《成型模具设计》培训课程

塑料成型工艺与模具设计（修订版）屈华昌 主编李和平 主讲高等教育出版社绪论教学目的：了解塑料成型在工业生产中的重要性、塑料模具的分类。教学重点：教学难点：教学课时：1学时教学内容：一、 塑料及塑料工业的发展1、初创阶段； 2、发展阶段；3、飞跃发展阶段； 4、稳定增长阶段。二、塑料成型在工业生产中的重要性1、模具工业在国民经济中的重要地位；2、塑料模具设计与制造在塑料工业中的地位。三、塑料成型技术的发展趋势1、模具的标准化；2、加强理论研究；3、塑料制件的精密化、微型化和超大型化；4、新材料、新技术、新工艺的研制、开发和应用。二、 塑料模具的分类按照塑料制件的成型方法可分为以下几类：1、注射成型：注射成型又称注射模塑或注塑成型。其原理是将粒状或粉状的塑料原料加入到注射机的料筒中，经过加热熔融成粘流态，在柱塞或螺杆的推动下，以一定的流速注射入闭合的模具型腔中，充分硬化定型后从模内脱出成型的塑件。几乎所有的热塑性塑料（除氟塑料外）及部分热固性塑料皆可经注射成型而获得各种形状的塑料制品，其应用覆盖了国民经济各个领域。 2、压缩成型：其原理是将预热过的塑料原料直接加入到处于成型温度下的模具型腔中，然后闭模及加压加热，塑料在型腔内受热受压，熔融塑化并向型腔各部位充填，待充分固化定型后，卸压启模即得模压制品 。3、压注成型:压注成型又称传递成型。它的原理是将热固性塑料置于高温的模具加料腔内，使其受热熔融塑化成粘流态，并在活塞的压力作用下，通过模具的浇注系统注射入闭合的模腔中；熔融塑料在此继续受热受压，经交联固化而定型；最后打开模具获得所需形状的制品。 4、挤出成型：挤出成型又称挤压成型。其成型原理是借助于转动的螺杆，连续的将塑化好的、呈熔融状态的成型物料从挤出机的机筒中挤出，并通过特定断面形状的口模成型。并在冷却、牵引和切断等一系列的辅助装置的作用下，获得具有一定截面形状的连续型材，如管材、棒材、板材、片材、电线电缆的包覆层及其它的异型材等。 5、中空成型：中空成型又称中空吹塑成型。中空成型的原理是先通过挤出或注塑的成型方法生产出高弹状态的塑料型坯，再把塑料型坯放入闭合的模腔内，然后向型坯内吹入压缩空气，使其胀大并紧贴在模腔表壁，经冷却定型后获得与模具型腔形状一致的中空制品。中空成型主要用于生产塑料瓶子、水壶、提桶、玩具等。6、真空成型：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。7、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。三、 学习本课程应达到的目的学习目的与要求： 1、了解塑料的组成、分类及其性能； 2、了解塑料成型的基本原理和工艺特点； 3、掌握各种成型设备对各类模具的要求； 4、掌握各类成型模具的结构特点及设计计算方法；5、具有初步分析、解决成型现场技术问题的能力。 第一章 高分子聚合物结构特点与性能教学目的：了解聚合物的分子结构与性能教学重点：聚合物的热力学性能教学难点：聚合物的热力学性能教学课时：2学时教学内容：1.1 聚合物分子的结构特点一 、聚合物的分子结构（一） 树脂与塑料1、 天然树脂：从物体中直接提取出来的树脂。2、合成树脂：人们根据天然树脂的分子结构和特性，应用人工方法制的的树脂。因为合成树脂有优良的性能，所以塑料一般都是用合成树脂制得的。（二） 高分子与低分子1、高分子：含有原子数很多、相对分子质量很高、分子很长的巨型分子。无论是天然树脂还是合成树脂都是高分子聚合物。2、低分子：原子数很少、相对分子质量很低的分子。如H2O、CaCO3等。（三） 聚合物的分子结构1、线型聚合物：聚合物的分子链呈不规则的线状，聚合物是一根根的分子链组成的，称线型聚合物。2、体型聚合物：在大分子链之间有一些短链把它们相互交联起来，成为网状结构，称体型聚合物。1.2 聚合物的热力学性能图2-3 聚合物的热力学曲线图2-3中曲线1为线型无定形聚合物受恒应力作用时变形程度与温度的关系曲线，也较热力学曲线。此曲线分为三个阶段，即线型无定形聚合物常存在的三种物理状态：玻璃态、高弹态和粘流态。1）g ，曲线基本是水平的，变形程度小，而且是可逆的；但弹性模量较高，聚合物处于刚性状态，表现为玻璃态。2）g f ，曲线开始急剧变化，但很快稳定趋于水平。聚合物的体积膨胀，表现为柔软而富有弹性的高弹态。外力去除变形量可以恢复，弹性是可逆的。3） f ，曲线变形迅速发展，弹性模量再次很快下降，聚合物即产生粘性流动，成为粘流态。此变形不可逆。其中 g 玻璃化温度，是聚合物从玻璃态转变为高弹态的临界温度，是塑料使用的上限温度； f 粘流温度，是聚合物从高弹态转变为粘流态的临界温度； b 脆化温度，是塑料使用的下限温度； d 热分解温度； b g 塑料的使用温度范围。