塑料成型技术的基本知识.ppt

23:07:53,第1章 塑料成型技术的基本知识,作为塑料模具设计人员，了解塑料的基本性能以及有关塑料成型的基本知识，对设计出结构合理易于成型、高质高效低耗的塑料结构件来说是十分必要的。,23:07:53,第一章 塑料成型技术的基本知识 1.1 塑料的基础知识 1.2 塑料的使用性能 1.3 热塑性塑料的成型性能 1.4 塑料的注射成型过程 1.5 塑料注射成型机 1.6 塑件结构设计的基本知识,23:07:53,以我们生活中对塑料的认识，大家做以下判断： 强度：塑料 ？钢铁； 耐冲击度：塑料？木材 比强度：金属铝？增强工程塑料？钢铁 耐热性：陶瓷？金属？塑料 密度：泡沫塑料？木材 线膨胀系数：塑料？金属？陶瓷 导热性：塑料？陶瓷？金属,1.1 塑料的基本知识,23:07:53,塑料的定义： 以高分子材料为主要原料加上旨在改善和提高其性能的各种添加剂制成的合成材料。,1.1.1塑料的组成,作为塑料模具设计人员，了解塑料的基本性能以及有关塑料成型的基本知识，对设计出结构合理易于成型、高质高效低耗的塑料结构件来说是十分必要的。,23:07:53,塑料的组成： 由合成树脂和各种添加剂如填充剂、增塑剂、润滑剂、着色剂和固化剂等共同组成。 合成树脂：决定着塑料的性质和类别，是主要原料； 填充剂：有增量作用，有利于降低成本，改善性能； 增塑性：可改善材料的成型性能，如增加塑性，流动性和韧性； 稳定剂：可抑制和防止降解，包括热稳定剂，光稳定剂，抗氧化剂； 着色剂：可改变塑料件的颜色，同时提高塑料光和热的稳定性 和耐候性。,23:07:53,1.1.2塑料的分类,1.按分子结 构分,热塑性塑料：可多次加热加压，反复成型，只有物理变化而无化学变化，变化是可逆的，分子结构是线性的或支链性的。LDPE（低密度聚乙烯）, PVC（聚氯乙烯）, PP（聚丙烯）, PC（聚碳酸酯）, ABS, PMMA（有机玻璃）,热固性塑料：合成树脂与热塑性塑料不同，添加剂中加入了固化剂。当温度达到使固化剂产生化学变化的温度时，分子结构由线性结构或支链型结构变成网状交联型结构而固化，再加热也不变化，整个过程既有物理变化也有化学变化，不可逆。酚醛树脂、三聚氰胺树脂、不饱和聚酯树脂、聚氨酯 。,23:07:53,2.按用途分,普通塑料：普通的易于成型的、 产量大、用途广，如PE。,工程塑料:可成型工程结构件一类的塑件，较普通塑料强度高，尺寸稳定，变形小，如ABS等。,特种塑料:具有特种功能的塑料，如耐高低温，高强度等。,1.1.2塑料的分类,23:07:53,1.1.3塑料的突出性能,优点： 1.密度低：0.83-2.2之间，减重设计； 2.比强度高：代替钢铁； 3.绝缘性性能好：接触电器工具的手柄等； 4.防震、隔热、隔音性能好； 5.耐腐蚀性能好： 仅次于玻璃和陶瓷材料，如聚四氟乙烯可耐各种强酸、碱及强氧化剂甚至王水等。 6.加工性能好：易加工成形状复杂、厚度极薄的制品 ； 7.自润滑性好 ：如拉链。,23:07:53,1.1.3塑料的突出性能,缺点： 机械强度低； 尺寸精度低：原因成型收缩率大且不稳定；易产生变形；热膨胀系数大。 耐热温度低：最高使用温度不超过400，一般在100 260 。 但有些热固性塑料可耐上千度瞬间高温，用作耐烧蚀材料，用于导弹外壳及宇宙飞船面层材料。,23:07:53,热塑性塑料具有良好的成型性能（可挤压性、可模塑性、可延展性等），故可制作成各式各样复杂的结构件。