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1、第7章塑料成型概述,7.1 塑料及塑料模的基本概念 7.2 塑件的结构工艺性7.3 塑料成型设备,7.1 塑料及塑料模的基本概念,1、塑料:以合成树脂为主要成份，加入适量的添加剂制成的高分子有机化合物在一定的温度和压力条件下，塑料可以用模具成型出具有一定形状和尺寸的制件，并且当外力解除后，在常温下仍能使形状保持不变塑料模:成型塑件所用的模具，是型腔模的一种。,树脂,指受热时通常有转化或熔融范围，转化时受外力作用具有流动性，常温下呈固态或半固态或液态的有机聚合物，是塑料最基本的、最重要的成分分类：天然树脂：是指由自然界中动植物分泌物所得的无定形有机物质，如松香、琥珀、虫胶等。合成树脂：是指由简单
2、有机物经化学合成或某些天然产物经化学反应而得到的树脂产物。,常用的塑料添加剂,增塑剂、润滑剂、稳定剂、填料、调色剂还有阻燃剂、抗静电剂、发泡剂、防腐剂和加工助剂等等,填充剂（填料）,重要的但非必不可少的成分作用：减少树脂用量，降低塑料成本；改善塑料某些性能，扩大塑料的应用范围。分类：按化学性能可分为有机填料无机填料按形状可分为：粉状、纤维状、层状（片状）,能与树脂相溶的、不易挥发的高沸点有机化合物作用：提高塑性、流动性和柔软性；降低刚性和脆性；改善塑料的工艺性能和使用性能常用的增塑剂：液态或低熔点固体有机物。主要有甲酸脂类、磷酸酯类和氯化石蜡等。,增塑剂,凡能阻缓材料变质的物质称为稳定剂。,可
3、分为以下三种：,它的主要作用就是抑制或防止树脂在加工或使用过程中受热而降解。,它的主要作用是阻止树脂在光的作用下降解（塑料变色、力学性能下降等等）。,延缓或抑制塑料氧化速度。,热稳定剂：,光稳定剂：,抗氧化剂：,稳定剂,为防止塑料在成型过程中粘模，减少塑料对模具的摩擦，改善塑料的流动性，提高塑件表面的光泽度而加入的添加剂。,润滑剂,起装饰美观的作用，某些着色剂还能提高塑料的光稳定性、热稳定性和耐候性。,分类,颜料,染料,有机颜料,无机颜料,着色剂,无机颜料：着色能力、透明性、鲜艳性较差，但耐光型、耐热性、化学稳定性较好，不易褪色。染料：色彩鲜艳、颜色齐全，着色能力、透明性好。性能与无机颜料相反
4、。,着色剂,在受热或其它条件下能固化成不熔不溶性物质的塑料，其分子结构最终为体型结构。（变化过程不可逆）,1按塑料的物理化学性能分：,指在特定温度范围内能反复加热软化和冷却硬化的塑料，其分子结构是线型或支链型结构。(变化过程可逆),热塑性塑料,热固性塑料,2、塑料的分类,一般指具有特种功能（如耐热、自润滑等）应用于特殊要求的塑料。,一般指能承受一定的外力作用，并有良好的机械性能和尺寸稳定性，在高、低温下仍能保持其优良性能，可以作为工程结构件的塑料。,一般指产量大、用途广、成型性好、价廉的塑料。,2按塑料的用途分：,特种塑料,工程塑料,通用塑料,2、塑料的分类,3、塑料的特性,1）质量轻：密度一
5、般在0.82.2g/cm3左右2）比强度高：强度与重量之比称为比强度3）化学稳定性好：一般对酸、碱、盐等化学药品，均有良好的抗腐蚀能力4）电性能优良：具有优良的绝缘性能，极小的介电损耗和优良的耐电弧性能5）减摩、耐磨性能优良、自润滑性好：可制造各种自润滑轴承，齿轮和密封圈等6）吸震和消声性能好：广泛用于制造齿轮、轴承等7）成型加工方便：可一次成型出复杂的塑件，机加工也比金属容易不足：如刚性差，收缩率大、尺寸精度低，耐热性差，易老化等,4、塑料成型工艺特性,定义：塑料在成型过程中表现出来的特有性质特性：1）流动性2）收缩性3）结晶性4）硬化特性5）吸湿性与热敏性,1）流动性,定义：塑料在一定温度
