材料成型工藝基礎非金屬材料成形電子教案

1、第五章 非金屬材料成型第一節(jié) 塑料成型一、塑料及其特性1、 塑料=以合成樹脂為主要成分（60%-80%）+某些輔助添 加劑組成的具有塑性的材料塑料的性能特點: 塑料的性能取決于合成樹脂的性能。因此具有：質(zhì)量輕、比強度高、耐腐蝕、化學穩(wěn)定性高、優(yōu)良的電絕緣性能。2、塑料的分類 按照塑料的熱行為可以分為： 熱塑性塑料和熱固性塑料二種 （取決于合成樹脂分類） 常見熱塑性塑料：pe、pp、pvc、pc、pmma、pa、abs 常見熱固性塑料：pf、ep3、塑料的流變性能4、塑料成型的工藝性1）流動性 熱塑性塑料的流動性用熔融指數(shù)表示，熔融指數(shù)越大，流動性越好；粘度越小，熔融指數(shù)越大。 熱固性塑料的流動

2、性用拉西格流動性表示，不同的塑料，拉西格流動性不同；就是相同的塑料，若填料不同，其拉西格流動性也不同。2） 收縮性 設計選取的計算收縮率與實際收縮率的差異，以及由于工藝條件波動、材料發(fā)生變化而造成制件收縮率的波動，前者造成系統(tǒng)誤差，后者造成偶然誤差。 收縮率 kl = （l0 - l ）/l *100%式中：l0模具型腔在室溫和標準壓力下的單維尺寸； l制品在相同情況下與模具型腔相應的單維尺寸3）結(jié)晶性4）熱敏性和水敏性5）毒性、刺激性和腐蝕性二、注射成型1、注射成型應用（一）注射成型機的結(jié)構(gòu)與原理（二）注射成型機工藝過程（三）注射成型過程工藝參數(shù)1）溫度 注射成型時需要控制的溫度包括：料筒溫

3、度、噴嘴溫度和模具溫度。2）壓力 螺桿頭部注射時對塑料熔體施加 的壓力。3）時間 一次注射成型所需時間。（四）塑料注射成型模具 注射成型模具的典型結(jié)構(gòu)：凡是注射模具，均可分為動模和定模兩大部分。注射時動模和定模閉合構(gòu)成成型腔和澆注系統(tǒng)。三、壓塑成型1、壓縮成型原理及應用范圍2、壓縮成型設備模具四、型材擠出成型1、管材擠出成型機結(jié)構(gòu)與工作原理2、管材擠出成型機生產(chǎn)過程五、熱壓成型六、冷壓燒結(jié)成型七、壓延生產(chǎn)片材八、人造革生產(chǎn)九、吹塑薄膜技術(shù)第二節(jié) 塑料成型模具及制品結(jié)構(gòu)的工藝性一、塑料模具概述 塑料模具是利用其特定形狀去成型具有一定形狀和尺寸的塑料制品的工具,它對塑料零件的制造和成本起著決定的影

4、響.對塑料模具的要求:1, 生產(chǎn)出的制品應能滿足其尺寸精度 、外觀 、 物理性能等方面的要求;2, 從模具使用的角度, 要求高效率、自動化, 操作簡單;3, 從模具制造的角度, 要求模具結(jié)構(gòu) 合理、制造容易、成本低廉.現(xiàn)代塑料制品生產(chǎn)的三項重要因素:l 高效的設備l 合理的加工工藝l 先進的模具塑料模具的發(fā)展趨勢:l cad/cam/cae技術(shù)的應用；l 模具設計由經(jīng)驗化向理論化方向發(fā)展；l 采用高效率、自動化的模具以適應大量生產(chǎn)的需要；l 大力發(fā)展高強度、高耐磨的模具材料；l 特種加工方法；l 模具通用件的標準化二、塑料成型模具的分類l 注射成型模具l 壓制成型模具l 壓鑄成型模具l 擠出成

