塑料成型工藝設(shè)計.ppt

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1、任務(wù)一 選擇與分析塑料原料,項目二 塑料成型工藝設(shè)計,一、 項目引入,某企業(yè)大批量生產(chǎn)塑料燈座,要求燈座具有足夠的強度和耐磨性能,外表面無瑕疵、美觀、性能可靠,要求設(shè)計一套成型該塑件的模具。通過本項目,完成對塑件材料的選擇及對材料使用性能和成型工藝性能的分析。,,圖1-1 燈座二維圖形,,圖1-2 燈座三維圖形,二、相關(guān)知識,塑料是指以樹脂為主要成份、加入添加劑,在一定溫度和壓力下具有塑性和流動性,可被模塑制成一定形狀,且在一定條件下保持形狀不變的材料。 組成:聚合物合成樹脂(高分子有機物、簡稱高聚物,40 100%)和添加劑,天然樹脂:橡膠、松香、蟲膠、瀝青等 1)樹脂 合成樹脂 :

2、PE、PVC、PP、PC、ABS、PA、PF等(P13頁),聚合反應(yīng)、縮聚反應(yīng),,2)添加劑(輔助材料) 填充劑即填料(增量、改性)、穩(wěn)定劑(防降解)、增塑劑(塑性、柔性、流動性)、潤滑劑(防粘模、改善流動性和表面光澤)、著色劑(裝飾美觀)、發(fā)泡劑、增強材料。,,1. 塑料的組成,,,圖1-3 塑料原料,(一) 塑料的組成及性能,2塑料的通用性能,(一) 塑料的組成及性能,(1) 塑料的優(yōu)良性能 1)密度小,重量輕,比強度和比剛度高 2)多種優(yōu)良的機械性能 3)耐化學作用好 4)電絕緣、絕熱、隔聲性能好 5)成型和著色能力好 6)加工性能好 7)自潤滑性好 (2)塑料的不足性能

3、 1)機械強度低、2)尺寸精度低、3)耐熱溫度低 另外,高溫下容易降解和老化;導熱性能較差;吸濕性大,容易發(fā)生水解老化;使用壽命短。,,,1高聚物的結(jié)構(gòu)特點,(二)高聚物的結(jié)構(gòu),,,單個高分子結(jié)構(gòu),線型 支鏈型 網(wǎng)狀,2聚合物分子鏈的聚集狀態(tài),(二)高聚物的結(jié)構(gòu),,,結(jié)晶型塑料 非結(jié)晶型塑料(線性無定型),,結(jié)構(gòu),結(jié)晶造成分子的緊密聚集狀態(tài),增強了分子間的作用力,使聚合物的抗拉強度、硬度、熔點、耐熱性和耐化學性提高;彈性模量、伸長率和沖擊強度則降低,表面粗糙度值增大,而且還會導致塑件的透明度降低甚至喪失。,1. 按塑料的成型性能分類,(三)塑料的分類,,,(1) 熱塑性

4、塑料 呈線型分子鏈或支鏈型結(jié)構(gòu) 受熱變軟或熔化,成為可流動性的穩(wěn)定黏性液體,在此狀態(tài)具有可塑性;冷卻后保持既得的形狀;再加熱,又可變軟并可制成另一形狀。 可逆的 如:聚乙烯PE、聚丙烯PP、聚氯乙烯PVC、有機玻璃(聚甲基丙烯酸甲脂)PMMA、 尼龍(聚酰胺)PA (2) 熱固性塑料 網(wǎng)狀分子鏈結(jié)構(gòu),固化后: 不可逆. 電木(酚醛樹脂PF)、環(huán)氧樹脂 EP 課本P9表1-1 常用塑料名稱/代號,2. 按塑料的應(yīng)用范圍分類,(三)塑料的分類,,,(2)按用途 1) 通用塑料:指產(chǎn)量大,用途廣。價格低廉的一類塑料。如:聚乙烯,聚丙烯,聚氯乙烯,聚苯乙烯,醛酚塑料,氨基塑料6大類

