材料成型工艺基础非金属材料成型.ppt

1、第五章 非金属材料成型1、塑料成型2、橡胶成型3、陶瓷成型4、复合材料成型塑料及其特性1. 定义合成树脂为主要成分辅助添加剂组成的具有可塑性的材料。 2. 塑料的结构与性能特点塑料的性能主要取决于合成树脂的结构。第一节 塑料成型合成树脂的结构与性能结 构性 能分子量大较高的强度、耐磨性分子的长链结构密度小、质轻呈现卷曲缠结状态对化学试剂表现稳定有可塑性和弹性对声、热的良好绝缘性大分子化学键都是共价键良好的电绝缘性塑料的性能特点质量轻、比强度高化学稳定性好、耐腐蚀自润滑性好，耐磨减振性能好耐热性差、易分解易老化刚度差、尺寸不太稳定3. 塑料（合成树脂）的分类按来源分：天然树脂 合成树脂按合成反应

2、路线分：加聚型树脂 缩聚型树脂按大分子的结构特征分：线型树脂 支化型树脂 网型树脂按热行为表现分：热固性树脂 热塑性树脂热固性树脂热行为表现： T T T固 软化流动 固化 分解特点：一次性不可逆性能变化实质：化学变化分子结构变化热塑性树脂热行为表现： TT T固 软化 熔融流动 分解 T T 特点：可逆反复变化性能不变化实质：物理变化常见热固性塑料：酚醛塑料（PF）环氧塑料（EP）脲甲醛塑料（UF）常见热塑性塑料：聚乙烯（PE）聚丙烯（PP）聚氯乙烯（PVC）聚碳酸酯（PC） 有机玻璃（PMMA） ABS塑料 PA、POM等将固体聚合物(粉状/粒状/片状)转变为可流动状态(熔体或溶液),使其

3、表现出可塑性;固定其形状并生产出具有使用性能的产品.所以,与塑料的固体材料性质流动性质热物理性质密切相关.-成型设备设计和成型工艺.一、工程塑料的成型性能（一）塑料形变与温度的关系塑料熔体的流动性质-表观粘度和熔体流动速率表观粘度:反映熔体流动中流层之间的摩擦阻力,影响因素有分子量、温度、剪切速率、压力等熔体流动速率：在一定的温度和载荷下，熔体每十分钟从标准的测定仪所挤出的物料质量。（二）塑料的流变性能粘度与其影响因素之间的关系1、分子量：一般的塑料熔体，粘度随分子量增高而增大。不同分子量决定其材料的不同成型方法和用途。2、剪切速率：大部分塑料熔体的剪切粘度随着剪切速率增大而减少。对于剪切速率

4、敏感的材料，可以通过调整剪切速率来改变熔体粘度。塑料的流变性能3、温度：一般，随温度增高，粘度降低。（三）塑料的成型工艺性1. 流动性 热塑性塑料用熔融指数表示。 热固性塑料用拉西格流动性表示。思考题铸铁或铸钢的流动性是如何表示的？2. 收缩性 塑料件的尺寸一般总是小于其模具的尺寸。 收缩率 KL = 100%式中：L0模具型腔在室温和标准压力下的单维尺寸； L1制品在相同情况下与模具型腔相应的单维尺寸思考题塑料的膨胀系数是钢的好几倍 ，为什么塑料的成型收缩率却和铸铁、铸钢的线收缩率相近？ 3.结晶性与成型时的冷却速度有关。 4.热敏性和水敏性5.毒性、刺激性和腐蚀性利用一切可能的办法. 使塑

5、料原料-具有一定形状和使用价值的制品具体步骤: 基本原料的配制和准备- 成型- 制品后加工塑料成型加工的核心内容是:高分子制品设计的流程分析形状造型设计合理选材样品初步设计(配方设计、工艺设计、结构设计及模具设计)样品试制：性能测试、定额测算并核算成本产出合格品，编写技术文件成型方法分类一次成型:挤出、注射、发泡、压缩模塑、传递模塑二次成型：热成型、固相成型发展趋势:节能省料提高效率改进制品性能后加工机械加工修饰装配不一定进行后加工工序二、注射成型加压下物料由加热料筒经过主流道、分流道、浇口注入闭合模腔原料干燥加料塑化 注射保压 冷却定型 脱模 清理成品（一）工艺过程注射成型应用注射成型过程工

