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1、第三章 塑料、模具材料与管理,3.1 塑料,3.1.1注射成型条件,可模塑性是指塑料在温度和压力作用下产生变形并在模具型腔中模制成型的能力。具有可模塑性的塑料可通过注射、模压和挤出等成型方法制成各种形状的模塑制品。温度过高流动性好，但制品的收缩率大，甚至会引起分解；温度过低，熔体流动性差，成型性差，且制品性能会降低；压力过高会引起溢料，增加制品的内应力；压力过低则会充模不足造成缺料。图中四条曲线所构成的面积是最佳的模塑区域。,A成形区域；a表面不良线；b溢料线；c分解线；d缺料线 图3-2 模塑压力温度曲线,1.热塑性塑料 1)聚氯乙烯树脂。2)聚苯乙烯树脂(PS）。3)ABS树脂，AS树脂。
2、4)丙烯酸树脂(PMMA)。5)聚乙烯(PE)。6)聚丙烯(PP)。7)氟塑料。8)聚酰胺树脂(PA)。9)聚甲醛树脂(POM)。10)聚碳酸酯树脂(PC)。11)纤维素塑料。,3.1.2 塑料的定义及分类,2.热固性塑料 1)酚醛树脂。2)脲醛树脂。3)三聚氰胺树脂。4)不饱和聚醋树脂(FRP)。5)环氧树脂。6)聚氨酯树脂。,1.聚氯乙烯树脂(PVC)PVC的单体是由乙炔与盐酸反应而成，将此单体以种种方法，聚合成PVC。PVC对热与光缺乏稳定性，所以需加稳定剂，以防止加工成为制品后变色或分解。稳定剂种类很多，包括金属皂、有机锡化物，可分透明、不透明及软硬质等。软质PVC 的加工温度是70-
3、100，硬质PVC加工时间短，不过须升温到150左右，硬质PVC熔融时，流动性不好，所以注射成型不像聚苯乙烯PS那么容易。硬质PVC即使不用增强剂，其力学强度也相当大，电气绝缘性佳、耐酸、耐碱性、耐水性等也非常好，且透明可以自由着色，加工性也好。软质PVC因具有可塑性，所以上述性质较低，不过却可自由制得柔软的薄膜或薄板。软化温度约80，分解温度约273。PVC的缺点是耐热性差，在 6580即软化，在高温时容易分解。PVC可用于制作桌巾、包装膜、汽车窗帘、公事包、手提包、化学鞋，胶膜能通过紫外线，保温性能很好。硬质PVC可用于水道配管、化学工厂配管、建材、招牌、电话机、电气零件、耐药品器具等。,
4、3.1.2 塑料的定义及分类,2.聚苯乙烯树脂(PS)由苯（取自煤焦油或石油）和乙烯气制成的乙烯混合气，通过加热到600的金属氧化物催化而脱氢，得到苯乙烯单体，再以无机或有机的过氧化物等催化剂催化聚合而成聚苯乙烯树脂。市面上的聚苯乙烯树脂，平均分子量约为7万10万，无色透明，硬而稍脆，耐水性、电气绝缘性非常优越，不受强酸或强碱侵蚀，但对有机溶剂和油缺乏耐力，耐热性也不是很好。聚苯乙烯树脂的另一大特征是熔融树脂的热稳定性和流动性很高，成型性非常好，PS可自由着色，但稍脆。耐冲击性苯乙烯（HIPS）树脂是在苯乙烯树脂中添加丁二烯和苯乙烯共聚合橡胶而得，但两者又各分好几级，此外也有添加紫外线吸收剂或
