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Y CF（中职）模具工程技术基础第一章教学课件第一章 成型工艺及设备 第一节冲压工艺及设备 第二节塑料及模塑成型工艺及设备 第三节压模工艺及设备第一节冲压工艺及设备 冲压是金属塑性成形的基本工艺方法之一，由于冲压加工通常是在常温下进行，所以又成冷冲压。又由于冲压加工的原材料通常为板料或带料，因而也称之为板料加工。在冲压加工中，根据工件的形状、尺寸要求以及生产纲领不同，将采用不同形状的加工工艺方法。如果按板料的变形性质，可将冲压加工分为分离和成形两大工序。也可按照工序的组合形式，将冲压加工分为简单工序和组合工序两大类。一、冲压特点及其工序分类 1.冲压的特点下一页 返回第一节冲压工艺及设备 在机械制造中，冲压技术已得到广泛的应用，很多机器中的冲压制件占有相当大的比例。冲压工艺已成为汽车、拖拉机、电器、仪表、电子、国防工业以及日用品工业等部门的主要成形工艺之一。冲压与其他加工方法相比较，具有以下一些特点:在压力机简单冲击下，能够获得其他的加工方法难以加工或无法加工的形状复杂的制件;加工的制件尺寸稳定，互换性好;材料的利用率高、废料少，且加工后的制件强度高、刚度好、重量轻;操作简单，生产过程易于实现机械化和自动化，生产效率高;在大批量生产的条件下，冲压制件成本较低。上一页 下一页 返回第一节冲压工艺及设备 2.冲压工序的分类 按照板料在冲压加工中的变形力学范围的不同，可以把冲压加工所有的基本工序(不包括特殊工序，如整形、校形;也不包括结合工序，如铆接、咬接等)分为分离工序、成形工序和组合变形工序三大类。分离工序是使板料产生塑性变形而不断裂分离，从而获得所需形状与尺寸之工件的冲压工序。组合变形工序是指有多个分离工序或成形工序的冲压工序。其中，分离工序按照其不同的变形机理可分为冲裁、整修、精密冲裁及半精密冲裁四类。成型工序按照板料变形区的力学性质分为三类:压缩类、拉伸类和复合类。上一页 下一页 返回第一节冲压工艺及设备(1)压缩类成型 这是一种在胚料的变形部分以切向压缩为主、表面积收缩变小的冲压成型加工方法，其基本工序主要有两种。拉深。使金属平板胚料外缘缩小、变成立体带底(直壁平底的筒形)零件的一种冲压成形方法。缩口。将管子或平板材料经冲压成型为空心件的毛胚口部直径缩小的冲压成形方法。(2)拉深类成型 这是一种在胚料的变形部位以切向拉伸为主、表面积增大的冲压成型方法，其基本工序主要有三种。翻边。将金属平板胚料或半成品工序件沿一定的轮廓线伸长，变成有竖边边缘零件的一种冲压成形工序。上一页 下一页 返回第一节冲压工艺及设备 胀形。在胚料或毛胚件中间的局部位置上产生鼓凸伸长变形，获得其表面积增大的零件的冲压成形工序。扩口。将管子或平板材料经冲压加工成空心件的毛胚口部直径扩大的冲压成形工序。(3)复合类成形 这是一种在胚料的变形部分既有以压缩变形为主的、也有以拉伸变形为主的冲压成形加工方法，其基本工序主要有四种。弯曲。使平板胚料或管子毛胚等按照一定的曲率或角度变形，从而获得不封闭形状零件的冲压成形方法。曲面形状零件拉深成形。使金属平板胚料外法兰部分缩小、内法兰部分伸长，变成非直壁、非平底的空心零件的一种冲压成形方法。上一页 下一页 返回第一节冲压工艺及设备 拉形。拉形又称为拉弯或整体胀形，是将平板胚料两端加紧、对胚料进行弯曲并带有拉深变形，从而获得曲率半径很大的零件的冲压成形方法。卷边。卷边又称为卷圆或卷缘。是一种将板料四周边缘或半成品工序件的段部卷曲成接近圆筒状的零件的冲压成形工序。二、冲压材料 1.对冲压所用材料的要求 冲压加工质量不仅与冲压工艺方案、模具结构及制造精度有关，还受冲压材料的直接影响。为了能够生产高质量的冲压制件，必须选取合适的冲压材料。上一页 下一页 返回第一节冲压工艺及设备 冲压所用材料，不仅要满足制件设计的技术要求，还要满足冲压工艺的要求。冲压的工艺要求主要有:应具有良好的塑性，在变形工序中，可减少工序及中间退火次数，也要求材料具有一定的塑性;材料应具有光洁平整、无缺陷损伤的表面状态，加工时不易破裂，也不易擦伤模具，表面状态好的材料，冲出的制件表面状态也好;材料厚度的公差应符合国家标准的规定，因为一定的模具间隙，适应于一定厚度的材料，材料厚度的公差太大，不仅会影响制件的质量，还可能导致产生废品和损坏模具。上一页 下一页 返回第一节冲压工艺及设备 2.冲压材料的种类 冲压生产最常用的材料是金属板料，有时也用非金属板料。