第五章 第三節(jié) 材料與制造工藝之塑料加工工藝

第五章制訂設(shè)計(jì)方案第三節(jié)

材料與制造工藝塑料塑料提取

用石油為原料；把開(kāi)采出來(lái)的原油運(yùn)到石油加工廠，進(jìn)行脫水、脫鹽處理，然后分餾制成各種燃料油，如汽油、煤油、柴油等等。而制取塑料的原料則把石油進(jìn)行一種叫做石油的裂化加工，先制取乙烯、丙烯等原料氣，然后再進(jìn)行加工聚合，就制成了聚乙烯、聚丙烯這樣的物質(zhì)，叫做樹(shù)脂。再進(jìn)行熱加工制成各種物品才叫做聚乙烯塑料和聚丙烯塑料。塑料構(gòu)成塑料主要成分是合成樹(shù)脂，會(huì)根據(jù)需要，添加適當(dāng)?shù)暮铣晌锪希龀捎猛静煌乃芰?。塑料生產(chǎn)塑料經(jīng)過(guò)對(duì)原材料的繼續(xù)加工，通過(guò)模具成型擠壓、吹塑等工藝，最終形成我們常見(jiàn)的塑料制品。聚乙烯（無(wú)毒，易燃）：指取材于大自然且保持著原本特質(zhì)的材料聚氯乙烯（有毒、不易燃）塑料及其加工工藝1、塑料的種類塑料分為熱塑性塑料和熱固性塑料兩大類。熱塑性塑料的物態(tài)變化是可循環(huán)的。加熱時(shí)，固態(tài)塑料會(huì)軟化、熔解而變?yōu)橐簯B(tài);冷卻時(shí)，又會(huì)形成固態(tài)并恢復(fù)到原來(lái)的硬度。熱塑性塑料有聚乙烯、聚氯乙烯和聚苯乙烯等應(yīng)用：瓶類包裝材料、水管等。熱固性塑料的物態(tài)變化不可循環(huán)，原料加熱后變?yōu)橐后w，可倒入模具成型，冷卻后凝固成一定的形狀，不能恢復(fù)到原來(lái)的狀態(tài)。熱固性塑料有酚醛塑料(電木)和尿素甲醛等應(yīng)用：制作機(jī)械零件、座椅、工具手柄、

電器殼體等。熱固性塑料塑料加工一般包括塑料的配料、成型、接合、裝配、機(jī)械加工和表面處理等塑料加工工藝(1)塑材配料:塑料加工所用的原料，除聚合物外，還要加入各種塑料助劑(如穩(wěn)定利、增塑劑、著色劑、潤(rùn)滑劑、增強(qiáng)劑和填科等)，以改善制品的使用性能并降低制品成本。(2)塑料成型:將各種形態(tài)的塑料(粉、粒、溶液或分散體)制成所需形狀的制品或坯件。加工熱塑性塑料常用的方法有擠出或注射成型、吹塑和熱成型等。加工熱固性塑料一般采用模壓、注射成型等。塑料加工配料聚合物+穩(wěn)定劑、增塑劑、著色劑、潤(rùn)滑劑、填料等等。塑料成型：將各種形態(tài)的塑料（粉、粒、溶液或分散體）制成所需形狀的制品。注射成型注射成型工藝注射成型(InjectionMolding)：是指有一定形狀的模型，通過(guò)壓力將融熔狀態(tài)的膠體注入模腔而成型，工藝原理是：將固態(tài)的塑膠按照一定的熔點(diǎn)融化，通過(guò)注射機(jī)器的壓力，用一定的速度注入模具內(nèi)，模具通過(guò)水道冷卻將塑膠固化而得到與設(shè)計(jì)模腔一樣的產(chǎn)品。主要用于熱塑性塑料的成型，也可用于熱固性塑料的成型。

吹塑成型（blowmolding）

熱塑性樹(shù)脂經(jīng)擠出或注射成型得到的管狀塑料型坯，趁熱（或加熱到軟化狀態(tài)），置于對(duì)開(kāi)模中，閉模后立即在型坯內(nèi)通入壓縮空氣，使塑料型坯吹脹而緊貼在模具內(nèi)壁上，經(jīng)冷卻脫模，即得到各種中空制品。吹塑薄膜的制造工藝在原理上和中空制品吹塑十分相似，但它不使用模具，從塑料加工技術(shù)分類的角度，吹塑薄膜的成型工藝通常列入擠出中。熱成型（thermoformmold）熱成型加工是將片材夾在框架上加熱到軟化狀態(tài)，在外力作用下，使其緊貼模具型面，冷卻定型后即得制品，此法也用于橡膠加工。使用的塑料主要有聚苯乙烯。聚氯乙烯、聚烯烴等，成型方法有多種，都是以真空、氣壓或機(jī)械壓力三種方法為基礎(chǔ)加以組合或改進(jìn)而成的。熱成型可以生產(chǎn)最小的制件是藥片的包裝或手表的電池，也可以生產(chǎn)非常大的制品，比如3~5m長(zhǎng)的花園水池。成型材料的厚度可以從0.05~15mm，對(duì)于發(fā)泡材料，厚度可以達(dá)到60mm。熱成型(3)塑件接合及裝配:用黏合、焊接以及機(jī)械連接等方法，將制成的塑料件組裝成完整制品。把塑料件接合起來(lái)的方法有焊接和粘接等。(4)