表2-1 热塑性塑料在不同状态下的物理、工艺性能状态玻璃态高弹态粘流态温度g以下g ff d分子状态分子纠缠为无规则线团或卷曲状分子链展开，链段运动高分子链运动，彼此滑移工艺状态坚硬的固态高弹性固态，橡胶状塑性状态或高粘滞状态加工可能性可作为结构材料进行锉、锯、钻、车、铣等机械加工弯曲、吹塑、引伸、真空成型等，成型后会缠身较大的内应力可注射、挤出、压延等，成型后应力小。1.3 聚合物的流变学性质一、牛顿流体及其流变方程 图2-4 液体在流道中流动时的速度梯度图 从图中可得出 v = dx/dt （1） 故 dv/drd (dx/dt )/drd(dx/dr)/dt （2）式中 v 液层移动速度； dv/dr 单位距离内的速度差（速度梯度）； dx/dr 一个液层相对于另一个液层移动的距离，它是剪切力作用下该层液体产生的切应变，即dx/dr。 所以 dv/drd/dt （3）式中 单位时间内的切应变，称为剪切速率。故可以用剪切速率代替速度梯度，两者在数值上相等。切应力和剪切速率的关系 （dv/dr） （4）式中 液层单位表面上所加的切应力； 比例常数（牛顿粘度）。式（4）为牛顿流动定律，即牛顿流体的流变方程。它表明液层单位表面上所加的切应力与液层间的速度梯度成正比。二、聚合物熔体的粘弹性流动熔体中的弹性形变与聚合物的相对分子质量、外力作用速度或时间以及熔体的温度等有关。当相对分子质量越大、外力作用时间越短、熔体温度超高于材料熔点时，弹性现象表现显著。三、热塑性和热固性聚合物流变行为的比较1、热塑性聚合物加热是一种物理作用，加工过程所获得的形状必须通过冷却定型（硬化）。在加热的过程中，材料内在性质发生一定变化，但未改变材料整体可塑性的基本特性，材料是可以反复塑造成型的。2、热固性聚合物加热可使材料熔融，而且在足够高的温度下发生交联反应，最终完成硬化等化学反应。材料一旦硬化，就失去了再次软化、流动和改变形状的能力，也就是说这种聚合物不可以反复塑造成型。14 聚合物在成型过程中的物理化学变化一、聚合物的结晶1、概念结晶过程：聚合物由非晶态转为晶态的过程。结晶度：结晶区在聚合物中所占的重量百分比。2、结晶度对塑件的影响为了改善塑件的性能，通常采用热处理的方法使非晶相转变为晶相，不稳定的晶形结构转为稳定的晶形结构，微小的晶粒转为较大的晶粒，但晶粒过分粗大，会使聚合物变脆，性能变差。二、成型过程中的取向作用1、概念取向作用：热固性和热塑性塑料中各自存在的细而长的纤维状填料和聚合物分子，在很大程度上，都会顺着流动的方向作平行的排列，这种排列称为取向作用。2、注射、压注成型塑件中纤维状填料的取向图2-24 扇形片试样中填料的取向从图中可以看出，填料排列的方向主要顺着流动的方向，碰到阻力后，改称与阻力垂直的方向，并按此定形。3、注射、压注成型塑件中聚合物分子的取向 图2-25 注射成型长条形试样中聚合物取向程度分析 （a）横向截面 （b）轴向纵截面从图中可以看出，沿试件轴向的分子取向程度从浇口处顺着料流方向逐渐增加，达到最大值后又逐渐减弱。沿试件截面越靠近中心区域取向程度越小，中心两侧而不到表层的一带取向程度较高。三、聚合物的降解1、概念降解：又叫裂解，是把相对分子质量降低的现象，称为降解。2、减少和避免聚合物降解的措施1）严格控制聚合物的技术指标，使用合格的原材料；2）聚合物在使用前进行干燥处理；3）确定合理的加工工艺和加工条件；4）使用附加剂来加强聚合物对降解的抵抗能力。四、聚合物的交联1、概念交联：聚合物在加工过程中，形成三维结构的反应称为交联。2、交联聚合物的性能交联聚合物的机械强度、耐热性、耐溶剂性、化学稳定性和塑件的形状稳定性等都有所提高。热固性塑料成型时通常发生交联反应。第二章 塑料的组成与工艺特性教学目的：掌握塑料的组成及工艺特性教学重点：塑料的组成及工艺特性教学难点：塑料的组成及工艺特性教学课时：2学时教学内容：21 塑料的基本组成211 塑料的组成塑料以合成树脂为主要成分，经与不同的添加剂混合而成具有可塑成型的混合物,在加热加压的条件下具有可塑性,常温下为柔韧的固体。 1、合成树脂 合成树脂是塑料的基本成分，是人们模仿天然树脂的成分用化学方法人工制取得到的各种树脂。 2、填充剂（又称填料）添加填充剂的目的是降低塑料中树脂的使用量，从而降低制品成本；其次是改善塑料的加工性能和使用性能，填充剂在塑料中的含量一般控制在 40% 以下。 3、增塑剂增塑剂的作用是提高塑料的可塑性和柔软性。 4、稳定剂 添加稳定剂的作用是提高塑料抵抗光、热、氧及霉菌等外界因素作用的能力，阻缓塑料在成型或使用过程中的变质。稳定剂的用量一般为塑料的 0.30.5%。 5、润滑剂 润滑剂对塑料的表面起润滑作用。 6、着色剂 合成树脂的本色大都是白色半透明或无色透明的。在工业生产中常利用着色剂来增加塑料制品的色彩。 