塑料成型工艺与模具设计教案解析

塑料成型工艺与模具设计教案解析一、工程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，外外表无瑕疵、美观、性能可靠，要求设计一套成型该塑件的模具。通过本工程，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灯座三维图形二、相关知识

塑料是指以树脂为主要成份、参加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，40～100%〕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等聚合反响、缩聚反响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、改善流动性和外表光泽〕、着色剂〔装饰美观〕、发泡剂、增强材料。

1.塑料的概念

图1-3塑料原料(一)塑料的组成及性能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〕塑料的缺乏性能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。

1．高聚物的构造特点〔二〕高聚物的构造

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构造线型支链型网状3.塑料的组成聚合物填充剂即填料〔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、改善流动性和外表光泽〕着色剂〔装饰美观〕发泡剂、增强材料。。。

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构造，成型后转变为

具有线型分子链或支链型构造，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

网状分子链构造，固化后：不可逆.电木〔酚醛树脂PF〕、环氧树脂EP

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，ABS

3〕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〕结晶度聚乙烯(PE)1939年实现工业化生产，产量最大，用途最广，约占世界塑料总产量的30%，为塑料工业之冠。〔1〕特性①无臭，无味，无毒②呈可燃性白色粉末状〔2〕类型按聚合时采用的压力不同，分：高压聚乙烯、中压聚乙烯、低压聚乙烯。按聚乙烯的密度不同，分：高密度聚乙烯、中密度聚乙烯、低密度聚乙烯。〔3〕用途①高频通信电缆和海底电费的绝缘层；②化工设备的零部件、管道及容器；③而低温至-600C，使用温度不高，800C。1957年实现工业化生产，产量位居第三位。〔1〕特性①白色，无味，无毒，可燃的白色蜡状透明塑料；②ρ=0.90~0.91g/cm3，是通用塑料中最轻的一种塑料；③具优良的耐热性，化学稳定性、电性能、力学性能好；④熔点：1680C~1700C，可在1070C~1210C下长期使用；⑤使用温度达1500C，可在热水中煮沸，1350C蒸汽中消毒；⑥而低温性不好，脆化温度-100C~-300C。〔2〕用途医用高压消毒用品；洗衣机、电冰箱内箱、电风扇、吸尘器壳类；食品用薄膜及容器；机械零件；挤线、管、袋等。聚丙烯〔PP〕聚氯乙烯〔PVC〕1932年左右实现工业化生产，产量居第二位。〔1〕特性①白色或淡黄色坚硬粉末；②ρ=1.40g/cm3；③具优良化学稳定性、电性能、固体力学性能好，热稳定性较差；〔2〕类型①硬聚氯乙烯②软聚氯乙烯〔3〕用途①硬管、硬板、地板、门窗及棚板、唱片等②台布、雨衣、玩具、窗帘、电线、绳等聚苯乙烯〔PS〕1920年开场工业化生产，产量居第4位。〔1〕特性①ρ=1.05g/cm3，②无色透明，无毒，易着色，无味③易燃烧④透光率为88%~92%。〔2〕用途①电气用品：电视机、录音机以及各种电器仪表零件等②公共建筑透明部件、光学仪器和透明模型的生产，如灯罩包装容器等③日用杂品方面：梳子、牙刷柄、学习用具、儿童文具等④建筑材料：聚苯乙烯泡沫塑料，用作保温、防震等聚碳酸酯〔PC〕1958年实现工业化生产。〔1〕特性①ρ=1.2~1.52g/cm3，②无色或呈淡黄色的透明塑料③无臭，无味，无毒，不易燃烧，离火后自熄。④长期使用温度为1300C，脆化温度为-1000C；〔2〕用途常用来制作绝缘插件、线圈框架、绝缘管套、机课题等；齿轮、弹簧、螺栓、螺母等。仪器、仪表外壳。门窗玻璃、路灯、平安罩等。聚甲基丙烯酸甲酯〔PMMA〕1933年实现工业化生产。俗称“有机玻璃〞。〔1〕特性①透光率最高，几乎可以透过99%的光线。②硬度较低，易拉伤，擦毛。〔2〕用途主要用作光学透镜，仪表壳、汽车风挡等。丙烯腈-丁二烯-苯乙烯树脂〔ABS〕〔1〕特性①ρ=1.05g/cm3，②呈微黄色，外观是不透明或粉状③无味，无毒〔2〕用途主要用作壳体类，电视机、机外壳等。聚酰胺----尼龙〔PA〕1940年实现工业化生产，居五大工程塑料之首。我国商品名叫“涤沦〞。〔1〕特性①ρ=1.02-1.15g/cm3，②外观为透明或不透明、乳白或淡黄的粒料〔2〕用途齿轮、轴承、凸轮、滑块等耐磨件。1．热塑性塑料的工艺特性〔六〕塑料的工艺特性

1〕影响收缩的根本因素是：(1)塑料种类(2)化学构造的变化热固性塑料〔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)塑料制品构造制品构造复杂、壁薄、嵌件多且均匀分布的，那么收缩率小。(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，但准确确定收缩率需反复实验求其平均值。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(25~80mm),适用于压制无嵌件、形状简单、厚度一般的塑件；流动性中等(81~131mm)，用于压制中等复杂程度的塑件；流动性好(131~180mm)，可用于压制构造复杂、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。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(25~80mm),适用于压制无嵌件、形状简单、厚度一般的塑件；流动性中等(81~131mm)，用于压制中等复杂程度的塑件；流动性好(131~180mm)，可用于压制构造复杂、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。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：成型前预热枯燥；模具中开排气槽或压制操作时设排气工步；模具外表镀铬是防止腐蚀。〔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响的过程。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，硬化速度越快三、工程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展综合比较，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0.06

mm）；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①熔融温度高且熔体黏度大，对于大于200

g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70℃～120℃为宜，模具应用耐磨