塑料成型加工与模具总结

塑料成型模具设计合肥工业大学·材料科学与工程学院材料成型及控制工程专业2019年8月15日星期四2塑料成型加工与模具PlasticsMoldingProcessing&MoldDesigning主讲教师：王成勇第一章概论2/302019年8月15日星期四塑料成型模具主讲教师：袁宝国第一章概论2/312019年8月15日星期四本课程课堂讲授内容简介第一篇塑料成型基础第一章概论第二章塑料成型理论基础第三章塑料制件的设计原则第二篇注射成型工艺及模具第四章注射成型工艺第五章注射模概述第六~十章注射模浇注系统、成形零部件、导向及脱模机构、侧向分型与抽芯机构、温度调节系统等的设计第一章概论1、什么是塑料?塑料是以高分子聚合物为主要成分，并在加工为制品的某阶段可流动成型的材料。2、塑料的组成以合成树脂为主要成分，根据不同需要添加不同添加剂所组成的混合物。合成树脂稳定剂填料增塑剂润滑剂着色剂固化剂4塑料成型加工与模具PlasticsMoldingProcessing&MoldDesigning主讲教师：王成勇第一章概论4/302019年8月15日星期四塑料成型模具主讲教师：袁宝国第一章概论4/312019年8月15日星期四三、塑料的分类（按塑料的制造方法、成型性能及用途）1．按制造方法分类分类：聚合树脂、缩聚树脂两类。2．按成型性能分类分类：热塑性塑料、热固性塑料两类。3．按用途分类分类：通用塑料、工程塑料及特殊用途的塑料等。5塑料成型加工与模具PlasticsMoldingProcessing&MoldDesigning主讲教师：王成勇第一章概论5/302019年8月15日星期四塑料成型模具主讲教师：袁宝国第一章概论5/312019年8月15日星期四2．按成型性能分类热塑性塑料：受热后软化或熔融，可成型加工，冷却后固化，再加热仍可软化。热固性塑料：开始受热时可以软化或熔融，但一旦固化成型就不会再软化。此时，即使加热到接近分解的温度也无法软化，且也不会溶解在溶剂中。6塑料成型加工与模具PlasticsMoldingProcessing&MoldDesigning主讲教师：王成勇第一章概论6/302019年8月15日星期四塑料成型模具主讲教师：袁宝国第一章概论6/312019年8月15日星期四第二节塑料的加工适应性塑料在不同温度下对应不同状态，不同状态对应不同加工适应性。玻璃态高弹态黏流态分解塑料受热温度低温高温7塑料成型加工与模具PlasticsMoldingProcessing&MoldDesigning主讲教师：王成勇第一章概论7/302019年8月15日星期四塑料成型模具主讲教师：袁宝国第一章概论7/312019年8月15日星期四1、玻璃化温度θg以下，坚硬的固体。2、θg至θf为高弹态，橡皮状弹性体。3、θf（θm）开始黏流态（称为熔体），直至分解温度θd。8塑料成型加工与模具PlasticsMoldingProcessing&MoldDesigning主讲教师：王成勇第一章概论8/302019年8月15日星期四塑料成型模具主讲教师：袁宝国第一章概论8/312019年8月15日星期四第三节塑料的主要成型方法1．注射成型(注塑成型)注射机将粒状的塑料连续输入到注射机料筒中受热并逐渐熔融，成黏性流动状态，由料筒中的螺杆或柱塞推至料筒端部。通过料筒端部的喷嘴和模具的浇注系统将熔体注入闭合的模具中，充满后经过保压和冷却，使制件固化定型，然后开启模具取出制件。2．挤出成型(挤塑成型)将粒状塑料在挤出机的料筒中完成加热和加压过程，熔体经过装在挤出机机头上的成型口模挤出，然后冷却定型，借助牵引装置拉出，成为具有一定横截面形状的连续制件。3．中空成型（吹塑成型）先用挤出机或注射机挤出或注射出管筒形状的熔融坯料，然后将此坯料放入吹塑模具内，向坯料内吹入压缩空气，使中空的坯料均匀膨胀直至紧贴模具内壁，冷却定型后开启模具取出中空制件。