塑料模讲稿(学生用).doc

塑料成型工艺与模具设计第一章 绪论1-1 课程的性质、内容和要求1.性质：主要专业课2.内容： 由于注射成型的用途广泛，所以近年来，注射成型技术无论是在成型物料方面，或者是在成型设备、成型模具和成型工艺方面，均在迅速发展。 本门课主要阐述： 注射成型理论；注射成型工艺条件选择与控制；注射模的结构组成与设计方法等。3.要求：1）熟悉塑料注射成型的基本原理和工艺过程。2）掌握塑料注射模的工作原理、结构组成和基本设计方法3）了解塑料挤出成型、压注成型等其他成型工艺的基本原理。4.教学安排：本课程是一门实践性很强，综合运用基础知识的课程 1） 为配合本课程学习，安排了认识实习、生产实习及试验课，以了解注射机的结构、原理、工艺、模具特点。 2） 此外，还有2周的课程设计和约13周的毕业设计。 由此，对所学内容进行全面复习与应用，达到理论联系实际，培养分析问题和独立设计模具的能力。参考书目1.塑料成型工艺与模具设计.曹宏深，赵仲治机械工业出版社2.注射模设计.张克惠编，西北工业大学3.塑料成型模具制造技术.任鸿烈编,华南理工大学 4.典型注塑模具结构图册.王树勋、邓庚厚编，中南理工大学1-2 塑料及其应用一、塑料的概念 1.概念：塑料是一种由树脂和某些助剂结合而成的高分子化合物。 2.性能：可在一定温度和压力下具有流动性，可以被模塑成型为一定的几何形状和尺寸的塑料制件。 3.组成： 1）树脂：又称高分子有机化合物、聚合物。一般相对分子量在一万数百万之间，分天然与合成两种。 合成树脂：是人工将低分子化合物单体通过合成方法生产出的高分子化合物。 作用：粘结作用，又叫粘料。 2)添加剂：添加到树脂中，以改善树脂的某种性能的材料。 单纯树脂不能满足成型工艺要求和使用要求。4.特点： 1）密度小：=0.92.3g/cm3，约为铝的1/2，铜的1/6。 泡沫塑料：=0.010.5g/cm3。 制成同样大小的制品，塑料件要轻得多。 2）比强度高：按单位质量计算的强度。 虽然塑料的强度不如金属，但因小，其相当高。 如：40Cr调质后=1000MPa,1000/7.8=128MPa 而用玻璃纤维增强的塑料，拉伸比强度可达170400MPa 3）绝缘性好： 原因：塑料原子内部没有电子和离子，大多数绝缘性好。 用途：广泛用于电机电器、电子行业，作结构零件和绝缘材料，如插头、插座、开关、手柄、电器等。4）化学稳定性好： 对酸、碱等化学药品具有良好的耐腐蚀能力。 其中PTFE的化学稳定性最高，抗蚀能力优于黄金，“王水” 对它也无可奈何，故称为“塑料王”。 广泛用于化工行业和日用品中，如：管道、密封件等。5）减摩、耐磨性好： 摩擦系数小、耐磨性强，可用来制造轴承、齿轮、密封圈等。 如PTFE：对钢的动、静摩擦系数为0.04，使用温度250。6）减振、隔音性好： 来自聚合物大分子的弹性、柔韧性。 制成的传动摩擦零件噪音小、吸振性好。7）不耐热，在阳光、压力和某些介质下易老化。8）线胀系数大，影响精度。9）透光、绝热。 1-3 塑料成型工艺 使塑料原料成型为制品的方法很多，最常用的有注射、挤出、压缩、压注、压延和吹塑等，其中，注射成型方法在机电工业中应用最多。1. 注射成型：又称注塑成型根据金属压铸成型原理发展起来。 原理：将成型物料加热成粘流态熔体，在压力下高速注入闭合模腔，经保压、冷却定型成制品。 特点：1）成型周期短、生产效率高； 2）模具工作条件较好； 3）制品精度高； 4）生产条件比较好，操作容易； 5）易实现机械化和自动化； 用途：1）可以用来生产空间几何形状非常复杂的塑料制品； 2）在中空吹塑成型中，被用来生产吹塑所用的坯型。2. 挤出成型： 原理：利用螺杆加压方式，连续地将塑化好的、呈熔融状态的成型物料从挤出机的机筒中挤出，并通过特殊形状的口模成型，然后借助于牵引装置将挤出后的塑料制件均匀地拉出，并同时进行冷却定型处理。 用途： 用来成型截面尺寸一定、长度连续的二维塑料制品。 如管异型材、板材、片材、薄膜、电线电缆等。特点：连续生产、断面形状相同。3.压缩成型：又称压制、压塑、模压成型。 原理：首先将预热过的松散的塑料原料直接加入敞开的、经加热的模具型腔内，然后合模，塑料在热和压力的作用下呈熔融流动状态充满型腔，然后由于化学反应（热固性）或物理变化（热塑性），使塑料硬化定型。 特点： 1）周期长、生产率低(热塑性塑料成型时需反复加热冷却）。 2）劳动强度大，飞边大，精度不易控制。3）模具易磨损，寿命低。 4）模具结构简单，可使用普通压机。 5）制件性能均匀，成型收缩小。 应用： 1）热固性塑料。 2）流动性很差的热塑性塑料，无法进行注射成型时方可采用 如：PTFE、添加长纤维、片状纤维的增强塑料。4.压注成型：又称传递成型 原理： 压注模的加料室与型腔由浇注系统相连接。