1、模块2 塑料成型工艺与模具课题课题1 塑料塑料成型概述成型概述一 塑料及其性能 1.塑料及其分类塑料是以高分子合成树脂为基础原料，加入(亦或不加)一定的添加剂，在一定的温度和压力作用下可塑造成型的材料。塑料的组成a.树脂树脂是塑料的主要成分，起黏结剂的作用。树脂分天然树脂和人工合成树脂,它决定塑料的类型和主要性能。绝大多数塑料是其以所用树脂的名称而命名。b.添加剂为改善塑料的某些特性而加入的其他组分称为添加剂。如填充剂、增塑剂、稳定剂、着色剂、固化剂、润滑剂等。塑料的分类按应用范围分：通用塑料、工程塑料、增强塑料和特殊塑料；按塑料在加热和冷却后的性能分：热塑性塑料和热固性塑料两类。塑料可以制造
2、：结构零件（罩壳、支架、管接头、手柄等）；传动零件（轴承、齿轮、凸轮、蜗轮、蜗杆、齿条等）；绝缘性能好、耐热、耐蚀的电子电器产品及零部件（通信机天线的绝缘子、偏转线圈骨架、波段（微动）开关、底座、隔板、机壳等）。a.热塑性塑料加热时软化并熔融，冷却后保持已成型的形状，如再次加热，又可以软化熔融，可再次制成一定形状的塑件。热塑性塑料在成型过程中，一般只有物理变化而没有化学变化，具有可逆性。典型的品种：聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、ABS、聚砜、聚四氟乙烯等。b.热固性塑料首次加热时具有可塑性和可溶性，可成型为一定形状，当达到一定温度且固化后，再加热时将不再软化，也不溶于溶剂。热固性塑料在成型过程中，
3、既有物理变化又有化学变化，不再具有可塑性。典型的品种：酚醛树脂、氨基树脂、环氧树脂、有机硅树脂、不饱和聚酯等。热固性塑料的耐热性能比热塑性塑料好。常用的塑料名称及代号见表2-1。2.塑料的主要性能理化性能理化性能主要表现为：质轻；良好的耐蚀性；优良的电绝缘性；低的热导率。力学性能力学性能方面主要表现为：良好的减摩、耐磨性，有的还具有自润滑性能；良好的吸振性；高的比强度、比刚度，可以在一定范围内代替金属机械零件和工程构件。工艺性能工艺性能是指在成型加工过程中表现出来的特有性质，这些性能直接决定着塑料的成型方法和塑件质量，也影响着模具设计。a.收缩性收缩性 是指塑件从模具中取出冷却到室温后，发生尺
4、寸收缩的特性。塑料成型中的收缩有两个重要特点：收缩率数值大；收缩率变化范围宽。收缩率与收缩率范围的大小除因塑料品种、制品壁厚和尺寸方向、成型工艺参数不同而有所区别。一般来说，注射压力越高，成型收缩率越小；注射温度越高，成型收缩率越大；注射时间越短，成型收缩率越大。b.流动性流动性 是指塑料在一定温度、压力的作用下充填模具型腔的能力。塑料流动性在很大程度上影响成型工艺参数、模具浇注系统的尺寸、模具结构以及塑件的大小与壁厚等。通常塑料熔体温度高，则流动性大；注射压力大，流动性也大。凡促使塑料流动阻力增加，流动性就会降低。流动性较好的有聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、尼龙、醋酸纤维素等；流动性中等的有改性
5、聚苯乙烯、ABS、AS、有机玻璃、聚甲醛、氯化聚醚等；流动性差的有聚碳酸酯、硬聚氯乙烯、聚苯醚、聚砜、氟塑料等。c.吸湿性吸湿性 是指塑料对水分的亲疏程度。绝大多数塑料都有一定的吸湿性。塑料即使吸收微量的水分，对其电性能、光性能和某些力学性能也会有重大影响。凡是具有吸湿或黏附水分倾向的塑料，成型时如果未对其进行充分干燥，所含水分会对塑件质量带来诸多不利影响；而用于电绝缘和介电方面时，就应选用吸湿性较低的塑料。d.结晶性结晶性 结晶型塑料中的大分子呈有序排列，非结晶型塑料中的大分子呈无序状态。通常结晶型塑料是不透明或半透明的，而非结晶型塑料是透明的。但也有例外，如高透明的4-甲基戊烯-1为结晶型
