塑料成型工藝與模具設計第一章 緒論1-1 課程的性質、內容和要求1.性質：主要專業(yè)課2.內容： 由于注射成型的用途廣泛，所以近年來，注射成型技術無論是在成型物料方面，或者是在成型設備、成型模具和成型工藝方面，均在迅速發(fā)展。 本門課主要闡述： 注射成型理論；注射成型工藝條件選擇與控制；注射模的結構組成與設計方法等。3.要求：1）熟悉塑料注射成型的基本原理和工藝過程。2）掌握塑料注射模的工作原理、結構組成和基本設計方法3）了解塑料擠出成型、壓注成型等其他成型工藝的基本原理。4.教學安排：本課程是一門實踐性很強，綜合運用基礎知識的課程 1） 為配合本課程學習，安排了認識實習、生產實習及試驗課，以了解注射機的結構、原理、工藝、模具特點。 2） 此外，還有2周的課程設計和約13周的畢業(yè)設計。 由此，對所學內容進行全面復習與應用，達到理論聯(lián)系實際，培養(yǎng)分析問題和獨立設計模具的能力。參考書目1.塑料成型工藝與模具設計.曹宏深，趙仲治機械工業(yè)出版社2.注射模設計.張克惠編，西北工業(yè)大學3.塑料成型模具制造技術.任鴻烈編,華南理工大學 4.典型注塑模具結構圖冊.王樹勛、鄧庚厚編，中南理工大學1-2 塑料及其應用一、塑料的概念 1.概念：塑料是一種由樹脂和某些助劑結合而成的高分子化合物。 2.性能：可在一定溫度和壓力下具有流動性，可以被模塑成型為一定的幾何形狀和尺寸的塑料制件。 3.組成： 1）樹脂：又稱高分子有機化合物、聚合物。一般相對分子量在一萬數百萬之間，分天然與合成兩種。 合成樹脂：是人工將低分子化合物單體通過合成方法生產出的高分子化合物。 作用：粘結作用，又叫粘料。 2)添加劑：添加到樹脂中，以改善樹脂的某種性能的材料。 單純樹脂不能滿足成型工藝要求和使用要求。4.特點： 1）密度?。?0.92.3g/cm3，約為鋁的1/2，銅的1/6。 泡沫塑料：=0.010.5g/cm3。 制成同樣大小的制品，塑料件要輕得多。 2）比強度高：按單位質量計算的強度。 雖然塑料的強度不如金屬，但因小，其相當高。 如：40Cr調質后=1000MPa,1000/7.8=128MPa 而用玻璃纖維增強的塑料，拉伸比強度可達170400MPa 3）絕緣性好： 原因：塑料原子內部沒有電子和離子，大多數絕緣性好。 用途：廣泛用于電機電器、電子行業(yè)，作結構零件和絕緣材料，如插頭、插座、開關、手柄、電器等。4）化學穩(wěn)定性好： 對酸、堿等化學藥品具有良好的耐腐蝕能力。 其中PTFE的化學穩(wěn)定性最高，抗蝕能力優(yōu)于黃金，“王水” 對它也無可奈何，故稱為“塑料王”。 廣泛用于化工行業(yè)和日用品中，如：管道、密封件等。5）減摩、耐磨性好： 摩擦系數小、耐磨性強，可用來制造軸承、齒輪、密封圈等。 如PTFE：對鋼的動、靜摩擦系數為0.04，使用溫度250。6）減振、隔音性好： 來自聚合物大分子的彈性、柔韌性。 制成的傳動摩擦零件噪音小、吸振性好。7）不耐熱，在陽光、壓力和某些介質下易老化。8）線脹系數大，影響精度。9）透光、絕熱。 1-3 塑料成型工藝 使塑料原料成型為制品的方法很多，最常用的有注射、擠出、壓縮、壓注、壓延和吹塑等，其中，注射成型方法在機電工業(yè)中應用最多。1. 注射成型：又稱注塑成型根據金屬壓鑄成型原理發(fā)展起來。 原理：將成型物料加熱成粘流態(tài)熔體，在壓力下高速注入閉合模腔，經保壓、冷卻定型成制品。 特點：1）成型周期短、生產效率高； 2）模具工作條件較好； 3）制品精度高； 4）生產條件比較好，操作容易； 5）易實現(xiàn)機械化和自動化； 用途：1）可以用來生產空間幾何形狀非常復雜的塑料制品； 2）在中空吹塑成型中，被用來生產吹塑所用的坯型。2. 擠出成型： 原理：利用螺桿加壓方式，連續(xù)地將塑化好的、呈熔融狀態(tài)的成型物料從擠出機的機筒中擠出，并通過特殊形狀的口模成型，然后借助于牽引裝置將擠出后的塑料制件均勻地拉出，并同時進行冷卻定型處理。 用途： 用來成型截面尺寸一定、長度連續(xù)的二維塑料制品。 如管異型材、板材、片材、薄膜、電線電纜等。特點：連續(xù)生產、斷面形狀相同。3.壓縮成型：又稱壓制、壓塑、模壓成型。 原理：首先將預熱過的松散的塑料原料直接加入敞開的、經加熱的模具型腔內，然后合模，塑料在熱和壓力的作用下呈熔融流動狀態(tài)充滿型腔，然后由于化學反應（熱固性）或物理變化（熱塑性），使塑料硬化定型。 特點： 1）周期長、生產率低(熱塑性塑料成型時需反復加熱冷卻）。 2）勞動強度大，飛邊大，精度不易控制。3）模具易磨損，壽命低。 4）模具結構簡單，可使用普通壓機。 5）制件性能均勻，成型收縮小。 應用： 1）熱固性塑料。 2）流動性很差的熱塑性塑料，無法進行注射成型時方可采用 如：PTFE、添加長纖維、片狀纖維的增強塑料。4.壓注成型：又稱傳遞成型 原理： 壓注模的加料室與型腔由澆注系統(tǒng)相連接。固態(tài)成型物料在加料室內加熱，使之轉變成粘流態(tài)，然后通過壓柱將其壓入型腔，并進行保壓和固化而成制品。 