5、型模具l 吹塑中空成型模具l 真空或壓縮空氣成型模具三、 塑料制件工藝結(jié)構(gòu)設計1、設計塑料制件的四項原則：（1）在保證使用、性能（機械強度、電性能、耐化學腐蝕、形狀穩(wěn)定、耐溫、吸水性等）的前提下，力求塑料制品消費結(jié)構(gòu)簡單，壁厚均勻，使用方便；（2）設計制品時應盡量考慮結(jié)構(gòu)合理，便于模具制造和成型工藝的實施；（3）日用生活品和兒童玩具等要求外表美觀者，則應與美工人員共同研究，設計出兩全其美的產(chǎn)品；（4）高效率、低消耗，盡量減少制品成型前后的輔助工作量，并避免成型后的機械加工。2、塑料制件設計（一），塑料制品的尺寸和精度 影響尺寸精度的主要因素是： 塑料的收縮率波動 模具的制造公差 模具的磨損影響

6、塑件尺寸精度有下述幾方面1，成型材料 關鍵是收縮率是否穩(wěn)定。塑料本身的收縮率范圍與塑料的品種、生產(chǎn)廠有關。2，成形條件 壓力、溫度、時間等確定不當，將直接影響收縮率。比如，注射壓力高，塑件收縮率?。荒＞邷囟染鶆?，有利于制品收縮率的恒定。3，塑料制品的形狀 壁厚、幾何形狀，會影響成形收縮率；脫膜斜度的大小則直接影響尺寸精度。4，模具結(jié)構(gòu) 澆口大?。ù?，收縮率小），料流方向（平行則大，垂直則小） 分型面選擇（由于飛邊產(chǎn)生的誤差）、模具的磨損而產(chǎn)生的誤差 常用塑料的尺寸精度分8個等級，對每一種具體塑料制品選3個等級，即高精度、一般精度、低精度（二）粗糙度 一般模具的粗糙度較制品的高一級，比如制品要0

7、.8，則模具0.4(三）脫膜斜度 設脫膜斜度的目的是便于制件在開模、脫膜時不易拉傷、擦毛，而且由于塑料的收縮也便于脫膜。 一般脫膜斜度為101030有時30也有。若對塑件無損害時，盡量大些。 （四）形狀 主要要求是使模具設計簡單，開模取出塑件時，盡量避免采用復雜的瓣合模與側(cè)抽芯。為此塑件盡量地避免旁側(cè)凹陷部分（五）壁厚及其均勻性 壁厚的大小要考慮到制件的強度與剛度，但對成型工藝來說，壁厚不宜太大。 壁厚太大帶來的缺點： 用料多，提高成本； 延長成型時間； 易產(chǎn)生氣泡、縮孔、翹曲等缺陷。 壁厚太小帶來的缺點； 熔料在模具內(nèi)的流動阻力大，若形狀復雜，成型困難。 壁厚應力求均勻。否則，成型冷卻過程會

8、造成收縮不均，會出現(xiàn)氣泡、 陷和翹曲現(xiàn)象。在制件內(nèi)部造成內(nèi)應力，影響塑料的內(nèi)、外在質(zhì)量。（六）加強筋與其它防變形設計制件設加強筋的目的： a, 提高制品的強度、剛度； b, 可減少制件中的壁厚； c ,降低充模阻力。 這里有一個原則：為了提高塑料的強度和剛度，寧可要增加加強筋的數(shù)目，而不要增加其壁厚。 加強筋的厚度5080%壁厚，避免接頭部凹陷。 對于空心制件，加強筋的端面不應與塑件的支承面齊平，應低0.5mm。（七）支承面或凸臺 一般地不利用整個支承面作凸臺，這是由于塑料的收縮，制件的整個底平面上各點很難保持在同一水平面上。 正確的方法是設置凸邊或凸臺。（八）圓角 塑件因模具結(jié)構(gòu)的關系要求不

9、能有圓角外，一般情況下必須有圓角過渡，以減少應力集中，提高塑件的強度。（九）孔孔的邊緣易產(chǎn)生熔接痕。1、孔與孔、孔與邊緣之間的距離： （1）孔與孔之間的距離，一般應取孔徑2倍以上；（2）孔與塑件邊緣之間的距離，一般應取孔徑3倍以上。如因塑件設計的限制作為固定用孔，則可在孔的邊緣設計凸臺來加強2、通孔 通孔一般要求： 對壓制孔，孔深不得大于4d d孔徑 對注射孔，孔深不得大于8d 對特深的孔，可先壓定位孔，成型后再鉆。3、用以緊固塑件的孔 圖221，應用平頭的螺釘孔，以免塑件產(chǎn)生裂紋。 防止塑件周圍邊緣出現(xiàn)壁薄的現(xiàn)象，采用圖226的開式。（十） 螺紋設計螺紋時： 內(nèi)螺紋直徑一般不小于2mm 這是

