《成型模具设计》教案.pdf
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1、成型模具设计教案成型模具设计教案(修订版)(修订版)屈华昌屈华昌 主编主编李和平李和平 主讲主讲高等教诲出版社高等教诲出版社绪论绪论教授教化目标:明白得塑料成型在工业临盆中的重要性、塑料模具的分类。教授教化重点:教授教化难点:教授教化课时:1 学时教授教化内容:一、塑料及塑料工业的成长1、始创时期;2、成长时期;3、飞跃成长时期;4、稳固增长时期。二、塑料成型在工业临盆中的重要性1、模具工业在公平易近经济中的重要地位;2、塑料模具设计与制造在塑料工业中的地位。三、塑料成型技巧的成长趋势1、模具的标准化;2、加强理论研究;3、塑料制件的周详化、微型化和超大年夜型化;4、新材料、新技巧、新工艺的研
2、制、开创和应用。二、塑料模具的分类按照塑料制件的成型方法可分为以下几类:1、打针成型:打针成型又称打针模塑或注塑成型。其道理是将粒状或粉状的塑料原料参加到打针机的料筒中,经由加热熔融成粘流态,在柱塞或螺杆的推动下,以必定的流速打针入闭合的模具型腔中,充分硬化定型后从模内脱出成型的塑件。几乎所有的热塑性塑料(除氟塑料外)及部分热固性塑料皆可经打针成型而获得各类外形的塑料成品,其应用覆盖了公平易近经济各个范畴。2、紧缩成型:其道理是将预热过的塑料原料直截了当参加到处于成型温度下的模具型腔中,然后闭模及加压加热,塑料在型腔内受热受压,熔融塑化并向型腔各部位充填,待充分固化定型后,卸压启模即得模压抑品
3、。3、压注成型:压注成型又称传递成型。它的道理是将热固性塑料置于高温的模具加料腔内,使其受热熔融塑化成粘流态,并在活塞的压力感化下,经由过程模具的浇注体系打针入闭合的模腔中;熔融塑料在此连续受热受压,经交联固化而定型;最后打开模具获得所需外形的成品。4、挤出成型:挤出成型又称挤压成型。其成型道理是借助于迁移转变的螺杆,连续的将塑化好的、呈熔融状况的成型物料从挤出机的机筒中挤出,并经由过程特定断面外形的口模成型。并在冷却、牵引和割断等一系列的关心装配的感化下,获得具有必定截面外形的连续型材,如管材、棒材、板材、片材、电线电缆的包覆层及其它的异型材等。5、中空成型:中空成型又称中空吹塑成型。中空成
4、型的道理是先经由过程挤出或注塑的成型方法临盆出高弹状况的塑料型坯,再把塑料型坯放入闭合的模腔内,然后向型坯内吹入紧缩空气,使其胀大年夜并紧贴在模腔表壁,经冷却定型后获得与模具型腔外形一致的中空成品。中空成型重要用于临盆塑料瓶子、水壶、提桶、玩具等。6、真空成型:将加热的塑料片材与模具型腔别处所构成的封闭空腔内抽真空,使片材在大年夜气压力下产生塑性变形而紧贴于模具型面上成为塑料制件的成型方法。7、紧缩空气成型:是应用紧缩空气,使加热软化的塑料片材产生塑性变形并紧贴在模具型面上成为塑料制件的成型方法。三、进修本课程应达到的目标进修目标与要求:1、明白得塑料的构成、分类及其机能;2、明白得塑料成型的
5、基来源差不多理和工艺特点;3、操纵各类成型设备对各类模具的要求;4、操纵各类成型模具的构造特点及设计运算方法;5、具有初步分析、解决成型现场技巧问题的才能。第一章第一章 高分子聚合物构造特点与机能高分子聚合物构造特点与机能教授教化目标:明白得聚合物的分子构造与机能教授教化重点:聚合物的热力学机能教授教化难点:聚合物的热力学机能教授教化课时:2 学时教授教化内容:1.11.1 聚合物分子的构造特点聚合物分子的构造特点一、聚合物的分子构造(一)树脂与塑料1、天然树脂:从物体中直截了当提掏出来的树脂。2、合成树脂:人们依照天然树脂的分子构造和特点,应用人工方法制的的树脂。因为合成树脂有优良的机能,因
