产品造型设计材料与工艺_第八讲

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1、产品造型设计材料与工艺,第八讲,第三章 工程塑料及加工技术,第一节 常用工程塑料及其性质 第二节 工程塑料的成型技术与工艺 第三节 塑料成型中的常见问题及其解决 第四节 塑料表面处理与装饰技术,第二节 工程塑料的 成型技术与工艺,一、塑料的成形工艺性 二、固态成型工艺及设备 三、液态成型工艺及设备,1、流动性,塑料在一定的温度与压力下填充模腔的能力称为流动性。 影响流动性的因素主要有温度、压力、模具及塑料品种。,1)温度的影响 料温高则流动性增大，但不同的塑料品种，其影响程度差异甚大。,2)压力的影响 “剪切变稀”现象 剪切敏感塑料有：、ABS、等塑料，这些塑料在成型加工时，宜使用“低温高压”

2、的技术。,3)模具的影响 浇注系统形式、尺寸、布置，冷却系统设计，流速阻力等因素都直接影响到熔体在模腔内的实际流动性 。,一、塑料的成形工艺性,4)塑料品种的影响 就热固性塑料而言，如粒度细匀、湿度大，含水分及挥发物多，预热及成型条件适当等均有利于改善流动性；反之则流动性变差。,流动性能的表征,)热塑性塑料 熔融指数(MFI),、 tmin,HDPE 5000S MFI0.9g/10min HDPE 6100m MFI 0.14g/10min,A、流动性好，如PS、PA、PP、PE等； B、流动性中等，如改性PS、ABS、PMMA、POM等； C、流动性差，PC、PSF、F塑料等。,2)热固性

3、塑料 拉西格流动性,拉西格模具,截面逐渐减小的棱柱体流道,压圆锭,考察塑料在棱柱体流道中的流动长度,第一级、拉西格流动值100130mm， 压制无嵌件、形状简单的一般厚度塑件； 第二级、拉西格流动值131150mm， 压制中等复杂程度的塑件； 第三级、拉西格流动值151180mm， 压制结构复杂、深型腔、多嵌件的薄壁塑件，或用于传递（压注）成型。,2、收缩性 影响塑料制件尺寸精度和质量 塑料制品自模腔中取出冷却至室温后，其尺寸发生缩小的这种性能称之为收缩性。,1)成型收缩形式 线尺寸收缩 方向性收缩 后收缩 后处理收缩,2)影响收缩的因素 塑料品种的影响 塑料制品特性的影响 模具的影响 成型条

4、件的影响,k塑料=310 k钢,3)收缩率k的计算,K 平均收缩率； Lm 模腔在室温下单向尺寸； L1 塑料制品在室温下单向尺寸。,K 平均收缩率； Lm 模腔在室温下单向尺寸； L1 塑料制品在室温下单向尺寸。,3 结晶性 结晶指聚合物大分子既是近程有序，又是远程有 序地排列现象。,塑料,结晶型塑料,非结晶型塑料（无定型塑料）,1) 结晶熔解需要热量，比非结晶型塑料达到成型温度需要更多的热量；冷凝时，结晶型塑料放出热量多，需要较长的冷却时间。 2) 不像金属具有单一熔点，而是一个熔程； 3) 结晶型塑料硬化密度与熔融时密度差别很大，成型收缩大，易发生缩孔、气孔。 4)由于分子的定向作用和收

5、缩的方向性，结晶型塑料制品易变形、翘曲。 5)冷却速度对结晶型塑料的结晶度影响很大； 6)结晶度大的塑料制品的密度、强度、硬度高，刚度、耐磨性好，耐化学性和电性能好； 结晶度小的塑料制品柔软性、透明性好，伸长率和冲击韧度较大。,结晶型塑料成型特性：,4 吸湿性与粘水性 塑料吸湿性大致可分为两类：一类是具有吸湿和粘附水分倾向的塑料；另一类是既不吸湿也不易粘附水分的塑料。,5 热敏性和水敏性 热敏性塑料是指对热较为敏感，在高温下受热时间较长或进料口截面过小，剪切作用大时，料温增高易发生变色、降聚、分解的倾向，具有这种特性的塑料称之为热敏性塑料。如、等。 有的塑料（如聚碳酸脂PC）即使含有少量水分，