特點：克服了壓縮模的缺點；吸收了注射模的優(yōu)點。成型周期較壓縮成型短。模具壽命長。應用： 制品密度高且均勻，質量高，飛邊較壓縮成型小。5.吹塑成型： 原理： 將擠出機擠出的或注射成型的，處于高彈狀態(tài)的空心塑料型坯置于閉合的模腔內，然后向型坯內部通入壓縮空氣，使其脹大并貼緊于型腔表壁，經冷卻定型后成為具有一定形狀和尺寸精度的中空塑料容器。（塑料瓶、壺）6.真空成型： 原理：在加熱的塑料片材與模腔構成的封閉型腔內抽真空，使片材在大氣壓下發(fā)生塑性變形后緊貼于模腔表面而成為塑料制件。另外，還有泡沫塑料成型、搪塑模、澆鑄模等。1-4 塑料工業(yè)的發(fā)展1.初創(chuàng)階段： 30年代以前，科學家研制成了酚醛PF、硝酸纖維素（與樟腦混合制取可塑性塑料）及醋酸纖維素。特征：間歇法，小批量生產。2.發(fā)展階段：30年代，低密度聚乙烯PE、聚苯乙烯PS、聚氯乙烯PVC和聚酰胺PA等塑料相繼工業(yè)化，為進一步發(fā)展開辟了道路。3.飛躍發(fā)展階段：50年代中期到60年代末。 1）石油化工的高速發(fā)展為塑料工業(yè)提供了豐富而廉價的原料2）齊格勒納塔用有機金屬鉻化物定向催化體系聚合工藝創(chuàng)立的高分子學科的進一步發(fā)展及聚合技術的開拓，使高密度PE和PP工業(yè)化3）工程塑料也因碳酸脂PC和聚甲醛POM、聚酰亞胺PI等的相繼出現(xiàn)并實現(xiàn)工業(yè)化生產，使塑料向耐高溫的領域發(fā)展。4）增強及復合材料的出現(xiàn)使塑料步入高強度、耐高溫的尖端材料領域。5）此階段，塑料的產量和品種不斷增加，成型加工技術更趨完善4.穩(wěn)定增長階段：70年代以來，出現(xiàn)石油危機，原材料價格猛漲，塑料的增長速度下降。 此階段特點： 1）通過共聚、交聯(lián)、共混、復合、增強、填充和發(fā)泡等方法來改進塑料的性能，提高產品的質量，擴大應用領域，生產技術更趨合理。2）塑料工業(yè)向著生產工藝自動化、連續(xù)化，產業(yè)系列化，不斷開拓功能性塑料的新領域發(fā)展。5.我國的塑料工業(yè)。起步較晚40年代只有酚醛和賽璐珞兩種塑料，年產量僅200t。50年代，萬噸級聚氯乙烯裝置投產。 70年代中期，引進幾套石化裝置建成投產。 同時塑料成型加工機械和工藝方法也迅速發(fā)展。由于新的工程塑料不斷開發(fā)與應用，成型工藝不斷成熟與完善，極大促進了塑料成型模具的開發(fā)與制造。隨著工業(yè)塑料制件和日用塑料制件的品種和需求量的日益增加，產品的更新?lián)Q代周期越來越短，對塑料的產量、質量要求越來越高。1-5 塑料成型在工業(yè)生產中的重要性 * 認識： 模具是工業(yè)生產中的重要裝備。 塑料模是指用于成型塑料制品的模具。模具設計水平的高低、加工設備的好壞、制造力量的強弱、模具質量的優(yōu)劣，直接影響新產品的開發(fā)和老產品的更新?lián)Q代，影響著產品質量和經濟效益的提高。 美國稱：模具工業(yè)是美國工業(yè)的基石。日本稱：模具是促進社會繁榮富裕的動力。*發(fā)展狀況 在儀器儀表、家電、交通、通訊、輕工等行業(yè)的產品零件中，70%以上是用模具生產的。工業(yè)發(fā)達國家模具工業(yè)產值早已超過機床行業(yè)的產值。 日本：1991年模具工業(yè)已實現(xiàn)高度的專業(yè)化、標準化和商品化。全國一萬多家企業(yè)中，塑料模、沖壓模企業(yè)各占40%。 韓國：新近統(tǒng)計，模具專業(yè)廠中塑料模占43.9%，沖壓模占44.8%。 新加坡：460家企業(yè)，60%生產塑料模，35%生產沖模和夾具。 說明目前塑料模已和沖壓模并駕齊驅。中國：1989年，國務院頒發(fā)了“當前產業(yè)政策要點的決定”在重點支持技術改造的產業(yè)、產品中，把模具制造列為機械工業(yè)技術改造序列的第一位，它確定了模具工業(yè)在國民經濟中的重要地位。1-6 塑料成型技術的發(fā)展趨勢1.成型理論的進展：隨著塑料件的大型化和復雜化，模具的重量達數噸至十多噸，若只憑經驗設計，往往因設計不當造成模具報廢，數十萬元的費用將毀于一旦，所以設計模具已逐漸向理論設計方面發(fā)展。包括：模板剛度、強度計算，充型流動理論的建立。 目前，有關擠出成型的流動理論和數學模型已建立，并已有應用。有關注射成型的流動理論尚在探討，注射成型的塑料熔體在一維、二維簡單模腔的充型流動理論和數學模型已解決，并已加強在三維模腔中流動行為的研究。2.成型方法的革新：一些新型或有特殊要求的塑料制品要求新的成型方法。如對注射成型 ：有無流道凝料贅物的注射成型、熱固性塑料注射成型、低發(fā)泡、排氣反應、增強反應及多品種塑料的共注射成型等。3.塑料制件的精密化、微型化和超大型化： 精密注射成型是能將塑料制件尺寸公差控制在0.010.001mm之內的成型工藝方法，主要用于電子、儀表工業(yè)。 