5第五章 非金属材料成型.ppt

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1、材料成形技术基础,教师：陈 丰邮箱：fengchen_,第五章 非金属材料成形过程,第五章 非金属材料成形,【计划学时】6学时【主要内容】塑料及橡胶的成形性能；注射成形过程；挤出成形过程；模压成形过程；塑料及橡胶制品的其它成形过程；塑料及橡胶制品的结构技术特征。【学习目标】了解塑料及其复合材料制品在工农业及日常生活生产中的应用，了解典型非金属材料的基本性能，非金属材料成形的基本理论和方法，掌握典型非金属材料成形方法，能够进行产品成形全过程设计开发，生产高质量的非金属制品。【重点难点】重点是常用非金属材料的成形工艺，难点是非金属材料成形过程的基本理论。,第1部分 塑料制品的成形过程 塑料的成形性

2、能；注射成形过程；挤出成形过程；模压成形过程；塑料制品的其它成形过程；塑料制品的结构技术特征。,主 要 内 容,第2部分 橡胶制品的成形过程 橡胶制品的成形性能；橡胶制品的注射成形过程；橡胶制品的压延过程；橡胶制品的挤出成形过程,随着机械、电子、汽车、摩托车、航空、航天、家电、日用五金等工业产品塑料化趋势的不断增强及塑料、橡胶制品的广泛应用与发展，对塑料、橡胶制品的成型技术的发展与其模具在数量、品质、精度和复杂程度等方面都提出了更高的要求，这就要求从事机械设计和加工、汽车设计与制造等专业的人员掌握塑料、橡胶制品设计、成型过程及模具设计等方面的知识。,概 述,塑料制品的应用,塑料制品的应用,塑料

3、制品的应用,金属材料 高强度、高硬度、一定塑性和韧性难以达到满足一些特殊性能的要求（耐高温、耐腐蚀、绝缘、隔音、减震等）,非金属材料 独特性能,成型方法多样化成型温度低、成型工艺简便成型工艺与材料的制备工艺有机结合,非金属材料特性,原料来源丰富，制造加工容易，节约能源,塑料概念:以合成树脂或天然树脂为原料，在一定温度和压力条件下，可以用模具使其成型为具有一定形状和尺寸的塑料制件，当外力解除后，在常温下其形状保持不变。多数以合成树脂为基本成分，一般含有添加剂如：填料、稳定剂，增塑剂、色料或润化剂等。塑料的特点:比重小，比强度大；耐腐蚀，耐磨，绝缘，减磨，消声，减震；易成型，易复合等优良的综合性能

4、。,易老化耐热性差刚性差尺寸稳定性差,塑 料 概 述,按受热后形态性能分：热塑性：受热时呈熔融状态，冷却时凝固，可反复成型加工。热固性：成型后成为不可溶材料。如、等。,按使用范围分通用塑料 原料来源丰富，产量大，应用面广，价格便宜，如：、。工程塑料具有较高物理机械性能，应用于工程技术领域塑料，如：A、等。,塑 料 分 类,原料,树脂,塑料生产,塑料制品,塑料,塑料制品生产,塑料制品的生产流程,ABS粒料,大型下水道波纹管,成型 塑料制品生产过程主要包括 机械加工 修饰 成型将原材料制成具有一定形状和尺寸制品的生产过程。机械加工指成型后的制品采用机械加工的方法以获得更高的精度和更低的表面粗糙或更

5、复杂的形状。修饰采用喷涂、浸渍、镀金属等方法改变塑料零件表面性质。,5.1 塑料制品的成型过程,知识回顾和问题,知识回顾:1、金属材料的焊接性：定义、碳当量法和裂纹敏感系数法；2、低碳钢、中高碳钢的焊接性；3、不锈钢、铝合金及铜合金的焊接性；4、非金属材料的性能特点及应用。,问题：1、什么是金属材料的焊接性?2、中碳钢焊接过程中存在哪些问题？3、不锈钢焊接接头会发生晶界腐蚀，如何防止？,1）流动性：塑料在一定的温度与压力下填充模腔的能力称为流动性。流动性小，将使填充不足，不易成型，成型压力大；流动性大，易使溢料过多，填充型腔不密实，塑料制品组织疏松，模具易黏及清理困难，硬化过早。因此，选用塑料

