塑料成型工艺及模具设计课件绪论第1-2章

1、 塑料成型工艺及模具设计 塑料原料绪论绪论最佳品质的产品合适塑料最佳成型条件最佳模具设计最佳产品设计塑料制品成型工艺过程挤出成型制品及设备绪论相机壳汽车侧板家电用品日常用品主机外壳荧幕外壳注射成型设备和制品：绪论 注射成型制品1.1 聚合物的结构和性能 PET瓶吹塑成型制品及设备：绪论真空或压力成型：绪论压延成型：绪论旋转成型制品：绪论旋转成型制品生产工艺：绪论薄膜产品及设备：绪论薄膜和纤维热拉伸：绪论熔融纺丝：绪论复合成型制品：绪论复合成型工艺过程示意图：1.备模。2.涂布脱模剂层。3.涂布纯树脂层 (0.30.4mm)。4.涂布玻璃纤维层。5.thermoset resin brushed

2、 on (热固性塑料纤维)。6.辊轮均施压，使层间结合紧密。7.重复36步骤至达到所需厚度。绪论IC封装：原理:以热固性塑料为主材配合陶瓷粉末,以转注成型技术绪论切割打线封装测试封装的目的： 提供IC与外界隔絶的保护层 提供IC外壳保护，避免与空气接触 提供机械强度，以便后续处理 提供散热通路，以免芯片过热 提供讯号通路，连结芯片，电路板封装过程：绪论请回答下列制品可能的成型方式？绪论请回答下列制品可能的成型方式？绪论塑料制品展示 三星设计的超薄DVD播放器看起来很时髦，很年轻化，迎合高层次消费者，女性化。这款DVD-100可携带播放器文雅端庄，造型简单，只有23毫米厚。绪论塑料制品展示 宝马

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4、子结构。1.1.1 聚合物高分子的形成1.1 聚合物的结构和性能 1.聚合物的长链结构 组成聚合物的高分子呈链状结构，其链状结构有以下三种类型：1.1.2 聚合物高分子的结构1.1 聚合物的结构和性能 线型高分子支链型高分子体型高分子 2.聚合物的聚集态结构 高分子聚合物的聚集态结构是指聚合物分子链之间的排列和堆砌结构，分三类：1.1.2 聚合物高分子的结构1.1 聚合物的结构和性能 非晶态晶态部分晶态 1.1.3 聚合物高分子的物理状态、力学及加工适应性1.非结晶高聚物的温度、力学状态及成型加工的关系1.1 聚合物的结构和性能 图1-3 聚合物物理状态与温度的关系线型非结晶聚合物线型结晶聚合

5、物 1.1.3 聚合物高分子的物理状态、力学及加工适应性1.非结晶高聚物的温度、力学状态及成型加工的关系1.1 聚合物的结构和性能 1.1.3 聚合物高分子的物理状态、力学及加工适应性2. 线性结晶聚合物的物理状态、力学性能及加工状态1.1 聚合物的结构和性能 图1-3 聚合物物理状态与温度的关系相对分子质量较低（TmTf） 相对分子质量较高（TmTf） 1.成型过程中的应力和应变 2.聚合物变形流动时的粘弹性质 3.塑料变形的滞后效应与松弛 1.2.1 聚合物的粘弹性质1.2 聚合物的流变性质 1. 牛顿型流体 1.2.2 聚合物的流动规律1.2 聚合物的流变性质 图1-3 聚合物物理状态与

6、温度的关系 2. 非牛顿型流体 1.2.2 聚合物的流动规律1.2 聚合物的流变性质 稠度系数 非牛顿指数 非牛顿流体聚合物熔体的表观黏度（或非牛顿黏度） 2. 非牛顿型流体 1.2.2 聚合物的流动规律1.2 聚合物的流变性质 3. 影响高分子聚合物黏度的因素1.2.2 聚合物的流动规律1.2 聚合物的流变性质 温度增塑剂或溶剂填充剂相对分子量压力 1.聚合物熔体的弹性类型 （1）剪切弹性 成型物料所受的切应力与其发生的剪切弹性变形的比称为剪切弹性模量，简称“切变模量”。1.2.3高分子聚合物的弹性1.2 聚合物的流变性质 （2）拉伸弹性 成型物料所受的拉应力与其发生的拉伸弹性变形的比称为拉

