GibbsCAM软件编程在车铣复合加工中的应用

1、GibbsCAM软件编程在车铣复合加工中的应用本文从GibbsCAM编程软件在车铣复合加工中心上的应用出发，分析了GibbsCAM软件的一些功能和实际生产中的应用技巧。 GibbsCAM是Cimatron公司的一款面向工件加工的CAM软件，为车铣复合领域提供CAM加工方案，它除了车铣复合之外，还支持2轴到5轴的铣削、车削、联动铣削多任务加工和线切割，最大特点是界面简洁，易学易用，操作模式和我们的工艺习惯非常一致。双主轴双刀塔车铣复合加工中心属于高精密数控机床，车铣复合加工中心具有车削、铣削、钻削、镗削、拉削（插槽）等各种功能，有X、Y、Z、C和E轴5个轴，其中E轴也就是主副轴对接时副轴到主轴装

2、夹工件时使用的轴，利用CAM软件可以进行任意多轴联动，实现对各种复杂工件曲面的加工，并利用主、副轴的同步E轴对接切断，做到了工序集中的原则。车铣复合加工中心具有上下2个刀塔，每个刀塔可以装12把刀，总共可装24把。双刀架的结构没置，使得加工效率大大提高，有效地利用CAM软件使2个刀架相互配合，单位时间里同时对2个工件加工，并且对主轴、副轴以及各个轴上的XY、YZ等平面的同步加工，缩短了加工时间。配合机床的各轴联动和E轴对接，只需1道工序便可完成对各种复杂工件的加工成型，做到了1次装夹完成全部加工，工件加工报废率减小了80%以上，并且减少了原始加工中的制作工装夹具的辅助时间，生产效率提高了30%

3、。由于减化了工艺流程，避免了重复装夹的误差，从而提高了产品的质量，在大批量的产品加工中，此类设备的优势在于生产效率和稳定的产品质量，在小批量的产品加工中，体现出设备的灵活性和超高的产品质量。实践发现，在车铣复合加工中，众多车铣功能都需要CAM软件环境作支持，因此对于一台高端的车铣设备来说，CAM软件是必不可少的工具之一。1 GibbsCAM界面功能简述 图1是GibbsCAM的界面；112标明了GibbsCAM的初级界面，然而在初级界面之下，还有更多的子选项与子功能，因篇幅关系，本文着重介绍以下几条功能：点击图片查看大图 图1 GibbsCAM的界面 (1)工艺列表是用来定义刀具路径和产生操作

4、的。1个工艺项目有刀具列表中的单一刀具和加工面板中的1个加工策略2个要素。当这2个要素被拖拽在同1个工艺项目中时，1个工艺动作产生。安全平面值、切削深度、进给率、主轴转速、加工刀具始末路径及其他项目都在工艺对话框中定义。一般需要选择待加工的几何图素或实体曲面等，然后对工艺对话框中的项目进行定义，定义结束后在加工面板下按下进行按钮产生工序操作，也就是刀具路径，当刀具路径生成，1个或多个操作将产生在操作列表下，一旦操作已经产生，工艺项目可以删除，因为结果已经产生并且存储在操作列表中。 (2)加工面板 列出了该软件的所有加工策略，比如粗加工、精加工、车铣钻孔、车螺纹、公用操作（主副轴之间的对接同步操

5、作）、曲面加工、螺纹铣削等等。这些加工策略几乎涵盖了机械加工行业的所有加工动作。 (3)操作列表是通过工艺和刀具产生的，它存储了刀具路径和工艺信息。 (4)刀具列表提供定义切削工件的刀具，它包含对刀具种类、尺寸的定义，比如加工曲面需要球头刀，就在刀具列表里选择球头刀，然后再定义球头刀的直径、刃长及材质等项目。刀具项目显示刀具的类型和尺寸，它随着刀具的定义及时改变。刀具列表同时包含铣刀和车刀，每种刀具拥有唯一的图片。 (5)视图控制面板可以很快地改变当前工件的显示视角，可以随便旋转、重绘、取消及放大工件。 (6)垃圾箱可以删除屏幕上的一些对象（如列表中的项目、图素或实体等），它的功能等同于按下D

6、elete键。2 GibbsCAM编程加工应用 2.1 CAM软件背景 作为一名数控加工工艺与编程的工作人员，程序编制的好坏直接影响着最终零件的形位尺寸及表面粗糙度，编制的程序体现了加工工艺的优化与否，直接影响着数控机床的有效利用率。各种编程软件只是1种工具，具体的加工工艺安排、加工参数的设定及刀具的选择必须人为地去操作设定。随着现代社会的飞速发展，各种CAD/CAM软件的不断出现，很大程度上提高了当前的制造业水平。笔者也曾接触过其他一些编程软件，比如UG、Delcam的PM、MasterCAM、Cimatron E7.0及国产的CAXA制造工程师等软件，可以说各类软件有着各自的优缺点，像3-

