模具设计第二版第五章

第5章 塑料成型基本知识1 1第5章 塑料成型基本知识 5.1 塑料成型概述塑料成型概述 5.2 塑料制品的设计塑料制品的设计 5.3 注射模用注射机的选用注射模用注射机的选用 小结小结 思考与练习题思考与练习题第5章 塑料成型基本知识2 25.1.1 塑料的基本知识及塑料制品工业的发展动向塑料的基本知识及塑料制品工业的发展动向塑料工业从1909年发展至今只有不长的历史，但其发展却相当惊人。1909年工业化生产制成电话机、钮扣、派克自来水笔等。20世纪2030年代人工合成树脂氨基塑料。20世纪5070年代，塑料的产量几乎是每45年就翻一番。目前，塑料的总体产量超过了金属材料的总和。5.1 塑料成型概述塑料成型概述第5章 塑料成型基本知识3 3由于塑料质量轻、比强度高、耐腐蚀、电绝缘性好、易着色、加工性好，而且具有生产率高、价格低廉等特点，因此应用极为广泛，已深入到国民经济的各个部门。塑料工业已成为当今全世界增长最快的工业门类，年增长居四大工业材料(钢铁、水泥、木材及塑料)之首。我国塑料制品工业发展于20世纪50年代后期，主要用于日常用品(如塑料鞋、日用塑料膜)。进入20世纪70年代以来，塑料的应用已涉及国民经济和人民生活中的各个方面，如办公用品、照相器材、食品容器、汽车仪器仪表、机械、航空、交通、轻工、建材、医药卫生，及家用电器行业中的零件塑料化的趋势不断加强。第5章 塑料成型基本知识4 4塑料模具制造行业，为缩短模具制造周期，正朝着模具零部件标准化与商品化的方向发展。在模具加工中，尽量减少手工操作的比重，提高机械化与自动化程度，大力发展成型新工艺。为缩短模具设计与制造周期，常采用计算机辅助设计与制造CAD/CAM。第5章 塑料成型基本知识5 55.1.2 塑料的分类及成型工艺性能塑料的分类及成型工艺性能1塑料的分类塑料的分类(1)按塑料在受热以后的表现，塑料可分为热塑性塑料和热固性塑料。热塑性塑料：随温度的升高而熔化，随温度的降低而凝固，可由不断升温、降温改变其形态。随分子结构排列不同，热塑性塑料可分为结晶型和非结晶型，如PC、PE、PVC、PS、PMMA等。热固性塑料：分子呈长链状排列，而长链间存在共价键，交织而形成类似网状结构。加温加压使其固化后，分子之间会产生“交联反应”，使得塑料结合紧密且坚硬，即使加温也无法熔融或是回复到原来的样子，如PF、UF、UP等。第5章 塑料成型基本知识6 6(2)按塑料的性能及用途，塑料可分为通用塑料、工程塑料和特殊功能塑料。通用塑料：指产量大、用途广且价廉的塑料，如PVC、PP。工程塑料：在工程技术中常作为结构材料来使用，如ABS、PA。特殊功能塑料：具有特殊性能的塑料(用于医药、光敏及液晶方面的氟塑料)。第5章 塑料成型基本知识7 72塑料的工艺性能塑料的工艺性能1)塑料的可加工性塑料之所以可以加工，主要是它在一定条件下(温度与压力)可以发生变形。塑料受热时，有三种物理状态，即玻璃态、高弹态和可塑性加工态。图51中曲线所表示的是在恒定压力下热塑性塑料的温度变形曲线(与热固性塑料在硬化前阶段的温度变形曲线相同)。第5章 塑料成型基本知识8 8图51 热塑性塑料的状态与加工曲线第5章 塑料成型基本知识9 92)流动性在成型过程中，塑料熔体在一定的温度与压力作用下充填型腔的能力称为塑料的流动性。塑料的流动性差时，在注射成型过程中，就不易充满型腔而缺料。相反，若熔体流动性太好，则成型时容易产生流延而在分型面、活动成型零件、推杆等处造成溢料飞边和毛刺。热塑性塑料的流动性可分为以下三类：流动性好的：聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、醋酸纤维等。流动性中等的：改性聚苯乙烯、ABS、AS、有机玻璃、聚甲醛、氯化聚醚等。流动性差的：聚碳酸酯、硬聚氯乙烯、聚苯醚、聚砜、氟塑料等。第5章 塑料成型基本知识10103)收缩性塑料从热模具中取出冷却到室温后，其尺寸发生变化的特性称为收缩性。