6、、压力作用下，能够充满型腔的性能作用：流动性差，不易充满型腔，需较大成型压力流动性好，可用较小的成型压力充满型腔流动性太好，会使塑料在成型时产生严重的溢边影响因素：塑料的分子结构与成份 温度 压力 模具结构,3、塑料成型工艺特性,影响塑料流动性的因素,塑料的分子结构与成份:具有线型分子结构而没有或很少有网状结构的塑料流动性好。塑料中加入填料，会降低其流动性加入增塑剂和润滑剂，则可增加塑料的流动性。,影响塑料流动性的因素,温度塑料温度高则流动性好温度对流动性的影响大小视不同塑料而异，有的影响大，有的影响小成型时可通过调节温度来控制流动性。,影响塑料流动性的因素,压力:压力增大熔融塑料受剪切作用大
7、，流动性增大，特别是聚乙烯、聚甲醛等塑料对压力的反应十分敏感成型时可通过调节注射压力来控制流动性,影响塑料流动性的因素,模具结构:模具浇注系统的形式、尺寸和布置冷却系统设计的合理性熔料流动阻力（如型腔表面粗糙度、流道截面厚度、型腔形状和排气系统设计）凡促使熔料温度降低，流动阻力增加的因素，都会使流动性降低,常用热塑性塑料的流动性情况,流动性好尼龙、聚乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯、醋酸纤维素。流动性中等改性聚苯乙烯（如ABS、AS）、有机玻璃、聚甲醛、氯化聚醚。流动性差聚碳酸酯、硬聚氯乙烯、聚苯醚、聚砜、聚芳砜、氟塑料。,2）收缩性,定义：一定量的塑料在熔融状态下的体积总比其固态下的体积大，说明塑料经
8、成型冷却后体积发生了收缩原因：热胀冷缩、脱模时的弹性恢复、塑性变形、成型工艺条件和塑件残余应力的释放实际成型时，不同品种塑料收缩率不同，同种塑料不同批、不同部位收缩性也不同计算：模具设计时，一般根据塑料平均收缩率，计算型腔尺寸高精度塑件，留有修模余量，在试模后逐步修正模具，以达到塑件尺寸精度要求及改善成型条件影响因素：塑料品种 塑件特性 浇口形式和尺寸 成型条件,3、塑料成型工艺特性,影响塑件收缩率的因素,塑料品种热塑性塑料成型过程中由于结晶而引起体积变化，塑件内残余应力大，与热固性塑料相比收缩率较大脱模后收缩和后处理收缩也比热固性塑料大。塑件特性一般说来，塑件的形状复杂、尺寸小、壁薄、带嵌件
9、，收缩率就小 浇口形式和尺寸影响料流方向、密度分布、保压补缩作用及成型时间。采用直接浇口，浇口截面大，收缩小，但方向性明显。,影响塑件收缩率的因素,成型条件模具温度、注射压力、保压时间等成型条件对塑件收缩均有直接影响。模具温度高、塑件冷却慢、密度高，则收缩大；注射压力高、脱模后弹性恢复大，则收缩小；保压时间对收缩亦有影响，保压时间长则收缩小。常用塑料的成型收缩率见表7.1。,3）结晶性,结晶塑料由熔融态到冷凝过程中，分子由无次序的自由运动状态而逐渐排列成为正规模型倾向的一种现象热塑性塑料按其冷凝时是否出现结晶现象可分结晶型非结晶型塑料（无定形塑料）结晶度大，其密度大，硬度和刚度高，力学性能好，
