《塑料成型工藝與模具設(shè)計》課件 項目二 塑料成型方法的確定

項目二塑料成型方法的確定一、項目引入二、相關(guān)知識三、項目實施（一）塑料制品生產(chǎn)系統(tǒng)的組成（二）塑料成型方法簡介（三）注射成型（四）壓縮成型（五）壓注成型（六）擠出成型（七）氣動擠出成型（八）塑料模具的功用與分類一、項目引入塑料制品成型方式有很多,確定塑料制品成型方式應(yīng)考慮所選擇塑料的種類、制品生產(chǎn)批量、模具成本及不同成型方式的特點、應(yīng)用范圍等因素,然后根據(jù)塑料的成型工藝特點,不同成型方式的工藝過程確定所生產(chǎn)制品的成型方式和工藝過程。二、相關(guān)知識（一）塑料制品生產(chǎn)系統(tǒng)的組成塑料制品的生產(chǎn)系統(tǒng)主要是由塑料的成型、機械加工、修飾和裝配四個連續(xù)過程組成,如下圖所示。塑料制品生產(chǎn)系統(tǒng)的組成有些塑料在成型前需進(jìn)行預(yù)處理(預(yù)壓、預(yù)熱、干燥等),因此,塑料制品生產(chǎn)的完整順序為:塑料原料預(yù)處理成型機械加工修飾裝配塑料制品（二）塑料成型方法簡介塑料成型的種類很多,主要包括各種模塑成型、層壓成型和壓延成型等。其中模塑成型種類較多,如下表所示。它們的共同特點是利用模具來成型具有一定形狀和尺寸的塑料制品(簡稱塑件或制品)。成型塑料制品的模具叫塑料成型模具(簡稱塑料模)。序號成型方法成型模具用途1注射成型注射模電視機外殼、食品周轉(zhuǎn)箱、塑料盆、桶、汽車儀表盤等2擠出成型口模（機頭）如棒、管、板、薄膜、電纜護(hù)套、異形型材（百葉窗葉片、扶手）等3壓縮成型壓縮模適于生產(chǎn)復(fù)雜的制品，如含有凹槽、側(cè)抽芯、小孔、嵌件等，不適合生產(chǎn)精度高的制品4傳遞模塑傳遞模設(shè)備和模具成本高，原料損失大，生產(chǎn)大尺寸制品受到限制5中空吹塑口模、吹塑模具適于生產(chǎn)中空或管狀制品，如瓶子、容器及形狀較復(fù)雜的中空制品（如玩具等）6熱成型真空成型模具適合生產(chǎn)形狀簡單的制品，此方法可供選擇的原料較少壓縮空氣成型模具不同的塑料成型方法需要不同的塑料成型模具,不同的模具需要安裝在不同的成型設(shè)備上生產(chǎn)。塑料成型設(shè)備的類型很多,主要有各種模塑成型設(shè)備和壓延機等。模塑成型設(shè)備有注射機、塑料機械壓力機、擠出機、中空成型機、發(fā)泡成型機、塑料液壓機以及配套的輔助設(shè)備等。