6、的流动性必须与塑料制品要求、成型过程及成型条件相适应。,5.1.1 塑料的成型性能,流动性能的表征,热塑性塑料：流动性的大小，可以从树脂分子量及其分布，熔体流动指数（MFI）,表观黏度及阿基米德螺旋线长度等一系列参数进行预测。,熔融指数(MFI)、t10 min,HDPE 5000S MFI0.9g/10minHDPE 6098 MFI 0.14g/10min,A、流动性好，如PS、PA、PP、PE、CE等；B、流动性中等，如改性PS、ABS、PMMA、POM、CPT等；C、流动性差，PC、RPVC、PPO、PSF、F塑料等。,热固性塑料：拉西格流动值,拉西格模具,截面逐渐减小的棱柱体流道,压

7、圆锭,考察塑料在棱柱体流道中的流动长度,第一级、拉西格流动值100130mm，压制无嵌件、形状简单的一般厚度塑件；第二级、拉西格流动值131150mm，压制中等复杂程度的塑件；第三级、拉西格流动值151180mm，压制结构复杂、深型腔、多嵌件的薄壁塑件，或用于传递（压注）成型。,流动性能的表征,（1）温度的影响 料温高则流动性增大，但不同塑料品种，其影响程度差异甚大。,（2）压力的影响“剪切变稀”现象 剪切敏感塑料有：、ABS、等塑料，这些塑料在成型加工时，宜使用“低温高压”的技术。,影响流动性的主要因素,5.1.1 塑料的成型性能,（3）模具的影响 浇注系统形式、尺寸、布置，冷却系统设计，流

8、速阻力等因素都直接影响到熔体在模腔内的实际流动性。（4）塑料种类的影响 就热固性塑料而言，如粒度细匀、湿度大，含水分及挥发物多，预热及成型条件适当等均有利于改善流动性；反之则流动性变差。,5.1.1 塑料的成型性能,知识回顾和问题,知识回顾:1、金属材料的焊接性：定义、碳当量法和裂纹敏感系数法；2、低碳钢、中高碳钢的焊接性；3、不锈钢、铝合金及铜合金的焊接性；4、非金属材料的特点及应用；影响非金属材料流动性的因素,问题：1、什么是金属材料的焊接性?2、中碳钢焊接过程中存在哪些问题？3、不锈钢焊接接头会发生晶界腐蚀，如何防止？4、影响非金属材料流动性的因素有哪些？,塑料制品自模腔中取出冷却至室温

9、后，其尺寸发生缩小的这种性能称之为收缩性。,（1）成型收缩形式 线尺寸收缩方向性收缩冷却固化收缩后处理收缩,（2）影响收缩的因素塑料品种的影响塑料制品特性的影响模具的影响成型条件的影响,塑料=310 钢,2）收缩性：影响塑料制件尺寸精度和质量,5.1.1 塑料的成型性能,3）结晶性,塑料,结晶型塑料（PE、PP、PA、POM）,非结晶型塑料（无定型塑料）PS、PVC、PC、ABS,影响收缩率大小的因素很多，收缩率不是一个固定值，而是在一定范围内变化，收缩率的变化将引起塑料制品尺寸波动。模具设计时应根据以上因素综合考虑选择塑料的收缩率。,（3）收缩率k的计算,SCP平均收缩率；Lm 模腔在室温下