微型化制件要求在微型設備上生產： 德國已有0.1g的微型注射機，可生產0.05g左右的制件。 國內已有0.5g的微型注射機，可生產0.1g左右的制件。大型化要求有大型、超大型注射成型設備： 法國已有17萬g超大型注射機，合模力150MN 美國已有10萬g的超大型注射機。 日本已有9.6萬g的超大型注射機。國內已有3.5萬g的超大型注射機，合模力80MN。4.模具技術進步： 1）模具加工技術： 已廣泛應用仿形加工、電加工、數控加工等先進技術，并使用坐標鏜、坐標磨、三坐標測量儀等精密加工與測量設備，提高加工精度，縮短加工周期。 2）新材料的研制和應用： 模具材料的選用是模具設計制造中的一個較重要的問題，它將直接影響模具加工成本、使用壽命及塑料件質量等。國內外已對模具的工作條件、失效形式和提高壽命的途徑進行大量研究，開發(fā)出許多性能良好、加工性好、熱處理變形小的新型模具鋼（預硬鋼、新型淬火回火鋼、馬氏體時效鋼、析出硬化鋼、耐蝕鋼等）。3）CAD/CAM 是塑料模具生產中一項革命性措施，也是模具技術發(fā)展的一座里程碑。它的出現(xiàn)可從根本上改變模具的生產面貌，其技術經濟效益是十分巨大的，不僅可使模具生產效率提高幾倍乃至幾十倍，更可保證模具質量水平的提高。4）模具零件的標準化、專業(yè)化：是縮短模具加工周期，降低模具成本的重要方法之一。 據統(tǒng)計，只是標準化、專業(yè)化生產，即可降低成本50%。 美國、日本標準化程度已達70%，專業(yè)化程度分別為90%、74%。中國標準化程度已達20%，專業(yè)化程度剛起步。習題 1塑料與合成樹脂的概念。 2. 塑料的特點。3. 塑料的成型工藝方法。第二章 注射成型理論基礎2-1 聚合物大分子的結構特點一、概念: 1.聚合反應：將低分子化合物單體轉變成大分子物質的過程。 NCH2CH2 CH2-CH2 N式中，CH2CH2是乙烯單分子， CH2-CH2 是聚乙烯結構單元分子式。 N是聚合度，即聚合物所含結構單元的數量,N越大，則聚合物大分子的相對分子質量越高。 2. 聚合物：聚合反應的產物。3. 高分子化合物（也叫大分子物質、高聚物）：相對分子質量大于10000時的聚合物。二、 大分子的形態(tài)特點: 1. 大分子長鏈結構：通過聚合反應形成的大分子呈長鏈結構，象一根細絲，很易彎曲，無外力時為蜷曲狀。 2. 具有柔順性：由于C-C鍵彼此相接時有一定角度，在外力作用時可改變角度，且可自由旋轉。致使具有一定柔軟性和彈性。三、大分子鏈狀結構的類型: 1.線形結構：整條大分子象一根長長的鏈條，基本上沒有分支。 特點：可反復加熱，冷卻。 2.支鏈型：整條大分子具有一個線型主鏈，旁邊帶有一些分支。 特點：可反復加熱，冷卻。 3.體形結構：多個大分子之間發(fā)生交聯(lián)化學反應，使彼此聯(lián)接起來，形成網狀。 特點： 1）一般是有相對分子質量較小的預聚物經過交聯(lián)反應生成。2）只能在交聯(lián)時進行一次加熱，之后便永遠固化2-2聚合物的物理狀態(tài)及加工性能聚合物的物理力學性能與溫度密切相關，溫度變化時聚合物的受力行為發(fā)生變化，呈現(xiàn)出不同的力學狀態(tài)。如圖:曲線1為非結晶聚合物即線形無定型聚合物受恒應力作用時變形程度與溫度的曲線關系,此曲線明顯分為三個階段,即此聚合物存在三種物理狀態(tài)。1.玻璃態(tài)：Tg，曲線基本是水平的，變形程度小，且可逆，處于剛性狀態(tài)特點： 1）呈堅硬固體狀。2）受力變形符合虎克定律，彈性模量和力學強度較高。3）可進行車、銑、刨、磨等切削加工2.高彈態(tài)：gTf，溫度在玻璃化溫度與粘流溫度之間。表現(xiàn)為柔軟而有彈性。特點：1）也呈固體狀（橡膠狀）。2）可獲得很大的彈性變形（不服從虎克定律），彈性是可逆的3）長時間施加外力后，可產生塑性變形（外力強制分子鏈運動的結果）即外力等效溫度作用的性質。 4）變形量不能滿足注射成型要求。5）可進行彎曲、吹塑、引伸、真空成型、沖壓等。3.粘流態(tài)：或稱熔融態(tài)熔體。fTd 特點： 1）可產生很大的宏觀流動，且不能回彈。 2）其變形屬于液態(tài)變形性質，叫粘性變形（此為注射成型應用的狀態(tài)，并可擠壓，壓延，模壓等）。4.熱分解:即降解 T>d5.T<脆化溫度b時，物理性能將發(fā)生變化，很小的外力就折裂。 使塑料失去使用價值，b是塑料是使用的下限。g是塑料使用的上限溫度，T>g時塑料不能保持其尺寸穩(wěn)定性和使用性能。 曲線2為線形結晶聚合物的熱力學曲線。 可知,通常不存在高彈態(tài),和m對應的溫度即叫熔點，即熔融與凝固的臨界溫度。 1)該聚合物低于m時變形量很小,耐熱性較好。 2)故無明顯的高彈態(tài)可在脆化溫度和熔點之間應用。所以使用溫度范圍較寬。2-3成形過程中聚合物的物理化學變化一、聚合物的結晶 1. 概念: 結晶: 材料的質點既近程有序,又遠程有序,即有規(guī)則緊密排列 結晶型聚合物: 聚合物中具有分子作有規(guī)則緊密排列的區(qū)域(結晶區(qū)) 無定型聚合物: 聚合物中沒有結晶區(qū)。 