7、Axis Mill CAM已经接近于成熟阶段。目前随着多轴联动机床的不断涌现，很多多轴联动编程软件在市场上也不断更新亮相。但对于车铣复合类编程软件相对较少。然而任何软件都必须要针对不同的机床进行机床后置处理的二次开发，因为软件原带的后置乃是一个通用后置，并不能用于所有机床。目前国内许多CAD/CAM软件用户对软件的应用只停留在CAD模块上，对CAM模块的应用效率不高，其中1个非常关键的原因就是没有配备专用的后置处理器，或只配备了通用后置处理器而没有根据数控机床特点进行必要的二次开发，由此生成的代码还需人工做大量的修改，严重影响了CAM模块的应用效果。 2.2 CAM软件期望效果 近几年来，我国

8、数控机床技术有了显著发展，数控机床的数量（包括从国外进口的数控机床）在不断的上升。但我国企业目前数控设备的利用率普遍偏低，数控设备利用率约20%30%(工业发达国家达60%80%)、开机率50%80%（工业发达国家95%）、主轴利用率40%60%（工业发达国家95%）、加工效率仅达35kg/h(为工业发达国家3050kg/h的1/10)。主要表现为数控机床性能没有完全发挥、多轴单用、数控普用、工艺水平落后等，其中影响我们机床利用率的1个最主要原因就是，机床停机时间太长。 因为现在大多数企业生产车间都是串行的生产模式，如图2所示，这种生产模式从看到图纸一直到工件开始加工都是由工人一人完成，中间的

9、所有动作都是链条式的，只有做完了一步才能接着做下一步，属于分步进行的。点击图片查看大图 图2 串行生产模式 假如我们利用1款适合于本企业产品零件的CAM软件，加之一些生产政策调整，我们可以利用如图3所示的并行生产模式，这种生产模式把1个工件从图纸到成型的各个过程分布式但同步进行，机床还在加工其他工件时，下一个待加工工件的程序和刀具列表已经输出，装刀工人可以开始准备刀具，校车工可以识别程序准备校车。所有辅助加工过程都是在同时进行，单位时间里就做了比第一种生产模式更多的事情，这种生产模式可以很大程度地提高机床利用效率，让机床只在安装刀具时停止运行。然而该种生产模式需要1个相对较好的CAM软件。笔者

10、认为，目前我们并不能完全脱离手工编程进行计算机编程，因为无论多完美的软件总有某些功能的欠缺。再加之现在的产品逐渐向多品种小批量模式转化，不同的零件特征部位就需要不同的加工策略，任何一款软件不可能做到覆盖所有机械加工类别，所以仍要以计算机编程为主，手工编程为辅，来提高1个机加车间的生产效率。点击图片查看大图 图3 并行生产模式 2.3 GibbsCAM典型工件编程举例 CAM软件只是1个工具，任何工件的加工都离不开工艺的指导，但是工艺的确定，也必须有一款完美的CAM软件为之辅助，1台好的设计师更需要对工件加工工艺有较强的认知，这样设计出的产品才能保证具有完美的加工流畅性。合理确定数控加工工艺对实

11、现优质、高效、经济的数控加工具有极为重要的作用。其内容包括选择合适的机床、刀具、夹具、走刀路线及切削用量等，只有选择合适的工艺参数及切削策略才能获得理想的加工效果。 2.3.1 典型工件实例 某工件实体图如图4所示。该工件的原始加工方法分为3道工序，见表1。点击图片查看大图 图4 某工件实体图 表1 原始加工方法点击图片查看大图 1道工序是指1个（或l组）工人，在1台机床上（或1个工作地点）对1个（或同时对几个）工件所连续完成的那部分工艺过程。也就是说原始加工方法中，需要用3台机床，至少要装夹3次。这种加工方法严重影响加工效率和生产成本，严重影响工件加工精度和各种形位公差（同轴度、对称度等），

12、2台铣床对它加工时都必须做工装爽具，然而执行工序1中的车外圆时由于机床的轴向误差会在外圆柱面上产生圆跳动，这给后道工序2中的工装夹具制造带来了不少麻烦。而且通常都要做好几套夹具，针对不同的圆柱面使用不同的夹具，每加工完1个工件都要花一段时间去更换夹具，这些弊端给生产带来了不可估量的损失。 自从公司新购进1款GibbsCAM软件后，使得加工过程可以采用另外1种工艺安排进行加工。GibbsCAM编程加工法只需1道工序，减少了辅助加工时间，加工效率提高了30%，见表2。 表2 GibbsCAM编程加工法点击图片查看大图 下面详细介绍/zixun/do

13、ngtai/特殊加工工步中，GibbsCAM软件编程在车铣复合机床上的加工方法： (1)棒料毛坯装夹在主轴上（直径为110mm的铝合金棒料，通用夹具即可），主轴加工。 (2)平端面、车外圆、钻孔、镗孔、钩内槽、半精车、半精镗孔（属于简单类两轴车加工）。 (3)铣外圆柱面上3条螺旋槽，如图5所示。此螺旋槽宽3.2mm，用直径3mm的铣刀铣削，总共走了3刀。以前一直考虑第一刀和后两刀能不能设置不同的进给量（走刀速度），因为第一刀是满刀切削，后两刀只吃刀（走步距）0.1mm的余量。现在用GibbsCAM软件解决了该问题，可以通过“可变进给速率”来控制想要的进给量，大大节约了加工时间。转速S2500，

