《塑料成型工藝及模具設計》第一章 緒論-

1、塑料成型工藝及模具設計第一章緒論§1、塑料材料一、塑料的組成1、樹脂2、填充劑3、增塑劑4、著色劑5、潤滑劑6、穩(wěn)定劑7、硬化劑 8、發(fā)泡劑 9其它(阻燃劑、防靜電劑、防霉劑等二、塑料的分類1、按樹脂的分子結構和熱性能分:(1熱塑性塑料:聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、ABS、有機玻璃、尼龍、聚風等(300多種,常用30多種。特性:可回收(2熱固性塑料:當溫度達到一定值后,分子變?yōu)轶w形結構,樹脂變得既不熔融,也不溶解,形狀固定下來不再變化,稱為固化。酚醛、脲醛。特性:不能回收再用。2、按塑料性能及用途分類(1通用塑料:指產量大、用途廣、價格低的塑料。(2工程塑料:在工程中作結構材

2、料的塑料主要有ABS、聚酰胺(PA、聚甲醛(POM、聚碳酸酯(PC,聚苯醚(PPO、聚砜(PSF(3增強塑料:玻璃鋼,在塑料中加入纖維料作為增強材料。(4特殊用途塑料:環(huán)氧塑料等。三、塑料的性能和用途(1質量輕,密度為鋼的1/6;(2比強度高;(3耐腐蝕能力強;(4絕緣性好;(5光學性能好;(6多種防護性能(防水、防幅射、防光§2、塑料的可加工性一、塑料的加工適應性圖11二、塑料的可擠壓性三、塑料的可模塑性圖12 圖12塑料可模塑性§3、塑料的主要成型力法一、注射成型(注塑成型 主要用熱塑性塑料,也用于熱固性塑料。二、擠出成型(擠塑成型 主要用熱塑性塑料三、壓縮成型(壓制成

3、型 用于熱固性塑料四、中空成型(吹塑成型 熱塑性塑料第二章 塑料成型理論概論§1、塑料的流變性一、牛頓型流體牛頓在研究低分好液體時發(fā)現(xiàn)切應力與剪切速率之間存在著如下關系。.(=dtdr dr dv 為比例常數(shù)稱為牛頓粘度.(S -1表示單位時間內的切應變,稱為剪切速率。此式說明,液層單位表面上所施加的切應力與液層間的速度梯度dv/dr 成正比,為著名的牛頓粘性定律。真正屬于牛頓型流體是氣體,低分子化合物的液體。 二、非牛頓型流體定溫下在某段剪切速率的范圍內,粘性流體所受的切應力與剪切速率具有指數(shù)函數(shù)的關系。nnndtdrdrdv=( (n<1式中:k與n對某一種粘性流體而言均為

4、常數(shù),k稱為稠度,k值愈高,流體粘度愈大,n為牛頓指數(shù),對于假塑性流體,n<1。n值離整數(shù)1愈遠,液體的非牛頓性越強。 三、影響粘度的因素1、溫度的影響溫度,粘度,圖272、壓力的影響壓力,粘度,圖283、剪切速率的影響剪切速率或切應力,粘度,圖294、聚合物結構因素的影響圖210§2、塑料加工過程的物理和化學變化一、聚合物的結晶分為結晶形和無定形兩類聚合物的結晶是在一定的外界條件下發(fā)生的,具有結晶能力的聚合物即可結晶,也可以不結晶。能夠結晶的常用塑料有:聚乙烯(PE,聚丙烯(PP,尼龍(PA等。不易或不易結晶的常用塑料有:聚苯乙烯(PS、(ABS、有機玻璃(PMMA、聚砜(P

5、SF結晶度聚合物結晶的不完全性。它是指聚合物內結晶組織的體積與聚合物總體積之比。聚合物能否結晶重要條件是:分子空間排列的規(guī)整性。二、結晶度對塑料制品的影響1、密度結晶度,分子鏈已排列成緊密而有序,分子間作用力,密度2、力學性能結晶度,抗拉強度,鋼度,沖擊韌度下降3、翹曲結晶度,體積,收縮,翹曲4、光亮度結晶度,光亮度三、影響結晶度的因素1、溫度聚合物的結晶條件,結晶度都取決于熔體溫度和聚合物在熔融狀態(tài)的停留時間。當熔體溫度較高時,注射成型時應采用較低度的模溫和較短的注射時間。2、壓力和切應力壓力,結晶溫度,即在較高于正常的熔化溫度結晶。熔體受很大切應力作用時導致微晶生成。3、分子結構聚合物分子