結晶度: 結晶區(qū)在聚合物中所占的重量百分比。 結晶過程: 聚合物由非晶態(tài)轉為晶態(tài)的過程。結晶特征: 在高溫熔體向低溫固體的轉變過程中,分子鏈的構型得到穩(wěn)定規(guī)整的排列。2. 結晶對聚合物性能的影響:* 聚丙烯PP結晶度 70% 90%1)密度: 結晶意味有規(guī)則排列,0.8960.9032)抗拉強度: 結晶后分子間作用加強b(MPa)27.5423)沖擊韌度: 因其分子鏈規(guī)整排列 ak15.24.864)彈性模量: E 44009805)熱性能: 軟化溫度熱變形溫度g() 124.9151.1 6)脆性: 脆化溫度 b() 0 20 7)表面粗糙度: 結晶后分子規(guī)整排列,致密性從而Ra8)透明度：球晶會引起光波散射，導致透明性下降或喪失。二、聚合物的取向 1. 概念:聚合物的大分子及其鏈段或結晶聚合物的微晶粒子在應力作用下形成的有序排列。 2. 原因:聚合物熔體在流道中流動的速率是中心最大,管壁處為0，呈拋物線狀,此時大分子鏈段將順著流動方向作平行排列。(若不作這樣的排列,細而長的鏈段將以不同的速度運動,實際上這是不可能的。)3. 分類:* 1)按應力性質分 拉伸取向:由拉應力引起,取向方位與應力作用方向一致。 如取向薄膜,單絲等。 流動取向:由切應力引起,沿熔體流動方向形成。 如注射。 2)按熔體流動性質分 單軸取向：取向結構單元均沿著一個流動方向有序排列。 如流道中的流動情況。 多軸取向：向結構單元均沿著兩個或多個方向有序排列 如模腔中的流動情況。 3）按溫度分布情況分 等溫取向：機筒、噴嘴中的取向可近視為等溫取向。 非等溫取向：各種流道、澆口及模腔中的取向。4. 取向對性能的影響* 取向的結果是出現(xiàn)各向異性，取向方位的力學性能顯著提高，收縮率增大，垂直與取向方位性能下降。 有時需要取向，如取向薄膜、單絲；有時應消除取向，如許多厚度較大的塑料件。5. 注射成型時影響取向的因素：*1）溫度： 熔體R變形和流動能力模具m解取向能力增加更快解取向：取向后的聚合物大分子在高溫下因布朗運動而恢復原來的蜷曲狀態(tài)的能力2）注射壓力、保壓力熔體中切應力和切變速率加速取向3）沖模速度： 快速沖模時因流速作用，表層附近高度取向，內部溫度解取向能力 慢速沖模時模具帶走的熱量，熔體溫度取向能力4）澆口凍結時間：澆口尺寸冷卻變慢凍結較晚充模延時可在一定程度上補償熱運動引起的解取向，尤其在澆口附近取向非常明顯。三、 降解 1.概念：把相對分子質量降低的現(xiàn)象稱為降解或裂解。 2.原因：由于受到熱和應力的作用或由于高溫下聚合物的微量水分、酸、堿等雜質及空氣中氧的作用，導致分子斷裂、交聯(lián)與結構改變。3.影響：較輕時,使聚合物變色。 進一步,分解出低分子物質，粘度出現(xiàn)氣泡、流紋等弊病，并削弱塑料的物理力學性能。 嚴重時,會使塑料燒焦、碳化、變黑。 4.措施：對成型來說，熱降解是主要的，由應力、氧氣和水引起的為次要的。 1）嚴格控制原材料的技術指標，避免雜質； 2）生產前,干燥處理,特別是聚酯、聚醚、聚酰胺等易吸水分； 3）制定合理的成型工藝，特別是對熱穩(wěn)定性差，加工溫度與分解溫度接近塑料；4）加入穩(wěn)定劑、抗氧化劑等，以提高抗降解能力。四、交聯(lián)* 1.概念：聚合物線型結構轉變?yōu)轶w型結構的化學反應過程。 2.特點：交聯(lián)后聚合物的強度、耐熱性、化學穩(wěn)定性和尺寸穩(wěn)定性提高。 3.適應：熱固性塑料。對熱塑性塑料是有害的。4.原理：聚合物分子鏈中帶有反應基團（羥甲基）或反應活點（不飽和鍵等），成型時與交聯(lián)劑（硬化劑）作用而交聯(lián)在一起。習題1聚合反應的概念。 2. 高聚物的相對質量有多少。3. 聚合物大分子的形態(tài)特點。4聚合物大分子有哪幾種結構類型。5. 聚合物的物理狀態(tài)。 6. 結晶與結晶度的概念。 7. 取向的原因和對制品性能的影響。* 8. 影響取向的因素。* 10.產生降解原因和預防措施。*9. 降解的概念。 11.交聯(lián)反應的概念和特點。*第三章 注射成形物料一、塑料的組成 （塑、材只講概念及作用） 1.樹脂（塑料的主要成分） 作用：1）聯(lián)系或膠粘著塑料中的其他一切組成部分； 2）決定塑料的類型和性能。 2.助劑 概念：用以改善塑料原料的某些性能的添加劑。 作用：改善工藝性能：改進加工條件，提高生產效率； 提高使用性能：改善制品性能，延長壽命。1）填充劑：作用：（1）大大降低塑料成本； （2）顯著改善塑料性能。如：* 酚醛樹脂中加入苯酚，克服了脆性，成本降低；* PE、PVC中加入鈣，提高剛性耐熱性，成本降低；* 聚酰胺、聚甲醛中加入MoS2、石墨、PTFE，使耐磨耐熱，抗水，硬度提高；* 塑料中加入玻璃纖維，機械強度大大提高。