生產(chǎn)中應(yīng)用最廣的是注射機和擠出機,其次是液壓機和壓延機。據(jù)統(tǒng)計,全世界注射機的產(chǎn)量近10年來增加了10倍,每年生產(chǎn)的臺數(shù)約占整個塑料設(shè)備產(chǎn)量的50%,成為塑料設(shè)備生產(chǎn)中增長最快、產(chǎn)量最多的機種。（三）注射成型1.注射成型原理及過程注射成型原理如下圖所示。注射成型的生產(chǎn)工藝過程如下圖所示。2.注射成型生產(chǎn)前的準(zhǔn)備(1)原料預(yù)處理生產(chǎn)前對成型原料進(jìn)行的預(yù)處理包括分析檢驗成型原料的質(zhì)量和預(yù)熱干燥。(2)清洗料筒生產(chǎn)中如需改變塑料品種、更換物料、調(diào)換顏色,或發(fā)現(xiàn)成型過程中出現(xiàn)了熱分解或降解反應(yīng),則應(yīng)對注射機料筒進(jìn)行清洗。通常,柱塞式注射機料筒大,必須將料筒拆卸清洗。對于螺桿式料筒,可采用對空注射法清洗。(3)預(yù)熱嵌件對于有嵌件的塑料制件,由于金屬與塑料的收縮率不同,嵌件周圍的塑料容易出現(xiàn)收縮應(yīng)力和裂紋,因此,成型前對嵌件進(jìn)行預(yù)熱,減小它在成型時與塑料熔體的溫差,避免或抑制嵌件周圍的塑料出現(xiàn)的收縮應(yīng)力和裂紋。(4)選擇脫模劑注射成型生產(chǎn)中,為了使塑料制件容易從模具內(nèi)脫出,有的模具型腔或模具型芯還需涂上脫模劑,常用的脫模劑有硬脂酸鋅、液體石蠟和硅油等。3.注射成型過程(1)加料將粒狀或粉狀塑料加入注射機料斗,由柱塞或螺桿帶入料筒進(jìn)行加熱。(2)塑化計量成型物料在注射機機筒內(nèi)經(jīng)過加熱、壓實以及混合等作用以后,由松散的粉狀或粒狀固態(tài)轉(zhuǎn)變成連續(xù)的均化熔體的過程稱為塑化。計量是指能夠保證注射機通過柱塞或螺桿,將塑化好的熔體定溫、定壓、定量地輸出機筒所進(jìn)行的準(zhǔn)備工作,這些工作均需注射機控制柱塞或螺桿在塑化過程中完成。(3)注射充模柱塞或螺桿從機筒內(nèi)的計量開始,通過注射油缸和活塞施加高壓,將塑化好的塑料熔體經(jīng)過機筒前端的噴嘴和模具中的澆注系統(tǒng)快速送入封閉模腔的過程稱為注射充模。注射充模又可細(xì)分為流動充模、保壓補縮和倒流三個階段。(4)冷卻定型冷卻定型從澆口凍結(jié)時開始,到制品脫模為止,是注射成型工藝過程的最后一個階段。在此階段,補縮或倒流均不再繼續(xù)進(jìn)行,型腔內(nèi)的塑料繼續(xù)冷卻、硬化和定型。當(dāng)脫模時,塑料制件具有足夠的剛度,不致產(chǎn)生翹曲和變形。塑件冷卻定型后即可開模,在模具推出機構(gòu)的作用下,將塑料制件推出模外,完成注射成型過程。4.塑件的后處理

退火是將塑件放在定溫的加熱介質(zhì)(如熱水、熱油、熱空氣和液體石蠟等)中保溫一段時間的熱處理過程。利用退火時的熱量,能加速塑料中大分子松弛,從而消除或降低制品成型后的殘余應(yīng)力。

生產(chǎn)中的退火溫度一般都在制品的使用溫度以上10~20℃至熱變形溫度以下10~20℃之間進(jìn)行選擇和控制。保溫時間與塑料品種和制品厚度有關(guān),如無數(shù)據(jù)資料,也可按每毫米厚度約需半小時的原則估算。

調(diào)濕處理是一種調(diào)整制品含水量的后處理工序,主要用于吸濕性很強、且又容易氧化的聚酰胺等塑料制品,它除了能在加熱和保溫條件下消除殘余應(yīng)力之外,還能促使制品在加熱介質(zhì)中達(dá)到吸濕平衡,以防它們在使用過程中發(fā)生尺寸變化。