5、抗氧化剂以改善耐光性，也有把玻璃纤维加人基材中，以加大强度的。PS迎合现代视觉的美观透明性和色调，使它可广泛用于面包盒、牛油罐等餐桌用品、商品容器、玩具等，水果盘、牙刷，或毛刷的柄、肥皂盒、调味料容器等。,3.ABS树脂及AS树脂 苯乙烯单体若与丙烯睛单体和丁二烯橡胶聚合，则可得由丙烯睛（A）、丁二烯橡胶（B）、苯乙烯（S）三成分各种比例组合而成的共聚合体（ABS）。其特性由于三成分的巧妙配合，而显示出耐冲击性极大，拉伸强度和刚性都高的特点，且这些性质在低温中也不会改变。此外也有相当的耐热性，耐化学药品和油，具有苯乙烯（PS）和耐冲击性苯乙烯（HIPS）所没有的卓越性质。AS树脂是ABS树脂中
6、无丁二烯的树脂，仍保有苯乙烯树脂的透明性，且耐热性、耐药品性、耐油性、机械强度等均有较大改善。ABS树脂具备冲击强度、机械强度、耐药品性、耐热性、尺寸稳定、加工容易等性质，也是较廉价的工业材料。主要用途是制造收音机、电视机外壳、冷暖气机、果汁机、吹风机、刮胡机的外壳、电扇的本体、汽车的仪表外壳、前护格框、车厢冷气机外壳。AS树脂可用于需要机械强度、耐药品性、透明性的用途，电池箱、仪表盒、电扇的风叶、牛油盒等。,4.丙烯酸树脂(PMMA)PMMA由丙酮和氰酸制成氰化丙醇加浓硫酸脱水，再以醇类酯化合成甲基丙烯酸酯，由催化剂聚合制得聚甲基丙烯酸甲酯。聚甲基丙烯酸甲酯与聚苯乙烯（PS）同是塑料中透明度
7、最佳者，且比聚苯乙烯树脂更难割伤，可为板状的有机玻璃，可加热弯曲成曲面，相对密度也轻。可着色成华丽的色调，在建筑材料或家具方面也使用很多。PMMA可用于制造汽车零件。因其具有耐光性、透光性，其最适于制作招牌、照明罩、亮光天花板。PMMA机械加工性良好，易于粘接，可制造精巧透明模型、光学透镜、假牙、隐形眼镜及电机零件。,5.聚乙烯(PE)日常生活中最常看到的塑料就是聚乙烯（PE）。聚乙烯是由乙烯聚合而制成，乙烯工业上取自石油的分馏。低密度聚乙烯加少量的氧在2000大气压左右的高压下，加热到200可得白蜡般的聚乙烯，称为高压法聚乙烯。若用特殊的有机金属催化剂，可在常温下将乙烯聚合，而得高密度聚乙烯
8、，称为低压法聚乙烯。聚乙烯的一般性质是乳白色半透明或不透明，比水轻，燃烧时像石蜡一滴滴落下，耐水性、电气绝缘性、耐酸性、耐碱性都非常好。可溶于热甲苯，但对大多数药品都稳定，所以易成型。热熔指数（melt index）表示聚乙烯的熔融黏度大小，此值愈小则分子量愈大，机械强度也愈好，不过流动性较差。耐热性低，化学性不活泼，导致印刷和粘接不良。可用于制造各种瓶子、鱼网、粗绳、电线缆、电话架线、切菜板、垃圾箱等。,6.聚丙烯(PP)聚丙烯的原料、制造技术和性质与聚乙烯有非常密切的关系。即原料的丙烯和乙烯同时大量含于石油的分解气体中。并且聚丙烯的工业制造方法与聚乙烯相同，即是用催化剂在低压下聚合而成。聚
9、丙烯的分子结构规则，排列整齐，为均衡性聚合体，结晶度很高，耐热性和强度都很优越。其相对密度只有0.900.92，是最轻的塑料，点火后，像聚乙烯一样燃烧，其烟有特殊臭味，可与聚乙烯区别。聚丙烯的软化点远高于高密度聚乙烯，可达170。透明性佳，抗拉强度、表面硬度大。低温时不耐冲击，食品容器在进出冷藏库时若掉下易裂。不耐紫外线。可用于制造电器外壳、水桶、食器、管类、滤布、鱼网、粗绳等。,7.氟塑料 氟塑料是性能优越的工程塑料，其耐化学药品性及电气绝缘性是塑料中最佳的。且在高温和低温中都不改变其性质，但价格贵。氟塑料的聚合体种类很多，不过工业上大致有四种：四氟化树脂、三氟化树脂、二氟化树脂及FEP树脂