10、单向尺寸；L1 塑料制品在室温下单向尺寸。,5.1.1 塑料的成型性能,结晶熔解需要热量，比非结晶型塑料达到成型温度需要更多的热量；冷凝时，结晶型塑料放出热量多，需要较长的冷却时间。不像金属具有单一熔点，而是一个熔程；结晶型塑料硬化密度与熔融时密度差别很大，成型收缩大，易发生缩孔、气孔。由于分子的定向作用和收缩的方向性，结晶型塑料制品易变形、翘曲。,结晶型塑料成型特性：,5.1.1 塑料的成型性能,冷却速度对结晶型塑料的结晶度影响很大；结晶度大的塑料制品密度大，强度、硬度高，刚度、耐磨性好，耐化学性和电性能好；结晶度小的塑料制品柔软性、透明性好，伸长率和冲击韧度较大。,5.1.1 塑料的成型性

11、能,塑料吸湿性大致可分为两类：一类是具有吸湿和粘附水分倾向的塑料，如ABS、PA、PAAM；另一类是既不吸湿也不易粘附水分的塑料，如PE、PP。,4）吸湿性与粘水性,热敏性塑料是指对热较为敏感，在高温下受热时间较长或进料口截面过小，剪切作用大时，料温增高易发生变色、降聚、分解的倾向，具有这种特性的塑料称之为热敏性塑料。如、等。有的塑料即使含有少量水分，但在高温、高压下也会发生分解或使塑件产生气泡、银纹等缺陷，称此性能为水敏性。如C等。,5）热敏性和水敏性,5.1.1 塑料的成型性能,图5.1所示为结晶型塑料和无定型塑料三态与温度之间的关系。,玻璃态 t tg 机械加工 高弹态 tg t tf

12、真空成型、压力成型、压延弯曲成型 黏流态 tf t td 注射、模压、吹塑、挤出成形 ttd，塑料降解,图5.1 塑料状态与温度的关系,6）塑料状态与温度的关系,5.1.1 塑料的成型性能,塑料的黏度随着压力和温度的升高而降低。黏度降低可增加塑料的流动性，有利于塑料制品的成型。,7）温度和压力对黏度的影响,图5.2 塑料黏度与压力、温度的关系,5.1.1 塑料的成型性能,注射成型又称注射模塑或注塑成型，是热塑性塑料制品的一种主要成型方法。注射成型具有生产周期短，能一次成型外形复杂，尺寸精确和带有金属嵌件的塑料制品，生产效率高，易于实现自动化操作，加工适应性强等优点。,5.1.注射成型过程,5.

13、1.注射成型过程,注塑机与模具注塑机,塑化注射系统合模锁模系统 操作控制系统其它：模温调节系统、安全系统等,注射成型设备,5.1.注射成型过程,卧式注塑机,立式注塑机,角式注塑机,5.1.注射成型过程,注射成型原理 将粒状原料在注射机的料筒内加热熔融塑化，在柱塞或螺杆加压下，压缩熔融物料并向前移动，然后通过料筒前端的喷嘴以很高的速度注入温度较低的闭合模具内，冷却定型后，开模即得制品。,1）注射成型原理及过程,5.1.注射成型过程,注射成型工艺过程,包括：成型前准备、注射成型过程和塑料制品的后处理三个阶段。注射成型过程分为加料、塑料熔融、注射、制品冷却和制品脱模等5个工序。,图6.4 注射成型过

14、程,5.1.注射成型过程,影响注射成型工艺过程的主要参数:料筒温度 成型温度 喷嘴温度 模具温度 注射压力 成型周期,5.1.注射成型过程,温 度,（1）料筒温度,加料段压缩段 m（Tf）d均化段,（2）喷嘴温度 T料筒（防止流涎）,（3）模具温度低模温，、；高模温，、等,注射成型工艺条件,5.1.注射成型过程,（4）注射压力,注射压力指柱塞或螺杆顶部对塑料所施加的压力。作用：克服塑料流动充模过程中的流动阻力，使熔体具有一定的充模速率，对熔体进行压实。注射压力一般取40Pa130Pa；其大小取决于塑料品种、注射机类型、模具结构、塑料制品厚度和流程及其他技术条件，尤其是浇注系统的结构和尺寸。在塑