6、塑料，而不透明的ABS则为非结晶型塑料。结晶型塑料在加热和冷却时要比非结晶型塑料吸收和放出更多的热量，因此在选用、设计成型设备的加热和冷却装置时必须予以考虑；其次，由于结晶型塑料硬化状态时的密度与熔融时的密度差别很大，所以其成型收缩大，易产生缩孔、气孔；另外，由于结晶型塑料收缩的方向性，其塑料制品易变形、翘曲。e.热敏性热敏性 热敏性是指塑料对热较为敏感，在高温下受热时间较长或料温增高时，容易产生变色、降解或分解，具有这种特性的塑料称为热敏性塑料。热敏性塑料在分解时不仅导致塑料的力学性能变坏，而且会产生对人体、设备、模具有害的气体或固体。为避免热敏性塑料在成型过程中出现分解现象，可采取在塑料中
7、加入稳定剂；选择螺杆式注射机；严格控制成型温度、模温和成型时间；增大浇注系统截面；型腔镀铬以及及时清理滞料等办法。二塑件的结构工艺性1.塑件的尺寸精度和表面质量 塑件的尺寸精度影响塑件尺寸精度的因素:a.模具制造精度对其影响最大；b.塑料收缩率的波动；c.模具的磨损等原因；d.成型时工艺条件的变化，飞边厚度的变化以及脱模斜度都会影响塑件精度。在满足用要求的前提下，应尽可能将塑件尺寸精度设计得低一些。塑件的总体尺寸的大小取决于塑料的流动性，流动性好的塑料可以成形较大尺寸的塑件，对于薄壁塑件或流动性差的塑料，塑件尺寸不宜过大。塑件表面质量塑件的表面粗糙度主要取决于模具成型零件的表面粗糙度，塑件的表
8、面粗糙度一般为1.60.2m。制品的表面粗糙度有要求的，模具的表面粗糙度一般比塑件的表面粗糙度高12级。2.塑件的结构塑件的结构、形状应在满足使用要求的情况下尽可能易于成形，这样有利于模具结构简化。塑件的形状塑件应尽量避免侧孔、侧凹或与塑件脱模方向垂直的孔，以避免模具采用侧向分型抽芯机构或者瓣合凹模（凸模）结构而导致模具结构复杂。无需采用侧向抽芯结构成型的孔结构对塑件结构进行适当的修改，以达到简化模具设计的目的塑件内侧表面凸台的修改a）修改前不便于脱模 b）修改后便于脱模可强制脱模的浅侧凹、凸结构a）(AB)100%/B5%b）(AB)100%/C5%塑件壁厚塑件壁厚要满足：a.有足够的强度和
9、刚度，而且要满足成型时熔体能够充满型腔；b.同一塑件各部分的壁厚应尽可能均匀一致。塑件壁厚的大小主要取决于塑料品种、大小以及成型条件。a）不合理 b）合理 脱模斜度塑件与脱模方向平行的塑件内外表面应有足够的斜度，即脱模斜度。脱模斜度的大小主要取决于塑料的收缩率、塑件的形状和壁厚以及塑件的部位。塑件的加强筋高度L=(13)t筋条厚度A=(0.50.7)t，当t2 mm，取A=t，筋根过渡圆角R=(1/81/4)t，收缩角=25，筋端部圆角r=t/8。图2-6 加强筋尺寸rALRt加强筋的布置多个加强筋的设计a)不合理 b)合理加强筋的布置a)不合理 b)合理L0.524 塑件的支承面 塑件的园角
10、塑件上所有转角应尽可能采用圆弧过渡。若塑件结构无特殊要求，各连接处的圆角半径不小于0.51mm。理想的园角半径应为壁厚的1/3以上。塑件的孔a.通孔的成型方法孔的形状应力求简单，以免增加模具制造的难度，同时孔的位置应尽可能开设在强度大或厚壁部位；孔与孔之间、孔与壁之间均应有足够的距离。飞边飞边b.盲孔的成型盲孔只能用一端固定的型芯成型。对于与熔体流动方向垂直的孔，当孔径在1.5mm以下时，为了防止型芯弯曲，孔深以不超过孔径的两倍为好。一般情况下，注射成型或压注成型时，孔深小于4倍孔径。压缩成型时，孔深小于2.5倍孔径。当孔径较小深度太大时，孔只能用成型后再机械加工的方法获得。两相交孔的设计互相
