塑料成型工艺与模具设计.doc

塑料成型工艺与模具设计聚合物的分子结构形式：线型【具有弹性和塑性；在适当的溶剂中可溶胀或溶解；升高温度可软化至熔化；可反复熔化成型】； 带支链线型【大分子主链上带有一些或长或短的小支链，整个分子链呈枝状；机械强度较低；溶解能力和塑性较高】； 体型【大分子链之间有一些短链将其相互交联，呈立体网状结构；脆性大，硬度高；成型前可溶可熔，一经成型硬 化不溶不熔，不可再次成型】 塑料的主要成分：树脂【无明显熔点，受热软化，可溶于有机溶剂，不溶于水】聚合物的分子排列形式：结晶型聚合物、无定形聚合物塑料中的常用添加剂：增塑剂【降低聚合物分子间作用力，改善树脂成型时的流动性，提高塑料柔顺性】； 稳定剂【阻缓树脂受外界因素作用而发生变质和性能下降】 固化剂【使树脂大分子链受热时发生交联，形成硬而稳定的体型网状结构】 填充剂【减少贵重树脂含量，降低成本；改善塑料性能，扩大使用范围】 要求：易被树脂浸润，与树脂有良好的粘附性，本身性质稳定，价格便宜，来源丰富； 组分不超过塑料成分的40% 着色剂【使制件获得色泽，提高其使用品质】 要求：性能稳定，不易变色，不与其它成分起化学反应，着色能力强，与树脂有良好的相溶性塑料的特性：使用性能、加工性能、技术性能 主要特性：质量轻；电气绝缘性好；比强度、比刚度高；化学稳定性好；减磨、耐磨性好；减震消声性好；热导率低 主要缺陷：成型时收缩率高，难以获得高精度制件；制件使用温度范围狭窄；在光和热的作用下易老化；长期受载荷作用，会产生“蠕 变”，且不可逆。塑料的分类：热塑性塑料【由可以多次反复加热而仍具有可塑性的合成树脂制得的塑料；合成树脂是线型或带有支链线型结构的聚合物，成型加工过程只发生物理变化，且变化过程可逆】及热固性塑料【由加热硬化的合成树脂制得的塑料；合成树脂是带有体型网状结构的聚合物，成型加工过程发生物理及化学变化，且变化过程不可逆】 或 通用、工程及特种塑料热塑性塑料：聚乙烯PE：密度0.91-0.96g/cm3,有一定的机械强度，表面硬度差； 白色或淡白色，无毒，无味，柔软，半透明，呈颗粒状，手触似蜡； 成型时流动性好，质软易脱模，对压力变化敏感，加热时间长易分解； 收缩率大，方向性明显，易翘曲、缩孔，应严格控制模具温度 注：聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯统称为聚烯烃PO 聚丙烯PP：密度0.90-0.91g/cm3,力学性能优于聚乙烯，有较高的抗弯曲疲劳强度； 无色，无毒，无味，透明且轻，耐热性良好，绝缘性优越； 聚氯乙烯PVC：密度1.4g/cm3； 白色或浅黄色粉末，造粒后为透明颗粒； 流动性差，成型温度范围小，加热成型时极易分解，并释放腐蚀性刺激性气体，应严格控制料温 聚苯乙烯PS:密度1.05g/cm3,绝缘性好，有一定的化学稳定性和耐腐蚀性； 无色透明，无毒无味； 流动性和成形性优良，成品率高，易出现裂纹； 成型塑件壁厚应均匀，脱模斜度不宜过小，塑件中不宜有嵌件； ABS塑料：密度1.02-1.05g/cm3,有良好的耐化学腐蚀性、表面硬度、机械强度和一定的耐磨性、耐寒性、耐油性、耐水性、 及电气性能； 无毒无味，微黄色，成型塑件光泽性好； 尺寸稳定好，易于成型加工；耐热性不高，耐气候性差； 易吸水，成型加工前应干燥处理； 注：ABS塑料是丙烯腈、丁二烯、苯乙烯的三元共聚物 聚甲基丙烯酸甲酯PMMA：密度1.18g/cm3,轻而坚韧，易着色，有较好的电气绝缘性、化学稳定性，能耐一般的化学腐蚀一般 