15、料熔体黏度较高、壁薄、流程长和针点浇口等情况下，采用较高的注射压力。模具结构简单，浇口尺寸较大时，注射压力可以较低；料筒温度高、模具温度高的注射压力也可以较低。,5.1.注射成型过程,完成一次注射成型全过程所需的时间。,模具动作时间,注射时间,保压时间,冷却时间,一般是在.5min；有的可以到10 min以上,（5）成型时间,5.1.注射成型过程,组成部分：成型零部件浇注系统导向机构脱模机构分型抽芯机构调温系统排气系统连接部分,（1）注射成型模具结构,2）注射成型模具设计,成型零部件设计 成型零部件是构成模具型腔的零件。它包括凹模、凸模（型芯）、各种成型杆和成型环，是塑料模具的主要组成部分。,

16、a)凹模 凹模用以形成塑料制品的外表面，按其结构不同可分为整体式、整体嵌入式、局部镶嵌式和拼合式等形式。,b)凸模和成型杆 凸模的结构形式可分为整体式和组合式。,2）注射成型模具设计,浇注系统 指模具中连接喷嘴和型腔的进料通道。普通浇注系统一般由四部分组成即主流道、分流道、浇口及冷料井。导向机构 合模导向作用为了使动模与定模在合模时能准确对中，以及防止推件板歪斜而设置的机构。组成：导柱、导套等零件。,抽芯机构 成型侧向凹凸形状的孔或凸台。侧向分型抽芯机构类型很多，按动力分为手动、液压（气压）和机动三类。,2）注射成型模具设计,顶出机构 结构组成：推板、推杆固定板、推杆、拉料杆等。常见的顶出机构

17、有：简单顶出机构、一次顶出机构、二次脱模机构、双脱模机构、顺序脱模机构、螺纹塑料制品脱模装置。调温系统 为了满足注射成形过程对模具温度的要求，注射模设有冷却或加热系统。排气系统 为了将模腔内的气体顺利排出，在模具分型面处开设排气槽或利用模具的推杆或型芯与模板的配合间隙排气。,2）注射成型模具设计,轿车保险杠整体图尺寸,实 例,实 例,注射模具相关的国家标准,塑料注射模具零件塑料注射模具零件技术条件塑料成型模具术语塑料注射模具技术条件塑料注射模大型模架塑料注射模中小型模架及技术条件,知识回顾和问题,知识回顾:1、塑料的成型性能：流动性及流动性的表征，影响流动性的主要因素；2、塑料的成型性能：收缩

18、性及收缩的类别，影响收缩性的主要因素；3、注射成型过程及主要工艺参数设计；4、注射成型模具主要结构组成。,问题：1、影响塑料流动性的主要因素有哪些?2、影响塑料收缩性的因素有哪些？模具设计中如何考虑收缩？3、注射成型主要工艺参数有哪些？如何选择？,（2）注射模浇注系统设计,浇注系统模具中连接喷嘴和型腔的进料通道。类型：浇注系统通常分为两大类 普通浇注系统 无流道浇注系统 普通浇注系统一般由四部分组成 主流道 分流道 浇口 冷料井 作用：使塑料熔体顺利地充满型腔，且把压力充分传递到型腔的各个部位，适时冷却以获得外形清晰内在品质优良的塑料制品。,（2）注射模浇注系统设计,足浴按摩器模具,主流道设计

19、,主流道是指喷嘴口起至分流道入口处的一段通道。主流道对接处应制球形 凹坑,半径R2=R1+(12)mm，小端直径d1=d2+(0.51)mm。图5.8主流道结构1定模板；2浇口套；3注射喷嘴,冷料井设计,冷料井位于主流道正对面的动模板上，或处于分流道末端。作用:1.是搜集料流前锋的“冷料”，防止“冷料”进入型腔而影响塑料制品品质；2.开模时又能将主流道中的冷凝料拉出。冷料井直径宜稍大于主流道直径，长度约为主流道大端直径。,分流道主流道与浇口之间的通道。分流道设计作用：使熔融塑料过渡和转向。分流道截面形状有圆形、梯形、U形和六角形等，如下图。为减少分流道内的压力损失，希望分流道截面积要大，为减少

