塑胶模具简介

第1章概论本章重点：注塑模具的结构组成；塑料模具的分类。1.1塑料模具的基本概念：塑料是由从石油生产出来的合成树脂加入增塑剂、稳定剂、填料等物质而组成的，原料为小颗粒状或粉状。我们将这些小颗粒塑料加温熔化成液体，注入到一个具有所需产品形状的型腔中，待塑料冷却后取出来，就得到了与型腔形状一样的塑件，这个具有型腔的东西我们称之为模具，因为它专门用于制做塑料件，所以我们称之为塑料模具。1.2注塑模具基本结构：外形的型腔（俗称凹模板），另一块做成内部形状（俗称凸模板），两块合起来构成完整的形状的型腔，使用注塑机将小颗粒塑料熔融并以一定的速度和压力向模具内注射塑料。两块大一点的金属板分别称为凹、凸模固定板。在凹凸模固定板上装有4根导柱与导套，4根顶料杆的顶出机构，为此，在凸模一侧支承板下面安装两块垫铁，以形成用于顶出机构运动的空间，还设置了回程杆。我们以凹、凸模为界，将凹模及其固定板连接在大一点的金属板上（俗称定模板）。另外，为方便安装模具，使得注塑机喷嘴与主浇套口对准，在定模板上安装定位环，又因为进料道与高温塑料和注塑机喷嘴反复接触和碰撞，所以采用性能较好的材料单独制作一个主浇套，安装在定模板内，如图1-10所示。将凸模及其固定板、顶出机构一起安装在另一块大一点的金属板（俗称动模板）上，将两部分合在一起就成为了一套完整的模具了。1.3塑料模具分类：1.3.1注塑模具：注塑模具又称注射模具，这种模具的基本构成和成型工艺特点在上面已经讲过。注塑模具主要用于热塑性塑料制品的成型，近年来也越来越多地用于热固性塑料制品的成型，注塑成型在塑料制品成型中占有很大比重，世界上塑料成型模具产量半数以上是注塑模具。1.3.2压塑模具：这种模具的成型工艺特点是将塑料直接加在敞开的模具型腔（加料室）内，然后合模，塑料在热和压力作用下呈熔融状态后，以一定压力充满型腔。压塑模具多用于热固性塑料，其成型塑件大多用于电器开关的外壳和日用生活用品。1.3.3挤出模具：挤出模具又称挤出机头。挤出成型是用电加热的方法使塑料成为流动状态，然后在一定压力作用下使它通过机头口模获得连续的型材。1.3.4吹塑模具：将挤出或注塑出来的尚处于塑化状态的管状坯料，趁热放到模具型腔内，立即在管状坯料的中心通以压缩空气，管状膨胀而紧贴于模具型腔壁上，冷硬后即可得一中空制品。此种制品成型方法所用模具叫吹塑模具。除上面所列举的几种塑料模具外，还有压注模具、真空成型模具、泡沫塑料成型模具等。本章小结：塑料模具包括：注塑模具、压塑模具、挤出模具、吹塑模具等。注塑模具主要组成部分：凹凸模零件、凹凸模固定板、导柱导套、顶出杆、回程杆、垫铁、动定模座板、浇口套、定位环等。第2章塑料概论本章重点：塑料的主要组成；常用塑料的性能；塑料的流动性；塑料的收缩性。2.1塑料的主要组成：2.1.1.塑料组成：塑料是以高分子合成树脂为主要成分，其组成成分及其作用如下：#合成树脂：合成树脂决定塑料的类型（热塑性或热固性）和基本性能。#填充剂：又称填料，在塑料中起到增量和改性作用，填料有木粉、滑石粉、石墨、金属粉等；有玻璃纤维、石棉纤维、碳纤维等；片状填料有玻璃布、石棉布等。#增塑剂：增塑剂改善塑料的性能和提高柔软性而加入塑料中的一种高沸点的有机物质。#着色剂：又称色料，它主要起美观和装饰作用。#稳定剂：稳定剂是指能阻缓材料变质的物质。它分为光稳定剂、热稳定剂、抗氧剂。#润滑剂。2.1.2塑料分类：塑料的品种繁多，按其加工性能不同可分为热塑性塑料和热固性塑料。热塑性塑料是指在特定温度范围内能反复加热和冷却硬化的塑料。热固性塑料的加热到一定温度后，不再可熔和可塑。常用的热塑性塑料和热固性塑料见表2-12.2塑料材料的使用性能：2.2.1聚乙烯（PE）：聚乙烯树脂为白色半透明粒料，手触似蜡。按密度不同可分为低密度、高密度。低密度聚乙烯（LDPE）的密度为0.910~0.925，质轻，柔性、耐寒性、耐冲击性较好。广泛用于生产薄膜、管材等。高密度聚乙烯（HDPE）的密度为0.941~0.965，机械强度、硬度等比低密度聚乙烯高。