固态成型物料在加料室内加热，使之转变成粘流态，然后通过压柱将其压入型腔，并进行保压和固化而成制品。 特点：克服了压缩模的缺点；吸收了注射模的优点。成型周期较压缩成型短。模具寿命长。应用： 制品密度高且均匀，质量高，飞边较压缩成型小。5.吹塑成型： 原理： 将挤出机挤出的或注射成型的，处于高弹状态的空心塑料型坯置于闭合的模腔内，然后向型坯内部通入压缩空气，使其胀大并贴紧于型腔表壁，经冷却定型后成为具有一定形状和尺寸精度的中空塑料容器。（塑料瓶、壶）6.真空成型： 原理：在加热的塑料片材与模腔构成的封闭型腔内抽真空，使片材在大气压下发生塑性变形后紧贴于模腔表面而成为塑料制件。另外，还有泡沫塑料成型、搪塑模、浇铸模等。1-4 塑料工业的发展1.初创阶段： 30年代以前，科学家研制成了酚醛PF、硝酸纤维素（与樟脑混合制取可塑性塑料）及醋酸纤维素。特征：间歇法，小批量生产。2.发展阶段：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等塑料相继工业化，为进一步发展开辟了道路。3.飞跃发展阶段：50年代中期到60年代末。 1）石油化工的高速发展为塑料工业提供了丰富而廉价的原料2）齐格勒纳塔用有机金属铬化物定向催化体系聚合工艺创立的高分子学科的进一步发展及聚合技术的开拓，使高密度PE和PP工业化3）工程塑料也因碳酸脂PC和聚甲醛POM、聚酰亚胺PI等的相继出现并实现工业化生产，使塑料向耐高温的领域发展。4）增强及复合材料的出现使塑料步入高强度、耐高温的尖端材料领域。5）此阶段，塑料的产量和品种不断增加，成型加工技术更趋完善4.稳定增长阶段：70年代以来，出现石油危机，原材料价格猛涨，塑料的增长速度下降。 此阶段特点： 1）通过共聚、交联、共混、复合、增强、填充和发泡等方法来改进塑料的性能，提高产品的质量，扩大应用领域，生产技术更趋合理。2）塑料工业向着生产工艺自动化、连续化，产业系列化，不断开拓功能性塑料的新领域发展。5.我国的塑料工业。起步较晚40年代只有酚醛和赛璐珞两种塑料，年产量仅200t。50年代，万吨级聚氯乙烯装置投产。 70年代中期，引进几套石化装置建成投产。 同时塑料成型加工机械和工艺方法也迅速发展。由于新的工程塑料不断开发与应用，成型工艺不断成熟与完善，极大促进了塑料成型模具的开发与制造。随着工业塑料制件和日用塑料制件的品种和需求量的日益增加，产品的更新换代周期越来越短，对塑料的产量、质量要求越来越高。1-5 塑料成型在工业生产中的重要性 * 认识： 模具是工业生产中的重要装备。 塑料模是指用于成型塑料制品的模具。模具设计水平的高低、加工设备的好坏、制造力量的强弱、模具质量的优劣，直接影响新产品的开发和老产品的更新换代，影响着产品质量和经济效益的提高。 美国称：模具工业是美国工业的基石。日本称：模具是促进社会繁荣富裕的动力。*发展状况 在仪器仪表、家电、交通、通讯、轻工等行业的产品零件中，70%以上是用模具生产的。工业发达国家模具工业产值早已超过机床行业的产值。 日本：1991年模具工业已实现高度的专业化、标准化和商品化。全国一万多家企业中，塑料模、冲压模企业各占40%。 韩国：新近统计，模具专业厂中塑料模占43.9%，冲压模占44.8%。 新加坡：460家企业，60%生产塑料模，35%生产冲模和夹具。 说明目前塑料模已和冲压模并驾齐驱。中国：1989年，国务院颁发了“当前产业政策要点的决定”在重点支持技术改造的产业、产品中，把模具制造列为机械工业技术改造序列的第一位，它确定了模具工业在国民经济中的重要地位。1-6 塑料成型技术的发展趋势1.成型理论的进展：随着塑料件的大型化和复杂化，模具的重量达数吨至十多吨，若只凭经验设计，往往因设计不当造成模具报废，数十万元的费用将毁于一旦，所以设计模具已逐渐向理论设计方面发展。包括：模板刚度、强度计算，充型流动理论的建立。 目前，有关挤出成型的流动理论和数学模型已建立，并已有应用。有关注射成型的流动理论尚在探讨，注射成型的塑料熔体在一维、二维简单模腔的充型流动理论和数学模型已解决，并已加强在三维模腔中流动行为的研究。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。如对注射成型 ：有无流道凝料赘物的注射成型、热固性塑料注射成型、低发泡、排气反应、增强反应及多品种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： 精密注射成型是能将塑料制件尺寸公差控制在0.010.001mm之内的成型工艺方法，主要用于电子、仪表工业。 微型化制件要求在微型设备上生产： 德国已有0.1g的微型注射机，可生产0.05g左右的制件。 