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1、 塑料成型工艺与模具设计复习资料绪论1.塑料模及成型工业的发展历史：塑料工业从20世纪30年代前后开始研制，到目前塑料产品的系列化、生产工艺的自动化、连续化以及不断发展开拓功能塑料新领域经历了30年代以前的初创阶段，30年代的发展阶段，50、60年代的的飞跃发展阶段和70年代的至今的稳定增长阶段。2.塑料成型发展趋势：CAD/CAE/CAM技术在模具设计与制造中的应用大力发展快速原型制造（RPM）研究和应用模具的快速测量技术与逆向工程发展优质模具材料并采用先进的热处理和表面处理技术提高模具标准化水平和模具标准件的使用率热流道技术的广泛应用模具的大型化与精密话、复杂化用于模具工业的高速加工技术的
2、推广3.塑料成型模具的基本分类：按照成型的方法不同，可分为以下几类：注射模压缩模压注模挤出模气动成型模第一章 高分集合物结构特点与性能1.高分子聚合物的结构非常复杂，一般而言，可分为高分子链结构和高分子聚集态结构两个大方向。2.高分子链结构特点：高分子呈现链式结构高分子链具有柔性高聚物的多分散性3.聚集态结构结构特点：聚集态结构的复杂性具有较联网络4.聚合物的热力学性能非晶态高聚物的热力学性能：右图所示，当温度较低时，试样成刚性固体状态，在外力作用下只发生较小变化。当温度升到某一定范围后，试样的形变明显增加，并在随后的温度区间达到一种相对稳定的形变。在这一区域中，试样变成柔软的弹性体，温度继续
3、升高时形变基本上保持不变。温度再进一步升高，则形变量逐渐加大，试样最后完全变成黏性流体。根据这种特性，可以把非晶态高聚物按温度区域不同划分为三种力学状态玻璃态、高弹态、黏流态。玻璃态和高弹态的转变称为玻璃化转变，对应的温度为玻璃化温度，高弹态与黏流态之间的转变温度称为黏流温度。晶态高聚物的热力学性能：晶态高聚物通常都存在非晶区，非晶部分在不同的温度条件下也一样要发生玻璃化转变和黏流化转变。但随着结晶度的不同，结晶高聚物的宏观表现是不一样的。晶态高聚物的热力曲线如右图。5.聚合物在成形过程中发生的物理化学变化主要是结晶和取向：聚合物的结晶：在高聚物微观结构中存在一些具有稳定规整排列的分子的区域，
4、这些分子由规则紧密排列的区域称为结晶区，存在结晶区的高聚物称为结晶太高聚物。聚合物一旦发生结晶，则其性能也将随之产生相应变化：聚合物密度增加；使聚合物的拉伸强度增大；冲击强度降低；弹性模量变小；聚合物的软化温度和热变形温度提高；使成型的塑件脆性加大；表面粗糙度值增大；塑件的透明度降低甚至丧失。聚合物的取向：当线型高分子受到外力而充分伸展时，其长度远远超过其宽度，这种结构上的不对称性使他们在某些情况下很容易沿某特定方向做占优势的平行排列，这种现象称为取向。宏观上取向分为拉伸取向和流动取向梁总类型。聚合物取向的结果是导致高分子材料的力学性质、光学性质以及热性能等方面发生了显著的变化。聚合物的取向性
5、质已被广泛应用于工业生产中，牵伸工艺、吹塑成型工艺。6.聚合物在成形过程的化学变化聚合物的降解：降解是指聚合物在某些特定条件下发生的大分子链断裂、侧基的改变、分子链结构的改变及相对分子质量降低等高聚物微观分子结构的化学变化。根据高聚物降解的不同条件可把降解分为：热降解、水降解、氧化降解、应力降解等。聚合物的交联：聚合物的交联通常是针对热固性塑料而言的。热固性塑料在进行成型加工后，其内部的聚合物分子结构会发生化学变化，聚合物的大分子与交联剂作用后，其线型分子结构能够向三维体型结构发展，并逐渐形成巨型网状的三维体型结构，这种化学变化称为交联反应。热固性塑料经过合适的交联后，聚合物的强度、耐热性、化
