塑料成型工艺及塑料制件的结构工艺性

第一篇塑料成型基础第三章塑料成型工艺及塑料制件的结构工艺性第三章塑料成型工艺及塑料制件的结构工艺性•塑料模塑成型种类：注塑成型压缩成型压注成型挤塑成型气动成型（吹塑）•塑料成型制件的结构工艺性3.1注塑成型动画3.2压缩成型动画3.3压注成型动画3.4挤塑成型动画3.5气动成型动画3.1注射成型原理及工艺特性目的和要求：1.了解注塑工艺过程及工艺条件的选择；2.掌握工艺条件对塑件质量的影响。重点难点：难点：工艺条件与各个因素之间的关系重点：成型时间成型温度成型压力3.1注射成型原理及工艺特性3.1.1注射成型工艺塑料注塑成型又称注射成型。塑料注射成型大部分用于热塑性塑料成型，也用于部分热固性塑料成型加工。3.1.1.1注射成型原理（1）注射成型原理：将粒状或粉状的塑料加入到注射机的料斗，在注射机内塑料受热熔融并使之保持流动状态，然后在一定压力下注人闭合的模具，经冷却定型后，熔融的塑料就固化成为所需的塑件。3.1注射成型原理及工艺特性3.1注射成型原理及工艺特性3.1注射成型原理及工艺特性（2）注射成型工作循环加料合模注塑充模保压补缩冷却定型开模清模塑件脱模预塑3.1.1注射成型模拟动画3.1.2注射成型过程动画加料塑化充模保压倒流冷却脱模成型前的准备注塑过程塑件的后处理注射成型工艺退火处理调湿处理原料外观检验及工艺性能测定塑料预热和干燥料筒清洗嵌件预热脱模剂的选用3.1.1.2注射成型工艺过程注射3.1注射成型原理及工艺特性3.1.2注射成型过程动画3.1.2.1成形前准备：原料外观检验及工艺性能测定：包括塑料色泽、粒度及均匀性、流动性（熔体指数、粘度）热稳定性及收缩率的检验。塑料预热和干燥：除去物料中过多的水分和挥发物，以防止成型后塑件表面有缺陷或发生降解，影响塑料制件的外观和内在质量。物料干燥的方法：小批量生产，采用烘箱干燥；大批量生产，采用沸腾干燥或真空干燥。3.1注射成型原理及工艺特性3.1.2注射成型工艺电热鼓风干燥箱(烘箱干燥)本产品广泛用于机电、化工、塑料、轻工等行业及科研单位对各种产品、试品进行烘培、干燥、固化、热处理及其它方面的加热。沸腾干燥机工作原理：洁净的热风经阀板分配进入床体内，从加料器进入的湿物料被热风形成沸腾状态。由于热风与物料广泛接触，增加了传热传质的过程，因此在较短时间内就可干燥。从床体的一头进入，经过几十秒至几分钟沸腾干燥，自动从床体另一头流出。本设备一般进行负压操作圆形真空干燥机真空干燥机是利用水的露点与压力成反比的原理,将物料置于真空条件下加热,通过真空泵进行抽气抽湿,从而达到快速干燥的目的。特别适用于热敏性物料干燥,能在干燥时确保物料内在性能。料筒清洗：当改变产品、更换原料及颜色时均需清洗料筒。嵌件预热：减少物料和嵌件的温度差，降低嵌件周围塑料的收缩应力，保证塑件质量。脱模剂的选用：常用脱模剂包括硬脂酸锌、液态石蜡和硅油。3.1注射成型原理及工艺特性3.1.2注射成型工艺3.1.2.1成形前准备：加料将粒状或粉状塑料加入注射机的料斗。塑化通过注射机加热装置的加热，使得螺杆中的塑料原料熔融，成为具有良好的可塑性的塑料熔体。充模塑化好的塑料熔体在注射机柱塞或螺杆的推动作用下，以一定的压力和速度经过喷嘴和模具的浇注系统进入并充满模具型腔。3.1注射成型原理及工艺特性3.1.2注射成型工艺3.1.2.2注射过程：3.1注射成型原理及工艺特性3.1.2.2注射过程：保压补缩从熔体充满型腔后，在注射机柱塞或螺杆推动下，熔体仍然保持压力进行补料，使料筒中的熔料继续进入型腔，以补充型腔中塑料的收缩需要，并且可以防止熔体倒流。倒流浇口冻结后的冷却经过一段时间使型腔内的熔融塑料凝固成固体，确保当脱模时塑件有足够的刚度，不致产生翘曲或变形。脱模塑件冷却到一定的温度,推出机构将塑件推出模外。