10、耐磨性、耐化学腐蚀性及电性能提高结晶度小，则塑件柔软性、透明性、耐折性好，伸长率提高，冲击强度增大,3、塑料成型工艺特性,4）硬化特性,硬化热固性塑料成型时完成交联反应的过程。压注或注射成型时，应要求在塑化、填充时化学反应慢，硬化慢，以保持长时间的流动状态，当充满型腔后，在高温、高压下应快速硬化影响：硬化速度慢，使成型周期变长，生产率降低硬化速度快的塑料，则不能成型复杂的塑件,3、塑料成型工艺特性,5）吸湿性与热敏性,吸湿性塑料中因有各种添加剂，使其对水的敏感程度各不相同吸湿性大的塑料在成型过程中，由于高温高压使水分变成气体或发生水解作用，使塑件产生气泡等缺陷，并影响其电气性能，所以在成型前应
11、干燥处理。热敏性：塑料成型时受到高温作用容易变色、降解、分解的特性如果这种成型特性明显，就称为热敏性塑料。,3、塑料成型工艺特性,塑料成型方法及塑料模的种类,常用的塑料成型方法及塑料模有：1 注射成型及注射模2 压缩成型及压缩模3 压注成型及压注模4 挤出成型及挤出模气动成型、泡沫塑料成型、浇铸成型、滚塑（包括搪塑）成型、压延成型以及聚四氟乙烯冷压成型等,1 注射成型及注射模,指通过注射机的螺杆或柱塞的作用，将熔融塑料射入闭合的模具型腔，经过保压、冷却、硬化定型后，即可得到由模具成型出的塑件。注射成型使用的模具即为注射模（注塑模）主要用于热塑性塑料的成型，在塑料制件的生产中占有很大的比重。,又
12、称注射成型(Injection Molding)，主要用于热塑性塑料的成型，也可用于热固性塑料的成型。,注射模塑,颗粒、粉状塑料,注射机料筒,加热熔融,充模,冷却固化,塑件,注射模塑原理,2 压缩成型及压缩模,将预热过的塑料原料放在经过加热的模具型腔（加料室）内，凸模向下运动，在热和压力的作用下，塑料呈熔融状态并充满型腔，然后固化成型压缩成型所使用的模具即为压缩模（压塑模），多用于热固性塑料制件的成型，所用的设备为液压机。压缩成型是塑料成型中较早采用的一种方法。,粉粒状、纤维状的料,置于成型温度的型腔中,合模加压,成型固化,3 压注成型及压注模,通过压柱或柱塞将加料室内受热熔融的塑料经浇注系统
13、压入加热的模具型腔，然后固化定型压注成型所使用的模具即为压注模（也称传递模）与压缩成型一样，压注成型也主要用于热固性塑料制件的成型。,在压缩成型基础上发展起来的一种热固性塑料的成型方法，又称传递成型、挤胶成型。,模具闭合 热固性塑料放入加料室 受热熔融 塑料在压力下经浇注系统充满型腔 固化成型 开模取件,压注成型原理,4 挤出成型及挤出模,利用挤出机的螺杆旋转加压、连续地将熔融状态的塑料从料筒中挤出，通过特定截面形状的机头口模成型并借助于牵引装置将挤出的塑件均匀拉出，同时冷却定型，获得截面形状一致的连续型材。挤出成型所使用的模具即为挤出模（也称挤出机头）,熔融纺丝成型,用于吹塑PP（聚丙烯）、
14、HDPE（高密度聚乙烯）、LDPE（低密度聚乙烯）、LLDPE（线性低密度聚乙烯）等塑料薄膜，透明，有光泽、不透气且无毒，广泛应用于服装、食品、纺织品、日用品、及其它商业或工业用的包装。,薄膜吹塑成型,将已经塑化的接近粘流温度的聚合物材料通过一系列相向旋转着的水平辊筒间隙，使物料承受挤压和延展作用，成为具有一定厚度、宽度与表面光洁的薄片状制品，主要用于生产片材、薄膜、人造革等。,压延成型,中空成型,将裁成一定尺寸和形状的片材，夹在模具的框架上，让其在高弹态的适宜温度加热软化，片材一边受热、一边延伸，而后凭借施加的压力，使其紧贴模具的型面，取得与型面相仿的形样，经冷却定型和修整后即得制品。,真空