广泛用于生产各种瓶、罐、盆、桶、鱼网、捆扎带及管材、异型材等产品。使用温度不超过100°。2.2.2聚丙烯（PP）：聚丙烯树脂为无色透明和有一定光泽的刚性粒料。机械强度、硬度较高。使用温度较高，在120°下可长时间使用。它具有优异的抗疲劳弯曲性能，常温下可经受300万次的弯折。聚丙烯树脂的最大缺点是耐老化性能差，在低温下，耐冲击的性能也较差。聚丙烯塑料广泛用于食品容器、厨房用品、医疗器具、瓶盖、框体、洗衣机面板、高档玩具、具有铰链结构的盒体等。2.2.3聚苯乙烯（PS）：通用型的聚苯乙烯树脂是无色透明玻璃状粒料。制品掉在地上或敲打时发出清脆的响声。易燃，离开火源后继续燃烧，有浓烟。聚苯乙烯的密度为1.04~1.09，它的透明度达88%~92%，仅次于有机玻璃（PMMA），聚苯乙烯的缺点是制品具有较大的脆性。聚苯乙烯塑料广泛用于家用器皿、玩具、生活和文教用品，家电、轻工仪表的壳体、灯罩、圆珠笔杆等。2.2.4聚氯乙烯（PVC）：聚氯乙烯树脂为白色粉末，形同面粉，燃烧时发出刺激性气味，离火自动熄灭。根据加入的增塑剂的量不同分为硬聚氯乙烯塑料和软聚氯乙烯塑料。硬聚氯乙烯塑料是聚氯乙烯树脂加入少量增塑剂、稳定剂等材料后造粒而成。它具有高的机械强度，坚韧性，对水、酸、碱有极强的抵抗力和稳定性，电气绝缘性能好。它的主要缺点是热稳定性和耐冲击力差，最高使用温度不超过80°。这类塑料主要用于制造板、片、管、棒、各种型材等挤出成型产品，以及弯头、三通阀、泵、电线槽板等注射成型产品。2.2.5聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）：聚甲基丙烯酸甲酯树脂为无色透明颗粒。高度的透明洁净和优异的透光性能，可代替无机玻璃，故俗称有机玻璃。该材料抗冲击、耐震性好，并具有良好的电绝缘性、着色性、耐气候性和二次加工性。但它能溶于有机溶剂，受无机酸的腐蚀。有机玻璃广泛用于汽车、摩托车的安全玻璃、仪表罩以及工艺美术品等领域。2.2.6ABS：ABS树脂呈微黄色或白色不透明颗粒料，无毒无味；耐油、耐热、耐化学腐蚀；ABS树脂具有突出的力学性能和良好的综合性能，ABS塑料的表面可以电镀。但它的使用温度不高，不超过80°。ABS塑料广泛用于制造汽车内饰件、电器外壳、手机、电话机壳、旋钮、仪表盘、容器等，也可生产板材、管材等产品。2.2.7聚酰胺（PA）：聚酰胺的国外商品名为尼龙。尼龙是一类塑料的总称，较常用的有尼龙6、尼龙66、尼龙1010等。尼龙具有优异的耐磨性和自润滑性能，它的耐磨性高于铜。它还具有很高的机械强度和韧性，耐弱碱和一般的有机溶剂。尼龙材料广泛用于仪表零件（线圈骨架、开关、接插件、垫圈、外壳）、机械零件（齿轮、轴承、凸轮、衬套）等。2.2.8聚甲醛（POM）：它具有优异的机械性能，特别是弹性模量高，回弹性很好，冲击强度和耐疲劳强度十分突出。它的耐磨性和自润滑性能优异，仅次于尼龙。电气绝缘性能、尺寸稳定性好，耐有机溶剂，但不耐强酸、碱和氧化剂。不足之处是它的热稳定性差，加热时易分解，易燃，紫外线作用易老化。聚甲醛塑料广泛用于精密齿轮、轴承、凸轮、轴套、等家电产品内部的传动部件及汽车零件、塑料拉链和薄壁制品等。2.2.9聚碳酸酯（PC）：聚碳酸酯树脂为无色透明颗粒料，无毒无味。它具有卓越的冲击强度、耐蠕变性。有较高的耐热性、耐寒性（-100°~140°）。透明度较好，可见光的透过率达90%以上。它的拉伸强度、弯曲强度、刚性及电气绝缘性能也很突出。聚碳酸酯塑料广泛用于制造齿轮、轴承等机械零件，接线板、骨架等电子仪器仪表零件以及沙管等纺织器材。2.3塑料成型工艺特性：2.3.1收缩性：塑件从模具中取出冷却至室温后尺寸发生缩小变化的特性称为收缩性。收缩有如下几种形式：--线尺寸收缩：它主要是由于塑料的热胀冷缩引起。收缩的程度主要决定于塑料的品种和模具的温度。--收缩方向性：塑料成型时，沿料流方向收缩大、强度高，与料流垂直的方向收缩小、强度低。其结果使塑件发生翘曲、变形、裂纹。--后收缩：在成型过程中，受到各种成型因素的影响，塑件内存在残余应力，塑件脱模后，残余应力发生变化，使塑件发生再收缩。