20、散热，希望分流道表面积要小。可用分流道的截面积（A）与周长（L）的比值（R）来表示流道的效率。其表达式为：R=A/L,分流道设计,圆形截面的流道效率高，加工较困难，实际使用侧面具有斜度为510的梯形流道。分流道截面尺寸应根据塑料的成型体积、壁厚、尺寸、塑料品种的技术性能、注射速率以及分流道长度而定。其关系式为：H=2/3d;Lf=（12.5)d;R1=(25)mm;R2=(13)mm;=23,通常截面积相等的分流道，其水力半径（R）随形状不同而异。水力半径大意味着流体和道壁的接触少，阻力小，通流能力大，压力损失小，散热少，即流道效率高；反之则流道效率低。,分流道设计,平衡式 分流道的布置形式

21、非平衡式平衡式特点:主流道至各型腔的分流道，其长度、形状、断面尺寸等必须对应相等，保证各型腔的热平衡和塑料的流动平衡。加工时注意对应部位尺寸的一致性。缺点:加工困难，分流道长。,分流道的布置取决于型腔的布局，分流道布置的原则是应尽量均匀布置，使各浇口处压力降相等；流程应尽量短，排列紧凑，使模具尺寸小。,分流道设计,非平衡式特点:主流道至各型腔的分流道长度各不相同。为了使各个型腔同时均衡进料，须将浇口开成不同的尺寸。对于品质要求很高的塑料制品，不宜采用非平衡式布置。优点:多型腔数时，可缩短流道的总长度。分流道表面不要求太光洁，表面粗糙度要求达到Ra=0.8m为佳。,分流道设计,浇口连接分流道与型

22、腔之间的一段细短流道。作用：调节控制料流速度补料时间防止倒流 浇口尺寸常用经验确定，先取下限值，然后在试模中加以修正。一般浇口断面积约为分流道面积的3%9%，长度尽可能短，为11.5 mm，截面形状常为矩形或半圆形。,浇口设计,当采用多浇口时，来自不同浇口的熔体相互汇合，可能造成流动的停滞和转向（潜流效应），这时各浇口的充填不平衡，影响制品的表面质量及结构的完整性，也得不到理想的简单流动。这种情况应调整浇口的位置。,熔合纹和气穴,a.浇口位置的确定 选择浇口位置时应遵循以下原则：.避免塑料制品产生缺陷 避免小浇口正对宽大的型腔，克服上述缺陷的办法：一、加大浇口断面尺寸，降低熔体流速，避免喷射；

23、二、采用冲击型浇口,浇口设计,浇口应开设在塑料制品截面最厚处。浇口位置应有利于型腔排气。浇口位置使熔料流程最短，料流变向最少，防止型芯变形。浇口位置及数量应有利于减少熔接痕和增加熔接强度。浇口位置尽量开设在边缘和底部，保证外观不受影响。,浇口设计,b.校核流动比 确定大型塑料制品的浇口位置时，须校核流动比，以保证塑料熔体能充满整个型腔。流动比流道长度与厚度之比，即：,式中 K 流动比；li流道各段长度；ti流道各段厚度；K允许流动比。,浇口设计,流动比,流动比的允许值随塑料熔体的性质、温度、注射压力等的不同而变化，由实验得出的流动比的允许值见表5.1所示。当计算得到流动比K大于K时，则需增加塑