国内已有0.5g的微型注射机，可生产0.1g左右的制件。大型化要求有大型、超大型注射成型设备： 法国已有17万g超大型注射机，合模力150MN 美国已有10万g的超大型注射机。 日本已有9.6万g的超大型注射机。国内已有3.5万g的超大型注射机，合模力80MN。4.模具技术进步： 1）模具加工技术： 已广泛应用仿形加工、电加工、数控加工等先进技术，并使用坐标镗、坐标磨、三坐标测量仪等精密加工与测量设备，提高加工精度，缩短加工周期。 2）新材料的研制和应用： 模具材料的选用是模具设计制造中的一个较重要的问题，它将直接影响模具加工成本、使用寿命及塑料件质量等。国内外已对模具的工作条件、失效形式和提高寿命的途径进行大量研究，开发出许多性能良好、加工性好、热处理变形小的新型模具钢（预硬钢、新型淬火回火钢、马氏体时效钢、析出硬化钢、耐蚀钢等）。3）CAD/CAM 是塑料模具生产中一项革命性措施，也是模具技术发展的一座里程碑。它的出现可从根本上改变模具的生产面貌，其技术经济效益是十分巨大的，不仅可使模具生产效率提高几倍乃至几十倍，更可保证模具质量水平的提高。4）模具零件的标准化、专业化：是缩短模具加工周期，降低模具成本的重要方法之一。 据统计，只是标准化、专业化生产，即可降低成本50%。 美国、日本标准化程度已达70%，专业化程度分别为90%、74%。中国标准化程度已达20%，专业化程度刚起步。习题 1塑料与合成树脂的概念。 2. 塑料的特点。3. 塑料的成型工艺方法。第二章 注射成型理论基础2-1 聚合物大分子的结构特点一、概念: 1.聚合反应：将低分子化合物单体转变成大分子物质的过程。 NCH2CH2 CH2-CH2 N式中，CH2CH2是乙烯单分子， CH2-CH2 是聚乙烯结构单元分子式。 N是聚合度，即聚合物所含结构单元的数量,N越大，则聚合物大分子的相对分子质量越高。 2. 聚合物：聚合反应的产物。3. 高分子化合物（也叫大分子物质、高聚物）：相对分子质量大于10000时的聚合物。二、 大分子的形态特点: 1. 大分子长链结构：通过聚合反应形成的大分子呈长链结构，象一根细丝，很易弯曲，无外力时为蜷曲状。 2. 具有柔顺性：由于C-C键彼此相接时有一定角度，在外力作用时可改变角度，且可自由旋转。致使具有一定柔软性和弹性。三、大分子链状结构的类型: 1.线形结构：整条大分子象一根长长的链条，基本上没有分支。 特点：可反复加热，冷却。 2.支链型：整条大分子具有一个线型主链，旁边带有一些分支。 特点：可反复加热，冷却。 3.体形结构：多个大分子之间发生交联化学反应，使彼此联接起来，形成网状。 特点： 1）一般是有相对分子质量较小的预聚物经过交联反应生成。2）只能在交联时进行一次加热，之后便永远固化2-2聚合物的物理状态及加工性能聚合物的物理力学性能与温度密切相关，温度变化时聚合物的受力行为发生变化，呈现出不同的力学状态。如图:曲线1为非结晶聚合物即线形无定型聚合物受恒应力作用时变形程度与温度的曲线关系,此曲线明显分为三个阶段,即此聚合物存在三种物理状态。1.玻璃态：Tg，曲线基本是水平的，变形程度小，且可逆，处于刚性状态特点： 1）呈坚硬固体状。2）受力变形符合虎克定律，弹性模量和力学强度较高。3）可进行车、铣、刨、磨等切削加工2.高弹态：gTf，温度在玻璃化温度与粘流温度之间。表现为柔软而有弹性。特点：1）也呈固体状（橡胶状）。2）可获得很大的弹性变形（不服从虎克定律），弹性是可逆的3）长时间施加外力后，可产生塑性变形（外力强制分子链运动的结果）即外力等效温度作用的性质。 4）变形量不能满足注射成型要求。5）可进行弯曲、吹塑、引伸、真空成型、冲压等。3.粘流态：或称熔融态熔体。fTd 特点： 1）可产生很大的宏观流动，且不能回弹。 2）其变形属于液态变形性质，叫粘性变形（此为注射成型应用的状态，并可挤压，压延，模压等）。4.热分解:即降解 Td5.Tg时塑料不能保持其尺寸稳定性和使用性能。 曲线2为线形结晶聚合物的热力学曲线。 可知,通常不存在高弹态,和m对应的温度即叫熔点，即熔融与凝固的临界温度。 1)该聚合物低于m时变形量很小,耐热性较好。 2)故无明显的高弹态可在脆化温度和熔点之间应用。所以使用温度范围较宽。2-3成形过程中聚合物的物理化学变化一、聚合物的结晶 1. 概念: 结晶: 材料的质点既近程有序,又远程有序,即有规则紧密排列 结晶型聚合物: 聚合物中具有分子作有规则紧密排列的区域(结晶区) 无定型聚合物: 聚合物中没有结晶区。 结晶度: 结晶区在聚合物中所占的重量百分比。 结晶过程: 聚合物由非晶态转为晶态的过程。结晶特征: 在高温熔体向低温固体的转变过程中,分子链的构型得到稳定规整的排列。2. 