6、在高温、高压下也会发生分解或使塑件产生气泡、银纹等缺陷，称此性能称为水敏性。,6 毒性、刺激性和腐蚀性 、等在加工时会分解一些有毒气体，应作好防毒、防腐蚀的准备,二、固态成型工艺及设备,即塑料原料在固态（粉状）下，通过冷加工（压塑成型）或热加工（挤压、注塑、吹塑）制成成品 1 压塑成型 2 注塑成型 3 挤出成型（挤塑成型） 4 传递成型 5 真空成型 6 反应注射成型,1、压塑成型,1 压塑成型工艺过程,压塑成型工艺 将经过预制的热固性塑料原料or热塑性塑料，直接加入敞开的模具加料室，然后合模，并对模具加热加压，塑料在热和压力的作用下呈现熔融流动状态并充满型腔，然后由于分子发生交联反应逐渐硬

7、化成型。脱模取出制件，然后清理模具并对制件进行后期处理。,模压成型过程： 加料、合模、排气、交联固化、制品脱模、清理模具等。,压塑成型主要工艺参数: 成型温度、成型压力和成型时间,一模压压力 使模塑料完全充满型腔所施加的必要压力。 Pm的作用： 充模，压实物料； 克服由气体逸散，小分子物质挥发及物料热膨胀造成的负压； 闭模，制件获得模具型腔赋予的形状及尺寸。 实际生产中采用的模压压力比计算压力高2030。,二模压温度Tm 模压时规定的模具温度。 1. 作用：使物料熔融流动充满型腔；提供固化所需热量。 2. 调节和控制Tm的原则：保证充模固化定型并尽可能缩短模塑周期。 3. 影响Tm因素 一般模

8、压温度越高，模塑周期越短； 对于厚壁制品，应适当降低模压温度，以防表面过热，而内部得不到应有的固化； 与物料是否预热有关，预热料内外温度均匀，塑料流动性好，模压温度可比不预热的高； 其它因素还有如材料的形态、成型物料的固化特征等，应确保各部位物料的温度均匀，一般温差控制在5 内,压塑设备与模具,无浇注系统，有一段加料室 动画,注射成型过程图,、注射成型,.注射成型工艺过程,柱塞式注射成型,螺杆式注射成型,注射成型工艺条件,、温度,料筒温度,加料段 压缩段 均化段,喷嘴温度 喷嘴料筒（防止流涎）,模具温度 低模温，、等； 高模温，、等,、压力,注射压力：克服熔体从料筒到模具型腔时的阻力；a a；

9、与塑料品种、注塑机类型、模具结构、精度、模具温度、制件壁厚等有关；,保压压力：施加压力对模具型腔继续进行压实的压力。一般是与注射压力一致；,塑化压力（背压）：指螺杆在预塑物料时，汇集在前端的熔体对螺杆所产生的压力，增大背压有利于排气、压实物料、塑化物料。,、时间成型周期,模具动作时间,注射时间,保压时间,冷却时间,一般是在.5min；有的可以到min 以上,、注射成型,.注塑机与模具 .注塑机,塑化注射系统 合模锁模系统 操作控制系统 其它：模温调节系统、安全系统等,作用,卧式,立式,角式,成型零部件 浇注系统 导向机构 脱模机构 分型抽芯机构 调温系统 排气系统 连接部分,.注塑机与模具 .

10、注塑模具结构,动作过程,)注射模浇注系统设计 浇注系统指模具中连接喷嘴和型腔的进料通道。 浇注系统通常分为普通浇注系统和无流道浇注系统两大类。普通浇注系统一般由四部分组成即主流道、分流道、浇口及冷料井。无流道浇注系统分为热流道和绝热流道。作用：料流的通道、传递压力、适时冻结。,a)主流道设计 b)冷料井设计 c)分流道设计 d)浇口设计,)成型零部件设计 成型零部件是构成模具型腔的零件。它包括凹模、凸模（型芯）、各种成型杆和成型环，是塑料模具的主要组成部分。,a)凹模 凹模用以形成塑料制品的外表面，按其结构不同可分为整体式、整体嵌入式、局部镶嵌式和拼合式等形式。,b)凸模和成型杆 凸模的结构形

11、式可分为整体式和组合式。,)导向机构 合模导向作用,)抽芯机构 成型侧向凹凸形状的孔或凸台。侧向分型抽芯机构类型很多，通常按动力来源分为手动、液压（气压）和机动三类。,5）顶出机构 结构组成：推板、推杆固定板、推杆、拉料杆等。 常见的顶出机构有： 简单顶出机构或一次顶出机构，二次脱模机构，双脱模机构，顺序脱模机构，螺纹塑料制品脱模装置。,注射加工生产录像,3 挤出成型,挤出成型又叫挤塑、挤压、挤出模塑. 是借助螺杆和柱塞的挤压作用,使塑化均匀的塑料强行通过模口而成为具有恒定截面和连续制品的成型方法.,1 特点: 连续化,效率高,质量稳定 应用范围广 设备简单,投资少,见效快 生产环境卫生,劳动