,1.2塑料的成型性能,23:07:53,1.2.1塑料的流动性,塑料的成型过程,影响流动性的因素：,1分子结构 分子量小者，黏度小，则流动性好，如聚乙烯、聚丙烯、尼龙等；分子量大者，黏度大，则流动性差，如聚砜、聚碳酸酯等。 流动性好的塑料在注射过程中易产生溢边，故模具配合面的间隙应小些；反之则大。,23:07:53,2.模具结构 流道形式及长度：流道截面积大时，物料流动顺畅，但过大则塑料损耗增加，成型及固化时间延长，成本提高。 故流道的结构形式应使截面积尽量大但表面积尽量小：圆柱形最优，梯形、矩形次之。流道长度应尽量短。,1.2.1塑料的流动性,3.其它因素,增加注射压力、提高流道及型腔型芯光洁度、提高熔料温度等均可提高塑料流动性。,23:07:53,1.2.2塑料的结晶性,热塑性塑料在冷凝时视其有无出现结晶现象而分为结晶性塑料（如聚乙烯、聚丙烯、聚甲醛、尼龙等）和非结晶性塑料（如聚苯乙烯、聚氯乙烯、ABS等）。,判别方法,结晶性塑料：不透明或半透明，例外聚 四甲基戊烯,非结晶性塑料：透明，例外ABS。,23:07:53,1.2.2塑料的结晶性,结晶性塑料成型应注意的问题： 熔点范围窄，应控制进料温度； (2) 料温上升到成型温度所需热量大，应选用塑化能力大的设备； (3) 控制和调节模温并应充分冷却； (4) 成型收缩率大，易产生缩孔和气孔。,23:07:53,1.2.3塑料的收缩性,1.收缩率的计算,23:07:53,2.影响收缩的因素： （1）塑料材料：软质塑料的热胀系数大，故成型收缩率亦大；结晶性塑料比非结晶性塑料的收缩率大。 （2）塑件形状：壁厚者大于壁薄者；内孔大于外形；形状简单者大于复杂者。 （3）流动方向：与进料方向平行的尺寸比与进料方向垂直的尺寸收缩率大；热塑性增强塑料沿料流方向收缩率小，垂直料流方向收缩率大；浇口截面积大的收缩率小，距浇口近的收缩率小。 （4）成型条件：模具温度高时收缩率大；料温高时收缩率小；注射压力大时收缩率小；冷却速度快、冷却时间长的收缩率小。,1.2.3塑料的收缩性,23:07:53,1.热敏性指在加工状态下受热易引起分解的性能对于热敏性较大的塑料，在设计模具和选用设备时应注意：尽可能不用点浇口；螺杆压缩比要小。 2.水敏性指在加工中水分含量较大时会引起水解反应。这类塑料加工前要好好干燥，尽可能降低含水量。,1.2.4塑料的热敏性和水敏性,23:07:53,1.3塑料的注射成型过程,动画演示,23:07:53,从塑料熔体注射入模具开始，经充满模腔、冷却、固化、定型，直至塑件从模腔内脱出的过程。该过程可分为如下四个阶段： 1充模阶段0t1 从柱塞或螺杆开始推动熔料起至塑料充满型腔为止。在该过程中起决定作用的是注射压力，它决定充模时间。 快速充模：注射压力较大时，熔体通过喷嘴、主流道、分流道及浇口时产生大量摩擦而使温度升高，可得到强度及外观很好的塑件。 慢速充模：注射压力较小时，先进入模腔的塑料温度下降，黏度提高，当熔料温度降至软化点以下时，固化时会有冻结的取向分子，影响塑件强度，甚至出现裂纹。,23:07:53,2保压阶段t1 t2 从熔体充满型腔起至柱塞或螺杆撤回为止。熔体在型腔内冷却收缩，在柱塞或螺杆的稳压下，料筒内的熔料向模内继续填充以补充因收缩而留出的空间。该阶段对于提高制品密度，克服制品表面缺陷（缩孔、凹陷、气泡等）有重要作用。 