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塑胶件设计
这是一篇关于塑胶件设计的思维导图，主要内容包括：塑料制品设计，注塑机和模具，塑料及其性能，常用塑料的特性与应用。
编辑于2025-04-15 18:09:21- 结构工程师
- 产品结构设计
- 塑料的性能
- 塑胶件设计
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- 大纲
塑胶件设计
塑料及其性能
塑料概述
基本概念
塑料的组成
主要成分
合成树脂，即聚合物
决定塑料的类型(热塑性/热固性) 和主要性能
添加剂
填充剂/填料
增塑剂
有些树脂的可塑性和柔韧性很差，为了降低树脂的熔融粘度和温度， 改善其成型加工性能，加入增塑剂
着色剂
作用
美观和装饰
稳定剂
种类
光稳定剂
热稳定剂
抗氧化剂
润滑剂
作用
改善塑料熔体的流动性，减少其对模具的摩擦和粘附
改善塑胶件的表面光洁度
分类
按应用领域分
通用塑料
作为非结构性材料使用
举例
PE
聚乙烯
PP
聚丙烯
PVC
聚氯乙烯
PS
聚苯乙烯
PMMA
有机玻璃
工程塑料
7大工程塑料
ABS
子主题
PC
聚碳酸酯
POM
聚甲醛
PA
尼龙
PET
PBT
PPO
聚苯醚
按受热时呈现 的基本行为分
热固性塑料
特点
经过一定时间加热、加压或加入硬化剂后，发生化学反应而硬化
如果温度过高，则发生分解
举例
酚醛树脂、脲醛树脂、环氧树脂等
主要用于压缩、挤压、压注成型
例如，电插排
热塑性塑料
受热后发生物理变化，由固体软化/熔化为粘流体， 冷却后又变硬成为固体，且过程可多次反复
举例
PE
聚乙烯
PP
聚丙烯
PVC
聚氯乙烯
PS
聚苯乙烯
PMMA
有机玻璃
特性
优点
密度小，大多数塑料的密度在1g/cm3左右
比强度、比刚度高
化学稳定性好
例如硬质聚氯乙烯PVC管道和容器
电绝缘性能好
应用
电线电缆、旋钮插座、电器外壳等
减摩、耐磨 和自润滑性好
应用
齿轮、凸轮和滑轮等零件
成型和着色性好
不易传热、保温性能好
产品制造成本低
缺点
不耐热
一般塑料仅能在100℃以下使用， 少数工程塑料可在200℃左右使用
热稳定性差
塑料的热膨胀系数比金属的大3~10倍
刚性差、不耐压
在载荷作用下，塑料会发生蠕变形象
易于老化、易受损坏和污染
制品精度较低
塑料的成型方法
热固性塑料
压注成型
压缩成型
热塑性塑料
注射成型
热塑性材料最普遍的一种成型方法
设备
注塑机、注塑模具
挤出成型
管材、棒材、板材、薄膜、电线电缆包覆层、异型材
吹塑成型
饮料瓶、日用品的包装容器等
吸塑成型
日用品、食品和玩具类的包装制品
热塑性塑料的性能
收缩性
塑胶件从模具中取出冷却到室温后，会发生尺寸收缩
成型收缩
成型时塑料分子按方向排列，使得塑胶件呈现各向异性
沿料流方向(即平行方向)收缩大、强度高
与料流垂直方向的收缩小、强度低
产生不均匀的收缩
导致塑胶件产生翘曲、变形和裂纹
模具设计时应考虑塑胶件的收缩方向性，按塑胶件形状、料流方向
后处理收缩
收缩率
影响因素
塑料的种类
表格：常用塑料的收缩率
塑胶件的结构
模具的结构
成型工艺
温度
压力
周期
流动性
定义
塑料在一定温度与压力下填充模具型腔的能力，称为流动性
大多数塑料熔体在成型时的流动，呈现非牛顿流体状态
分析
流动性过大
容易造成溢料过多，填充型腔不紧密，塑胶件组织疏松
容易黏模，脱模和清理困难