類型：按化學性能：無機填料、有機填料 按形狀：粉狀、層狀、纖維狀等 粉狀：木粉、硅藻土、滑石粉、云母粉、石棉粉、高嶺土、石墨、金屬粉； 層片狀：紙張、棉布、石棉布、玻璃布、木片； 纖維狀：棉花、亞麻、石棉絲、玻璃絲、碳纖維、金屬須2）增塑劑 概念：能與樹脂相溶的不易揮發(fā)的高沸點有機化合物。作用：（1）降低樹脂的熔融粘度和溫度，改善流動性；（2）改進塑料的柔軟性、提高延伸率、沖擊性及耐寒性。 原理：加大樹脂分子間距，因而削弱大分子間的作用力，使樹脂分子容易滑移，從而使塑料在較低溫度下具有良好的可塑性和柔軟性。常用：鄰苯二甲酸二丁酯、氯化石蠟。3）穩(wěn)定劑 概念：可以提高樹脂在熱、光、氧和霉菌等因素作用時的穩(wěn)定性，阻緩塑料變質的添加劑。類型：熱穩(wěn)定劑抑制成型過程中可能發(fā)生的熱降解反應；延緩制品在儲存使用中因熱、光、氧的引起的降解。 光穩(wěn)定劑防止在陽光、燈光、高能射線下的降解和性能變壞。 抗氧劑預防和抑制高溫氧化、光輻射氧化脫氫等。 要求：穩(wěn)定效果好；耐水、油、化學藥品，與樹脂相溶；成型過程中不分解，揮發(fā)小，無色。 常用：硬脂酸鹽（鋅）、鉛的化合物等。4）潤滑劑作用：改進流動性，減少或避免對設備、模具的摩擦和粘附。常用：硬脂酸及其鹽類。5）著色劑 類型：有機顏料、無機顏料、染料。 要求：性質穩(wěn)定、不易變色、著色力強；與樹脂有良好的相溶性，不與其他成分起化學反應。6）固化劑（硬化劑）、交聯(lián)劑 如：酚醛樹脂加入六亞甲基四胺，環(huán)氧樹脂加入乙二胺等。另外，還有發(fā)泡劑、阻燃劑、防靜電劑、導電劑、導磁劑。二、塑料的分類 一）按受熱行為分 1.熱塑性塑料 特點：1大分子鏈比較容易活動，受熱時分子間可以相互移動； 2具有較好的可熔性和可模塑性。 3固化后可以再次加熱、冷卻而反復具有流動性和固化性。常見品種：聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚酰胺 PE PP PS PVC PA 丙烯腈-丁二烯-苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯 ABS PMMA 聚四氟乙烯、聚甲醛、聚碳酸酯、聚礬 PTFE POM PC PSF2.熱固性塑料特點：1加熱之初分子呈線型結構，具有可熔性和可塑性，可制成一定形狀塑料件。 2繼續(xù)加熱時發(fā)生交聯(lián)，分子呈網狀結構，固化后，可熔性、可塑性消失。 3冷卻后無法再次加熱軟化或熔融，高溫下只能被燒焦碳化。常見品種：酚醛塑料、氨基塑料、環(huán)氧塑料、不飽和聚酯、PF EP UP 硅塑料。二）按固態(tài)聚合物大分子構型分 1.結晶型塑料 PE、PP、PA、POM、甲醛 2.不定型 PS、PVC、PMMA、PC三）按應用范圍分 1.通用塑料：產量大、用途廣、價格低、性能一般。 產量占總量的一大半以上。 包括6大品種：聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、 PE PP PVC PS 酚醛、氨基塑料2.工程塑料：在工程技術中用作結構材料。 具有較高的強度，很好的耐磨性、耐腐蝕性、自潤滑性及尺寸穩(wěn)定性，即具有某些金屬性能，可以替代金屬作某些機械構件。 常用：聚酰胺、聚甲醛、聚碳酸酯、ABS、聚礬、 PA POM PC ABS PSF 聚苯醚、聚四氯乙烯 PPO PTFE3.特殊塑料：具有某些特殊性能的塑料 。 有高的耐熱性或高的電絕緣性及耐腐蝕性。如：氟塑料：聚四氟乙烯。減摩自潤滑零部件，高溫下或腐蝕介質中的各種無潤滑活塞環(huán)，低轉速摩擦軸承等三、塑料的成型工藝性 一）收縮性 1.概念： 塑料經成型冷卻后，其尺寸或體積發(fā)生收縮的現(xiàn)象。 2.表現(xiàn)形式： 1）線尺寸收縮：熱脹冷縮、脫模時的彈性恢復、塑性變形等原因。 2）后收縮：脫模后，各種殘余應力松弛導致尺寸變化。 3）收縮的方向性： 取向效應各向異性使收縮量因方向不同而有差異。沿取向方位強度大，收縮大，出現(xiàn)方向性，會造成扭曲現(xiàn)象。3.收縮率 實際收縮率： Ss=(LSQ-Ls)/Ls100% 計算收縮率： Sj=(LM-Ls)/Ls100% 對大型、精密模具成型零件尺寸計算時常采用Ss 對普通中、小模具成型零件尺寸計算時常采用Sj二）流動性 1.概念：在成型過程中，塑料熔體在一定溫度和壓力作用下充填模腔的能力。 2.表示方法： * 熔體指數MI： 在一定溫度和壓力下，10min內從熔體指數測定儀出料 孔擠出的聚合物熔體質量(g)表示。 g/10min。 MI越大則流動性越好。* 螺旋流動試驗值： 將被測塑料在一定溫度和壓力下注入標準的阿基米德螺旋線模具內，用其所能達到的流動長度（cm）表示。 流動長度越大，流動性越好。3.影響流動性的因素 1成分 2溫度 3壓力 4剪切作用 5模具結構習 題 1熱塑性物料、熱固性物料的概念。 2通用塑料、工程塑料、特殊塑料的概念。 3試述收縮性及其表現(xiàn)形式。 4流動性的概念與表達方式。