6、学稳定性、尺寸稳定性均能有所提高。7. 流体在管内一般有层流和湍流两种流动状态。8.牛顿流体是指当流体以切变方式流动时，其切应力与剪切速率间存在线性关系。 牛顿流体的流变方程式为 切应力，Pa;比例常数，牛顿黏度，反映了牛顿流体抵抗外力引起流动变形的能力单位时间内流体产生的切应变，一般为剪切速率。9.在注射成型中，只有少数聚合物溶体的黏度对剪切力不敏感，如聚酰胺、聚碳酸酯等，除经常把他们近似为牛顿流体外，其他绝大多数的聚合物熔体都表现为非牛顿流体。这些聚合物熔体都近似地服从Qstwald-DeWaele提出的指数流动定律，其表达式为：=Kdvdrn=Kddtn=Kn式中：r管内截面上任意处的半
7、径； V任意处半径上的聚合物流动速度； K与聚合物和温度有关的常数，可以反映聚合物熔体的粘稠性，称为黏度系数； n与聚合物和温度有关的常数，可以反映聚合物熔体偏离牛顿流体性质的程度，称为非牛顿指数。第二章 塑料的组成与工艺特性1.塑料的组成合成树脂塑料添加剂：增塑剂 填料 稳定剂 润滑剂 着色剂2.塑料成型的工艺特性：塑料的成形收缩性：塑料成型冷却后发生体积收缩的特性，影响因素：塑料本身热胀冷缩性、模具结构、成形工艺条件等实际收缩率Ss=(a-b)/b Sj=(c-b)/ba,模具型腔在成形温度时的尺寸，b,塑料制品在常温下的尺寸；c,塑料模具型腔在常温下的尺寸。塑料的流动性：是指树脂聚合物所
8、处的温度大于其黏度温度时发生的大分子之间的相对滑移现象。塑料的相容性（共混性）：是针对高聚物共混体系而言，是指两种或两种以上的塑料共混后得到的塑料合金在熔融状态下各种参与共混的塑料组分之间不产生可分离现象的能力。塑料的热敏性和吸湿性：热敏性是指塑料在受热、受压时的敏感程度（热稳定性）；吸湿性是指塑料对水的亲疏程度。塑料的比体积和压缩率：主要针对热固性塑料而言。比体积是指单位质量的松散塑料所占有的体积；压缩率是指塑料的体积与塑料制品的体积之比，其值恒大于13.塑料是一种以合成树脂（高分子聚合物）为基体的固体合成材料。合成树脂是是高分子或其预聚体，是塑料的基材。4.塑料的分类：（1）按塑料的应用分
9、为普通塑料和工程塑料。 工程塑料又可分为通用工程塑料和特种工程塑料。（2）按照制造树脂的方法分为缩聚型塑料和加聚型塑料。（3）按照塑料树脂的大分子类型和特性分类：热塑性塑料，热固性塑料5.热塑性塑料，热固性塑料的区别 1) 热塑性塑料 热塑性塑料主要由合成树脂（分子为线型或者带有支链的线型结构）制成，其成型过程是物理变化。 热塑性塑料受热可软化或熔融，成型加工后冷却固化，再加热仍可软化，可回收利用。 2) 热固性塑料 热固性塑料主要是以缩聚树脂（分子为立体网状结构）为主，加入各种助剂制成的，但它的成型过程不仅是物理变化，更主要是化学变化。 热固性塑料成型加工时也可受热软化或熔融，但一旦成型固化
10、后便不能够再次软化，也不可回收利用。6.热塑性塑料： 聚乙烯PE：无毒，无味，乳白色。优良的绝缘性，耐化学腐蚀性、耐低温性、耐水性。常用于管、桶、袋、盆等熟料制品。 聚丙烯PP：密度低，无色无味无毒，外观与聚乙烯相似，但透明度比聚乙烯更高，透气性更低。制作各种机械零件，法兰、接头、泵叶轮、汽车零件和自行车零件，也可做水、蒸汽、各种酸碱等的输送管道，盖和箱壳及各种绝缘零件，还可用于医药工业。 聚氯乙烯PVC：化学稳定性高，可用于防腐管道，管件、输油管、离心泵、鼓风机等。聚氯乙烯的硬板广泛用于化学工业上制作各种贮槽的衬里、建筑物的瓦楞板、门窗结构、墙壁装饰等。由于优良的电器绝缘性，用于制造插座、插