6、艺参数1、温度 注射成型时需要控制的温度包括：料筒温度、喷嘴温度和模具温度。2、压力 螺杆头部注射时对塑料熔体施加的压力。3、时间 一次注射成型所需时间。（二）注塑机与摸具注射机工作过程注射成型模具 注射模的典型结构 凡是注射模具，均可分为动模和定模两大部分。注射时动模和定模闭合构成型腔和浇注系统。 三、压缩成型（一）工艺过程压缩模塑原料: 粉状粒状纤维状放入:加热好的模具型腔合模加压:使其成型固化脱模:得到制品压缩模塑特点可制较大平面制品但生产周期长电器开关、餐具等适合热固性和热塑性塑料，但主要适合热固性塑料的生产。2、压缩成型设备、模具四、其它成型方法（一）传递模塑热固性塑料经过加热室进入

7、加热模具成型（二）挤出成型使加热或未加热的塑料通过成型孔制品管材挤出成型机结构与工作原理管材挤出成型机生产过程吹塑成型进入型腔的塑料坯吹入压缩空气塑料膨胀得到中空制品吹塑薄膜（三）差压（真空）成型成本最低制品特点壁薄,且多为内凹外凸的半壳型.（四）压延成型-生产片材人造革生产第二节 塑料成型模具及制品结构的工艺性一、塑料模具概述 塑料模具是利用其特定形状去成型具有一定形状和尺寸的塑料制品的工具，它对塑料零件的制造和成本起着决定的影响。对塑料模具的要求1. 生产出的制品应能满足其尺寸精度 、外观 、 物理性能等方面的要求；2. 从模具使用的角度，要求高效率、自动化，操作简单；3. 从模具制造的角

8、度， 要求模具结构合理、制造容易、成本低廉。现代塑料制品生产的三项重要因素高效的设备合理的加工工艺先进的模具塑料模具的发展趋势CAD/CAM/CAE技术的应用；模具设计由经验化向理论化方向发展；采用高效率、自动化的模具以适应大量生产的需要；大力发展高强度、高耐磨的模具材料；特种加工方法；模具通用件的标准化二、塑料成型模具的分类注射成型模具压制成型模具压铸成型模具挤出成型模具吹塑中空成型模具真空或压缩空气成型模具三、 塑料制件工艺结构设计1、设计塑料制件的四项原则（1）在保证使用性能（机械强度、电性能、耐化学腐蚀、形状稳定、耐温、吸水性等）的前提下，力求塑料制品结构简单，壁厚均匀，使用方便；（2

9、）设计制品时应尽量考虑结构合理，便于模具制造和成型工艺的实施；（3）日用生活品和儿童玩具等要求外表美观者，则应与美工人员共同研究，设计出两全其美的产品；（4）高效率、低消耗，尽量减少制品成型前后的辅助工作量，并避免成型后的机械加工。2、塑料制品的结构设计（1）尺寸精度 常用塑料的尺寸精度分8个等级，对每一种具体塑料制品选3个等级，即高精度、一般精度、低精度。影响塑件尺寸精度有下述几方面（a）成型材料关键是收缩率是否稳定。（b）成形条件压力、温度、时间等确定不当，将直接影响收缩率。（c）塑料制品的形状 壁厚、几何形状，会影响成形收缩率；脱膜斜度的大小则直接影响尺寸精度。（d）模具结构 浇口大小、

10、料流方向 （e）分型面选择 （f）模具的磨损而产生的误差 （2）粗糙度 一般模具的粗糙度要求较制品的高一等级，比如制品要0.8，则模具0.4（3）脱膜斜度 目的：便于制件在开模、脱膜时不易拉伤、擦毛，而且由于塑料的收缩也便于脱膜。 一般脱膜斜度为101030，有时30也有。若对塑件无损害时，尽量大些。 （4）壁厚及其均匀性 壁厚的大小要考虑到制件的强度与刚度，但对成型工艺来说，壁厚不宜太大。 壁厚应力求均匀。（5）加强筋与其它防变形设计 制件设加强筋的目的： a 提高制品的强度、刚度 b 可减少制件中的壁厚 c 降低充模阻力这里有一个原则：为了提高塑料的强度和刚度，宁可要增加加强筋的数目，而不

