《塑料成型加工与模具》课后习题答案.pdf

塑料模具与设备 习题解 塑料模具与设备 习题解 陈吉平编 第一章概论 1 什么是合成树脂 什么是塑料 为什么塑料能得到日益广 泛的应用 答 合成树脂是人们模仿天然树脂的成分 并克服了产量 低 性能不理想的缺点 用化学方法人工制取的各种树脂 塑料是以高分子聚合物为主要成分 并在加工为制品的某 阶段可流动成型的材料 塑料具有特殊的物理力学性能和化学稳定性能 以及优良 的成型加工性能 在加热和压力下 利用不同的成型方法几乎 可将塑料制成任何形状的制品 同时 塑料原料来源广泛 价 格低廉 所以 随着塑料工业的迅速发展 塑料得到了日益广 泛的应用 2 什么是热塑性塑料和热固性塑料 两者在本质上有何区 别 答 热塑性塑料 主要由聚合树脂制成 其特点是受热后 软化或熔融 此时可成型加工 冷却后固化 再加热仍可软化 热固性塑料 大多数是以缩聚树脂为主 加入各种添加剂 制成的 其特点 开始受热时也可以软化或熔融 但是一旦固 化成型就不会再软化 此时 即使加热到接近分解的温度也无 法软化 且也不会溶解在溶剂中 两者本质上的区别在于分子结构的不同 热塑性塑料的分 子结构呈链状或树枝状 为线性聚合物 这些分子通常互相缠 绕但并不连结在一起 所以受热后具有可塑性 热固性塑料加 热开始时也具有链状或树枝状结构 但在受热后这些链状或树 枝状分子逐渐结合成网状结构 交联反应 成为既不熔化又不 熔解的体型聚合物 分子的链与链之间产生了化合反应 当再 次加热时这类塑料便不能软化 3 试述热塑性塑料的状态与加工的关系 答 随着加工温度的逐渐升高 热塑性塑料将经历玻璃态 高弹态 黏流态直至分解 不同状态其性能不同 决定了对加 工的适应性 g以下玻璃态 坚硬的固体 E 高 小 不宜大变形 加工 可车 铣 刨 钻等机械加工 g f高弹态 橡皮状弹性体 E 显著减小 大大增强 a 无定形塑料在高弹态靠近聚 f一侧 材料的黏性很大 某些 塑料可进行真空 压力 压延和弯曲成型等 形变是可逆的 制品温度迅速冷却到 g才能得到符合形状尺寸要求的制品 b 结晶形塑料 外力大于材料的屈服点时 可在 g至 m内进行薄 膜或纤维的拉伸 f 熔点温度 m 开始 塑料呈黏流态 为熔体 在 f 以上不高的温度范围内压延 挤出和吹塑成型等 在 f以上较 高的温度下 E 降低到最低值 较小的外力就能引起熔体宏观 流动 此时形变主要是不可逆的黏性变形 塑料在冷却后将形 变永久保持下去 在这个温度范围内常进行熔融纺丝 注射 挤出和吹塑等加工 但 过高的温度容易引起制品产生溢料 翘曲等弊病 当温度高到分解温度 d会导致塑料分解 会降低 制品的物理 力学性能 引起制品外观不良 4 热塑性塑料的主要成型方法有哪些 热固性塑料的主要 成型方法有哪些 答 热塑性塑料的主要成型方法 注塑 挤塑 吹塑 固 相成型 热固性塑料的主要成型方法 压缩 压注成型 有时 也用注塑成型 第二章塑料成型理论基础 1 什么是牛顿流动定律 牛顿流体 答 牛顿流动定律 dt d dr dv 牛顿流体 流体以切变方式流动 切应力与剪切速率间呈线 性关系 2 什么是非牛顿流体 什么是假塑性流体 与 a本质有何 不同 答 非牛顿流体 流体以切变方式流动 切应力与剪切速 率间呈非线性关系 假塑性流体 假塑性流体是非牛顿流体中最普遍 最常见的 一种 近似服从幂律流动规律 n n dr dv KK 且 n 1 为牛顿黏度 是牛顿流体本身所固有的性质 与流体的分 子结构及流体温度有关 其值大小表征牛顿流体抵抗力引起流 动变形的能力 a为表观黏度 表征非牛顿流体在外力作用下 抵抗其变形的能力 除与流体本身性质 温度有关之外 还受 剪切速率影响 即外力大小及作用的时间也能改变流体的黏度 3 描述假塑性流体的公式中 K n 的意义 答 对于某一种假塑性流体而言 K n 均为常数 K 稠 度 值愈高 流体黏度愈大 n 非牛指数 小于 1 离整数 1 愈远 流体的非牛顿性愈强 4 在宽广的剪切速率范围内 聚合物熔体的 与 之间的关系会 出现怎样的变化 答 聚合物熔体在低剪切速率 1 102s 1 作用下呈现牛 顿性质 为零切牛顿黏度 o 在此区域 不随 变化 熔 体在高剪切速率 106s 1 作用下也呈现牛顿性质 黏度 为极 限牛顿黏度 在此区域 也不随 变化 熔体在中等剪切 速率 102 106s 1 作用下呈非牛顿性质 在此区域 随 的增 大呈幂律规律减小 5 聚合物熔体的黏度随剪切速率的变化对塑料成型加工有何指 导意义 答 大多数热塑性聚合物熔体都近似具有假塑性液体的流 变学性质 熔体的表观黏度随剪切速率增大呈幂律规律减小 但在较低和较高的剪切速率范围内 黏度的变化梯度 即对剪切 速率的敏感性 不同 在较低的剪切速率区域 发生任何微小 的变化都会使黏度出现很大的波动 这会给注射控制造成极大 困难 即引起工艺条件不稳定 充模料流不稳定 制件密度不 均 残余应力过大 收缩不均匀等问题 而在较高的剪切速率 区域 改变剪切速率 黏度变化很小 不能有效地改善流动性 能 因此 在塑料成型加工中应根据流变曲线选择对黏度影响 既不太大也不太小的剪切速率进行操作 保证聚合物熔体不致 因黏度过大而影响流动成型 同时也不会因黏度过小而影响制 品的成型质量 6 牛顿与非牛顿流体在圆形管道 狭缝形管道中的切应力 剪 