结晶对聚合物性能的影响:* 聚丙烯PP结晶度 70% 90%1)密度: 结晶意味有规则排列,0.8960.9032)抗拉强度: 结晶后分子间作用加强b(MPa)27.5423)冲击韧度: 因其分子链规整排列 ak15.24.864)弹性模量: E 44009805)热性能: 软化温度热变形温度g() 124.9151.1 6)脆性: 脆化温度 b() 0 20 7)表面粗糙度: 结晶后分子规整排列,致密性从而Ra8)透明度：球晶会引起光波散射，导致透明性下降或丧失。二、聚合物的取向 1. 概念:聚合物的大分子及其链段或结晶聚合物的微晶粒子在应力作用下形成的有序排列。 2. 原因:聚合物熔体在流道中流动的速率是中心最大,管壁处为0，呈抛物线状,此时大分子链段将顺着流动方向作平行排列。(若不作这样的排列,细而长的链段将以不同的速度运动,实际上这是不可能的。)3. 分类:* 1)按应力性质分 拉伸取向:由拉应力引起,取向方位与应力作用方向一致。 如取向薄膜,单丝等。 流动取向:由切应力引起,沿熔体流动方向形成。 如注射。 2)按熔体流动性质分 单轴取向：取向结构单元均沿着一个流动方向有序排列。 如流道中的流动情况。 多轴取向：向结构单元均沿着两个或多个方向有序排列 如模腔中的流动情况。 3）按温度分布情况分 等温取向：机筒、喷嘴中的取向可近视为等温取向。 非等温取向：各种流道、浇口及模腔中的取向。4. 取向对性能的影响* 取向的结果是出现各向异性，取向方位的力学性能显著提高，收缩率增大，垂直与取向方位性能下降。 有时需要取向，如取向薄膜、单丝；有时应消除取向，如许多厚度较大的塑料件。5. 注射成型时影响取向的因素：*1）温度： 熔体R变形和流动能力模具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温下因布朗运动而恢复原来的蜷曲状态的能力2）注射压力、保压力熔体中切应力和切变速率加速取向3）冲模速度： 快速冲模时因流速作用，表层附近高度取向，内部温度解取向能力 慢速冲模时模具带走的热量，熔体温度取向能力4）浇口冻结时间：浇口尺寸冷却变慢冻结较晚充模延时可在一定程度上补偿热运动引起的解取向，尤其在浇口附近取向非常明显。三、 降解 1.概念：把相对分子质量降低的现象称为降解或裂解。 2.原因：由于受到热和应力的作用或由于高温下聚合物的微量水分、酸、碱等杂质及空气中氧的作用，导致分子断裂、交联与结构改变。3.影响：较轻时,使聚合物变色。 进一步,分解出低分子物质，粘度出现气泡、流纹等弊病，并削弱塑料的物理力学性能。 严重时,会使塑料烧焦、碳化、变黑。 4.措施：对成型来说，热降解是主要的，由应力、氧气和水引起的为次要的。 1）严格控制原材料的技术指标，避免杂质； 2）生产前,干燥处理,特别是聚酯、聚醚、聚酰胺等易吸水分； 3）制定合理的成型工艺，特别是对热稳定性差，加工温度与分解温度接近塑料；4）加入稳定剂、抗氧化剂等，以提高抗降解能力。四、交联* 1.概念：聚合物线型结构转变为体型结构的化学反应过程。 2.特点：交联后聚合物的强度、耐热性、化学稳定性和尺寸稳定性提高。 3.适应：热固性塑料。对热塑性塑料是有害的。4.原理：聚合物分子链中带有反应基团（羟甲基）或反应活点（不饱和键等），成型时与交联剂（硬化剂）作用而交联在一起。习题1聚合反应的概念。 2. 高聚物的相对质量有多少。3. 聚合物大分子的形态特点。4聚合物大分子有哪几种结构类型。5. 聚合物的物理状态。 6. 结晶与结晶度的概念。 7. 取向的原因和对制品性能的影响。* 8. 影响取向的因素。* 10.产生降解原因和预防措施。*9. 降解的概念。 11.交联反应的概念和特点。*第三章 注射成形物料一、塑料的组成 （塑、材只讲概念及作用） 1.树脂（塑料的主要成分） 作用：1）联系或胶粘着塑料中的其他一切组成部分； 2）决定塑料的类型和性能。 2.助剂 概念：用以改善塑料原料的某些性能的添加剂。 作用：改善工艺性能：改进加工条件，提高生产效率； 提高使用性能：改善制品性能，延长寿命。1）填充剂：作用：（1）大大降低塑料成本； （2）显著改善塑料性能。如：* 酚醛树脂中加入苯酚，克服了脆性，成本降低；* PE、PVC中加入钙，提高刚性耐热性，成本降低；* 聚酰胺、聚甲醛中加入MoS2、石墨、PTFE，使耐磨耐热，抗水，硬度提高；* 塑料中加入玻璃纤维，机械强度大大提高。类型：按化学性能：无机填料、有机填料 按形状：粉状、层状、纤维状等 粉状：木粉、硅藻土、滑石粉、云母粉、石棉粉、高岭土、石墨、金属粉； 层片状：纸张、棉布、石棉布、玻璃布、木片； 纤维状：棉花、亚麻、石棉丝、玻璃丝、碳纤维、金属须2）增塑剂 概念：能与树脂相溶的不易挥发的高沸点有机化合物。