6、結構越簡單,越規(guī)則,則結晶越快,結晶程度越高。4、添加劑有的添加劑能促進結晶,有的阻礙結晶,在塑料件生產中,往往加入添加劑,起“成核劑”的作用,改善塑料件的性能。四、聚合物取向1、取向的概念結晶聚合物的微晶粒子在應力作用下形成的有序排列叫做取向結構。拉伸取向由拉應力引起的,取向方位與應力作用方向一致。流動取向由切應力作用下沿著熔體流動方向形成的。2、取向對塑件性能的影響(1對力學性能的影響在取向軸平行方向的抗拉強度,與取向軸垂直方向抗拉強度。(2取向使塑料具有各向異性除對力學性能影響外,在光學、熱學,電學等性能方面均呈現(xiàn)出明顯的各向異性。* 在塑料成型生產中,可以利用聚合物的取向來提高塑件的性

7、能。五、聚合物的降解降解指聚合物成型時在高溫、氧應力及水分等作用下發(fā)生的化學分解反應。降解的實質是聚合物分子結構發(fā)生變化。降解種類:(1熱降解聚合物因受高溫的時間過長而引起的降解稱為熱降解。(2氧化降解聚合物經常與空氣中的氧氣接觸,在化學鏈較弱的部位產生一種氧結構,從而導致降解。(3水降解當聚合物分子結構中含有容易被水解的碳雜鏈基團或氧化基團時,在成型溫度和壓力下,這些基團很容易被聚合物中的水分子分解,這種現(xiàn)象為水降解。(4應力降解在成型過程中,聚合物分子鏈在一定的應力作用下發(fā)生斷裂而引起的降解稱為應力降解。六、聚合物的交聯(lián)(硬化聚合物在加工過程中形成網(wǎng)狀結構的稱為交聯(lián)。采用壓縮和壓注等到成型

8、方法來生產熱固性塑料制品,就是典型的交聯(lián)。交聯(lián)度不宜過高或過低度,過高會引起聚合物發(fā)脆、變色和起泡,交聯(lián)度過低,聚合物機械強度,耐熱性,電絕緣性等較差。制品表面灰暗,易產生微裂紋,吸水量也大。第三章塑料制品的設計原則§1、制品的材料和幾何形狀一、制品的選材1、塑料的材料性能強度、剛度、韌性、沖擊2、塑料的物理性能溫度、光、絕熱、絕緣、(如聚本乙稀、聚碳酸酯、聚丙烯PP3、塑料的化學性能溶劑油、衛(wèi)生程度4、塑料的成型工藝性見表31常用塑料特征一覽表二、成型工藝對制品幾何形狀的要求1、脫模斜度一般取0.5。見表322、制品壁厚壁厚應均勻,不同壁厚比不應超過1:3,薄厚壁聯(lián)接應緩慢過渡。熱

9、塑性塑料制品的壁厚,一般在14mm。壁厚易產生氣泡和凹陷,也不易冷卻。表33熱塑性制品的壁厚推薦值,熱固性塑料制品的厚度一般在16 mm 之間,壁過厚既要增加塑壓時間,制品內部又不易壓實,壁過薄剛度差、易變形。表34熱固性塑料制品最小壁厚推薦值。3、加強肋增加剛度和強度,防止制品翹曲變形。尺寸如圖324、圓角壁免應力集中,提高強度,改善熔體流動,便于脫模。圖35圓角半徑大小圖36孔間距與孔邊距5、孔表35不同孔徑所對應的孔間(邊距值 在設計模具時首先需要確定分型面的位置,然后才能選擇模具結構。分模面的設計是否合理,對制品的質量,工藝操作難易程度和模具的設計制造都有很大的影響。1、分型面的形狀和