流动性过差
容易导致填充不足，难以成型
需要较大的注射压力
分类
流动性好的塑料
尼龙、聚乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯
流动性中等的塑料
ABS、有机玻璃PMMA、聚甲醛
流动性差的塑料
聚碳酸酯PC、PVC、聚苯醚PPO
影响因素
塑料的种类
模具的结构
成型工艺
温度
压力
结晶性
结晶性塑料
一般为不透明/半透明
例如：聚甲醛
冷凝时放出的热量大，需要充分冷却
各向异性显著，结晶度低，收缩小
非结晶性塑料
一般为透明
例如：有机玻璃PMMA
热敏性
热敏性塑料
有的塑料在高温下受热较长时间，会发生变色、降解和分解
硬聚氯乙烯PVC，聚甲醛等
应力开裂
有的塑料对应力敏感，成型时易产生内应力，质脆易裂
塑胶件在外力/溶剂作用下发生开裂
举例：聚苯乙烯、有机玻璃
防范措施
模具设计时
增大拔模斜度，选择合适的进料口和推出机构
成型时
适当的料温、模温，注射压力和冷却时间
避免塑件过冷时脱模
提高抗裂性
塑件后处理
添加剂
吸湿性
塑料中因为有各种添加剂，使其对水分有不同的亲疏程度
分类
吸湿倾向大的塑料
聚砜PSF，PA尼龙，PC聚碳酸酯，ABS，PPO
在成型前，需要进行干燥处理
吸湿倾向小的塑料
PE，PP
玻璃化温度
定义
聚合物在随着温度增高的过程中，在其熔融前会在某一温度范围内处于， 既不是固体又非粘性流体的粘流态，把开始出现粘流态的温度成为玻璃化温度
应用
如果想改变塑料制品的形状，需要在玻璃化温度以上进行
流长比和型腔压力
流长比
塑料熔体的流动长度和制品壁厚的比值
影响塑料制品最多能做多宽、多薄
型腔压力
为锁模力提供参考
表格：常用塑料的流长比和型腔压力
热塑性塑料 的高性能化
共聚合
合金化
复合化
常用塑料的 特性与应用
典型塑料 的介绍
第1部分
1聚乙烯PE
聚乙烯原料
特性
优点
软性、无毒、价廉
世界上产量最大的塑料
流动性好
吸水性小-不需要干燥
缺点
收缩率大，2%
容易发生收缩凹陷和变形
类型
低密度高压聚乙烯LDPE
Low-density PE
高密度低压聚乙烯HDPE
模具设计
温度调节系统应保证模具具有较高的冷却效率，并使制品具有均匀的冷却速度
不使用直接浇口，否则容易产生翘曲变形
尤其对于成型面积较大的扁平制品，宜采用点浇口
注塑工艺条件
注射速度
高速注射
注射压力
70~105MPa
典型应用
高密度低压聚乙烯
电冰箱容器、家用厨具、密封盖
塑料管、塑料板、塑料绳子
承载较小的齿轮、轴承等
低密度高压聚乙烯
电气方面
绝缘零件、包覆电缆
日用品方面
塑料薄膜、软管、塑料瓶、管道连接器等
2聚苯乙烯PS
原料
特性
优点
良好的化学稳定性、热稳定性和透光性
极好的电绝缘性
是目前最理想的高频绝缘材料
收缩率0.5%左右
极好的流动性，易于成型加工
易于着色，装饰性好
缺点
质地硬而脆，容易开裂
耐热性低
易于老化
模具设计
PS质地脆、易开裂
需要设计合理的脱模机构，选择较大的脱模斜度
防止因为顶出力过大/不均匀，导致制品开裂
注塑工艺条件
模具温度
40~60℃
料筒温度
180~280℃
注射压力
35~140MPa
典型应用
工业方面
仪器仪表外壳、灯罩、透明模型
电气方面
良好的结缘材料：接线盒、电池盒、绝缘薄膜等
日用品方面
包装材料、玩具、餐具和托盘等
防静电绝缘盒
3聚丙烯PP 俗名：百折软胶- 屈服强度高、 疲劳寿命长
原料