機(jī)械加工:用于制造尺寸精確或教量不多的塑料制品。也作為成型的塑料加工輔助工序。(5)表面處理:進(jìn)行表面處理的常用技術(shù)有溶劑清洗(脫脂）、電暈處理、短波紫外光輻射處理、砂紙?zhí)幚?、噴砂處理、等離子蝕刻、化學(xué)蝕刻、加熱處理等。塑料接合及裝配（二次加工）（焊接、粘接、機(jī)械連接）粘接塑料機(jī)械加工

用于制造尺寸精確或數(shù)量不多的塑料制品、也可作為成型的塑料加工輔助工序。加工工序有：鋸、剪、沖、刨、鉆、拋光等表面處理溶劑清洗電暈處理電暈處理電暈處理機(jī)：是一種硅橡膠、塑膠和其他材料的表面前處理的設(shè)備。通過(guò)電擊處理，使承印物的表面具有更高的附著性。原理：利用高頻率高電壓在被處理的塑料表面電暈放電，而產(chǎn)生低溫等離子體，使塑料表面產(chǎn)生游離基反應(yīng)而使聚合物發(fā)生交聯(lián)．表面變粗糙并增加其對(duì)極性溶劑的潤(rùn)濕性-這些離子體由電擊和滲透進(jìn)入被印體的表面破壞其分子結(jié)構(gòu)，進(jìn)而將被處理的表面分子氧化和極化，離子電擊侵蝕表面，以致增加承印物表面的附著能力。短波紫外光輻射處理

噴砂處理塑料的焊接有焊接熱板，超聲波焊接、振動(dòng)焊接、熱塑性塑料摩擦焊接、植入焊接、激光焊接

焊接熱板：熱板焊接是塑料接頭最簡(jiǎn)單的批量生產(chǎn)技術(shù)

超聲波焊接方法通過(guò)機(jī)械高頻振動(dòng)形成接縫。交替高頻應(yīng)力在接頭界面產(chǎn)生熱量，形成高質(zhì)量的焊接。

振動(dòng)焊接：兩個(gè)熱塑性部件在適當(dāng)?shù)膲毫?、頻率和振幅下相互摩擦，直到產(chǎn)生足夠的熱量熔化聚合物。

熱塑性塑料摩擦焊接：固定一個(gè)基板，另一個(gè)基板以控制的角度旋轉(zhuǎn)。當(dāng)零件壓在一起時(shí)，摩擦熱導(dǎo)致聚合物熔化，冷卻后形成焊接。

植入焊接：首先將金屬嵌件夾在待接頭的部件之間，然后通過(guò)感應(yīng)或電阻進(jìn)行加熱。

激光焊接：焊接牢固，美觀，整個(gè)焊接過(guò)程采用非接觸焊接方式，塑料激光焊接過(guò)程更環(huán)保、更安全

所以可以選擇用激光來(lái)焊接塑料三、金屬及其加工工藝1、金屬材料金屬材料黑色金屬：鐵及其合金有色金屬：不含鐵元素有色金屬輕金屬：鋁、鎂、鋰等重金屬：銅、鋅、鎳等貴金屬：金、銀、鉑等稀有金屬：鎢、鉬、鈦等黑色金屬按用途：結(jié)構(gòu)鋼、工具鋼、特殊性能鋼按成分：碳素鋼、合金鋼按質(zhì)量：普通鋼、優(yōu)質(zhì)鋼2、金屬加工工藝金屬加工工藝金屬的表面處理金屬的成型加工鑄造塑性加工焊接切削加工