7、伸弹性模量。 2.聚合物熔体流动过程中的弹性行为 （1）端末效应 在导管入口和出口端出现的与聚合物熔体弹性行为有紧密联系的现象称为入口效应和出口膨胀效应合称为端末效应。 （2）不稳定流动和熔体破裂现象 1）分子结构 2）温度 3）流道结构 1.2.3高分子聚合物的弹性1.2 聚合物的流变性质 1.浇口和型腔对熔体充型流动的影响 1.2.4聚合物熔体的充型流动1.2 聚合物的流变性质 浇口的横截面高度和型腔的深度相差很大（高速 ）浇口的横截面高度和型腔的深度相差很大（中速）浇口的横截面高度和型腔的深度相差很大（低速） 2.扩张流动充型与熔接痕（1）充型运动过程的三个典型阶段 1)前锋料流呈辐射状

8、流动的起始阶段2)前锋料流呈圆弧状的过渡阶段3)以黏流性熔膜为前锋料头的匀整运动主阶段。（2）溶接痕 当熔体在型腔中流动的过程中遇到型芯和嵌件等障碍物时，则熔膜将被分成两股，最终在两股料流的汇合处产生熔接痕。 1.2.4聚合物熔体的充型流动1.2 聚合物的流变性质 仅仅靠加热的方式来提高熔体的流动性往往会造成局部熔体的过热，从而导致聚合物的分解。一般将加热升温与增加熔体的摩擦生热结合起来才能获得比较满意的效果。过分加大冷却速度也会由于塑件各部分由于冷却速度相差太大而造成很大的内应力。 结晶型聚合物在受热转变成熔体的过程中会因为要吸收结晶潜热，而比非结晶型聚合物要消耗更多的热量。 1.3.1 聚

9、合物的加热与冷却1.3 聚合物成型过程中的物理行为 1.聚合物的结晶现象（1）结晶的概念（2）二次结晶和后结晶（3）结晶速度和结晶度 1）结晶速度 2）结晶度 2.结晶对塑件质量的影响 通常结晶度大的塑件密度大，强度、硬度高，刚度、耐磨性好，耐化学性和电性能好；结晶度小的塑料，柔软性、透明性较好，伸长率和冲击韧度较大。 1.3.2聚合物的结晶 1.3 聚合物成型过程中的物理行为 1.取向及其机理 聚合物高分子及其链段或结晶聚合物的微晶粒子在应力作用下形成的有序排列即称为取向（或定向）。取向的分类：在切应力作用下沿着熔体流动方向形成的流动取向；由拉应力引起的取向方位与应力方向一致的拉伸取向。 1

10、.3.3聚合物的取向1.3 聚合物成型过程中的物理行为 2. 影响取向的因素 注射成型中，凡是能改变熔体流动速度梯度和熔体停止流动后在玻璃化温度以上的停留时间等因素都会影响聚合物的取向程度和分布。(模温、塑件壁厚、注射压力、保压时间、浇口 ) 3.取向对聚合物性能的影响 聚合物会呈现出明显的各向异性，沿着取向方向力学性能显著提高，与取向方向垂直的方向力学性能显著下降。 1.3.3聚合物的取向1.3 聚合物成型过程中的物理行为 残余应力是由塑料在型腔内流动和冷却的过程中产生的。 残余流动应力：在注射和保压阶段，塑料受到不均衡的剪切和正应力作用，产生了隐藏在塑件内部的残余应力。 温度残余应力：由于