情况下尺寸较稳定，但表面硬度低； 流动性中等，成型前原料需干燥，成型时用低的注射速度，应避免气泡、浑浊、银丝、熔接痕； 聚酰胺（尼龙）PA:密度1.04-1.17g/cm3,良好的力学性能，抗拉压，耐磨，有较好的抗冲击性、消声效果和自润滑能力；耐 碱、弱酸，吸水性强，收缩率大，稳定性差； 无味无毒，略呈微黄色； 熔融粘度低，流动性好，容易产生飞边；易吸潮，塑件尺寸变化较大； 成型加工前须干燥处理； 聚碳酸酯PC:密度1.20-1.22g/cm3，室温下具良好的力学性能； 无色透明，耐热，抗冲击; 成型前须预干燥；热固性塑料：酚醛塑料PF:密度1.25-1.30g/cm3,呈琥珀玻璃态，使用时需加入各种纤维或粉末状填料； 刚性好，变形小，耐热耐磨；在水润滑条件下，有极低的摩擦因数，绝缘性能优良；质脆，抗冲击强度低； 成型性能好，适用于压缩成型；模温对流动性影响大；硬化时放出大量的热，硬化速度慢；壁厚、大型塑件内 部易发生硬化不均匀及过热现象； 氨基塑料:流动性好，硬化速度快；传递成型收缩率大，含水分及挥发物多；尺寸稳定性差； 预热及成型温度应适当；装模、合模及加工速度应快；加工前需预热干燥；模具应镀铬防腐； 环氧树脂EP：粘接能力强；耐化学药品、耐热、电气绝缘性好，收缩率小；脆性大，抗冲击性、耐气候性差；流动性好，硬 化速度快； 浇注前应加脱模剂，且成型时不需排气； 不饱和聚酯树脂UP：常温下成型，且不析出任何副产物，尺寸稳定性好；耐热性差，抗冲击性差；发泡塑料类型：酚醛树脂、环氧树脂、聚氨酯树脂、聚苯乙烯、ABS、聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、乙烯-醋酸乙烯树脂线型无定形聚合物的物理状态：玻璃态、高弹态、粘流态使聚合物达到粘流态的方法：加热、家溶剂熔限：结晶塑料从开始熔融到全部融化的温度范围塑料的收缩性：塑料成型及冷却过程中体积收缩的特性聚合物熔体充模流动：在压力作用下聚合物熔体经模具的流道和浇口进入型腔并成型的过程充模流动的形式：快速、中速、慢速充模结晶度：聚合物内结晶组织的质量占总质量的百分比聚合物取向：聚合物大分子及其链段在应力作用下形成的有序排列过程降解：聚合物大分子断裂、交联、改变结构或侧基的化学反应过程交联：聚合物从线型结构变为体型结构的化学反应过程注射成型原理：利用塑料的可挤压性与可模塑性，将松散的粒状或粉状成型物料从注射机的料斗送入高温的机筒内加热熔融塑化，使之成为 粘流态熔体，然后在柱塞或螺杆的高压推动下，以高流速通过机筒前端的喷嘴注射到温度较低的闭合模具中，经过一段保压 冷却定型时间后，开启模具得到具有一定形状和尺寸的塑料制品；注射成型特点：成型周期短；可一次成型形状复杂、尺寸复杂、带有金属或非金属嵌件的塑料制件；生产效率高，易于实现全自动化；注射成型类型：普通、精密、特种注射成型注射机类型：卧式、立式、角式注射机组成：注射机构、锁模机构、液压传动和电器控制系统注射成型工艺过程：成型前准备； 注射工艺过程：加料、塑化、注射【充模、保压、倒流、浇口冻结后的冷却、脱模】； 制品的后处理；热塑性塑料成型的工艺性能：热力、学性能、结晶性、流动性、收缩性、相容性、吸湿性、热稳定性热固性塑料成型时产生收缩的原因：热收缩、结构变化引起的收缩、弹性回复、塑性变形热固性塑料成型的工艺指标：收缩率、流动性、水分及挥发物含量、固化温度压缩成型原理：将松散的固态成型物料直接加入到模具中，通过加热和加压的方法使其熔融塑化，然后根据型腔形状流动成型压缩成型工艺过程：成型前准备【预热、预压】； 压缩成型过程【嵌件的安放、加料、合模、排气、固化脱模】； 压后处理【模具的处理、后处理（即将塑件置于较高温度的环境中保温一段时间）】；压缩成型工艺参数：压力、温度、时间传递成型原理：模具闭合后，将热固性塑料加入到加料室中，使其受热熔融，在压力作用下，塑料熔体通过模具浇注系统以高速挤入型腔， 塑料在型腔中继续受热受压发生交联反应固化成型。