11、要增加其壁厚。 加强筋的厚度5080%壁厚，避免接头部凹陷。（6）支承面或凸台 一般不利用整个支承面作凸台。 正确的方法是设置凸边或凸台。（7）圆角 塑件因模具结构的关系要求不能有圆角外，一般情况下必须有圆角过渡，以减少应力集中。圆角可减少充模阻力。外缘设凸台的目的是使壁厚均匀。（8）孔a . 孔与孔之间的距离孔的边缘易产生熔接痕。b.孔与塑件边缘之间的距离 一般应取孔径3倍以上。c.通孔 对压制孔，孔深不得大于4d 对注射孔，孔深不得大于8d 对特深的孔，可先压定位孔，成型后再钻d. 盲孔 对压制孔，孔深不得大于2.5d。对注射孔，孔深不得大于4d。e.用以紧固塑件的孔 应用平头的螺钉孔，以

12、免塑件产生裂纹。 f.形状复杂的孔 采用动定模相切或平行于开模方向的几何图形复杂的型芯来成型g.侧孔或侧凹 若塑件允许，尽量予以改进，以简化模具设计。 塑件上应避免有交叉的孔，因其容易发生故障。（9） 螺纹设计螺纹时： 内螺纹直径一般不小于2mm 外螺纹直径一般不小于4mm 精度不高于3级 与金属螺纹的配合长度不大于螺纹直 径的1.52倍 螺距不宜太小螺纹成型的三种方法： a. 成型杆成型环在成型后，从制品上拧下来； b. 阳螺杆采用瓣合模成形，这时工效高，但精度差，飞边不易除尽； c. 浅的阴螺纹，软塑料时可强制脱膜。 同一塑件的前后两段螺纹的螺纹方向与螺纹应一致，若不一致，就应用镶块。（1

13、0） 嵌件 塑件压入嵌件的目的： 增加塑件的强度、硬度、耐磨性、导电性、导磁性和保证尺寸稳定和制造精度。 但安放嵌件会降低生产效率，不利于生产自动化。 注意点：金属嵌件周围应保持一定的壁厚，以保证嵌件与塑件的结合强度，以免塑料会因冷却收缩而开裂。 金属嵌件设计的基本原则： a.嵌件周围应有倒角，以减少塑件冷却时的应力集中； b.嵌件如在塑料的凸台部位时，嵌入的深度应大于凸台的高度，以保证塑件应有的强度。c.内螺纹嵌件的高度应低于型腔的成型高度0.05mm，以免压坏嵌件和型腔。 不正确 正确d.外螺纹嵌件应在无螺纹部分与模具配合，否则会使塑料注入螺纹部分； e.嵌件高度不应超过其直径的2倍，嵌件

14、外缘应能止转和止拔。 f.金属嵌件的非嵌入部分，其形状是非圆形时，难以保证与模具的定位精度。（11）形状主要要求是使模具设计简单，开模取出塑件时，尽量避免采用复杂的瓣合模与侧抽芯。为此塑件尽量地避免旁侧凹陷部分。下一节四、 浇注系统的设计（参考）一、概述 浇注系统是指模具中从喷嘴开始到型腔为止的塑料熔体的流动通道。 浇注系统的组成：主流道、分流道、浇口和冷料井。二、浇注系统的设计 （1）主流道设计 主流道是指从喷嘴起到分流道入口处止的一段通道。它与注射机喷嘴在同一轴线上，熔料在主流道中并不改变方向。 主流道设计要点：（1）锥角，便于凝料的拔出。锥角一般240，对流动性差的塑料360。过大会造成

15、流速减慢，易成涡流。（2）大端成圆角，减少料流阻力。半径 r=13mm 。 （3）在保证塑件成型良好的前提下，主流道长度应尽量短。（4）为与喷嘴紧密对接，R2=R1+（12mm）。（5）为提高寿命，主流道最好做成衬套式（主要是喷嘴反复碰撞）。 （二）分流道的设计 分流道是主流道与浇口之间的部分。它将从主道来的塑料沿分型面引入各个型腔。1，分流道的形状 分流道的断面形状可以呈圆形、半圆形、梯形、矩形、U字形。 流道效率=流道横截面积 / 流道周长 对热塑性塑料来说，比值越大，效率越高。 评价一个好的流道的标准是：在传递压力方面流道的截面积应尽可能大，而在传热方面，流道的截面积应尽可能小。因此，流