保压的作用： 一是防止模具中熔融塑料的逆向倒流，造成制品表面缺料成为废品； 二是为了补充型腔内的塑料因冷却收缩不足之需要。防止制品出现凹陷、皱纹、缺料等成型缺陷。 3卸载阶段t2t3 从螺杆或柱塞后退开始到后退结束为止。因型腔压力大于流道压力，熔体会倒流，模腔压力迅速下降，当浇口处熔体凝结时倒流结束。 4冷却阶段t2t3 熔料凝结后制品的冷却阶段。该阶段对制品的脱模、表面质量和挠曲变形等有很大影响。,23:07:53,1.4 塑料注射机,按塑化方式和注射方式,柱塞式注射机,螺杆式注射机,螺杆塑化、柱塞式注射剂,按外形分,立式注射机,卧式注射机,角式注射机,23:07:53,1.4.1螺杆式注塑机,动画演示,23:07:53,23:07:53,1.4.2柱塞式注射机,柱塞式注射机,柱塞式注射机是通过柱塞依次将料筒的颗粒状塑料推向料筒 前端的塑化室，依靠料筒外的加热器提供的热量，使塑料塑化 成黏流状态，并被柱塞注射到模腔中。,23:07:53,23:07:53,1.4.3 注射成型机的选择,例子：假设一个制件，材料为ABS，质量为10g,一模两腔，浇注系统的质量为4g，制件和浇注系统在分型面上的投影面积为100c，注射压力经过CAE分析为80MPa，型腔压力为32MPa。模具的厚度为150mm,模具的底板尺寸为180x200,如何参照表1-7选择注塑机。,23:07:53,23:07:53,23:07:53,在我们选择好注塑机后，哪些设计参数必须与选择的注塑机配套呢？ 1）定位环和浇口套,2）顶杆定出方式及顶杆孔的大小,R=R1+（0.5-1）,23:07:53,1.5设计塑料结构件的基本知识,塑料结构件 设计工程师,模具 设计工程师,23:07:53,1.塑料结构件应满足成型工艺的基本要求，有利于成型和脱模； 2.在保证使用的前提下，力求设计合理、壁厚均匀、经济实用，满足功能要求； 3.结构简单、紧凑，有可靠的基准面，便于制造； 4.造型美观大方，使用方便,1.5.1塑料结构件的基本原则,23:07:53,1.5.2塑料结构件的质量要求,原则：设计时，精度满足要求即可，精度要求高，选择收缩率小的材料。,1.塑件尺寸精度,（1）模具制造精度,（2）塑料的收缩性,（1）塑料的类型；,（2）成型条件；,（3）塑件结构；,（4）模具结构：如浇口尺寸，料流方向；,（3）拔模斜度的影响,23:07:53,1.5.2塑料结构件的质量要求,2.塑件的表面质量,由注射过程引起：缺料、斑点、条纹、起泡、 凹痕、熔接痕、色泽等。,由模具表面粗糙度及塑料材料等引起：光泽性及表面粗糙度。要求透明，Ra大约为25纳米.,23:07:53,1.5.3塑料结构件的设计技巧,1）壁厚均匀,壁厚不均：收缩不均产生内应力，会导致变形，开裂，缩孔，气泡；延长了冷却时间，降低效率浪费材料。,23:07:53,改进时要考虑如下因素： 1）满足强度要求； 2）充分考虑在成型过程中的流动性，保证能充满； 3）塑件能承受足够的脱模力，不至顶坏； 4）在允许情况下，边与边，面与面拐角圆弧过渡，保证等厚； 5）不可避免的存在壁厚不均匀，采用过渡斜角的方式，过渡面缓和平稳，避免锐角。,23:07:53,1.5.3塑料结构件的设计技巧,2）增强措施之一：加强筋,根部不宜过大（0.5-0.7t)，防止缩孔,至少0.5度的脱模斜度，与料流方向一致,23:07:53,增强措施之一：加强筋,筋要交错配置,增强措施之二：改变设计 端部设平沿、圆弧沿、涨出或缩入（图1-41)。