传递成型的特点：塑料在进入型腔前已经塑化，可产生外形复杂、薄壁或壁厚变化很大、带有嵌件的塑件； 塑料在模具内的保压硬化时间短，缩短了成型周期，提高了生产效率； 塑件的密度和强度有所提高； 塑料成型前模具完全闭合，分型面的飞边很薄，塑件精度容易保证，表面粗糙度较低； 模具结构复杂； 塑件有浇口痕迹，使修剪工作增大，塑料浪费大； 工艺要求严格，操作难度大；传递成型工艺过程：成型前准备【预热、预压】； 压缩成型过程【嵌件的安放、合模、加料、排气、固化脱模】； 压后处理【模具的处理、后处理（即将塑件置于较高温度的环境中保温一段时间）】；传递成型工艺参数：传递成型压力、模具温度、传递时间及保压时间传递成型对塑料的要求：未达到硬化温度前，塑料应具有较大的流动性；达到硬化温度后，应具有较快的硬化速度 符合要求的塑料：酚醛、三聚氰胺甲醛、环氧树脂挤压成型原理：将粒状或粉状塑料加入料斗，在旋转的挤出机螺杆的作用下，塑料沿螺杆的螺旋槽向前方输送，同时，不断接受外加热和螺 杆与物料、物料与机料、物料与机筒之间的剪切摩擦热，逐渐熔融呈粘流状态，在挤压系统的作用下，塑料熔体通过一定形状的挤出 模具口模以及一系列辅助装置挤出机的组成：主挤压成型原理挤出机的组成：主机【挤压系统、传动系统、加热系统】和辅机【定型装置、冷却装置、牵引装置、切割装置、卷曲装置】挤压成型原理挤出机的组成：主机【挤压系统、传动系统、加热系统】和辅机【定型装置、冷却装置、牵引装置、切割装置、卷曲装置】挤出成型工艺：塑化、成型、定型干法塑化挤出成型工艺过程：准备原料；挤出成型；塑件的定型及冷却【空气冷却和水冷却】；塑件的牵引、卷曲和切割；挤出成型工艺参数：温度、压力、挤出速度、牵引速度 注：1.保证挤出速度的方法：设计与生产的塑件应符合螺杆结构和尺寸； 严格控制螺杆转速和挤出温度； 2.牵引比【牵引速度与挤出速度的比值】应大于或等于1；塑件结构工艺性设计原则：考虑原料的成型工艺性； 保证使用性能、物理与化学性能、电学性能、耐化学腐蚀性能、耐热性能的前提下，力求结构简单，壁厚均匀； 考虑成型模具的总体结构，使模具易于制造，抽芯和推出机构简单； 外观要求较高时，应先通过造型，后绘制图样；塑件尺寸的决定因素：塑料的流动性【流动性差的塑料及薄壁塑件不宜设计的过大；注射成型的塑件尺寸受注射机注射量、锁模力和模板尺 寸的限制；压缩和传递成型的塑件尺寸受液压机最大压力和液压机工作台面最大尺寸限制】影响塑件尺寸精度的因素：模具成型部件的制造误差z ; 模具成型零件的表面磨损c ； 由塑料收缩率波动引起的塑件的尺寸误差s ； 模具活动成型部件配合间隙变化引起的误差j ； 模具成型部件安装误差a ；塑件尺寸精度及公差的确定：模塑件有7个尺寸公差等级，代号MT；常用公差等级按收缩特性值确定；孔类的尺寸公差取正值，轴类取负值； 中心距尺寸公差取表中数值的一半，冠以；模具成型表面粗糙度的确定：一般模具的成型表面粗糙度值比塑件低一级，以刚刚满足需要为好；对于不透明塑件，在不影响使用的前提下， 