塑料成型与模具设计

聚合反应：将低分子化合物单体转变成高分子物质的过程叫做聚合反应高分子聚合物的链状结构：线型高分子，支链型高分子，体型高分子聚合物三种聚集态结构：晶态，部分晶态，非晶态聚合物物理状态与温度的关系聚合物的流变性质流动和变形是塑料成型加工中最基本的工艺特征。线性晶态聚合物和线性非晶态聚合物的温度形变曲线有两处不同：一是tf对应的温度叫熔点tm，是线性晶态聚合物熔融和凝固之间的临界温度；二是完全结晶的聚合物在tg与tm之间基本不呈现高弹态。对于线型结构聚合物而言，玻璃态是材料的使用状态，tg是衡量材料使用范围的重要标志之一，tf-td可以用来衡量聚合物的成型性能，范围越宽说明其熔体的热稳定性好，聚合物成型加工就越容易。应力：塑料在成型过程中的变形和流动，都是成型设备对其施加外力的结果，塑料受力后会产生与外力相平衡的内力，单位面积上的内力叫做应力应力分为切应力，拉应力和压应力。与三种应力相对应的应变分别为：反映形状变化的切应变，反映尺寸变化的拉应变和压应变牛顿型流体的公示塑料熔体分为牛顿型流体：非牛顿指数等于1宾哈流体：非牛顿指数等于1，一般具有凝胶结构的聚合物假塑性流体：非牛顿指数小于1，表观粘度随着剪切速率的增加非线性下降。膨胀性流体：非牛顿指数大于1，流体的切应力随着剪切速率的增高呈非线性增大的趋势。复合流体：剪切速率在一定的范围内，表现为假塑性流体的剪切变稀的特性，剪切速率超过一定的值又表现出膨胀性流体的剪切增稠现象。聚合物的结晶：根据聚合物从高温熔体向低温玻璃态冷却转变的过程中是否出现聚合物分子链构型规则排列，将其分为结晶型与非结晶型。通常的结晶型聚合物具有耐热性、非透明性和较高的力学性能。（ABS塑料在非结晶态下也是透明的）二次结晶和后结晶：是指发生在初结晶结构不完善的部位或初结晶残留下的非晶区的结晶现象。会使得塑件性能和尺寸在后期的储运和使用的过程中发生变化，以及残余应力和导致拉裂的现象，可以对塑件采取退火处理，从而加快二次结晶的速度，有效的保证塑件的尺寸和使用性能的稳定性。聚合物的取向：聚合物高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，称为取向。一种是切应力沿着熔体流动方向形成的流动取向。一种是拉应力引起的与应力方向一致的拉伸取向。沿着取向方向的机械强度总是大于与其垂直方向的机械强度。影响取向的因素：温度，注射压力和保压力，充型速度，浇口。（由于取向是大分子及其链段的有序排列，取向后的聚合物会呈现明显的各向异性，沿着取向方向的力学性能显著的提高，与取向垂直方向的力学性能会显著的下降）聚合物降解：聚合物分子在受到热，应力，微量水，酸，碱等杂质以及空气中氧的作用，会导致聚合物链段断裂，分子变小，相对分子质量降低的现象称为聚合物降解，轻度的降解会使得聚合物变色，分解出小分子物质，制件出现气泡和流纹等弊病。严重的使聚合物焦化变黑产生大量的分解物质。降解的种类：热降解，氧化降解，水降解，应力降解防降解的措施：1、严格控制成型原料的技术指标，避免因原材料不纯对降解发生催化作用2、成型前对物料进行充分的预热和干燥，严格控制其含水量。3、制定合理的成型工艺参数。4、成型的设备和模具状态应该具有良好的结构，与聚合物接触的地方不应该有死角和缝隙，流道的长度要适中，保证良好的温度控制和冷却速率。5、对于热、氧稳定性差的聚合物，可以考虑在配方中加入抗氧化剂和稳定剂。聚合物的交联：聚合物由线性结构转变为体型结构的化学反应过程称为交联。对其强度、耐热性、化学稳定性和尺寸稳定性均会有所提高。主要是热固性的塑料交联，而热塑性的基本不发生交联。交联后的塑料是不能回收的。