10、考慮到塑件螺紋的機 外螺紋直徑一般不小于4mm 械強度較低的緣故 精度不高于8級 與金屬螺紋的配合長度不大于螺紋直徑的1.52倍 螺距不宜大小螺紋成型的三種方法： a, 成型桿成型環(huán)在成型后，從制品上擰下來； b,陽螺桿采用瓣合模成形，這時工效高，但精度差，飛邊不易除盡； c, 淺的陰螺紋，軟塑料時可強制脫膜。 同一塑件的前后兩段螺紋的螺紋方向與螺紋應一致，若不一致，就應用鑲塊。（十一） 嵌件 塑件壓入嵌件的目的： 增加塑件的強度、硬度、耐磨性、導電性、導磁性和保證盡寸穩(wěn)定和制造精度。 但安放嵌件會降低生產(chǎn)效率，不利于生產(chǎn)自動化。 注意點：金屬嵌件周圍應保持一定的壁厚，以保證嵌件與塑件的結(jié)合強

11、度，以免塑料會因冷卻收縮而開裂。 內(nèi)螺紋嵌件的高度應低于型腔的成型高度0.05mm，以免壓壞嵌件和型腔；金屬嵌件的非嵌入部分，其形狀是非圓形時，難以保證與模具的定位精度。四、 澆注系統(tǒng)的設計（參考）一，概述 澆注系統(tǒng)是指模具中從噴嘴開始到型腔為止的塑料熔體的流動通道。 澆注系統(tǒng)的組成：主流道、分流道、澆口和冷料井。二，澆注系統(tǒng)的設計 （一），主流道設計 主流道是指從噴嘴起到分流道入口處止的一段通道。它與注射機噴嘴在同一軸線上，熔料在主流道中并不改變方向。 主流道設計要點：（1）錐角，便于凝料的拔出。錐角一般240對流動性差的塑料360過大會造成流速減慢，易成渦流。（2）大端成圓角，減少料流阻力

12、。半徑 r=13mm 1）分流道的形狀： 分流道的斷面形狀可以呈圓形、半圓形、梯形、矩形、u字形。 流道效率=流道橫截面積 / 流道周長 對熱塑性塑料來說，比值越大，效率越高。 評價一個好的流道的標準是：在傳遞壓力方面流道的截面積應盡可能大，而在傳熱方面，流道的截面積應盡可能小。因此，流道截面積和圓周邊長的比值可直接表示流道的效率。比值俞高，流道的效率亦俞高。另外，分流道應短，以減少塑料耗損。 一般常用的采用全圓形、梯形、u形和六角形四種。 圓形流道：流道效率高，但加工、對中均較困難。 由于正方形流道脫模困難，所以一般改進成梯形或u形。2）分流道的布置形式 型腔與分流道的分布原則是：排列緊湊，

13、以縮小模具尺寸，流道的流程短，鎖模壓力力求平衡。 分布形式： a、平衡式：主流道到各個型腔的分流道的長度、形狀、斷面盡寸都是對應相等；各個型腔中制品的性能一致性佳，但可能流道會較長，壓力損失大。 b、非平衡式：流道總長度短，但為確保均衡進料，澆口須經(jīng)多次修改。 分流道的設計要求： （1）表面不必很光，一般1.25即可。目的是使塑料冷皮層固定，以利于保溫； （2）當分流道較長時，分流道末端應開設冷料井； （3）分流道與澆口的連接部分加工成斜面，有利于物料的流動與填充。分流道的尺寸：（runner size) 考慮五個因素： （1）塑件的壁厚和體積 （2）型腔離開主流道的距離； （3）流道的冷卻；

14、 （4）模具制造者所擁有的刀具； （5）將要加工的塑料類型。（1）流道的橫截面積應大到足以允許熔融塑料在流道里凝固之前進入型腔，并在需要的情況進行保壓，以補充塑料的收縮。為此很少采用直徑小于2mm的流道，而且即使用這一尺寸的流道時，也通常只限于長度在25mm以下的分流道。（2）熔融塑料沿流道流動的路程愈長，則阻力愈大。因此型腔離開噴嘴的距離將直接影響選擇橫截面積的尺寸。（3）流道的橫截面積不應該太大，以致影響了注射周期。（橫截面積在，塑料多，冷卻時間長，延長模具開啟及塑件和流道冷卻的頂出時間）。對大多數(shù)塑料來說，流道的直徑不宜超過10mm。對于硬質(zhì)聚氯乙烯和丙烯酸塑料則是例外。對于這兩種塑料來