切速率和体积流率的表达式 答 在圆形管道中 牛顿与非牛顿流体的切应力 任一半径处 r p 2L管壁处 R R p 2L 牛顿流体剪切速率 任一半径处 L pr 2 管壁处 L pR R 2 非牛顿流体剪切速率 任一半径处 n KL pr 1 2 管壁处 n R KL pR 1 2 牛顿流体体积流率 L pR qv 8 4 3 4 R qv R 非牛顿流体体积流率 n n n v R KL p n n q 13 1 213 3 13 R q n n v R 在平行板狭缝管道中 牛顿与非牛顿流体的切应力 任一液层处 h h p L上 下壁面处 L p H H 牛顿流体剪切速率 任一液层处 LK ph h 上 下壁面处 LK pH H 非牛顿流体剪切速率 任一液层处 n h LK ph 1 上 下壁面处 n H LK pH 1 牛顿流体体积流率 L pWH qv 3 2 3 非牛顿流体体积流率 n n n v WH KL p n n q 12 1 12 2 7 一种聚合物熔体在 5MPa 压力降作用下通过直径 2mm 长 12mm 的等截面圆形管道时 测得的体积流率为 0 072cm3 s 若该聚合物熔体的流变行为同于牛顿流体 求管壁处的最大切 应力 剪切速率和牛顿黏度 解 最大切应力 R R p 2L 1 5 106 2 12 2 08 105 Pa 最大剪切速率 4 4 R qv R 4 0 072 103 3 14 14 91 7 s 1 牛 顿 黏 度据 L pR R 2 有 R L pR 2 1 5 105 2 12 91 7 2 3 102 Pa s 答 最大切应力 剪切速率 牛顿黏度分别为 2 08 105Pa 91 7s 1 2 3 102Pa s 8 一聚合物熔体以 1 MPa 的压力降通过直径 2 mm 长 8 mm 的 等截面圆管时 测得的体积流率为 0 05cm3 s 在温度不变 的情况下以 5 MPa 压力降测试时体积流率增大到 0 5 cm3 s 试从以上测试结果分析该熔体在圆管中的流动是牛顿型还是非 牛顿型 并建立表征这种聚合物熔体流动行为的流动方程 解 1 若此聚合物熔体为牛顿流体 则其熔体黏度不随剪切 速率变化 将两组数据带入求牛顿流体剪切速率的公式时所得 黏度不变 据 L pR qv 8 4 有 L R L R Lq pR v 43 3 64 1 1 4 1 105 2 1005 0 8 101 8 L R L R Lq pR v 43 3 64 2 2 4 2 1025 1 105 08 105 8 从上两式可以看出 21 即此熔体不是牛顿流体 是非牛 顿型流体 2 据非牛流体 n n n v R KL p n n q 13 1 213 将两组数据带入 则 n n n R KLn n 13 1 6 3 2 101 13 1005 0 a n n n R KLn n 13 1 6 3 2 105 13 105 0 b 将 b 除以 a 得 n 1 510 n 0 699 将 n 0 699 带入 n n n v R KL p n n q 13 1 213 中 有 699 0 1699 03 699 0 1 6 3 1 82 105 1699 0 3 699 0 14 3 105 0 K 43 1 5 3 10125 3 709 0 105 0 K 0 705 103 43 1 5 10125 3 K K 解上面方程 具体答案略 其流动方程 n K 将上面算得的结果代入 略 9 挤出硬质 PVC 圆棒时 已知口模处料温为 177 口模直 径为 30mm 口模长为 120mm 挤出速率为 8 0cm3 s 现不 考虑端末效应 试求 PVC 熔体进人口模时的压力和 0 5MPa 时的黏度 见 图 2 40 解 1 熔体进人口模时的压力 根据 n v R q K L PR 3 4 2 在图 2 40 的 177 曲线上得两组数据 2 105Pa 10s 1 5 105Pa 100s 1 代入上式 得 nK 10102 5 a nK 100105 5 b 将 b 除以 a 得 n 105 2 得 n 0 40 代入 a 得 K 具体结果略 假设 n n 且在 3 4 R qv 测定的数据范围内保持不变 则根据式 n n n KK 4 13 即可求出该熔体的真正稠度 K 得 K 具体结果略 根据 n n n v R KL p n n q 13 1 213 算出熔体进人口模时的压力P 2 0 5MPa 时的黏度 据假塑性流体的真实剪切速率 R 与表观剪切速率 a 之 间的关系 有 1 5 137100 4 04 14 03 4 13 s n n aR 假塑性流体在等截面圆管中流动时的表观黏度 a 3 6 106 3 5 137 105 0 R R a 10 温度 压力和时间如何影响热塑性塑料熔体的流动性 答 聚合物熔体的温度升高后体积膨胀 大分子之间的自由 空间随之增大 彼此间的范德华力减小 黏度下降 有利于大 分子变形和流动 聚合物熔体的流动性增加 聚合物熔体的压力增大 熔体所受到的剪切速率增加 而 熔体的表观黏度随之减小 因而熔体的流动性增加 聚合物熔体成型温度下长时间受热 会产生不同程度的降 解 导致熔体黏度下降 流动性增加 11 不稳定流动区压力降增大的原因是什么 如何校正 答 不稳定流动区压力降突增的原因 