一般塑件脱模后要经过24小时，尺寸才基本定型。后处理收缩：有时塑件按其性能和工艺要求，在成型后需进行热处理，热处理后塑件的尺寸也会发生收缩。对高精度塑件，必须考虑后收缩、后处理收缩给塑件带来的误差。衡量塑件收缩程度大小的参数称为收缩率。影响成型时收缩率波动的因素主要有以下几个方面：》塑料品种：热塑性塑料收缩率一般大于热固性塑料，结晶型塑料大于非结晶型塑料。》成型压力：对注射成型而言，注射压力对收缩率影响最明显，提高注射压力，都可以使收缩率减小。》熔体温度：提高熔体温度，有利于向模腔内传递成型压力，将制品压实，减少收缩率；但熔体温度的提高会使熔体比容增大，热胀冷缩大，收缩率大。熔体温度对制品收缩率的影响是上述两种相反因素叠加的结果。》模具温度：一般来说，提高模具温度可以使制品收缩率增大，对结晶型塑料来说，模具温度升高可使制品有较长的冷却时间，使结晶度提高，收缩率增大更明显。》保压时间：延长保压时间，可以使制品收缩率减小。》模具浇口尺寸：浇口尺寸增大，有利于向模腔内传递成型压力，将制品压实，减少收缩率。2.3.2流动性：将常用的热塑性塑料的流动性分为三类。流动性好的有尼龙、聚乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯；流动性中等的有ABS、AS、有机玻璃、聚甲醛、PET、PBT；流动性差的有硬聚氯乙烯、聚碳酸酯、聚苯醚、聚砜。影响流动性的因素主要有以下几个方面：》塑料品种：塑料成型时的流动性好坏主要决定于树脂的性能。但各种助剂对流动性也有影响。》模具结构：模具浇注系统的结构、尺寸、冷却系统的布局以及模腔结构的复杂程度等直接影响塑料在模具中的流动性。》成型工艺：对注射成型而言，注射压力对流动性影响较明显，提高注射压力，可以增加流动性，尤其对PE、POM塑料更敏感。料温高，流动性也增加，聚苯乙烯、聚丙烯、硬聚氯乙烯、聚碳酸酯、聚苯醚、聚砜、AS、ABS、酚醛塑料等塑料的流动性随温度的变化较大。2.3.3结晶性：塑料的结晶是指塑料由熔融状态到冷凝的过程中，分子发生有规则排列的现象。一般说来，结晶型塑料是不透明或半透明的，非结晶型塑料是透明的。但也有例外的情况，如ABS是非结晶型塑料但不透明。结晶型塑料成型加工时应注意以下方面：熔化时需要的热量多，设备的塑化能力要强。冷凝时放出的热量大，模具要加强冷却。2.3.4吸湿性、热敏性：根据塑料与水分子亲疏程度的差别，塑料大致分为吸湿性和不吸湿性。吸湿性塑料有聚碳酸酯、聚苯醚、聚砜、有机玻璃、尼龙、ABS、酚醛塑料、氨基塑料等，不吸湿性塑料有聚乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯、聚甲醛等。生产前塑料原料一定要干燥。有些塑料在料温高和受热时间长的情况下就会产生变色、甚至分解，这种特性叫热敏性。如硬聚氯乙烯、聚甲醛等。2.3.5应力开裂：有些塑料在成型时易产生内应力，塑件在外力或溶剂作用下会发生开裂现象。2.4塑料成型原理：2.4.1注塑成型：注塑成型所用的设备为注塑成型机和注塑模具。一台通用移动螺杆式注塑机主要包括注塑装置、合模装置、液压传动系统和电气控制系统。如图2-1》注塑装置：其主要作用是将塑料原料均匀塑化，并以合适的压力和速度将一定量的流体注塑到模具型腔中。》合模装置：其主要作用是实现模具的开、合模及制品顶出。液压和电气控制系统。注塑成型的工艺流程如下：从以上工艺流程可以看出，注塑成型是一个循环过程，完成注塑成型需要经过预塑、注塑、冷却定型三个阶段。预塑阶段：螺杆开始旋转，将后端从料斗来的塑料向螺杆前端输送，塑料在高温和剪切力的作用下塑化均匀并逐步聚集在料筒的前部，当熔融塑料越积越多时，压力越来越大，最后克服螺杆背压将螺杆逐步往后推，当料筒前部的塑料达到所需的注塑量时，螺杆停止后退和转动，预塑阶段结束。注塑阶段：螺杆在注塑油缸的作用下向前移动，将储存在料筒前部的塑料以多级速度和压力向前推压，经过流道和浇口注入已闭合的模具型腔中。冷却定型阶段：塑