15、說，已采用了直徑達13mm的流道。（4）流道采用的尺寸應在一般模具制造者所擁有的刀具的合理范圍內(nèi)。 對于200克以下、壁厚小于3mm的塑料：w=塑料的重量 克l= 流道的長度 mm （二）澆口的設計 流道末端與型腔之間的一段細短通道。1、澆口的設計一般比較小，其原因是：（1）在型腔進料后不久澆口內(nèi)的料便會凝結(jié)，使注射桿能抽回而又不致在模具內(nèi)產(chǎn)生真空。（2）使?jié)部谖擦锨谐唵位以谀承┠＞邇?nèi)可使此工序自動化。（3）在切除澆口尾料后只留下一個小的痕跡。（4）能夠更好地控制充模過程。充模：高速射流，表觀粘度下降，可快速充模。（5）可減少因塑料收縮時所需要的補料。2、常用的澆口形式，有十種（1）針

16、點式澆口 三板式模具，尾料能在開模時自動切除。 對于薄壁制品，針點澆口附近的剪切速率過高，會造成分子高度定向，增加局部應力。改善措施，澆口對面壁厚增加。 物料通過時，有很高的剪切速率，這對降低塑料熔體的表觀粘度是很有利的，同時還有磨擦生熱提高料溫的優(yōu)點，澆口容易在開模時容易實現(xiàn)自動切斷，故被廣泛采用。（2）潛伏式澆口 從針點式澆口演變而來，澆口較隱蔽，不影響塑件的美觀。對于強韌的塑料，不適宜，脆性塑料由于塑料會斷，不用。（3）邊緣澆口（側(cè)澆口） 一般開在分型面上，從制件邊緣進料。 制造修改容易，澆口位置靈活。選用于一模多件，但容易形成熔接痕、縮孔、氣孔等缺陷。注射壓力損失大，排氣不便，保壓補縮

17、作用比直接澆口小。 尺寸：寬1.52mm，長0.72mm。（）扇形澆口邊緣澆口的變異形式。常用來成型寬度（橫向尺寸）較大的薄片狀制品。（）平縫式澆口適用于大面積的扁平制品（）圓環(huán)形澆口適用于圓桶形制品或中間帶有孔的制品。澆口切除困難。（）輪輻式澆口澆口切斷方便，缺點是有幾條接合縫。（）爪澆口輪輻式澆口的變異形式。適用于管狀制件，尤其制件內(nèi)孔較小的管狀制件和同心度要求高的制件（型芯的頂端伸入定模內(nèi)，起到定位作用）（）護耳式澆口（又名分接式澆口）避免了噴射，澆口去除困難。由于澆口離塑件較遠，使?jié)部谔帤堄鄳Σ恢掠谥苯佑绊懰芗?。（）直接澆口?yōu)點：流動阻力小，進料速度快，保壓補縮作用大，有利于排氣。缺

18、點：澆口去除困難，澆口處制件的內(nèi)應力大（此處熱量集中）適用場合：成型深腔的殼形塑料件，不宜成型平薄形塑件和容易變形的塑件。成形薄壁塑件時，澆口直徑最多等于塑件壁厚的倍。對熱敏性、流動性差的塑料尤其有利。（四）塑件上澆口開設部位的選擇（）澆口的尺寸及位置選擇應盡量避免產(chǎn)生噴射和蠕動（蛇形流）要點：盡量采用沖擊形澆口（可以加大澆口的斷面尺寸）。（）考慮定位方向?qū)λ芗阅艿挠绊憽＃ǎ┯欣诹鲃?、排氣和補料。要點：澆口應開設在塑件斷面最厚處，避免厚部形成氣泡或收縮。（）減少熔接痕，增加熔接牢度。（）校核流動距離比流動距離比 li/ti式中：li：各段流路長度 ti：壁厚（）防止料流將細長型芯或嵌件擠歪