对着色剂的要求是：耐热、耐光，性能稳定，不易与其它组分起化学反应，易扩散，着色力强，与树脂有良好的相溶性。着色剂用量一般为塑料的0.010.02。 7、固化剂 在热固性塑料成型时，有时要加入一种可以促使合成树脂完成交联反应而固化的物质。 212塑料的分类1、按合成树脂的分子结构及其特性分类 1) 热塑性塑料 这类塑料的合成树脂都是线型或带有支链型结构的聚合物，在一定的温度下受热变软，成为可流动的熔体。在此状态下具有可塑性可塑制成型制品，冷却后保持既得的形状；如再加热，又可变软塑制成另一形状，如此可以反复进行。 2) 热固性塑料 这类塑料的合成树脂是带有体型网状结构的聚合物，在加热之初，因分子呈线型结构，具有可熔性和可塑性，可塑制成一定形状的制品，但当继续加热温度达到一定程度后，分子呈现网状结构，树脂变成了不熔的体型结构，此时即使再加热到接近分解的温度，也不再软化。 2、按塑料的用途分类 1) 通用塑料 指产量大、成形性好、价格低、用途广，常作为非结构材料使用的塑料。 2)工程塑料 指具有优良的力学性能和较宽温度范围内的尺寸稳定性，同时还具有耐磨、耐腐蚀、自润滑等综合性能，能在一定程度上代替金属作为工程结构材料使用的塑料。 3) 特殊塑料 指具有某些特殊性能的塑料，这类塑料通常有高的耐热性或高的电绝缘性及耐腐蚀性。22 塑料成型的工艺特性221 热塑性塑料的工艺性1 、收缩性（1）导致塑料成型收缩的因素 1) 塑料材料的热胀冷缩； 2)制品脱模后的弹性恢复； （2）影响塑料成型收缩的因素 1) 塑料品种； 2) 塑件结构； 3) 模具结构； 4) 成型工艺 。2 、流动性 在塑料的模塑成型过程中，塑料熔体在一定的温度和压力下充填模具型腔的能力，称为塑料的流动性。 影响塑料流动性的因素主要有以下几方面： （1）温度 一般情况料温高，流动性大，但不同塑料也各有差异。（2）压力 注射压力增大，流动性也增大。 （3）模具结构 浇注系统的形式、尺寸、结构、冷却系统的设计和流动阻力的都直接影响流动性，凡促使料温降低、流动阻力增加的因素，都会使流动性降低。3、相容性 相容性是指两种或两种以上不同品种的塑料，在熔融状态下不产生相分离现象的能力。塑料的相容性也称为共混性。4、吸湿性 吸水性是指塑料对水分的亲疏程度。5、热敏性 热敏性是指某些热稳定性差的塑料，在较高温下受热时间稍长或料温过高时发生变色、降解、分解的倾向。具有这种倾向的塑料称为热敏性塑料，如硬聚氯乙烯、聚甲醛、聚三氟氯乙烯等。 222热固性塑料的工艺性1、收缩性影响热固性塑料收缩性的因素与热缩性塑料相同。2 、流动性影响流动性的因素如下：（1）塑料品种（2）模具结构（3）成型工艺3、比容和压缩率比容指单位重量的松散塑料所占的体积，单位为cm3/g；压塑率指塑料的体积与塑件的体积比，其值恒大于1。4、硬化速度硬化是指塑料成型时完成交联反应的过程。硬化速度通常以塑料试样硬化每1mm厚度所需要的秒数来表示，此值越小，硬化速度越快。5、水分及挥发物含量23 常用塑料简介231 热塑性塑料1、聚乙烯（PE） （1）基本特性 聚乙烯塑料由乙烯单体经聚合而成, 是塑料工业中产量最大的品种。按聚合时采用的生产压力的高低可分为高压、中压和低压聚乙烯三种。 高密度聚乙烯（HDPE）又称低压聚乙烯，具有较高的刚性、硬度、耐磨、耐蚀及耐热性，但柔韧性、透明性较差。 低密度聚乙烯（LDPE）又称高压聚乙烯，具有较好的柔软性、耐冲击性及透明性，但耐热、耐光、耐氧化能力差、易老化。 聚乙烯无毒、无味、呈乳白色的蜡状半透明状，有一定的机械强度，但与其他塑料相比机械强度偏低、表面硬度差。聚乙烯的绝缘性能优异，除苯及汽油外，一般不溶于有机溶剂；化学稳定性好，能耐稀硫酸、稀硝酸及其他任何浓度的酸、碱、盐的侵蚀；其透水气性能较差，而透氧气、二氧化碳及许多有机物质蒸气的性能好；聚乙烯的耐低温性能较好，在-60下仍具有较好的机械性能，但其使用温度不高，一般LDPE的使用温度在80左右，HDPE的使用温度在100左右。 （2）主要用途 低压聚乙烯可用于制造塑料管、塑料板、塑料绳以及承载力不高的零件，如齿轮、轴承等；高压聚乙烯常用于制作塑料薄膜、软管、塑料瓶以及电气工业的绝缘零件和包覆电缆等。 （3）成型特点 聚乙烯成型时，收缩率大，在流动方向与垂直方向上的收缩差异也较大。注射方向的收缩率大于垂直方向的收缩率，易产生变形和产生缩孔；冷却速度慢，必须充分冷却；聚乙烯质软易脱模，制品有浅的侧凹时可强行脱模。 2、 聚丙烯（ PP） （1）基本特性 聚丙烯是由丙烯单体经聚合而成。无味、无色、无毒，外观似聚乙烯，呈白色的蜡状半透明状，是通用塑料中最轻的聚合物。