14、进给量不同的地方分别为F200、F400，加工时间3min。点击图片查看大图 图5 铣外圆柱面上3条螺旋槽 该零件部位特征为3条均布于外圆柱面上的螺旋槽，加工时ZC两轴联动，利用GibbsCAM软件可按以下顺序进行编程： 利用工作群组列表新建1个工作群组，将名称更改为您所熟悉的通用名称，比如改为“铣螺旋槽”，后续对螺旋槽的编程动作将存储在该工作群组里。 利用坐标系群组新建1个坐标系，新建的坐标必须正对您所要编制的那条螺旋槽，假如我们所做的该零件的CAD模型中，ZX平面正处于机床C轴零位，那么YZ平面就正好与C轴零位成90角。在新建坐标系之前，首先就在GibbsCAM软件坐标系列表中选中YZ平面

15、，使工作界面中的坐标系处于YZ平面上，然后点击坐标系列表中的“新工作群组”，将产生1个新的坐标系，再点击顶层面板中的“坐标系统面板”，利用“坐标系统面板”中的“对齐C平面”功能，使刚才所新建的坐标系以YZ坐标为基准，逆时针旋转60角，我们可以把这个坐标系改名为“Y2-60”以便区分于别的坐标系。 在工作界面中对该零件的螺旋槽进行曲线编辑，使该螺旋槽成为1个封闭的曲线框螺旋槽。可按下面顺序进行取线操作：首先按下主菜单中的“选面”功能，选取螺旋槽所在的零件圆柱曲面；然后点击“几何图素绘制面板”中的“由实体抽取”按键，进入“由实体抽取”的子选项中，选择“图形抽取”功能，即完成了对该螺旋槽曲面的线条抽

16、取，对抽取的线条进行编辑，使之成为封闭的螺旋槽曲线框。 双击该封闭螺旋槽曲线框，使之处于一种被选中的状态，点击主菜单中的“修改”，再次点击“修改”下的“展开几何”功能，所选中的曲线框便被展开在之前所新建的“Y2-60”平面上，成为1个面封闭曲线框。 在刀具列表中选择1把3mm直径的端面立铣刀，一般3mm的立铣刀刃长为8mm，可在刀具对话框中设置刃长为8mm。设置刀具刃长与实际项符合，可起到实际加工与软件模拟仿真加工互相监督验证的作用。 在加工面板中选择铣功能中的“粗加工”项目，并且把它拖拽到工艺列表中，然后把刀具列表中的3mm铣刀拖拽到工艺列表中的粗加工项目下。此时便会弹出1个粗加工对话框，对

17、粗加工对话框里的工艺参数进行设置：先选择“挖槽”主功能下的“偏移”子选项；然后给定主轴转速S2500，进给量为F200，设定进给加工之前的安全点及需要加工的深度尺寸；最后选择“旋转”主功能下的“加工坐标系统”为之前新建的“Y2-60”坐标系，选中“旋转铣削”方式。 点击加工面板下的“进行”按钮，该条螺旋槽的刀具路径便会被产生并且存储在操作列表中。 此螺旋槽的程序编制过程中，针对用3mm的铣刀铣削宽度为3.2mm的螺旋槽，我们希望第1刀满刀切削时，走刀速度慢一些，但当走完第1刀，剩下的余量吃刀（走步距）切削时，希望走刀速度快一些，然而它的刀具路径都是在1个工艺操作中产生的，1个粗加工对话框中只能

18、输入1个进给量F200。此时便可使用GibbsCAM的可变进给率功能，来实现所希望产生的作用效果。如图6所示，可通过在相应的铣螺旋槽操作列表项目上右击鼠标选择“速率标记”功能按钮，弹出“切削速率标记”对话框，在标记类型中选择“可变进给速率”选项，然后便可以对不同的刀具路径点赋予不同的进给值，以达到我们的期望效果。可变进给速率功能的有效利用可以使金属切除加工效率在原有的基础上增大40%以上。点击图片查看大图 图6 “切削速率标记”对话框 (4)铣柱面，如图7所示，该圆柱面编程较简单，只需在YZ平面上的圆柱底面围绕圆柱取一段曲线圆弧即可，利用10mm球头铣刀转速S2000

19、，进给量F150，加工时间为1min6s。编制该特征时，使用加工面板里的铣功能中轮廓切削加工法，把“轮廓切屑”项目和10 mm的球头铣刀拖拽人同一个工艺列表项目中，弹出“轮廓”对话框，在对话框里设置加工参数，“旋转”选项里选择加工坐标系统为YZ平面，然后直接在工作平面上选择之前取出的曲线圆弧，定义始末两点，点击“加工面板”上的“进行”按钮即可。点击图片查看大图 图7 铣柱面 (5)铣曲面，如图8所示。该曲面采用10mm的球头铣刀铣削，GibbsCAM编程时采用曲面加工法，只需控制转速、进给量和加工步距即可。加工步距0.05mm，转速S2000，进给量F500，加工时间18min（曲面最大直径为

