注射模只有一個分型面。
分型面的選擇是一個比較復(fù)雜的問題，因為它受到塑件的幾何形狀、壁厚、尺寸精度、表面粗糙度、嵌件位置、脫模方法以及塑件在模具內(nèi)的成型位置、頂出方式、澆注系統(tǒng)的設(shè)計、模具排氣的方式等方面的影響。
分型面的形式一般有以下幾種：圖1-1中（a）圖所示為水平分型面；（b）圖所示為斜分型面；（c）圖所示為階梯分型面；（d）圖所示則為曲線分型面。因此對于模具設(shè)計人員來說，分型面的正確選擇對模具制造及操作都有著至關(guān)重要的影響。
圖1-1 分型面類型
選擇分型面的位置時，分型面一般不取在裝飾外表面或帶圓弧的轉(zhuǎn)角處。分型面必須設(shè)置在產(chǎn)品的最大截面處，而且便于開模后塑件留在動模的一側(cè)，以保證便于頂出機構(gòu)能夠順利脫模。選擇分型面時應(yīng)遵循如下原則。
為了便于塑件脫模，應(yīng)使塑件在開模時盡可能留在下模。由于塑件的頂出機構(gòu)通常設(shè)置在下模，尤其是自動化生產(chǎn)所用的模具，因此正確選擇塑件的留模方式顯得更為重要。
留模方式選擇正確與否會直接影響到產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率。
如圖1-2（a）所示，由于型芯設(shè)在定模部分，開模后塑件會收縮而包緊型芯，使塑件留在定模一側(cè)，因而，增加脫模的難度，使模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜，如果改用圖1-2（b）所示的結(jié)構(gòu)就會比較合理。
分型面應(yīng)盡可能選擇在不影響塑件外觀的部位，而且在分型面處所產(chǎn)生的飛邊應(yīng)容易修整加工。如圖1-3所示，一邊不帶圓弧球面的塑件，若采用圖（a）的結(jié)構(gòu)，將有損塑件表面質(zhì)量，而采用圖（b）的結(jié)構(gòu)就比較合理。
圖1-4所示為一副齒輪模具，齒輪的輪緣與臺階部分的外圓有同軸度要求。若將有同軸度要求的部分分別在動模和定模內(nèi)成型，如圖1-4（a）所示，則會因模具合模不準確而難以保證其同軸度要求；若改用圖1-4（b）所示的結(jié)構(gòu)，使有同軸度要求的部分全部在動模內(nèi)成型，則可滿足同軸度的要求。
選擇分型面時，根據(jù)塑件的使用要求和所用塑料，要考慮飛邊在塑件上的部位。如塑件不允許有水平飛邊時，可采用如圖1-5（a）所示的結(jié)構(gòu)，有利于脫模，尤其對于流動性較好的尼龍來說，采用這種結(jié)構(gòu)還可以減少飛邊的產(chǎn)生。而采用如圖1-5（b）所示的結(jié)構(gòu)則欠妥。
分型面合模后間隙一般不超過0.01～0.03mm，否則會形成飛邊，故分型面均要進行“平面磨床”的磨削加工。
選擇分型面時，應(yīng)考慮減小由于脫模斜度所造成的塑件大小端的尺寸差異。如圖1-6（a）所示塑件，若型腔設(shè)在模具的一側(cè)，則因脫模斜度造成塑件的大小尺寸差異較大，當(dāng)塑件不允許有較大的脫模斜度時，采用此種結(jié)構(gòu)必然使脫模困難。若塑件對外觀無嚴格要求，可將分型面選在塑件中部，如圖1-6（b）所示，它可采用較小的脫模斜度，有利于脫模。
分型面的排氣功能可以把型腔內(nèi)部的部分高溫氣體排出型腔外，保證產(chǎn)品表面沒有氣孔產(chǎn)生，有利于改善產(chǎn)品的外觀質(zhì)量。
一般在分型面凹模一側(cè)開設(shè)一條深0.025～0.1mm、寬1.5～6mm的排氣槽，亦可以利用頂桿、型腔、型芯鑲塊排氣。
分型面應(yīng)使模具分割成便于加工的部件，以減少機械加工的難度。
澆注系統(tǒng)是指模具中從噴嘴開始到型腔為止的塑料溶體的流動通道。作用是將塑料溶體順利地充滿型腔的各個部位，并在填充及凝固過程中，將注射壓力傳遞到型腔的各個部位。
澆注系統(tǒng)由主流道、分流道、冷料穴和澆口組成，如圖1-7所示。
澆注系統(tǒng)的設(shè)計是注塑模具設(shè)計的一個重要環(huán)節(jié)，它對注塑成型的效率和塑件質(zhì)量都有直接的影響；
因此，在設(shè)計澆注系統(tǒng)時必須注意以下幾項原則：
了解塑料的成型特性，也就是塑料的溫度和剪切速率等。
防止型芯和塑件的變形，避免料流正面沖出小直徑型芯或脆弱的金屬鑲件，以及防止?jié)部谔幱捎谶^大的收縮應(yīng)力而造成塑件變形。
排氣良好，保征流體流動順利，快而不紊亂。
減少流程及塑料耗量，以縮短成型周期，提高成型效果，減少塑料用量。
進料口的位置和形狀要結(jié)合塑件的形狀和技術(shù)要求確定。