第四章 普通注射成型工藝4-1 注射成型原理及工藝過程一、原理 二、工藝過程 一）成型前準備 1、原料檢驗 成型前對原料進行外觀和工藝性檢驗 內容：色澤、粒度、均勻性、流動性、熱穩(wěn)定性、收縮率 2、干燥處理 （除去水分子及揮發(fā)物 ） 作用：避免制件表面出現(xiàn)銀絲、斑紋、氣泡和物料降解。3.嵌件的預熱 嵌件：為了滿足裝配和使用強度的要求，注射成型時鑲嵌在塑料制品內部的金屬件。 注射成型制件冷卻時，制件與嵌件收縮量不一樣，嵌件周圍會產生較大的內應力，導致嵌件周圍的強度下降或出現(xiàn)裂紋。 預熱 溫度差 內應力 4.料筒清理 除去殘存廢料 5.脫模劑的選用 1）液體石蠟 用于聚酰胺（PA） 2）硬脂酸鋅 用于聚酰胺以外的塑料 3）硅油 潤滑效果好，但是價格較貴，使用不便。（需配甲苯溶液） 二）注射過程( 包括加料、塑化、充模、冷卻和脫模幾個過程) 1.加料 要求：因是間歇過程，需定量加料，以保證操作穩(wěn)定，塑化均勻，獲得良好的塑件。 加料過多 熱降解、功率損耗 加料過少 壓力，難于補縮，出現(xiàn)凹陷、空洞 2.塑化 概念：指塑料在料筒內經加熱達到流動狀態(tài)并且具有良好的可塑性的過程。 要求： 1）達到規(guī)定的成型溫度； 2）熔料各點溫度應均勻一致； 3）能提供足夠數量的熔融塑料。 故應視塑料的成型特性，正確選擇工藝參數和設備 3.注射指用柱塞或螺桿推動塑化后的塑料熔體充滿塑料模型腔，并使熔體在壓力下冷卻凝固定型，直止制品脫模的全過程。注射時的流動情況1）充模階段：從柱塞或螺桿向前推進,將熔體射入型腔開始,到填滿型腔為止 時間：0t1； 壓力：0P0 2）保壓補縮階段： 熔體填滿型腔開始，直到柱塞（螺桿）開始后退為止。 時間：t1t2； 壓力：P0 保壓：注射壓力對模腔內的熔體繼續(xù)進行壓實的過程。 補縮：對模腔內熔體因成型收縮而出現(xiàn)的孔隙進行補料的動作。 作用：補充因收縮（冷卻）而在模腔中造成的空隙,使模腔內熔體壓力不變，從而提高制品的完整性和致密型，減少制品因收縮而造成的缺陷。 若保壓力不足，補縮會因澆口摩擦阻力限制不易進行。若保壓時間不足，也會因倒流造成模腔壓力迅速下降的現(xiàn)象。3）倒流：從柱塞開始后退到澆口處熔料凍結為止。時間：t2-t3，因柱塞后退 模腔壓力澆注系統(tǒng)壓力熔體從型腔中倒流型腔壓力（P0-Ps） 影響因素：保壓時間短倒流嚴重 保壓時間長倒流減少，甚至無倒流 對制品質量的影響：Ps和溫度決定制品的平均收縮率4）澆口凍結后的冷卻：t3-t4 制件在密封狀態(tài)下繼續(xù)冷卻、硬化、定型，同時注射機開始重新塑化。隨溫度塑件、p 開模時型腔與大氣壓力之差稱殘余壓力r。 影響r大小的因素： P0大小及保壓與冷卻時間長短。 Pr對質量的影響: Pr0 脫模較困難，制品易刮傷或破裂。 Pr0 制品表面易凹陷，內部有真空泡。Pr0 脫模容易，質量好。5）脫模三）制品的后處理* 1.原因：塑化、冷卻不均勻 收縮不均勻內應力使用中變形開裂。 2.作用：消除內應力，改善性能，提高尺寸穩(wěn)定性。 3.方法： （1）退火處理：制品在一定溫度下保溫一段時間后緩慢冷卻。介質：熱水、動物油、甘油、液體石蠟等。溫度：大于使用溫度1020到小于熱變形溫度1020。時間：取決于塑料品種、介質溫度、制件形狀、壁厚和精度 （2）調濕處理：主要用于聚酰胺類塑料 原因：該類塑料脫模時，高溫下接觸空氣易氧化變色。在空氣中存放或使用時容易吸水膨脹，使精度下降。 方法：制品脫模后立即放在熱水中處理,以隔絕空氣防止氧化,消除內應力，且加快吸濕平衡，穩(wěn)定制品尺寸。 溫度：100120。時間：取決于品種、形狀、厚度、結晶度大小。4-2 注射機與注射成型系統(tǒng) 1）注射成型系統(tǒng)：指注射機內用于成型動作的注射系統(tǒng)、合模系統(tǒng)以及安裝在注射機上的模具。 2）注射量：指注射機一次工作行程所能注射出的熔體的體積(cm3）或質量（g）。 理論注射量：在對空注射條件下，柱塞（螺桿）作一次最大行程時，注射裝置所能注射出來的熔料的體積VT （cm3）。 VT=Ds2S/4 實際注射量：按85%的理論注射量折算出的聚苯乙烯Ps的質量Q（g）。 Q=0.85VT 式中，=1.05Ps的密度(g/cm3)3）合模力：指注射機的合模機構所能施加的最大加緊力。*最大成型面積的確定 經驗公式 A=KV2/3(cm2)式中：V注射量cm3 K經驗系數 約為1.21.5*所需合模力F F=C Pm A式中：C安全系數， C=1.11.5 Pm模腔平均壓力（Pa）A-面積（cm2）4-3注射成型工藝條件的選擇與控制一、溫度 1.料溫 1）料溫對成型工藝的影響 料溫適當時，塑化好、粘度流動阻力 壓力損失 熔體在模內流動充模條件較好。料溫太低，不利于塑化物料粘度流動成型比較困難、制品容易出現(xiàn)熔接痕、表面無光澤、缺料。 料溫太高，易熱降解 制品性能下降。 其中，噴嘴溫度略低于料筒最高溫度，以防止出現(xiàn)“流涎”現(xiàn)象。2.模溫指和制品接觸的模腔表壁的溫度。 