20、68mm)。应用“加工面板”上的“曲面”功能进行编程，将“曲面”和(10 mm球刀拖拽入同一个工艺列表项目中，弹出“曲面加工”对话框，点击“曲面”选项选择“曲面流切削方式”设定加工参数，选择XY平面，点击“加工面板”上的“进行”按钮即可。点击图片查看大图 图8 铣曲面 主轴加工程序编制结束后，应用公用操作，编制E轴对接切断的程序，公用操作是根据机床结构而单独定制的1个虚拟机床宏定义VMM(Virtual Machine Macro)。将加工面板上的“公用操作”项目拖拽入工艺列表中，将会弹出“公用”对话框，然后按照以下顺序进行： 在公用对话框中选择“移动刀塔”选项，移动刀塔可根据机床架构来决定是

21、否使用，因为笔者接触的车铣复合机床，当E轴伸出到主轴接工件时，上刀塔必须往Z的负方向移动，让出足够的空间，使E轴对接切断。然后可以手动定义刀塔需要移动到的位置，点击“新的位置”在X、Z下输入坐标值，点击加工面板下的“进行”即可； 在公用对话框中选择“次要主轴人”选项，软件里的次要主轴即是机床的E轴，接着在“主轴启动”下选择“逆向”，因为是使用上刀塔切断，主轴必须反转，这样才能使刀具的切削刃口与主轴转向一致，否则会发生毁坏刀具的事件，然后设定“主轴转速”为1000，“Z安全平面”为10，Z安全平面是E快速伸出接近主轴对接前的1个安全位置，“进给率”为500，“Z夹持位置”为-40，Z夹持位置是副

22、轴装夹工件的Z向长度，也就是夹持量，点击“进行”即可。以上这项选项里的参数可以根据工件的尺寸自行设置； 此时E轴已经对接上主轴，接下来做切断的程序，从刀具列表里拖拽一把宽为3mm的切断刀到工艺列表中，从加工面板中选择车功能的“轮廓切削”功能，并将它拖拽入工艺列表中，便会弹出“轮廓”对话框，设定加工参数，选择ZX平面，拾取切断处的线条，定义始末两点，点击“进行”即可； 将公用操作拖拽入工艺列表中，选择“次要主轴归位”选项，定义主轴转速和进给率，点击“进行”即可。 (6)主轴加工完毕，E轴伸出对接切断，开始副轴加工，副轴加工中，有个铣削与水平面成50.29的特征平面。下面就介绍一下铣削斜平面的编程

23、方法： 铣斜面（该斜面与水平面成50.29角），如图9所示，采用10mm立铣刀，GibbsCAM利用1条直线就能编出铣斜面程序，只需在软件里面设置角度为50.29，可按以下顺序编制：将加工面板上铣功能中的“轮廓切削”项目和刀具列表中的10mm铣刀拖拽同1个工艺列表项目中，弹出“轮廓”对话框，设定加工参数，点击安全平面下的图标，弹出“壁面选择”对话框，选中里面的“锥度W倒角”选项，设置里面的“边斜度”为50.29，点击“进行”即可。点击图片查看大图 图9 铣斜面 根据比较，GibbsCAM编程法加工1个完整的工件用了1h20min42s，之前原始加工法分3道工序用时为1h43min，GibbsC

24、AM编程加工后集中了工序，保证了零件的各种形位公差，做到了1次装夹全部加工完成，工件加工报废率减小了80%以上，减少了原始加工中的制作工装夹具的辅助时间，生产率提高了30%。在数控加工领域中，CAM的成本可以很快的从增加的收益中收回，多主轴多刀架的设备，通过CAM软件可以很有效地设置加工节拍，充分发挥双刀架的加工效率。此外，对于多坐标联动的加工更是离不开CAM软件的支持。高效加工不仅仅是一种加工方式，更是一种理念，它涵盖了设备、刀具、工艺流程优化、CAM应用等多个领域范畴。 2.3.2 机床后置处理 (1)后处理的功能作用 数控机床是通过识别NC程序来控制各种快速定位、进给运动、停止等来进行工

25、件的机械加工，NC程序有手工编制和自动编制两种方式。后处理就是用在自动编程方面，任何一款CAM软件做完刀具、加工参数、工艺等一系列工作以后都需要通过相应的后处理来将之前的一系列加工步骤转化为NC程序，后处理是CAM的重要组成部分。它包括加工刀具路径文件的生成和机床数控代码指令集的生成。加工刀具路径文件可利用CAD/CAM软件，根据加工对象的结构特征、加工环境特征（其中包括机床一夹具一刀具一工件所组成的具体工序加工系统的特征）以及加工工艺设计的具体特征来生成描述加工过程的刀具路径文件。通过后置处理器读取由CAM系统生成的刀具路径文件，从中提取相关的加工信息，并根据指定数控机床的特点及NC程序格式

26、要求进行分析、判断和处理，最终生成数控机床所能直接识别的NC程序，就是数控加工的后置处理。数控加工后置处理是CAD/CAM集成系统非常重要的组成部分，它直接影响CAD/CAM软件的使用效果及工件的加工质量。 (2)GibbsCAM后处理程序生成过程 当做完所有工步加工程序编制时，最后一步就是应用后置处理生成NC代码。CibbsCAM因为专门定制了机床定义文件MDD(Machine Definition Documents)和VMM文件对软件编程环境做了控制，使得后嚣处理具有了针对不同机床很强的专业性。当程序编好后顶层面板上后置处理器便会被激活，点击“后置处理器”按钮，弹出后处理对话框，点击“后