特性
优点
是塑料中最轻的一种
密度0.91g/cm3
高结晶度的材料
表面刚度、抗划痕特性好
韧性好、耐化学性好
耐磨性好、耐高温冲击
硬度高于PE
具有较高的熔点
流动性好，适合成型扁平、大型零件
耐热性好，热变形温度为80~100℃
具有突出的延伸性、抗疲劳性，屈服强度高
缺点
尺寸精度低
容易收缩
脱模后容易老化、变形和变脆
耐候性差
装饰性和装配性都差
表面涂漆、黏贴、电镀困难
模具设计
适宜用热流道系统
宜采用点浇口
注塑工艺条件
PP染色性较差
色粉在塑料中扩散不够均匀
PP结晶度高，所以需要较高的加工温度，200℃左右
模具温度
50℃左右
注射压力
70~140MPa
注射速度
PP的冷却速度快，需要采用快速注射
典型应用
汽车工业
挡泥板、通风管等-含金属添加剂的PP
工业器械
洗衣机框架和机盖、冰箱门衬垫、通风管等
洗衣机
4聚酰胺PA- 俗名：尼龙
原料
特性
优点
结晶度高
机械强度高、韧性好、耐疲劳、耐磨损、耐冲击
易成型、易着色
流动性好
缺点
热变形温度低
吸湿性大
加工前需要充分干燥
80~90℃，时间4小时以上
收缩率变动范围大0.8%~1.4%、尺寸稳定性较差
类型
PA6-具有最佳的加工性能
PA66-尼龙66-在尼龙材料中强度最高
PA10、PA12等
模具设计
模具温度要求高、保证结晶度要求
PA的粘度低、流动性好
容易产生飞边
对分型面的加工要求高
保证分型面的紧密配合
注塑工艺条件
模具温度
40~90℃
高速注射
典型应用
PA6
具有良好的机械强度和刚度
应用于结构部件
良好的耐磨性
用于制造轴承、齿轮等零件
PA66
抗冲击性和高强度
用于汽车、仪器壳体等
5聚氯乙烯 PVC
原料
特性
分类
硬质PVC
增塑剂含量大于15%
软质PVC
增塑剂含量小于15%
优点
非结晶性材料，透明、着色容易
硬质PVC-使用最广泛的塑料之一
不易燃、耐候性好、耐酸碱性好
优良的几何稳定性
硬质PVC的收缩率相当小：0.2~0.6%
缺点
流动性相当差，难以加工
通常加入润滑剂改善其流动性
软质PVC的收缩率
1.5%~2.5%
PVC是热敏材料，受热分解出对人体有害、对模具具有腐蚀性的气体
容易吸水
模具设计
PVC的流动性很差
需要设计流动阻力小的浇注系统
避免内流道出现死角
浇口和流道，尽可能粗、短、厚
PVC受热分解产生腐蚀模具的气体
模具内表面要镀铬、采用耐腐蚀的材料
注塑工艺条件
在加工前必须干燥处理
快速注射
注射压力
可达到180MPa
典型应用
供水管道、房屋墙板、食品包装、电子产品包装等
6聚碳酸酯PC
原料
特性
优点
高透明度，接近于有机玻璃PMMA
着色性好
具有良好的抗冲击强度、热稳定性、光泽度、阻燃性等
刚硬、有韧性
收缩率低0.5~0.7%
塑件的尺寸稳定性好、精度高
机械强度高，耐冲击性是塑料中最强的、弹性模量高
抗蠕变性能突出、耐候性好
缺点
流动性较差
注塑过程较为困难
通过提高成形温度来提高其流动性
耐疲劳强度差、耐磨性差
对缺口敏感
容易发生应力开裂
模具设计
PC的粘度高、流动性差
要求流道粗、短，转弯少
PC材料硬，容易损伤模具
选用耐磨性好的材料设计及模具
注塑工艺条件
加工前需要干燥处理
高压注射
共混改性塑料
PC+ABS
随着ABS的增加，流动性能变化、加工性能得到改善
机械强度会降低
PC+POM
保持了PC优良的机械性能，提高防应力开裂的能力
典型应用
计算机和手机等电子产品 的元器件、连接器等