聚合物以收敛方式进 入小直径管时 为保持体积流率不变 只有增大熔体内的速度 梯度 才能满足调整流速的要求 为此只有消耗适当的能量才 能增大速度梯度 加之随流速的增大 流动的动能也相应增大 这也使能量的消耗增多 熔体内的剪切速率增大 迫使聚合 物大分子更大和更快的变形 沿流动方向更充分地伸展 而且 这种方式的形变过程从入口端开始并在一定的流动距离内持续 地进行 而这种具有高弹性特征的形变 需克服分子内和分子 间的作用力 也要消耗一定的能量 压力降突增的校正办法 将入口端额外压力降看成是与一 段 相当长度 管道所引起的压力降 用 Le 表示这个 相当长 度 即将有入口效应时熔体流过长度为 L 的管道的压力降 当 作没有入口效应时熔体流过 L Le 长度的压力降 12 聚合物熔体流出流道或浇口时会发生什么变化 影响离模膨 胀的因素有哪些 答 熔体会发生离模膨胀效应 体积膨胀的现象 影响离模膨 胀的因素有 黏度大和非牛顿性强的聚合物熔体在流动过程中容易产生较 大的弹性变形 且松弛过程也比较缓慢 故离模膨胀效应严重 弹性模量大的聚合物在流动过程中产生的弹性变形小 离模 膨胀效应比较小 增大切应力和剪切速率 不能超过极限值 时 聚合物熔体在 流动过程中的弹性变形随着增加 离模膨胀效应加剧 在中等剪切速率范围内 降低温度不仅会增大入口效应和延 长松弛时间 同时还会因此而加剧离模膨胀效应 但当剪切速 率超过稳定流动允许的极限剪切速率后 离模膨胀反而会随剪 切速率增大而减小 增大流道直径和流道的长径比 以及减小流道人口处的收敛 角 都能减小熔体流动过程中的弹性变形 从而减轻离模膨胀 效应 13 何为聚合物熔体失稳流动 何为熔体破裂 如何克服 答 失稳流动 大分子链会在极高的剪切速率 106s 1 作用下 完全被拉直 继续变形就会呈现很大的弹性性质 导致流动无 法保持稳定的层流 熔体陷入一种弹性紊乱状态 各点的流速 会互相干扰 通常将此现象称为聚合物熔体失稳流动 熔体破裂 聚合物熔体在失稳状态下通过模内的流道后 将会变得粗细不均 没有光泽 表面出现粗糙的鲨鱼皮状 在 这种情况下 如果继续增大切应力或剪切速率 熔体将呈现波 浪 竹节形或周期螺旋形 更严重时将互相断裂成不规则的碎 片或小圆柱块 这种现象称为熔体破裂 克服办法 调整熔体在注射机机筒内的线速度 提高 温度 使熔体引起流动失稳时的极限应力和极限剪切速率提高 在大截面向小截面流道的过渡处 减小流道的收敛角 使过 渡的表壁呈现流线状时 可提高失稳流动时的极限剪切速率 14 试分析浇口截面尺寸对充模过程和塑件质量的影响 答 1 浇口截面高度与模腔深度相差很大 当小浇口正好面对 一个深模腔 熔体通过浇口流入模腔时 易产生喷射现象 或称 射流 高速充模 受离模膨胀影响 高速充模时的熔体很不稳 定 熔体不仅表面粗糙 且很容易发生破裂 即使不发生熔体 破裂 先喷射出的熔体也会因速度减慢阻碍后面的熔体流动 在模腔内形成蛇形流 成型后的制件将会因折叠而产生波纹状 痕迹或表面疵瘢 2 浇口截面高度与模腔深度相差不太大 制件厚度不太大 熔体将以中速充模 熔体通过浇口后 喷射流动的可能性减小 若再适当地进行一些工艺调整 如降低注射速度 提高注射温度 和模具温度等 则会使熔体进入模腔后出现一种比较平稳的扩 展性运动 或称扩用流 塑件质量较好 3 浇口截面高度与模腔深度接近 制件厚度很小熔体一般 都不再会发生喷射 在浇口条件适当时 熔体能以低速平稳的 扩展流动充模 但由于离模膨胀效应 熔体在浇口附近的模腔 中仍会有一段不太稳定的流动 塑件质量好 15 喷射流动是怎样形成的 怎样克服 答 如果浇口的尺寸较小 同时浇口的对面是一个宽度和厚度 都比较大的型腔 注射时塑料熔体以高速流经浇口产生喷射现 象 克服办法 加大浇口断面尺寸 使流速降低到不发生喷 射 亦不产生熔体破裂的速度 采用冲击型浇口 即浇口开 设方位正对着型腔壁或粗大的型芯 使塑料流改变流向 降低 流速 均匀填充型腔 此外采用护耳式浇口 16 扩展流动充模的特点是什么 答 扩展流动充模的特点是层流流动 17 何为聚合物结晶 聚合物结晶的特点与低分子物质的结晶有 何不同 答 聚合物高温熔体向低温固态转变的过程中分子链的构型 结 构形态 稳定规整的排列称为聚合物结晶 聚合物结晶的特点与 低分子物质的结晶的不同点 主要有聚合物结晶晶体不整齐 结晶不完全 结晶速度慢和没有明显的熔点等 18 结晶对聚合物性能有何影响 在塑料加工过程中有哪些因素 影响结晶 答 结晶对聚合物性能的影响 1 对密度的影响 结晶意味着分 子链已经排列成规整而紧密的构型 分子间作用力强 密度随 结晶度的增大而提高 2 对拉伸强度的影响 由于结晶以后 聚合物大分子之间作用力增强 抗拉强度也随着提高 3 对 冲击韧度的影响 结晶态聚合物因其分子链规整排列 冲击韧 度均比非晶态时降低 4 对弹性模量的影响 结晶态聚合物 的弹性模量也比非晶态时小 5 对热性能的影响 结晶有助 于提高聚合物的软化温度和热变形温度 6 对脆性的影响 结 晶会使聚合物在注射模内的冷却时间缩短 使成型后的制品具 有一定的脆性 7 对翘曲的影响 结晶后聚合物因分子链规 整排列发生体积收缩 结晶度越高 体积收缩越大 结晶态制 件比非晶态制件更易因收缩不均发生翘曲 这是因为聚合物在 模内结晶不均匀造成的 8 对表面粗糙度和透明度的影响 