調(diào)濕處理所用的加熱介質(zhì)一般為沸水或醋酸鉀溶液(沸點為121℃),加熱溫度為100~121℃(熱變形溫度高時取上限,反之取下限),保溫時間與制品厚度有關(guān),通常取2~9h。5.注射成型的主要工藝參數(shù)(1)溫度注射成型時的溫度包含料溫和模溫兩方面的內(nèi)容,其中料溫影響塑化和注射充模,而模溫則同時影響充模與冷卻定型。①料溫料溫指塑化物料的溫度和從噴嘴注射出的熔體溫度,其中,前者稱為塑化溫度,而后者稱為注射溫度。因此,料溫主要取決于料筒和噴嘴兩部分的溫度。使物料具有良好的流動性且不產(chǎn)生變質(zhì)的溫度為最佳料溫。料筒溫度:使用注射機時,需對注射機的料筒按照后段、中段和前段三個不同區(qū)域進(jìn)行分別加熱與控制。料筒加熱是由后段至前段溫度逐漸升高,以滿足塑料逐漸升溫達(dá)到良好的熔融狀態(tài)的要求。判斷料筒溫度是否合適,可采用對空注射法觀察或直接觀察塑件質(zhì)量的好壞。對空注射時,如果料流均勻、光滑、無泡、色陣均勻,則說明料溫合適;如果料流毛糙、有銀絲或變色現(xiàn)象,則說明料溫不合適。噴嘴溫度:為了防止噴嘴處的塑料熔體發(fā)生冷凝而堵塞噴嘴或冷料被注入模腔內(nèi)影響制品質(zhì)量,噴嘴溫度不能過低,只可略低于料筒前段溫度,否則會使熔體產(chǎn)生早凝,其結(jié)果不是堵塞噴嘴孔,就是將冷料充入模具型腔,最終導(dǎo)致成品缺陷。噴嘴溫度也不能過高,否則會發(fā)生“流涎”現(xiàn)象。②模具溫度模具溫度指和制品接觸的模腔表壁溫度,它直接影響熔體的充模流動行為、制品的冷卻速度和成型后的制品性能等。模具溫度的高低取決于塑料是否結(jié)晶和結(jié)晶程度、塑件的結(jié)構(gòu)和尺寸、性能要求和其他工藝條件(熔料溫度、注射速度、注射壓力和模塑周期等)。③脫模溫度制品由模內(nèi)脫出即測得的溫度稱為脫模溫度,它應(yīng)低于成型塑料的熱變形溫度。(2)壓力注射成型時需要選擇與控制的壓力包括注射壓力、保壓力和塑化壓力。其中,注射壓力又與注射速度相輔相成,對塑料熔體的流動和充模具有決定作用;保壓力和保壓時間密切相關(guān),主要影響模腔壓力以及最終的成型質(zhì)量;塑化壓力的大小影響物料的塑化過程、塑化效果和塑化能力,并與螺桿轉(zhuǎn)速有關(guān)。(3)成型周期注射成型周期指一次注射成型工藝過程所需的時間,它包含注射成型過程中所有的時間問題,直接關(guān)系到生產(chǎn)效率的高低。注射成型周期的時間組成如下圖所示。注射成型周期的時間組成（四）壓縮成型1.壓縮成型原理及特點壓縮成型原理如下圖所示。壓縮成型原理示意圖1-上模座2-上凸模3-凹模4-下凸模5-下模板6-下模座成型周期長勞動強度大生產(chǎn)環(huán)境差生產(chǎn)操作多用手工而不易實現(xiàn)自動化塑件經(jīng)常帶有溢料飛邊高度方向的尺寸精度不易控制模具易磨損,使用壽命較短。壓縮成型的缺點是:使用普通壓力機就可以進(jìn)行生產(chǎn)沒有澆注系統(tǒng)結(jié)構(gòu)比較簡單塑件內(nèi)取向組織少取向程度低性能比較均勻成型收縮率小等壓縮成型的優(yōu)點是:利用壓縮方法還可以生產(chǎn)一些帶有碎屑狀、片狀或長纖維狀填充劑、流動性很差且難于用注射方法成型的塑料制件和面積很大、厚度較小的大型扁平塑料制件。2.壓縮成型工藝過程壓縮成型工藝過程包括壓縮成型前的準(zhǔn)備、壓縮成型和壓后處理等,其工藝過程如下圖所示。3.壓縮成型的工藝參數(shù)(1)壓縮成型壓力壓縮成型壓力指壓縮時壓力機通過凸模對塑料熔體在充滿型腔和固化時在分型面單位投影面積上施加的壓力,簡稱成型壓力。

