塑料模具发展及应用.doc

赣 江 职 业 技 术 学 院毕 业 论 文论文题目 塑料模具发展及应用 院 部 机械工程学院 专 业 模具设计与制造 班 级 模具十班 学 号 姓 名 王征 指导教师 论文工作时间：2008年5月至2008年5月本人声明 我声明，本论文的设计工作是由本人经过自己的努力并且在指导老师的指导下独立完成的，在写论文时所利用的一切资料均在参考文献中列出。 签名:王征 2008-5-8目 录一、摘要二、声明三、塑料模具的发展及应用1塑料的概念及塑料的种类11.1模具材料在我国的状况11.2我国改性塑料的发展11.3几种常见塑料的介绍22塑料的性能和用途22.1塑料的可加工性和可挤压性32.2塑料的成型工艺性能32.3塑料的流动性和聚合物的结晶43塑料制品的结构工艺性53.1脱模斜度和壁厚53.2注射成型工艺参数64注射模的结构组成64.1注射机的校核74.2塑料机械7四、参考文献五、致谢摘 要本论文主要从模具材料在我国的发展状况,以及改性塑料的发展和塑料制品的形状和机能要求等方面来研究,具体阐述了我国的塑料以及塑料各种功能,主要在塑料的可加工性和挤压性及塑料的流动性和聚合物的结晶等方面进行了分析,还有CAD,PRO/E等绘图软件也在塑料模具中起到了极大的作用,并且也在塑料在加工过程中的各种工艺要求,在塑料加工中的各种压力机的作用,综合的来说,我国的塑料模具发展是很有潜力的。 关键词 塑料 成型收缩 压力机 AbstractThis paper from the mold material in our countrys development situation and the development of modified plastics and plastic products, shape and function requirements of the areas to study specific expounded Chinas plastics and plastic variety of functions, mainly in the plastic machinability And the extrusion of plastics and polymers and the mobility of the crystallization, and other aspects of the analysis, CAD, PRO / E and other mapping software is also a plastic mold of a great role, and also in the process of plastic The various technological requirements, in Plastics Processing of the press, integrated, the plastic mold of Chinas development is of great potentialKeywords Plastic Forming contraction Press1塑料的概念和种类 塑料是以高分子聚合物为主要成分，经于不同的添加剂混炼而成的可塑性成型混合物。高分子聚合物主要用来制造合成树脂，合成橡胶，合成纤维。塑料主要由合成树脂，填充剂，增塑剂，增强剂，稳定剂，润滑剂，着色剂，固化剂，等物质在一定的条件下合成的。 填充剂可以降低塑料合成树脂的使用量，降低生产成本，其次可以改变其加工性能和使用性能。 