金属板料分黑色金属板料和有色金属板料两种。(1)黑色金属板料 普通破素结构钢钢板，常用的几种牌号是Q195,Q215,Q235，这些牌号主要用于平板类制件或变形量小的简单制件;优质破素结构钢钢板，这类钢板的化学成分和力学性能都要能得到保证，主要用于复杂形状的弯曲件和拉深件 电工硅钢，常用的牌号有Dl l,D12,D21,D22,D32,D42，主要用于电机、电器、电子工业。上一页 下一页 返回第一节冲压工艺及设备(2)有色金属板料 黄铜板(带)，铜锌合金称黄铜，常用的牌号有H62,H68，其特点是有很好的塑性和较高强度及杭腐蚀性，其中H62 适用于冲压件、弯曲件和浅拉深件，H68 适用于深拉深件;铝板(带)，铭的比重小，导电、导热性好，塑性也好。常用的有1060,1050A,1200，广泛用于航空、仪表和无线电工业，主要用来制作耐腐蚀制件和作为导电材料;非金属材料有纸板、胶木板、橡胶、塑料板和纤维板等。(3)冲压用材料的形状和规格 冲压材料有金属材料和非金属材料两种，金属材料的购入形式多为板料或带料。上一页 下一页 返回第一节冲压工艺及设备 板料，除了按需要选择不同的厚度外，板料的大小有不同的规格，如800 mm 1 600mm,900 mm 1 800 mm,1000mm 2 000mm,l 000 mm 1 800 mm 等，适用于批量生产，使用时，需根据需要剪成一定的宽度使用，多用于大型制件的冲压;带料或称卷料，可用于大批量冲压生产，根据材料、厚度不同而有不同宽带尺寸，长度可达几百米，宽度在300mm 以下，主要用于薄料，适用于大批量生产的自动送料装置，适合与机械化自动化程度较高的场合，可提供材料利用率，但通常开卷后须经平整后才能使用。上一页 下一页 返回第一节冲压工艺及设备 三、冲压的设备 用作冲压加工的设备简称为冲压设备，包括曲柄压力机和其他压力机。1.曲柄压力机 曲柄压力机是通过曲柄滑块机构将电动机的旋转运动转变为冲压生产所需要的滑块直线往复运动的一种冲压设备，在冲压生产中广泛用于冲裁、弯曲、拉深及成形等工序。因此，曲柄压力机是冲压设备中最基本和应用最广泛的设备。(1)曲柄压力机的基本结构 图1-1 和图1-2 所示为JB23-63型曲柄压力机的外形图和工作原理图。由图可知，曲柄压力机由以下部分组成:上一页 下一页 返回第一节冲压工艺及设备 工作机构，即曲柄滑块机构(亦称曲柄连杆机构)，它由曲轴7、连杆9,滑块10等工作零件组成，其作用是实现将曲柄的旋转运动转变为滑块的直线往复运动，由滑块带动模具工作;传动系统，包括带传动2与3,齿轮传动4与5等机构，起能量传递和速度转换作用;操纵系统，包括离合器6、制动器8等部件，用以控制工作机构的运转和停止;能源部分，包括电动机1、飞轮，用以提供动力并储存能量;支承部分，主要指机身15，它把压力机所有部件连接成一个整体。上一页 下一页 返回第一节冲压工艺及设备(2)曲柄压力机的型号及分类曲柄压力机的型号是按照锻压机械的类别、列别和组别编制的。例如JA23 一63A，各符号意义如下:上一页 下一页 返回第一节冲压工艺及设备 用曲柄压力机的分类方法较多，常用的方法有:按压力机公称压力分类可分为小型曲柄压力机、中型曲柄压力机和大型曲柄压力机。按曲柄形式分类可分为偏心压力机和曲轴压力机。按机身结构形式分可分为开式压力机和闭式压力机，如图1-3 所示。开式压力机的机身呈“C”形，如图1-3(a),(b),(c)所示，其机身前面和左右均敞开，操作空间大。但机身刚度差，受载后易变形，影响制件精度和模具寿命，因此，只适用于中、小型压力机。闭式压力机的机身为框架结构，如图1-3(d)所示。其机身前后敞开，两侧封闭，机身刚度大，适合于大、中型压力机。上一页 下一页 返回第一节冲压工艺及设备(3)曲柄压力机的技术参数 公称压力。压力机滑块的压力在全行程中不是一个常数，而是随曲轴转角的变化而不断地变化。如图1-4 所示为压力机的许用压力曲线。公称压力是指滑块运动到离下止点前某一特定距离或曲柄旋转到离下止点前某一特定角度时滑块上所允许承受的最大作用力。滑块每分钟冲压次数。滑块由上止点到下止点往复一次为一个行程数，即一次冲压。滑块行程。滑块行程是指滑块在曲轴旋转一周时从上止点到下止点所经过的距离，其数值一般是曲柄半径的两倍。上一页 下一页 返回第一节冲压工艺及设备 闭合高度。滑块在下止点时，滑块下底面到工作台上平面之间的距离。