15、和压力成型,挤出吹塑中空成型,7.2 塑件的结构工艺性,指塑件在满足使用要求的前提下，其结构应尽可能符合成型工艺要求，从而简化模具结构，降低生产成本。塑件结构设计时，应考虑的因素：1）塑料的物理与力学性能、电性能、耐化学腐蚀性能和耐热性能等。2）塑料的成型工艺性，如流动性、收缩率等。3）模具的总体结构，特别是抽芯与脱模的复杂程度。4）模具零件的形状及其制造工艺。5）塑件的外观质量。主要内容:,（1）塑件尺寸、精度及表面粗糙度,1）尺寸:尺寸的大小取决于塑件的流动性。流动性差，塑件尺寸不可过大，以免不能充满型腔或形成熔接痕，影响塑件外观和强度成型设备、模具尺寸及脱模距离等也影响塑件的大小。2）精
16、度:与模具制造精度和模具磨损有关与塑料收缩率的波动、成型时工艺条件的变化等有关塑件的尺寸精度一般不高。3）表面粗糙度塑件的表面粗糙度Ra一般为0.80.2m，而模具的表面粗糙度数值要比塑件低12级。,工程塑料模塑塑料件尺寸公差国家标准,国家标准（GB/T1448693），见表7.2公差代号为MT，分7级，每一级又分为A、B两部分A为不受模具活动部分影响尺寸的公差，B为受模具活动部分影响尺寸的公差（如受水平分型面溢边厚薄的影响，压缩件高度方向的尺寸）；只规定标准公差值，上下偏差可根据塑件的配合性质来分配。塑件公差等级的选用与塑料品种有关，见表所示,（2）壁厚,塑件壁厚取决于塑件的使用要求壁厚过小
17、，成型时流动阻力大，难以充型；壁厚过大则浪费材料，还易产生气泡、缩孔等缺陷表2-9:热塑性塑料的最小壁厚和推荐值表2-8:热固性塑料壁厚值同一塑件壁厚尽可能一致，否则会因冷却或固化速度不均产生内应力，影响塑件的使用。塑件壁厚不一致时，应适当改善塑件结构,塑件壁厚改善的措施（表2-10）,（3）形状设计,尽量避免侧向凹凸或侧孔,避免使用侧向抽芯机构，使模具结构简化。塑件内侧凹陷或凸起较浅并有圆角时，可采用整体式凸模并强制脱模的方法。,（4）孔的设计,孔设计时应不能削弱塑件的强度，在孔与孔之间、孔与边壁之间应留有足够的距离。热固性塑件两孔之间及孔与边壁之间的关系见表2-14（当两孔直径不一样时，按
18、小孔径取值）热塑性塑件两孔之间及孔与边壁之间的关系可按表2-14中所列数值的75确定塑件上固定用孔和其他受力孔的周围可设计一凸边或凸台来加强,1）通孔,深度不能太大，通孔深度应不超过孔径的3.75倍成型通孔方法：,各类孔的设计要求及成型方法,a：结构简单，易出现飞边，且当孔较深或孔径较小时型芯易弯曲,c：型芯强度和刚度较好，能保证同心度，飞边易修整，较为常用,b：稳定性增加，一个型芯径向尺寸比另一个大0.51m m，可避免因不同心引起的安装和使用上的困难，适用于孔较深且直径要求不高的场合,2）盲孔,用一端固定的型芯来成型，深度应浅于通孔注射或压注成型时，孔深不超过孔径的4倍压缩成型时，平行于压
19、制方向的孔深一般不超过直径的2.5倍，垂直于压制方向的孔深不超过直径的2倍。直径小于1.5 mm的孔或深度太大（大于以上值）的孔最好采用成型后机械加工的方法获得。,各类孔的设计要求及成型方法,3）异形孔,异形孔（斜孔或复杂形状孔）常采用拼合的方法来成型，以避免侧向抽芯,各类孔的设计要求及成型方法,（5）嵌件设计,在塑件内嵌入其它零件形成不可卸的连接嵌件的材料一般为金属材料，也有用非金属材料的，例如玻璃、木材或已成型的塑件等作用：镶入嵌件可提高塑件的强度、硬度、耐磨性、导电性、导磁性等，或者是增加塑件的尺寸、形状的稳定性，或者是降低塑料的消耗,常用嵌件种类,金属嵌件的设计原则,1）嵌件应可靠地固