11、注射型腔内快速的不均匀冷却固化而产生的热应力。1.3.4 残余应力1.3 聚合物成型过程中的物理行为 定义：聚合物分子在受到热、应力、微量水、酸、碱等杂质以及空气中的氧作用，导致聚合物链断裂、分子变小、相对分子质量降低的现象 。 1.降解的种类 （1）热降解 （2）氧化降解 （3）水降解 （4）应力降解 1.4.1 聚合物降解 1.4 聚合物成型过程中的化学行为 2. 防止降解的方法 （1）严格控制成型原料的技术指标，避免因原材料不纯对降解发生催化作用；（2）成型前对物料进行充分的预热和干燥，严格控制其含水量；（3）制定合理的成型工艺参数；（4）成型设备和模具状态应该具有良好的结构；（5）对热

12、、氧稳定较差的聚合物 。1.4.1 聚合物降解 1.4 聚合物成型过程中的化学行为 (1)交联 聚合物由线性结构转变为体形结构的化学反应过程。(2)交联与硬化熟化的关系 “硬化的好”、“熟化的好”，并不意味着交联反应的完全，而实际只是指成型固化过程中的交联反应发展到了一种最为适宜的程度，在这种程度下，塑件能获得最佳的物理和力学性能。 1.4.2 聚合物的交联1.4 聚合物成型过程中的化学行为 塑料的主要成分是合成树脂，其中还有许多有特定用途的添加剂。 （1）合成树脂：是人工合成的高分子化合物，又称高聚物，它是塑料中最基本、最重要的组成成分，约占塑料质量的40100，它决定了塑料的基本性质，各种

13、塑料都是由树脂的名字来命名。1.5.1 塑料的组成1.5 塑料组成、分类与用途 （2）填充剂：改善塑料性能（粉状、片状、纤维）。 增塑剂：提高可塑性、流动性、柔韧性、降低脆性。 稳定剂：热稳定剂 、光稳定剂 、抗氧化剂。 润滑剂：对塑料的表面起润滑作用，防止塑料在成型加工时黏模。 着色剂 ：无机颜料 、无机颜料、染料。 其它：发泡剂、阻燃剂、固化剂、防静电剂、导电剂和导磁剂等 。 1.5.1 塑料的组成1.5 塑料组成、分类与用途 1.1.2 塑料的填充剂添加剂、填充料及补强料常用村料对聚合物性质的影响强化纤维碳素、碳、矿物质纤维、玻璃增加拉伸强度增加弯曲模数(flexural modulus

14、)提高热变形温度提升抗收缩与抗翘曲能力导电性填充料铝粉、碳纤维、石墨提高电气性质提高热传导性耦合剂Silanes(烷)、titanates(钛酸盐 )改善聚合物与纤维接口之键结力抗燃剂氯、溴、硫、金属盐降低燃烧发生率及扩散速度混合填充料碳酸钙、硅、粘土降低材料成本塑化剂单体液体、低分子量材料改善熔胶的流动性加强挠曲性着色剂（色料或染料）金属氧化物、铬酸盐、碳黑提供耐久的颜色防止热裂解或紫外线造成裂解发泡剂气体、氮复合物、联氨衍生物造成孔穴组织以降低材料密度1.5 塑料组成、分类与用途 1.5.2 塑料的分类 1.按塑料中树脂分子结构和受热后呈现的基本行为分类：塑料非结晶型热塑性塑料结晶型热固性

15、塑料1.5 塑料组成、分类与用途 热塑性塑料与热固性塑料的结构与性质的对比受热行为图示1.5 塑料组成、分类与用途 非结晶性热塑性塑料结晶性热塑性塑料常用的材料ABS、压克力（PMMA、PAN）、聚碳酸脂(PC)、聚苯乙烯(PS)、聚氯乙烯(PVC)聚缩醛树脂(POM)、尼龙(PA,)、聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、热塑性聚脂(PBT、PET)微观结构分子在液相和固相都呈现杂乱的配向性分子在液相呈现杂乱的配向性，在固相则形成紧密堆砌的晶体。受热反应具有软化温度范围，但没有明显的熔点具有明确的熔点性质透明抗化学性差成形时体积收缩率低通常强度不高一般具有高熔胶粘度热含量低半透明或不透明抗化学性佳