当压力机处于闭合状态时，将连杆调节到最短时的闭合高度为最大闭合高度;反之为最小闭合高度。工作台面尺寸。其决定了安装模具下模座的尺寸范围，工作台孔径尺寸决定了模具下模漏落制件或允许尺寸及安装弹顶机构的尺寸。封闭高度及封闭高度调节量。封闭高度是指滑块在下止点时，滑块底面到工作台上表面的距离。当滑块调整到上极限位置时，封闭高度达最大值，为最大封闭高度。相反，当滑块调整到下极限位置时，其封闭高度为最小封闭高度，二者差值为封闭高度调节量。其他参数。主要包括压力机工作台面尺寸、滑块底面尺寸、漏料孔尺寸及模柄孔尺寸等。上一页 下一页 返回第一节冲压工艺及设备(4)压力机的选择压力机的选用，主要包括选择压力机类型和确定压力机规格两项内容。选择压力机的类型。对于中小型冲裁件、弯曲件或拉深件，多选用“C”型床身的开式压力机;对大中型或精度较高的冲压制件，应选用闭式及多点压力机;对校平、校正弯曲、整形等冲压工艺，应选用具有较高强度和刚度的压力机。选用压力机规格。确定压力机规格应遵循下列原则:压力机的公称压力应大于冲压工序所需的压力，当进行弯曲或拉深时，还应注意所选用的压力机的许可压力曲线在曲轴全部转角内高于冲压变形力曲线;压力机滑块行程应满足制件在高度上能获得所需尺寸，并在冲压后能顺利地从模具上取出来;上一页 下一页 返回第一节冲压工艺及设备 压力机的封闭高度、工作台面尺寸和滑块尺寸等应满足模具的正确安装;滑块每分钟的冲击次数，应符合生产率和材料变形速度的要求;一般情况下，可不必考虑功率，但在采用斜刃冲裁或深拉深等其他情况时，应校核电动机的功率是否大于冲压时所需的功率。2.其他压力机简介(1)精冲压力机。随着冲压技术的发展，对一些精度要求高的冲压件可通过精密冲裁(简称精冲)获得。精冲压力机就是用于精密冲裁的专用压力机。精冲压力机的性能特点。精冲压力机主要用于齿圈压板精冲模对材料进行精密冲裁加工。其性能特点是:能提供冲裁力、压边力和反压力;精冲过程的速度可以调节，目前合适的冲裁速度为550mm/s;滑块有很高的导向精度和刚度;滑块限位精度高;电动机功率大;有可靠的模具保护装置。上一页 下一页 返回第一节冲压工艺及设备 精冲压力机的类型。按主传动的结构不同分为机械式和液压式。目前小型精冲压力机多采用机械式，大型精冲压力机多采用液压式。总压力大于3200kN 的一般为液压式。按主传动和滑块的位置分为上传动式和下传动式。传动系统在压力机下部的称为下传动式。下传动式精冲压力机结构简单，维修及安装方便，所以目前多数精冲压力机采用下传动式。按滑块的运动方向分为立式和卧式。立式精冲压力机的结构紧凑，装模和操作方便，所以目前绝大多数精冲压力机为立式。上一页 下一页 返回第一节冲压工艺及设备(2)高速压力机。高速压力机是应大批量的冲压生产需要而产生的。高速压力机是指滑块每分钟行程次数一般为相同公称压力通用曲柄压力机的59 倍的一种压力机。高速压力机的性能特点。滑块行程次数高;滑块的惯性大;设有紧急制动装置;采用送料精度高的送料装置;增设减振和消声等装置。高速压力机的类型。高速压力机按机身结构分为开式、闭式和四柱式;按连杆数分为单点式和双点式;按传动方式分为上传动式和下传动式。目前多采用闭式双点结构的高速压力机，一般用于卷料的级进冲压。从工艺用途和结构特点上分类，高速压力机可分为用于冲裁的高速压力机和用于冲裁、成形和浅拉深的高速压力机。前者的行程很小，行程次数很高;后者正好相反。上一页 下一页 返回第一节冲压工艺及设备 四、冲压主要工艺 1.冲裁工艺 冲裁是利用模具使板料沿一定的轮廓形状产生分离的一种冲压工序。冲裁是冲压工艺中最常见、应用最多的工艺。冲裁工艺种类很多，常用的有剪裁、冲孔、落料、切口、修边等。但一般来说，冲裁工艺包括落料、冲孔、切口、切边等工序，其中以落料、冲孔应用最为广泛。(1)冲裁过程 图1-6 所示为冲裁示意图凸模1与凹模3具有锋利的刃口，且相互之间保持均匀合适的间隙。冲裁时，凸模下行，穿过板料进入凹模，使工件和板料分离而完成冲裁工作。上一页 下一页 返回第一节冲压工艺及设备 板料的分离过程是在瞬间完成的。其变形过程可分为下面三个阶段(图1-7):弹性变形阶段。如图1-7(a)所示，板料在凸模压力作用下，板料首先产生弹性压缩和弯曲等复杂变形，并略有挤入凹模洞口的情况。板料与凸、凹模接触处形成很小的圆角，这时板料内应力尚未超过材料的弹性极限。由于凸、凹模之间存在间隙，板料同时受到弯曲和拉伸的作用，凸模下的板料产生弯曲，凹模上的板料开始上翘。塑性变形阶段。