增塑剂可以提高塑料的可塑性和柔软性。增强剂可以改变塑料制件的机械力学性能。塑料按分子结构和成型特性分类； 热塑性塑料 热固性塑料热塑性塑料的合成树脂都是线型带状的，在一定的温度下可以变软，成为可流动的熔体。这类塑料可以回收利用，为了可持续发展，我们要提倡使用这种塑料。热固性塑料合成树脂都是带有体型网状结构的聚合物，这类材料不可以回收利用。1.1模具材料在我国的发展状况 据中国模协统计，在九五期间，每年增速为13%15%，国内有生产厂家2000多个，从业人员超过500万，模具材料是制造生产模具的基础，随着我国模具工业的发展和国际化进程，我国模具钢材的产量，生产工艺装备，质量性能，品种规格均取得了长足进步，目前全世界的模具市场总量为600650亿美元，而国内为300亿人民币左右，仅占全世界模具总产值的6.7%7.3%，随着全球产业结构的调整，制造传统工业由欧美市场的EI趋饱和和劳动成本逐年的提高，利润减小，重心向发展中国家转移，而我国劳动力资源丰富，便宜，所以，中国的模具钢将增加，对塑料模的发展起了相当大的作用。1.2我国改性塑料的发展 成型工艺方面，多材质塑料成型模，高效多色注射模，镶件互换结构和抽芯脱模机构的创新设计方面取得了较大的发展，近年来，石油资源的紧缺，导致塑料原料飞涨，尤其是随着可持续发展，所以要对塑料进行改性，也就是向被改性的塑料中添加合适的改性剂，采用一定的成型加工工艺，从而制得具有新颖结构特征，能够满足适用性能要求的新型材料和制品方法。 ABS是主要的“准工程塑料”，中国已经成为全球ABS使用量最大的国家。SPS是由金属催化剂的间规聚。聚苯乙烯是一种结晶聚合物，具有优良的耐热性，耐化学性，良好的机械性能及卓越的耐湿性，电性能和加工性能。国内改性塑料研究专家华南理工大学博士生导师章永教授在研究报告中指出我国改性塑料的发展六大显著特点； 通用塑料工程化。 工程塑料高性能化，随着汽车电子通讯发展和机械工业的发展，改性塑料的要求大幅上升，各种高强度，耐热型工程塑料得到广泛应用。 特种工程塑料低成本化 纳米复合技术将给改性塑料的发展带来新的新机，聚合物纳米复合材料的制造和应用将成为未来的一个主要课题。 塑料改性的环保意识越加凸显。 开发新型高效助剂成为改性塑料的主要发展方向。1.3几种常用塑料的介绍聚乙烯（PE） 聚乙烯是由乙烯单体经聚合成的，目前一般按照密度对其分类，高密度聚乙烯分子中支链短而且少，相对分子质量大，结晶度在85%95%之间，密度在0.9410.965克厘米立方，具有较强的刚性，强度和硬度，但柔性，韧性透明性较差，主要用于制造塑料管，塑料板以及承载不高的零件如齿轮，轴承等。低密度聚乙烯相对分子质量小，其分子链含有较多较长的支链，结晶度较低45%65%，密度小0.9100.925克每厘米立方，具有较好的耐柔软性，耐寒性，耐冲击性，但是耐热性耐光能力较差，易老化，主要用于制作软管，塑料瓶，包覆电缆等。这类塑料的成型特点是；收缩率大，在流动方向与垂直方向上的收缩差异比较大，且注射方向的收缩率大于垂直方向的收缩率，易产生变形和缩孔，冷却速度慢。聚氯乙烯（PVC） 聚氯乙烯树脂为白色或浅黄色粉末。密度为1.4克每厘米立方，硬聚氯乙烯具有较好的抗击，抗弯，抗压，抗冲击性能。软聚氯乙烯含有较多的增塑剂，柔软性断裂伸长率叫好，但硬度，抗拉强度低。应用温度范围窄，一般在-15-55之间，主要用于制造防腐管道，管件，插头，开关，电缆，雨衣等。