16、成形时体积收缩率高强度高熔胶粘度低热含量高1.5 塑料组成、分类与用途 2.按塑料的性能及用途分类： 通用塑料：指产量大、用途广且价廉的塑料。 工程塑料：在工程技术中常作为结构材料来使用。 特殊功能塑料：具有特殊性能的塑料（用于医药、光敏及液晶方面的氟塑料 ）。1.5 塑料组成、分类与用途 五大泛用塑料及用途： 低密度聚乙烯(LDPE)地膜、食品包装袋、容器衬里、涂层,吹塑中空容器等小型制 。 高密度聚乙烯(HDPE)胶管、洗发水瓶、胶膜等。 聚苯乙烯(PS)外壳、玩具、壁砖等。 聚氯乙烯(PVC)瓶子、塑料管、薄膜、保鲜膜等。 聚丙烯(PP)汽车保险杆、仪表板、纤维等。 1.5 塑料组成、分

17、类与用途 工程塑料：起源： 自1956 年杜邦推出Derlin 商名新塑料,宣称可取 代金属,工程塑料之名由此开始。特性： 机械强度高而且有适当平衡.耐热,耐久或具特殊机能.加工性良好，价格合理且工程性良好。1.5 塑料组成、分类与用途 特殊功能塑料： 如用于医药、光敏及液晶方面的氟塑料、聚酰亚胺塑料、有机硅树脂、环氧树脂、导电塑料、导磁塑料、导热塑料以及其他某些专门用途而改性得到的塑料。1.5 塑料组成、分类与用途 1.5.3 塑料的性能与用途 密度小 (重量轻，塑料比重0.92，铝2.7，铁7.8)。 比强度和比刚度高。 化学稳定性好。 电气性能优良。 减摩、耐磨和自润滑性好。 成型和着色

18、性能好。 多种防护性能：除防腐外，塑料还具有防水、防潮、防透气、防振、防辐射等。 耐热性差、受载荷易蠕变、老化现象。1.5 塑料组成、分类与用途 1.6.1 收缩性 造成成型收缩的原因： 热胀冷缩 因弹性回复造成的收缩 结晶收缩 定向收缩影响收缩率变化的因素： 塑料品种 塑件特征 模具结构成型工艺参数1.6 塑料成型工艺性能 成型收缩的形式(1)塑件的线性尺寸收缩；(2)收缩的方向性；(3)后收缩：塑件脱模后残余应力将导致塑件再次收缩(4)后处理收缩（退火处理） 1.6 塑料成型工艺性能 2.收缩率计算 1.6 塑料成型工艺性能3.影响收缩率变化的因素 (1)塑料品种 (2）塑件特征(3）模具

19、结构(4）成型工艺参数 1.6.2.流动性 在成型过程中，塑料熔体在一定的温度与压力作用下充填型腔的能力称为塑料的流动性。1.6 塑料成型工艺性能 热塑性塑料熔体流动性测定方法 1.6 塑料成型工艺性能 热固性塑料熔体流动性测定方法 1.6 塑料成型工艺性能 热固性塑料熔体流动性测定方法 1.6 塑料成型工艺性能 塑料熔体的流动性对注射充模的影响溢料：流动性太好易导致溢料；缺料：流动性不佳易导致缺料。1.6 塑料成型工艺性能 1.6.3 塑料的其他工艺性能1结晶性2热敏性 3水敏性 4吸湿性 5水分和挥发物含量 6应力敏感性7相容性 8比容与压缩比 9硬化特性1.6 塑料成型工艺性能 2.1