6、此塑料一样差不多上用合成树脂制得的。(二)高分子与低分子1、高分子:含有原子数专门多、相对分子质量专门高、分子专门长的巨型分子。不管是天然树脂照样合成树脂差不多上高分子聚合物。2、低分子:原子数专门少、相对分子质量专门低的分子。如H2O、CaCO3等。(三)聚合物的分子构造1、线型聚合物:聚合物的分子链呈不规矩的线状,聚合物是一根根的分子链构成的,称线型聚合物。2、体型聚合物:在大年夜分子链之间有一些短链把它们互订交联起来,成为网状构造,称体型聚合物。1.21.2 聚合物的热力学机能聚合物的热力学机能图 2-3 聚合物的热力学曲线图 2-3 中曲线 1 为线型无定形聚合物受恒应力感化时变形程度
7、与温度的关系曲线,也较热力学曲线。此曲线分为三个时期,即线型无定形聚合物常存在的三种物理状况:玻璃态、高弹态和粘流态。1)g,曲线全然是程度的,变形程度小,同时是可逆的;但弹性模量较高,聚合物处于刚性状况,表示为玻璃态。2)gf,曲线开端急剧变更,但专门快稳固趋于程度。聚合物的体积膨胀,表示为柔嫩而富有弹性的高弹态。外力去除变形量能够复原,弹性是可逆的。3)f,曲线变形灵敏成长,弹性模量再次专门快降低,聚合物即产生粘性流淌,成为粘流态。此变形弗成逆。个中 g玻璃化温度,是聚合物从玻璃态改变为高弹态的临界温度,是塑料应用的上限温度;f粘流温度,是聚合物从高弹态改变为粘流态的临界温度;b脆化温度,
8、是塑料应用的下限温度;d热分化温度;b g塑料的应用温度范畴。表 2-1热塑性塑料在不合状况下的物理、工艺机能状况温度分子状况工艺状况加工可能性可作为构造材料进行锉、锯、钻、车、铣等机械加工曲折、吹塑、引伸、真空成型等,成型后会缠身较大年夜的内应力分子蛮缠为无规矩线团或卷曲状坚硬的固态高弹性固态,橡胶状分子链展开,链段活动高分子链活动,彼此滑移塑性状况或高粘滞状况可打针、挤出、压延等,成型后应力小。玻璃态高弹态粘流态g以下g ffd1.31.3 聚合物的流变学性质聚合物的流变学性质一、牛顿流体及其流变方程图 2-4液体在流道中流淌时的速度梯度图从图中可得出v=dx/dt(1)故dv/drd(d
9、x/dt)/drd(dx/dr)/dt(2)式中v 液层移动速度;dv/dr 单位距离内的速度差(速度梯度);dx/dr 一个液层相关于另一个液层移动的距离,它是剪切力感化下该层液体产生的切应变,即dx/dr。因此 dv/drd/dt(3)式中 单位时刻内的切应变,称为剪切速度。故能够用剪切速度代替速度梯度,两者在数值上相等。切应力和剪切速度的关系(dv/dr)(4)式中 液层单位别处上所加的切应力;比例常数(牛顿粘度)。式(4)为牛顿流淌定律,即牛顿流体的流变方程。它注解液层单位别处上所加的切应力与液层间的速度梯度成正比。二、聚合物熔体的粘弹性流淌熔体中的弹性形变与聚合物的相对分子质量、外力
10、感化速度或时刻以及熔体的温度等有关。当相对分子质量越大年夜、外力感化时刻越短、熔体温度超高于材料熔点时,弹性现象表示明显。三、热塑性和热固性聚合物流变行动的比较1、热塑性聚合物加热是一种物理感化,加工过程所获得的外形必须经由过程冷却定型(硬化)。在加热的过程中,材料内涵性质产生必定变更,但未改变材料整体可塑性的全然特点,材料是能够反复塑造成型的。2、热固性聚合物加热可使材料熔融,同时在足够高的温度下产生交联反响,最终完成硬化等化学反响。材料一旦硬化,就掉去了再次软化、流淌和改变外形的才能,也确实是说这种聚合物弗成以反复塑造成型。1 14 4 聚合物在成型过程中的物理化学变更聚合物在成型过程中的
