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1、第第6 6章章 非金属材料成形非金属材料成形 ( (高分子材料、陶瓷高分子材料、陶瓷) )塑料塑料：以以高聚物高聚物为主要成分，在加工的某阶段可流动成形为主要成分，在加工的某阶段可流动成形1 1）按用途分类）按用途分类高分子材料相对分子量很大，每个大分子都是由一种或几种低分子化合高分子材料相对分子量很大，每个大分子都是由一种或几种低分子化合物（称为物（称为单体单体）重复连接（）重复连接（聚合聚合）而成，又称为）而成，又称为聚合物聚合物或或高聚物高聚物。 通用塑料通用塑料： 聚乙烯、聚氯乙烯聚乙烯、聚氯乙烯 特点特点：力学性能和使用温度较低：力学性能和使用温度较低 应用应用：日常生活用品、包装材
2、料日常生活用品、包装材料 工程塑料工程塑料： 聚酰胺（尼龙）、聚甲醛、环氧树脂等聚酰胺（尼龙）、聚甲醛、环氧树脂等 特点特点：力学性能和使用温度较高，但价格较高：力学性能和使用温度较高，但价格较高 应用应用：制造机械零件和工程构件制造机械零件和工程构件。高分子材料高分子材料人工合成：塑料、合成橡胶人工合成：塑料、合成橡胶 天然：松香、蚕丝蛋白质、天然橡胶天然：松香、蚕丝蛋白质、天然橡胶 热固性塑料热固性塑料：环氧树脂、酚醛塑料、氨基塑料环氧树脂、酚醛塑料、氨基塑料 加热和通过其它方法，例如辐射、催化等固化时，能变成基本不加热和通过其它方法，例如辐射、催化等固化时，能变成基本不溶、不熔的产物。溶
3、、不熔的产物。 有较高的耐热性，受压时亦不易变形，但力学性能较差有较高的耐热性，受压时亦不易变形，但力学性能较差。2 2）按受热时的性能分类）按受热时的性能分类热塑性塑料热塑性塑料：聚乙烯、聚酰胺、聚四氟乙烯聚乙烯、聚酰胺、聚四氟乙烯 在塑料整个特征温度范围内，能在塑料整个特征温度范围内，能反复加热软化和冷却硬化反复加热软化和冷却硬化，且在软化状态通过流动能且在软化状态通过流动能反复模塑反复模塑为制品。为制品。 力学性能较好，加工成形方便，但耐热性较差。力学性能较好，加工成形方便，但耐热性较差。6.1 6.1 高分子材料成形基础高分子材料成形基础成形特点成形特点：工艺简单，材料损耗少，能耗低，
4、生产效率高，工艺简单，材料损耗少，能耗低，生产效率高，且可方便地进行切削加工、焊接、胶接等二次加工且可方便地进行切削加工、焊接、胶接等二次加工 6.1.1 6.1.1 聚合物的链状结构聚合物的链状结构6.1.2 聚合物的力学状态聚合物的力学状态玻璃态、高弹态和粘流态玻璃态、高弹态和粘流态等三种等三种6.1.3 聚合物粘流态的主要特征聚合物粘流态的主要特征 流动单元是链段；粘度大、流动困难；流动中伴随有高弹形变流动单元是链段；粘度大、流动困难；流动中伴随有高弹形变 6.1.4 聚合物的成形性能聚合物的成形性能 流动性、聚合物的收缩性、熔体弹性流动性、聚合物的收缩性、熔体弹性 线型、支链型高分子线
5、型、支链型高分子：热塑性聚合物，溶解、受热软化或熔融热塑性聚合物，溶解、受热软化或熔融 网状高分子：网状高分子：热固性聚合物，不能溶解、受热软化或熔融热固性聚合物，不能溶解、受热软化或熔融 6.2 6.2 塑料成形塑料成形 6.2.1 物料物料 聚合物聚合物 塑料的主要成分，决定了塑料的基本性能塑料的主要成分，决定了塑料的基本性能添加剂添加剂 增塑剂增塑剂 提高提高加工性、柔韧性加工性、柔韧性和和延展性延展性 邻苯二甲酯、磷酸酯和氯化石蜡邻苯二甲酯、磷酸酯和氯化石蜡 交联剂交联剂 提高制品的提高制品的强度强度和和耐热耐磨性能耐热耐磨性能 有机过氧化物：双苯、过氧化异丙苯有机过氧化物：双苯、过氧