20、塑料制品的工艺性2.2 塑件结构设计及典型实例 第2章 塑料制品设计 按塑料制品的使用场合分类：2.1 塑料制品的工艺性 按塑料制品的使用场合分类：2.1 塑料制品的工艺性 2.1.1 塑件的选材 （1）塑料的力学性能，如强度、刚性、韧性、弹性、弯曲性能、冲击性能以及对应力的敏感性。（2）塑料的物理性能，如对使用环境温度变化的适应性、光学特性、绝热或电气绝缘的程度、精加工和外观的完美程度等。（3）塑料的化学性能，如对接触物(水、溶剂、油、药品)的耐蚀性、卫生程度以及使用上的安全性等。（4）必要的精度，如收缩率的大小及各向收缩率的差异。（5）成型工艺性，如塑料的流动性、结晶性、热敏性等。2.1

21、塑料制品的工艺性 2.1.2 塑件的尺寸和精度（1）塑件的尺寸 （2）塑件的精度 对于孔类尺寸可取表中数值冠以（+）号；对于轴的公差可采用基准轴，取表中数值冠以（-）号；对于中心距尺寸及其位置尺寸可取表中数值之半再冠以（）号。2.1 塑料制品的工艺性 2.1.2 塑件的尺寸和精度（1）塑件的尺寸 A:不受模具活动部分影响的尺寸B:受模具活动部分影响的尺寸2.1 塑料制品的工艺性 2.1.3 塑件的表面质量 塑件的表面质量包括表面粗糙度和外观质量。 一般模具表面粗糙度要比塑件的要求低12级。 2.1 塑料制品的工艺性 2.2.1 塑件的几何形状1.壁厚 在改善塑件壁厚时要注意考虑到以下这几个方面

22、：（1）应满足塑件在装配、运输以及使用时的强度要求。（2）充分考虑在成型过程中塑料的流动性，保证薄壁和棱边部分也能充满。（3）塑件能承受足够的脱模力，不至于在在塑件脱模时损坏塑件。2.2 塑件结构设计及典型实例 壁厚不均导致塑件变形 2.2 塑件结构设计及典型实例 壁厚不均导致塑件产生缩孔和缩松及改善实例 2.2 塑件结构设计及典型实例2.2 塑件结构设计及典型实例改善壁厚的实例 2.2 塑件结构设计及典型实例改善壁厚的实例 2.2 塑件结构设计及典型实例改善壁厚的实例 加强筋接头处壁厚改善实例 2.2 塑件结构设计及典型实例 2.脱模斜度2.2 塑件结构设计及典型实例 2.脱模斜度2.2 塑

23、件结构设计及典型实例 2.脱模斜度(1)凡塑件精度要求高时，应采用较小的脱模斜度；(2)凡较高、较大的尺寸，应选用较小的脱模斜度；(3)塑件形状复杂的、不易脱模的应选用较大的脱模斜度；(4)塑件的收缩率大的应选用较大的斜度值；(5)塑件壁较厚时，会使成型收缩增大，脱模斜度应采用较大的数值；(6)如果要求脱模后塑件保持在型芯的一边，那么塑件的内表面的脱模斜度可选的比外表面小； (7)增强塑件宜取大值，含自润滑剂等易脱模塑料可取小值。2.2 塑件结构设计及典型实例 (8)取斜度的方向，一般内孔以小端为准，符合图样，斜度由扩大方向取得。外形以大端为准，符合图样，斜度由缩小方向取得，一般情况下，脱模斜

24、度不包括在塑件公差范围内。 2.2 塑件结构设计及典型实例内孔以小端为准外形以大端为准2.2 塑件结构设计及典型实例 3.加强筋设计 3.加强筋设计 2.2 塑件结构设计及典型实例 2.2 塑件结构设计及典型实例凸台加强筋设计参数 2.2 塑件结构设计及典型实例凸台加强筋设计参数 2.2 塑件结构设计及典型实例加强筋设计改进实例4.支承面 2.2 塑件结构设计及典型实例 5.圆角 2.2 塑件结构设计及典型实例 6.孔的设计 (1）孔的极限尺寸 (2）孔间距 2.2 塑件结构设计及典型实例 孔的改进设计 2.2 塑件结构设计及典型实例 (3)孔的类型1）通孔：通孔的成型方法 2.2 塑件结构设