27、处理”按钮，选择相应的机床后置处理文件，点击“输出档案”按钮，指定存储NC程序位置，点击“程序”按钮，该零件的NC程序便自动生成。3 结语 CAM运用是1个企业从原始加工走向零件数字化制造的1个必需品，1款优秀的CAM软件可以让数控技术员的新工艺新技术得到验证实施。本文从宏观和微观2个方位阐述了CAM软件在当今制造业中的重要性，在竞争激烈的现代制造行业中，合理地利用CAM软件，能够缩短辅助加工时间，提高机床利用率。聚乙烯（PE）简介1.1聚乙烯化学名称：聚乙烯英文名称：polyethylene，简称PE结构式： 聚乙烯是乙烯经聚合制得的一种热塑性树脂，也包括乙烯与少量-烯烃的共聚物。聚乙烯是五

28、大合成树脂之一，是我国合成树脂中产能最大、进口量最多的品种。1.1.1聚乙烯的性能1.一般性能聚乙烯为白色蜡状半透明材料，柔而韧，比水轻，无嗅、无味、无毒，常温下不溶于一般溶剂，吸水性小，但由于其为线性分子可缓慢溶于某些有机溶剂，且不发生溶胀。工业上为使用和贮存的方便通常在聚合后加入适量的塑料助剂进行造粒，制成半透明的颗粒状物料。PE易燃，燃烧时有蜡味，并伴有熔融滴落现象。聚乙烯的性质因品种而异，主要取决于分子结构和密度，也与聚合工艺及后期造粒过程中加入的塑料助剂有关。2.力学性能PE是典型的软而韧的聚合物。除冲击强度较高外，其他力学性能绝对值在塑料材料中都是较低的。PE密度增大，除韧性以外的

29、力学性能都有所提高。LDPE由于支化度大，结晶度低，密度小，各项力学性能较低，但韧性良好，耐冲击。HDPE支化度小，结晶度高，密度大，拉伸强度、刚度和硬度较高，韧性较差些。相对分子质量增大，分子链间作用力相应增大，所有力学性能，包括韧性也都提高。几种PE的力学性能见表1-1。表1-1 几种PE力学性能数据性能LDPELLDPEHDPE超高相对分子质量聚乙烯邵氏硬度(D)拉伸强度MPa拉伸弹性模量MPa压缩强度MPa缺口冲击强度kJm-2弯曲强度MPa414672010030012.5809012174050152525055070152560702137400130022.5407025406

30、46730501508001003.热性能PE受热后，随温度的升高，结晶部分逐渐熔化，无定形部分逐渐增多。其熔点与结晶度和结晶形态有关。HDPE的熔点约为125137，MDPE的熔点约为126134，LDPE的熔点约为105115。相对分子质量对PE的熔融温度基本上无影响。PE的玻璃化温度（Tg）随相对分子质量、结晶度和支化程度的不同而异，而且因测试方法不同有较大差别，一般在-50以下。PE在一般环境下韧性良好，耐低温性(耐寒性)优良，PE的脆化温度(Tb)约为-80-50，随相对分子质量增大脆化温度降低，如超高相对分子质量聚乙烯的脆化温度低于-140。PE的热变形温度(THD)较低，不同PE

31、的热变形温度也有差别，LDPE约为3850(0.45MPa，下同)，MDPE约为5075，HDPE约为6080。PE的最高连续使用温度不算太低，LDPE约为82100，MDPE约为105121，HDPE为121，均高于PS和PVC。PE的热稳定性较好，在惰性气氛中，其热分解温度超过300。PE的比热容和热导率较大，不宜作为绝热材料选用。PE的线胀系数约在(1530)10-5K-1之间，其制品尺寸随温度改变变化较大。几种PE的热性能见表1-2。表1-2几种PE热性能性能LDPELLDPEHDPE超高相对分子质量聚乙烯熔点热降解温度(氮气)热变形温度(0.45MPa)脆化温度线性膨胀系数(10-5

32、K-1)比热容J(kgK)-1热导率/ W(mK)-11051153003850-80-501624221823010.351201253005075-100-751251373006080-100-701116192523010.421902103007585-140-704.电性能PE分子结构中没有极性基团，因此具有优异的电性能，几种PE的电性能见表1-3。PE的体积电阻率较高，介电常数和介电损耗因数较小，几乎不受频率的影响，因而适宜于制备高频绝缘材料。它的吸湿性很小，小于0.01（质量分数），电性能不受环境湿度的影响。尽管PE具有优良的介电性能和绝缘性，但由于耐热性不够高，作为绝缘材料使