成型特点是在成型温度下易分解出氯化氢，所以必须添加稳定剂和润滑剂，并且严格控制温度及熔料的滞留时间，一般注射机需将料筒内温度加热到166193会分解，应装有冷却系统。ABS 丙烯腈丁二烯苯乙烯共聚物。丙烯腈使ABS具有较高的耐热性能，耐化学腐蚀性及表面硬度，丁二烯使ABS具有良好的弹韧性，冲击强度，及较高的抗拉强度，苯乙烯使ABS具有良好的成型加工性，着色性，介电性，ABS具有综合的力学性能，主要应用于电子电器，工业设备，及日常生活用品，工业机械中的齿轮泵叶轮，轴承，玩具，安全帽等。ABS在升温时粘度增高，所以成型压力较高，塑料上的脱模斜度值稍大，易吸水，成型加工前一定要进行干燥处理，易产生节痕。聚酰胺（PA） 聚酰胺又较尼龙，目前有尼龙9，尼龙11，尼龙1010等。尼龙树脂无味，无毒，呈白色或淡黄色的结晶颗粒，具有优良的力学性能，抗拉，抗压，耐磨，主要用于制造轴承，滚子，涡轮，传送带，刷子等。成型时熔融粘度低，流动性好，容易产生飞边，成型加工前必须进行干燥处理，易吸潮，成型时排除的热量多，模具设计上应设计冷却均匀的冷却回路，不允许在高温料筒内停留时间过长。2塑料的性能和用途 塑料有以下的特征； 密度小，质量轻，塑料的密度为0.92.3克每厘米立方，密度小和质量轻就意味着质量轻，这对减轻自重的车辆，船舶，和飞机有着特别主要的意义。 比强度高，比强度即为强度质量例如玻璃纤维增强塑料拉伸比强度高达170-400Mpa。 绝缘性能好，介电损耗低。 化学稳定性高 减震性消音性能好 减摩耐磨性能好除此之外，塑料还具有绝热性，可电镀性，可焊接性，易着色性，防水，防潮透光性能等特点。2.1塑料的可加工性和可挤压性 塑料的加工适应性能，我们看下图热塑性塑料的状态与加工关系；通过此图我们可以得出以下结论； Tg :玻璃态温度 T Tg 适用于机械加工 Tf :流动温度TgTTf 适用于成型加工，压力弯曲加工 Tm :熔点 TfTam 所以am(tm-t0)的增加原小于ar(tr-t0)的增加结构制品的实际收缩还是在增加，因此，精密注射模具温度不宜过高。 取向收缩 成型塑料在熔融充模时，在流动方向上会产生剪切应力，迫使分子连取向，充模速度越高则分子取向越强，由于分子链在流动方向上进行强行拉伸，使在冷却时有重新卷曲恢复的趋势，在取向上将要产生收缩，收缩率的大小将影响到注射制品的尺寸精度，分子取向程度与注射压力，注射速度，树脂温度及模具温度等有关但是主要是注射速度。压缩收缩与弹性恢复，一般塑料都有压缩性，即在高压下比容发生显著变化，这一点从范德华状态方程（p+z）(v-w)=RTz可以看出。在一定温度下，提高压力成型制品比容会减小，密度会增加，膨胀系数减小，收缩率显著下降。对应于压缩性，成型材料具有弹性恢复作用，当制品从模具型腔中取出时，制品的体积会产生弹性恢复作用，使制品的收缩减小，总上可以看出影响制品收缩率的各种因素与与精密注射制品的成型操作条件有关，但是关系程度如图示成型收缩率与成型条件的相关成型条件。因素；树脂温度 模具温度 注射压力注射速度，保压时间 冷却时间 热收缩 结晶化 分子取向 压缩性与弹性恢复 一般相关系 相关性强2.3塑料的流动性和聚合物的结晶 塑料的熔体在一定温度和压力下充满模具型腔的能力。影响塑料流动性的因素有塑料的品种 流动性好的有PE PS PP 等 流动性中等的有 ABS PMMA 流动性较差的有 PC PVC PSF .成型的工艺 熔体的温度越高，注射压力增大都会使塑料流动性增大。 模具结构 浇注系统以及模具型腔的几何形状，尺寸，以及表面粗糙度，凡是使熔体温度降低，流动阻力的增大都会使流动性降低。此外塑料还有相容性，热敏性，及吸水性。 