10、方位分型面的形狀應盡可能簡單,以便制品脫模和模具制造。分型面可以是平面,階梯面或曲面。如圖314所示。根據(jù)分型面的不同方位,塑料制品可以全部在動?；蛉吭诙３尚?還可在動、定模內同時成型。根據(jù)制品形狀,澆注系統(tǒng),頂出機構以及制品質量要求等因素綜合考慮。2、分型面位置的選擇原則(1應開設在制品斷面輪廓最大的部位。(2分型面最好不選在制品光滑外表面或帶圓弧的轉角處。(3分型面應量選在能使制品留在動模內(317a(4有同軸度要求的制品,應把要求同軸的部分放在分型面的同一側。(5 應將抽芯或分型距離長的一邊放在動、定模開模的方向,將短的一邊作為側向分型的抽芯。圖318(6 應將分型面設計料流的末端,

11、以便于排氣。(319見圖325 32 §2金屬嵌件的設計一、金屬嵌件的形式 二、金屬嵌件的設計原則1、盡可能采用圓形或對稱形狀,以保證收縮均勻。2、嵌件圓周的壁厚應足夠大。3、嵌件部分的周邊應有倒角,以減少應力集中。4、嵌件必須可靠定位。圖327 三、尺寸精度與表面粗糙度1、影響尺寸精度的因素。(1模具成型部件的制造誤差z(2模具成型部件表面磨損c。(3由收縮率波動引起的尺寸誤差s。(4模具配合間隙變化引起的誤差j.(5成型部件安裝誤差a=(z +c +s +j +a 制品規(guī)定的誤差模具原因造成的總誤差。 2、寸精度和公差的確定塑料制品的無尺寸精度和公差國標* 對無公差要求的自由尺寸

12、,采用標準中的8級精度,壓鑄件12級, 見表310 表311 * 孔類尺寸公差取正值,軸類尺寸的公差取負值,中心距尺寸公差取表中數(shù)值之半并冠以±號。 3、表面粗糙度的確定 (1、型芯的表面粗糙度的級別高于型腔12級,(內孔沒有要求 (2、表面粗糙度要求越高,越難加工,越易磨損。 (3、為使制件外形美觀,可對塑料制品進行表面裝飾。 舉例(壓鑄模不能有皮革紋第四章 注射成型工藝§1、熱塑性塑料的工藝性能一、塑料的成型收縮S 設=%-b bC S 實 =%-bbaS 設塑料制品的計算收縮率;S 實塑料制品的實際收縮率 C 常溫時的型腔尺寸;b 常溫時的制品尺寸; a 成型溫度時的

13、制品尺寸選取原則: (1收縮率范圍較小的塑料,取平均收縮率;(2收縮率大,根據(jù)壁厚確定收縮率,厚壁取大值,薄壁取小值。(3采用留有修模余量設計法,即內徑取大值,外徑取小值。二、塑料的流動性塑料的流動性是比較塑料成型加工難易的一項指標。相對分子質量小,熔融指數(shù)高,螺旋線長度長,表現(xiàn)粘度小,流動比大則流動性好。流動性好的有:尼龍、聚乙烯,聚丙烯等。 流動性一般的有:ABS 、有機玻璃、聚甲醛。 流動性差的有:聚碳酸酯,聚砜三、塑料的結晶性特點:1、需加熱到一定溫度,才能達到軟化狀態(tài)。2、結晶形塑料需冷卻時間較長,放熱多。3、收縮率大,0.53.0%,其它0.40.6%4、結晶度與冷卻速度有關,應控

14、制好模溫。5、各向異性顯著,內應力大,易變形和翹曲。四、塑料的其它工藝性能熱敏性、水敏性、應力敏感性,吸濕性等§2注射成型原理及工藝過程一、注射成型原理將粒狀或粉狀塑料從注射機的料斗送入高溫的料筒內加熱熔融,使其成為粘流態(tài)熔體,然后在注射機柱塞或螺桿的高壓推動下,以很大的流速通過噴嘴,注入模具型腔,經充分保壓冷卻后,開啟模具便可從模具中脫出具有一定形狀和尺寸的塑料制品。注射成型工藝流程 1(1(2物料預熱和干燥(3嵌件的預熱(4料桶的清洗(5選脫模劑2、注射成型過程(1注射充模將塑料熔體注入模腔,至熔融物料充滿模腔為止(從0到t1為注射充模階段。壓力變化為:當熔體未注入模具型腔時,模