一模多腔時，防止大小相差懸殊的制件放一模腔內(nèi)。
修整方便，保證塑件外觀質(zhì)量。
分流道就是主流道與澆口之間的部分，起分流和轉(zhuǎn)向的作用，其要求是塑料熔料在流動中熱量和壓力損失最小，同時使流道中的塑料量最小。分流道的形狀如圖1-8所示。分流道的形狀及大小必須根據(jù)塑件的成型體積、塑件壁厚、形狀、塑料的工藝特性、注塑速度、分流道長度等因素來確定。
圖1-8分流道結(jié)構(gòu)形狀
分流道的設(shè)計要點：
分流道的表面不必要求很光滑，表面精度一般在1.25即可。因為分流道表面不太光滑，能使熔融塑料的冷卻皮層固定，有利于保溫。
當(dāng)分流道較長時，在分流道末端應(yīng)開設(shè)冷料穴，以容納注塑開始時產(chǎn)生的冷料，保證塑件的質(zhì)量。
澆口指流道末端與型腔之間的細小通道。作用主要是提高塑料的流動速度和溫度，以及防止流入型腔的塑料側(cè)流。
（1）針點式澆口
針點式澆口又稱為點水口，采用三板式模架方能自動脫模，模具結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，澆口在生產(chǎn)過程中自動拉斷，適合自動化注射生產(chǎn)。能使用在一模一腔或一模多腔模具中，既可以注射小產(chǎn)品亦可以注射大型產(chǎn)品，特別是有花紋的塑件也不影響外觀。圖1-9所示為針點式澆口結(jié)構(gòu)。
（2）潛伏式澆口
潛伏式澆口又稱為潛伏口，進料部位選在制品較隱蔽的地方，以免影響制品外觀，頂出時流道與塑件自動分開，故需較大的頂出力。對于過分強韌的塑料，不適合使用潛伏式澆口。圖1-10所示為潛伏式澆口結(jié)構(gòu)。
（3）側(cè)澆口
側(cè)澆口又稱為邊緣澆口或側(cè)水口，一般開設(shè)在分型面上，從塑件邊緣進料，其形狀長為矩形或接近矩形。加工方便、簡單，應(yīng)用靈活，既可以從產(chǎn)品外側(cè)進料，亦可以從產(chǎn)品內(nèi)側(cè)進料。圖1-11所示為側(cè)澆口結(jié)構(gòu)。
（4）直接式澆口
直接式澆口又稱為大水口或中心澆口，無分流道，塑料通過主流道直接進入型腔，故有塑料流程短，流動阻力小，進料快，動能損失小，傳遞壓力好等優(yōu)點。但冷卻除澆口比較困難，塑件有明顯的澆口痕跡，因澆口附近熱量比較集中，故在該處冷凝較遲，產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力較大，且易在該處產(chǎn)生氣泡、縮孔等缺陷。圖1-12所示為直接式澆口結(jié)構(gòu)。
在設(shè)計澆注系統(tǒng)時，應(yīng)先選擇澆口的位置，澆口位置正確與否，將直接關(guān)系到制品的成型質(zhì)量及注射過程是否能夠順利進行。
選擇澆口位置時應(yīng)遵循以下幾個原則：
澆口位置應(yīng)盡量選擇在分型面上，以便于模具加工及澆口的清理。
澆口位置距型腔各個部位的距離應(yīng)盡量一致，并使其流程最短。
澆口的位置應(yīng)保證塑料流入型腔時，對著型腔中寬暢、厚壁的部位，以便于塑料的流入。
避免塑料在流入型腔時直沖型腔壁、型芯或嵌件，應(yīng)使塑料能盡快流入型腔的各個部位，以避免型芯或嵌件變形。
盡量避免使制品產(chǎn)生熔接痕，或使熔痕出現(xiàn)在制品的重要部位。
應(yīng)使塑料在流入型腔時，能沿著平行型腔的方向均勻流入，并有利于型腔內(nèi)氣體的排出。
澆口應(yīng)設(shè)置在制品上最易清除的部位，同時盡可能不影響制品的外觀。
使塑件從模具上脫出來的機構(gòu)稱為頂出機構(gòu)或脫模機構(gòu)。頂出機構(gòu)的動作方向與模具開模方向是一致的。良好的頂出機構(gòu)要求脫模時塑件不變形和不損壞，而且頂出機構(gòu)的位置應(yīng)位于制件不明顯處。
頂出機構(gòu)的形式歸納起來可分為機械頂出、液壓頂出和氣動頂出3大類。在設(shè)計頂出系統(tǒng)時應(yīng)遵循以下原則：
為使制品不致因頂出而產(chǎn)生變形，推力點應(yīng)盡量靠近型芯或難于脫模的部位，如制品上細長的中空圓柱，多采用推管（標準件通常為司筒）頂出。推力點的布置應(yīng)盡量均勻。
推力點應(yīng)作用在制品上承受力最大的部位，即剛性好的部位，如筋部、突緣和殼體形制品的壁緣等處。
盡量避免推力點作用在制品的薄平面上，防止制品破裂和穿孔等，如殼體形制品及筒形制品多采用推板頂出。
為避免使頂出的痕跡影響制品的外觀，頂出裝置應(yīng)設(shè)在制品的隱蔽面或非裝飾表面。對于透明制品尤其要注意頂出位置及頂出形式的選擇。