5、,占塑料產(chǎn)量的80% 2)工程塑料:指具有較高的機械性能、良好的耐磨性、耐腐蝕性、自潤滑性及尺寸穩(wěn)定性,可替代金屬而作某些機械構(gòu)件,如:聚酰胺PA,聚甲醛POM,ABS 3)特種塑料:環(huán)氧樹脂、光敏塑料、導磁塑料、耐高溫塑料等。 (3)按聚集狀態(tài) 結(jié)晶型塑料和非結(jié)晶型塑料(線性無定性型塑料) 結(jié)晶度,高聚物形變溫度曲線,(四)聚合物的熱力學性能和成型加工適應(yīng)性,聚合物在恒定壓力下,隨著加工溫度的變化,存在三種狀態(tài):,Tg: 玻璃化溫度,Tf: 粘流化溫度,Tb :稱脆化溫度,Td: 熱分解溫度,常溫下玻璃態(tài)的典型材料:有機玻璃、聚乙烯; 常溫下高彈態(tài)的典型材料:橡膠; 常溫下粘流態(tài)的典型材料

6、:環(huán)氧樹脂(如膠黏劑等)。,(四)聚合物的熱力學性能和成型加工適應(yīng)性,圖1-6 聚合物的溫度、力學狀態(tài)及成型加工適應(yīng)性1線形無定形 2結(jié)晶型,1黏度與剪切稀化效應(yīng),(五)聚合物的黏性流動,流體在管內(nèi)一般有兩種流動狀態(tài):層流和湍流,(1)牛頓流體(低分子物質(zhì)及少部分聚合物如PC、PA等): 低分子流體,剪切力與剪切速率間存在線性關(guān)系 牛頓流體的流變方程式為 : 切應(yīng)力,單位Pa 剪切速率:單位時間的切應(yīng)變,一般稱為剪切速率,s-1, 比例常數(shù)(黏度),也稱牛頓黏度,反應(yīng)了牛頓流體抵抗外力引起流動變形的能力, Pas,1黏度與剪切稀化效應(yīng),(五)聚合物的黏性流動,(2 )非牛頓流體(大部

7、分聚合物): 流變方程式為 :, 非牛頓流體的表觀黏度。非常數(shù),為變量 表征: 在外力的作用下抵抗剪切變形的能力。 與流體本身和溫度以及剪切速率有關(guān) n 與聚合物和溫度有關(guān)的常數(shù),可以反映聚合物熔體偏離牛頓流體性質(zhì)的程度。 K 與聚合物和溫度有關(guān)的常數(shù),反映聚合物熔體的粘稠性,稱為黏度系數(shù)。,1黏度與剪切稀化效應(yīng),(五)聚合物的黏性流動,在注射成型中,除了熱固性聚合物和少數(shù)熱塑性聚合物外,大多數(shù)聚合物熔體均有近似假塑性液體流變學的性質(zhì)。 注塑成型中近似具有假塑性流體性質(zhì)的高聚物有聚乙烯、聚氯乙烯、聚甲基丙烯酸甲脂、聚丙烯、ABS、聚苯乙烯等,不同類型流體的流變曲線 1 膨脹性流體; 2 牛

8、頓流體; 3 假塑性流體,剪切變稀,(3) 假塑性液體的流變學性質(zhì),3聚合物熔體在模內(nèi)的流動現(xiàn)象,(五)聚合物的黏性流動,, 入口效應(yīng):聚合物熔體在管道入口端因出現(xiàn)收斂流動,消耗能量突增,使壓力降突然增大的現(xiàn)象。, 離模膨脹效應(yīng):聚合物熔體流出流道或者澆口時,熔體發(fā)生體積膨脹的現(xiàn)象。其實質(zhì)是一種由彈性回復而引起的失穩(wěn)流動。,圖1-8 聚合物熔體在管道入口區(qū)和出口區(qū)的流動,(1)端末效應(yīng),3聚合物熔體在模內(nèi)的流動現(xiàn)象,(五)聚合物的黏性流動,,圖1-9 聚合物失穩(wěn)流動時的 熔體概貌(PMMA 170),(2)失穩(wěn)流動和熔體破裂, 失穩(wěn)流動:假塑性聚合物熔體在極高的剪切作用下,大分子鏈會被拉直,繼