作用：（1）降低树脂的熔融粘度和温度，改善流动性；（2）改进塑料的柔软性、提高延伸率、冲击性及耐寒性。 原理：加大树脂分子间距，因而削弱大分子间的作用力，使树脂分子容易滑移，从而使塑料在较低温度下具有良好的可塑性和柔软性。常用：邻苯二甲酸二丁酯、氯化石蜡。3）稳定剂 概念：可以提高树脂在热、光、氧和霉菌等因素作用时的稳定性，阻缓塑料变质的添加剂。类型：热稳定剂抑制成型过程中可能发生的热降解反应；延缓制品在储存使用中因热、光、氧的引起的降解。 光稳定剂防止在阳光、灯光、高能射线下的降解和性能变坏。 抗氧剂预防和抑制高温氧化、光辐射氧化脱氢等。 要求：稳定效果好；耐水、油、化学药品，与树脂相溶；成型过程中不分解，挥发小，无色。 常用：硬脂酸盐（锌）、铅的化合物等。4）润滑剂作用：改进流动性，减少或避免对设备、模具的摩擦和粘附。常用：硬脂酸及其盐类。5）着色剂 类型：有机颜料、无机颜料、染料。 要求：性质稳定、不易变色、着色力强；与树脂有良好的相溶性，不与其他成分起化学反应。6）固化剂（硬化剂）、交联剂 如：酚醛树脂加入六亚甲基四胺，环氧树脂加入乙二胺等。另外，还有发泡剂、阻燃剂、防静电剂、导电剂、导磁剂。二、塑料的分类 一）按受热行为分 1.热塑性塑料 特点：1大分子链比较容易活动，受热时分子间可以相互移动； 2具有较好的可熔性和可模塑性。 3固化后可以再次加热、冷却而反复具有流动性和固化性。常见品种：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、聚矾 PTFE POM PC PSF2.热固性塑料特点：1加热之初分子呈线型结构，具有可熔性和可塑性，可制成一定形状塑料件。 2继续加热时发生交联，分子呈网状结构，固化后，可熔性、可塑性消失。 3冷却后无法再次加热软化或熔融，高温下只能被烧焦碳化。常见品种：酚醛塑料、氨基塑料、环氧塑料、不饱和聚酯、PF EP UP 硅塑料。二）按固态聚合物大分子构型分 1.结晶型塑料 PE、PP、PA、POM、甲醛 2.不定型 PS、PVC、PMMA、PC三）按应用范围分 1.通用塑料：产量大、用途广、价格低、性能一般。 产量占总量的一大半以上。 包括6大品种：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：在工程技术中用作结构材料。 具有较高的强度，很好的耐磨性、耐腐蚀性、自润滑性及尺寸稳定性，即具有某些金属性能，可以替代金属作某些机械构件。 常用：聚酰胺、聚甲醛、聚碳酸酯、ABS、聚矾、 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 。 有高的耐热性或高的电绝缘性及耐腐蚀性。如：氟塑料：聚四氟乙烯。减摩自润滑零部件，高温下或腐蚀介质中的各种无润滑活塞环，低转速摩擦轴承等三、塑料的成型工艺性 一）收缩性 1.概念： 塑料经成型冷却后，其尺寸或体积发生收缩的现象。 2.表现形式： 1）线尺寸收缩：热胀冷缩、脱模时的弹性恢复、塑性变形等原因。 2）后收缩：脱模后，各种残余应力松弛导致尺寸变化。 3）收缩的方向性： 取向效应各向异性使收缩量因方向不同而有差异。沿取向方位强度大，收缩大，出现方向性，会造成扭曲现象。3.收缩率 实际收缩率： Ss=(LSQ-Ls)/Ls100% 计算收缩率： Sj=(LM-Ls)/Ls100% 对大型、精密模具成型零件尺寸计算时常采用Ss 对普通中、小模具成型零件尺寸计算时常采用Sj二）流动性 1.概念：在成型过程中，塑料熔体在一定温度和压力作用下充填模腔的能力。 2.表示方法： * 熔体指数MI： 在一定温度和压力下，10min内从熔体指数测定仪出料 孔挤出的聚合物熔体质量(g)表示。 g/10min。 MI越大则流动性越好。* 螺旋流动试验值： 将被测塑料在一定温度和压力下注入标准的阿基米德螺旋线模具内，用其所能达到的流动长度（cm）表示。 流动长度越大，流动性越好。3.影响流动性的因素 1成分 2温度 3压力 4剪切作用 5模具结构习 题 1热塑性物料、热固性物料的概念。 2通用塑料、工程塑料、特殊塑料的概念。 3试述收缩性及其表现形式。 4流动性的概念与表达方式。第四章 普通注射成型工艺4-1 注射成型原理及工艺过程一、原理 二、工艺过程 一）成型前准备 1、原料检验 成型前对原料进行外观和工艺性检验 内容：色泽、粒度、均匀性、流动性、热稳定性、收缩率 2、干燥处理 （除去水分子及挥发物 ） 作用：避免制件表面出现银丝、斑纹、气泡和物料降解。3.嵌件的预热 嵌件：为了满足装配和使用强度的要求，注射成型时镶嵌在塑料制品内部的金属件。 注射成型制件冷却时，制件与嵌件收缩量不一样，嵌件周围会产生较大的内应力，导致嵌件周围的强度下降或出现裂纹。 