11、物理化学变更一、聚合物的结晶1、概念结晶过程:聚合物由非晶态转为晶态的过程。结晶度:结晶区在聚合物中所占的重量百分比。2、结晶度对塑件的阻碍为了改良塑件的机能,平日采取热处理的方法使非晶相改变为晶相,不稳固的晶形构造转为稳固的晶形构造,微小的晶粒转为较大年夜的晶粒,但晶粒过分粗大年夜,会使聚合物变脆,机能变差。二、成型过程中的取向感化1、概念取向感化:热固性和热塑性塑估中各自存在的细而长的纤维状填料和聚合物分子,在专门大年夜程度上,都邑顺着流淌的偏向作平行的分列,这种分列称为取向感化。2、打针、压注成型塑件中纤维状填料的取向图 2-24扇形片试样中填料的取向从图中能够看出,填料分列的偏向重要顺
12、着流淌的偏向,碰着阻力后,改称与阻力垂直的偏向,并按此定形。3、打针、压注成型塑件中聚合物分子的取向图 2-25打针成型长条形试样中聚合物取向程度分析(a)横向截面(b)轴向纵截面从图中能够看出,沿试件轴向的分子取向程度从浇口处顺着料流偏向逐步增长,达到最大年夜值后又逐步减弱。沿试件截面越接近中间区域取向程度越小,中间两侧而不到表层的一带取向程度较高。三、聚合物的降解1、概念降解:又叫裂解,是把相对分子质量降低的现象,称为降解。2、削减和幸免聚合物降解的方法1)严格操纵聚合物的技巧指标,应用合格的原材料;2)聚合物在应用进步行干燥处理;3)确信合理的加工工艺和加工前提;4)应用附加剂来加强聚合
13、物对降解的抗击才能。四、聚合物的交联1、概念交联:聚合物在加工过程中,形成三维构造的反响称为交联。2、交联聚合物的机能交联聚合物的机械强度、耐热性、耐溶剂性、化学稳固性和塑件的外形稳固性等都有所进步。热固性塑料成型时平日产生交联反响。第二章第二章 塑料的构成与工艺特点塑料的构成与工艺特点教授教化目标:操纵塑料的构成及工艺特点教授教化重点:塑料的构成及工艺特点教授教化难点:塑料的构成及工艺特点教授教化课时:2 学时教授教化内容:2 21 1 塑料的全然构成塑料的全然构成211 塑料的构成塑料以合成树脂为重要成分,经与不合的添加剂混淆而成具有可塑成型的混淆物,在加热加压的前提下具有可塑性,常温下为
14、柔韧的固体。1、合成树脂合成树脂是塑料的全然成分,是人们仿照天然树脂的成分用化学方法人工制取获得的各种树脂。2、填充剂(又称填料)添加填充剂的目标是降低塑估中树脂的应用量,从而降低成品成本;其次是改良塑料的加工机能和应用机能,填充剂在塑估中的含量一样操纵在 40%以下。3、增塑剂增塑剂的感化是进步塑料的可塑性和柔嫩性。4、稳固剂添加稳固剂的感化是进步塑料抗击光、热、氧及霉菌等外界身分感化的才能,阻缓塑料在成型或应用过程中的变质。稳固剂的用量一样为塑料的 0.30.5%。5、润滑剂润滑剂对塑料的别处起润滑感化。6、着色剂合成树脂的本质大年夜差不多上白色半透亮或无色透亮的。在工业临盆中常应用着色剂
15、来增长塑料成品的色彩。对着色剂的要求是:耐热、耐光,机能稳固,不易与其它组分起化学反响,易扩散,着色力强,与树脂有优胜的相溶性。着色剂用量一样为塑料的0.010.02。7、固化剂在热固性塑料成型时,有时要参加一种能够促使合成树脂完成交联反响而固化的物质。212 塑料的分类1、按合成树脂的分子构造及其特点分类1)热塑性塑料这类塑料的合成树脂差不多上线型或带有支链型构造的聚合物,在必定的温度下受热变软,成为可流淌的熔体。在此状况下具有可塑性可塑制成型成品,冷却后保持既得的外形;如再加热,又可变软塑制成另一外形,如斯能够反复进行。2)热固性塑料这类塑料的合成树脂是带有体型网状构造的聚合物,在加热之初
