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1、4 1 塑料的成型基础1.1 聚乙烯的特征、性能分析及结构设计1.1.1 聚乙烯的特征LDPE中文名：低密度聚乙烯英文名：Low density polyethylene低密度聚乙烯是一种高分子的直链烷烃，外观上是白色蜡状固体，微显角质状。无毒、无味、呈乳白色。密度为0.940.965g/cm3,有一定的机械强度,具有较好的柔软性、耐冲击性及透明性，但和其他塑料相比机械强度低，表面硬度差。聚乙烯的绝缘性能优异，常温下聚乙烯不溶于任何一种已知的溶剂，并耐稀硫酸、稀硝酸和任何浓度的其他酸以及各种浓度的碱、盐溶液。聚乙稀有高度的耐水性，长期与水接触其性能可保持不变。其透水气性能较差，而透氧气和二氧化
2、碳以及许多有机物质蒸气的性能好。在热、光、氧气的作用下会产生老化和变脆。一般使用温度约在80 oC左右。能耐寒，在-60 oC时仍有较好的力学性能，-70 oC时仍有一定的柔软性。它质轻，吸水性小，电绝缘性优良，延伸性、透明性好，适用于薄膜，日用品等。表1-1 低密度聚乙烯各项性能参数表力学、热性能抗压强度密度拉伸强度邵氏硬度弯曲强度冲击韧度熔点缺口无缺口69MPa0.910.93 g/cm342.5-46.9 MPaD414625 MPa48kJ/m2不断105125成型条件注射机类型吸水率收缩率预热温度预热时间h螺杆转速r/min螺杆式小于0.01 1.53.5708012小于80料桶温度
3、喷嘴温度模具温度后段140160中段160170前段1702003050注射压力成型时间后期处理60100MPa注射时间高压时间冷却时间总周期方法温度时间h1560s03s1560s40130s红外线灯、鼓风烘箱60241.1.2 聚乙烯的成型特性结晶形塑料,吸湿性小,成型前可不预热，熔体粘度小，成型时不易分解，流动性极好,溢边值为0.02mm左右,流动性对压力变化敏感，加热时间长则易发生分解。冷却速度快,必须充分冷却,设计模具时要设冷料穴和冷却系统。收缩率大，方向性明显，易变形、翘曲，结晶度及模具冷却条件对收缩率影响大，应控制模温。宜用高压注射，料温要均匀，填充速度应快，保压要充分。不宜采用
4、直接浇口注射，否则会增加内应力，使收缩不均匀和方向性明显。应注意选择浇口位置。质软易脱模，塑件有浅的侧凹时可强行脱模。聚乙烯的收缩率绝对值及其变化范围很大，在塑料材料中很突出，低密度聚乙烯收缩率在之间，这是由其具有较高的结晶度及结晶度会在很大范围内变化所决定的。聚乙烯熔体容易氧化，成型加工中应尽可能避免熔体与氧直接接触。聚乙烯的品级，牌号极多，应按熔融指数大小选取适当的成型工艺。表1-2 低密度聚乙烯综合性能参数表压缩比： 1.842.30 热变形温度： 1.88MPa- 48oC 0.46MPa- 6082oC 抗拉屈服强度: 2239 MPa 拉伸弹性模量： 0.840.95GPa弯曲强度
5、： 2540MPa弯曲弹性模量： 1.11.4 GPa压缩强度： 225 MPa疲劳强度： 11 Mpa（107周）脆化温度： -701.2 塑料制品的结构设计1.2.1 形状 洗发水瓶盖形状简单，内有螺纹，密封性好，同时节省材料，塑料制品不能直接从模具中取出，本设计利用手工脱螺纹。本次设计任务是塑料制品洗发水瓶盖1.2.2 尺寸及精度 制品的尺寸：制品的总体尺寸收到塑料的流动性的限制。在一定的设备和工艺条件下，流动性好的塑料可以成型较大尺寸的制品；反之成型的制品尺寸就较小。此外，制品外性尺寸还受到成型设备的限制，如注塑成型的制品尺寸要受到注塑机的注射量、锁模力和模板尺寸的限制；压缩及传递成型