结 晶后的分子链规整排列会增加聚合物组织结构的致密性 制件 表面粗糙度将因此而降低 但由于球晶会引起光波散射 透明 度将会减小或丧失 影响结晶因素 1 熔融温度和熔融时间 2 冷却速度 3 切应力和压力 4 分子结构 低分子物质和固体杂质 19 何为聚合物取向 取向对聚合物的性能有何影响 答 聚合物的大分子及其链段或结晶聚合物的微晶粒子在 应力作用下形成的有序排列叫聚合物取向 取向对聚合物的性能的影响 非结晶聚合物 取向是大 分子及其链段的有序排列结构 取向后聚合物呈现明显的各向 异性 在取向方位力学性能显著提高 垂直于取向方位的力学 性能显著下降 结晶聚合物的力学性能也因取向而呈现各向 异性 但与非结晶聚合物稍有不同 a 结晶聚合物取向是连接 晶片的微丝分子束链段伸直的结果 力学强度和密度都能在取 向方位得到提高 弹性和韧性也会改善 但伸长率却因为大分 子的规整排列而有所下降 b 结晶聚合物的取向作用只能在熔 点温度以下结晶化温度以上才有效果 当低于结晶化温度时 聚合物不容发生剪切流动 所以也就没有取向效果 20 何为熔合缝 熔合缝对塑件质量有何影响 答 又称熔接缝 是塑料制品中的一个区域 由彼此分离的塑 料熔体熔合固化而形成的 熔合缝对塑件质量的影响 力 学性能低于塑件的其他区域 是整个塑件中的薄弱环节 熔合缝的强度通常就是塑料制件的强度 21 何为内应力 内应力的存在对塑件质量有何影响 答 内应力即残余应力 残余应力发生于熔体在模内流动和 冷却的过程 注射和保压阶段 塑料受到不均衡的高剪切和 正应力作用 诱导了隐藏在塑件内的残余应力 称残余流动应 力 因注射模具温度的不均匀性 更因模内塑件很快冷却固 化 在温差作用下诱发了塑件的热应力 称为温度残余应力 塑件厚度的中性层附近的残余应力是拉伸应力 表层为压缩应 力 内应力的存在对塑件质量的影响 当塑件中某区域内应力 超过材料的弹性极限应力 就会产生各种变形 破坏了塑件的 模塑形体 当塑件的内应力超过材料的强度极限应力 制件表 面会出现各种裂纹 22 为什么有的聚合物热稳定性好 而有的热稳定性差 举例说 明 答 有的聚合物热稳定性差的原因是大分子链中含有叔碳原子 或季碳原子 而凡是和叔碳原子或季碳原子相邻的链都是不稳 定键 受热时容易断裂和降解 不含叔碳原子或季碳原子的聚 合物热稳定性好些 如 聚丙烯主链上含有碳叔原子 抗降解 的稳定性比没有碳原子的聚乙烯差 23 为什么热固性塑料制品出现过熟和欠熟都不好 答 热固性塑料硬化时间短 制件易欠熟 硬化不足 内部 将带有较多的可溶性低分子物质 且分子间的结合也不强 导 致制件的强度 耐热性 化学稳定性和绝缘性指标下降 热膨 胀 后收缩 残余应力 蠕变量等数值增大 制件表面缺少光 泽 形状发生翘曲 甚至产生裂纹 热固性塑料若将硬化时 间延长 制件将会过熟 硬化程度过大 过熟的制件性能也不 好 如强度不高 发脆 变色 表面出现密集的小泡等 有时 甚至会碳化或降解 第三章塑料制件的设计原则 1 设计塑件时 为什么既要满足塑件的使用要求 又要满 足塑件的结构工艺性 答 因为塑件主要是根据使用要求进行设计的 要想获得 优质的塑件 塑件必须具有良好的结构工艺性 这样才使成型 工艺得以顺利进行 且获得最佳经济效果 2 影响塑件尺寸精度的因素有哪些 在确定塑件尺寸精度 时 为何要将其分为四个类别 答 影响塑件尺寸精度的因素有 模具制造精度及其使 用后的磨损 成型工艺条件的变化 塑料收缩率的波动 塑件的形状 脱模斜度及成型后塑件尺寸变化 飞边厚度的 波动 塑料品种等 由于各种塑料的成型收缩率变化范围不同 成型后所得到 的塑件尺寸的精度也不同的 因此 根据塑料成型收缩率变化 的大小 将塑件尺寸精度分为四个类别 3 试确定注塑件 PC 的孔类尺寸 85 mm PA 1010 的轴类 尺寸 50 mm 和 PP 的中心距尺寸 28 m 公差 解 注塑件 PC 的孔类尺寸 一般精度 4 级 mm 44 0 0 85 PA 1010 的轴类尺寸 一般精度 5 级 mm 0 40 0 50 PP 的中心距尺寸 一般精度 6 级 mm 24 0 24 0 28 4 塑件的表面质量受哪些因素影响 答 塑件的表面质量包括 表面粗糙度和表观质量 影响塑件表面粗糙度的因素主要与模具型腔表面的粗糙 度 影响塑件表观质量的因素 塑件成型工艺条件 塑件成型原 材料 模具总体设计等 5 塑件上为何要设计拔模斜度 拔模斜度值的大小与哪些因素 有关 答 因塑料冷却后收缩 紧包在凸模或成型型芯上 或由 于粘附作用 塑件紧贴在凹模型腔内 为了防止塑件表面在脱 模时划伤 擦毛等 设计时塑件表面沿脱模方向应具有合理的 脱模斜度 拔模斜度值的大小与下列因素有关 塑件的性质 收缩率 摩擦因数 塑件壁厚和几何形状 硬质塑料比软质塑料脱模斜 度大 形状较复杂或成型孔较多的取较大的脱模斜度 高度较 大 孔较深 则取较小的脱模斜度 壁厚增加 内孔包紧型芯 的力大 脱模斜度也应取大些 6 塑件的壁厚过薄过厚会使制件产生哪些缺陷 答 太薄熔料充满型腔时的流动阻力大 会出现缺料现 象 太厚塑件内部会产生气泡 外部易产生凹陷等缺陷 同 时增加了成本 壁厚不均将造成收缩不一致 导致塑件变形 或翘曲 在可能的条件下应使壁厚尽量均匀一致 7 为何要采用加强筋 设计时遵守哪些原则 答 