塑料：合成树脂+添加剂按照受热和冷却时树脂呈现的特性分类：热固性、热塑性按照用途塑料又可以分为:1、通用塑料（产量大，用途广且价廉的塑料六大品种：聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、酚醛塑料、氨基塑料）2、工程塑料（工程中作为结构材料，力学性能，耐摩擦性，耐蚀性及尺寸稳定性高，常见的有ABS、聚酰胺PA尼龙、聚碳酸脂PC、有机玻璃PMMA、）3、特殊功能塑料（氟塑料、环氧树脂、导电塑料、导磁塑料）收缩性：塑件从模具中取出来20小时左右，塑件的各部分尺寸都比原来在模具中的尺寸有所缩小，这种性能叫做收缩性。收缩的形式：1、塑件的线性尺寸收缩。2、收缩的方向性。3、后收缩：由于成型压力，切应力、各向异性、密度和填料分配不均匀，使得塑件内存在残余应力，脱模后残余应力将导致塑件的再次收缩。4、热处理收缩。熔融指数：通过一定的装置测定小孔在10min内通过小孔的质量来表征其流动性。单位：g/10min用MI代表塑件壁厚一般在1~6mm，最大为8mm，（1.2~5mm为最佳），最常用为1.8~3mm塑件壁厚设计改造实例P34改善塑件壁厚时的原则：满足塑件表面装配，运输以及使用的强度要求考虑塑料的流动性，保证薄壁和棱边都充满承受足够的膜力脱模斜度的要求：1.塑件精度较高时，采用较小的脱模斜度2.凡较高，较大的塑件尺寸，应采用较小的脱模斜度3.塑件形状复杂的，不易脱模的，因选用较大的脱模斜度4.塑件的收缩率大的应选用较大的脱模斜度值5.塑件壁较厚时，会使成型收缩增大，脱模斜度应采用较大的数值6.脱模后塑性保持在型芯的一边，脱模斜度比外表面小7、增强塑件宜取大值，含有自润滑等易脱模塑件可取小值。加强肋的主要作用是在增加壁厚的情况下，加强塑件的强度和刚度圆角：塑件设置圆角，不但能使其成型时熔体流动性能好，成型顺利进行，而且能减小应力集中，R/T0.3时，应力容易集中：R/T0.8时，应力集中不明显孔的设计原则：孔的极限尺寸，孔间距，孔的类型模具的基本组成部分：成型零部件，浇注系统，导向与定位机构，脱模机构，侧向分型抽芯机构，温度调节系统，排气系统热流道注塑模特征：在注射成型的过程中，模具浇注系统的塑料始终保持熔融状态。分型面是指分开模具取出塑件和浇注系统凝料的可分离的接触表面。一个模具可能有一个或两个以上的分型面，分型面可以是垂直合模方向的也可以是平行或者是倾斜的。分型面的形式与塑件几何形状，脱模方法，模具类型及排气条件，浇口形式等有关№分型面的选择原则：1)符合塑件脱模的基本要求，就是能使塑件从模具中取出，分型面设在脱模方向最大投影边缘部位2)分型线不影响塑件外观，即分型面应尽量不破坏塑件光滑的外表面3)确保塑件留在动模一侧，利于推出，框杆痕印不外露4)确保塑件质量5)避免形成侧孔侧凹6)满足模具的锁紧要求，分型面是曲面时，应该加斜面锁紧。7)合理安排浇注系统，特别是浇口位置8）有利于模具加工P81图4-3。序号3,10浇注系统的组成：主流道，分流道，浇口，冷料穴浇注系统是指从主流道的始端到型腔之间的熔体流动通道。冷却穴也称冷料井，一般设置在主流道和分流道的末端。作用是存放两次注射间隔而产生的冷料和料流前锋的冷料，防止冷料进入型腔形成各种缺陷。主流道冷却穴：1）钩型（Z型）拉料杆。2）球形拉料杆3）圆锥形拉料杆。4）起拉料作用的冷却穴。又分为带推杆推出的冷料穴和不带推杆推出的冷料穴。分流道尺寸的确定：1）按照塑料的品种粗略的估计分流道的直径，即通过查表来确定。2）对于质量小于200g，壁厚小于3mm的根据经验公式42654.0LmD其中m是流经分流道的熔体的质量（g）；L是分流道的长度（mm）；D是流道的当量直径。在确定主流道的尺寸之后。分流道的尺寸可按0.8-0.9倍的主流道尺寸确定。