6、化异丙苯填料填料 改善改善强度、耐久性、工作性能或其它强度、耐久性、工作性能或其它 性能性能或或降低成本的相对惰性降低成本的相对惰性的固体材的固体材 料碳酸钙、陶土、滑石粉和炭黑料碳酸钙、陶土、滑石粉和炭黑 6.2.2 塑料成形工艺过程塑料成形工艺过程 (1) (1) 原料准备原料准备：筛、干燥筛、干燥等预处理，按配比称量等预处理，按配比称量1.1.物料配制物料配制 (4)(4)粉碎或切粒：粉碎或切粒：粉碎或切成粒状，便于机械化输送和加料粉碎或切成粒状，便于机械化输送和加料(3) (3) 塑炼：塑炼：在在熔融状态熔融状态下进一步下进一步混合渗透混合渗透并并去除水分去除水分和和挥发物挥发物(2)
7、 (2) 配混料配混料：聚合物聚合物、增塑剂、填料、催化剂、着色剂增塑剂、填料、催化剂、着色剂图图6-7 密闭式塑炼机工作原理密闭式塑炼机工作原理图图6-8 切碎机结构切碎机结构11固定刀固定刀 2 2料斗料斗 3 3叶刀叶刀44外壳外壳 5 5转子转子11底座底座 2 2密炼室密炼室 3 3转子转子 4 4加料斗加料斗55上顶栓上顶栓 6 6下顶栓下顶栓 (1)(1)挤出成形挤出成形：塑料塑料通过模孔挤出通过模孔挤出，变成连续成形制品，变成连续成形制品 特点：特点：生产效率高生产效率高 工艺适应性强工艺适应性强 设备结构简单设备结构简单 制品断面形状较简制品断面形状较简 单且精度较低单且精度
8、较低应用：应用：各类各类热塑性塑料和热塑性塑料和 部分热固性塑料部分热固性塑料应用应用： 连续材料：连续材料：管材、板材、管材、板材、 薄膜和中空制品薄膜和中空制品 物料的物料的塑炼和着色塑炼和着色单螺杆挤出机示意图单螺杆挤出机示意图11机头口模机头口模 2 2螺杆螺杆 3 3加热器加热器 44料斗料斗 5 5冷却水夹套冷却水夹套 6 6传动装置传动装置 7 7电动机电动机 2 2塑料成形方法塑料成形方法(2) (2) 注塑成形注塑成形：在在加压加压下，将物料由加热筒注入下，将物料由加热筒注入闭合模具型闭合模具型 腔腔的模塑方法的模塑方法螺杆式注射机示意图螺杆式注射机示意图11注射油缸注射油缸
9、 2 2料斗料斗 3 3螺杆螺杆 4 4加热器加热器 5 5喷嘴喷嘴 6 6定模固定板定模固定板 7 7模具模具 8 8拉杆拉杆 9 9动模固定板动模固定板 10 10合模机构合模机构 11 11合模油缸合模油缸 应用：应用：所有品种的所有品种的热塑性塑料和部分热固性塑料热塑性塑料和部分热固性塑料。 制品外形制品外形可较复杂、精度和生产效率较高可较复杂、精度和生产效率较高 (3) (3) 压塑成形压塑成形：模塑件在模塑件在模具模具 型腔型腔中，中，加压加压且通常需且通常需 要要加热的成形方法加热的成形方法应用应用： 几乎所有热固性塑料几乎所有热固性塑料模具结构简单，制品性模具结构简单，制品性能
10、较均匀，并可成形能较均匀，并可成形流动流动性很差的物料及大面积的性很差的物料及大面积的薄壁薄壁制品。制品。 生产效率低、劳动强度大，生产效率低、劳动强度大，制品精度难以控制且模具易于制品精度难以控制且模具易于磨损磨损, ,能耗较大。能耗较大。压塑成形工艺过程压塑成形工艺过程a) a) 加料入模加料入模 b) b) 压塑成形压塑成形 c) c) 顶出脱模顶出脱模11自动加料装置自动加料装置 2 2料斗料斗33上模板上模板 4 4阳模阳模 5 5阴模阴模 66下模板下模板 7 7顶出杆顶出杆 8 8制件制件(4) (4) 压延成形压延成形 使使加热塑化加热塑化的物料通过一系列相向的物料通过一系列相