9塑料成型加工与模具PlasticsMoldingProcessing&MoldDesigning主讲教师：王成勇第一章概论9/302019年8月15日星期四塑料成型模具主讲教师：袁宝国第一章概论9/312019年8月15日星期四4．压缩成型(压制成型)上、下模组成的模具安装在压力机的上、下模板之间，将塑料原料直接加在敞开的模具型腔内，再将模具闭合，塑料粒料在受热和受压的作用下充满闭合的模具型腔，固化定型后得到塑料制件。5．压注成型（传递成型）工作原理：将塑料粒料或坯料装入模具的加料室，在受热、受压下熔融的塑料通过模具加料室底部的浇注系统充满闭合的模具型腔，然后固化成型。6．固相成型特点：使塑料在熔融温度以下成型，在成型过程中塑料没有明显的流动状态。应用：多用于塑料板材的二次成型加工。10塑料成型加工与模具PlasticsMoldingProcessing&MoldDesigning主讲教师：王成勇第一章概论10/302019年8月15日星期四塑料成型模具主讲教师：袁宝国第一章概论10/312019年8月15日星期四第二章塑料成型理论基础牛顿流体：切应力与剪切速率间呈线性关系。非牛顿流体：切应力与剪切速率间呈非线性关系。一、牛顿流动规律dtddrdv二、指数流动规律注射成型中，大多数聚合物熔体都是非牛顿流体，且近似服从指数流动规律，即nndrdvKK)(11塑料成型加工与模具PlasticsMoldingProcessing&MoldDesigning主讲教师：王成勇第一章概论11/302019年8月15日星期四塑料成型模具主讲教师：袁宝国第一章概论11/312019年8月15日星期四假塑性液体的“剪切稀化”效应及其原因在中等剪切速率区域，假塑性液体的变形和流动所需的切应力随剪切速率变化，并呈指数规律增大；变形和流动所受到的黏滞阻力，即液体的表观黏度随剪切速率变化，并呈指数规律减小。原因：这源于聚合物的大分子结构和它的变形能力。熔体进行假塑性流动时，增大剪切速率，就增大了熔体内的切应力，于是大分子链从其聚合网络结构中解缠、伸长和滑移的运动加剧，链段的位移(高弹变形)相对减小，分子间的静电引力也将逐渐减弱，熔体内自由空间增加，黏稠性减小，整个体系趋于稀化，从而在宏观上呈现出表观黏度减小的力学性质。12塑料成型加工与模具PlasticsMoldingProcessing&MoldDesigning主讲教师：王成勇第一章概论12/302019年8月15日星期四塑料成型模具主讲教师：袁宝国第一章概论12/312019年8月15日星期四四、影响聚合物流变学性质的因素1.聚合物结构和其他组分对黏度的影响(1)分子结构(2)相对分子质量(3)相对分子质量分布(4)助剂13塑料成型加工与模具PlasticsMoldingProcessing&MoldDesigning主讲教师：王成勇第一章概论13/302019年8月15日星期四塑料成型模具主讲教师：袁宝国第一章概论13/312019年8月15日星期四2、温度对黏度的影响聚合物温度升高后，体积膨胀，大分子之间的自由空间随之增大，彼此间的静电引力减小，有利于大分子变形和流动，即黏度下降。14塑料成型加工与模具PlasticsMoldingProcessing&MoldDesigning主讲教师：王成勇第一章概论14/302019年8月15日星期四塑料成型模具主讲教师：袁宝国第一章概论14/312019年8月15日星期四3．压力对黏度的影响在静水压力作用下，聚合物大分子间的自由空间被压缩减小，宏观上将表现出体积收缩，流动阻力随之增大。因此，聚合物成型过程中，成型压力增大，其熔体所受的静水压力也会随之提高，伴随着熔体体积收缩，其黏度数值也将会增大。15塑料成型加工与模具PlasticsMoldingProcessing&MoldDesigning主讲教师：王成勇第一章概论15/302019年8月15日星期四塑料成型模具主讲教师：袁宝国第一章概论15/312019年8月15日星期四端末效应定义：注射成型时，当聚合物熔体经过流道截面变化的部位时，将会因界面的影响发生弹性收敛或膨胀运动。