如图1-7(b)所示，凸模继续下压，压力增加，当材料内部应力达到屈服点时，并将下部材料挤入凹模孔内，板料在凸、凹模刃口附近产生塑性剪切变形，形成剪切断面。剪切面的边缘部分，会出现圆角，这是由于凸、凹模间隙的作用。随着凸模的继续向下，变形区向板材的深度往下发展，应力增大，直到材料产生微小裂纹为止。上一页 下一页 返回第一节冲压工艺及设备 断裂分离阶段。如图1-7(c)所示，随着凸模继续下压入，凸、凹模刃口附近出现的微小裂纹不断向材料内部扩展。若上下裂纹重合时(在合理间隙的情况下)，板料随即被拉断分离。由于拉断的结果，断面上形成一个粗糙的区域。当凸模再下行，冲落部分将克服摩擦阻力被从板材中推出来，全部挤入凹模洞口，冲裁过程结束。(2)冲裁件质量分析冲裁件质量主要是指尺寸精度、断面质量、形状误差。冲裁模间隙。当间隙较大时，材料所受拉伸作用增大，冲裁结束后，因材料的弹性恢复，使冲孔件的尺寸增大，落料件的尺寸变小;当间隙较小时，材料受凸、凹模及挤压力大，压缩变形大，冲裁完毕后材料的弹性恢复使落料件尺寸增大，而冲孔件的孔径则变小。上一页 下一页 返回第一节冲压工艺及设备 剪切面的特征。板料冲裁以后，被凸模和凹模剪切的侧面称为冲裁件的剪切面。当凸、凹模间隙合理时，剪切面可分为四个部分。一般地说，若冲裁件的塌角不大，光亮带的厚度合适，并且各处的高度均匀，剪裂带的锥度小，毛刺小，则认为冲裁件的断面质量好。尺寸精度。冲裁件的剪切面一般以光亮带的尺寸(即冲孔件以孔的最小尺寸，落料件以外形的最大尺寸)作为冲裁件尺寸。但用同一副模具冲出来的制件彼此之间相差小，尺寸的一致性好。剪切面的表面粗糙度。一般冲裁以后的剪切面分为几个部分，剪切面不整齐，表面粗糙度数值大。板料越厚剪切面越粗糙。上一页 下一页 返回第一节冲压工艺及设备(3)冲裁件的工艺性 冲裁件的工艺性，是指冲裁件对冲裁工艺的适应性。在一般情况下，对冲裁件工艺性影响最大的是制件的结构形状、精度要求、形位公差及技术要求等。冲裁件的工艺性合理与否，影响到冲裁件的质量、模具寿命、材料消耗、生产率等，设计中应尽可能提高其工艺性。冲裁件的形状应简单、对称，适合于排样，冲压制件在条料、带料或板料上的布置方法叫排样。避免冲裁件上有过长的悬壁和窄槽，悬臂和槽的宽度一般应大于1.5t 深度应小于宽度的5倍，以免模具强度和刚度不足。冲裁件的内外转角处避免尖角，应以圆角过渡。冲孔时，为保证凸模有足够的强度和刚性，其孔距、孔径、孔边距等尺寸不能过小。上一页 下一页 返回第一节冲压工艺及设备 2.弯曲工艺 弯曲件的工艺性是指弯曲件的形状尺寸、材料的选用及技术要求等是否适合于弯曲加工的工艺要求。弯曲件的结构合理，可以简化工艺过程，并可提高弯曲件的公差等级。良好的工艺性是保证弯曲加工顺利进行的重要因素。(1)弯曲变形 图1-11 所示为弯曲V 形件的变形过程。在弯曲的开始阶段，坯料呈自由弯曲;随着凸模的下压，坯料与凹模工作表面逐渐靠紧，弯曲半径由r0变为r1，弯曲力臂也由l0变为l1;凸模继续下压，坯料弯曲区逐渐减小，直到与凸模三点接触，这时的曲率半径已由r1变成了r2;此后，坯料的直边部分则向与以前相反的方向弯曲;到行程终了时，凸凹模对坯料进行校正，使其圆角、直边与凸模全部靠紧。上一页 下一页 返回第一节冲压工艺及设备(2)弯曲变形特点 在弯曲区域内，纤维沿厚度方向变形是不同的，即弯曲后，内侧的纤维受压缩而缩短，外侧的纤维受拉伸而伸长，在内、外侧之间存在着纤维既不伸长也不缩短的中间层;从弯曲件变形区域的横断面来看，窄板(B 2t)断面仍为矩形，如图1-12 所示;弯曲变形只发生在弯曲件的圆角附近，直线部分不产生塑性变形。上一页 返回第二节塑料及模塑成型工艺及设备 一、塑料及模塑成型设备(一)塑料的定义及组成 1.塑料的组成 塑料是一种以高分子合成树脂为主要成分，在一定的温度和压力下具有 可塑性和流动性，可被模塑成一定形状和尺寸的制品，是一种当外力去除后，在常温状态下仍能保持其形状不变的材料。塑料的组成以高分子合成树脂为主要原材料，基本性能主要取决于合成树脂本身，为了改善塑料的使用性能和加工性能，或为了降低材料的成本，需要加入各种辅助材料。塑料的使用性能和加工性能主要取决于高分子树脂的分子结构。下一页 返回第二节塑料及模塑成型工艺及设备 2.塑料的分类(1)塑料按其用途可分为通用塑料、工程塑料、耐高温塑料和特殊用途塑料四大类工程塑料一般指强度高、硬度大、耐磨并可代替金属用作工程材料的一类塑料。如聚酞胺(尼龙)、聚甲醛、聚碳酸醋等。