造成成型收缩的原因有热胀冷缩、因弹性回复造成的收缩、结晶收缩和定向收缩。影响收缩率变化的因素包括以下几点：(1)塑料品种：不同的塑料或同一种塑料填料不同，其收缩率是不同的。(2)塑件特征：制品形状、大小、壁厚、有无嵌件等对收缩率影响都很大。(3)模具结构：正确的浇口形式和浇口的位置、较大的浇口截面尺寸，其收缩率小，收缩均匀。第5章 塑料成型基本知识1111(4)成型工艺参数：成型时有预热且成型温度不高、成型压力较大、保压时间较长的塑料收缩率较小。收缩率的计算公式如下：(51)式中：s塑料成型收缩率(%)，其值可查表；a模具在成型温度时的尺寸(mm)；b塑件在常温下的尺寸(mm)。第5章 塑料成型基本知识12124)结晶性热塑性塑料按其冷却时是否出现结晶现象可将其分为结晶型与非结晶型(或称无定型)。结晶型塑料是不透明的或半透明的，而非结晶型塑料是透明的(少数例外)。通常结晶度大的塑料密度大，强度、硬度高，刚度、耐磨性好，耐化学性和电性能好；结晶度小的塑料柔软性、透明性较好，伸长率和冲击韧度较大。通常可以通过提高成型温度降低冷却速度来提高结晶度。第5章 塑料成型基本知识13135)热敏性及吸湿性热敏性：某些塑料对热较为敏感，在高温下受热时间长或浇口截面小，剪切作用大而摩擦生热时易发生变色、分解的倾向，如硬聚氯乙烯、聚偏氯乙烯、氯乙烯和醋酸乙烯共聚物(EVA)、聚甲醛、聚三氟氯乙烯等。吸湿性：是指塑料对水分的亲疏程度。吸湿性的大小取决于聚合物组成及分子结构。例如聚酰胺、聚碳酸酯、ABS、聚苯醚、聚砜等，在其分子链中由于含有极性基因，对水有吸附能力，故属于吸湿倾向大的塑料。第5章 塑料成型基本知识14146)聚合物降解与定向聚合物降解(也称裂解)：是指聚合物分子在受到热、应力、微量水、酸、碱等杂质以及空气中的氧作用时，导致聚合物链断裂、分子变小、相对分子质量降低的现象。轻度降解会使聚合物变色；进一步降解会使聚合物分解出低分子物质，使制品出现气泡和流纹弊病，削弱制品各项物理、力学性能；严重的降解会使聚合物焦化变黑并产生大量的分解物质。聚合物定向(或称取向)：是指塑料在成型加工过程中分子发生不同程度的定向排列。第5章 塑料成型基本知识1515影响聚合物定向的因素主要有以下几点：(1)随着模具温度、成型温度及塑件型腔深度的增加，分子定向程度也随之增加。(2)浇口的开设位置和形状对分子定向影响很大，为了减少分子定向程度，通常可将浇口开设在型腔深度较大的部位。(3)增加浇口长度、充模压力及充模时间，分子定向程度也随之增加。第5章 塑料成型基本知识16167)压缩比与比容压缩比：指塑料粉与塑件两者体积之比。比容(比体积)：指单位质量塑料所占的体积。压缩比和比容都表示了各种热固性塑料的松散程度。它们都作为计算模具加料室高度的依据。8)固化特性热固性塑料在成型过程中，树脂发生交联反应，分子结构由线型变为体型，最后逐渐固化的特性称为固化特性。第5章 塑料成型基本知识17175.1.3 塑料制品成型的基本方法塑料制品成型的基本方法1压缩成型压缩成型压缩成型是应用得最早也是最广泛的模塑成型方法。它是将一定量的塑料放入具有一定温度(塑料的成型温度)的塑料模具中，然后合模并施加压力而使塑料在模具中成型并固化的工艺过程，如图52所示。这种方法通常用于成型热固性塑料，也有在压制较大面积的塑料制品时用来成型热塑性塑料。压缩成型所使用的设备为液压机。压缩成型的特点是：可以压制较大平面的塑料制品或利用多型腔一次压制多个制品，但不能压制形状复杂、薄壁或壁厚有显著变化的制件，也不宜采用精细或易折的嵌件，制件的尺寸精度不高，生产周期较长。第5章 塑料成型基本知识1818图52 压缩成型示意第5章 塑料成型基本知识19192注射成型注射成型注射成型是塑料制品成型的主要方法。它与压缩成型的不同之处在于：塑料是在注射机料筒加热，由柱塞或螺杆以一定的温度和压力通过喷嘴注射到模具的浇注系统，然后由浇注系统注入到模具的型腔之中固化成为制件，如图53所示。