型芯表面粗糙度的级别可比型腔表面粗糙度高1-2级塑件选材的考虑因素：塑料的力学性能、物理性能、化学性能、成型工艺性及塑件必要的精度成型工艺对塑件几何形状的要求：满足使用要求的基础上是模具尽量简单，塑件的几何形状符合成型工艺要求 塑件的内外形状尽可能有利于成型，避免侧向凸凹； 脱模斜度一般情况下取0.5，最小为15-20； 确定脱模的原则：满足塑件尺寸公差的前提下，尽可能取大； 塑件收缩率较大时，选用较大值； 塑件壁厚较大时，成性收缩量大，应选用较大斜度； 对于较高大的零件，选用较小值； 对于高精度塑件，选用较小值； 塑件高度很小时，不设； 若要求脱模后塑件保留在型芯一侧，可将塑件内表面脱模斜度比外表面小； 内孔以小端为基准，斜度由扩大方向取得；外表面以大端为基准，斜度由缩小方向取得 塑件壁厚尽量均匀，避免局部过厚或过薄；可将壁厚部分挖空，使壁厚趋于一致；若结构上要 求具有不同壁厚，则壁厚比列应13，且应采取适当的修饰半径使厚薄部分缓慢过渡； 加强肋的主要作用是增加塑件强度，避免塑件翘曲变形，一般小于该处壁厚，且应具有足够的斜度，底 部圆弧过渡，矮一些多一些为好； 支承面采用底脚支撑或边框支撑； 凸台应位于边角部位，几何尺寸应小，高度不应超过其直径的两倍，且应具有足够的脱模斜度；设计固 定用凸台时，应保证有足够的强度以承受紧固时的作用力，转折处不应有突变，连接面应局部接触； 塑件转角处应尽可能采用圆角过渡，半径为壁厚的1/3以上；模具内壁圆角半径应是壁厚的一半，外壁 圆角半径可为壁厚的1.5倍，一般不应0.5mm，壁厚不等的两壁转角可按平均壁厚确定内、外圆角半径； 孔应设在不易削弱塑件强度的地方；相邻两孔间和孔与边缘之间应保留适当的距离；固定用孔和其它受 力孔的周围可设计成凸边或凸台来加强；当孔径1.5mm时，孔深不宜超过孔径两倍；塑料的螺纹设计：经常装卸和受力较大的地方不宜采用塑料螺纹，而应在塑料中装入金属嵌件； 应选用较大的螺牙尺寸； 直径不宜过小，螺纹大径不应小于4mm，小径不应小于2mm； 若模具上螺纹的螺距未考虑收缩值，则塑料螺纹与金属螺纹的配合长度不能大于螺纹直径的1.5-2倍； 螺孔始端应有深度为0.2-0.8mm的台阶孔，螺纹末端不宜与垂直底面相连接，应与底面留有不小于0.2mm的距离； 外螺纹始端与顶面应留有0.2mm以上的距离，末端与底面也应留有0.5mm的距离； 外螺纹的始端与末端不应突然开始或结束，应有过渡部分；塑料齿轮设计：轮缘宽度至少为全齿高的三倍；辅板厚度应小于或等于轮缘厚度；轮毂厚度应大于或等于轮缘厚度，且相当于轴孔直 径，最小轮毂外径应为轴孔直径的1.5-3倍；尽量避免界面突然变化，各表面相接或转折处应尽可能采用大圆角过渡；轴与 孔应尽可能采用过渡配合，并用销钉固定或半月形孔配合的形式传递转矩；对于薄形齿轮，无轮毂无轮缘可改善齿轮歪斜的情 况；辅板上有大孔时，轮毂与轮缘之间改采用薄肋，以保证轮缘向中心收缩；相互啮合的两塑料齿轮材料的收缩率应相同；金属嵌件的形式：圆筒形嵌件、带分阶的圆柱形嵌件、细杆状贯穿嵌件；金属嵌件的固定形式：菱形滚花；直纹滚花（嵌件上须开环形槽）；多边形嵌件；用孔眼、切口或局部折弯固定；边缘折弯；砸扁中间一段；金属嵌件的设计原则：尽可能采用圆形或对称形状；周围壁厚应足够大；嵌入部分的周边应有倒角；在模具内应能可靠定位；自 由伸出的长度不宜超过其定位部分直径的两倍；能避免的嵌件尽可能不用；嵌件标记的设计准则：设置不应引起脱模的困难;凸出高度不小于0.2；线条宽度不小于0.3，以0.8为宜；线条间距不小于0.4；边框比字高 