壓縮成型壓力的大小與塑料種類、塑件結(jié)構(gòu)以及模具溫度等因素有關(guān),一般情況下,塑料的流動性愈小,塑件愈厚以及形狀愈復(fù)雜,塑料固化速度和壓縮比愈大,所需的成型壓力亦愈大。(2)壓縮成型溫度壓縮成型溫度是指壓縮成型時所需的模具溫度。壓縮成型溫度高低影響模內(nèi)塑料熔體的充模是否順利,也影響成型時的硬化速度,進(jìn)而影響塑件質(zhì)量。(3)壓縮時間熱固性塑料壓縮成型時,要在一定溫度和一定壓力下保持一定時間,才能使其充分地交聯(lián)固化,成為性能優(yōu)良的塑件,這一時間稱為壓縮時間。壓縮時間與塑料的種類(樹脂種類、揮發(fā)物含量等)、塑件形狀、壓縮成型的工藝條件(溫度、壓力)以及操作步驟(是否排氣、預(yù)壓、預(yù)熱)等有關(guān)。（五）壓注成型1.壓注成型原理及其特點壓注成型原理如下圖所示。壓注成型原理1-壓注柱塞2-加料腔3-上模座4-凹模5-凸模6-凸模固定板7-下模座8-澆注系統(tǒng)凝料9-制品壓注成型時,塑料在進(jìn)入型腔前已經(jīng)塑化,因此成型周期短,生產(chǎn)效率高,塑件的尺寸精度高,表面質(zhì)量好,飛邊很薄;可以成型帶有細(xì)小嵌件、較深的側(cè)孔及較復(fù)雜的塑件;消耗原材料較多;壓注成型收縮率大于壓縮成型收縮率,會影響塑件的精度,但對于用粉狀填料填充的塑件則影響不大;壓注模的結(jié)構(gòu)比壓縮模復(fù)雜,成型壓力較高,成型時操作的難度較大。只有用壓縮成型無法達(dá)到制作要求時才用壓注成型。壓注成型適用于形狀復(fù)雜、帶有較多嵌件的熱固性塑料制件的成型。壓注成型與壓縮成型相比較：2.壓注成型工藝過程壓注成型的工藝過程如下圖所示。壓注成型的工藝過程3.壓注成型的工藝參數(shù)(1)成型壓力成型壓力指壓力機通過壓柱或柱塞對加料室熔體施加的壓力。酚醛塑料粉和氨基塑料粉的成型壓力通常為50~80MPa,更高的壓力可達(dá)100~200MPa;纖維填料的塑料為80~160MPa;環(huán)氧樹脂、硅酮等低壓封裝塑料為2~10MPa。(2)成型溫度成型溫度包括加料室內(nèi)的物料溫度和模具本身的溫度。為了保證物料具有良好的流動性,料溫必須適當(dāng)?shù)氐陀诮宦?lián)溫度10~20℃。壓注成型的模具溫度通常要比壓縮成型的模具溫度低15~30℃,一般為130~190℃。(3)成型周期壓注成型周期包括加料時間、充模時間、交聯(lián)固化時間、脫模取塑件時間和清模時間等。壓注成型的充模時間通常為5~50s,而固化時間取決于塑料品種、塑件的大小、形狀、壁厚、預(yù)熱條件和模具結(jié)構(gòu)等,通常可取30~180s。壓注成型要求塑料在未達(dá)到硬化溫度以前應(yīng)具有較大的流動性,而達(dá)到硬化溫度后,又要具有較快的硬化速度。常用壓注成型的材料有:酚醛塑料、三聚氰胺和環(huán)氧樹脂等塑料。（六）擠出成型1.擠出成型原理及其工藝特點熱塑性塑料的擠出成型原理如下圖所示(以管材的擠出為例)擠出成型原理1-擠出機料筒2-機頭3-定徑裝置4-冷卻裝置5-牽引裝置6-塑料管7-切割裝置①塑件的幾何形狀簡單,橫截面形狀不變,模具結(jié)構(gòu)簡單,制造維修方便;②連續(xù)成型,產(chǎn)量大,生產(chǎn)率高,成本低,經(jīng)濟(jì)效益顯著;③塑件內(nèi)部組織均衡緊密,尺寸比較穩(wěn)定準(zhǔn)確;④適應(yīng)性強,除氟塑料外,所有的熱塑性塑料都可采用擠出成型,部分熱固性塑料也可采用擠出成型。擠出成型方法有以下特點:2.擠出成型的工藝過程熱塑性塑料擠出成型的工藝過程可分為三個階段。