这种成型方法的特点是：生产周期短、生产效率高，易于实现自动化生产，可以成型形状复杂的制件且制件精度容易得到保证，但设备投资较大，模具价格较高。注射成型主要用于生产热塑性塑料，但近年来热固性塑料也越来越多地用注射方法成型。第5章 塑料成型基本知识2020图53 注射成型示意第5章 塑料成型基本知识21213传递成型传递成型传递成型是利用注射成型原理来模塑热固性塑料的方法。它是把预热的塑料送至加料室中加热，而后加压通过一个(或多个)浇口，进入闭合的已加热的型腔之中固化成型，如图54所示。这种成型方法的特点是：生产周期较压缩成型的短，模具损耗小，制件尺寸一致性好，能成型薄壁或精细的塑件，但生产成本较压缩成型的高，塑件的机械强度稍差。第5章 塑料成型基本知识2222图54 传递成型原理第5章 塑料成型基本知识23234挤出成型挤出成型挤出成型是生产连续型材的一种成型方法。塑料在挤出成型机料筒加热，由柱塞或螺杆以一定的温度和压力通过一定断面形状的挤出机头挤出，然后由输送及索引装置运走，逐渐冷却成型，如图55所示。第5章 塑料成型基本知识2424图55 挤出成型原理第5章 塑料成型基本知识25255其它成型方法其它成型方法除了上述几种主要塑料成型方法外，还有中空制品的吹塑成型、真空或压缩空气成型、压延成型、发泡成型等方法。本书限于篇幅，仅介绍注射成型模具的典型结构，其它可参考相关资料。第5章 塑料成型基本知识26265.2.1 塑料制品的尺寸、精度及表面质量塑料制品的尺寸、精度及表面质量塑件尺寸的大小取决于塑料的流动性和成型设备。塑件的精度与模具制造精度及其使用后的磨损程度、塑料收缩率的波动、成型工艺条件的变化、塑料制品的形状、脱模斜度及成型后制品的尺寸变化等因素有关。一般尽可能地把制品尺寸精度设计得低一些。不同的塑料其成型精度的推荐值如表51所示。表中只列出了公差等级，具体的上、下偏差可根据塑件的配合性质来确定。5.2 塑料制品的设计塑料制品的设计第5章 塑料成型基本知识2727表表51 常用塑料公差等级的选用常用塑料公差等级的选用(GB/T144861993)第5章 塑料成型基本知识2828续第5章 塑料成型基本知识2929续第5章 塑料成型基本知识3030 塑件的表面质量包括表面粗糙度和外观质量。这与塑料品种、成型工艺条件、模具成型零件表面的粗糙度及其磨损情况有关。其中成型零件表面的粗糙度是主要因素。一般模具表面粗糙度要比制品的要求高12级。不同成型方法及不同塑料材料所能达到的表面粗糙度见表52。第5章 塑料成型基本知识3131表表52 不同加工方法和不同材料所能达到的表面粗糙度不同加工方法和不同材料所能达到的表面粗糙度(GB/T142341993)第5章 塑料成型基本知识3232表表52 不同加工方法和不同材料所能达到的表面粗糙度不同加工方法和不同材料所能达到的表面粗糙度(GB/T142341993)第5章 塑料成型基本知识33335.2.2 塑料制品的结构塑料制品的结构1塑料制品的几何形状塑料制品的几何形状塑件的几何形状应尽可能保证有利于成型的原则，即在开模取出塑件时，尽可能不采用复杂的瓣合与侧面抽芯。为此，塑件的内外表面应尽量避免有侧凸凹部分。因此，在模具设计时要深入了解塑件结构的使用要求，对不利于成型的结构应作适当的修改，以简化模具结构、缩短制造周期，提高制件质量。塑料制品的几何形状设计实例如图56所示。第5章 塑料成型基本知识3434图56 塑料制品的几何形状第5章 塑料成型基本知识35352脱模斜度脱模斜度为了使成型件易于脱模，必须具有脱模斜度。制品上的脱模斜度大小与制品的性质、收缩率大小、摩擦系数大小、制品壁厚和几何形状有关。硬质塑料比软质塑料斜度大；形状愈复杂或成型孔较多时取较大的脱模斜度；制品高度愈高、孔愈深，则取较小的脱模斜度；内孔包住型芯，应取较大的脱模斜度。一般情况下，脱模斜度不包括在塑件公差范围内，否则应在图样上注明。在制品图上标注时，内孔以小端为基准，斜度由扩大方向取得；外形以大端为基准，斜度由缩小方向取得