汽车前后灯、仪表板等
电冰箱抽屉、食品器械等
第2部分
1 ABS
特性
优点
高透明度，接近于有机玻璃PMMA
着色性好
具有良好的抗冲击强度、热稳定性、光泽度、阻燃性等
刚硬、有韧性
收缩率低0.5~0.7%
塑件的尺寸稳定性好、精度高
机械强度高，耐冲击性是塑料中最强的、弹性模量高
抗蠕变性能突出、耐候性好
缺点
流动性较差
注塑过程较为困难
通过提高成形温度来提高其流动性
耐疲劳强度差、耐磨性差
对缺口敏感
容易发生应力开裂
模具设计
PC的粘度高、流动性差
要求流道粗、短，转弯少
PC材料硬，容易损伤模具
选用耐磨性好的材料设计及模具
注塑工艺条件
加工前需要干燥处理
高压注射
共混改性塑料
PC+ABS
随着ABS的增加，流动性能变化、加工性能得到改善
机械强度会降低
PC+POM
保持了PC优良的机械性能，提高防应力开裂的能力
典型应用
计算机和手机等电子产品的元件、连接器等
汽车前后灯、仪表板等
电冰箱抽屉、食品器械等
2 聚甲醛
特性
优点
高透明度，接近于有机玻璃PMMA
着色性好
具有良好的抗冲击强度、热稳定性、光泽度、阻燃性等
刚硬、有韧性
收缩率低0.5~0.7%
塑件的尺寸稳定性好、精度高
机械强度高，耐冲击性是塑料中最强的、弹性模量高
抗蠕变性能突出、耐候性好
缺点
流动性较差
注塑过程较为困难
通过提高成形温度来提高其流动性
耐疲劳强度差、耐磨性差
对缺口敏感
容易发生应力开裂
模具设计
PC的粘度高、流动性差
要求流道粗、短，转弯少
PC材料硬，容易损伤模具
选用耐磨性好的材料设计及模具
注塑工艺条件
加工前需要干燥处理
高压注射
共混改性塑料
PC+ABS
随着ABS的增加，流动性能变化、加工性能得到改善
机械强度会降低
PC+POM
保持了PC优良的机械性能，提高防应力开裂的能力
典型应用
计算机和手机等电子产品的元件、连接器等
汽车前后灯、仪表板等
电冰箱抽屉、食品器械等
3 聚甲基丙烯酸酯
特性
优点
高透明度，接近于有机玻璃PMMA
着色性好
具有良好的抗冲击强度、热稳定性、光泽度、阻燃性等
刚硬、有韧性
收缩率低0.5~0.7%
塑件的尺寸稳定性好、精度高
机械强度高，耐冲击性是塑料中最强的、弹性模量高
抗蠕变性能突出、耐候性好
缺点
流动性较差
注塑过程较为困难
通过提高成形温度来提高其流动性
耐疲劳强度差、耐磨性差
对缺口敏感
容易发生应力开裂
模具设计
PC的粘度高、流动性差
要求流道粗、短，转弯少
PC材料硬，容易损伤模具
选用耐磨性好的材料设计及模具
注塑工艺条件
加工前需要干燥处理
高压注射
共混改性塑料
PC+ABS
随着ABS的增加，流动性能变化、加工性能得到改善
机械强度会降低
PC+POM
保持了PC优良的机械性能，提高防应力开裂的能力
典型应用
计算机和手机等电子产品的元件、连接器等
汽车前后灯、仪表板等
电冰箱抽屉、食品器械等
4 聚苯醚
特性
优点
高透明度，接近于有机玻璃PMMA
着色性好
具有良好的抗冲击强度、热稳定性、光泽度、阻燃性等
刚硬、有韧性
收缩率低0.5~0.7%
塑件的尺寸稳定性好、精度高
机械强度高，耐冲击性是塑料中最强的、弹性模量高
抗蠕变性能突出、耐候性好
缺点
流动性较差
注塑过程较为困难
通过提高成形温度来提高其流动性
耐疲劳强度差、耐磨性差
对缺口敏感
容易发生应力开裂
模具设计
PC的粘度高、流动性差
要求流道粗、短，转弯少
PC材料硬，容易损伤模具