33、用，只能达到Y级（工作温度90）。表1-3聚乙烯的电性能性能LDPELLDPEHDPE超高相对分子质量聚乙烯体积电阻率/cm介电常数/Fm-1（106Hz）介电损耗因数（106Hz）介电强度/kVmm-110162.252.350.00052010162.202.300.0005457010162.302.350.0005182810172.350.0005355.化学稳定性PE是非极性结晶聚合物，具有优良的化学稳定性。室温下它能耐酸、碱和盐类的水溶液，如盐酸、氢氟酸、磷酸、甲酸、醋酸、氨、氢氧化钠、氢氧化钾以及各类盐溶液(包括具有氧化性的高锰酸钾溶液和重铬酸盐溶液等)，即使在较高的浓度下对P

34、E也无显著作用。但浓硫酸和浓硝酸及其他氧化剂对聚乙烯有缓慢侵蚀作用。PE在室温下不溶于任何溶剂，但溶度参数相近的溶剂可使其溶胀。随着温度的升高，PE结晶逐渐被破坏，大分子与溶剂的作用增强，当达到一定温度后PE可溶于脂肪烃、芳香烃、卤代烃等。如LDPE能溶于60的苯中，HDPE能溶于8090的苯中，超过100后二者均可溶于甲苯、三氯乙烯、四氢萘、十氢萘、石油醚、矿物油和石蜡中。但即使在较高温度下PE仍不溶于水、脂肪族醇、丙酮、乙醚、甘油和植物油中。PE在大气、阳光和氧的作用下易发生老化，具体表现为伸长率和耐寒性降低，力学性能和电性能下降，并逐渐变脆、产生裂纹，最终丧失使用性能。为了防止PE的氧化

35、降解，便于贮存、加工和应用，一般使用的PE原料在合成过程中已加入了稳定剂，可满足一般的加工和使用要求。如需进一步提高耐老化性能，可在PE中添加抗氧剂和光稳定剂等。6.卫生性PE分子链主要由碳、氢构成，本身毒性极低，但为了改善PE性能，在聚合、成型加工和使用中往往需添加抗氧剂和光稳定剂等塑料助剂，可能影响到它的卫生性。树脂生产厂家在聚合时总是选用无毒助剂，且用量极少，一般树脂不会受到污染。PE长期与脂肪烃、芳香烃、卤代烃类物质接触容易引起溶胀，PE中有些低相对分子质量组分可能会溶于其中，因此，长期使用PE容器盛装食用油脂会产生一种蜡味，影响食用效果。1.1.2聚乙烯的分类聚乙烯的生产方法不同，其

36、密度及熔体流动速率也不同。按密度大小主要分为低密度聚乙烯（LDPE）、线型低密度聚乙烯（LLDPE）、中密度聚乙烯（MDPE）、高密度聚乙烯（HDPE）。其中线性低密度聚乙烯属于低密度聚乙烯中的一种，是工业上常用的聚乙烯，其他分类法有时把MDPE归类于HDPE或LLDPE。按相对分子质量可分为低相对分子质量聚乙烯、普通相对分子质量聚乙烯、超高相对分子质量聚乙烯。按生产方法可分为低压法聚乙烯、中压法聚乙烯和高压法聚乙烯。1.低密度聚乙烯英文名称： Low density polyethylene，简称LDPE低密度聚乙烯，又称高压聚乙烯。无味、无臭、无毒、表面无光泽、乳白色蜡状颗粒，密度0.91

37、00.925g/cm3，质轻，柔性，具有良好的延伸性、电绝缘性、化学稳定性、加工性能和耐低温性（可耐-70），但力学强度、隔湿性、隔气性和耐溶剂性较差。分子结构不够规整，结晶度较低（55%65%），熔点105115。LDPE可采用热塑性成型加工的各种成型工艺，如注射、挤出、吹塑、旋转成型、涂覆、发泡工艺、热成型、热风焊、热焊接等，成型加工性好。主要用作农膜、工业用包装膜、药品与食品包装薄膜、机械零件、日用品、建筑材料、电线、电缆绝缘、吹塑中空成型制品、涂层和人造革等。2.高密度聚乙烯英文名称：High Density Polyethylene，简称HDPE高密度聚乙烯，又称低压聚乙烯。无毒、无

38、味、无臭，白色颗粒，分子为线型结构，很少有支化现象,是典型的结晶高聚物。力学性能均优于低密度聚乙烯，熔点比低密度聚乙烯高，约125137，其脆化温度比低密度聚乙烯低，约-100-70，密度为0.9410.960g/cm3。常温下不溶于一般溶剂，但在脂肪烃、芳香烃和卤代烃中长时间接触时能溶胀，在70以上时稍溶于甲苯、醋酸中。在空气中加热和受日光影响发生氧化作用。能耐大多数酸碱的侵蚀。吸水性小，具有良好的耐热性和耐寒性，化学稳定性好，还具有较高的刚性和韧性，介电性能、耐环境应力开裂性亦较好。HDPE可采用注射、挤出、吹塑、滚塑等成型方法，生产薄膜制品、日用品及工业用的各种大小中空容器、管材、包装用