9、續(xù)變形就會呈現(xiàn)很大的彈性性質(zhì),熔體將陷入彈性紊亂狀況,各點流速將相互干擾,這種現(xiàn)象稱為失穩(wěn)流動。, 熔體破裂:聚合物熔體在失穩(wěn)狀態(tài)下通過模內(nèi)流道后,將變得粗細不均、沒有光澤,表現(xiàn)出粗糙的鯊魚皮狀。 此時,如繼續(xù)增大剪切力,熔體將呈波浪、足片形等,更嚴重時,斷裂成碎塊,這種現(xiàn)象稱為熔體破裂。,3聚合物熔體在模內(nèi)的流動現(xiàn)象,(五)聚合物的黏性流動,圖1-11 熔體充模速度不同時的表現(xiàn),(3)聚合物熔體的充模流動,澆口截面高度與型腔厚度相差很大時,容易噴射,熔體高速充模,受離模膨脹影響,易 形成蛇形流,表面粗糙,甚至破裂。 b. 澆口截面高度與型腔厚度相差不太大時,中速充模,熔體平穩(wěn)擴展。 c. 澆

10、口截面高度與型腔厚度相差接近時,當制件厚度很小時出現(xiàn)這種情況,熔體一般不會發(fā) 生噴射,充模更平穩(wěn)。,澆口截面高度與型腔厚度對充模流動的影響,3聚合物熔體在模內(nèi)的流動現(xiàn)象,(五)聚合物的黏性流動,圖1-12 聚合物熔體繞不同斷面形狀障礙物時的速度變化與流動情況,(3)聚合物熔體的充模流動, 熔接痕,熔接痕處往往是塑件強度最弱的地方。 設(shè)計澆口尺寸和選擇澆口位置時,應(yīng)綜合考慮模腔內(nèi)型芯結(jié)構(gòu)、鑲件安放等,避免出現(xiàn)料流分流、熔體噴射和蛇形流引起的熔合縫。,兩股料流的結(jié)合處產(chǎn)生熔接痕,1熱塑性塑料的工藝特性,(六)塑料的工藝特性,,,1)影響收縮的基本因素是: (1)塑料種類:不同塑料收縮率不同,詳見

11、課本P31表2-3 (2)塑料制品結(jié)構(gòu):制品結(jié)構(gòu)復雜、壁薄、嵌件多且均勻分布的,則收縮率小。如塑料加強筋 (3)模具結(jié)構(gòu):澆口的型式、尺寸及位置(注射模塑與傳遞模塑)熱收縮 (4)成型工藝:有預(yù)熱,成型溫度不高,成型壓力較大,保壓時間較長 的,收縮率較小。,,(1)收縮性 塑料的膨脹系數(shù)比鋼大,塑料件冷卻收縮比模具大,1熱塑性塑料的工藝特性,(六)塑料的工藝特性,,,實際收縮率 2)收縮率 計算收縮率 a----成型溫度下塑料尺寸 b ----室溫下塑件尺寸 c -----室溫下模具尺寸 在普通中小模具成型零件尺寸計算時,計算收縮率和實