25、计及典型实例(3)孔的类型1）通孔：通孔的成型方法 2.2 塑件结构设计及典型实例(3)孔的类型1）通孔：通孔的成型方法 2.2 塑件结构设计及典型实例(3)孔的类型1）通孔：通孔的成型方法 2.2 塑件结构设计及典型实例(3)孔的类型1）通孔：通孔的成型方法 2.2 塑件结构设计及典型实例(3)孔的类型2.2 塑件结构设计及典型实例 2）盲孔:盲孔的深度一般不超过孔径的4倍; 3）螺钉固定孔 4）互相垂直的孔或斜交的孔 2.2 塑件结构设计及典型实例 4）互相垂直的孔或斜交的孔 2.2 塑件结构设计及典型实例 5）孔的碰穿和插穿 碰穿:凸、凹模镶件有些部分没有拔模斜度的相互碰在一起。 插穿:

26、凸、凹模镶件有些部分有拔模斜度的相互碰在一起。2.2 塑件结构设计及典型实例 碰穿插穿5）孔的碰穿和插穿2.2 塑件结构设计及典型实例小型芯成型孔的固定与尺寸2.2 塑件结构设计及典型实例 中间平面碰穿结构 2.2 塑件结构设计及典型实例 双边支撑 双边支撑2.2 塑件结构设计及典型实例 （6）异形孔 2.2 塑件结构设计及典型实例（6）异形孔 2.2 塑件结构设计及典型实例（6）异形孔 2.2 塑件结构设计及典型实例（6）异形孔 2.2 塑件结构设计及典型实例（6）异形孔 2.2 塑件结构设计及典型实例（6）异形孔 2.2 塑件结构设计及典型实例7.塑件的表面形状 2.2 塑件结构设计及典型

27、实例7.塑件的表面形状 2.2 塑件结构设计及典型实例7.塑件的表面形状 2.2 塑件结构设计及典型实例7.塑件的表面形状 2.2 塑件结构设计及典型实例7.塑件的表面形状 2.2 塑件结构设计及典型实例7.塑件的表面形状 2.2 塑件结构设计及典型实例7.塑件的表面形状 2.2 塑件结构设计及典型实例7.塑件的表面形状 强制脱模形式和条件2.2 塑件结构设计及典型实例7.塑件的表面形状 强制脱模动作模拟2.2 塑件结构设计及典型实例7.塑件的表面形状2.2 塑件结构设计及典型实例图2-19 容器盖与底的加强图2-20 容器边缘的增强7.塑件的表面形状2.2 塑件结构设计及典型实例图2-19

28、容器盖与底的加强图2-20 容器边缘的增强2.2.2 塑件螺纹的设计 （1）为了使用方便和提高塑件使用寿命，则在螺纹端部有大于0.5mm的无螺纹区。 2.2 塑件结构设计及典型实例无螺纹区无螺纹区 2.2.2 塑件螺纹的设计 （2）在同一塑件的同一部位的同轴线上有前后两段螺纹时，其螺纹的螺距和旋转方向应一致。螺纹不等或旋转方向相反，则螺纹型芯应分别做出组合装配，成型后分别旋出。 2.2 塑件结构设计及典型实例 2.2.2 塑件螺纹的设计 （3）由于塑件的强度相对不高，外螺纹的直径不应小于3mm，内螺纹直径不能小于2mm。 （4）为了减小螺距的积累误差，应尽量缩短配合长度。（5）如果塑件上的螺纹在使用时不经常拆卸且紧固力不大时，可采用自攻螺钉的结构固定。2.2 塑件结构设计及典型实例自攻螺纹规格底孔d凸台外径规格DM32.4+0.16.5M43.5+0.17.5M54.4+0.18.