15、腔內壓力基本上為零,充滿后,隨熔體量迅速增加,模腔內壓力也迅速上升。到達t1時,壓力達到最大值。(2保壓補縮:從熔體充滿型腔時起至柱塞退回時為止(t1t2熔體冷卻收縮,柱塞繼續(xù)緩慢向前移動,料筒內熔體注入型腔以補充收縮,其壓力仍為最大值。(3倒流:從柱塞開始后退時起至澆口處熔體凍結時為止(t2t3由于柱塞后退,噴嘴處壓力下降為零,所以模腔內壓力比澆注系統(tǒng)流道內清模塑件脫模的高,導至熔體從模腔內倒流,從而使模腔內壓力迅速下降,PS為澆口凍結時的壓力。等澆口已經凍結或在噴嘴中裝有止逆閥,則倒流不存在,即不存在t2t3之間的壓力線而是虛線2。(4燒口凍結后的冷卻從澆口處塑料完全凍結到制品脫模取出時止

16、t3t4.三、塑件的后處理1、退火處理塑料件放在一定溫度的烘箱或加熱液體介質(水、油中靜置一段時間,然后緩慢冷卻至室溫,從而消除塑件的內應力。2、調濕處理用于調整塑件含水量的后處理工序,在加熱與保溫條件下,使制品達到吸濕平衡,從而消除塑件的殘余應力。主要用于吸濕性強的聚酰胺等塑料。§3、注射工藝的影響因素一、溫度的影響1、料溫的影響原則是能夠順利地注射成型而又不引起塑料局部降解。生產中除要嚴格控制料筒的最高溫度外,還應控制塑料熔體在料筒中的停留時間。圖472、模溫的影響模溫、冷卻、粘度、壓力損失圖48二、壓力的影響壓力、熔體不能順利充滿型腔。壓力,造成制品溢料、變形,壓力與溫度是相互

17、制約的。圖49三、注射速度注射速度、熔體速度、剪切作用,粘度,熔體溫度因剪切發(fā)熱而升高,有利充模。過高引起制品局部過熱或分解。四、時間的影響充模時間:大型和厚壁制品充模時間10S以上,小件210S;保壓時間:一般制品為10100S;大型可適當延長。§4 常用塑料及其注射工藝一、聚乙烯(PE高壓聚乙烯(HDPE,常用來制造薄膜,日常用品,中、低壓聚乙烯(M.LDPE密度高,機械強度高。剛性大,熔點也較高,外觀為不透明乳白色。1、工藝性(1為非牛頓型流體,結晶形聚合物,有明顯的熔點,結晶度隨溫度的上升而下降。 (熱氧化性能較差，溫度超過 50C 便有氧化的傾向，一般需加抗氧化劑。 (吸水

18、性較低度（<0.01%）成型前可以不進行干燥處理。 (收縮率大，制品易翹曲變形。 (注射壓力對流動性有很大影響。 2、成型工藝 (1料筒溫度 160220C（低密度） ，高密度在 1082400C (2注射壓力可在 6080MPa。 (3在高剪切速度下存在熔體破裂的傾向，成型時宜選用中等注射速度。 (4模溫 35550C（低） ，高密度聚乙烯為 60700C. (5保壓一般在 1030S 之間，取決于澆口，制品形狀和壁厚。 二、聚丙?。≒P） 聚丙稀由丙稀聚合而成，有著質輕、價廉、無毒、無味等特點，還具有耐腐 蝕，耐溫、強度高等優(yōu)點，主要用于醫(yī)藥、食品、化工及日常生活中。 1、工藝特點 (1、為結晶形聚合物、結晶度可達 50%70%，有明顯的熔點（164170 C） (2、熱穩(wěn)定好，分解溫度可達 300C 以上。 (3、流動性比聚乙稀好。 (4、成型收縮大，并且有各向異性。 (5、折疊性能十分突出，常用來制作各種絞鏈制品。 2、成型工藝 (1、料筒溫度在 2002700C. (2、成型時選用較高的注射壓力，以減少收縮的影響 (3、模具溫度在 30600C 三、聚苯乙烯（PS） 由苯乙烯聚合而成。聚本乙烯是發(fā)現(xiàn)最早，研究較完善的一類塑