12、際收縮率相差很小。常用計算收縮率; 在大型、精密模具成型零件尺寸計算時常用實際收縮率 。 注意: **收縮率是一個范圍值(查手冊可得Sman Smin),設(shè)計時收縮率一般取平均值,但精確確定收縮率需反復實驗求其平均值。,,1熱塑性塑料的工藝特性,(六)塑料的工藝特性,(2)流動性 指在成型過程中,塑料熔體在一定的溫度與壓力下充填模腔的能力。 線性分子結(jié)構(gòu)的聚合物流動性好。 塑料流動性的好壞,很大程度上影響成型工藝參數(shù)及模具結(jié)構(gòu)。 料溫高、注射壓力大,流動性好。 各種塑料流動好壞常分三類,見課本P33(P22) (3)相容性 相容性又稱共混性,指兩種或兩種以上不同品種塑料,在熔融狀態(tài)下不產(chǎn)生相

13、分離現(xiàn)象的能力。 分子結(jié)構(gòu)相似者相容性好,常用熱塑性塑料的流動性:(書P24表2.2) 流動性好: 尼龍PA、聚乙烯PE、聚苯乙烯PS、聚丙烯PP、醋酸纖維素CA。 流動性中等: ABS、有機玻璃PMMA、聚甲醛POM、氯化聚醚CPT。 流動性差 : 聚碳酸酯PC、硬聚氯乙烯、聚苯醚PPO、聚砜PSU、氟塑料。,吸濕性 :表明塑料對水分的敏感程度 具有吸濕或粘附水分傾向的塑料:PA、PC、PSU、ABS等; 既不吸濕也不易粘附水分的塑料,如PE、PP、POM等。 注: 凡是具有吸濕或粘附水分傾向的塑料,如成型前水分未去除,則在成型過程中由于水分在成型設(shè)備的高溫料筒中變?yōu)闅怏w并促使

14、塑料發(fā)生水解,成型后塑料出現(xiàn)氣泡、銀絲等缺陷。因此,對吸濕性和粘附水分傾向大的塑料,在成型之前應(yīng)進行干燥,使水分控制在0.50 .2%以下,1熱塑性塑料的工藝特性,(六)塑料的工藝特性,(4)吸濕性 吸濕性是指塑料對水分的親疏程度。親疏性好壞分兩種,見課本P33(P23) 塑料在加工成型前,一般都要經(jīng)過干燥,使水分含量在0.2%以下。 (5)取向性 在應(yīng)力作用下,聚合物分子鏈或纖維填料隨著應(yīng)力(流動)方向作平行排列的現(xiàn)象。取向會使塑料產(chǎn)生明顯的各向異性,易使塑料翹曲變形,甚至在垂直取向方向上產(chǎn)生裂紋。但塑件鉸鏈結(jié)構(gòu)有效使用了取向性能。 (6)降解和熱敏性 降解指聚合物在某些特定條件下發(fā)生的大分

15、子鏈斷裂及分子質(zhì)量降低的現(xiàn)象,主有熱降解、水降解、氧化降解等,輕度降解使塑料變色,進一步降解使塑料制品出現(xiàn)氣泡、流紋,甚至焦化變黑。 熱敏性指塑料在高溫下受熱時間長、澆口截面過小或者剪切作用力過大,塑料制品變色、降解、分解的傾向。,熱敏性:某些熱穩(wěn)定性差的塑料,在料溫高和受熱時間長的情況下就會產(chǎn)生降解、分解、變色的特性。 熱敏性塑料: 硬聚氯乙烯、聚偏氯乙烯、醋酸乙烯共聚物、聚三氟氯乙烯(PCTFE)、聚甲醛(POM)等。 解決方法: 添加抗熱敏的熱穩(wěn)定劑; 注射機筒內(nèi)壁、流道和模腔表壁鍍鉻(避免過大摩擦熱) 生產(chǎn)時嚴格控制成型工藝條件,2熱固性塑料的工藝特性,(六)塑料的工藝特性,(1)