采用加强筋主要是为了在不增加塑件壁厚的情况下 加 强塑件的强度和刚度 避免塑件变形翘曲 同时合理布置加 强筋还可以改善充模流动性 减少内应力 避免气孔 缩孔 和凹陷等缺陷 设计时遵守的原则 厚度小于塑件壁厚 与壁用圆弧过渡 壁厚为 t 加强筋高度 L 1 3 t 筋条宽 A 1 4 1 t 筋根过渡圆角 R 1 8 1 4 t 收缩角 20一 50 筋端部圆 角 r t 8 当 t 2 mm 取 A t 加强筋端部不与塑件支承面平齐 缩进0 5mm 以上 若一个制件上需设置许多加强筋 加强筋之间的中心距 必须大于制件壁厚的两倍以上 各条加强筋的排列互相错开 以防收缩不均匀引起制品破裂 各条加强筋的厚度应尽量相同或相近 可防止因熔体流 动局部集中而引起缩孔和气泡 8 塑件转角处为何要圆弧过渡 哪些情况不宜设计为圆角 答 塑件转角处采用圆角过渡 可以减少塑件的应力集中 提高塑件强度 同时使熔体在型腔中流动性好 塑件美观 模 具型腔不易产生内应力和变形 不宜设计为圆角的有 使用要求需要采用的尖角 塑件的 分型面处 9 为什么要尽量避免塑件上具有侧孔或侧凹 可强制脱模的侧 凹的条件是什么 答 当塑件带有侧孔或侧凹时 成型模具就必须采用瓣合式 结构或设置侧向分型与抽芯机构 使模具结构复杂化 因此 在不影响使用要求的情况下 塑件应尽量避免侧孔或侧凹结构 可强制脱模的侧凹的条件 制件的内 外侧凹槽较浅并带 有圆角 在脱模温度下具有足够的弹性 塑件材料 聚甲醛 聚乙烯 聚丙烯 几何尺寸满足关系 5 100 B BA 10 塑件上带有的螺纹 可用哪些方法获得 每种方法的优缺点 如何 答 塑件上带有的螺纹既可以直接用模具成型 也可以在成 型后用机械加工获得 对于需要经常装拆和受力较大的螺纹 应采用金属螺纹嵌件 直接用模具成型的螺纹 模具结构相对复杂些 但成型后不 需在即加工 成型后用机械加工获得的塑件螺纹 模具结构简 单 但增加了成型后的工序 塑件上采用金属螺纹嵌件 螺纹 可经常拆卸 且可承受较大的力 但模具结构较复杂 模具不 易实现自动化 11 为什么有的塑件要设置嵌件 设计塑件的嵌件时需要注意哪 些问题 答 有的塑件为了提高强度或为了满足塑件的某些特殊要 求 如导电 导磁 耐磨和装配连接等 需设置嵌件 设计塑件的嵌件时应注意 金属嵌件应选用与塑料收缩 率相近的金属 以免使塑料周围的塑料存在很大的内应力 嵌 件周围的塑料层厚度大于许用值 嵌件不应带有尖角 以减 少应力集中 形状应尽量满足成型要求 保证嵌件与塑料间具 有牢固的连接以防受力脱出 嵌件上尽量不要有穿通的孔 如 螺纹孔 以免塑料挤入孔内等 第四章注射成型工艺 1 为什么塑料制件的收缩称为成型收缩 怎样选取 答 因为塑料制件的收缩不仅与塑料本身的热胀冷缩性质 有关 还与塑件成型时的模具结构及成型工艺条件等因素有关 所以 塑料制件的收缩统称为成型收缩 收缩率选择的原则 收缩率范围较小的塑料品种 可按收缩率的范围取中间 值 即取平均缩率 收缩率范围较大的塑料品种 应根据制件的形状 特别是 根据制品的壁厚来确定收缩率 壁厚取上限 大值 壁薄取下 限 小值 制件各部分尺寸的收缩率不尽相同 应根据实际情况加以 选择 收缩量很大的塑料 可利用现有的或者材料供应部门提供 的计算收缩率的图 表来确定收缩率 2 试分析塑件实际收缩率与设计时所选用的计算收缩率不一 致时 对塑件尺寸有何影响 答 由于实际成型时不同品种的塑料收缩率不同 不同批次 的同一品种塑料或者同一制件的不同部位的收缩率也经常不 同 塑件的实际收缩率与设计模具时所选用的计算收缩率之间 存在误差 这就使得实际的塑件尺寸与设计的塑件尺寸有误差 为了解决这一问题 可采用的办法有留有修模余量的设计方法 即模具设计时留有试模后修正的余地 这对高精度塑件或对某 种塑料的收缩率缺乏准确数据时尤为重要 3 塑料的流动性用哪些指标衡量 对成型有何影响 答 聚合物的相对分子质量 熔融指数 阿基米德螺旋线 长度 表观黏度以及流动比 流程长度 制品壁厚 相对分子质 量小 熔融指数高 螺旋线长度长 表观黏度小 流动比大则 流动性好 利于塑件的成型 4 结晶形塑料与非结晶形塑料在加热熔融 冷却凝固和尺寸收 缩等方面有什么差别 答 差别有 结晶形塑料须加热至熔点温度以上才能达 到软化状态 因此结晶形塑料加热熔融比非结晶形塑料加热熔 融需消耗更多的热量 制件在模内冷却时 结晶形塑料要比非结晶形塑料放出 更多的热量 结晶形塑料比非结晶形塑料在冷却凝固时需要较 长的冷却时间 结晶形塑料固态的密度与熔融时的密度相差较大 结晶 形塑料的尺寸成型收缩率大 非结晶形塑料的尺寸成型收缩率 一般小 结晶形塑料各向异性显著 内应力大 脱模后制品内未 结晶的分子有继续结晶的倾向 因此 结晶形塑料比非结晶形 塑料更易使制品变形和翘曲 5 简述注射成型工艺过程 答 1 生产前的准备工作 2 将粉状或粒状原料加入料 筒 3 注射机将原料熔融 塑化 模具闭合 4 将熔体向闭 合模腔注射 熔体充模 保压 5 熔体在型腔内冷却定型 6 注射模开启 7 顶出制件 8 清理模腔 6 塑料常用什么着色剂 着色有哪几种方法 答 塑料常用的着色剂是颜料 着色有直接法和间接法两 种方法 7 为什么成型前要对某些物料进行干燥处理 料斗干燥工艺有 何优点 答 某些物料吸湿性或粘水性强 为了除去物料中过多的水 分及挥发物防止成型后制品出现气泡和银纹等缺陷 