,23:07:53,例子分析,23:07:53,1.5.3塑料结构件的设计技巧,3）支撑面设计,23:07:53,脱模斜度与塑件的部位、形状、壁厚、高度、尺寸精度等因素有关。原则如下：,1.5.3塑料结构件的设计技巧,4）脱模斜度的确定,塑件内孔以型芯小端为准，尺寸符合图纸要求，斜度沿扩大方向变出,外形以型腔大端尺寸为准，符合图纸要求,（a)脱模斜度的确定,23:07:53,（b)塑件形状复杂的，应取较大的脱模斜度； （c）塑件高度大，取小的脱模斜度，塑件高度小，取大的脱模斜度。特殊，取两端。 （d）塑件较大的时候，收缩大，取较大的脱模斜度； （e）塑件脱模时留在那一侧，哪一侧脱模斜度就小（表1-11）； （f）精度高，脱模斜度小； （g）收缩率大的塑料应该取大值，易脱模的、有自润滑的取小值，增强塑料取大值。,4）脱模斜度的确定,23:07:53,（a)孔的技术要求,1.5.3塑料结构件的设计技巧,4）塑件孔及异形孔的设计技巧,孔的极限尺寸：不能太小或太长，型芯受冲击易弯曲。,孔间距及强度：型芯阻碍料的流动，产生熔接痕，强度降低。,23:07:53,（b）通孔,4）塑件孔及异形孔的设计技巧,常用形式,常用形式,组合型芯，定心性差,组合型芯，锥形定位，保证同轴度,型芯导向，保证孔与分型面垂直,23:07:53,（c）盲孔,4）塑件孔及异形孔的设计技巧,盲孔的成型型芯一端固定，如果型芯与料流方向垂直，型芯受到冲击易变形，所以深度L=4d.,（d）螺钉固定孔,缺点：塑件孔边缘受力，易划伤及产生裂纹，锥形定位，调整性差,23:07:53,5）塑件孔及异形孔的设计技巧,（d）异形孔的设计,条件： AB+H*tan 取35度,23:07:53,6）避免侧抽的设计,侧抽动画,23:07:53,7）塑件螺纹的设计,塑件上的螺纹若直接注射成型，则直径和螺距成型后会产生收缩，影响其与金属件的配合，故设计塑件的螺纹时应注意： （a）螺纹精度不低于IT8级。 （b）尽量缩短配合长度以减小螺距的积累误差，一般应小于螺纹直径的1.52倍。但若是同种塑料件的相互配合则不必考虑。 （c）螺纹端部设大于0.5mm的无螺纹区，其目的是方便制造；防止出现飞刺和脱边而崩扣；起导向作用，方便使用。,成型螺纹,23:07:53,(d)外螺纹直径不小于3mm，内螺纹直径不小于2mm，螺距不小于0.7mm。 （e）同一塑件通一部位的同轴线上有前后两段螺纹时其螺距和旋向应一致，以便同时旋出螺纹成型零件，简化模具；若两段螺纹的螺距不等或旋向相反时，则螺纹型芯或型环应分别做出，组合装配，成型后分别旋出。 （f）若塑件上的螺纹在使用时不常拆卸且紧固力不大时，可采用自攻螺钉的结构。 （g）塑件上螺纹强度要求较高时，可采用金属嵌件嵌入的结构形式。,7）塑件螺纹的设计,23:07:53,8）塑件齿轮的设计,（ a）相互啮合的塑料齿轮应采用相同的材料制造，以避免因收缩引起啮合状态不佳。 （b）齿轮各尺寸关系： H=D D11.5D t1=3m其中：H轮毂厚度，mm； D轴孔直径，mm； D1轮毂外径，mm； t1轮缘宽度，mm；m齿轮模数。 （c）塑料齿轮孔与轴采用过渡配合， 其固定方法采用扁轴孔，避免用键槽连接。,23:07:53,9）嵌件的设计,定义：在塑件成型过程中，将金属或其它材料的结构件直接嵌入塑件，使它们与塑件成为一个不可拆卸的整体，这些嵌入的结构件叫嵌件。 原理：塑件与金属的热膨胀系数不同，注射成