聚丙烯具有优良的耐热性、耐化学腐蚀性、电性能和力学性能；聚丙烯具有较好的刚度和易定向性；聚丙烯的高频绝缘性能较好；强度比聚乙烯好，特别是经定向拉伸后的聚丙烯具有极高的抗弯曲疲劳强度，可制作铰链；聚丙烯可在107121下长期使用，在无外力作用下，使用温度可达150；聚丙烯的防潮性能较好，它是通用塑料中唯一能在水中煮沸且在135蒸气中消毒而不被破坏的塑料。 聚丙烯的韧性较差，特别是在低于其玻璃化温度的条件下，可以通过添加冲击改性剂来提高其抗冲击性能（填料一般为玻璃纤维、云母、滑石和碳酸钙）。（2）主要用途 由于聚乙烯的耐热性能好，故可以制作硬的高压容器以及汽车的模塑部件；由于其定向性能较好，可以制作各种纺织纤维；由于其抗疲劳强度较高，故可用作各种机械零件以及自带铰链的盖体合一的箱壳类制件；抗冲击性能的聚乙烯主要用于汽车、家用品、器具中的注塑件。（3）成型特点 注意成型温度。 聚丙烯的熔化温度在220275，成型模温为80左右，不可低于50，温度过高也不可，易产生翘曲现象。3、 聚氯乙烯（ PVC） （1）基本特性 聚氯乙烯是世界上产量最大的塑料品种之一，聚氯乙烯树脂为白色或浅黄色粉末。硬聚氯乙烯不含或少含增塑剂，有较好的抗拉、抗弯、抗压和抗冲击性能；软聚氯乙烯含有较多的增塑剂，柔软性、断裂伸长率较好，但硬度、抗拉强度较低；聚氯乙烯不易燃、耐气候变化性较好；其电气绝缘性能较好，可以用作低频绝缘材料；其化学稳定性也较好，对氧化剂、还原剂和强酸都有很强的抵抗力，然而它能够被浓氧化酸（如浓硫酸、浓硝酸）所腐蚀；其收缩率相当低，一般为0.20.6；聚氯乙烯的热稳定性较差。 （2）主要用途 由于聚氯乙烯不易燃，可用于房屋墙板；由于其化学稳定性高，所以可用于防腐管道、管件、输油管等；由于电气绝缘性能优良，可在电气、电子工业中用于制造插座、插头、开关、电缆；在日常生活中用于制造凉鞋、雨衣、玩具、人造革等。 （3）成型特点 注意成型温度。聚氯乙烯的熔化温度为185205，成型模温为2050， 聚氯乙烯在成型温度下容易分解，因此，在成型时必须加入产稳定剂和润滑剂，并严格控制温度及熔料的滞留时间。 4、 聚苯乙烯（PS） （1）基本特性 聚苯乙烯是由苯乙烯聚合而成，为无色、无味、无毒的透明塑料。聚苯乙烯具有较好的几何稳定性、热稳定性和优良的光学透过性能；易于着色；同时具有良好的电学性能，尤其是高频绝缘性；它还具有一定的化学稳定性，它能抵抗水及稀释的无机酸，但能够被强氧化酸（如浓硫酸）腐蚀；质地硬而脆，在一些有机溶剂中易膨胀变形；其收缩率在0.40.7之间。（2）主要用途 由于聚苯乙烯的光学透过性能较好，故在工业上可制作灯罩、透明容器等；由于具有高频绝缘性，可用于电气方面的接线盒、电池盒等；在日用品方面可用于制造包装材料、家庭用品（餐具、托盘等）。（3）成型特点 熔化温度在180280之间，成型模温为4050，由于热膨胀系数高，制品中不宜有嵌件。 5、 丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物（ABS） （1）基本特性 ABS是由丙烯腈（A）、丁二烯（B）、苯乙烯（S）共聚生成的三元共聚物，具有良好的综合力学性能。丙烯腈使ABS有较高的耐化学腐蚀性及表面硬度；丁二烯使ABS具有良好的弹韧性；苯乙烯使ABS具有良好的加工性和染色性能。 ABS无毒、无味、呈微黄色，有良好的机械强度和一定的耐磨性、耐寒性和耐水性，有一定的耐油性和稳定的化学性和电气性能。 但耐热性和耐气候性能较差。（2）主要用途 ABS广泛应用于计算机和机器壳体，电器设备、汽车挡泥板等。（3）成型特点 熔化温度在230300，模温控制在6080，ABS在升温时粘度增高，所以成型压力较高，塑料上的脱模斜度宜稍大；易吸水，成型加工前应进行干燥处理；易产生熔接痕。 6、聚酰胺（ PA） （1）基本特性 聚酰胺又称尼龙（Nylon）， 尼龙树脂为无毒、无味，呈白色或淡黄色的结晶颗粒。尼龙具有优良的力学性能，抗拉、抗压、耐磨。其抗冲击强度比一般塑料有显著提高，其中以尼龙 6更优。作为机械零件材料，具有良好的消音效果和自润滑性能。尼龙还具有良好的耐化学性、气体透过性、耐油性和电性能。但吸水性强、收缩率大，常常因吸水而引起尺寸的变化。 （2）主要用途 尼龙由于具有较好的力学性能，在工业上广泛地用来制作轴承、齿轮、输油管、绳索等零件。 （3）成型特点 熔化温度230280，成型模温8090。熔融粘度低、流动性好，易产生飞边，成型加工前必须进行干燥处理；易吸潮，塑件尺寸变化大；成型时排除的热量多，模具上应设计冷却均匀的冷却回路；熔融状态的尼龙热稳定性较差，易发生降解使制品性能下降，因此不允许尼龙在高温料筒内停留时间过长。 232 热固性塑料1、酚醛塑料（PF） （1）基本特性 酚醛树脂是由苯酚和甲醛在催化剂的条件下缩聚、经中和、水洗而制成的树脂。酚醛树脂本身很脆，呈琥珀玻璃态。