预热 温度差 内应力 4.料筒清理 除去残存废料 5.脱模剂的选用 1）液体石蜡 用于聚酰胺（PA） 2）硬脂酸锌 用于聚酰胺以外的塑料 3）硅油 润滑效果好，但是价格较贵，使用不便。（需配甲苯溶液） 二）注射过程( 包括加料、塑化、充模、冷却和脱模几个过程) 1.加料 要求：因是间歇过程，需定量加料，以保证操作稳定，塑化均匀，获得良好的塑件。 加料过多 热降解、功率损耗 加料过少 压力，难于补缩，出现凹陷、空洞 2.塑化 概念：指塑料在料筒内经加热达到流动状态并且具有良好的可塑性的过程。 要求： 1）达到规定的成型温度； 2）熔料各点温度应均匀一致； 3）能提供足够数量的熔融塑料。 故应视塑料的成型特性，正确选择工艺参数和设备 3.注射指用柱塞或螺杆推动塑化后的塑料熔体充满塑料模型腔，并使熔体在压力下冷却凝固定型，直止制品脱模的全过程。注射时的流动情况1）充模阶段：从柱塞或螺杆向前推进,将熔体射入型腔开始,到填满型腔为止 时间：0t1； 压力：0P0 2）保压补缩阶段： 熔体填满型腔开始，直到柱塞（螺杆）开始后退为止。 时间：t1t2； 压力：P0 保压：注射压力对模腔内的熔体继续进行压实的过程。 补缩：对模腔内熔体因成型收缩而出现的孔隙进行补料的动作。 作用：补充因收缩（冷却）而在模腔中造成的空隙,使模腔内熔体压力不变，从而提高制品的完整性和致密型，减少制品因收缩而造成的缺陷。 若保压力不足，补缩会因浇口摩擦阻力限制不易进行。若保压时间不足，也会因倒流造成模腔压力迅速下降的现象。3）倒流：从柱塞开始后退到浇口处熔料冻结为止。时间：t2-t3，因柱塞后退 模腔压力浇注系统压力熔体从型腔中倒流型腔压力（P0-Ps） 影响因素：保压时间短倒流严重 保压时间长倒流减少，甚至无倒流 对制品质量的影响：Ps和温度决定制品的平均收缩率4）浇口冻结后的冷却：t3-t4 制件在密封状态下继续冷却、硬化、定型，同时注射机开始重新塑化。随温度塑件、p 开模时型腔与大气压力之差称残余压力r。 影响r大小的因素： P0大小及保压与冷却时间长短。 Pr对质量的影响: Pr0 脱模较困难，制品易刮伤或破裂。 Pr0 制品表面易凹陷，内部有真空泡。Pr0 脱模容易，质量好。5）脱模三）制品的后处理* 1.原因：塑化、冷却不均匀 收缩不均匀内应力使用中变形开裂。 2.作用：消除内应力，改善性能，提高尺寸稳定性。 3.方法： （1）退火处理：制品在一定温度下保温一段时间后缓慢冷却。介质：热水、动物油、甘油、液体石蜡等。温度：大于使用温度1020到小于热变形温度1020。时间：取决于塑料品种、介质温度、制件形状、壁厚和精度 （2）调湿处理：主要用于聚酰胺类塑料 原因：该类塑料脱模时，高温下接触空气易氧化变色。在空气中存放或使用时容易吸水膨胀，使精度下降。 方法：制品脱模后立即放在热水中处理,以隔绝空气防止氧化,消除内应力，且加快吸湿平衡，稳定制品尺寸。 温度：100120。时间：取决于品种、形状、厚度、结晶度大小。4-2 注射机与注射成型系统 1）注射成型系统：指注射机内用于成型动作的注射系统、合模系统以及安装在注射机上的模具。 2）注射量：指注射机一次工作行程所能注射出的熔体的体积(cm3）或质量（g）。 理论注射量：在对空注射条件下，柱塞（螺杆）作一次最大行程时，注射装置所能注射出来的熔料的体积VT （cm3）。 VT=Ds2S/4 实际注射量：按85%的理论注射量折算出的聚苯乙烯Ps的质量Q（g）。 Q=0.85VT 式中，=1.05Ps的密度(g/cm3)3）合模力：指注射机的合模机构所能施加的最大加紧力。*最大成型面积的确定 经验公式 A=KV2/3(cm2)式中：V注射量cm3 K经验系数 约为1.21.5*所需合模力F F=C Pm A式中：C安全系数， C=1.11.5 Pm模腔平均压力（Pa）A-面积（cm2）4-3注射成型工艺条件的选择与控制一、温度 1.料温 1）料温对成型工艺的影响 料温适当时，塑化好、粘度流动阻力 压力损失 熔体在模内流动充模条件较好。料温太低，不利于塑化物料粘度流动成型比较困难、制品容易出现熔接痕、表面无光泽、缺料。 料温太高，易热降解 制品性能下降。 其中，喷嘴温度略低于料筒最高温度，以防止出现“流涎”现象。2.模温指和制品接触的模腔表壁的温度。 模具温度对熔体的充型能力及塑件的内在性能和外观质量影响很大，模温的高低取决于结晶性的有无、塑件尺寸和结构、性能要求及其他工艺条件。 1）模温对非结晶型塑料成型工艺的影响 模温 熔料粘度 充模能力，但冷却时间长。 在顺利充模情况下，模温 冷却时间 生产率2）模温对结晶型塑料的成型工艺及制品性能的影响 熔料注入型腔后，当温度降到熔点以下即开始结晶，模温的高低影响冷却速度和结晶速度，从而影响制品性能。 