分流道的布置：1、平衡式分布：主流道到各个型腔的分流道，其长度，横截面尺寸都完全相同，以保证各个型腔同时均衡进料，同时充满。1）辐射式：将型腔分布在以主流道为圆心沿圆周处均匀分布，分流道将均匀辐射至型腔处。2）单排列式3）Y型：以3个型腔为一族按Y型布局排列4）X型：以4个型腔为一族按X型布局排列。5）H形，以4个腔为一组按H形布局排列。6）综合型，采用XYH混合布局排列。点浇口的优点：1、熔体通过点浇口时，有很高的剪切速率和摩擦，产生热量，提高熔体的温度降低粘度，有利于熔体的流动，从而获得外形清晰，表面光泽的塑料制品;2、浇口痕迹不明显3、注射流程短，排气好，容易成型缺点：压力损失较大，多采用三板模结构，结构复杂，成型周期长浇口的设计原则：1）避免引起熔体破裂现象，2)有利于塑料熔体补缩，3)有利于熔体流动，4)有利于型腔内气体排出，5)减少塑件熔接痕增加熔接强度6)防止料流将型芯或嵌件挤压变形，7）注意高分子取向对塑件性能的影响。8）保证流动比在允许的范围内，浇口的流动比的计算。排气和引气系统的设计：在注射成型过程中，模具内除了型腔和浇注系统中原有的空气外，还有塑料受热或凝固产生的低分子挥发的气体和塑料中的水分在注射温度下汽化形成的水蒸气排气方式：1）利用模具分型面或者配合间隙排气2）开设排气槽排气3）镶嵌烧结的金属块排气凹模的结构设计：1、整体式凹模2、整体嵌入式凹模，3、组合式凹模4、镶嵌式凹模计算：影响成型零件及塑件的公差的主要因素是模具的制造公差、模具的磨损量、塑件的收缩率。制件的外尺寸公差取-Δ，制件的内腔尺寸公差取+Δ1）模具的制造公差：)61~31(z型腔尺寸相当于孔类，使用中不断磨损变大：z型芯尺寸相当于轴类，使用过程中不断减小：z中心距尺寸按对称分布原则取：2z2）模具的磨损量：对于一般的中小型的最大磨损量取塑件公差的六分之一即：61c。对于大的取其以下，对于型腔低面磨损量为0.3）塑件的收缩率：按平均收缩率计算：2minmaxssS平均尺寸法计算：凹模径向尺寸：])1[(xlSLSZM型芯径向尺寸：zxlSLSM])1[(凹模深度尺寸：])1[(xHSHSZM中心距尺寸：2])1[(ZSMLLS型芯高度尺寸：])1[(xHShSzM以上公式中的某某M代表前面注释的尺寸，某某S表示制件的相应尺寸，x是取0.5-0.8的值。注射模具导向机构：作用：1）维持动模与定模的正确合模，合模后保持型腔的正确形状。2）引导动模按照顺序合模，防止型芯在合模的过程中损坏并承受一定的侧向力3）对三板式的模具，导柱可以承受卸料板和定模型腔板的重要载荷作用4）保持机构的运动灵活平稳。形式：导柱的形式：带头直通式、有肩式导套的形式：直导式、Ⅰ型带头导套。脱模机构和设计原则：1）塑件滞留于动模，2）保证塑件不变形受损3）力求良好的塑件外观P144图4-137，表4-25P157图4-169，图4-170，图4-173P162图4-181P177图4-226侧向抽芯机构的形式：按照动力来源分为：手动侧向分型与抽芯机构、液压气动侧向分型与抽芯机构、机动侧向分型与抽芯机构。（P183图4-226掌握）。斜导柱的倾斜角度：A=25°；楔紧块的斜面角度B=A+（3°-5°），值得注意的是A越大，斜导柱的受力就越大，所以尽量减小A。冷却系统的设计原则：1、动，定模要分别冷却，保持冷却平衡2、孔径与位置，一般塑件的壁厚越厚，水管孔径越大3、冷却水孔的数量越多，模具内温度梯度越小，冷却越均匀4、冷却通道可以穿过模板与镶件的交界面，但是不能穿过镶件与镶件的交界面，以免漏水5、尽可能使冷却水孔至型腔表面的距离相等6、浇口处加强冷却7、降低进水与出水的温差8、标记出冷却通道的水流方向9、合理确定冷却水管接头的位置10、冷却系统的水管尽量避免与模具上其他机构发生干涉现象writtenbyMr.HE