塑料成型工艺与模具设计教案

项目1选择与分析塑料原料项目导入一相关知识二项目实施三一、项目引入某企业大批量生产塑料灯座，要求灯座具有足够的强度和耐磨性能，外表面无瑕疵、美观、性能可靠，要求设计一套成型该塑件的模具。通过本项目，完成对塑件材料的选择及对材料使用性能和成型工艺性能的分析。图1-1灯座二维图形图1-2灯座三维图形二、相关知识塑料是指以树脂为主要成份、加入添加剂其它在一定温度和压力下具有塑性和流动性，可被模塑制成一定形状，且在一定条件下保持形状不变的材料。组成：聚合物合成树脂（高分子有机物、简称高聚物，40～100%）和添加剂天然树脂：橡胶、松香、虫胶、沥青等1）树脂合成树脂：PE、PVC、PP、PC、ABS、PA、PF等聚合反应、缩聚反应2）添加剂（辅助材料）填充剂即填料（增量、改性）、稳定剂（防降解）、增塑剂（塑性、柔性、流动性）、润滑剂（防粘模、改善流动性和表面光泽）、着色剂（装饰美观）、发泡剂、增强材料。1.塑料的组成图1-3塑料原料(一)塑料的组成及性能2．塑料的通用性能(一)塑料的组成及性能•（1）塑料的优良性能1）密度小，重量轻，比强度和比刚度高2）多种优良的机械性能3）耐化学作用好4）电绝缘、绝热、隔声性能好5）成型和着色能力好6）加工性能好7）自润滑性好•（2）塑料的不足性能1）机械强度低、2）尺寸精度低、3）耐热温度低另外，高温下容易降解和老化；导热性能较差；吸湿性大，容易发生水解老化；使用寿命短。1．高聚物的结构特点（二）高聚物的结构线型、支链型、体型（如图）脆性大、塑性很低：热固性塑料有弹性、塑性，可反复成型：热塑性塑料单个高分子结构线型支链型网状2．聚合物分子链的聚集状态（二）高聚物的结构结晶型塑料非结晶型塑料（线性无定型)结构结晶造成分子的紧密聚集状态，增强了分子间的作用力，使聚合物的抗拉强度、硬度、熔点、耐热性和耐化学性提高；弹性模量、伸长率和冲击强度则降低，表面粗糙度值增大，而且还会导致塑件的透明度降低甚至丧失。2.按塑料的成型性能分类（三）塑料的分类（1）热塑性塑料成型受热前呈线型分子链或支链型结构，成型后转变为具有线型分子链或支链型结构，加热变软，冷却固化可逆的聚乙烯PE、聚丙烯PP、聚氯乙烯PVC、有机玻璃（聚甲基丙烯酸甲脂）PMMA、尼龙（聚酰胺）PA（2）热固性塑料网状分子链结构，固化后：不可逆.电木（酚醛树脂PF）、环氧树脂EP表1-1常用塑料名称及英文代号2.按塑料的应用范围分类（三）塑料的分类（2）按用途1）通用塑料：指产量大，用途广。价格低廉的一类塑料。如：聚乙烯，聚丙烯，聚氯乙烯，聚苯乙烯，醛酚塑料，氨基塑料占塑料产量的60%2）工程塑料：指机械性能高，可替代金属而作工程材料的一类，尼龙，聚甲醛，ABS3）特种塑料：环氧树脂、光敏塑料、导磁塑料、耐高温塑料等。（3）按聚集状态结晶型塑料和非结晶型塑料（线性无定性型塑料）结晶度（四）聚合物的热力学性能和成型加工适应性塑料在恒定压力下，随着加工温度的变化，存在三种状态：高聚物形变——温度曲线g:玻璃化温度f:粘流化温度b：称脆化温度d:热分解温度非结晶型塑料（无定形)m（四）聚合物的热力学性能和成型加工适应性图1-6聚合物的温度、力学状态及成型加工适应性1—线形无定形2—结晶型1．黏度与剪切稀化效应（五）聚合物的黏性流动流体在管内一般有两种流动状态：层流和湍流（1）牛顿流体（低分子物质及少部分聚合物如PC、PA等）：牛顿流体的流变方程式为:―切应力―剪切速率：单位时间的切应变―在外力的作用下抵抗剪切变形的能力,代表黏度为常数1．黏度与剪切稀化效应（五）聚合物的黏性流动（2）非牛顿流体（大部分聚合物）：流变方程式为:a——非牛顿流体的表观黏度。非常数，为变量表征：在外力的作用下抵抗剪切变形的能力。与流体本身和温度以及剪切速率有关n——与聚合物的温度有关－－1．黏度与剪切稀化效应（五）聚合物的黏性流动a在注射成型中，除了热固性聚合物和少数热塑性聚合物外，大多数聚合物熔体均有近似假塑性液体流变学的性质。不同类型流体的流变曲线1—膨胀性流体；2—牛顿流体；3—假塑性流体剪切变稀（3）假塑性液体的流变学性质3．