塑料成型过程中的物理和化学变化，聚合物的结晶，聚合物结晶是指某些线型聚合物的熔体在冷却过程中，树脂分子排列由非晶态转换为晶态的过程。聚合物结晶的不完全性，通常用结晶度来表示，一般聚合物的结晶度在100%60%左右，除此之外，结晶性塑料在成型时要注意以下几点 塑化时需要更多的热量，应选择塑化能力强的设备。 冷凝时放出的热量多，模具应加强冷却 成型收缩大易产生气孔和缩孔 制品各向异性显著，内应力大，容易产生翘曲和变形，成型后进行适当的热处理。聚合物的交联，聚合物的降解，聚合物的降解主要是热降解，其次还有水，氧，它们也能通过温度，对聚合物的降解起主要的影响，降解会导致熔体的粘流性发生变化，制品物理力学性能下降，出现气泡流纹，制品变色甚至变焦，制品无光泽，故在成型时要采取向应的工艺来减少聚合物得降解。3塑料制品的结构工艺性能 塑料制品的几何形状应尽可能符合成型工艺特点，以防止成型时产生气泡，缩孔，凹陷，在设计时，我们一定要注意到这些方面脱模斜度，壁厚，加强勒，圆角，孔，支撑面等。3.1脱模斜度和壁厚 由于制品在冷却后会产生收缩，会紧紧的包住模具型腔的凸出部分，为了使制品能够顺利的脱模，必须设计脱模斜度。一般情况下脱模斜度为30-130最小是15-20，成型型芯越长，型腔越深，则脱模斜度取偏小值，反之取大值，制品的高度不大时（小于23mm ）可以不设计脱模斜度。 壁厚 壁厚过小成型时流动性阻力大，大型复杂制品难以充满型腔，壁厚过大，一方面造成材料浪费，另一方面对热塑性塑料在成型时不仅会增加冷却时间而且会产生气泡，缩孔，凹陷，而对热固性性塑料则会增加模压，成型时间不完全，热塑性塑料的制品壁厚一般不宜小于0.60.9mm , 常取14mm，可以参考下表进行设计塑料名称最小壁厚小型制品中型制品聚乙烯0.61.251.60聚丙烯0.851.451.75尼龙0.450.761.50有机玻璃0.801.502.20热固性塑料的制品壁厚 一般小型制品取1.62.5mm大型的取3.28mm，一般壁厚应该一致如果结构必须有不同时，不同壁厚的比例不应该超过1:3 我们在设计加强勒时高度H3t，脱模斜度a=23，肋的顶部用用圆角时，底部也应用圆角R向周围过度，R不应小于0.25t肋的宽度不应该小于制品壁厚t。圆角 圆角是为了避免应力集中，提高塑料制品的强度，改善熔体的流动情况和便于脱模，在制品的内外连接处，均用过度圆弧，一般圆弧半径为R一般取壁厚t的1.5倍内圆半径R取壁厚t的0.5倍。另外我们在选择材料时应该选择机械强度高的优质合金钢，制作型腔浇注系统的材料要选择经过严格热处理，硬度高，耐磨性好，抗腐蚀性强的材料。但是，与此同时还要考虑机械加工的难易性，所以在设计后经过试模后在进行修改，制品的形状应设计的易于脱模。如 塑件内外凹陷和侧孔时，我们在不影响使用的前提下应修改设计，应尽量避免设计侧抽芯和掰合模，因为侧抽芯和掰合模是不但提高成本降低生产率，导致塑件成本上升，而且还会在多个分型面上留下飞边和哈夫线，增加后加工难度，更重要的是侧向分型与抽芯的精度注射模具很难达到制造精密，直接或者间接的影响制品的尺寸精度，3.2注射成型的工艺参数 温度 注射成型温度有料筒温度，喷嘴温度，和模具温度，当制品结构复杂，壁厚尺寸较大时，熔体的注射阻力大，冷却快，料筒温度应取高些，相反注射壁厚制品时料筒温度可降低些。 喷嘴温度一般应低于料筒前端的温度，模具温度通常有冷却介质的温度与流量来控制，模温都应该低于塑料的玻璃化温度或热变形温度，这样才可以使塑料熔体在模具内得到冷却定型。 