酚醛树脂具有较好的耐酸性能，但不能耐浓硫酸、浓硝酸等强氧化介质；同时具有较好的力学性能，刚性好，变形小；耐热耐磨，能在150200的温度范围内长期使用，在水润滑条件下，有极低的摩擦系数；其电绝缘性能优良；缺点是质脆，冲击强度差，收缩率大。 （2）主要用途 酚醛树脂广泛用于防腐蚀工程；又可以制作胶粘剂；可以用于制造齿轮、轴瓦、导向轮、轴承及电工结构材料和电气绝缘材料。酚醛层压塑料可制成各种型材和板材，石棉布层压塑料主要用于高温下工作的零件，木质层压塑料适用于作水润滑冷却下的轴承及齿轮等。 （3）成型特点 成型性能好，特别适用于压缩成型；模温对流动性影响较大，一般当温度超过160时流动性迅速下降；硬化时放出大量热，厚壁大型制品易发生硬化不匀及过热现象。 2、 氨基塑料 氨基塑料是由氨基化合物与醛类（主要是甲醛）经缩聚反应而制得的塑料，主要包括脲甲醛（ UF ）、三聚氰胺甲醛等（ MF ）。 （1）基本特性及主要用途 脲甲醛塑料经染色后具有各种鲜艳的色彩，外观光亮，部分透明，表面硬度较高，耐电弧性能好，耐矿物油，但耐水性较差，在水中长期浸泡后电气绝缘性能下降。脲甲醛大量用于压制日用品及电气照明用设备的零件、电话机、收音机、钟表外壳、开关插座及电气绝缘零件。 三聚氰胺甲醛可染成各种色彩，制成耐光、耐电弧、无毒的塑件，在 -20100的温度范围内性能变化小，重量轻不易碎，能耐茶、咖啡等污染性强的物质。三聚氰胺甲醛主要用作餐具、航空茶杯及电器开关、灭弧罩及防爆电器的配件。 （2）成型特点 压注成型收缩率大；含水分及挥发物多，使用前需预热干燥；且成型时有弱酸性分解及水分析出；流动性好，硬化速度快，因此，预热及成型温度要适当，装料、合模及加工速度要快；带嵌件的塑料易产生应力集中，尺寸稳定性差。3、环氧树脂环氧树脂是泛指分子中含有两个或两个以上环氧基团的有机高分子化合物，它们的相对分子质量都不高。环氧树脂具有很强的粘结能力，是人们熟悉的“万能胶”的主要成分。（1）基本特性 环氧树脂粘附力强；化学稳定性较好，具有优良的耐碱性、耐酸性和耐溶剂性；它比酚醛树脂有较好的力学性能；它具有高的绝缘性能、耐表面漏电、耐电弧等性能；耐热、耐霉菌性能较好，可在苛刻的高温环境下使用；环氧树脂在固化过程中显示出很低的收缩性（小于2）；其缺点是耐气候性差、耐冲击性低，质地脆。 （2）主要用途 环氧树脂可用作金属和非金属材料的粘合剂，用于封装各种电子元件；用环氧树脂配以石英粉等来浇铸各种模具；因其耐霉菌性能较好，故可用作各种产品的防腐涂料。 （3）成型特点 流动性好，硬化速度快；因环氧树脂的收缩性小，难于脱模，故浇注前应加脱模剂；硬化时不析出任何副产物，成型时不需排气。 第三章 塑料成型制件的结构工艺性教学目的：掌握塑料的结构工艺性教学重点：塑料塑料的结构工艺性教学难点：塑料塑料的结构工艺性教学课时：4学时教学内容：31 尺寸精度 制品的尺寸精度是指所获得的制品尺寸与产品图中尺寸的符合程度，即所获制品尺寸的准确度。 在SJ137278中，将不同塑料的公差等级要求分为高精度、一般精度和低精度三种，根据工程实际的需要，选用不同的精度等级（见表3-9）。 32 表面粗糙度塑料制件的表面粗糙度决定其表面质量。塑件的表面粗糙度主要取决于模具型腔表面的粗糙度。塑料制件的表面粗糙度一般为Ra 0.80.2m之间。表面粗糙度的影响：1）对耐磨性的影响 表面粗糙度越大，越不耐磨；2）对耐疲劳强度的影响 表面粗糙度越大，耐疲劳强度越低；3）对抗腐蚀性的影响 表面粗糙度越大，化学腐蚀越严重；4）对外观的影响 表面粗糙度越大，外观越粗糙。33 形状塑件设计应尽可能避免侧向凹凸或侧孔，尽量不采用侧向抽芯机构。当塑件内侧凹较浅并带有圆角时，可以采取强制脱模的方法使塑件从凸模上脱下。多数情况下，不可强制脱模，此时应采用侧向分型抽芯结构的模具。34 脱模斜度 脱模斜度取决于塑件的形状、壁厚及塑料的收缩率，一般依靠经验数据选取，通常情况下脱模斜度取 30130，最小为1520。 成型型芯愈长或型腔愈深，则斜度应取偏小值；塑件高度不大，可不设计脱模斜度；脱模方向有孔或呈矩形槽而使脱模阻力增大时，宜采用较大的脱模斜度；为使塑件留在凹模内或凸模上，应有意地减小凹模的脱模斜度而增大凸模的脱模斜度或者相反；压缩成型较大的塑件时，内表面的脱模斜度应比外表面的大些。35 壁厚 1、壁厚过小，塑件的刚度差、易变形；壁厚过大，增加了冷却时间，易产生气泡、缩孔、凹陷等缺陷。 2、同一制品零件的壁厚应尽可能一致。 壁厚处的地方比薄壁处的地方冷却得慢，并且在相接地方表面在浇口凝固后出现收缩痕，更甚者出现翘曲、热内应力、颜色不同、裂纹等。3、热固性塑料的小型塑件，壁厚取1.62.5 mm，大型塑件取3.28 mm。脆性塑料壁厚应不小于3.2 mm；热塑性塑料易成型薄壁塑件，最小壁厚能达到0.25 mm，但一般不宜小于0.60.9 mm，常取24 mm。