11、垂直的孔或相交的孔，在压缩成型塑件中不宜采用，在注射成型和压注成型中可以采用，但两个孔不能互相嵌合。成型时，小孔型芯从两边抽芯后，再抽大孔型芯。拼合的型芯成型异形孔 塑件上的螺纹塑件上的螺纹有三种方法获得：模具直接成型；成型后机械加工；金属螺纹嵌件。塑料螺纹的结构a）外螺纹 b）内螺纹Rdm0.2dmLL0.2LR0.2-0.80.2-0.8两段同轴不同直径螺纹如果塑件同一轴线上有两段不同直径的螺纹，当两段螺纹方向相同、螺距相等时，成型后直接将塑件旋出，图a）所示。当方向相反或螺距不等时，采用两段螺纹型芯或型环组合在一起的形式，成型后分段旋出，图b）所示。a）b）嵌件在塑件内嵌入其他材料零件形
12、成不可拆卸的整体，所嵌入的零件则称之为嵌件。常用的嵌件种类设计塑件嵌件应考虑的问题a.嵌件与塑件的牢固连接嵌件嵌入部分的结构形式b.嵌件固定的稳定性及塑件的强度对有嵌件的塑件，应选用弹性大、收缩率小的塑料或选用与塑料收缩率相近的金属嵌件；嵌件周围的塑料层应有足够的厚度以防塑件开裂；嵌件不应带有尖角，形状变化应以斜面或园角，以减少应力集中；嵌件上还应尽量不要设计通孔，以免塑料挤入孔内。嵌件周围塑料层厚度的推荐值见表2-8。三注射成型设备及与模具的关系每副模具都只能安装在与之相适应的与之相适应的注射机上才能进行生产，两者必须相互匹配。1.注射机的结构组成a.注射装置作用：将塑料均匀地熔融塑化，并以
13、足够的压力和速度将一定量的熔料注射到模具的型腔内，当熔料充满型腔后，仍需保持一定的压力和作用时间使其在合适压力作用下冷却定型。注射装置主要由塑化部件（螺杆、料筒、喷嘴）、料斗、计量装置、传动装置、注射和移动油缸等组成。b.合模装置作用：实现模具的闭合并锁紧，以保证注射时模具可靠地合紧及脱出制品的动作。合模装置主要由前后固定板、移动模板、连接前后固定用的拉杆、合模油缸、移动油缸、连杆机构、调模装置及塑料顶出装置等组成。c.液压传动和电气控制系统作用：保证注射机按工艺过程的动作程序和预定的工艺参数（压力、速度、温度、时间等）要求准确有效地工作。液压传动系统主要由各种液压元件和回路及其它附属设备组成
14、。电气控制系统则主要由各种电气仪表等组成。卧式注射机示意图1锁模液压缸 2锁模机构 3移动模板 4顶杆 5固定板 6控制台7料筒 8料斗 9定量供料装置 10注射液压缸注射机工作循环过程是：加热、预塑化合模和锁紧注射装置前移注射、保压卸压、注射装置后退开模、顶出塑件。145326789102.注射机的分类与型号 a)卧式 b)立式 c)角式1合模系统 2注射系统注射机类型国内常用的型号常用注射量表示法、锁模力表示法、锁模力和注射量表示法。122121213.塑料成型设备及与模具的关系设计的模具与所选用的注射机应从以下几方面予以校核：最大注射量的校核最大注射量是指注射机螺杆或柱塞以最大注射行程注