注射成型中的压力包括塑化压力和注射压力，塑化压力又称背压，是指螺杆式注射机在预塑物料时螺杆前端塑化室内的熔体对螺杆所产生的反压力，塑化压力的确定应在保证塑化质量的前提下越小越好，一般很少超过6Mpa。注射压力是指注射机注射时注塞或螺杆头部对塑料熔体所施加的压力，一般在注射机上会表示出来的，对流动充型能力差的塑料，高粘度塑料，带玻璃纤维增强的塑料用较高的注射压力，对尺寸较大，形状复杂的薄壁的制品和精度要求高的制品应才用较高的注射压力。 充模时间 冲模时间受注射速率与制件大小的影响充模时间一般为35s保压时间为20120s。 注射速度 注射速度一般为15cm20cm/s 对于厚度和尺寸都很大的制品，注射速度可取812cm/s4注射模具的结构组成注射模具主要有以下部分组成成型零部件浇注系统 合模导向机构 侧向分型与侧向抽芯机构 顶出机构温度调节系统 排气系统等 成型零部件的设计包括型腔的布置，型腔布置主要包括型腔的排列，尽可能采用平衡式排列一般采用直线性排列和H型排列型腔布置和浇口开设部位应力求对称，尽量使型腔排的紧凑，以便减小模具的外形尺寸，减轻模具重量，还有分型面的设计应选在制品外形最大的轮廓处，确定有利的留模方式，便于脱模，保证制品的精度要求，满足制品的外观质量要求便于模具制造。考虑成型面积和锁模力，对侧向抽芯的影响，考虑排气效果，导向机构主要是为了保证动定模合模和开模时正确的定位和导向零件，除此之外，还承受一定的侧压力作用，布置方式，导柱应均布在模具分型面的四周导柱中心至模具外缘应有足够的距离，中心到模具边缘距离为导柱直径的1.5倍，长度要比型芯高度高出812mm，导柱和导套应有足够的耐磨度和强度，导柱端部应做成锥台形或半球形一般导柱与导套的配合为h7/m6顶出机构制品在推出时不允许变形损坏，制品应尽可能滞留在动模一侧，脱模后应该有两好的外观，推出动作可靠，更换推出件容易，侧向分型与抽芯手动抽芯和液压或气动抽芯，除此之外，冷却系统的选择应有一定的设计原则； 冷却回路应尽量多，冷却孔径要尽量大 冷却管道布置要合理 降低进出口水的温差 浇口处要加强冷却 应避免将冷却管道设置在塑件易产生熔接裂痕的部位 应注意水管密封问题 冷却管道应该便于加工清理。对与较高型芯冷却设计应有台阶或者管道冷却回路。4.1注射机校核注射机是塑料注射成型所用的主要设备，它一般包括注射装置，它主要使固态的塑料颗粒均匀的塑化呈熔融状态，并以足够的压力和速度将塑料熔体注入到闭合的型腔内。锁模装置可以实现模具的开闭动作，二是提供足够的加紧力，便于模具锁紧，三是开模时推出模具呢的制品。 液压传动和电器控制。液压系统是注射机的动力系统，而电器控制则是控制各个动作的完成。注射机的规格和技术参数主要是有注射量来体现的，所谓的注射量是指注射压力在100Mpa时的理论注射容量。注射量的校核方法有两种1 ；容量表示厘米立方，2：质量 我国主要采用第一种方法。制品所需要注射的塑料熔体的容量或质量在注射机额定注射量的80%以内。 V=nVz+Vj M=nmz+mjV一个成型周期内所需要注射的塑料容积N 一个型腔数目Vz 单个制品的容量Vj 浇注系统凝料和飞边所需的塑料容量M 一个成型周期内的所需注射的塑料质量Mz 单个制品的质量M 浇注系统凝料和飞边所需的塑料质量锁模力的校核FPm（nAz+Aj）F锁模力 Az 制品在分型面上的投影面积 Aj 浇注系统在分型面上的投影面积Pm 塑料熔体在型腔内的平均压力 模具厚度（H）HminHHmax Hmin 注射机允许的最小模厚 Hmax 注射机允许的最大模具厚4.2塑料机械塑料机械主