通用塑料指产量大、用途广、价格低廉的一类塑料，它包括聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯、氨基塑料、酚醛树脂6种，产量约占塑料总量的80%。特殊用途的塑料如环氧树脂可作为赫结剂，离子交换树脂可净化水，吸附水中的正、负离子。耐高温塑料主要有氟塑料、硅塑料，用于航天飞船、火箭、导弹等。上一页 下一页 返回第二节塑料及模塑成型工艺及设备(2)塑料按其分子结构的不同，可以分为热塑性塑料和热固性塑料两大类。固性塑料具有网状分子结构，在受热条件下，材料先软化，然后内部发生化学变化，分子结构由线型或支链型变成网状结构，并固化成型，再进行加热也不能使其软化。这类塑料不能重复使用。热塑性塑料具有线型或支链型分子结构，这类塑料在加热时，物料形态由固态逐渐软化熔融成赫流状态，冷却后又可固化成固体状态。这种变化是可逆的，并可以多次反复而始终具有可塑性，所以这种塑料可回收反复使用;但是，如果在加热时，温度过高，或加热时间过长，则材料将被破坏。上一页 下一页 返回第二节塑料及模塑成型工艺及设备 3.塑料的性能 与金属材料相比。塑料有如下特性:(1)质量轻；(2)强度高；(3)耐腐蚀性能好；(4)良好的透明性；(5)电绝缘性好。除此之外还有耐磨、耐高温、气密性好等优良性能。上一页 下一页 返回第二节塑料及模塑成型工艺及设备 4.塑料的用途 塑料具有优良的综合性能，其发展速度很快，塑料的应用领域也在不断扩大，从日常生活到我们工作的各个行业都在应用塑料制品。(1)工业方面 建筑业:天花板、地板、装饰板、门窗等;机械制造业:齿轮、包轮、轴承、轴瓦等;化学工业:阀门、管道、储存罐等;电子工业:电线、电缆、仪表外壳等。(2)医疗卫生方面各种医疗器械以及医疗上用的人造血管、心脏、假牙等都在应用塑料制品。(3)国防工业方面各种武器上都有塑料制品的应用，如地雷外壳、枪托、火箭、导弹等。上一页 下一页 返回第二节塑料及模塑成型工艺及设备(二)塑料的模塑成型设备 塑料的模塑成型以注射成型为主，通过注射机完成塑模。注射机的主要作用是将颗粒的或粉状的塑料经加热的料筒塑化成熔融状态的塑料(赫流态塑料)，并在螺杆或柱塞的作用下将这些塑化好的塑料注入模腔内并保压，还能将模具开启、闭合、锁紧和将制品推出。1.注射机的分类 按操作方式分为自动、半自动和手动注射机。按塑化和注射方式分为柱塞式、螺杆式和螺杆塑化柱塞注射式注射机。按用途分为加工一般热塑性塑料制品的通用注射机和专用注射机。按外形分为立式、卧式、角式注射机等。上一页 下一页 返回第二节塑料及模塑成型工艺及设备 2.注射成型机的结构组成 在注射加工的工作循环中，注射机需要完成塑化、注射、模具的开启与闭合等基本过程。因此，一台普通型的注射机主要由注射装置、合模装置、液压传动和电气控制系统等组成。(1)合模装置它的作用是实现模具的启闭，保证注射时模具可靠地锁紧和开模后制品的推出。(2)注射装置它是注射机最主要的部分，其作用是将各种形态的塑料均匀地熔融塑化，并以足够的压力和速度将一定量的熔料注射到模具的型腔内，当熔料充满模具的型腔后，仍需保持一定的压力和作用时间，使其在合适的压力作用下冷却定型。上一页 下一页 返回第二节塑料及模塑成型工艺及设备(3)电气控制系统与液压传动液压传动和电气控制系统的作用是保证注射机按工艺过程的动作程序和预定的工艺要求(注射量、注射压力、速度、温度时间等)准确有效地工作，并且二者相互配合，对注射机提供动力和实现控制。3.注射机的型号、规格、参数及选用原则(1)型号规格 我国注射机的型号由表示机器类型特征的汉语拼音字母和表示机器规格的阿拉伯数字组成。注射机的规格由于所选择的参数不同，可有三种表示方法:以注射量表示;以合模力与注射量表示;用合模力表示，我国目前用第种表示方法，国际上采用的是第种表示方法。(2)基本参数及选用原则上一页 下一页 返回第二节塑料及模塑成型工艺及设备 注射压力。注射压力是指螺杆施加于料筒中熔融塑料上单位面积的压力(MPa)。它用来克服熔料从料筒中注入模腔所遇到的一切阻力，并使制品有一定的密度。注射压力的选取很重要。注射压力过高，制品可能产生毛边和脱模困难，制品应力较大，甚至造成废品;注射压力过低，则熔料不易充满模腔。最大注射量。它是指注射螺杆(或柱塞)做一次最大注射行程(S)时，注射装置所能达到的最大注射量。它反映了注射机的加工能力，标志着一次所能生产的塑料制品的最大量，所以经常用它来代表注射机的规格名称。