16、收縮性,同熱塑性塑料的收縮性,1)定義: 2)測定值: 衡量熱固性塑料流動性的指標通常用拉西格流動性表示。,(2) 流動性,每一品種的塑料分為三個不同等級的流動性 流動性較差(2580mm),適用于壓制無嵌件、形狀簡單、厚度一般的塑 件; 流動性中等(81131mm),用于壓制中等復雜程度的塑件; 流動性好(131180mm),可用于壓制結(jié)構(gòu)復雜、型腔很深、嵌件較多的薄壁塑 件,或用于壓注成型。200mm以上,注射成型。,2熱固性塑料的工藝特性,(六)塑料的工藝特性,(1)收縮性,同熱塑性塑料的收縮性,1)定義: 2)測定值: 衡量熱固性塑料流動性的指標

17、通常用拉西格流動性表示。,(2) 流動性,每一品種的塑料分為三個不同等級的流動性 流動性較差(2580mm),適用于壓制無嵌件、形狀簡單、厚度一般的塑 件; 流動性中等(81131mm),用于壓制中等復雜程度的塑件; 流動性好(131180mm),可用于壓制結(jié)構(gòu)復雜、型腔很深、嵌件較多的薄壁塑 件,或用于壓注成型。200mm以上,注射成型。,2熱固性塑料的工藝特性,(六)塑料的工藝特性,(3)比體積與壓縮率 1) 定義:比體積(比容)是單位質(zhì)(重)量塑料所占的體積; 壓縮率是塑料的體積與塑料制品體積之比,其值恒大于1。 2)功用:比體積和壓縮率都表示了各種塑

18、料的松散程度,它們都可以作為確定加料腔大小的依據(jù);比體積和壓縮率大,內(nèi)部充氣多,成型時排氣困難,成型周期長,生產(chǎn)率低。 (4)水分和揮發(fā)物的含量 1)來源: 2)作用 3)相應(yīng)措施: 成型前預(yù)熱干燥;模具中開排氣槽或壓制操作時設(shè)排氣工步;模具表面鍍鉻是防止腐蝕。,(5)交聯(lián)與硬化速度(固化特征),硬化是指塑料成型時完成交聯(lián)反應(yīng)的過程。 硬化速度通常以塑料試樣硬化每1mm厚度所需的秒數(shù)來表示 此值越小,硬化速度越快,三、項目實施,燈座為電器類零件,需大批量生產(chǎn),通過查P28表2-1(1-4)及表(1-5)對多種塑料的性能與應(yīng)用進行綜合比較,材料品種可選擇聚碳酸酯(PC)。,(一)

19、選擇制件材料,(二)分析制件材料使用性能,PC屬熱塑性非結(jié)晶型塑料,為無色透明粒料,密度為1.021.05g/cm3. PC是一種性能優(yōu)良的熱塑性工程塑料,韌而剛,抗沖擊性在熱塑性塑料中名列前茅。成型零件可達到很好的尺寸精度并在很寬的溫度范圍內(nèi)保持其尺寸穩(wěn)定性;成型收縮率穩(wěn)定在0.5%0.8%;抗蠕變、耐熱、耐磨、耐寒;PC吸水率較低,能在較寬的范圍內(nèi)保持良好的電性能。 其缺點是耐疲勞性能較差,成型后制件的內(nèi)應(yīng)力較大,容易開裂;不耐堿、酮等溶劑;水敏性強(含水量不得超過0.2%),且吸水后會降解。用玻璃纖維可以克服以上缺點,使聚碳酸酯具有更好的力學性能和尺寸穩(wěn)定性以及更小的成型收縮率,并可提高耐熱性,降低成本。,(三)分析塑料工藝性能,三、項目實施,PC性能特點歸類得表2-5,P39,燈座制件為日常生活用品,要求具有一定的強度和耐磨性能,中等精度,外表面無瑕疵、美觀、性能可靠。采用PC材料,產(chǎn)品的使用性能基本能滿足要求,但在成型時,要注意選擇合理的成型工藝,對原料充分干燥,采用較高的溫度和壓力。,(四)結(jié)論,

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