《塑料成型工艺与模具设计》课件 项目二 塑料成型方法的确定

项目二塑料成型方法的确定一、项目引入二、相关知识三、项目实施（一）塑料制品生产系统的组成（二）塑料成型方法简介（三）注射成型（四）压缩成型（五）压注成型（六）挤出成型（七）气动挤出成型（八）塑料模具的功用与分类一、项目引入塑料制品成型方式有很多,确定塑料制品成型方式应考虑所选择塑料的种类、制品生产批量、模具成本及不同成型方式的特点、应用范围等因素,然后根据塑料的成型工艺特点,不同成型方式的工艺过程确定所生产制品的成型方式和工艺过程。二、相关知识（一）塑料制品生产系统的组成塑料制品的生产系统主要是由塑料的成型、机械加工、修饰和装配四个连续过程组成,如下图所示。塑料制品生产系统的组成有些塑料在成型前需进行预处理(预压、预热、干燥等),因此,塑料制品生产的完整顺序为:塑料原料预处理成型机械加工修饰装配塑料制品（二）塑料成型方法简介塑料成型的种类很多,主要包括各种模塑成型、层压成型和压延成型等。其中模塑成型种类较多,如下表所示。它们的共同特点是利用模具来成型具有一定形状和尺寸的塑料制品(简称塑件或制品)。成型塑料制品的模具叫塑料成型模具(简称塑料模)。序号成型方法成型模具用途1注射成型注射模电视机外壳、食品周转箱、塑料盆、桶、汽车仪表盘等2挤出成型口模（机头）如棒、管、板、薄膜、电缆护套、异形型材（百叶窗叶片、扶手）等3压缩成型压缩模适于生产复杂的制品，如含有凹槽、侧抽芯、小孔、嵌件等，不适合生产精度高的制品4传递模塑传递模设备和模具成本高，原料损失大，生产大尺寸制品受到限制5中空吹塑口模、吹塑模具适于生产中空或管状制品，如瓶子、容器及形状较复杂的中空制品（如玩具等）6热成型真空成型模具适合生产形状简单的制品，此方法可供选择的原料较少压缩空气成型模具不同的塑料成型方法需要不同的塑料成型模具,不同的模具需要安装在不同的成型设备上生产。塑料成型设备的类型很多,主要有各种模塑成型设备和压延机等。模塑成型设备有注射机、塑料机械压力机、挤出机、中空成型机、发泡成型机、塑料液压机以及配套的辅助设备等。

生产中应用最广的是注射机和挤出机,其次是液压机和压延机。据统计,全世界注射机的产量近10年来增加了10倍,每年生产的台数约占整个塑料设备产量的50%,成为塑料设备生产中增长最快、产量最多的机种。（三）注射成型1.注射成型原理及过程注射成型原理如下图所示。注射成型的生产工艺过程如下图所示。2.注射成型生产前的准备(1)原料预处理生产前对成型原料进行的预处理包括分析检验成型原料的质量和预热干燥。(2)清洗料筒生产中如需改变塑料品种、更换物料、调换颜色,或发现成型过程中出现了热分解或降解反应,则应对注射机料筒进行清洗。通常,柱塞式注射机料筒大,必须将料筒拆卸清洗。对于螺杆式料筒,可采用对空注射法清洗。(3)预热嵌件对于有嵌件的塑料制件,由于金属与塑料的收缩率不同,嵌件周围的塑料容易出现收缩应力和裂纹,因此,成型前对嵌件进行预热,减小它在成型时与塑料熔体的温差,避免或抑制嵌件周围的塑料出现的收缩应力和裂纹。(4)选择脱模剂注射成型生产中,为了使塑料制件容易从模具内脱出,有的模具型腔或模具型芯还需涂上脱模剂,常用的脱模剂有硬脂酸锌、液体石蜡和硅油等。3.注射成型过程(1)加料将粒状或粉状塑料加入注射机料斗,由柱塞或螺杆带入料筒进行加热。(2)塑化计量成型物料在注射机机筒内经过加热、压实以及混合等作用以后,由松散的粉状或粒状固态转变成连续的均化熔体的过程称为塑化。计量是指能够保证注射机通过柱塞或螺杆,将塑化好的熔体定温、定压、定量地输出机筒所进行的准备工作,这些工作均需注射机控制柱塞或螺杆在塑化过程中完成。(3)注射充模柱塞或螺杆从机筒内的计量开始,通过注射油缸和活塞施加高压,将塑化好的塑料熔体经过机筒前端的喷嘴和模具中的浇注系统快速送入封闭模腔的过程称为注射充模。注射充模又可细分为流动充模、保压补缩和倒流三个阶段。(4)冷却定型冷却定型从浇口冻结时开始,到制品脱模为止,是注射成型工艺过程的最后一个阶段。在此阶段,补缩或倒流均不再继续进行,型腔内的塑料继续冷却、硬化和定型。当脱模时,塑料制件具有足够的刚度,不致产生翘曲和变形。塑件冷却定型后即可开模,在模具推出机构的作用下,将塑料制件推出模外,完成注射成型过程。4.塑件的后处理