模具溫度對熔體的充型能力及塑件的內在性能和外觀質量影響很大，模溫的高低取決于結晶性的有無、塑件尺寸和結構、性能要求及其他工藝條件。 1）模溫對非結晶型塑料成型工藝的影響 模溫 熔料粘度 充模能力，但冷卻時間長。 在順利充模情況下，模溫 冷卻時間 生產率2）模溫對結晶型塑料的成型工藝及制品性能的影響 熔料注入型腔后，當溫度降到熔點以下即開始結晶，模溫的高低影響冷卻速度和結晶速度，從而影響制品性能。 模溫較高 冷卻速度 模溫較低冷卻速度 因此，以中溫比較合適。3）模溫的控制 熱平衡:熔料注入模具自然升溫和自然散熱達到平衡來保持模溫 降溫:通入冷卻介質。 升溫:采用介質加熱或電加熱。二、壓力 1.塑化壓力 背壓 * 概念：采用螺桿式注射機時，螺桿頭部熔料在螺桿轉動后退時受到的壓力叫背壓。 背壓的大小影響螺桿對物料的塑化效果及塑化能力。故又稱塑化壓力。該壓力可通過溢流閥來調節(jié)。 * 背壓對成型工藝和制品質量的影響：背壓 1）驅除物料中的空氣，提高熔體密實程度。 2）螺桿后退速度剪切作用摩擦熱熔體溫度塑化效果 3）但塑化速度成型周期甚至導致降解 *背壓的選擇： 在滿足制品質量的前提下，背壓低一些為好,一般小于2Ma2.注射壓力 1）概念： 螺桿（柱塞）向前移動時，其頭部對塑料熔體施加的力。 2）作用： 克服熔體從料筒流向型腔的流動阻力； 使熔體具有一定的充模速度； 對熔體進行壓實。壓力范圍一般在40130MPa之間，見P107表4-12 3）選擇規(guī)則： a對于玻璃化溫度和熔體粘度較高的塑料宜用較大的注射壓力 b對尺寸較大、形狀復雜或薄壁制品，因流動阻力大，也需要較大的注射壓力。 c熔體溫度低時，注射壓力應大些。d實際流動比應小于熔體在定壓下的流動比。三、時間 概念：充模時間（柱塞、螺桿前進時間）保壓時間（柱塞、螺桿停留在前進位置的時間） 閉模冷卻時間（柱塞后撤、螺桿轉動后退的時間均在其中） 其他時間（開模、脫模、涂脫模劑、放嵌件及合模時間）其中注射和冷卻時間是基本組成部分，對質量有決定性影響1.注射時間：指注射活塞開始向前運動至保壓補縮結束為止，所經歷的時間。其中：充模時間不長，一般小于10s； 保壓時間較長，一般20120s，壁厚的可達510min。 * 保壓時間對質量的影響： 不充分：倒流模壓制品內部產生真空,表面出現(xiàn)凹陷。 足夠長：澆口冷結無倒流制品密度收縮小，無缺陷。過 長：浪費時間無助于密度的增加。 * 保壓時間選擇： 1）形狀復雜和薄壁制件，為保證質量，應增加注射壓力。 2）通常以塑料制品收縮率最小為保壓時間的最佳值。 2.冷卻時間：指注射結束到開啟模具的時間。 * 影響因素： 熔體溫度、模溫、制品厚度、塑料的熱性能、結晶性能。 * 選擇原則： 脫模時制品應有一定的剛度，不因溫度過高而變形翹曲，同時盡量縮短冷卻時間，一般30120s。四、注射成型的用料量 1.注射量 概念：注射機在每一次工作行程中向模內注入的熔體質量或體積。 要求：制品的注射量i設備的最大注射量I i=(0.10.8)I 或者imax=1.25(Ng+j)I件/I式中：g塑件質量 j澆注系統(tǒng)贅料質量 N型腔個數I聚苯乙烯的密度 2.塑化量 概念：注射機單位時間內能夠使物料轉變成具有注射溫度下的最大熔體量（即最大塑化量）。g/s（是針對聚四氟乙烯PS） 其他塑料的塑化量=PS的塑化量PS在注射溫度下的總熱注射塑料在注射溫度下的總熱容五、合模力的計算和控制 1.概念： 額定合模力FI：注射機合模系統(tǒng)產生的合模力。 工藝合模力Fi：注射時實際需要的合模力。 在不同階段，其值不同。 2.要求： FiAPFI 或 Fi（0.8-0.9）FI式中：A制品（包括澆注系統(tǒng)和飛邊）在分型面上的投影面積；P平均模腔壓力。習 題 1注射成型工藝過程 2注射過程 3注射時塑料流動的幾個階段 4制品后處理的原因和方法5三大工藝條件的概念及其對成型工藝的影響第五章 注射模設計概論5-1 塑料特性與模具設計的關系（略）5-2 注射成型制品的設計一、注射成型制品的工藝性: 概念：制品的注射成型性能的好壞。 制品的工藝性好，則成型容易，工藝條件寬松，模具結構簡單，成本較低。二、影響工藝性的因素： 1.形狀結構； 2.尺寸大?。?3.尺寸精度；4.表面質量。三、制品設計 1.設計原則 1）保證制品的使用要求(幾何尺寸、精度、物理力學性能等) 2）力求選用成型性能好、價格低廉的塑料； 3）應力求使形狀、結構簡單，壁厚均勻（易成型）； 4）形狀合理，有利于模具分型、排氣、補縮和冷卻； 5）避免明顯的各向異性，以免制品翹曲變形； 6）技術要求盡量放低；7）輔助工作量應盡量少(成型后不要再機加工)2.制品尺寸 1）外形尺寸 * 影響因素： a.塑料的流動性 可使制品尺寸 b.注射機規(guī)格：注射量、合模力、成型面積、模具固定板尺寸 * 選擇方法： 在滿足制品使用要求前提下，盡量使結構緊湊，以減小外形尺寸，節(jié)省材料和能耗。 