选择注射机时，必须保证成型塑料制品所需塑料的熔融量(包括模内浇注系统和飞边在内)小于注射机允许的最大注射量。上一页 下一页 返回第二节塑料及模塑成型工艺及设备 锁模力。锁模力是指注射机的合模装置对模具所能施加的最大夹紧力。熔融塑料是在高压下注入型腔的，虽然流经料筒、喷嘴和模具的浇道以后有一部分压力损失，但仍具有相当大的压力，该压力通常称为型腔压力。型腔压力的大小取决于注射压力、喷嘴形式以及熔料赫度、制品形状等。型腔压力有顶开模具的趋势，为了保证注射成型过程中模具不致被顶开而产生溢边，必须有足够的锁模力，计算公式如下:FKpA上一页 下一页 返回第二节塑料及模塑成型工艺及设备 注射速度。注射时，为了使熔料及时充满模腔，熔料除了应具有足够注射压力外，还必须有一定的流速。注射速度的快慢直接影响制品的质量和机器的生产率。模具与注射机合模部分的相关尺寸。模具外形尺寸与注射机拉杆间距。安装模具的外形尺寸应小于注射机的拉杆间距L，否则模具无法安装;同时模具的座板尺寸不应超过注射机的模板尺寸。模板间最大开距SK是指定模板与动模板之间能分开的最大距离(包括调模行程在内)，它是关系到机器所能加工制品高度的参数，为使成型制品方便地取出，模板间最大开距SK一般为制品最大高度的3 4 倍。SK=(34)h上一页 下一页 返回第二节塑料及模塑成型工艺及设备 二、塑料制品与模塑工艺 良好的塑料制品工艺性是获得合格制品的前提，也是模塑工艺得以顺利进行和塑料模具达到合格要求的基本条件。因此，塑料制品的设计不仅要满足使用要求，而且还要符合成型工艺特点，并尽可能使模具结构简化。这样才能既保证成型工艺稳定，提高制品质量，又能提高生产率，降低成本。设计塑料制品时必须充分考虑以下因素:模塑方法。采用不同的模塑方法，对制品的工艺性要求也有所不同。本书所讲的成型工艺主要针对注射成型、压制成型及压注成型而言。上一页 下一页 返回第二节塑料及模塑成型工艺及设备 塑料的性能。塑料制品的尺寸、公差、结构形状应与塑料的物理性能、力学性能和工艺性能等相适应。模具结构及加工工艺性。塑料制品形状应有利于简化模具结构，尽量避免侧抽芯机构，还要考虑模具零件尤其是成型零件的加工工艺性。塑料制品设计的主要内容是尺寸、公差、表面质量和结构形状等。(一)塑料制品的尺寸、精度和表面质量 1.尺寸 这里的尺寸是指塑料制品的最大外形尺寸，而不是壁厚度、孔径等结构尺寸。上一页 下一页 返回第二节塑料及模塑成型工艺及设备 设计塑料制品的最大外形尺寸应考虑两方面的问题。一方面是考虑塑料的流动性，对于流动性差的塑料或薄壁制品在进行注射成型和压制成型时，制品尺寸不宜过大，以免熔体不能充满型腔或形成熔接痕，从而影响制品的外观和强度。另一方面是考虑成型设备的有关参数是否允许。注射成型制品尺寸受注射机的最大注射量、锁模力和模板尺寸的限制，压制成型制品尺寸受压力机最大压力及压力机工作台面最大尺寸的限制。2.精度上一页 下一页 返回第二节塑料及模塑成型工艺及设备 影响塑料制品尺寸精度的主要因素首先是模具成型零件的制造和装配误差、使用中的磨损和塑料收缩率的波动;其次是成型工艺条件的变化、塑料制品的形状和飞边厚度，脱模斜度及成型后制品的尺寸变化等也会影响制品的尺寸精度。由于影响塑料制品精度的因素较多，因此，塑料制品的尺寸精度往往不高，应在满足使用要求的前提下尽可能地选用低精度等级。3.塑料制品的表面质量 塑料制品的表面质量包括有无斑点、条纹、凹痕、变色等缺陷，还有表面光泽性和表面粗糙度等。表面缺陷必须避免，表面光泽性和表面粗糙度应根据塑料制品使用要求而定。上一页 下一页 返回第二节塑料及模塑成型工艺及设备 对透明制品光泽性和粗糙度有严格要求。对不透明制品外表面质量要求较高，而内表面则可根据使用情况适当低一些。一般模具表面粗糙度比制品要求高一级。(二)塑料制品的几何形状 1.塑料制品的形状 制件的形状应尽量简单、便于成型。在保证使用要求前提下，力求简单、便于脱模，尽量避免或减少抽芯机构，便于成型，且能提高生产效率。尽量避免与开模方向垂直的表面有凹痕、凸痕或孔，否则需采用瓣合模或侧向分型抽芯机构，不仅使模具结构复杂，还会在制品分型面处留下痕迹或飞边。上一页 下一页 返回第二节塑料及模塑成型工艺及设备 当塑料制品侧壁有较浅的环形凹槽(或外凸)并允许带有圆角时，可采用整体式凸模(或凹模)结构，利用塑料在脱模温度下具有足够弹性的特性，用强制脱模方式脱模来简化模具结构。