同时也避 免注射时发生水降解 成型前要对这些物料进行干燥处理 采用料斗干燥工艺时 干燥设备与注射机相连 简化了生产 工序 可防止吸湿性塑料再次吸湿 8 清洗料筒常用什么方法 应注意哪些问题 答 清洗料筒常用方法 柱塞式机筒存料量大 须将机 筒拆卸清洗 螺杆式机筒 可采用对空注射法清洗 对空注射清洗螺杆式机筒时 应注意 欲换料的成型温度高于机筒内残料的成型温度时 应将 机筒和喷嘴温度升高到欲换料的最低成型温度 然后加入欲换 料或其回头料 并连续对空注射 直到全部残料除尽止 欲换料的成型温度低于机筒内残料的成型温度时 应将 机筒和喷嘴温度升高到欲换最高成型温度 切断电源 加入欲 换料的回头料后 连续对空注射 直到全部残料除尽止 两种物料成型温度相差不大时 不必变更温度 先用回 头料 后和欲换料对空注射即可 残料属热敏性塑料时 应从流动性好 热稳定性高的聚 乙烯 聚苯乙烯等塑料中选黏度较高的品级作为过渡料对空注 射 9 为什么要预热嵌件 答 有嵌件的塑料制件 由于金属与塑料两者的收缩率不 同 嵌件周围的塑料容易出现收缩应力和裂纹 若成型前对嵌 件预热 可减小它在成型时与塑料熔体的温差 避免或抑制嵌 件周围的塑料发生收缩应力和裂纹 对于分子链刚性大的塑料 如聚苯乙烯 聚苯醚 聚碳酸酯 和聚砜等 一般均需预热嵌件 因它们本身很容易产生应力开 裂 10 何为塑化 塑化与熔化有何区别 答 成型物料在注射成型机料筒内经过加热 压实以及混合等 作用以后 由松散的粉状或粒状固体转变成连续的均化熔体的 过程称为塑化 塑化包含四方面的内容 熔体内组分均匀 密度均匀 黏 度均匀和温度分布均匀 而熔化只是将故态原料变为连续熔体 并不一定熔体组分 密度 黏度 温度均匀 11 何为计量 计量的精度对注射成型有何影响 答 计量是指注射机通过柱塞或螺杆 将塑化好的熔体定温 定压 定量地输出 即注射出 机筒所进行的准备动作 这些动 作均需注射机控制柱塞或螺杆在塑化过程中完成 计量精度越高 注射成型的制品精度就越高 12 何为塑化效果 何为塑化能力 答 塑化效果 指物料转变成熔体之后的均化程度 塑化能力 指注射机在单位时间内能够塑化的物料质量或体 积 13 螺杆式注射机与柱塞式注射机相比具有哪些优点 答 柱塞式注射机 物料在机筒内只能接受柱塞的推挤力 几乎不受剪切作用 塑化所用的热量主要从外部装有加热装置 的高温机筒上取得 螺杆式注射机 螺杆在机筒内的旋转对物 料起到强烈的搅拌和剪切作用 导致物料之间进行剧烈摩擦 并因此而产生很大热量 物料塑化时的热量来源于高温机筒和 自身产生出的摩擦热 因此 柱塞式注射机塑化物料时 既不 能产生搅拌和剪切的混合作用 又受机筒温度波动的影响 故 熔体的组分 黏度和温度分布的均化程度都比较低 螺杆式注 射机塑化物料时 螺杆在机筒内强烈的搅拌与剪切作用不仅有 利于熔体中各组分混合均化 还有利于熔体的黏度均化和温度 分布均化 能够得到良好的塑化效果 14 注射成型分为几个阶段 答 注射成型分为塑化计量 注射充模和冷却定型三个阶 段 15 作图并说明在注射成型过程中 注射压力 喷嘴压力和型腔 压力与时间的关系 答 注射成型过程中 注射压力 喷嘴压力和型腔压力与 时间的关系曲线 说明如下 1 为注 射压力 2 为喷嘴压力 3 为型腔压力与时间的 关系曲线 t0时刻 柱塞或螺 杆开始注射熔体 t1时 刻 熔体开始流入模腔 t0 t1称为流动期 在此期间内注射 压力和喷嘴处的压力急剧上升 而模腔 浇口末端 的压力却近 似等于零 注射压力主要用来克服熔体在模腔以外的阻力 如 t1时刻的压力差 pl pi1 pg1代表熔体从机筒到喷嘴时所消耗 的注射压力 而喷嘴压力 pg1则代表熔体从喷嘴至模腔之间消 耗的注射压力 t2时刻 熔体充满模腔 t1 t2称为充模期 充模期内 熔 体流入模腔 模腔压力急剧上升 注射压力和喷嘴压力也会随 之增加到最大值 或最大值附近 然后停止变化或平缓下降 这时注射压力对熔体起两方面作用 一是克服熔体在模腔内的 流动阻力 二是对熔体进行一定程度的压实 t0 t2时段 代表整个流动充模阶段 在此阶段 注射压力 随时间呈非线性变化 注射压力对熔体的作用必须充分 否则 熔体流动会因阻力过大而中断 导致生产出现废品 t2 t3时段 保压补缩阶段 如柱塞或螺杆停止在原位保持 不动 注射压力 喷嘴压力 模腔压力曲线会略有下降 如图 若柱塞或螺杆在保压过程中继续向前少许移动 注射压力 喷 嘴压力 模腔压力曲线保持不变 将与时间坐标轴平行 t3 t4时段 倒流阶段 柱塞或螺杆后退 注射压力撤除 大于流道压力 浇口已经冻结或喷嘴带有止逆阀 倒流现象不 存在 模腔压力下降平缓些 EG 段 如浇口没冻结 模腔压 力迅速下降 t4一 t5时段 冷却阶段 从浇口冻结时间开始 到制品脱模 为止 模腔压力下降到最低值 16 简述注射压力 熔体温度和熔体剪切速率的关系 答 剪切速率一定 压力 温度间的关系分为三区域 熔 体热分解温度区 注射压力随温度升高迅速下降 不能在此区 注射成型 高弹变形温度区 注射压力随着温度降低迅速增大 也不适于注射成型 只有在热分解至熔点温度区 注射压力与 熔体温度之间关系变化相对平缓 温度和注射压力都较适中 易于注射成型 温度升高有利于降低熔体黏度 注射压力可随 之减小一定幅度 温度一定时 剪切速度增大 