塑化:塑料原料在擠出機的機筒溫度和螺桿的旋轉(zhuǎn)壓實及混合作用下由粉狀或粒狀轉(zhuǎn)變成黏流態(tài)物質(zhì)(常稱干法塑化)或固體塑料在機外溶解于有機溶劑中而成為黏流態(tài)物質(zhì)(常稱濕法塑化),然后加入到擠出機的料筒中。生產(chǎn)中,通常采用干法塑化方式。

成型:黏流態(tài)塑料熔體在擠出機螺桿螺旋力的推擠作用下,通過具有一定形狀的口模即可得到截面與口模形狀一致的連續(xù)型材。

定型:通過適當(dāng)?shù)奶幚矸椒?如定徑處理、冷卻處理等,使已擠出的塑料連續(xù)型材固化為塑料制件。(1)原料的準(zhǔn)備擠出成型用的大部分塑料是粒狀塑料,粉狀塑料用得很少。由于粉狀塑料含有較多的水分,這會影響擠出成型的順利進(jìn)行,同時影響塑件的質(zhì)量。所以在成型之前都應(yīng)進(jìn)行干燥處理,將原料的水分控制在0.5%以下。(2)擠出成型將擠出機預(yù)熱到規(guī)定溫度后,起動電動機帶動螺桿旋轉(zhuǎn)輸送物料,同時向料筒中加入塑料。料筒中的塑料在外加熱和剪切摩擦熱作用下熔融塑化。由于螺桿旋轉(zhuǎn)時對塑料不斷推擠,迫使塑料經(jīng)過濾板上的過濾網(wǎng),再通過機頭成型為一定形狀的連續(xù)型材。(3)塑件的定型與冷卻熱塑性塑料制件在離開機頭口模以后,應(yīng)該立即進(jìn)行定型和冷卻,否則,塑件在自重力作用下就會變形,出現(xiàn)凹陷或扭曲現(xiàn)象。管材的定型方法可用定徑套、定徑環(huán)等,也有采用能通水冷卻的特殊口模來定徑的。冷卻一般采用空氣冷卻或水冷卻。(4)塑件的牽引、卷取和切割在冷卻的同時,要連續(xù)均勻地將塑件引出,這就是牽引。牽引過程由擠出機輔機之一的牽引裝置來完成,牽引速度要與擠出速度相適應(yīng)。通過牽引的塑件可根據(jù)使用要求在切割裝置上裁剪(如棒、管、板、片等),或在卷取裝置上繞制成卷(如薄膜、單絲、電線電纜等)。（七）氣動擠出成型1.中空成型中空成型又稱為吹塑成型,是制造管筒形中空制件的方法，如下圖所示。注射吹塑中空成型１-注射機噴嘴２-注射型坯３-空心凸模４-加熱器５-吹塑模６-塑件2.真空成型真空成型是將加熱的塑料片材與模具型腔表面所構(gòu)成的封閉空腔內(nèi)抽真空,使片材在大氣壓力下發(fā)生塑性變形而緊貼于模具型面上成為塑料制件的成型方法。3.壓縮空氣成型壓縮空氣成型是利用壓縮空氣,使加熱軟化的塑料片材發(fā)生塑性變形并緊貼在模具型面上成為塑料制件的成型方法。有時,可同時采用真空和壓縮空氣成型,生產(chǎn)大深度的形狀復(fù)雜的塑件。由于真空成型和壓縮空氣成型是使用已成型的片材生產(chǎn)塑料制件,因此屬于塑料制品的二次加工。（八）塑料模具的功用與分類按照塑料制品成型主要方法的不同,塑料模具的類型很多,如下圖所示。塑料成型模具的主要類型三、項目實施（一）塑料殼體成型方法選擇根據(jù)項目一,塑料殼體選擇的聚甲醛(POM)塑料,屬于熱塑性