模温较高 冷却速度 模温较低冷却速度 因此，以中温比较合适。3）模温的控制 热平衡:熔料注入模具自然升温和自然散热达到平衡来保持模温 降温:通入冷却介质。 升温:采用介质加热或电加热。二、压力 1.塑化压力 背压 * 概念：采用螺杆式注射机时，螺杆头部熔料在螺杆转动后退时受到的压力叫背压。 背压的大小影响螺杆对物料的塑化效果及塑化能力。故又称塑化压力。该压力可通过溢流阀来调节。 * 背压对成型工艺和制品质量的影响：背压 1）驱除物料中的空气，提高熔体密实程度。 2）螺杆后退速度剪切作用摩擦热熔体温度塑化效果 3）但塑化速度成型周期甚至导致降解 *背压的选择： 在满足制品质量的前提下，背压低一些为好,一般小于2Ma2.注射压力 1）概念： 螺杆（柱塞）向前移动时，其头部对塑料熔体施加的力。 2）作用： 克服熔体从料筒流向型腔的流动阻力； 使熔体具有一定的充模速度； 对熔体进行压实。压力范围一般在40130MPa之间，见P107表4-12 3）选择规则： a对于玻璃化温度和熔体粘度较高的塑料宜用较大的注射压力 b对尺寸较大、形状复杂或薄壁制品，因流动阻力大，也需要较大的注射压力。 c熔体温度低时，注射压力应大些。d实际流动比应小于熔体在定压下的流动比。三、时间 概念：充模时间（柱塞、螺杆前进时间）保压时间（柱塞、螺杆停留在前进位置的时间） 闭模冷却时间（柱塞后撤、螺杆转动后退的时间均在其中） 其他时间（开模、脱模、涂脱模剂、放嵌件及合模时间）其中注射和冷却时间是基本组成部分，对质量有决定性影响1.注射时间：指注射活塞开始向前运动至保压补缩结束为止，所经历的时间。其中：充模时间不长，一般小于10s； 保压时间较长，一般20120s，壁厚的可达510min。 * 保压时间对质量的影响： 不充分：倒流模压制品内部产生真空,表面出现凹陷。 足够长：浇口冷结无倒流制品密度收缩小，无缺陷。过 长：浪费时间无助于密度的增加。 * 保压时间选择： 1）形状复杂和薄壁制件，为保证质量，应增加注射压力。 2）通常以塑料制品收缩率最小为保压时间的最佳值。 2.冷却时间：指注射结束到开启模具的时间。 * 影响因素： 熔体温度、模温、制品厚度、塑料的热性能、结晶性能。 * 选择原则： 脱模时制品应有一定的刚度，不因温度过高而变形翘曲，同时尽量缩短冷却时间，一般30120s。四、注射成型的用料量 1.注射量 概念：注射机在每一次工作行程中向模内注入的熔体质量或体积。 要求：制品的注射量i设备的最大注射量I i=(0.10.8)I 或者imax=1.25(Ng+j)I件/I式中：g塑件质量 j浇注系统赘料质量 N型腔个数I聚苯乙烯的密度 2.塑化量 概念：注射机单位时间内能够使物料转变成具有注射温度下的最大熔体量（即最大塑化量）。g/s（是针对聚四氟乙烯PS） 其他塑料的塑化量=PS的塑化量PS在注射温度下的总热注射塑料在注射温度下的总热容五、合模力的计算和控制 1.概念： 额定合模力FI：注射机合模系统产生的合模力。 工艺合模力Fi：注射时实际需要的合模力。 在不同阶段，其值不同。 2.要求： FiAPFI 或 Fi（0.8-0.9）FI式中：A制品（包括浇注系统和飞边）在分型面上的投影面积；P平均模腔压力。习 题 1注射成型工艺过程 2注射过程 3注射时塑料流动的几个阶段 4制品后处理的原因和方法5三大工艺条件的概念及其对成型工艺的影响第五章 注射模设计概论5-1 塑料特性与模具设计的关系（略）5-2 注射成型制品的设计一、注射成型制品的工艺性: 概念：制品的注射成型性能的好坏。 制品的工艺性好，则成型容易，工艺条件宽松，模具结构简单，成本较低。二、影响工艺性的因素： 1.形状结构； 2.尺寸大小； 3.尺寸精度；4.表面质量。三、制品设计 1.设计原则 1）保证制品的使用要求(几何尺寸、精度、物理力学性能等) 2）力求选用成型性能好、价格低廉的塑料； 3）应力求使形状、结构简单，壁厚均匀（易成型）； 4）形状合理，有利于模具分型、排气、补缩和冷却； 5）避免明显的各向异性，以免制品翘曲变形； 6）技术要求尽量放低；7）辅助工作量应尽量少(成型后不要再机加工)2.制品尺寸 1）外形尺寸 * 影响因素： a.塑料的流动性 可使制品尺寸 b.注射机规格：注射量、合模力、成型面积、模具固定板尺寸 * 选择方法： 在满足制品使用要求前提下，尽量使结构紧凑，以减小外形尺寸，节省材料和能耗。 2）制品壁厚 * 对工艺的影响： t材料消耗成本，冷却时间（周期） 易产生凹陷、缩孔、夹心强度 t流动阻力不易成型 * 选择方法（最小壁厚）： 热塑性塑料流动性好，最小壁厚可达0.25mm，但一般0.60.9mm，常取24mm。3.制品的尺寸精度:（1）概念：指获得的塑料件尺寸与产品图中尺寸的符合程度。