选用耐磨性好的材料设计及模具
注塑工艺条件
加工前需要干燥处理
高压注射
共混改性塑料
PC+ABS
随着ABS的增加，流动性能变化、加工性能得到改善
机械强度会降低
PC+POM
保持了PC优良的机械性能，提高防应力开裂的能力
典型应用
计算机和手机等电子产品的元件、连接器等
汽车前后灯、仪表板等
电冰箱抽屉、食品器械等
第3部分
子主题
子主题
子主题
子主题
子主题
子主题
热塑性增强材料
常用塑料的鉴别方法
塑料制品设计
带传动的 工作过程分析
带传动 受力分析
工作前
传动带以一定的初拉力，张紧在带轮上
初拉力
工作时
带和带轮之间的静摩擦力作用， 导致带的一边拉紧、一边放松
紧边拉力
松边拉力
紧边拉力的增加量=松边拉力的减少量
即：
传动带工作表面上的总摩擦力
有效拉力
有效拉力和带传动所传递 的功率P的关系式
功率单位：kW
有效拉力单位：N
传动带速度单位：m/s
在带速一定时，带传动的功率取决于带传动中的有效拉力， 即带轮和带之间的总摩擦力
受力分析图
带传动的 最大有效拉力
松边和紧边拉力的关系式
可用柔韧体摩擦的欧拉公式表示
摩擦因数
对于V带，用当量摩擦因数
带在带轮上的包角
小带轮 的包角
大带轮 的包角
a是带轮中心距
小带轮的基准直径
最大有效拉力
最大紧边拉力
最大松边拉力
式中
最大有效拉力的 影响因素
初拉力
初拉力越大，最大有效拉力越大
过大的初拉力，会使得带磨损夹具，缩短带传动的工作寿命
过小的初拉力，运转时容易发生跳动和打滑
包角
包角越大，带和带轮接触面上的总摩擦力就越大，传动能力越高
摩擦因数
随着摩擦因数的增大，最大有效拉力会增高
带的应力分析
带工作时，带受到的应力有
拉应力
紧边拉应力
松边拉应力
A是传动带的横截面积
弯曲应力
带在小带轮上的弯曲应力
带在大带轮上的弯曲应力
h是传动带的高度， E是传动带的弹性模量
离心拉应力
当带随着带轮做圆周运动时，带自身的质量将引起离心力，因此在带中产生离心拉力， 并且离心拉力存在于带全长范围内
q是传动带单位长度的质量，kg/m
v是带的线速度，m/s
应力分析图
最大应力
表达式
可能出现的位置
最大应力发生在带的紧边开始绕上小带轮处
带在运转过程中，带上任一点的应力都将发生变化。 变应力会导致带疲劳而发生断裂或塑性变形。
带的弹性滑动 和打滑
带的弹性滑动
定义
由于带的弹性变形而引起的，带与带轮之间的微量滑动
不可避免
滑动率
带轮线速度的相对变化量
带传动的平均传动比
打滑
当传动功率过大时，带与带轮之间发生的显著的相对滑动，即整体打滑
打滑会加剧带的磨损，降低从动带轮的转速，甚至引起传动失效
打滑有过载保护的作用
普通V带传动 的设计计算
设计准则
针对失效类型去提设计要求
失效形式
疲劳失效
断裂
塑性变形
打滑
在保证带传动不打滑的前提下，使得带具有所需的疲劳强度和寿命
单根V带
基本额定功率
V带的疲劳强度条件
或者
紧边拉应力
在满足带传动具有一定的疲劳强度和寿命的情况下， 带所允许的最大有效拉应力
单根V带的基本额定功率
额定功率
传动比不等于1时，单根V带额定功率的增量
当包角小于180°时的修正系数
当带长不等与试验规定的特定带长时的修正系数
这些系数，查表得到
带传动的参数选择
中心距
传动比
传动比大，则小带轮的包角将减小，带传动的承载能力降低
推荐的传动比为2~5，一般小于7
带轮的基准直径
查表
带速
一般推荐为5~25m/s
设计流程
确定计算功率
计算功率