16、道截面积和圆周边长的比值可直接表示流道的效率。比值俞高，流道的效率亦俞高。另外，分流道应短，以减少塑料耗损。 一般常用的采用全圆形、梯形、U形和六角形四种。 圆形流道：流道效率高，但加工、对中均较困难。 由于正方形流道脱模困难，所以一般改进成梯形或U形。2，分流道的布置形式 型腔与分流道的分布原则是：排列紧凑，以缩小模具尺寸，流道的流程短，锁模压力力求平衡。 分布形式： a,平衡式：主流道到各个型腔的分流道的长度、形状、断面尽寸都是对应相等；各个型腔中制品的性能一致性佳，但可能流道会较长，压力损失大。 b,非平衡式：流道总长度短，但为确保均衡进料，浇口须经多次修改。 分流道的设计要求： （1）

17、表面不必很光，一般1.25即可。目的是使塑料冷皮层固定，以利于保温； （2）当分流道较长时，分流道末端应开设冷料井； （3）分流道与浇口的连接部分加工成斜面，有利于物料的流动与填充。分流道的尺寸：（Runner Size) 考虑五个因素： （1）塑件的壁厚和体积 （2）型腔离开主流道的距离； （3）流道的冷却； （4）模具制造者所拥有的刀具； （5）将要加工的塑料类型。（1）流道的横截面积应大到足以允许熔融塑料在流道里凝固之前进入型腔，并在需要的情况进行保压，以补充塑料的收缩。为此很少采用直径小于2mm的流道，而且即使用这一尺寸的流道时，也通常只限于长度在25mm以下的分流道。（2）熔融塑料沿

18、流道流动的路程愈长，则阻力愈大。因此型腔离开喷嘴的距离将直接影响选择横截面积的尺寸。（3）流道的横截面积不应该太大，以致影响了注射周期。（横截面积在，塑料多，冷却时间长，延长模具开启及塑件和流道冷却的顶出时间）。对大多数塑料来说，流道的直径不宜超过10mm。对于硬质聚氯乙烯和丙烯酸塑料则是例外。对于这两种塑料来说，已采用了直径达13mm的流道。（4）流道采用的尺寸应在一般模具制造者所拥有的刀具的合理范围内。 对于200克以下、壁厚小于3mm的塑料：W=塑料的重量 克L= 流道的长度 mm （三）浇口的设计 流道末端与型腔之间的一段细短通道。1，浇口的设计一般比较小，其原因是：（1）在型腔进料后

19、不久浇口内的料便会凝结，使注射杆能抽回而又不致在模具内产生真空。（2）使浇口尾料切除简单化，而且在某些模具内可使此工序自动化。（3）在切除浇口尾料后只留下一个小的痕迹。（4）能够更好地控制充模过程。充模：高速射流，表观粘度下降，可快速充模。（5）可减少因塑料收缩时所需要的补料。2，常用的浇口形式，有十种（1）针点式浇口 三板式模具，尾料能在开模时自动切除。 对于薄壁制品，针点浇口附近的剪切速率过高，会造成分子高度定向，增加局部应力。改善措施，浇口对面壁厚增加。 物料通过时，有很高的剪切速率，这对降低塑料熔体的表观粘度是很有利的，同时还有磨擦生热提高料温的优点，浇口容易在开模时容易实现自动切断，

20、故被广泛采用。（2）潜伏式浇口 从针点式浇口演变而来，浇口较隐蔽，不影响塑件的美观。对于强韧的塑料，不适宜，脆性塑料由于塑料会断，不用。（3）边缘浇口（侧浇口） 一般开在分型面上，从制件边缘进料。 制造修改容易，浇口位置灵活。选用于一模多件，但容易形成熔接痕、缩孔、气孔等缺陷。注射压力损失大，排气不便，保压补缩作用比直接浇口小。 尺寸：宽1.52mm，长0.72mm。（）扇形浇口边缘浇口的变异形式。常用来成型宽度（横向尺寸）较大的薄片状制品。（）平缝式浇口适用于大面积的扁平制品（）圆环形浇口适用于圆桶形制品或中间带有孔的制品。浇口切除困难。（）轮辐式浇口浇口切断方便，缺点是有几条接合缝。（）爪