11、头、开关、电缆。日常生活中制造凉鞋、雨衣、玩具、人造革等。聚苯乙烯PS：刚性大，硬脆。落地声音清脆，类似金属声。优良的高频绝缘性能，一定的化学稳定性。但是耐热低，只能在较低的温度下使用。流动性好，易成形，成品率高，浇注系统采用点浇口形式。热膨胀系数高，不能有嵌件，适用于壁厚均匀的零件。广泛用于包材，各种容器、玩具等丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物ABS是由丙烯腈（A）、丁二烯（B）、苯乙烯（S）共聚生成的三元共聚物，具有良好的综合力学性能。丙烯腈使ABS有较高的耐化学腐蚀性及表面硬度；丁二烯使ABS具有良好的弹韧性；苯乙烯使ABS具有良好的加工性和染色性能。n 无毒、无味，易燃烧、无自熄性，呈浅象
12、牙色；n 有良好的机械强度和一定的耐磨性、耐寒性和耐水性；n 有一定的耐油性和稳定的化学性和电气性能；n 耐热性和耐气候性能较差。n 广泛应用于计算机和机器壳体，电器设备、汽车挡泥板等。聚酰胺（PA） 又称尼龙（Nylon）， 尼龙树脂为无毒、无味，呈白色或淡黄色的结晶颗粒。n 具有优良的力学性能，抗拉、抗压、耐磨；n 抗冲击强度比一般塑料有显著提高，其中以尼龙 6更优；n 具有良好的消音效果和自润滑性能；n 具有良好的耐化学性、气体透过性、耐油性和电性能；n 吸水性强、收缩率大，常常因吸水而引起尺寸的变化。n 熔融黏度低、流动性好，易产生飞边，成型加工前必须进行干燥处理；n 熔融状态的尼龙热
13、稳定性较差n 尼龙有较好的力学性能，被广泛地使用在工业上制作各种机械、化学和电气零件7.热固性塑料酚醛塑料（PF） 氨基塑料 环氧树脂 EP第三章 塑料成型制件的结构工艺性1. 塑件的尺寸精度是指所获得的塑件尺寸与产品要求的符合程度。影响塑件尺寸精度的因素有模具的制造精度和塑料收缩率的波动。模具的磨损程度。成型工艺条件的变化塑件成型后的时效变化塑件的飞边2. 制造小尺寸的塑件，模具的制造公差对塑件尺寸精度影响相对要大些；制造大尺寸的塑件，收缩率波动则是影响塑件尺寸的主要因素。3. 塑件的表面粗糙度主要取决于模具成型零件的表面粗糙度。一般模具的粗糙度值要比塑件的低12级，塑件的表面粗糙度Ra值一
14、般1.60.2。另外塑件的表面粗糙度与塑料的品种有关。如下图所示改变塑件形状以利于成形的几个例子。4. 塑件的内外侧凸凹形状较浅并允许带有圆角（或梯形面）时，可采用强制脱模方式脱出塑件，这时塑件在脱模温度下应有足够的弹性。多数情况下塑件的侧凹凸不可能强制脱模，此时应采用侧向分型抽芯结构。5. 塑件的结构形状设计时尽可能避免侧向抽芯机构，同时尽可能避免侧向凹凸形状或侧孔。6. 为了便于从成型零件上（模具型腔）顺利脱出塑件，必须在塑件内外表面沿脱模方向设计足够的的斜度即脱模斜度。一般斜度取30130。7. 塑件脱模斜度的选取应遵循以下原则：塑料的收缩率大，壁厚，斜度应取偏大值，反之取偏小值；塑件结
15、构比较复杂，脱模阻力就比较大，应选用较大的脱模斜度；当塑件高度不大（一般小于2mm）时，可以不设计斜度，对型芯长或深型腔的塑件，斜度取偏小值。但通常为了便于脱模，在满足制件的使用和尺寸公差要求的前提下，可将斜度值取大一些；一般情况下，塑件外表面的斜度取值可比内表面的小些，有时也根据塑件的预留位置（留于凹模或凸模上）来确定制件内外表面的斜度；热固性塑料的收缩率一般较热塑性塑料的小一些，故脱模斜度也相应取小一些。8. 塑件的壁厚最小尺寸应满足以下要求：具有足够的刚度和强度；脱模时能经受脱模机构的冲击；装配时能承受紧固力。一般而言，在满足使用要求的前提下，制件壁厚尽量取小一些。9. 塑件壁厚设计的另一条基本原则是同一塑件的壁厚应尽可能均匀一致，否则会因冷却和固化速度不均匀而产生附加应力，引起翘曲变形。对于注射及压注成形塑件，壁厚变化一般不应超过1:3。为了消除壁厚的不均匀，设计时应考虑将壁厚部分或局部挖空或在壁面交界处采取适当的半径过渡。10. 加强肋实例图3.4a
