塑料成型工艺与模具设计.pptx

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灯座三维图形第1页/共23页二、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，40100%）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 第2页/共23页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。第3页/共23页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 网状第4页/共23页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。第5页/共23页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第6页/共23页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）结晶度第7页/共23页（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)第8页/共23页（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结晶型第9页/共23页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,代表黏度为常数第10页/共23页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: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第11页/共23页1黏度与剪切稀化效应（五）聚合物的黏性流动 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第12页/共23页3聚合物熔体在模内的流动现象（五）聚合物的黏性流动 入口效应 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第13页/共23页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第14页/共23页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 第15页/共23页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。第16页/共23页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）降解和热敏性第17页/共23页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(2580mm),适用于压制无嵌件、形状简单、厚度一般的塑 件；流动性中等(81131mm)，用于压制中等复杂程度的塑件；流动性好(131180mm)，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。第18页/共23页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(2580mm),适用于压制无嵌件、形状简单、厚度一般的塑 件；流动性中等(81131mm)，用于压制中等复杂程度的塑件；流动性好(131180mm)，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。第19页/共23页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，硬化速度越快第20页/共23页三、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70120为宜，模具应用耐磨钢，并淬火。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。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第21页/共23页 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）结论第22页/共23页谢谢您的观看！第23页/共23页