6、的制品尺寸要受到压力机吨位及工作台面尺寸的限制。制品精度：塑件的尺寸精度是指所获得的塑件尺寸与产品图中尺寸的符合程度。影响制品精度的因素很多，如模具制造精度及其使用后的磨损程度，塑料的收缩率的波动，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。一般在生产过程中，为了降低模具的加工难度和模具的生产成本，在满足塑料使用要求的前提下将尽可能地把制品尺寸精度设计地低一些。根据我国目前塑件的成型水平，塑件的尺寸公差可依据GB/T14486-1993塑料制件公差数值标准确定。该标准将塑件分成7个等级，每种塑料可选其中两个等级，即高精度、一般精度。MT1级精度要求较高，一般不用。该标
7、准只规定了公差值，基本尺寸的上下偏差可根据塑料制品的配合性质来分配。对孔类尺寸数值冠以（+）；对于轴类尺寸数值冠以（-）；对于中心距尺寸及其他位置尺寸可取表中数值之半冠以（）号。 洗发水瓶盖的精度要求不高。在本设计中根据表可查得：塑件的工作条件对精度要求较高，根据LDPE的性能可选择其塑件的精度等级为6级精度（查阅塑料成型工艺与模具设计P67表3-9）。塑件图如下所示：图1 塑件图1.2.3 制品表面质量制品表面质量包括表面粗糙度和外观质量等。制品的外观要求越高，表面粗糙度值应越低。在成型工艺上尽可能的避免冷疤、云纹等缺陷，同时提高模具的型腔表面的粗糙度。一般模具的表面粗糙度要比制品的要求低1
8、2级。不同的成型方法及不同的塑料材料所能达到不同的表面粗糙。聚乙烯采用注射成型能达到的表面粗糙度为：0.16.31.2.4 脱模斜度由于制品冷却后产生收缩时会紧紧包在凸模上，或由于黏附作用而紧贴在型腔内。为了便于脱模，防止制品表面在凸模时划伤、擦毛等，在制品设计是应考虑其表面具有合理的脱模斜度。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。一般情况下，脱模斜度不包括在塑件公差范围内。根据要求及手册查找本设计脱模斜度为：型腔：2545，型心：2045。1.2.5 壁厚 塑料制件规定它的最小壁厚值，它随塑件大小不同而异。塑件过厚不但造成原料浪费，而且对热塑性塑料增加了
9、冷却时间，降低了生产率，另外也影响了产品的质量，如产生气泡、缩孔、凹陷等缺陷。制品壁厚一般在16mm.大型塑件的壁后可达8mm。同一塑件的壁厚应尽可能一致，否则因冷却或固化的速度不同产生附加内应力，使塑件产生翘曲、缩孔、裂纹甚至开裂。 热塑性塑料易于成型薄壁塑件，最小壁厚达到0.25mm，但一般不宜小于0.60.9mm，常取24mm。在本设计中，采用聚乙烯， 聚乙烯最小壁厚及推荐值如下：最小壁厚为0.6mm,小型塑件推荐壁厚1.25mm,中型塑件推荐壁厚1.6mm,大型塑件推荐壁厚2.43.2mm.本设计壁厚取0.7mm。1.2.6 圆角在塑料制品设计中，制品的转角处应尽可能采用圆弧过渡，能使
10、其成型时流动性能好成型顺利进行。因为带有尖角的塑件，往往会在尖角处产生应力集中，在受力或受冲击振动时会发生破裂，甚至在脱模过程由于成型内应力而开裂，特别是塑件的内角处。圆角半径和厚度与应力的关系如下：当R/T0.8时，很少出现应力集中。R-圆角半径，T-厚度。由上面关系得出：R0.8T。 本设计中T=0.7mm，则R0.56mm。取R=1mm对于塑件的某些部位，在成型必须处于分型 面、型芯与型腔配合处等位置时，则不便制成圆角，而采用尖角。 1.2.7 螺纹设计塑件零件上的螺纹可以在成型时直接成型，也可以用后加工的办法机械加工成型。在本设计中采用的时直接成型的方式。塑件零件成型螺纹的精度要求不能