2）制品壁厚 * 對工藝的影響： t材料消耗成本，冷卻時間（周期） 易產生凹陷、縮孔、夾心強度 t流動阻力不易成型 * 選擇方法（最小壁厚）： 熱塑性塑料流動性好，最小壁厚可達0.25mm，但一般0.60.9mm，常取24mm。3.制品的尺寸精度:（1）概念：指獲得的塑料件尺寸與產品圖中尺寸的符合程度。（2）影響因素：1）成型材料：塑料的收縮性、流動性、水分、揮發(fā)物含量、原料配置工藝、生產批量等； 2）工藝條件：成型溫度、壓力、時間 收縮量 精度； 3）制件形狀：形狀、壁厚成型收縮；脫模斜度尺寸精度； 4）模具：制造精度、磨損程度、形狀結構收縮的方向性； 5）成型后的時效變化：后收縮，存放不當將產生彎曲、扭曲等變形。由以上的分析可知塑件的尺寸精度往往不高，應在保證使用要求的前提下，選用較低的精度等級。（2）公差： 公差標注時，孔前冠以"+"號；軸前冠以"-"號；中心取其半，冠以""號。 * 公差的選擇: 1）配合尺寸精度高于非配合尺寸精度； 2）受收縮波動影響，小尺寸易達到高精度； 3）不同塑料，收縮率變化不同，尺寸穩(wěn)定性不同4）未注公差按表中8級精度處理 。 4. 表面粗糙度 影響因素: 原料質量，操作水平，模腔表面質量 制品Ra，要求模腔表面越光滑，制造難度越大 一般模腔表面Ra要比塑件Ra低12級或為制品的1/21/4選擇：主要考慮外觀，一般為Ra0.021.25um形狀結構*(1) 脫模斜度:因為冷卻收縮，使塑件包住凸模或型腔中的凸起，因此為便于從塑件中抽出型芯或從型腔中脫出塑件，防止脫模時拉傷塑件，模具上必須有一定的斜度（如圖5-2）。* 影響脫模力的因素:1）收縮率增加，使包緊力增大，導致脫模力增大2）壁厚 3）制品形狀4）脫模斜度減小，使脫模力增大，且易損傷制品表面 * 范圍： 一般0.51.5可按P70表3-11（P134表5-8）選取 1）外表面取較小值，內表面取較大值； 2）型芯越高或型腔越深，取較小值，反之取較大值； 3）為使制品在脫模時留在型芯上，內表面外表面，反之亦然；4）制品精度越高，越小。.(2) 圓角 除了使用上要求采用尖角之外，其余所有轉角處均應盡可能的采用圓角過渡。 作用：避免應力集中，提高制品強度，改善流動，便于脫模。 大?。簝冉荝=0.5t 外角R=1.5t(3) 加強筋 1）作用：a 增加塑件強度 b 防止制品翹曲變形如果增加壁厚不合理易產生縮孔和凹陷 2）加強筋形狀 3）設計原則 * 筋的方向應與物料的填充方向一致，否則將因筋的干擾而出現(xiàn)成型缺陷 * 多設計一些高度較低的筋代替較高的筋。 * 兩筋的中心距不小于2t。 * 各條筋的排列相互錯開。 * 各筋厚度應盡量相同。.(4) 支撐面 a.不宜采用大平面； 原因:不易做平（變形翹曲）、不易支撐（不平穩(wěn)）b.一般采用底腳（3點，4點）支撐或邊框支撐；c.支撐面附近有加強筋時，筋的頂部應低于支撐面0.5mm以上(5) 增強結構（防止變形結構） 1）原因 a.某些結構不許有加強筋或加強筋效果不理想的情況；b.塑件在較高溫度下取出后，將發(fā)生較大變形，需設防變形結構。 2）方法 a.底面加強 b.邊緣加強 c.平板加強 d.側壁加強（6）孔 1）常見孔型 a 通孔 b 盲孔 c 復雜孔 2）孔對成型工藝的影響 a.使熔體流動困難（型芯作用）。 b.孔的周圍易產生熔接痕使強度降低。 c.模具結構復雜。 3）孔的設計原則 a.孔間距取孔的2倍以上（考慮強度）。 b.孔的周邊要加厚（強度和剛度）。 c.孔與端部的距離最好大于孔徑的3倍以上（d小于10mm時） d.孔徑應為軸徑的120140，裝配后需有一定間隙，以免產生熱應力。 e.盲孔時型芯為懸臂梁，如直徑太小，會因塑料流動而變形 d1.5mm時，h2d；d=1.55mm時，h3d； d=510mm時，h4d。f.對于深孔，可用對接型芯，為防止偏心，應將一個型芯加大（7）側凹和側孔 側凹：側向的凹凸結構。 1）側凹的設計（盡量避免側凹） a.盡量應用較淺的側凹以強制脫模, 用于軟塑料制品（如PE、PP等） b.對于較深的側凹可采用瓣合模式模具， 但結構復雜，制造困難。 2）側孔的設計 a.可采用側向分型與抽芯機構，但模具結構復雜。 b.盡量改善側孔結構，以達到事半功倍的目的。原理：使其能實現(xiàn)軸向抽芯（8）嵌件 1）概念：注射成型時鑲嵌在塑料制品內部的金屬零件。 2）作用 a 提高制品的強度，剛度 b 滿足某些特殊的使用要求（導電導磁，抗磨） c 保證制品的精度和尺寸穩(wěn)定性 3）對工藝的影響 使模具結構復雜，操作時間延長 4）常用的嵌件形狀 5）設計要點 a 止轉止退結構：環(huán)行溝槽、滾制花紋、特殊形狀 b 膨脹系數 c 形狀對稱（收縮均勻） d 圓角過渡，減少應力e 定位正確且牢固5-3 注射模的基本結構及分類一、注射模的基本結構與工作原理一）基本結構 1.成型零部件（包括凸模、凹模、型芯等） 作用：主要決定制品的幾何形狀與尺寸。 2.導向機構（導柱、導套、導柱孔） 作用：1）保證動定模之間或模具其他零部件之間的準確對合，以保證制品形狀和尺寸的精度。 2）避免模具中各種零部件間發(fā)生碰撞和干涉。 3.