12、强度低 适于大批量生产,14-2.exe动画,2. 适用的树脂材料 绝大部分热塑性塑料及部分热固性塑料，如PVC、PS、ABS、PC、PE、PP、PA、丙烯酸树脂、环氧树脂、酚醛树脂及密胺树脂等 3.应用 塑料薄膜、网材、带包覆层的产品、截面一定、长度连续的管材、板材、片材、棒材、打包带、单丝和异型材等等，还可用于粉末造粒、染色、树脂掺和等。 4. 几种典型制品的生产线 挤出管材和异型材的生产、挤出片材、棒材生产、电缆包覆、挤出吹塑薄膜、挤出中空吹塑,典型管材的生产线,动画,挤出线缆包覆成型,挤出吹塑薄膜成型,动画,挤出中空吹塑成型,动作过程,注射吹塑动画,挤出成型工艺参数,压力 料筒中熔体压

13、力可以达到55MPa,而口模压力一般是小于20MPa 温度 根据不同的塑料而异,塑化温度一般是在180 250 挤出速率 单位时间内挤出机口模挤出的塑料质量(Kg/h)或长度(m/min),与口模阻力、螺杆与料筒的结构、螺杆转速、加热系统和塑料特性有关,螺杆的结构,4 传递成型,传递成型：将塑料原料经过预处理，闭模后将原料加入加料室加热软化（若是下加料室传递成型应先加料，闭模后加热），在柱塞的挤压下通过模具的浇注系统将熔融塑料挤入型腔，塑料在型腔中继续受热、受压而固化成型，然后开模取出制件，并清理型腔、加料室和浇注系统。,优点 成型周期短； 塑件飞边小，易于清理； 能成型薄壁多嵌件的复杂塑料制

14、品； 塑件的精度和质量比压塑件高。 缺点 余料造成塑料原料的浪费； 模具结构较压塑模结构复杂，制造成本高； 成型设备同压塑成型，但压力要大。,5 真空成型,真空成型：又叫吸塑成型，将热塑性塑料板材、片材固定在模具上，用辐射加热器加热到软化温度，用真空泵（或空压机）抽取板材与模具之间的空气，借助大气压力使坯材吸附在模具表面，冷却后再用压缩空气脱模，成型所需塑件的加工方法。 特点 生产设备简单，效率高，模具结构简单，能加工大尺寸的薄壁塑件，生产成本低。,动作过程,动作过程,真空成形生产各种塑料包装盒、餐具盒、罩类塑件、冰箱内胆等； 材料主要是PE、PP、PVC、ABS、PC等。,6 反应注射成型,

15、反应注射成型： 把两种发生反应的塑料原料分别加热软化后，由计量系统进入高压混合器混合发生塑化 反应，再注射到模具型腔中，它们在型腔中继续发生化学反应，并伴有膨胀、固化的加工工艺。,动画,适宜生产EP等热固性塑料，也可以生产PA、ABS、PET 等热塑性塑料； 产品：轿车仪表盘、方向盘、飞机和汽车的座椅、椅垫、家具、鞋底、仿大理石浴缸、浴盆等。,三、液态成型工艺及设备,高分子液态材料数可流动溶体，可在低压、常温下通过各种方法浇铸成型 特点： 成型过程施压小，制品内应力小，对模具和机械设备的强度要求较低，因而一次性投资少； 对产品尺寸限制小，可生产大、中、小各类精度不高的产品； 但批量生产周期长，

16、批量精度和尺寸准确性难以保证 (由于该方法属手工作坊式，近年来应用广泛)。特别适合新产品的试制。,目前高分子材料液态成型方法主要有 1 静态浇铸 2 离心浇铸 3 嵌入浇铸 4 滚塑旋转成型 5 搪塑成型 6 蘸浸涂敷成型 7 流延铸塑拉片成型,三、液态成型工艺及设备,此类中最简单的一种方法，由借鉴金属浇铸而来。成型工艺：,1静态浇铸,最常用的材料有： 聚酰胺、环氧树脂、聚甲基丙烯酸甲酯（有机玻璃）和聚氨酯等。 （1）模具材料 常用材料：铸铁、钢、铝铜合金、硅橡胶、塑料、玻璃、石膏、水泥块等。 选用时根据制品的批量大小而定，如环氧树脂制品在小批量时可用石膏模，大批量时用钢模。,1静态浇铸,（2）模具结构