11、过高，一般低于3级。塑料零件螺纹的机械强度一般仅相当于金属件螺纹的1/51/10倍。成型过程中螺距易发生变化，因此，一般塑件螺纹的螺距不小于0.7mm，注塑成型的螺纹直径不小于2mm。如果模具的螺纹螺距末未加上收缩值，则塑料螺纹与金属螺纹的配合就不应该太长，一般是螺纹直径的1.5倍，否则会因收缩引起塑件上螺距小于与之相旋合的金属螺纹的螺距，造成连接时塑件上的螺纹的损坏及连接强度的降低。本设计中塑件的螺纹为锯齿螺纹，螺距为8mm。长度小于螺纹的直径长度，因此不用考虑螺纹螺距的收缩率。1.3 注射成型工艺性分析1.3.1 注射成型工艺过程完整的注射成型工艺过程，按其先后顺序应包括：成型前的准备、注
12、射过程、塑件的后处理等。（1）成型前的准备 为使注射成型过程能顺利进行塑料制件的质量，在成型前应做一些必要的准备工作。包括原料的检验和预处理：在成型前应对原料进行外观（如色泽、颗粒大小、均匀度）及工艺性能（如流动性、热稳定性、收缩性、水分含量等）的检验。对于易潮的塑料，成型前必须进行干燥处理，避免产生斑纹、气泡和银丝等缺陷。一般来说，干燥的温度不宜过高，干燥时间不宜过长。当温度超过玻璃化温度的时间过长时，会使塑料结块，对于热稳性差的塑料，还会导致变色，降解。料筒清洗：在初用某种塑料或某一注射机之前，或在生产中，当需要改换产品或颜色时，都要在成型前对料筒进行清洗和拆换。带有嵌件塑料制件的嵌件预热
13、及对脱模困难的塑料制件的脱模剂选用。近年来，生产中流行使用雾化脱模剂。（2）注射过程 注射过程包括加料、塑化、注射、冷却和脱模几个步骤。但实质上只有在料筒中的塑化与在注射过程中的流动两个过程。所谓塑化即塑料熔融，是指塑料在料筒中经加热到黏流状态并具有良好的可塑性的全过程。所谓流动是指塑料熔体在注射进入模具型腔后的流动。该流动情况可分为充型，保压、倒流、和浇口冻结后的冷却四个阶段。（3）塑件的后处理 塑料在成型过程中，由于塑化不均匀或由于塑料在型腔中的结晶、定向以及冷却不均匀而造成塑件各部分收缩不一致，或因其他原因使塑件内部不可避免地存在一些内应力而导致在使用过程中变形或开裂。因此，应该设法消除
14、掉。消除的方法有退火处理和调湿处理。退火处理主要在烘箱或液体介质（如热水、矿物油等）中进行。调湿处理主要用于尼龙类塑料制品。并非所有的塑件都一定要经后处理，有些高分子本身柔性较大且玻璃化温度低，其内应力可以自行缓慢消除。此外当塑件要求不严格时，也可以不必后处理。如聚甲醛。1.3.2 注射成型工艺条件 注射成型工艺的核心问题，就是采用一切措施以得到塑化良好的塑料熔体，并把他注射到型腔中去，在控制条件下冷却定型，使塑件达到所要求的质量。影响注射成型工艺的重要参数是塑化流动和冷却的温度、压力以及相应的各个作用时间。温度： 注射成型过程中需控制的温度有料筒温度、喷嘴温度和模具温度等。前两种温度主要影响
15、塑料的塑化和流动；而后一种温度主要是影响塑料的流动和冷却。料筒的温度分布遵循前高后低的原则，当塑料较湿时也可提高后端温度。由于螺杆式注射机中的塑料受到螺杆剪切摩擦生热而有利于塑化，可将料筒前端温度稍低于中段，以防塑料发生过热分解。喷嘴温度控制在稍低于料筒的最高温度，即大致与料筒中端温度相同。模具的温度主要通过通入定温的冷却介质来控制，也有靠熔体入模后的自然升温和自然散热达到热平衡而保持一定模温。对于结晶型的塑料，模具温度直接影响制品的结晶度和结晶构型，可以采用较高的模具温度；对于非结晶型的塑料，当熔融黏度较低或中等时，模具温度常偏低，对于熔融黏度偏高的非结晶型塑料，则必须采用较高的模温；当所需模温80时，应设置加热装置