19、變形。（五）冷料井和拉料桿設計設冷料井的目的：儲藏注射間隔期內(nèi)由于噴端溫度低造成的冷料，因冷料進入型腔會影響塑件質(zhì)量。拉料桿的作用是：開模時拉出流道的凝料。常用有形式有：（）帶形拉料桿、倒錐形、圓環(huán)槽冷料井（）球形拉料桿的冷料井（）無拉料桿冷料井（六）排氣和引氣系統(tǒng)的設計（一）、排氣系統(tǒng)模具型腔在塑料的充填過程中，除了型腔內(nèi)原有的空氣外，還有因塑料受熱或凝固而產(chǎn)生的低分子揮發(fā)氣體，尤其是在高速注射成型時，考慮排氣是很有必要的，一般是在塑料填充的同時，必須將氣體排出模外，否則，被壓縮的氣體所產(chǎn)生的高溫，會引起塑料局部碳化燒焦或使塑料起泡、或使塑料熔接不良引起強度下降，甚至阻礙塑料填充等。排氣的開

20、設位置，通常是通過試模以后才能正確地確定。排氣槽應開設在型腔最后被充滿的地方。在大多數(shù)情況下可利用模具分型面或模零件間的配合間隙排氣，這時可不設排氣槽。排氣槽最好開設在分型面上，因為分型面上排氣槽產(chǎn)生的毛邊很容易隨塑件脫出。 排氣槽最好開設計在靠近嵌件中或壁厚最薄處，因為此處最容易形成熔接痕，熔接痕處應排盡氣體和排出部分冷料。（二）、引氣系統(tǒng) 1、對于大型、深腔、殼形塑件，注射成型以后，整個型腔由塑件填滿，型腔內(nèi)氣體被排除，當塑件脫模時，塑件的包容面與型芯的被包容面基本上構(gòu)成真空。由于受到大氣壓力的作用，造成脫模困難，如采用強行脫模，勢必使塑件產(chǎn)生變形或損壞，影響塑件的質(zhì)量，因而必須加設引氣裝

21、置。2、型腔成型零件的總磨量 與脫模方向垂直的不考慮。 一般取塑件公差的1/6，對于大型塑件取1/6以下。3、成型收縮率的影響 設計選取的計算收縮率與實際收縮率的差異，以及由于工藝條件波動、材料發(fā)生變化而造成制件收縮率的波動，前者造成系統(tǒng)誤差，后者造成偶然誤差。 收縮率 sl =（l0-l）/ l *100%式中：l0模具型腔在室溫和標準壓力下的單維尺寸； l制品在相同情況下與模具型腔相應的單維尺寸。 第四節(jié) 復合材料成型一、復合材料及特點1、復合材料及特點2、復合材料發(fā)展及歷史二、樹脂基復合材料的成型1、熱固性樹脂基復合材料的成型1）、手糊成型工藝2）、鋪層成型法 袋壓法 熱壓罐法 液壓釜法

22、和熱膨脹模塑法成型（1）袋壓法袋壓成型是將手糊成型的未固化制品，通過橡膠袋或其它彈性材料向其施加氣體或液體壓力，使制品在壓力下密實，固化。袋壓成型法的優(yōu)點是：產(chǎn)品兩面光滑；能適應聚酯、環(huán)氧和酚醛樹脂；產(chǎn)品重量比手糊高。袋壓成型分壓力袋法和真空袋法2種：壓力袋法 壓力袋法是將手糊成型未固化的制品放入一橡膠袋，固定好蓋板，然后通入壓縮空氣或蒸汽（0.250.5mpa），使制品在熱壓條件下固化。真空袋法 此法是將手糊成型未固化的制品，加蓋一層橡膠膜，制品處于橡膠膜和模具之間，密封周邊，抽真空（0.050.07mpa），使制品中的氣泡和揮發(fā)物排除。真空袋成型法由于真空壓力較小，故此法僅用于聚酯和環(huán)氧復合材料制品的濕法成型。 （2）熱壓釜法 熱壓釜是一個臥式金屬壓力容器，未固化的手糊制品，加上密封膠袋，抽真空，然后連同模具用小車推進熱壓釜內(nèi)，通入蒸汽（壓力為1.52.5mpa），并抽真空，對制品加壓、加熱，排出氣泡，使其在熱壓條件下固化。它綜合了壓力袋法和真空袋法的優(yōu)點，生產(chǎn)周期短，產(chǎn)品質(zhì)量高。熱壓釜法能夠生產(chǎn)尺寸較大、形狀復雜的高質(zhì)量、高性能復合材料制品。產(chǎn)品尺寸受熱壓釜限制，目前國內(nèi)最大的熱壓釜直徑為2.5m，長18m，已開發(fā)應用的產(chǎn)