39、的压延带和结扎带，绳缆、鱼网和编织用纤维、电线电缆等。3.线性低密度聚乙烯英文名称：Linear Low Density Polyethylene，简称LLDPE线形低密度聚乙烯被认为是“第三代聚乙烯”的新品种，是乙烯与少量高级-烯烃(如丁烯-1、己烯-1、辛烯-1、四甲基戊烯-1等)在催化剂作用下，经高压或低压聚合而成的一种共聚物，为无毒、无味、无臭的乳白色颗粒，密度0.9180.935g/cm3。与LDPE相比，具有强度大、韧性好、刚性大、耐热、耐寒性好等优点，且软化温度和熔融温度较高，还具有良好的耐环境应力开裂性，耐冲击强度、耐撕裂强度等性能。并可耐酸、碱、有机溶剂等。LLDPE可通过注

40、射、挤出、吹塑等成型方法生产农膜、包装薄膜、复合薄膜、管材、中空容器、电线、电缆绝缘层等。由于不存在长支链，LLDPE的 6570用于制作薄膜。4.中密度聚乙烯英文名称：Medium density polyethylene，简称MDPE中密度聚乙烯是在合成过程中用-烯烃共聚，控制密度而成。MDPE的密度为0.9260.953g/cm3，结晶度为7080，平均相对分子质量为20万，拉伸强度为824MPa，断裂伸长率为5060，熔融温度126135，熔体流动速率为0.135g10min，热变形温度(0.46MPa)4974。MDPE最突出的特点是耐环境应力开裂性及强度的长期保持性。MDPE可用挤

41、出、注射、吹塑、滚塑、旋转、粉末成型加工方法，生产工艺参数与HDPE和LDPF相似，常用于管材、薄膜、中空容器等。5.超高相对分子质量聚乙烯英文名称：ultra-high molecular weight polyethylene，简称UHMWPE超高相对分子质量聚乙烯冲击强度高，耐疲劳，耐磨，是一种线型结构的具有优异综合性能的热塑性工程塑料。其相对分子质量达到300600万，密度0.9360.964g/cm3，热变形温度(0.46MPa)85，熔点130136。UHMWPE因相对分子质量高而具有其他塑料无可比拟的优异性能，如耐冲击、耐磨损、自润滑性、耐化学腐蚀等性能，广泛应用于机械、运输、纺

42、织、造纸、矿业、农业、化工及体育运动器械等领域，其中以大型包装容器和管道的应用最为广泛。另外，由于超高相对分子质量聚乙烯优异的生理惰性，已作为心脏瓣膜、矫形外科零件、人工关节等在临床医学上使用，而且，超高相对分子质量聚乙烯耐低温性能优异，在-40时仍具有较高的冲击强度，甚至可在-269下使用。超高相对分子质量聚乙烯纤维的复合材料在军事上已用作装甲车辆的壳体、雷达的防护罩壳、头盔等；体育用品上已制成弓弦、雪橇和滑水板等。由于超高相对分子质量聚乙烯熔融状态的粘度高达108Pas，流动性极差，其熔体流动速率几乎为零，所以很难用一般的机械加工方法进行加工。近年来，通过对普通加工设备的改造，已使超高相对

43、分子质量聚乙烯由最初的压制-烧结成型发展为挤出、吹塑和注射成型以及其他特殊方法的成型。6.茂金属聚乙烯茂金属聚乙烯(mPE)是近年来迅速发展的一类新型高分子树脂，其相对分子质量分布窄，分子链结构和组成分布均一，具有优异的力学性能和光学性能，已被广泛应用于包装、电气绝缘制品等。1.1.3聚乙烯的成型加工PE的熔体粘度比PVC低，流动性能好，不需加入增塑剂已具有很好的成型加工性能。前文已介绍了各类聚乙烯可采用的成型加工方法，下面主要介绍在成型过程中应注意的几个问题。聚乙烯属于结晶性塑料，吸湿小，成型前不需充分干燥，熔体流动性极好，流动性对压力敏感，成型时宜用高压注射，料温均匀，填充速度快，保压充分

44、。不宜用直接浇口，以防收缩不均，内应力增大。注意选择浇口位置，防止产生缩孔和变形。PE的热容量较大，但成型加工温度却较低，成型加工温度的确定主要取决于相对分子质量、密度和结晶度。LDPE在180左右， HDPE在220左右，最高成型加工温度一般不超过280。熔融状态下，PE具有氧化倾向，因而，成型加工中应尽量减少熔体与空气的接触及在高温下的停留时间。PE的熔体粘度对剪切速率敏感，随剪切速率的增大下降得较多。当剪切速率超过临界值后，易出现熔体破裂等流动缺陷。制品的结晶度取决于成型加工中对冷却速率的控制。不论采取快速冷却还是缓慢冷却，应尽量使制品各部分冷却速率均匀一致，以免产生内应力，降低制品的力

45、学性能。收缩范围和收缩值大(一般成型收缩率为1.55.0)，方向性明显，易变形翘曲，冷却速度宜慢，模具设冷料穴，并有冷却系统。软质塑件有较浅的侧凹槽时，可强行脱模。1.1.4聚乙烯的改性聚乙烯属非极性聚合物，与无机物、极性高分子相容性弱，因此其功能性较差，采用改性可提高PE的耐热老化性、高速加工性、冲击强度、粘接性、生物相容性等性质。常用的改性方法包括物理改性和化学改性。1.物理改性物理改性是在PE基体中加入另一组分(无机组分、有机组分或聚合物等)的一种改性方法。常用的方法有增强改性、共混改性、填充改性。（1）增强改性 增强改性是指填充后对聚合物有增强效果的改性。加入的增强剂有玻璃纤维、碳纤维