10、。但大致是由二氯二氟甲烷的单体聚合而制得。氟塑料优于其他塑料的特点是不受药品的侵蚀，耐高温，耐高频等电气特性良好，四氟化树脂在-200250，三氟化树脂在-200250，二氟化树脂在-60150范围内性能稳定。由于不吸水，用作电气绝缘材料或防腐蚀的理想材料，在电子设备、雷达、电视、微波中继设备等无线通信设备方面，可提高性能，并可小型化。二氟化树脂很耐紫外线，长年累月其性能不变，可用作建筑物材料。,8.聚酰胺树脂(nylon)尼龙一般都很强韧，耐油性、耐药品性好，从高温到低温都可稳定使用，具备作为工程塑料的良好条件。摩擦系数小、耐磨性好，对钢的摩擦系数0.15。聚酰胺对聚酰胺则在0.1以下，故专
11、用于制造录音机、复印机、计算机等较小的齿轮、凸轮、轴承等机械零件、滑轮。尼龙一般都易吸湿，尺寸和强度会因吸湿而发生变化。所以精度高时要特别注意，成型时，务必充分干燥材料。可用于制造齿轮、电器接头、灯壳、引擎风扇叶、镜子、外壳、电子零件、轴承、计算机、电视组件、溜冰鞋底、球箱、拉链、钓鱼线、刷子毛、梳子、高压软管、枪托等。,9.聚甲醛树脂(POM)POM是耐热性和耐溶剂性良好的强韧材料。聚甲醛的特性类似尼龙和PC，非常强韧，而且热变形温度很高，耐磨性优越，长时间负载也不易变形，而且反复弯曲后，其性质几乎不变，所以也称为塑料弹簧。对钢的摩擦系数之低并不亚于尼龙，吸水所导致的尺寸变化，也远比尼龙小。
12、可用于制造汽车零件、齿轮、电子零件、水龙头、凸轮、照相机零件、钟表内部零件、拉链、电脑零件等。,10.聚碳酸酯树脂(PC)PC为无色或淡黄色的材料，抗拉强度、弯曲强度、弹性、耐冲击性都大，这些物理性质可与金属材料匹敌。且这些性质不会因温度而有太大变化，在140仍可保持强度。脆化温度低到-100140，耐冲击性很大，高居塑料的首位，可制成胶盔、安全帽。对紫外线的抵抗性很强，曝露屋外十年间的耐候性试验，力学性能仍毫无变化。电气性质也优良。耐药品性是耐酸而不耐碱。PC到220230才开始软化熔融，黏度也大，故成型加工时，需用大于聚苯乙烯或丙烯树脂的高温、高压。可制成安全帽及各种机械零件，外壳及需电气
13、绝缘性、强度、耐热性、透明性、尺寸稳定性、耐振动的电气机械器具的零件。,11.纤维素塑料 透明性、可挠性、加工性良好、流动性、成型性良好、表面光亮、有良好的尺寸精度。可制成难燃的眼镜框、工具、电气零件、透明包装盒。,3.1.4 热固性塑料的特性,1.酚醛树脂 酚醛树脂是酚（phenol）和甲醛制成的，大都含有木粉、石棉、牛皮纸、布等填充料。加木粉后，成型较容易；加入石棉可提高耐热性；加入云母可增加电气绝缘性；加人长纤维可增大机械强度；加入合成纤维布，可增加电气绝缘性与强度。机械强度高、电气绝缘性良好、耐热性相当好、耐硫酸等强酸、不易燃、成型容易、精度也高。机械加工也容易、廉价耐用。易受碱性溶剂