36 加强肋 1、加强筋的作用：1）可增强制品的强度和刚性，节约塑料用量，减轻重量，降低成本；2）可克服制品薄厚差带来的应力不均所造成的制品歪曲变形；3）可充当内部流道，有助模腔充填。2、加强肋的形状和尺寸如图所示。其高度 h3t，脱模斜度 1 2.5，肋的顶部应为圆角，肋的底部也必须用圆角R向周围壁部过渡。R不应小于0.25t，肋的宽度b不应大于制品壁厚t，否则制品的壁面将会产生凹陷，如图（b）所示。通常b（0.251）*t。 (a) 正确设计 (b) 不正确设计 3、各部分作用：肋端部圆角，有助于塑件顶出；脱模斜度 ，可减少脱模时顶出的摩擦阻力；肋根部用圆弧过渡，可避免外力作用时产生应力集中而破坏，根部圆角过大会出现凹陷，尖角处易产生应力集中。37支承面及凸台 通常采用的是底脚（三点或四点）支承或边框支承，凸台是用来增强孔或装配附件的凸出部分的(见表3-16)。凸台应当位于边角部位，高度不应超过其直径的二倍，并应具有足够的脱模斜度。38 圆角 为了避免应力集中，在塑件各内外表面的连接处，均应采用过渡圆弧，一般外圆弧半径R1应取壁厚T的1.5倍，内圆弧半径R2取壁厚T的0.5倍。 图3-13 应力集中系数与RT的关系如图3-13可知，RT由0.1增至0.5，应力集中系数减小了50，即由3减至1.5，所以最佳的圆角RT在0.5之间。39 孔的设计 孔应设置在不以削弱塑件强度的地方，在孔与孔之间、孔与边壁之间应留有足够的距离。如图3-14所示。同时，洞孔的壁厚应尽量大，否则穿孔位置容易产生断裂的情况，要是洞孔内附有螺纹，因为螺纹的位置易形成应力集中，从经验所得，要使螺孔边缘的应力集中系数降低至一安全的水平，螺孔边缘与塑件边缘的距离必须大于螺孔直径的三倍。图3-14 孔离边位或内壁边的距离1、通孔 1) 可采用一端固定的两个型芯来成型，由于型芯单支点固定，孔较深时或孔较小时型芯易弯曲；2）可采用一端固定的两个型芯来成型，这种方法应使两个型芯的直径不同，避免因为两条型芯轴心稍有偏差而引起塑件出现倒扣现象，相接的两个端面必须磨平。3）可采用一端固定，另一端导向支撑的双支点型芯来成型。2、盲孔注射成型时，孔深不超过孔径的4倍；压缩成型时，孔的深度应浅些，平行于压缩方向的孔深一般不超过孔径的2.5倍，垂直于压缩方向的孔一般不超过孔径的2倍，直径小于1.5mm的孔或深度太大的孔最好用成型后再机械加工的方法获得。盲孔只能用一端固定的型芯来成型，所以很容易被熔融的塑料使其弯曲变形，形成盲孔出现椭圆的形状（如图3-15），所以型芯不能过长，其深度应比通孔浅。图3-15 盲孔的设计要点(a) 标准设计 (b)底壁厚小于16D成型后变形3、异型孔采用拼合的方法来成型，加工大多采用电火花、线切割等特种加工方法来加工。310 螺纹设计1、螺纹成型方法：采用螺纹型芯或螺纹型环在成型之后将塑件旋下；外螺纹采用瓣合模方法；要求不高的软塑件成型内螺纹时，可强制脱模。2、注意事项螺纹直径D不宜过小，外直径D14mm，内直径D22mm，精度不超过3级。螺距P1.5R。螺纹最外圈和最里圈应留有台阶。图3-19 塑件内、外螺纹的正确形状同一螺纹型芯或型环上有前后两端螺纹时，应使两段螺纹旋向相同，螺距相等，否则无法将塑件从螺纹型芯或型环上旋下来。当螺距不等或旋向不同时，就需要采用两段型芯或型环组合在一起的形式，成型后分段旋下。 图3-20 两段同轴齿轮螺纹的成型311 齿轮设计齿轮各部分尺寸关系：（1） 最小轮缘宽度t1应为齿高t的3倍；（2） 辐板厚度H1应不大于轮缘厚度H；（3） 轮毂厚度H2应不小于轮缘厚度H；（4） 最小轮毂外径D1应为轴孔直径D的1.5-3倍；（5） 轮毂厚度H2应相当于轴径D。图3-21 齿轮各部尺寸312 嵌件设计金属嵌件的设计原则：（1） 嵌件应牢固地固定在塑件中，嵌件表面设计应有适当的凸凹状；（2） 模具内嵌件应定位可靠，嵌件的高度不超过其定位部分直径的2倍；（3） 选用与塑料线膨胀系数相近的金属嵌件，内应力值可以降低；（4） 嵌件周围的塑料层应有足够的厚度；（5） 嵌件不应带尖角，以减少应力集中；（6） 若诚型前将嵌件放入模具，为了使塑料将嵌件包合得好，必须先对嵌件进行预热，再放入模具，这样可以降低塑件的内应力和收缩现象；（7） 成型后放入嵌件，可分为热式和冷式。热式法，先将嵌件加热到塑胶部件的熔化温度，然后迅速的将嵌件压入特别预留的孔中冷却定型；冷式法，用超声波焊接方法将嵌件压入。 图3-22 塑较部件成型后嵌入情况313 文字、符号及标记采用 “凹坑凸字”。 标记的凸出高度不小于0.2 mm，线条宽度一般不小于0.3 mm，通常以0.8 mm为宜。两条线的间距不小于0.4 mm，边框可比字高出0.3mm以上，标记的脱模斜度可大于10。第四章 注射成型原理及工艺特性41 注射成型原理1、注射成型原理注射成型又称注射模塑或注塑成型。