塑性加工的種類金屬塑性加工的種類很多，根據(jù)加工時(shí)工件的受力和變形方式，基本的塑性加工方法有鍛造，軋制，擠壓，拉拔，拉深，彎曲，剪切等幾類。鍛造——靠鍛壓機(jī)的鍛錘錘擊工件產(chǎn)生壓縮變形的一種加工方法，有自由鍛和模鍛兩種方式。自由鍛不需專用模具，靠平錘和平砧間工件的壓縮變形，使工件鐓粗或拔長(zhǎng)，其加工精度低，生產(chǎn)率也不高，主要用于軸類，曲柄和連桿等單件的小批生產(chǎn)。模鍛通過(guò)上，下鍛模模腔拉制工作的變形，可加工形狀復(fù)雜和尺寸精度較高的零件，適于大批量的生產(chǎn)，生產(chǎn)率也較高，是機(jī)械零件制造上實(shí)現(xiàn)少切削或無(wú)切削加工的重要途徑。軋制——使通過(guò)兩個(gè)或兩個(gè)以上旋轉(zhuǎn)軋輥間的軋件產(chǎn)生壓縮變形，使其橫斷面面積減小與形狀改變，而縱向長(zhǎng)度增加的一種加工方法。根據(jù)軋輥與軋件的運(yùn)動(dòng)關(guān)系，軋制有縱軋，橫軋和斜軋三種方式。擠壓——使裝入擠壓筒內(nèi)的坯料，在擠壓筒后端擠壓軸的推力作用下，使金屬?gòu)臄D壓筒前端的模孔流出，而獲得與擠壓模孔形狀，尺寸相同的產(chǎn)品的一種加工方法。擠壓有正擠壓和反擠壓兩種基本方式。正擠壓時(shí)擠壓軸的運(yùn)動(dòng)方向與從?？字袛D出的金屬流動(dòng)方向一致；反擠壓時(shí)，擠壓軸的運(yùn)動(dòng)方向與從?？字袛D出的金屬流動(dòng)方向相反。擠壓法可加工各種復(fù)雜斷面實(shí)心型材，棒材，空心型材和管材。它是有色金屬型材，管材的主要生產(chǎn)方法。拉拔——靠拉拔機(jī)的鉗口夾住穿過(guò)拉拔?？椎慕饘倥髁?，從?？字欣?。而獲得與?？仔螤?，尺寸相同的產(chǎn)品的一種加工方法。拉拔一般在冷態(tài)下進(jìn)行?？衫螖嗝娉叽绾苄〉木€材和管材。如直徑為0.015mm的金屬線，直徑為0.25mm管材。拉拔制品的尺寸精度高，表面光潔度極高，金屬的強(qiáng)度高（因冷加工硬化強(qiáng)烈）。可生產(chǎn)各種斷面的線材，管材和型材，廣泛用于電線，電纜，金屬網(wǎng)線和各種管材生產(chǎn)上。拉深——又叫沖壓，依靠沖頭將金屬板料頂入凹模中產(chǎn)生拉延變形，而獲得各種杯形件，桶形件和殼體的一種加工方法。沖壓一般在室溫下進(jìn)行，其產(chǎn)品主要用于各種殼體零件，如飛機(jī)蒙皮，汽車覆蓋件，子彈殼，儀表零件及日用器皿等。四、設(shè)計(jì)時(shí)如何選擇材料

(1)材料的固有特性應(yīng)滿足設(shè)計(jì)產(chǎn)品的使用功能、使用壽命等要求。

(2)材料的工藝性應(yīng)方便設(shè)計(jì)產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)制造結(jié)構(gòu)，有利于優(yōu)化生產(chǎn)加工工藝過(guò)程。

(3)材料的質(zhì)感應(yīng)與設(shè)計(jì)產(chǎn)品的造型特點(diǎn)、民族和地域特征、文化藝術(shù)品位等設(shè)計(jì)風(fēng)格相協(xié)調(diào)，以實(shí)現(xiàn)較好的外觀效果。

(4)有安全性等特殊要求的產(chǎn)品或零部件的選材要按照有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)選用。(5)在滿足設(shè)計(jì)要求的基礎(chǔ)上，優(yōu)先選擇資源豐富、價(jià)格低廉、有利于環(huán)保的材料。(6)注意市場(chǎng)調(diào)研，了解消費(fèi)者對(duì)選材的期望，并在合理的前提下盡量滿足消費(fèi)者的需求;同時(shí)，注意發(fā)揮新材料的優(yōu)勢(shì)為設(shè)計(jì)服務(wù)。(7)注重人類社會(huì)可持續(xù)發(fā)展原則，設(shè)計(jì)選材時(shí)應(yīng)研究產(chǎn)品的整個(gè)生命周期對(duì)自然環(huán)境的影響，要盡量減少對(duì)環(huán)境的污染和破壞，減少對(duì)資源的浪費(fèi)，充分考慮材料的回收、再生和重復(fù)利用，以利于節(jié)約資源和保護(hù)環(huán)境。五、產(chǎn)品的裝配產(chǎn)品的裝配永久連接暫時(shí)連接活動(dòng)連接1、永久連接木材的永久連接包括斜接、齒接、插接、對(duì)接等金屬的永久連接包括釬焊、熔接、鉚接、膠合等塑料的永久連接主要是膠合2、暫時(shí)連接暫時(shí)連接是指在某些時(shí)候不得不分離或不完整的連接。3、活動(dòng)連接活動(dòng)連接分為