15、射时，能一次提供的塑料注入量。注射机的结构不同，最大注射量的标注方法也不一样。柱塞式用容量(cm3)表示，螺杆式用质量(g)表示。在设计模具时，应使成型制品每次所需注射总量G小于注射机的最大注射量Gmax。通常，要求注射成型时塑件和浇注系统凝料的总质量小于注射机公称注射量的80。G80Gmax 锁模力的校核锁模力是指注射机的合模装置对模具所施加的最大夹紧力。该力可使动定模紧密闭合，保证塑料制品的尺寸精度，尽量减少分型面处溢边的厚度。注射机的公称锁模力必须满足：Fp(A+A1)注射压力的校核注射压力是指注射机料筒内柱塞或螺杆对熔融塑料所施加的单位面积上的力。注射机的额定注射压力必须大于塑件成型所
16、需要的注射压力。P p 注射压力受形状、壁厚、浇注系统、型腔内阻力、模具温度等因素影响，注射压力过大，飞边大，脱模困难，塑件表面质量差，内应力大；注射压力过小，塑料熔体不能顺利充满型腔,无法成型。安装部分的尺寸校核为保证模具能顺利安装在注射机上，模具设计时应对其相关尺寸加以校核，使其与之匹配。a.定位环尺寸作用：保证模具主流道的中心线与注射机喷嘴的中心线重合。模具的定位圈和注射机定位孔的配合hH9/f9b.喷嘴尺寸a)结构、尺寸 b)不良配合喷嘴和浇口套的关系RR0(12)（mm）dd0(0.51)（mm）Rr喷嘴上流道衬套0-0.10RhR0d0dL3-8Drc.模具的厚度HM 注射模的动、
17、定模两部分闭合的厚度叫模具厚度（模具闭合高度）。实际模具厚度HM与注射机允许安装的最大模具厚度Hmax及最小模具厚度Hmin之间必须满足下面条件，即：HminHMHmax 同时应校核模具的外形尺寸，使得模具能从注射机拉杆之间装入d.模具的安装和紧固尺寸模具的安装尺寸应当与注射机上的动、定模固定板上螺孔的位置、孔径相适应。模具常用的安装紧固方法有两种：重量较轻时采用压板固定，重量较重时则采用螺钉固定。e.开模行程的校核开模行程指模具开合过程中动模固定板的移动距离，叫做合模行程。塑件从模具中取出时所需的开模距离（S）必须小于注射机的最大开模距离（Smax），否则塑件无法从模具中脱出。开模行程的校核
18、有两种情况a)最大开模行程与模具厚度无关 当注射机采用液压机械联合作用的锁模机构时，最大开模行程由连杆机构的最大行程决定，注射机最大开模行程与模具厚度无关。校核时只需使注射机最大开模行程大于模具所需的开模距离即可。对于单分型面注射模单分型面注射模开模行程1动模 2定模 Smax SH1H2（510）mm H1H25-1012对于双分型面注射模双分型面注射模开模行程1动模 2中间板 3定模Smax SH1H2（510）mm H1H25-10123有侧向抽芯时的最大开模行程校核有侧向抽芯时的最大开模行程当HcH1H2时，可用Hc代替前面诸校核公式中的H1H2，其他各项均保持不变。当HcH1H2时，
19、可不考虑Hc对最大开模行程的影响，仍用以上诸式进行校核。H1H2HcLL5-105-10b)最大开模行程与模具厚度有关对于全液压式或全机械式锁模机构的注射机，最大开模行程受到模具厚度的影响，模具厚度越大，开模行程越小。此时，最大开模行程(Smax)等于注射机移动模板与固定模板之间的最大开距(SK)减去模具闭合时的厚度(HM)，即SmaxSKHM对于单分型面注射模SmaxSKHMH1H2（510）mm对于双分型面注射模SmaxSKHMH1H2（510）mm f.模具推出装置和注射机顶出装置校核各种注射机合模系统中顶出装置和距离都不同，模具设计时需根据注射机顶出装置的顶出形式、顶出杆直径、顶出杆间距和顶出距离来校核模具的顶出装置能否达到塑件脱模的效果。国产注射机中顶出装置的顶出形式主要有：中心顶杆机械顶出；两侧双顶杆机械顶出；中心顶杆液压顶出与两侧顶杆机械顶出联合作用；中心顶杆液压顶出与其他开模辅助油缸联合作用四种。