其原理是将粒状或粉状的塑料原料加入到注射机的料筒中，经过加热熔融成粘流态，在柱塞或螺杆的推动下，以一定的流速注射入闭合的模具型腔中，充分硬化定型后从模内脱出成型的塑件。几乎所有的热塑性塑料（除氟塑料外）及部分热固性塑料皆可经注射成型而获得各种形状的塑料制品，其应用覆盖了国民经济各个领域。 2、注射成形特点及应用 1）成型周期短，能一次成型形状复杂、尺寸精确、带有金属或非金属嵌件的塑料制件；2）适应性强；3）生产效率高；4）设备价格高，不适于单件及小批量生产。42 注射成型工艺 1、成型前的准备 （1）原材料的检验与预处理 （2）料筒的清洗 （3）加料 （4）嵌件的预热与安放。 2、注射过程 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 成型塑料在注射机料筒内经过加热、压实、混料作用后，由松散的粉状颗粒或粒状的固态转变成连续的具有可塑性的熔体的过程。3）充模 将塑化好的塑料熔体在柱塞或螺杆的推挤下，经注射机喷嘴及模具浇注系统而注入模具型腔并充满型腔，这一阶段称为充模。 4）保压 保压是自熔体充满模具型腔起到柱塞或螺杆开始回退止的这一阶段的施压过程。其目的除了防止模内熔体倒流外，更重要的是确保模内熔体冷却收缩时继续保持施压状态以得到有效的熔料补充，确保所得制品形状完整而致密。 5）倒流 压力解除后，熔料的压力会高于浇口处的压力，若浇口未冻结，熔料就会发生倒流现象。6）浇口冻结后的冷却 浇注系统塑料冻结后，退回塑料或螺杆，卸除压力，通入冷却水、油等冷却介质，对模具进行进一步冷却。7）脱模 塑件冷却到一定为温度即可开模，利用推出机构将塑件推出模外。3、塑件的后处理 1）退火处理 将塑件放在定温的加热介质（热水、热油等）保温一段时间的热处理过程。退火温度一般在塑件使用温度以上1020至热变形温度以下1020之间。2）调湿处理 调试处理时将刚脱模的塑件放在热水中，以隔绝空气，防止对塑料制件的氧化，加快吸湿平衡速度的一种后处理方法。调湿介质一般为沸水或醋酸钾熔液（沸点为121），加热温度为100121。 4.3 注射成型工艺的参数 1、 温度 在注射成型过程中，需要控制的温度主要有料筒温度、喷嘴温度和模具温度。 （1） 料筒温度Tt 塑件料筒的温度应控制在粘流态温度f和热分解温度d之间。料筒温度过高，时间过长，会使塑料的热氧化降解量增加，特别使热敏性材料，在生产时应严格控制料筒最高温度和塑料在料筒内停留的时间。对于平均相对分子质量高、分布较窄的塑料，因其熔融温度偏高，故应提高料筒温度；玻璃纤维增强的热塑性塑料，随其含量的增加，熔体的流动性降低，因此应相应地提高料筒温度；薄壁窄型腔的塑料，熔体注入时的阻力较大，冷却较快，应提高料筒温度；形状复杂带有嵌件的塑料，因其流程曲折或较长，应选择高料温。（2）喷嘴温度Tz 喷嘴温度一般应略低于料筒最高温度。 喷嘴温度过低会造成熔料的早凝而将喷嘴堵死，或由于早凝料注入模腔中影响塑件的质量。料筒和喷嘴的温度与注射压力有关，当注射压力较低时，为保证塑料流动，应选用较高的料筒温度；料筒温度偏低，选用较高的注射压力。（3）模具温度Tm 模具温度通常由冷却介质（常用水）的温度与流量来控制，也有靠熔体注入模具自然升温与自然散热达到平衡而保持一定的模温。模具温度应保持一定，温度不可高于玻璃化温度g 。熔融粘度较低或中等的无定型塑料（聚苯乙烯等），模具温度常偏低；熔融粘度高的塑料（聚碳酸酯等），采取较高的模温。模具温度影响塑件的结晶度和结晶构型，模具温度高，冷却速率小，但结晶速率可能大。模温高有利于分子的松弛过程，分子取向效应小，但周期较长。模温较低时，冷却速率大，此过程熔体的流动与结晶同时进行。2、压力 注射成型工艺过程中的压力，包括塑化压力和注射压力。 （1）塑化压力 塑化压力又称背压，是指螺杆式注射机在预塑物料时，螺杆头部熔料在螺杆转动后退时所受到的压力。该压力的大小可通过注射机液压系统中的溢流阀来调整。 增加塑化压力可提高熔体的温度，并使熔体的温度均匀、色料的混合均匀并排出熔体中的气体。但增加塑化压力会降低塑化速率、延长成型周期，还可能导致塑料的降解。所以，通常情况下，塑化压力应在保证塑件质量的前提下越低越好，通常不超过6 MPa。（2） 注射压力 注射压力指柱塞或螺杆头部轴向移动时其头部对塑料熔体所施加的压力。压力一般为40-130 MPa。注射压力能克服塑料熔体从料筒流向型腔的流动阻力，给予熔体一定的充型速率以及对熔体进行压实等。塑料和模具浇注系统及型腔之间的摩擦系数和熔融粘度越大时，注射压力应越高。塑件的壁厚影响注射速度，注射速度影响注射压力，故要求注射速度较低的厚壁的塑件应采用较低的注射压力进行注射。3、 时间（成型周期） 完成一次注射成型过程所需的时间称为成型周期。 