如实际生产中，很多带螺纹的瓶盖都是用上述方法成型的。塑料制品的形状还要有利于提高其本身的强度和刚度，防止变形。为此薄壁容器的底和盖最好设计成球面、拱形曲面，如图1-16(a)和图1-16(b)所示的形状，可大大增强制品的刚度。容器的边缘加强可采用如图1-16(c)所示，增设凸缘或翻边等形状，来提高制品的强度并减少变形。2.塑料制品的壁厚度及脱模斜度上一页 下一页 返回第二节塑料及模塑成型工艺及设备 塑料制品壁厚度的确定要考虑使用要求和成型工艺要求，在使用上要求壁厚度应具有足够的强度和刚度，脱模时能承受脱模机构的冲击和振动，装配时能承受紧固力。在成型时从工艺上考虑塑料制品壁厚度既不能太薄又不能过厚。壁厚度太薄，则强度、刚性差，不能满足使用要求，而且还会增大充模阻力甚至充不满模。但壁厚度也不宜过大，否则用料太多，不但增加成本，而且还增加成型时间和冷却时间，降低生产率。另外壁厚度过大，也容易产生气泡、缩孔、凹痕、翘曲等缺陷，对于热固性塑料还可能造成固化不足。还应注意同一制品的壁厚度应力求均匀，以防止因固化或冷却速度不均而引起制品产生内应力，导致制品产生翘曲，甚至开裂。上一页 下一页 返回第二节塑料及模塑成型工艺及设备 为了便于塑料制品从模具中脱出，并防止脱模时擦伤制品表面，在与开模方向平行的塑料制品表面均应有合理的脱模斜度。其斜度的大小取决于塑料的收缩率、塑料制品的形状、壁厚度及其部位等。斜度的取向如图1-18 所示。一般情况下，脱模斜度为30130。当塑料制品有特殊要求或精度要求较高时，应选用较小的斜度;沿开模方向塑料制品尺寸较大的部位，也宜选用较小的斜度;塑料制品形状复杂，厚壁及不易脱模时，应取较大的斜度;侧面有皮革花纹或加强肋的制品，斜度取得更大。在开模时，为了让塑料制品留在模具的某一侧，则应将该侧的成型零件的斜度做得小一些，而另一侧斜度稍大一些。上一页 下一页 返回第二节塑料及模塑成型工艺及设备 3.塑料制品的加强肋、支撑面圆角等注意事项 为了确保塑料制品的强度和刚度而又不使塑料制品的壁厚度过大，最好的办法是在塑料制品的适当位置设置加强肋。但加强肋的尺寸不宜过大，应以矮一些，多一些为好。加强肋的尺寸如图1-19 所示。加强肋的布置还应避免塑料的局部集中，而造成局部产生缩孔或气泡。容器底部的加强肋高度不应与塑料制品支撑面平齐，应有大于0.5mm 的间隙，如图1-20所示。当塑料制品需要以一个面作为支撑时，以整个底面作为支撑是不合理的。上一页 下一页 返回第二节塑料及模塑成型工艺及设备 塑料制品上的转角处，除了使用上要求必须采用尖角以外，均应采用圆弧过渡。目的在于避免尖角处应力集中，提高强度，增强塑料制品的美观性，有利于熔体充模时的流动。此外，塑料制品的圆角也对应模具的圆角，使模具在淬火或使用中不致因应力集中而开裂。对于塑料制品上的某些部位如分型面部位、型芯与型腔配合处及型腔的特殊镶拼部位等不便做成圆角的，则必须采用尖角。4.塑料制品上孔的设计 塑料制品上常见的孔有通孔、盲孔、形状复杂的孔、螺纹孔等。这些孔均可模塑成型，但形状复杂的孔，模具制造困难，成本较高。孔的设置尽量采用模塑工艺上易于成型的孔。上一页 下一页 返回第二节塑料及模塑成型工艺及设备 另外，还要考虑孔应设置在不削弱塑料制品强度的地方，在孔与孔之间和孔与边缘之间应留有足够的距离，如图1-22(a)所示。塑料制品上固定用孔和其他受力孔的周围可设计一凸缘来加强，如图1-22(b),(c)所示。还要注意孔的成型深度L与孔径D 的比不要过大，尤其是直径小于1.5mm 的孔，成型时容易弯曲折断，用后加工方法(钻孔)较为合适，精度也容易保证。若在成型时先成型出钻孔的位置底孔，就更方便了。5.塑料制品上的螺纹 设计直接模塑成型的螺纹时，应注意以下问题:塑料螺纹尽量采用粗牙普通螺纹;螺纹孔的外径一般不得小于2mm，螺纹的精度不高于IT8 级;如果不考虑塑料的收缩值时，则塑料螺纹与金属螺纹的配合长度一般不大于螺纹直径的1.52 倍。上一页 下一页 返回第二节塑料及模塑成型工艺及设备 为了使塑料制品上的螺纹始端和末端在使用中不致崩裂或变形，其始、末端应按如图1-23 所示的结构设计，即螺纹的始端和末端均不应突然开始和结束，而应有过渡部分Z，其Z 值可按如表1-5 所示选取，在过渡长度内，螺纹是逐步起始和消失的。同一制品又在同一轴线上有两段螺纹时，应使两段螺纹的旋向相同，螺距相等，以便于用一个螺纹型芯成型。6.带嵌件的塑料制品 在塑料制品内嵌入金属或非金属零件而与其形成不可拆卸的连接，即称所嵌入的零件为嵌件。