聚合物熔体在模内的流动现象（五）聚合物的黏性流动①入口效应②离模膨胀效应图1-8聚合物熔体在管道入口区和出口区的流动图1-9聚合物失稳流动时的熔体概貌（PMMA170℃）（1）端末效应（2）失稳流动和熔体破裂3．聚合物熔体在模内的流动现象（五）聚合物的黏性流动图1-11熔体充模速度不同时的表现图1-12聚合物熔体绕不同断面形状障碍物时的速度变化与流动情况（3）聚合物熔体的充模流动1．热塑性塑料的工艺特性（六）塑料的工艺特性1）影响收缩的基本因素是：(1)塑料种类(2)化学结构的变化热固性塑料（交联、固化）、热塑性塑料(3)热收缩塑料的膨胀系数比钢大，塑料件冷却收缩比模具大(4)弹性恢复当塑料件脱模时，由于压力降低，产生弹性恢复而胀大，这会减少总收缩。(5)塑料制品结构制品结构复杂、壁薄、嵌件多且均匀分布的，则收缩率小。(6)成型工艺有预热，成型温度不高，成型压力较大，保压时间较长的，收缩率较小。(7)浇口的型式、尺寸及位置(注射模塑与传递模塑)（1）收缩性1．热塑性塑料的工艺特性（六）塑料的工艺特性（1）收缩性实际收缩率2）收缩率计算收缩率a----成型温度下塑料尺寸b----室温下塑件尺寸c-----室温下模具尺寸注意:**收缩率是一个范围值(查手册可得Sman~Smin)，设计时收缩率一般取平均值，但精确确定收缩率需反复实验求其平均值。%100*bbass%100*bbcsj1．热塑性塑料的工艺特性（六）塑料的工艺特性（3）相容性（4）吸湿性（5）取向性（6）降解和热敏性2．热固性塑料的工艺特性（六）塑料的工艺特性（1）收缩性同热塑性塑料的收缩性1）定义：2）测定值：衡量热固性塑料流动性的指标通常用拉西格流动性表示。（2）流动性每一品种的塑料分为三个不同等级的流动性流动性较差(25~80mm),适用于压制无嵌件、形状简单、厚度一般的塑件；流动性中等(81~131mm)，用于压制中等复杂程度的塑件；流动性好(131~180mm)，可用于压制结构复杂、型腔很深、嵌件较多的薄壁塑件，或用于压注成型。200mm以上，注射成型。2．热固性塑料的工艺特性（六）塑料的工艺特性（3）比体积与压缩率1)定义：比体积（比容）是单位质(重)量塑料所占的体积；压缩率是塑料的体积与塑料制品体积之比，其值恒大于1。2）功用：比体积和压缩率都表示了各种塑料的松散程度，它们都可以作为确定加料腔大小的依据；比体积和压缩率大，内部充气多，成型时排气困难，成型周期长，生产率低。（4）水分和挥发物的含量1）来源：2）作用3）相应措施：成型前预热干燥；模具中开排气槽或压制操作时设排气工步；模具表面镀铬是防止腐蚀。（5）交联与硬化速度(固化特征)硬化是指塑料成型时完成交联反应的过程。硬化速度通常以塑料试样硬化每1mm厚度所需的秒数来表示此值越小，硬化速度越快三、项目实施灯座为电器类零件，需大批量生产，通过查表1-4及表1-5对多种塑料的性能与应用进行综合比较，材料品种可选择聚碳酸酯（PC）。（一）选择制件材料（二）分析制件材料使用性能（三）分析塑料工艺性能塑料品种结构特点使用温度化学稳定性性能特点成型特点聚碳酸酯（PC）属于热塑性塑料线形结构，非结晶型材料，透明工作温度小于130℃，耐寒性好，脆化温度为−100℃有一定的化学稳定性，不耐碱、酮、酯等透光率较高，介电性能好，吸水性小，但水敏性强（含水量不得超过0.2%），且吸水后会降解，力学性能很好，抗冲击抗蠕变性能突出，但耐磨性较差熔融温度高（超过330℃才严重分解），但熔体黏度大；流动性差（溢边值为0.06mm）；流动性对温度变化敏感，冷却速度快；成型收缩率小；易产生应力集中结论①熔融温度高且熔体黏度大，对于大于200g的塑件应用螺杆式注射机成型，喷嘴宜用敞开式延伸喷嘴并加热，严格控制模具温度，一般在70℃～120℃为宜，模具应用耐磨钢，并淬火。②水敏性强，加工前必须进行干燥处理，否则会出现银丝、气泡及强度显著下降等现象。③易产生应力集中，严格控制成型条件，塑件成型后退火处理，消除内应力；塑件壁不宜厚，避免有尖角、缺口和金属嵌件造成应力集中，脱模斜度宜取2°灯座制件为日常生活用品，要求具有一定的强度和耐磨性能，中等精度，外表面无瑕疵、美观、性能可靠。采用PC材料，产品的使用性能基本能满足要求，但在成型时，要注意选择合理的成型工艺，对原料充分干燥，采用较高的温度和压力。（四）结论