（2）影响因素：1）成型材料：塑料的收缩性、流动性、水分、挥发物含量、原料配置工艺、生产批量等； 2）工艺条件：成型温度、压力、时间 收缩量 精度； 3）制件形状：形状、壁厚成型收缩；脱模斜度尺寸精度； 4）模具：制造精度、磨损程度、形状结构收缩的方向性； 5）成型后的时效变化：后收缩，存放不当将产生弯曲、扭曲等变形。由以上的分析可知塑件的尺寸精度往往不高，应在保证使用要求的前提下，选用较低的精度等级。（2）公差： 公差标注时，孔前冠以+号；轴前冠以-号；中心取其半，冠以号。 * 公差的选择: 1）配合尺寸精度高于非配合尺寸精度； 2）受收缩波动影响，小尺寸易达到高精度； 3）不同塑料，收缩率变化不同，尺寸稳定性不同4）未注公差按表中8级精度处理 。 4. 表面粗糙度 影响因素: 原料质量，操作水平，模腔表面质量 制品Ra，要求模腔表面越光滑，制造难度越大 一般模腔表面Ra要比塑件Ra低12级或为制品的1/21/4选择：主要考虑外观，一般为Ra0.021.25um形状结构*(1) 脱模斜度:因为冷却收缩，使塑件包住凸模或型腔中的凸起，因此为便于从塑件中抽出型芯或从型腔中脱出塑件，防止脱模时拉伤塑件，模具上必须有一定的斜度（如图5-2）。* 影响脱模力的因素:1）收缩率增加，使包紧力增大，导致脱模力增大2）壁厚 3）制品形状4）脱模斜度减小，使脱模力增大，且易损伤制品表面 * 范围： 一般0.51.5可按P70表3-11（P134表5-8）选取 1）外表面取较小值，内表面取较大值； 2）型芯越高或型腔越深，取较小值，反之取较大值； 3）为使制品在脱模时留在型芯上，内表面外表面，反之亦然；4）制品精度越高，越小。.(2) 圆角 除了使用上要求采用尖角之外，其余所有转角处均应尽可能的采用圆角过渡。 作用：避免应力集中，提高制品强度，改善流动，便于脱模。 大小：内角R=0.5t 外角R=1.5t(3) 加强筋 1）作用：a 增加塑件强度 b 防止制品翘曲变形如果增加壁厚不合理易产生缩孔和凹陷 2）加强筋形状 3）设计原则 * 筋的方向应与物料的填充方向一致，否则将因筋的干扰而出现成型缺陷 * 多设计一些高度较低的筋代替较高的筋。 * 两筋的中心距不小于2t。 * 各条筋的排列相互错开。 * 各筋厚度应尽量相同。.(4) 支撑面 a.不宜采用大平面； 原因:不易做平（变形翘曲）、不易支撑（不平稳）b.一般采用底脚（3点，4点）支撑或边框支撑；c.支撑面附近有加强筋时，筋的顶部应低于支撑面0.5mm以上(5) 增强结构（防止变形结构） 1）原因 a.某些结构不许有加强筋或加强筋效果不理想的情况；b.塑件在较高温度下取出后，将发生较大变形，需设防变形结构。 2）方法 a.底面加强 b.边缘加强 c.平板加强 d.侧壁加强（6）孔 1）常见孔型 a 通孔 b 盲孔 c 复杂孔 2）孔对成型工艺的影响 a.使熔体流动困难（型芯作用）。 b.孔的周围易产生熔接痕使强度降低。 c.模具结构复杂。 3）孔的设计原则 a.孔间距取孔的2倍以上（考虑强度）。 b.孔的周边要加厚（强度和刚度）。 c.孔与端部的距离最好大于孔径的3倍以上（d小于10mm时） d.孔径应为轴径的120140，装配后需有一定间隙，以免产生热应力。 e.盲孔时型芯为悬臂梁，如直径太小，会因塑料流动而变形 d1.5mm时，h2d；d=1.55mm时，h3d； d=510mm时，h4d。f.对于深孔，可用对接型芯，为防止偏心，应将一个型芯加大（7）侧凹和侧孔 侧凹：侧向的凹凸结构。 1）侧凹的设计（尽量避免侧凹） a.尽量应用较浅的侧凹以强制脱模, 用于软塑料制品（如PE、PP等） b.对于较深的侧凹可采用瓣合模式模具， 但结构复杂，制造困难。 2）侧孔的设计 a.可采用侧向分型与抽芯机构，但模具结构复杂。 b.尽量改善侧孔结构，以达到事半功倍的目的。原理：使其能实现轴向抽芯（8）嵌件 1）概念：注射成型时镶嵌在塑料制品内部的金属零件。 2）作用 a 提高制品的强度，刚度 b 满足某些特殊的使用要求（导电导磁，抗磨） c 保证制品的精度和尺寸稳定性 3）对工艺的影响 使模具结构复杂，操作时间延长 4）常用的嵌件形状 5）设计要点 a 止转止退结构：环行沟槽、滚制花纹、特殊形状 b 膨胀系数 c 形状对称（收缩均匀） d 圆角过渡，减少应力e 定位正确且牢固5-3 注射模的基本结构及分类一、注射模的基本结构与工作原理一）基本结构 1.成型零部件（包括凸模、凹模、型芯等） 作用：主要决定制品的几何形状与尺寸。 2.导向机构（导柱、导套、导柱孔） 作用：1）保证动定模之间或模具其他零部件之间的准确对合，以保证制品形状和尺寸的精度。 2）避免模具中各种零部件间发生碰撞和干涉。 3.