3.1.2注射成型工艺3.1.2注射成型过程动画3.1注射成型原理及工艺特性注射过程：合模（动模向定模移动）3.1注射成型原理及工艺特性注射过程：合模（动模与定模形成模腔）3.1注射成型原理及工艺特性注射过程：注塑（喷嘴移到定模的浇口套，向模腔注入胶料）3.1注射成型原理及工艺特性注射过程：保压、冷却定型。3.1注射成型原理及工艺特性注射过程：开模（动模、喷嘴移开定模）3.1注射成型原理及工艺特性注射过程：顶杆将塑件顶出3.1注射成型原理及工艺特性3.1.2注射成型工艺3.1.2.3塑件后处理后处理原因及作用：由于塑化不均匀或由于塑料在型腔内的结晶、取向和冷却不均匀；或由于金属嵌件的影响或由于塑件的二次加工不当等原因，塑件内部不可避免地存在一些内应力，从而导致塑件在使用过程中产生变形或开裂，因此，应该设法消除。3.1注射成型原理及工艺特性3.1.2注射成型工艺3.1.2.3塑件后处理（1）退火处理将塑件在定温的加热液体介质（如热水、热油和液体石蜡等）或热空气循环烘箱中静置一段时间，然后缓慢冷却至室温的一种热处理工艺。温度：高于使用温度10°~15°或低于热变形温度10°~20°时间：与塑料品种和塑件厚度有关一般可按每毫米约半小时计算。作用：消除塑件的内应力，稳定塑件尺寸，提高结晶度、稳定结晶结构，从而提高其弹性模量和硬度。3.1注射成型原理及工艺特性3.1.2注射成型工艺3.1.2.3塑件后处理（2）调湿处理：将刚脱模的塑件放入加热介质（如沸水、醋酸钾溶液）中，加快吸湿平衡速度的一种后处理方法。（主要用于吸湿性很强且又容易氧化的塑料，如PA）塑料制品的调湿处理，主要是对聚酰氨类（尼龙）原料制品。因为这种原料制品，存放一段时间后，会因吸收空气中的水分变形膨胀，尺寸发生变化。所以，尼龙原料制品成型后，应先浸在100-120度水中或醋酸钾水溶液中，制品与空气隔绝，根据制品的壁厚及形状，决定浸泡处理时间，然后缓慢降至室温，取出制品。温度：100~121℃（热变形温度高时取上限，反之取下限）。时间：保温时间与塑件厚度有关，通常取2~9h。目的：消除残余应力；使制品尽快达到吸湿平衡，以防止在使用过程中发生尺寸变化。3.1注射成型原理及工艺特性3.1.3注射成型工艺参数温度压力时间料筒温度喷嘴温度模具温度——控制塑料的塑化和流动影响塑料的流动和冷却塑化压力（背压）注射压力重要参数3.1注射成型原理及工艺特性3.1.3注射成型工艺参数3.1.3.1温度（1）料筒温度料筒温度应在粘流温度（或熔点）Tf和热分解温度Td之间。柱塞式料筒温度高于螺杆式料筒温度10～20℃。塑料特性：①热敏性塑料如聚甲醛、聚氟乙烯等要严格控制料筒的最高温度和在料筒中的停留时间；②增加玻璃纤维的热塑性塑料由于流动性差而要适当提高料筒温度。③热固性塑料为防止熔体在料筒时发生早期硬化，料筒温度趋向取小值。塑件及模具结构：①对于薄壁制件料筒温度高于厚壁制件；②形状复杂或带有嵌件的制件料筒温度也应高一些。料筒温度的分布：一般遵循前高后低的原则，即料筒后端温度最低，喷嘴温度最高。对螺杆式注射机为防止因螺杆与熔料、熔料与熔料、熔料与料筒之间的剪切摩擦热而导致塑料热降解，可使料筒前段温度略低于中段3.1注射成型原理及工艺特性3.1.3注射成型工艺参数3.1.3.1温度判断料筒温度是否合适：可采用对空注射法观察或直接观察塑件质量的好坏。对空注射时，如果料流均匀、光滑、无泡、色泽均匀则说明料温合适；如果料流毛糙，有银丝或变色现象，则说明料温不合适。银丝:由于料内有水分或充气，及挥发物过多，融料受剪切作用过大，融料与模具表面密合不良，或急速冷却或混入异料或分解变质，而使塑件表面沿料流方向出现银白色光泽的针状条纹或云母片状斑纹（1）料筒温度3.1注射成型原理及工艺特性3.1.3注射成型工艺参数3.1.3.1温度（2）喷嘴温度：一般略低于料筒最高温度，以防止熔料在喷嘴处产生流涎现象。但不能过低，否则熔料在喷嘴处会出现早凝而将喷嘴堵塞，或者有早凝料注入模腔而影响塑件的质量。