14、侵蚀。原色为黄褐色，易变色。可制成电气绝缘材料、电机制品、通信零件、配线器具、连接器、开闭装置、插座、水壶、熨斗的握柄、搅拌器。,2.脲醛树脂 用酸或盐基为催化剂，使尿素（氨）和福尔马林反应，可制得脲醛树脂。其成型是用硬质铬镀模型，用压缩成型法，温度控制在130150左右。耐热性比酚醛树脂差，但在100以下可连续使用，对有机溶剂、油类的抵抗力强。树脂本身可自由着色、光泽性好、外观好。电气性质中的耐电弧性优于酚醛树脂。性质优良，但成型收缩率比酚醛树脂大，且耐水性、耐老化性、耐煮沸稍差些，故不适于室外或工业用途。可用于化妆品用、医药品用、各种容器用的帽盖，筷、盆、碗、茶盘、水果盘等不需耐热性、耐水
15、性的食品器皿，钮扣、烟灰缸、玩具、文具等杂货日用品，汽车零件、电机零件，照明器具、收音机外壳、开关钮、电表外壳等电气零件。,3.三聚氰胺树脂 无色透明、可自由着色、非常硬，耐药性、耐水性、耐溶剂性、耐热性、耐火焰性佳。机械强度、电气绝缘性、耐电弧性也佳。不易老化，总体性能优于脲醛树脂，但价格较高。可制成烟斗、热水壶、装饰板、电气绝缘性好的零件。,4.不饱和聚酯树脂(UP)是不饱和二元酸的醇酸树脂和乙烯系单体的混合物。此树脂为低黏度液体，固化时，不会产生气体，故成型压力极低。以玻璃纤维为增强体则更有极优良的机械强度。可制造飞机零件、舟艇零件、钢盔衬垫、浴槽、跑车、冷却塔、水槽、药品箱。,5.环氧
16、树脂(EP)环氧树脂主要原料为丙烯和苯反应而来，能与其他物质，特别是金属粘着，故可作为胶黏剂。另一大特点是固化时，不产生挥发物质，所以收缩小，可制得尺寸精度良好的成型品，尺寸稳定性好。可用做胶黏剂、涂料。,6.聚氨酯树脂 聚氨酯树脂可有泡沫塑料、橡胶、热塑性及热固性塑料的性质，可用为弹性体、胶黏剂、涂料等。也可用作收缩性大的合成纤维。富弹性和强韧性、拉伸强度大、不易受油或溶剂侵蚀，不易老化和磨损。遇水易分解，不耐酸、碱、沸水、水蒸气。用途：1)泡沫塑料。作为软质泡沫塑料是利用其橡皮弹性、拉伸强度、耐疲劳性的特点。2)橡胶弹性体。弹性、抗拉强度、断裂强度、耐磨性、耐老化性等都很好，可作为卡车用轮
17、胎，各种滚筒或搬运带，无声齿轮。3)涂料及胶黏剂。聚氨酯树脂涂料及胶黏剂有与被粘接面粘接良好的特点，适用于粘接木材、橡皮、塑料、玻璃、金属等材料，但受紫外线作用易变黄色。,3.2 模具材料,由于塑料模一般结构较复杂，型腔表面粗糙度值要求低，精度要求高，要保证有优良工艺性能，具体要求如下：热处理变形小并有较好的淬透性。切削加工性能好，要有优良的抛光、耐磨性能。对使用冷挤成形工艺加工的塑料模具，要求材料有较好的冷挤压成形性，退火后硬度要低、塑性要好、变形抗力要小，便于成形加工，淬火后变形抗力高。其他工艺性能要良好，如锻造工艺性能和焊接性能等。,常用的塑料模具钢,1.表面硬化型塑料模具钢 表面硬化钢
18、可获得坚韧的芯部以及耐磨表面，表面硬度高有利于抛光处理。表面硬化钢的含碳量小于0.25%。在热处理过程中，碳元素可以加强钢芯部强度。为了得到比较高的表面硬度必须增加表面碳含量，这可以通过在热处理过程中加入碳触媒剂来实现。通常理想的碳化温度深度为0.61mm之间，在淬火和回火后，表面硬度可达到HRC5862之间。由于碳化温度较高，必将引起尺寸变化，这需要额外的后续加工。,2.淬透型塑料模具钢 同表面硬化钢相比，淬透钢的突出优点为热处理简单，可以在后续的模腔修模过程中不必重新进行额外的热处理，其缺点是容易产生裂纹，特别是对于大型模具尤其如此。耐腐蚀钢的耐腐蚀性能受热处理的影响较大，特别是受回火温度