0.3以上；脱模斜度可大于10度；注射模的组成及各部分作用：成型零部件【确定塑件内外尺寸】、浇注系统【、导向与定位系统、脱模机构、侧向分型与抽芯机构、温度调节系统、排气系统；注射模分类：按总体结构特征：单分型面、双分型面、带有侧向分型面与抽芯结构、带有活动成型零件、机动脱螺纹、无流道注射模； 按注射机类型：立式、角式、卧式分型面：模具上用于取出塑件或浇注系统冷凝料的可分离的接触表面分型面形式：按其位置与注射机开模运动方向的关系：分型面垂直、平行、倾斜于注射机开模运动方向； 按分型面形状：平面、曲面、阶梯、斜面；选择分型面的原则：尽量选择在塑件断面轮廓最大的位置 尽可能选择便于脱模并简化模具结构的结构，尽可能使塑件在动定模分离后留在动模一侧；塑件有侧孔或侧凹时，应尽 可能将侧型芯置于动模； 应考虑塑件的技术要求，当塑件表面有同轴度、平行度等要求时，应尽可能将其置于同一半模内； 尽量选择在不影响塑件外观位置，并使其产生飞边易于清理和修整； 应有利于排气，尽量使分型面与充模时型腔料流末端重合； 应便于模具零件加工； 应考虑注射机的技术参数，尽量选择塑件在垂直合模方向上投影面积较小的表面，以减少锁模力；型腔数目的确定：按注射机的最大注射量、注塑机额定锁模力、制品精度要求、经济性确定；型腔的布置：按分流道的布置特点：平衡式和非平衡式； 按分流道布置形状：O形、I形、H形、X形和混合形；浇注系统：模具中塑料熔体由注射机喷嘴至型腔之间的进料通道，作用是将塑料熔体充满型腔并将注射压力传递到型腔的各个部位，以获得 组织致密、轮廓清晰、表面光洁、尺寸精确的塑件；浇注系统的组成和作用：主浇道【将塑料熔体引入模具】、分浇道【通过流道截面及方向的变化使塑料熔体平稳地转换流向，并平均地分配给 各个型腔】、浇口【调节熔体流速，控制保压时间，防止熔体倒流】、冷料穴【存储注射时熔体料流前锋的冷料头，防 止冷料影响塑件的质量】；浇注系统的设计要求：考虑成型塑料的工艺性； 浇口位置、数量的设计应有利于熔体的流动，避免产生湍流、涡流、喷射等现象；有利于排气；设计时应预先分析 熔接痕的位置及多塑件质量的影响； 尽量缩短熔体到型腔的流程，以减少压力损失； 避免高压熔体对型芯和嵌件的冲击，以防型芯变形或嵌件移动； 尽量减少浇注系统冷凝料的产生，减少原材料消耗； 应便于冷凝料的去除，不影响塑件外观；浇口的设计要求：是熔料以较快的速度进入并充满型腔，同时在型腔充满后适时冷却封闭；浇口位置选择：应避免引起熔体破裂；应设置在塑件最大壁厚处；应有利于排气；有利于减少熔接痕和提高熔接痕强度；防止型芯变形；对 于大型平面塑件，可采用多点进料或薄片浇口；应尽量设置在不影响塑件外观的部位；浇口类型、特点及应用：重叠式、轮辐式、爪形、扇形、圆环形、侧浇口【开设在模具分型面上，从塑件边缘进料；形状简单、加工方便； 通过改变浇口尺寸可有效调整充模时的剪切速度和浇口冷凝时间；应用于一腔多模】、薄片浇口、直接浇口【塑料熔 体经主流道直接进入型腔；尺寸大，流程短，流动阻力小，进料快，传递压力好有利于补缩和排气；适用于单型腔模】、潜 伏浇口、护耳浇口和点浇口【；排气方式：利用分型面、型芯与模板的配合间隙、侧型芯运动间隙排气，或开设排气槽；排气槽设计：尽量设置在分型面上，并靠在凹模一侧；应设在塑料熔体最后充满处和塑件壁厚处；排气方向不能朝向工作人员；最好呈线状；引气系统：镶拼式侧隙引气、气阀式引气热流道浇注系统的优点：熔体在流道中的压力传递好，可降低注射压力和温度，减少塑料熔体产生热降解和塑料产生残余应力的可能； 