3.1注射成型原理及工艺特性3.1.3注射成型工艺参数3.1.3.1温度（3）模具温度：模具温度的高低决定于塑料的特性、塑件尺寸与结构、性能要求及其它工艺条件。模具温度↑，流动性↑，密度和结晶度↑，收缩率和生产率↓。模具温度通常是由通入定温的冷却介质来控制的；也有靠熔料注入模具自然升温和自然散热达到平衡的方式来保持一定的温度；在特殊情况下，也可用电阻丝和电阻加热棒对模具加热来保持模具的定温。但无论怎样，对塑料熔体来说，都是冷却的过程。3.1注射成型原理及工艺特性3.1.3注射成型工艺参数3.1.3.2压力塑化压力（背压）：指采用螺杆式注射机时，螺杆顶部熔体在螺杆旋转后退时所受的压力。塑化压力增加，熔体的温度及其均匀性提高、色料的混合均匀并排出熔体中的气体。但塑化速率降低，延长成型周期。一般操作中，在保证塑件质量的前提下，塑化压力应越低越好，一般为6MPa左右，通常很少超过20MPa3.1注射成型原理及工艺特性3.1.3注射成型工艺参数3.1.3.2压力注射压力：指柱塞或螺杆顶部对塑料熔体所施加的压力。作用：注射时克服熔体流动充模过程中的流动阻力，使熔体具有一定的充模速率；保压时对熔体进行压实和防止倒流。大小：取决于注射机的类型、塑料的品种、模具结构、模具温度、塑件的壁厚及浇注系统的结构和尺寸等。一般情况下：粘度高的塑料注射压力粘度低的塑料；薄壁、面积大、形状复杂塑件注射压力高；模具结构简单，浇口尺寸较大，注射压力较低；柱塞式注射机注射压力螺杆式注射机；料筒温度、模具温度高，注射压力较低。3.1注射成型原理及工艺特性3.1.3注射成型工艺参数成型周期注射时间其他时间充模时间(3~5s)保压时间(20~120s)合模冷却时间(30~120s)（开模、脱模、喷涂脱模剂、安放嵌件、合模时间）3.1.3.3时间完成一次注塑过程所需的时间称为注塑成型周期。3.1注射成型原理及工艺特性3.1.4.注射成型的特点：优点成型周期短、生产效率高、易实现自动化能成型形状复杂、尺寸精确、带有金属或非金属嵌件的塑料制件产品质量稳定适应范围广到目前为止，除氟塑料以外，几乎所有的热塑性塑料都可以用注塑成型的方法成型。另外，一些流动性好的热固性塑料也可用注塑成型。3.1注射成型原理及工艺特性缺点注塑设备价格较高注塑模具结构复杂生产成本高、生产周期长、不适合于单件小批量的塑件生产3.2压缩成型原理及工艺特性1.了解压缩成型工艺过程及工艺条件的选择；2.掌握工艺条件对塑件质量的影响。目的与要求：重点与难点：难点：工艺条件与各因素的关系重点：成型压力成型温度压缩时间3.2压缩成型原理及工艺特性压缩成型又称为压塑成型、模压成型或压制成型。主要用于热固性塑料的成型，也可以用于热塑性塑料的成型。3.2压缩成型动画（不溢式压缩模）3.2压缩成型原理及工艺特性3.2.1压缩成型原理及特点粉粒状、纤维状的料（预热预压）置于成型温度的型腔中合模加压成型固化1）预热和干燥塑料成型前加热的目的：干燥预热塑料成型前加热的方法：高频加热红外线预热烘箱预热热板预热去除水分和挥发物提高料温，便于缩短成型周期，提高塑件内部固化的均匀性3.2压缩成型原理及工艺特性3.2.2压缩成型工艺过程（1）压缩成型前的准备3.2压缩成型原理及工艺特性3.2.2压缩成型工艺过程为方便操作和提高塑件的质量，先用预压模将粉状、纤维状的塑料原料在预压机上压成重量一定、形状一致的锭料。（1）压缩成型前的准备2）预压①预压方法：3.2压缩成型原理及工艺特性②采用预压锭料的优点：加料快而准确降低压缩率，减小压料腔尺寸，空气含量少，不仅传热快且气泡少。但生产过程较为复杂避免加料过程粉尘飞扬，改善劳动条件。可提高预热温度，缩短预热和固化时间。锭料与塑件形状类似，便于成型复杂或带细小嵌件的塑件。3.2.2压缩成型工艺过程（1）压缩成型前的准备2）预压3.2压缩成型原理及工艺特性③对塑料原料的要求：④预压条件：颗粒最好大小相间压缩率（塑料／锭料）宜为3.0左右含有润滑剂压力：压力范围40～200MPa温度：室温或50～90℃预压原则：锭料的密