46、、石棉纤维、合成纤维、棉麻纤维、晶须等。自增强改性也属于增强改性的一种。自增强改性。所谓自增强就是使用特殊的加工成型方法，使得材料内部组织形成伸直链晶体，材料内部大分子晶体沿应力方向有序排列，材料的宏观强度得到大幅度提高，同时分子链有序排列将使结晶度提高，从而使材料的强度进一步提高，由于所形成的增强相与基体相的分子结构相同，因而不存在外增强材料中普遍存在的界面问题。如采用超高相对分子质量聚乙烯(UHMPE)纤维增强LDPE，在加热加压成型的条件下，可以形成良好的界面，最大限度发挥基体和纤维的强度。纤维增强改性。纤维增强聚合物基复合材料由于具有比强度高、比刚度高等优点而得到广泛应用。如采用经KH

47、-550偶联剂处理的长玻璃纤维(LGF)与PE复合制备的PELGF复合材料，当LGF加入量为3O(质量分数)、长度约为35mm时，复合材料的拉伸强度和冲击强度分别为52.5MPa和52kJm。晶须改性。晶须的加入能够大幅度提高HDPE材料的力学性能，包括短期力学性能及耐长期蠕变性能。晶须对HDPE材料的增强作用主要归因于它们之间的良好界面粘接，同时刚性的晶须则能够承担较大的外界应力使复合材料的模量得到提高。纳米粒子增强改性。少量无机刚性粒子填充PE可同时起到增韧与增强的作用。如将表面处理过的纳米SiO2粒子填充mLLDPE-LDPE，SiO2纳米粒子均匀分散于基材中，与基材形成牢固的界面结合，

48、当填充质量分数为2时，拉伸强度、断裂伸长率分别提高了13.7MPa和174.9。（2）共混改性 共混改性主要目的是改善PE的韧性、冲击强度、粘接性、高速加工性等各种缺陷，使其具有较好的综合性能。共混改性主要是向PE基体中加入另一种聚合物，如塑料类、弹性体类等聚合物，以及不同种类的PE之间进行共混。PE系列的共混改性。单一组分的PE往往很难满足加工要求，而通过不同种类PE之间的共混改性可以获得性能优良的PE材料。如通过LDPE与LLDPE共混，解决了LDPE因大量添加阻燃剂和抗静电剂等助剂造成力学性能急剧降低的问题；LLDPE与HDPE共混后可以提高产品的综合性能。PE与弹性体的共混改性。弹性体

49、具有低的表面张力、较强的极性、突出的增韧作用，因此与PE共混后，既能保持PE的原有性能，同时也可以制备出具有综合优良性能的PE。如LDPE-聚烯烃弹性体(POE)共混物，当POE的质量分数为3O时，共混体系的拉伸强度达到最大值，为21.5 MPa。PE与塑料的共混改性。聚乙烯具有良好的韧性，但制品的强度和模量较低，与工程塑料等共混可提高复合体系的综合力学性能。但PE和这类高聚物的界面问题也是影响其共混物性能的主要原因，因此通常需要加入界面相容剂以提高共混物的力学性能。（3）填充改性 填充改性是在PE基质中加入无机填料或有机填料，一方面可以降低成本达到增重的目的，另一方面可提高PE的功能性，如电

50、性能、阻燃性能等，但同时对复合材料的力学性能和加工性能带来一定程度的影响。无论是无机填料还是有机填料，填料与PE基体的相容性和界面粘接强度是PE填充改性必须面临的问题，而PE是非极性化合物，与填料相容性差，因此，必须对填料进行表面处理。填料的表面处理一般采用物理或化学方法进行处理，在填料表面包覆一层类似于表面活性剂的过渡层，起“分子桥”的作用，使填料与基体树脂间形成一个良好的粘接界面。常用的填料表面处理技术有：表面活性剂或偶联剂处理技术、低温等离子体技术、聚合填充技术和原位乳液聚合技术等。PE中填充木粉、淀粉、废纸粉、滑石粉、碳酸钙等一类填料，不仅可以改善PE的性能，同时也具有十分重要的健康环保意义。2.化学改性化学改性的方法主要有接枝改性、共聚改性、交联改性、氯化及氯磺化改性和等离子体改性处理等方法。其原理是通过化学反应在PE分子链上引入其他链节和功能基团，由此提高材料的力学性能、耐侯性能、抗老化性能和粘接性能等。（1）接枝改性 接枝改性是指将具有各种功能的极性单体接枝到PE主链上的一种改性方法。接枝改性后的PE不但保持了其原有特性，同时又增加了其新的功能。常用的接枝单体有丙烯酸(AA)、马来酸酐(MA)、马来酸盐、烯基双酚A醚和活性硅油等。接枝改性的方法主要有溶液法、固相法、熔融法、辐射接枝法、光接枝法等。（2）共聚改性 共聚改性