退火是将塑件放在定温的加热介质(如热水、热油、热空气和液体石蜡等)中保温一段时间的热处理过程。利用退火时的热量,能加速塑料中大分子松弛,从而消除或降低制品成型后的残余应力。

生产中的退火温度一般都在制品的使用温度以上10~20℃至热变形温度以下10~20℃之间进行选择和控制。保温时间与塑料品种和制品厚度有关,如无数据资料,也可按每毫米厚度约需半小时的原则估算。

调湿处理是一种调整制品含水量的后处理工序,主要用于吸湿性很强、且又容易氧化的聚酰胺等塑料制品,它除了能在加热和保温条件下消除残余应力之外,还能促使制品在加热介质中达到吸湿平衡,以防它们在使用过程中发生尺寸变化。

调湿处理所用的加热介质一般为沸水或醋酸钾溶液(沸点为121℃),加热温度为100~121℃(热变形温度高时取上限,反之取下限),保温时间与制品厚度有关,通常取2~9h。5.注射成型的主要工艺参数(1)温度注射成型时的温度包含料温和模温两方面的内容,其中料温影响塑化和注射充模,而模温则同时影响充模与冷却定型。①料温料温指塑化物料的温度和从喷嘴注射出的熔体温度,其中,前者称为塑化温度,而后者称为注射温度。因此,料温主要取决于料筒和喷嘴两部分的温度。使物料具有良好的流动性且不产生变质的温度为最佳料温。料筒温度:使用注射机时,需对注射机的料筒按照后段、中段和前段三个不同区域进行分别加热与控制。料筒加热是由后段至前段温度逐渐升高,以满足塑料逐渐升温达到良好的熔融状态的要求。判断料筒温度是否合适,可采用对空注射法观察或直接观察塑件质量的好坏。对空注射时,如果料流均匀、光滑、无泡、色阵均匀,则说明料温合适;如果料流毛糙、有银丝或变色现象,则说明料温不合适。喷嘴温度:为了防止喷嘴处的塑料熔体发生冷凝而堵塞喷嘴或冷料被注入模腔内影响制品质量,喷嘴温度不能过低,只可略低于料筒前段温度,否则会使熔体产生早凝,其结果不是堵塞喷嘴孔,就是将冷料充入模具型腔,最终导致成品缺陷。喷嘴温度也不能过高,否则会发生“流涎”现象。②模具温度模具温度指和制品接触的模腔表壁温度,它直接影响熔体的充模流动行为、制品的冷却速度和成型后的制品性能等。模具温度的高低取决于塑料是否结晶和结晶程度、塑件的结构和尺寸、性能要求和其他工艺条件(熔料温度、注射速度、注射压力和模塑周期等)。③脱模温度制品由模内脱出即测得的温度称为脱模温度,它应低于成型塑料的热变形温度。(2)压力注射成型时需要选择与控制的压力包括注射压力、保压力和塑化压力。其中,注射压力又与注射速度相辅相成,对塑料熔体的流动和充模具有决定作用;保压力和保压时间密切相关,主要影响模腔压力以及最终的成型质量;塑化压力的大小影响物料的塑化过程、塑化效果和塑化能力,并与螺杆转速有关。(3)成型周期注射成型周期指一次注射成型工艺过程所需的时间,它包含注射成型过程中所有的时间问题,直接关系到生产效率的高低。注射成型周期的时间组成如下图所示。注射成型周期的时间组成（四）压缩成型1.压缩成型原理及特点压缩成型原理如下图所示。压缩成型原理示意图1-上模座2-上凸模3-凹模4-下凸模5-下模板6-下模座成型周期长劳动强度大生产环境差生产操作多用手工而不易实现自动化塑件经常带有溢料飞边高度方向的尺寸精度不易控制模具易磨损,使用寿命较短。压缩成型的缺点是:使用普通压力机就可以进行生产没有浇注系统结构比较简单塑件内取向组织少取向程度低性能比较均匀成型收缩率小等压缩成型的优点是:利用压缩方法还可以生产一些带有碎屑状、片状或长纤维状填充剂、流动性很差且难于用注射方法成型的塑料制件和面积很大、厚度较小的大型扁平塑料制件。2.压缩成型工艺过程压缩成型工艺过程包括压缩成型前的准备、压缩成型和压后处理等,其工艺过程如下图所示。3.压缩成型的工艺参数(1)压缩成型压力压缩成型压力指压缩时压力机通过凸模对塑料熔体在充满型腔和固化时在分型面单位投影面积上施加的压力,简称成型压力。