害处：导致制件变形扭曲、尺寸不稳定、内应力过大、力学性能降低等。分类：入口效应、离模膨胀效应16塑料成型加工与模具PlasticsMoldingProcessing&MoldDesigning主讲教师：王成勇第一章概论16/302019年8月15日星期四塑料成型模具主讲教师：袁宝国第一章概论16/312019年8月15日星期四入口效应定义：聚合物熔体在管道入口端因出现收敛运动，使压力降突然增大的现象。入口效应区长度Le：熔体从大直径管道进入小直径管道，需经一定距离Le后稳态流动方能形成。常用入口效应区长度Le与管道直径D的比值(Le／D)来表征产生入口效应范围的大小。17塑料成型加工与模具PlasticsMoldingProcessing&MoldDesigning主讲教师：王成勇第一章概论17/302019年8月15日星期四塑料成型模具主讲教师：袁宝国第一章概论17/312019年8月15日星期四离模膨胀效应定义：当聚合物熔体流出流道或浇口时，熔体发生体积膨胀的现象。离模膨胀比B：膨胀后熔体的最大直径Df和流道直径D的比值。B=Df/D18塑料成型加工与模具PlasticsMoldingProcessing&MoldDesigning主讲教师：王成勇第一章概论18/302019年8月15日星期四塑料成型模具主讲教师：袁宝国第一章概论18/312019年8月15日星期四失稳流动和熔体破裂假塑性聚合物熔体具有三个流变性能区域：在剪切速率很低的Ⅰ区，被剪切作用破坏的大分子蜷曲和缠结结构有较长时间恢复，熔体呈牛顿性质，零切黏度η0很高且保持不变，很难注射成型。为此，注射成型常常使用Ⅱ区内的中等剪切速率，在这个区域的非牛顿性作用下，熔体的表观黏度ηa可比零切黏度下降多个数量级，故能呈现较好的流动性。19塑料成型加工与模具PlasticsMoldingProcessing&MoldDesigning主讲教师：王成勇第一章概论19/302019年8月15日星期四塑料成型模具主讲教师：袁宝国第一章概论19/312019年8月15日星期四失稳流动和熔体破裂将剪切速率提高到Ⅲ区附近或Ⅲ区以上，熔体黏度虽然可以降到最小值，但大分子链会在极高的剪切速率作用下完全被拉直，继续变形就会呈现很大的弹性性质，导致流动无法保持为稳定的层流，熔体将陷入一种弹性紊乱状态，各点的流速将会相互干扰，此现象称为失稳流动。20塑料成型加工与模具PlasticsMoldingProcessing&MoldDesigning主讲教师：王成勇第一章概论20/302019年8月15日星期四塑料成型模具主讲教师：袁宝国第一章概论20/312019年8月15日星期四失稳流动和熔体破裂聚合物熔体在失稳状态下通过模内的流道后将会变得粗细不均，没有光泽，表面出现粗糙的鲨鱼皮状。如果继续增大切应力或剪切速率，熔体将呈现波浪、竹节形或周期螺旋形，更严重时将相互断裂成不规则的碎片或小圆柱块，此现象称为熔体破裂。21塑料成型加工与模具PlasticsMoldingProcessing&MoldDesigning主讲教师：王成勇第一章概论21/302019年8月15日星期四塑料成型模具主讲教师：袁宝国第一章概论21/312019年8月15日星期四熔接痕熔接痕又称熔合缝，是塑料制品中的一个区域，由彼此分离的塑料熔体相遇后熔合固化而形成的。熔合缝形成的常见原因：①模腔内型芯或安放的嵌件使熔体分流。②同一型腔有几个浇口。③塑件的壁厚有变化。④熔体喷射和蛇形流会引起波状折叠的熔合缝。因塑料冷却后收缩，紧包在凸模或成型型芯上，或由于粘附作用，塑件紧贴在凹模型腔内。为了防止塑件表面在脱模时划伤、擦毛等，设计时塑件表面沿脱模方向应具有合理的脱模斜度，如图3—l所示。四、塑料制件的结构设计1．脱模斜度3．