不产生浇注系统冷凝料，节省塑料原料，省去去除冷凝料、修整塑件、回收冷凝料的工序，降低生产成本； 塑件上无明显浇口痕迹，外观好，成型过程操作简单，有利于实现全自动化生产；热流道浇注系统的结构：单腔与多腔型，外热式、内热式与阀式注射成型零部件：分为安装和工作部分；凹模结构类型：整体式、整体嵌入式、镶拼组合式、瓣合式； 镶拼组合式凹模设计注意事项：将复杂的型腔内形加工变为镶拼件外形加工； 拼缝避开型腔转角或圆弧，并与脱模方向一致； 镶拼时应采用H7/m6过渡配合，且最好放在对塑件外观影响不大的部位； 将易损坏部分设计成独立镶块； 成型镶块本身尽量设计定位结构；凸模和型芯的结构形式：整体式、整体嵌入式、镶拼组合式、活动式 嵌入式凸模安装固定方式：过盈配合； 间隙配合将型芯压入模具，型芯底部与其它零件铆接； 过渡配合将型芯压入模具，型芯底部用凸肩固定； 采用阶梯形，局部过渡配合，型芯底部用凸肩固定； 用螺塞紧固型芯； 成型部分按塑件形状加工成方形，安装部分做成圆形等易安装定位的形状； 型芯底部与其它成型零件铆接，异形型芯用线切割等方法做成直通式；螺纹型芯的分类：自动卸除、手动卸除螺纹型环的类型：整体式、组合式工作尺寸：成型零部件中与塑料接触并决定塑件几何形状的各处尺寸成型收缩率的确定：对于收缩率范围较小的塑料品种，一般取平均收缩率； 对于收缩率范围较大的塑料品种，酌情选择； 嵌件较多时取小； 塑件精度较高或收缩率不易掌握时，外径取小，内径取大； 利用注射成型工艺参数对塑件的收缩量进行调节；导向机构作用：保证动模和定模两大部分或模内其它零件之间的准确配合和可靠地分开，以免模内各零件发生碰撞或干涉，保证塑件的形状 和尺寸精度，分为导柱和锥面导向；导套的结构形式：带头导套、直导套导柱导套的设计原则：导柱应合理均布于模具分型面的四周，导柱中心至模具外缘应有足够的距离，导柱的布置方式采用等直径导柱的不 对称布置或不等直径导柱的对称布置； 导柱一般设在有型芯一边，导套设在定模一边，对于脱模机构为推板推出的模具，有推板的一边必须设导柱，对于 点浇口三板模、斜导柱和滑块均在定模的模具，导柱一般设在定模一边； 导柱长度应比凸模端面的高度高6-8mm，对于脱模机构为推件板推出的模具，应大于推件版的推出距离； 导柱端部应做成锥形或半球形，导套前端应无倒角； 导柱导套应具有足够的耐磨度；脱模机构设计原则：一般设置在注射模的动模内； 应使塑件在顶出过程中不会变形损坏； 应能保证塑件在开模过程中留在设有顶出机构的动模内； 应尽量简单可靠，有合适的推出距离； 若塑件需留在定模内，脱模机构应设置在定模内；简单脱模机构的形式及适用范围（一次脱模机构）：推杆推出【应用范围最广、推出位置受限最少；用于箱类异形塑件】、推管推出【用于推出中心带孔的圆形塑件或有环形凸台】、推件板推出【用于支承面很小的壳类或不允许留推杆残痕的情况】、推块推出【齿轮类或带有凸缘的制品】、联合推出【以推件板为主、推杆或推管为辅；用于型芯内部阻力大或仅用推件板、推件杆易使塑件变形或损坏的情况】、压缩空气推出机构【在型芯中设置压缩空气顶出阀门；用于深腔、薄壁塑件】；合理布置推杆的原则：尽可能对称布置设在脱模阻力最大处；采用直径较大的推杆；须在薄壁位置设置推杆时，可适当增大推杆工作端面的 截面积或采用盘形推杆；螺纹塑件的脱模：活动型芯或型环脱模、拼合型芯或型环脱模、螺纹机动脱模侧向分型与抽芯结