工作情况系数
查表
所需传递的额定功率
例如
名义的负载功率
电动机的额定功率
选择V带的带型
计算带轮的基准直径，验算带速
确定中心距，选择V带的基准长度
验算小带轮的包角
确定带的根数
确定带的初拉力
子主题
注塑机和模具
带传动的 工作过程分析
带传动 受力分析
工作前
传动带以一定的初拉力，张紧在带轮上
初拉力
工作时
带和带轮之间的静摩擦力作用， 导致带的一边拉紧、一边放松
紧边拉力
松边拉力
紧边拉力的增加量=松边拉力的减少量
即：
传动带工作表面上的总摩擦力
有效拉力
有效拉力和带传动所传递 的功率P的关系式
功率单位：kW
有效拉力单位：N
传动带速度单位：m/s
在带速一定时，带传动的功率取决于带传动中的有效拉力， 即带轮和带之间的总摩擦力
受力分析图
带传动的 最大有效拉力
松边和紧边拉力的关系式
可用柔韧体摩擦的欧拉公式表示
摩擦因数
对于V带，用当量摩擦因数
带在带轮上的包角
小带轮 的包角
大带轮 的包角
a是带轮中心距
小带轮的基准直径
最大有效拉力
最大紧边拉力
最大松边拉力
式中
最大有效拉力的 影响因素
初拉力
初拉力越大，最大有效拉力越大
过大的初拉力，会使得带磨损夹具，缩短带传动的工作寿命
过小的初拉力，运转时容易发生跳动和打滑
包角
包角越大，带和带轮接触面上的总摩擦力就越大，传动能力越高
摩擦因数
随着摩擦因数的增大，最大有效拉力会增高
带的应力分析
带工作时，带受到的应力有
拉应力
紧边拉应力
松边拉应力
A是传动带的横截面积
弯曲应力
带在小带轮上的弯曲应力
带在大带轮上的弯曲应力
h是传动带的高度， E是传动带的弹性模量
离心拉应力
当带随着带轮做圆周运动时，带自身的质量将引起离心力，因此在带中产生离心拉力， 并且离心拉力存在于带全长范围内
q是传动带单位长度的质量，kg/m
v是带的线速度，m/s
应力分析图
最大应力
表达式
可能出现的位置
最大应力发生在带的紧边开始绕上小带轮处
带在运转过程中，带上任一点的应力都将发生变化。 变应力会导致带疲劳而发生断裂或塑性变形。
带的弹性滑动 和打滑
带的弹性滑动
定义
由于带的弹性变形而引起的，带与带轮之间的微量滑动
不可避免
滑动率
带轮线速度的相对变化量
带传动的平均传动比
打滑
当传动功率过大时，带与带轮之间发生的显著的相对滑动，即整体打滑
打滑会加剧带的磨损，降低从动带轮的转速，甚至引起传动失效
打滑有过载保护的作用
普通V带传动 的设计计算
设计准则
针对失效类型去提设计要求
失效形式
疲劳失效
断裂
塑性变形
打滑
在保证带传动不打滑的前提下，使得带具有所需的疲劳强度和寿命
单根V带
基本额定功率
V带的疲劳强度条件
或者
紧边拉应力
在满足带传动具有一定的疲劳强度和寿命的情况下， 带所允许的最大有效拉应力
单根V带的基本额定功率
额定功率
传动比不等于1时，单根V带额定功率的增量
当包角小于180°时的修正系数
当带长不等与试验规定的特定带长时的修正系数
这些系数，查表得到
带传动的参数选择
中心距
传动比
传动比大，则小带轮的包角将减小，带传动的承载能力降低
推荐的传动比为2~5，一般小于7
带轮的基准直径
查表
带速
一般推荐为5~25m/s
设计流程
确定计算功率
计算功率
工作情况系数
查表
所需传递的额定功率
例如
名义的负载功率
电动机的额定功率
选择V带的带型
计算带轮的基准直径，验算带速
确定中心距，选择V带的基准长度
验算小带轮的包角
确定带的根数
确定带的初拉力