16、,因分子呈线型构造,具有可熔性和可塑性,可塑制成必定外形的成品,但当连续加热温度达到必定程度后,分子显现网状构造,树脂变成了不熔的体型构造,现在即使再加热到接近分化的温度,也不再软化。2、按塑料的用处分类1)通用塑料 指产量大年夜、成形性好、价格低、用处广,常作为非构造材料应用的塑料。2)工程塑料 指具有优良的力学机能和较宽温度范畴内的尺寸稳固性,同时还具有耐磨、耐腐化、自润滑等综合机能,能在必定程度上代替金属作为工程构造材料应用的塑料。3)专门塑料 指具有某些专门机能的塑料,这类塑料平日有高的耐热性或高的电绝缘性及耐腐化性。2 22 2 塑料成型的工艺特点塑料成型的工艺特点221 热塑性塑料
17、的工艺性1、紧缩性(1)导致塑料成型紧缩的身分1)塑料材料的热胀冷缩;2)成品脱模后的弹性复原;(2)阻碍塑料成型紧缩的身分1)塑料品种;2)塑件构造;3)模具构造;4)成型工艺。2、流淌性在塑料的模塑成型过程中,塑料熔体在必定的温度和压力下充填模具型腔的才能,称为塑料的流淌性。阻碍塑料流淌性的身分重要有以下几方面:(1)温度一样情形料温高,流淌性大年夜,但不合塑料也各有差别。(2)压力打针压力增大年夜,流淌性也增大年夜。(3)模具构造浇注体系的情势、尺寸、构造、冷却体系的设计和流淌阻力的都直截了当阻碍流淌性,凡促使料温降低、流淌阻力增长的身分,都邑使流淌性降低。3、相容性相容性是指两种或两种
18、以上不合品种的塑料,在熔融状况下不产生相分别现象的才能。塑料的相容性也称为共混性。4、吸湿性吸水性是指塑料对水分的亲疏程度。5、热敏性热敏性是指某些热稳固性差的塑料,在较高温下受热时刻稍长或料温过高时产生变色、降解、分化的偏向。具有这种偏向的塑料称为热敏性塑料,如硬聚氯乙烯、聚甲醛、聚三氟氯乙烯等。222 热固性塑料的工艺性1、紧缩性阻碍热固性塑料紧缩性的身分与热缩性塑料雷同。2、流淌性阻碍流淌性的身分如下:(1)塑料品种(2)模具构造(3)成型工艺3、比容和紧缩率比容指单位重量的松散塑料所占的体积,单位为cm3/g;压塑率指塑料的体积与塑件的体积比,其值恒大年夜于1。4、硬化速度硬化是指塑料
19、成型时完成交联反响的过程。硬化速度平日以塑料试样硬化每1mm 厚度所须要的秒数来表示,此值越小,硬化速度越快。5、水分及挥发物含量2 23 3 常用塑料简介常用塑料简介231热塑性塑料1、聚乙烯(PE)(1)全然特点 聚乙烯塑料由乙烯单体经聚合而成,是塑料工业中产量最大年夜的品种。按聚应时采取的临盆压力的高低可分为高压、中压和低压聚乙烯三种。高密度聚乙烯(HDPE)又称低压聚乙烯,具有较高的刚性、硬度、耐磨、耐蚀及耐热性,但柔韧性、透亮性较差。低密度聚乙烯(LDPE)又称高压聚乙烯,具有较好的柔嫩性、耐冲击性及透亮性,但耐热、耐光、耐氧化才能差、易老化。聚乙烯无毒、无味、呈乳白色的蜡状半透亮状
20、,有必定的机械强度,但与其他塑料比拟机械强度偏低、别处硬度差。聚乙烯的绝缘机能优良,除苯及汽油外,一样不溶于有机溶剂;化学稳固性好,能耐稀硫酸、稀硝酸及其他任何浓度的酸、碱、盐的腐蚀;其透水气机能较差,而透氧气、二氧化碳及专门多有机物质蒸气的机能好;聚乙烯的耐低温机能较好,在-60下仍具有较好的机械机能,但其应用温度不高,一样LDPE 的应用温度在 80阁下,HDPE的应用温度在 100阁下。(2)重要用处 低压聚乙烯可用于制造塑料管、塑料板、塑料绳以及承载力不高的零件,如齿轮、轴承等;高压聚乙烯常用于制造塑料薄膜、软管、塑料瓶以及电气工业的绝缘零件和包覆电缆等。(3)成型特点 聚乙烯成型时,