11、向旋转的辊筒旋转的辊筒之间，之间，受受挤压和延展挤压和延展作用成为平面状连续材料的成形方法。作用成为平面状连续材料的成形方法。特点：特点：生产效率高、产品生产效率高、产品 质量好，可直接制质量好，可直接制 出各种花纹和图案。出各种花纹和图案。 设备庞杂、维修复杂，设备庞杂、维修复杂，制品宽度受限制。制品宽度受限制。应用：应用：各类热塑性塑料，各类热塑性塑料，薄膜、片材和人造革薄膜、片材和人造革11机座机座 2 2传动装置传动装置 3 3辊筒辊筒44辊距调节装置辊距调节装置 5 5机架机架(5) (5) 其它成形方法其它成形方法 1 1）注坯吹塑成形）注坯吹塑成形 2 2）反应注塑成形）反应注塑
12、成形 用于各类用于各类热塑性塑料的瓶体热塑性塑料的瓶体生产生产 用用于于薄薄壁壁和和大大型型件件的的成成形形，如如浴盆、家具、座椅浴盆、家具、座椅等。等。a)a)注射成形注射成形 b) b) 吹塑成形吹塑成形 c) c) 制品脱模制品脱模b)b)11型坯型坯 22芯模芯模 33吹塑模吹塑模 44注塑模注塑模 55制品制品 11加压泵加压泵 2 2热交换器热交换器 3 3原料罐原料罐 4 4氮气瓶氮气瓶 5 5混合室混合室 3 3塑料的二次加工塑料的二次加工 进一步提高制品的精度、表面质量和使用性能；单件进一步提高制品的精度、表面质量和使用性能；单件小批生产时，还有利于节省制模费用小批生产时，还
13、有利于节省制模费用(1) (1) 机械加工机械加工 夹紧力和切削力不宜过大，刀具刃口应保持锋锐夹紧力和切削力不宜过大，刀具刃口应保持锋锐 (2) (2) 连接加工连接加工 焊接焊接生产效率高、但只适用于同类热塑性塑料生产效率高、但只适用于同类热塑性塑料 胶接胶接既可连接加工，也可修补残缺件，在塑料与其它材既可连接加工，也可修补残缺件，在塑料与其它材料的连接上正逐步取代机械连接料的连接上正逐步取代机械连接( (3) 3) 修饰加工修饰加工 对表层对表层修整修整和和装饰装饰，提高精度和表面质量，提高精度和表面质量6.2.3 塑料零件结构的工艺性塑料零件结构的工艺性 选选用用成成形形性性能能较较好好
14、且且价价廉廉的的聚聚合合物物，制制品品的的形形状状、结结构构应应力力求求简单，精度和表面质量要求也不应过高简单，精度和表面质量要求也不应过高(1) (1) 壁厚应适当和均匀壁厚应适当和均匀： 通常取通常取1 16mm6mm (2)(2)应避免肋板交叉，以免局部过厚而出现缩孔和气泡应避免肋板交叉，以免局部过厚而出现缩孔和气泡 (3)(3)宽底容器的底部应设计成拱形面宽底容器的底部应设计成拱形面 (4)(4)内孔形状应利于抽出型芯内孔形状应利于抽出型芯 (5)(5)与脱模方向平行的内、外表面应具有结构斜度，以与脱模方向平行的内、外表面应具有结构斜度，以 利于脱模和抽芯利于脱模和抽芯 (6) (6) 侧孔轴线应与脱模方向一致，以简化模具和便于侧孔轴线应与脱模方向一致，以简化模具和便于 抽出型芯抽出型芯本章小结本章小结 塑料按用途可分为：通用塑料和工程塑料；塑料按用途可分为：通用塑料和工程塑料； 按受热时的性能可分为：按受热时的性能可分为：热塑性塑料热塑性塑料和和热固性塑料热固性塑料；塑料成形方法：塑料成形方法： 挤出、注塑、压塑、压延、挤出、注塑、压塑、压延、注坯吹塑、反应注塑注坯吹塑、反应注塑 塑料零件结构的工艺性：错误的图会改正塑料零件结构的工艺性：错误的图会改正