19、、回火方式、次数和析出碳化物的分布等影响较大，当回火温度小于400时，将会有少量的碳化物析出，这会降低马氏体的残余应力，而对耐腐蚀性能没有影响。如果回火温度在第二类回火脆性温度范围，则耐腐蚀性能将会有明显的下降。最大腐蚀发生在温度高于第二类回火脆性温度50左右，这时析出碳化物开始增加，碳化物周围的铬含量降低，于是这些区域就会发生腐蚀。回火温度越高，通过迁移，碳化物周围的铬含量就越高，从而使耐腐蚀性能提高。,3.预硬化型塑料模具钢 有些塑料模具钢在加工成形后进行热处理时变形较大，无法保证模具的精度，因此模具钢可以以预硬化钢的形式供应市场，这样易于制造高精密的塑料模具且降低生产成本。预硬型塑料模具
20、钢预先进行调质处理，以获得所要求的使用性能，再进行模具加工，之后不需要进行最终热处理就可以直接使用，从而可以避免由于热处理而引起的模具变形和裂纹问题。预硬化钢最适宜制作形状复杂的大、中型精密塑料模具。预硬化钢的使用硬度一般在HRC3042范围内，但在高硬度（HRC36）情况下，可切削性能较差。预硬化钢大多数以中碳钢为基础，适当加入Cr、Mn、Mo、Ni、V等合金元素制成。为了解决在较高硬度下机械切削加工的困难，在冶炼时适当地向钢中加入S、Ca、Pb等元素，以便改善钢的切削加工性能。有些预硬化钢可以在模具成形后进行渗氮热处理，在不降低基体强度的前提下使模具的表面硬度和耐磨性提高。,3.3 模具物
21、料流程,一般认为，当模具企业的员工数达到100人以上后，就需要使用模具网络协同制造系统，而其中模具物料的管理属于最基本的部分之一。虽然模具基本属于单件生产，模具之间的BOM结构不同，但大体上是相似的。如图3-3所示，主要包括模具制品编号、物料编号、订料日期、需求日期、工件名称、材料、规格尺寸、计划状态和物料状态等。“需求日期”非常重要，是由设计人员根据加工的先后顺序来决定物料购置的时间优先级，直接决定采购的优先级。,BOM,设计人员输入物料信息时需要决定当前物料的来源，称为计划状态，包括：1)待定。暂时不能确定。2)需订料。表示需要到供应商处采购。3)外包。一般来说是由于公司受产能的限制，将整
22、套模具或部分零部件，例如EDM电火花所用到的铜电极或石墨电极发包给分包商制造。4)库存。表示该物料已有存货，可以直接从仓库中获取，但是由于模具制造属于订单式设计，基本属于直接物料，相关库存物料极少。5)不需订料。某些模具用部件，例如模架属于整个部件集成采购，但又需要给出详细的零件清单，即它所属的零件都需要单独记录，包括物料编号，一方面这是由于供应商需要详细的资料，另一方面，也是由于其中的一些零件也可能需要加工。由于模架部件已标识为“需订料”状态，价格也落实在部件记录上，所以其所属零件应标识为“不需订料”。因此，也有许多“不需订料”的零件实际上是属于要采购的零件。,模具物料流程,采购,检验,库存,