上一页 下一页 返回第二节塑料及模塑成型工艺及设备 在塑料制品中放入嵌件的目的，有的是为了增强塑料制品的局部强度、硬度、耐磨性或导电性、导磁性，还有的是为了增加制品尺寸和形状的稳定性，或为了降低某些塑料的消耗及满足其他的要求等。带嵌件的塑料制品在实际中经常遇到，如各种电器的插头、带塑料把柄的维修工具等。嵌件的形状可以是圆筒、圆柱、螺杆、细长杆或板形、片形等形状。加工带嵌件塑料制品应注意的主要问题是:嵌件与塑料制品的可靠连接问题，成型过程中嵌件的定位及保证塑料制品的强度等问题。(1)嵌件在模具中的定位与固定 为防止成型时因料流的冲击或合模振动而使嵌件发生歪斜或移动，嵌件在模具中必须保证准确的定位和牢靠的固定，并且成型时塑料还不要挤入嵌件的预留孔中或螺纹槽中。上一页 下一页 返回第二节塑料及模塑成型工艺及设备 圆柱形嵌件一般可采用插入模具相应孔中的方法来定位，如图1-24 所示。对于不通孔的螺纹嵌件，可利用其内孔定位，即将其内孔插入模具中专设的定位杆上，如图1-25(a)所示;也可采用外凸台或内凸台与模具中的孔配合，如图1-25(b),(c)所示;对于通孔的螺纹嵌件，可将其拧在带有外螺纹的定位杆上，如图1-25(d)所示，顶出时将该定位杆一起顶出，再进行模外拆卸定位杆。(2)嵌件与塑料制品的可靠连接 嵌件嵌入塑料制品的部分必须保证嵌件受力时不转动不拔出，这主要通过嵌件的外部结构设计来实现。上一页 下一页 返回第二节塑料及模塑成型工艺及设备(3)嵌件周围塑料层的厚度 设置嵌件会在其周围塑料中产生内应力。内应力的大小与塑料特性、嵌件材料和塑料膨胀系数差异及嵌件的形状有关，内应力过大会导致塑料制品开裂。嵌件周围塑料层的厚度越厚，则塑料制品因内应力开裂的可能性就越小，因此，嵌件周围必须有足够的塑料层厚度。此外，嵌件的周边要避免出现尖角，以减少塑料冷却时产生过大的应力集中。生产带嵌件的塑料制品，虽然可以增加塑料制品的某些性能，但也会降低生产率，增加劳动强度，因此，能避免的嵌件还是应尽可能不用或者采用装配的办法在成型后装入。上一页 下一页 返回第二节塑料及模塑成型工艺及设备 7.塑料制品的花纹、标记、符号及文字 塑料制品上的花纹一方面是使用需要，一方面则是为了装饰。其设计的基本原则是易于成型和脱模，便于模具制造。因此，纹向应与脱模方向一致。塑料制品上的标记、符号和文字有三种不同的结构形式:第一种制品上为凸字，如图1 28(a)所示，模具上为凹字，这种形式制模方便，但使用中制品上的凸字容易损坏;第二种制品上为凹字，如图1-28(b)所示，使用时不容易损坏，而且凹字可以填上各种颜色的油漆，使字迹鲜明好看，但模具上的字是凸起的，采用机械加工较麻烦;第三种为凹坑凸字，即在制品的凸字周围做成带有凹坑的装饰框，如图1-28(c)所示，这样可以综合上面两种方法的优点而克服其缺点。上一页 下一页 返回第二节塑料及模塑成型工艺及设备(三)注射成型工艺 注射成型是指有一定形状的模型，通过压力将熔溶状态的胶体注入模腔而成型，工艺原理是:将固态的塑胶按照一定的熔点熔化，通过注射机器的压力，用一定的速度注入模具内，模具通过水道冷却将塑胶固化而得到与设计模腔一样的产品。塑料制品的成型方法有注射成型、压缩成型、压注成型、中空吹塑等，其中注射成型工艺应用最广泛。1.注射成型工艺过程 注射成型是利用塑料的可挤压性与可模塑性，首先将松散的粉料或粒料从注射机的料斗送入高温的机筒内加热熔融塑化，使之成为赫流态熔体，然后在柱塞或螺杆的压力推动下，高速通过机筒前端的喷嘴注射进入模具型腔，经冷却定型后便可获得具有一定形状和尺寸的塑料制品。其成型工艺过程如图1-29 所示。上一页 下一页 返回第二节塑料及模塑成型工艺及设备 主要工序:(1)加料 预塑随着螺杆的转动，料斗中的塑料不断被加入料筒中，并连续向前输送，在输送过程中，物料被压实，同时在料筒外加热和螺杆剪切热的作用下，塑料被逐渐塑化成黏流态向螺杆头部聚集，并建立起一定的压力。当螺杆头部的压力达到能克服注射活塞后退的阻力(背压)时，螺杆则边转动边后退，致使螺杆前端的熔料逐渐增多，当达到所需要的注射量时，螺杆即停止转动和后退。到此，加料塑化完毕，如图1-29(c)所示。(2)合模 注射加料预塑完成后，合模装置启动，使模具闭合。继而注射座前移，当喷嘴紧贴模具后，注射油缸通入压力油，使螺杆按工艺要求的压力和速度向前移动，将熔料注射到模腔内，如图1-29(a)所示。上一页 下一页 返回第二节塑料及模