注射压力也要增大 完全符 合流体力学压力与流速的关系 反之 过大的注射压力引起很 高的剪切速率时 熔体内的剪切摩擦热也随之增大 很可能引 起热分解或热降解 另外 过大的剪切速率又很容易使熔体发 生过度的剪切稀化 从而导致成型过程出现溢料飞边 17 试述保压力和保压时间对模腔压力的影响 答 如保压力不足 保压力不能充分传递给模腔中的熔体 补缩流动受浇口摩擦阻力限制不易进行 模腔压力因补料不足 迅速下降 造成一些不正常的成型缺陷 如保压时间不充分 保压力撤除过早 浇口尚未冻结 模腔内熔体倒流 造成模腔 压力迅速下降 无法实现正常补缩功能 制件内部可能出现真 空泡 凹陷等不良现象 保压力 保压时间合理 可使浇口或 模腔内的熔体完全固化 倒流不易发生 模腔压力变化正常 能取得良好的充模质量 如保压力不足 补缩流动受浇口摩擦阻力限制不易进行 模腔压力因补料不足迅速下降 如保压时间不充分 模腔内熔 体倒流 也会造成模腔压力迅速下降 保压时间足够长 可使 浇口或模腔内的熔体完全固化 倒流不易发生 模腔压力将缓 慢下降 18 何为倒流 倒流对塑件质量有何影响 答 倒流 指柱塞或螺杆在机筒中向后倒退时 即撤除保压 力以后 模腔内熔体朝着浇口和流道进行的反向流动 整个倒 流过程将从注射压力撤出开始 至浇口处熔体冻结 简称浇口 冻结 时为止 倒流对于注射成型不利 使制品内部产生真空泡或表面出 现凹陷等成型缺陷 19 何为脱模条件 影响塑件正常脱模的因素有哪些 答 聚合物状态方程表明 冷却定型阶段有压力 比容和温 度三个可变参数 但外部无熔体向模腔补给 比容只与温度变 化引起的体积收缩有关 独立参数只有模腔压力和温度 它们 均与脱模条件有关 脱模条件包括 脱模温度 脱模压力 脱模温度应在塑料的 热变形温度 H和模具温度 M之间 脱模压力应在允许的最大 与最小脱模压力之间 最好使残余应力接近或等于零 影响塑件正常脱模的因素 模温 保压时间 20 何为退火 其作用是什么 答 退火 将制品加热到 g f m 间某一温度后 进 行一定时间保温的热处理过程 其作用 加速塑料中大分子松 弛 消除或降低制件成型后的残余应力 具体来说 对于结晶 形塑料制件 利用退火对它们的结晶度大小进行调整 或加速 二次结晶和后结晶的过程 对制品进行解取向 降低制件硬度 和提高韧度 21 何为调湿处理 其作用是什么 答 调湿处理是一种调整制件含水量的后处理工序 主要 用于吸湿性很强且又容易氧化的聚酰胺等塑料制件 其作用 在加热和保温条件下消除残余应力 促使制件在加热介质中达 到吸湿平衡 防止制件在使用过程中发生尺寸变化 22 注射机机筒温度分几段控制 如何确定 答 注射机机筒温度分三段 后段 中段 前段 确定原 则 制件注射量大于注射机额定注射量 75 或成型物料不预 热时 机筒后段温度应比中段 前段低 5 10 对于含水量 偏高的物料 也可使机筒后段温度偏高一些 对于螺杆式机筒 为了防止热降解 可使机筒前段温度略低于中段 机筒温度应保持在塑料的黏流温度 f m 以上和热分 解温度 d 以下某一个适当的范围 对于热敏性塑料或相对分 子质量较低 分布又较宽的塑料 机筒温度应选较低值 即只 要稍高于 f m 即可 以免发生热降解 机筒温度与注射机类型及制件和模具的结构特点有关 如 注射同一塑料时 螺杆式机筒温度可比柱塞式低 10 20 又如 薄壁制件或形状复杂以及带有嵌件的制品 因流动较困 难或容易冷却 应选用较高的机筒温度 反之 对于厚壁制件 简单制件及无嵌件制件 均可选用较低的机筒温度 为了避免流涎现象 喷嘴温度可略低于机筒最高温度 判断料温是否合适 可采用对空注射法观察 或直接观 察制件质量好坏 对空注射时 如果料流均匀 光滑 无泡 色泽均匀 则说明料温合适 如料流毛糙 有银丝或变色现象 则说明料温不合适 23 模具温度对注射成型有何影响 选择模具温度的原则是什 么 答 提高模温 可改善熔体在模内的流动性 增强制件的密 度和结晶度及减小充模压力和制件中的压力 但制件的冷却时 间 收缩率和脱模后的翘曲变形将延长或增大 且生产率也会 因冷却时间延长而下降 适当提高模温 制件的表面粗糙度值 也会随之减小 降低模温 能缩短冷却时间和提高生产率 但温度过低 熔 体在模内的流动性能会变差 制件产生较大的应力或明显的熔 接痕等缺陷 选择模温的原则 为了保证制件具有较高的形状和尺寸精度 避免制件脱模 时被顶穿或脱模后发生较大的翘曲变形 模温必须低于塑料的 热变形温度 为了改变聚碳酸酯 聚砜和聚苯醚等高黏度塑料的流动 和充模性能 并力求使它们获得致密的组织结构 需要采用较 高的模具温度 反之 对于黏度较小的聚乙烯 聚丙烯 聚氯 乙烯 聚苯乙烯和聚酰胺等塑料 可采用较低的模温 这样可 缩短冷却时间 提高生产效率 对于厚制件 因充模和冷却时间较长 若模温过低 易 使制件内部产生真空泡和较大的应力 不宜采用较低的模具温 度 为了缩短成型周期 确定模具温度时可采用两种方法 a 把模温取得尽可能低 以加快冷却速度缩短冷却时间 b 使模 温保持在比热变形温度稍低的状态下 以求在较高的温度下将 制品脱模 而后由其自然冷却 这样做也可以缩短制品在模内 的冷却时间 具体采用何种方法 需要根据塑料品种和制件的 复杂程度确定 24 注射压力的高低对熔体流动充模及制件质量有何影响 答 随着注射压力的增加 