21、浇口轮辐式浇口的变异形式。适用于管状制件，尤其制件内孔较小的管状制件和同心度要求高的制件（型芯的顶端伸入定模内，起到定位作用）（）护耳式浇口（又名分接式浇口）避免了喷射，浇口去除困难。由于浇口离塑件较远，使浇口处残余应力不致于直接影响塑件。（）直接浇口 优点：流动阻力小，进料速度快，保压补缩作用大，有利于排气。缺点：浇口去除困难，浇口处制件的内应力大（此处热量集中）适用场合：成型深腔的壳形塑料件，不宜成型平薄形塑件和容易变形的塑件。成形薄壁塑件时，浇口直径最多等于塑件壁厚的倍。对热敏性、流动性差的塑料尤其有利。（四）塑件上浇口开设部位的选择（）浇口的尺寸及位置选择应尽量避免产生喷射和蠕动（蛇形

22、流）要点：尽量采用冲击形浇口（可以加大浇口的断面尺寸）。（）考虑定位方向对塑件性能的影响。（）有利于流动、排气和补料。要点：浇口应开设在塑件断面最厚处，避免厚部形成气泡或收缩。（）减少熔接痕，增加熔接牢度。（）校核流动距离比流动距离比 Li/ti式中：Li：各段流路长度 ti：壁厚（）防止料流将细长型芯或嵌件挤歪变形。（五）冷料井和拉料杆设计设冷料井的目的：储藏注射间隔期内由于喷端温度低造成的冷料，因冷料进入型腔会影响塑件质量。拉料杆的作用是：开模时拉出流道的凝料。常用有形式有：（）带形拉料杆、倒锥形、圆环槽冷料井（）球形拉料杆的冷料井（）无拉料杆冷料井六，排气和引气系统的设计（一）排气系统模

23、具型腔在塑料的充填过程中，除了型腔内原有的空气外，还有因塑料受热或凝固而产生的低分子挥发气体，尤其是在高速注射成型时，考虑排气是很有必要的，一般是在塑料填充的同时，必须将气体排出模外，否则，被压缩的气体所产生的高温，会引起塑料局部碳化烧焦或使塑料起泡、或使塑料熔接不良引起强度下降，甚至阻碍塑料填充等。排气的开设位置，通常是通过试模以后才能正确地确定。排气槽应开设在型腔最后被充满的地方。在大多数情况下可利用模具分型面或模零件间的配合间隙排气，这时可不设排气槽。排气槽最好开设在分型面上，因为分型面上排气槽产生的毛边很容易随塑件脱出。 排气槽最好开设计在靠近嵌件中或壁厚最薄处，因为此处最容易形成熔接

24、痕，熔接痕处应排尽气体和排出部分冷料。（二）引气系统 对于大型、深腔、壳形塑件，注射成型以后，整个型腔由塑件填满，型腔内气体被排除，当塑件脱模时，塑件的包容面与型芯的被包容面基本上构成真空。由于受到大气压力的作用，造成脱模困难，如采用强行脱模，势必使塑件产生变形或损坏，影响塑件的质量，因而必须加设引气装置。2，型腔成型零件的总磨 量 与脱模方向垂直的不考虑。 一般取塑件公差的1/6，对于大型塑件取1/6以下。3，成型收缩率的影响 设计选取的计算收缩率与实际收缩率的差异，以及由于工艺条件波动、材料发生变化而造成制件收缩率的波动，前者造成系统误差，后者造成偶然误差。 收缩率 SL = *100%式

25、中：L0模具型腔在室温和标准压力下的单维尺寸； L制品在相同情况下与模具型腔相应的单维尺寸。 第三节 橡胶成型一、橡胶及其特性二、橡胶的压制过程第四节 复合材料成型一、复合材料及特点1、复合材料及特点2、复合材料发展及历史二、树脂基复合材料的成型1、热固性树脂基复合材料的成型（1）手糊成型工艺（2）铺层成型法 袋压法 热压罐法 液压釜法和热膨胀模塑法成型a 袋压法袋压成型是将手糊成型的未固化制品，通过橡胶袋或其它弹性材料向其施加气体或液体压力，使制品在压力下密实，固化。袋压成型法的优点是：产品两面光滑；能适应聚酯、环氧和酚醛树脂；产品重量比手糊高。b 热压釜法 热压釜是一个卧式金属压力容器，未固化的手糊制品，加上密封胶袋，抽真空，然后连同模具用小车推进热压釜内