为了提高生产率，在生产中保证质量的前提下，应尽量缩短成型周期中各阶段的相关时间。一般情况下，充模时间为35s；保压时间（型腔内塑料的压实时间）为2025s（特厚塑件可达510min）；冷却时间取决于塑件的厚度、塑料的热性能以及模具温度，一般情况下为30120s。（四）、注射成型新工艺1气体(水)辅助注射成型 1）管状、棒状制品如手柄、挂钩、椅子扶手、淋浴喷头等；2）大型平板制件如汽车仪表板、内饰件格栅、商用机器的外军及抛物线形卫星天线等；3）厚、薄壁一体的复杂结构制品如电视机、计算机、打印机外壳及内部支撑和外部装饰件等；2.模具滑动注射成型 模具滑动注射成型是由日本制钢所开发的一种两步注射成型法，主要用于中空制品的制造。3.熔芯注射成型 适于生产形状复杂、中空和不宜机械加工的复合材料制品。网球拍手柄、汽车水泵、水泵推进轮、离心热水泵、航天器油泵等。4.受控低压注射成型 适于生产小批量精密塑料件。5.注射-压缩成型 广泛用于成型塑料光学透镜。6.剪切控制取向注射成型 7.推-拉注射成型 提高材料的拉伸强度（420）和弯曲弹性模量（270）。8.层状注射成型 该种成型在材料的耐溶剂、透明性方面有突出优点。9.微孔发泡注射成型 可以提供缓冲、隔音、隔热等优良性能的塑料制件。第五章 注射模基本结构与注射机教学目的：了解注射模具的分类，掌握注射模具的典型结构、掌握注射机工艺参数的校核教学重点：注射模具的典型结构、注射机工艺参数的校核教学难点：注射模具的典型结构、注射机工艺参数的校核教学课时：4学时教学内容：51注射模具的分类及结构组成51.1 注射模具的分类1）按成型塑料的材料热塑性塑料注射模具和热固性塑料注射模具；2）按注射机的类型卧式、立式、角式注射机用的模具；3）按其采用的流道形式普通流道注射模具和热流道注射模具；3）按注射模总体结构特征单分型面注射模具、双分型面注射模具、斜导柱侧项分型与抽芯注射模具、带有活动镶件的注射模具、定模带有推出装置的注射模具、自动卸螺纹注射模具等。51. 2 注射模具的结构组成 图4-1 注射模的结构(1) 成型零部件 如动模板1、定模板2和凸模7等组成。(2) 浇注系统 它包括主流道、分流道、浇口及冷料槽。(3) 合模导向机构 如导柱8和导套9。(4) 侧向分型与侧向抽芯机构 当苏间的侧向有凹凸性状的孔或凸台时，必须先把成型塑件侧向凹凸形状的瓣合模块或侧向型芯从塑件上脱开或抽出，塑件方能顺利脱模。(5) 推出机构 如推板13、推杆固定板14、拉料杆15、推板导柱16、推板导套17、推杆18和复位杆19等组成。(6) 温度调节系统 冷却系统如冷却水道3，加热系统则在模具内部或四周安装加热元件。(7) 排气系统 为了将型腔中的空气及注射成型过程中塑料本身挥发出来的气体排出模外，必须开设排气系统。排气系统通常是在分型面上有目的地开设几条排气沟槽。(8) 支撑零部件 用来安装固定或支撑成型零部件的均称为支撑零部件。52 注射模具的典型结构521 单分型面注射模 整个模具中只在动模与定模之间具有一个分型面的注射模叫单分型面注射模或双板式注射模（动模板和定模板）。如图4-1所示。1、工作原理合模时，注射机开合模系统带动动模向定模方向移动，在分型面处与定模对合。动模和定模对合后，定模板上的凹模与固定在动模板上的凸模组合成与塑件形状和尺寸一致的封闭型腔，型腔在注射成型过程中被注射机合模系统所提供的锁模力锁紧，以防止它在塑料熔体充填型腔时被所产生的压力涨开。注射机从喷嘴中注射处的塑料熔体经由开设在定模上的主浇道进入模具，再由分浇道及浇口进入型腔，待熔体充满型腔并经过保压、补缩和冷却定型后开模。开模时，注射机开合模系统带动动模后退，这时动定模两部分从分型面处分开，塑件包在凸模上随动模一起后退，拉料杆将主浇道凝料从主流道衬套中拉出，当动模退到一定位置时，安装在动模内的推出机构在注射机顶出装置的作用下，使推杆和拉料杆分别将塑件及凝料从凸模和冷料穴中推出，塑件与浇注系统凝料一起从模具中落下，完成一次注射过程。2 、设计注意事项1）分流道的设计 分型面上的分流道既可开设在动模一侧或定模一侧，也可开设在动、定模分型面的两侧，视塑件的具体形状而定。2）推出机构的设计 推出机构一般设置在动模一侧，所以应尽量使塑件在分型后留在动模一侧，以便于推出。3）拉料杆的设计 为了让主流道凝料在分型时留在动模一侧，动模一侧必须设有拉料杆。拉料杆通常设置成“Z”字形，它通常固定在推杆固定板上。4）复位杆设计 可以采用弹簧复位或复位杆复位，常用的是复位杆复位。522 双分型面注射模 图4-2 卧式双分型面注射模 1动模座； 2垫板； 3凸模； 4推件板； 5导柱； 6限位钉； 7弹簧； 8定距拉板； 9主流道衬套； 10定模底板； 11中间板； 12导柱； 13凸模固定板； 14推杆； 15推杆固定板； 16推板双分型面注射模具有两个分型面，