制品的取向程度增加 料流长度 增长 体积质量增加 沿料流方向的收缩率降低 需用的冷却 时间延长 熔接痕强度增强 热变形温度下降 但注射压力选 择过低 注射成型过程中因其压力损失过大而导致模腔压力不 足 熔体将很难充满模腔 注射压力选择得过大 虽可使压力 损失相对减小 但却可能出现涨模 溢料等不良现象 引起较 大的压力波动 生产操作难于稳定控制 还容易使机器出现过 载现象 25 为什么说注射速度的分段控制有利于注射成型 答 在一个注射过程中 当注射机螺杆推动熔体注入模具时 在不同注射位置上 注入模腔中熔体量不同时 采用不同的注 射速度可以满足不同的需要 因此有利于注射成型 如 对于 大 中型注射机 采用分段控制注射速度 其控制规律参考下 图 当开始注入熔体时 熔体受到的阻力较小 注射速度较小 不容易产生熔体喷射 同时也减小了注射机能量消耗 当熔体 量注入到较大时 熔体受到的阻力 包括内外阻力 越来越大 需要增大注射速度 注射压力同时增大 克服随之增大的阻力 当充模快结束时 需注入模腔的熔体并不太多了 降低注射速 度 可避免模具过量填充 有效避免过高的锁模力 飞边 型 腔内锁模力峰值 使得整个填充过程匀速 同时保证每个制品 尺寸的稳定性和同一性 因此 注射速度的分段控制有利于注 射成型 26 何为背压 为什么增大背压须与提高螺杆转速相适应 答 背压力 预塑时阻止螺杆因头部受熔体压力后退过快 确 保熔体均匀压实 液压系统给螺杆提供的反方向的压力 其大 小由回油节流阀调整 简称背压 背压对注射成型的影响主要 体现在螺杆对物料的塑化效果及塑化能力方面 故有时也叫做 塑化压力 从螺杆式注射机的理论塑化能力计算公式 b mm mm ps p L DhconNhD m 12 sin 2 sin 2322 可以看出 增大背压时如 果不提高螺杆转速 螺杆式注射机的塑化能力会下降 因此增 大背压须与提高螺杆转速相适应 27 简述聚酰胺塑料成型工艺特点 答 特点 聚酰胺 结晶性塑料 有明显的熔点 熔点较高 160 290 视品种不同而异 熔融范围较窄 约 10 左右 熔 体的流动性大 熔体的热稳定性差而且容易降解 成型收率较 大 可采用柱塞式或螺杆式注射机进行成型 由于熔化温度范 围较窄 融化前后体积变化较大 选用螺杆式注射机时 应采 用高压缩比螺杆 螺杆头应装上良好的止逆环 以免低黏度的 熔体发生过多的漏流 为防止喷嘴处熔体的流涎现象而浪费原 料 无论哪一种类型注射机都应采用自锁喷嘴 一般以外弹簧 针阀式喷嘴较好 前置处理 聚酰胺类塑料在分子结构中因含有亲水的酰胺 基 容易吸湿 是一种吸湿性材料 成型前须进行干燥 使水 分降至 0 3 以下 成型工艺 料筒温度 应根据各种尼龙塑料的熔点来确 定 螺杆式 柱塞式注射机料筒温度可比塑料熔点分别高10 30 30 50 模具温度一般控制在 40 100 后置处理 作为工程零件 要求制件具有一定的尺寸稳定 性 制件脱模后 最好对制件进行热处理 即将制件放进热油 液体石蜡或充氮炉中 在温度 100 120 下处理一定时间 然 后缓慢冷却到室温 热处理还可收到消除内应力的效果 为发挥它的坚韧性 冲击强度和抗张强度 有时还需要 进行调湿处理 即将制件放置在相对湿度为 65 的大气中一段 时间 以使其达到 4 的吸湿量 为了加速吸湿 可将产品放 进水或醋酸钾溶液中并控制其温度为 80 100 而后按制件 厚度大小决定处理时间的长短 数小时后即可达吸湿平衡 28 简述聚碳酸酯塑料成型工艺特点 特点 有很好的韧度和力学性能 但耐环境应力开裂性差 缺口敏感性高 因而成型带金属嵌件的制件比较困难 结晶倾向较小 无准确熔点 是非结晶形塑料 其玻璃 化温度较高 为 149 150 熔融温度为 215 225 成型温 度可控制在 250 310 热稳定性和力学强度随相对分子质量的增加而提高 熔 融黏度随相对分子质量的增加而明显地加大 用于注射成型的 聚碳酸酯相对分子质量一般为 2 万 4 万 熔融黏度较尼龙 聚苯乙烯 聚乙烯大得多 其流动特 性接近于牛顿流体 熔融黏度受剪切速率的影响较小 对温度 的变化则十分敏感 聚碳酸酯主链上因有酯基的存在 容易吸水分解 所以原 料在成型前必须严格进行干燥 由于聚碳酸酯主链上有许多苯 核 刚性好 尺寸稳定性好 冷流动性小 抗蠕变性能好 但 在成型中产生的内应力不易自行消失 所以 脱模后的制件最 好热处理 前置处理 成型前 必须对原料充分干燥 干燥后水分应不 大于 0 03 注射时 料斗应是封闭的 且其中可加设加热 装置 红外线灯或电加热 料温允许达到 120 防止干燥后的 树脂再吸湿 料斗的加料量应不超过 0 5 一 l h 的用量 已干 燥好的物料如不立即使用 应在密闭容器内保存 使用时 应 在 120 温度下再干燥 4 h 以上 成型温度 一般控制在 250 310 范围内 选用的树脂 其 K 值以在 52 54 较为适宜 薄壁制件 成型温度应偏高 在 285 305 为好 厚壁 厚度大于 10mm 的 制件的成型温度 可略低 以 250 280 为宜 不同类型的注射机 成型温度也 不一样 螺杆式为 260 285 柱塞式则为 270 310 两类 注射机上的喷嘴应加热 温度为 260 310 加料口一端的料 筒温度应在聚碳酸酯的软化温度以上 要求大于 230 以减 少料塞的阻力和注射压力损失