压缩成型压力的大小与塑料种类、塑件结构以及模具温度等因素有关,一般情况下,塑料的流动性愈小,塑件愈厚以及形状愈复杂,塑料固化速度和压缩比愈大,所需的成型压力亦愈大。(2)压缩成型温度压缩成型温度是指压缩成型时所需的模具温度。压缩成型温度高低影响模内塑料熔体的充模是否顺利,也影响成型时的硬化速度,进而影响塑件质量。(3)压缩时间热固性塑料压缩成型时,要在一定温度和一定压力下保持一定时间,才能使其充分地交联固化,成为性能优良的塑件,这一时间称为压缩时间。压缩时间与塑料的种类(树脂种类、挥发物含量等)、塑件形状、压缩成型的工艺条件(温度、压力)以及操作步骤(是否排气、预压、预热)等有关。（五）压注成型1.压注成型原理及其特点压注成型原理如下图所示。压注成型原理1-压注柱塞2-加料腔3-上模座4-凹模5-凸模6-凸模固定板7-下模座8-浇注系统凝料9-制品压注成型时,塑料在进入型腔前已经塑化,因此成型周期短,生产效率高,塑件的尺寸精度高,表面质量好,飞边很薄;可以成型带有细小嵌件、较深的侧孔及较复杂的塑件;消耗原材料较多;压注成型收缩率大于压缩成型收缩率,会影响塑件的精度,但对于用粉状填料填充的塑件则影响不大;压注模的结构比压缩模复杂,成型压力较高,成型时操作的难度较大。只有用压缩成型无法达到制作要求时才用压注成型。压注成型适用于形状复杂、带有较多嵌件的热固性塑料制件的成型。压注成型与压缩成型相比较：2.压注成型工艺过程压注成型的工艺过程如下图所示。压注成型的工艺过程3.压注成型的工艺参数(1)成型压力成型压力指压力机通过压柱或柱塞对加料室熔体施加的压力。酚醛塑料粉和氨基塑料粉的成型压力通常为50~80MPa,更高的压力可达100~200MPa;纤维填料的塑料为80~160MPa;环氧树脂、硅酮等低压封装塑料为2~10MPa。(2)成型温度成型温度包括加料室内的物料温度和模具本身的温度。为了保证物料具有良好的流动性,料温必须适当地低于交联温度10~20℃。压注成型的模具温度通常要比压缩成型的模具温度低15~30℃,一般为130~190℃。(3)成型周期压注成型周期包括加料时间、充模时间、交联固化时间、脱模取塑件时间和清模时间等。压注成型的充模时间通常为5~50s,而固化时间取决于塑料品种、塑件的大小、形状、壁厚、预热条件和模具结构等,通常可取30~180s。压注成型要求塑料在未达到硬化温度以前应具有较大的流动性,而达到硬化温度后,又要具有较快的硬化速度。常用压注成型的材料有:酚醛塑料、三聚氰胺和环氧树脂等塑料。（六）挤出成型1.挤出成型原理及其工艺特点热塑性塑料的挤出成型原理如下图所示(以管材的挤出为例)挤出成型原理1-挤出机料筒2-机头3-定径装置4-冷却装置5-牵引装置6-塑料管7-切割装置①塑件的几何形状简单,横截面形状不变,模具结构简单,制造维修方便;②连续成型,产量大,生产率高,成本低,经济效益显著;③塑件内部组织均衡紧密,尺寸比较稳定准确;④适应性强,除氟塑料外,所有的热塑性塑料都可采用挤出成型,部分热固性塑料也可采用挤出成型。挤出成型方法有以下特点:2.挤出成型的工艺过程热塑性塑料挤出成型的工艺过程可分为三个阶段。