20、定在塑件中防止嵌件受力时在塑件内转动或脱出，嵌件表面设计有适当的凸凹状，提高嵌件与塑件的连接强度。2）嵌件在模具内的定位应可靠模具中的嵌件在成型时要受到高压熔体的冲击，可能发生位移和变形，因此嵌件必须在模具内可靠定位。3）嵌件周围的壁厚应足够大由于金属嵌件与塑件的收缩率相差较大，致使嵌件周围的塑料存在很大的内应力，如果设计不当，可能会造成塑件的开裂，而保证嵌件周围有一定的塑料层厚度可以减少塑件的开裂倾向,（6）其它结构要素,1）脱模斜度 与塑件性质、收缩率、摩擦系数、壁厚及几何形状有关常用的脱模斜度见表7.82）圆角避免应力集中，提高塑件的强度，便于塑料熔体的流动和塑件脱模在无特殊要求时，塑件
21、各连接处均有半径不小于0.51mm的圆角。一般外圆角半径R1=1.5H，内圆角半径R=0.5H。,（6）其它结构要素,3）加强肋在不增加壁厚的情况下增加塑件的强度和刚度，防止塑件翘曲变形,4）支承面通常采用凸起的边框或底脚（三点或四点）来作支承面,4).塑件上的螺纹,塑件中的螺纹可用模塑方法成型出来，或切削方法获得。,经常拆装或受力大的螺纹，要采用金属螺纹嵌件来成型。,5).塑件上的花纹、文字及符号,凹坑凸字,凸字,凹字,（6）其它结构要素,7.3 塑料成型设备,塑料成型设备随塑料成型工艺不同而不同，常用的设备：注射机液压机挤出机等,合模单元,注射单元,顶件,开模与合模动作,注射结束，进行保压
22、与补缩,在一定压力和速度下将塑料注入型腔,加热熔融塑料，达粘流态,注射机的主要作用,合模单元,注射单元,7.3.1 注射机的分类,按外形特征分：1）卧式注射机2）立式注射机 3）角式注射机 按塑化方式分：柱塞式注射机：结构简单，但塑化不均匀，注射压力损失大，且注射容量极其有限（多在60cm3以下）故只适用于小型模具生产，立式注射机及角式注射机多采用此注射系统。螺杆式注射机：塑化充分，注射量大，适用的塑料品种范围广，因此在注射机中被广泛采用。,按外形特征分,1）卧式注射机,注射系统与合模锁模系统轴线都呈水平布置重心低、结构稳定、操作维修方便，塑件推出后可自行下落，便于实现自动化生产 常用的卧式注
23、射机型号有：XSZY30、XSZY60、XSZY125、XSZY500、XSZY1000等。其中：XS塑料成型机，Z注射机，Y螺杆式，30、125注射机的最大注射量。,1锁模液压缸 2顶杆 3移动模板 4固定模板 5料筒及螺杆 6料斗 7注射液压缸,2）立式注射机,注射系统与合模锁模系统轴线垂直于地面占地面积较小，模具装卸、动模侧安放嵌件方便重心较高，不稳定，加料不方便，推出的塑件要人工取出，不易实现自动化生产注射系统一般为柱塞结构，注射量小于60g常见的立式注射机为：SYS30等,柱塞式注射机,很大一部分压力用在压实固体塑料和克服塑料与料筒摩擦。,最大注射量取决于料筒的塑化能力（与塑料受热面
24、积有关）与柱塞直径与行程。,塑料靠料筒壁和分流梭传热，柱塞推动塑料无混合作用，易产生塑化不均的现象。,塑化不均：,最大注射量受限：,注射压力损失大：,柱塞式注射机存在的缺点：,柱塞式注射机,注射速度不均：从柱塞开始接触塑料到压实塑料，注射速度逐渐增加。易产生层流现象且料筒难于清洗,柱塞式注射机存在的缺点：,柱塞式注射机,螺杆式注射机,2.5塑料注射模塑工艺,螺杆式注射机模塑工作循环,螺杆式注射机的优点：,借助螺杆的旋转运动，材料內部也发热，均勻塑化，塑化能力大。,螺杆式注射机,螺杆式注射机的优点：,加热缸內的材料滞留处少，热稳定性差的材料也很少因滞留而分解。,由于加热缸的压力损失小，用较低的射