21、紧缩率大年夜,在流淌偏向与垂直偏向上的紧缩差别也较大年夜。打针偏向的紧缩率大年夜于垂直偏向的紧缩率,易产生变形和产生缩孔;冷却速度慢,必须充分冷却;聚乙烯质软易脱模,成品有浅的侧凹时可强行脱模。2、聚丙烯(PP)(1)全然特点 聚丙烯是由丙烯单体经聚合而成。无味、无色、无毒,外不雅似聚乙烯,呈白色的蜡状半透亮状,是通用塑估中最轻的聚合物。聚丙烯具有优良的耐热性、耐化学腐化性、电机能和力学机能;聚丙烯具有较好的刚度和易定向性;聚丙烯的高频绝缘机能较好;强度比聚乙烯好,专门是经定向拉伸后的聚丙烯具有极高的抗曲折疲乏强度,可制造搭钮;聚丙烯可在 107121下经久应用,在无外力感化下,应用温度可达
22、150;聚丙烯的防潮机能较好,它是通用塑估中独一能在水中煮沸且在135蒸气中消毒而不被破坏的塑料。聚丙烯的韧性较差,专门是在低于其玻璃化温度的前提下,能够经由过程添加冲击改性剂来进步其抗冲击机能(填料一样为玻璃纤维、云母、滑石和碳酸钙)。(2)重要用处 因为聚乙烯的耐热机能好,故能够制造硬的高压容器以及汽车的模塑部件;因为其定向机能较好,能够制造各类纺织纤维;因为其抗疲乏强度较高,故可用作各类机械零件以及自带搭钮的盖体合一的箱壳类制件;抗冲击机能的聚乙烯重要用于汽车、家用品、器具中的注塑件。(3)成型特点留意成型温度。聚丙烯的熔化温度在220275,成型模温为 80阁下,弗成低于 50,温度过
23、高也弗成,易产生翘曲现象。3、聚氯乙烯(PVC)(1)全然特点 聚氯乙烯是世界上产量最大年夜的塑料品种之一,聚氯乙烯树脂为白色或浅黄色粉末。硬聚氯乙烯不含或少含增塑剂,有较好的抗拉、抗弯、抗压和抗冲击机能;软聚氯乙烯含有较多的增塑剂,柔嫩性、断裂伸长率较好,但硬度、抗拉强度较低;聚氯乙烯不易燃、耐气候变更性较好;其电断气缘机能较好,能够用作低频绝缘材料;其化学稳固性也较好,对氧化剂、还原剂和强酸都有专门强的抗击力,然而它能够或许被浓氧化酸(如浓硫酸、浓硝酸)所腐化;其紧缩率相当低,一样为0.20.6;聚氯乙烯的热稳固性较差。(2)重要用处 因为聚氯乙烯不易燃,可用于房屋墙板;因为其化学稳固性高
24、,因此可用于防腐管道、管件、输油管等;因为电断气缘机能优良,可在电气、电子工业顶用于制造插座、插头、开关、电缆;在日常生活顶用于制造凉鞋、雨衣、玩具、人造革等。(3)成型特点留意成型温度。聚氯乙烯的熔化温度为 185205,成型模温为 2050,聚氯乙烯在成型温度下轻易分化,是以,在成型时必须参加产稳固剂和润滑剂,并严格操纵温度及熔料的滞留时刻。4、聚苯乙烯(PS)(1)全然特点聚苯乙烯是由苯乙烯聚合而成,为无色、无味、无毒的透亮塑料。聚苯乙烯具有较好的几何稳固性、热稳固性和优良的光学透过机能;易于着色;同时具有优胜的电学机能,专门是高频绝缘性;它还具有必定的化学稳固性,它能抗击水及稀释的无机
25、酸,但能够或许被强氧化酸(如浓硫酸)腐化;质地硬而脆,在一些有机溶剂中易膨胀变形;其紧缩率在 0.40.7之间。(2)重要用处因为聚苯乙烯的光学透过机能较好,故在工业上可制造灯罩、透亮容器等;因为具有高频绝缘性,可用于电气方面的接线盒、电池盒等;在日用品方面可用于制造包装材料、家庭用品(餐具、托盘等)。(3)成型特点熔化温度在 180280之间,成型模温为 4050,因为热膨胀系数高,成品中不宜有嵌件。5、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)(1)全然特点 ABS 是由丙烯腈(A)、丁二烯(B)、苯乙烯(S)共聚生成的三元共聚物,具有优胜的综合力学机能。丙烯腈使 ABS 有较高的耐化学腐化性
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