塑化:塑料原料在挤出机的机筒温度和螺杆的旋转压实及混合作用下由粉状或粒状转变成黏流态物质(常称干法塑化)或固体塑料在机外溶解于有机溶剂中而成为黏流态物质(常称湿法塑化),然后加入到挤出机的料筒中。生产中,通常采用干法塑化方式。

成型:黏流态塑料熔体在挤出机螺杆螺旋力的推挤作用下,通过具有一定形状的口模即可得到截面与口模形状一致的连续型材。

定型:通过适当的处理方法,如定径处理、冷却处理等,使已挤出的塑料连续型材固化为塑料制件。(1)原料的准备挤出成型用的大部分塑料是粒状塑料,粉状塑料用得很少。由于粉状塑料含有较多的水分,这会影响挤出成型的顺利进行,同时影响塑件的质量。所以在成型之前都应进行干燥处理,将原料的水分控制在0.5%以下。(2)挤出成型将挤出机预热到规定温度后,起动电动机带动螺杆旋转输送物料,同时向料筒中加入塑料。料筒中的塑料在外加热和剪切摩擦热作用下熔融塑化。由于螺杆旋转时对塑料不断推挤,迫使塑料经过滤板上的过滤网,再通过机头成型为一定形状的连续型材。(3)塑件的定型与冷却热塑性塑料制件在离开机头口模以后,应该立即进行定型和冷却,否则,塑件在自重力作用下就会变形,出现凹陷或扭曲现象。管材的定型方法可用定径套、定径环等,也有采用能通水冷却的特殊口模来定径的。冷却一般采用空气冷却或水冷却。(4)塑件的牵引、卷取和切割在冷却的同时,要连续均匀地将塑件引出,这就是牵引。牵引过程由挤出机辅机之一的牵引装置来完成,牵引速度要与挤出速度相适应。通过牵引的塑件可根据使用要求在切割装置上裁剪(如棒、管、板、片等),或在卷取装置上绕制成卷(如薄膜、单丝、电线电缆等)。（七）气动挤出成型1.中空成型中空成型又称为吹塑成型,是制造管筒形中空制件的方法，如下图所示。注射吹塑中空成型１-注射机喷嘴２-注射型坯３-空心凸模４-加热器５-吹塑模６-塑件2.真空成型真空成型是将加热的塑料片材与模具型腔表面所构成的封闭空腔内抽真空,使片材在大气压力下发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。3.压缩空气成型压缩空气成型是利用压缩空气,使加热软化的塑料片材发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。有时,可同时采用真空和压缩空气成型,生产大深度的形状复杂的塑件。由于真空成型和压缩空气成型是使用已成型的片材生产塑料制件,因此属于塑料制品的二次加工。（八）塑料模具的功用与分类按照塑料制品成型主要方法的不同,塑料模具的类型很多,如下图所示。塑料成型模具的主要类型三、项目实施（一）塑料壳体成型方法选择根据项目一,塑料壳体选择的聚甲醛(POM)塑料,属于热塑性