25、出压力也能成型。,成型周期短、效率高，生产过程可实现自动化,可成型形状复杂、尺寸精度要求高及带各种嵌件的塑件。,螺杆式注射机,螺杆式较柱塞式多一旋转动作，产生分力(Ft)，可使材料在螺旋槽间产生混炼作用，增加了塑化能力。,螺杆式注射机与柱塞式注射机的比较,3）角式注射机,注射系统与锁模装置的轴线相互垂直结构简单，可利用开模时丝杠转动对有螺纹的塑件实现自动脱卸。注射系统一般为柱塞结构，注射量小于60g。常见的角式注射机有：SYS45、SYS60等。,7.3.3 注射机技术参数,注射机的主要参数包括注射量注射压力锁模力与模具的配合连接尺寸等,（1）注射量,也称公称注射量，指对空注射的条件下，注射螺
26、杆或柱塞作一次最大注射行程时，注射装置所能达到的最大注射量。聚苯乙烯塑料的密度是1.05g/cm3，近似于1g/cm3，柱塞式注射机的允许最大注射量是以一次注射聚苯乙烯的最大克数为标准螺杆式注射机以体积表示最大注射量，与塑料品种无关选择设备时，实际注射量应为注射机公称注射量的25%70%为宜,（2）注射压力,注射压力过低，塑料不易充满型腔；注射压力过高，塑件容易产生飞边，难以脱模，同时塑件易产生较大的内应力。根据塑件性能，选取注射压力时，大致可分：1）小于70MPa，用于加工流动性好的塑料，且塑件形状简单，壁厚较大2）70100MPa，用于加工塑料粘度较低，形状、精度要求一般的塑件3）1001
27、40MPa，用于加工中、高粘度的塑料，且塑件的形状、精度要求一般4）140180MPa，用于加工较高粘度的塑料，且塑件壁薄或不均匀、流程长、精度要求较高5）对于一些精密塑件的注射成型，注射压力可用到230250MPa,（3）锁模力,当高压的塑料溶体充满模具型腔时，会产生使模具分型面涨开的力锁模力必须大于涨开力。用公式表示为：式中 Fz 塑料熔体在分型面的涨开力，N；p 型腔压力，一般为注射压力的80%左右，通常取2040MPa；n 型腔数量；A 单个塑件在模具分型面上的投影面积，mm2；A1 浇注系统在模具分型面上的投影面积，mm2；Fp 额定锁模力，N。,（4）与模具的配合、连接尺寸,有关配
28、合连接尺寸包括：模板尺寸、模具的最大和最小厚度及模具最大开合模行程等。1）模板尺寸：模板尺寸为LH，拉杆间距为L0H0。模具模板尺寸必须在注射机模板尺寸及拉杆间距尺寸规定范围之内，模板面积大约为注射机最大成型面积的410倍。,2）最大、最小模具厚度,模具最大厚度Hmax和最小厚度Hmin是指注射机移动模板闭合后达到规定锁模力时，移动模板与固定模板之间所达到的最大和最小距离，这两者之差就是调模机构的调模行程若模具实际厚度小于注射机的模具最小厚度，则必须设置模厚调整块，使模具厚度尺寸大于Hmin，否则就不能实现正常合模；若模具实际厚度大于注射机模具最大厚度，则模具也不能正常合模，达不到规定的锁模力，一般模具厚度设定在Hmax和Hmin之间。,3）模具最大开合模行程,模具最大开合模行程是指模具开启时，注射机移动模板与固定模板之间的最大距离。L=S+Hmax式中 L模具最大开模行程，mm；S 移动模板行程，mm；Hmax 模具最大厚度，mm。一般最大开合模行程为塑件最大高度的34倍，移动模板的行程要大于塑件高度的2倍,参考书,塑料成型模具成都科技大学、北京化工学院、天津轻工业学院合编中国轻工业出版社,