24、料制品壁厚，或者改变浇口位置，或者采用多个浇口等办法来减小流动比。,表5.1常见塑料的允许流动比范围,热浇道系统是应用于塑胶生产行业的一个极其重要的辅助设备。热流道成型技术是应用于塑料注塑模浇注流道系统的一种先进技术，是塑料注塑成型工艺发展的一个热点方向。热流道系统成型原理是从注射机喷嘴送往浇口的塑料始终保持熔融状态，在每次开模时不需要固化作为废料取出，滞留在浇注系统中的熔料可在再一次注射时被注入型腔。,热浇道系统,热流道系统它主要由热浇口套、热浇道板、温控电箱构成。常见的热流道系统有单点热浇口和多点热浇口二种形式。单点热浇口是用单一热浇口套直接把熔融塑胶射入型腔，它适用单一腔单一浇口的塑胶模

25、具;多点热浇口是通过热浇道板把熔融料分枝到各分热浇口套中再进入到型腔，它适用于单腔多点入料或多腔模具.,热浇道系统,成型零部件是构成模具型腔的零件。它包括凹模、凸模（型芯）、各种成型杆和成型环，是塑料模具的主要组成部分。1）凹模 凹模用以形成塑料制品的外表面，按其结构不同可分为整体式、整体嵌入式、局部镶嵌式和拼合式等形式。,（3）成型零部件设计,（3）成型零部件设计,凸模的结构形式可分为整体式和组合式。,图5-14 凸模结构形式,制品上的内螺纹用螺纹型芯来成型，外螺纹则用螺纹型环成型。在经常装拆和受力较大的地方，常用金属螺纹嵌件。金属螺纹必须用螺纹定位芯棒和螺纹定位环固定。,b）凸模和成型杆,

26、在选择分型面时，应考虑以下原则：分型面选择应便于塑料制品脱模和简化模具结构。分型面的选择应满足在动模分离后，使制品尽可能留在动模内：当塑料制品带有金属嵌件时，应将型腔改设在动模;当制品外形简单，而内形复杂或孔较多时，一般留在动模上，采用脱模板完成脱模;,分型面是其闭合时凹模与凸模相配合的接触面。选择分型面总的原则保证塑料制品品质，且便于制品脱模和简化模具结构。,(4)分型面的选择,图5.15 便于塑料脱模的简化模具,(4)分型面的选择,对于带有侧凹与侧孔的塑料制品，选择分型面应尽可能将侧型芯置于动模部分。,分型面选择应有利于提高制品的外观品质。由于分型面处不可避免地要在塑料制品上留下溢料痕迹或

27、拼合缝的痕迹，因此分型面最好不要设在塑料制品光亮平滑的外表或带圆弧的转角处。,图5.16 利于提高制品外观,(4)分型面的选择,分型面选择应有利于提高制品的精度 分型面不能影响制品尺寸的精度，为了满足制品同轴度的要求，尽可能将型腔设在同一块成型件上。,图6.17 利于提高制品的尺寸精度,(4)分型面的选择,分型面的选择应有利于排气 分型面尽可能选在塑料流动方向的末端，以利于排气。,图6.18 有利于排气1动模；2定模；3制品,(4)分型面的选择,分型面的选择应有利于防止溢料 应尽可能选择投影面积较小的一面放在分型面上,图6.19 有利于防止溢料1动模；2定模；3制品,(4)分型面的选择,抽芯机

28、构 当注射成型具有与开模方向不同的内外侧孔或侧凹的塑料制品时，模具必须具有侧向分型与抽芯机构。在脱模时，需先将侧型芯抽出方可取出塑料制品。侧向分型抽芯机构类型很多，通常按动力来源分为手动、液压（气压）、机动,（5）抽芯及顶出机构,斜销滑块分型抽芯,手动侧面分型抽芯机构特点：模具结构比较简单，生产效率低，劳动强度大，抽拔力有限。适用范围：试制新产品、小批量生产及无法采用机动抽芯的产品。,液压（气压）侧向分型抽芯机构特点：抽拔距离长，抽拔力大、动作灵活、不受开模过程限制。适用范围：常在大型注射模中。,机动侧向分型抽芯机构特点：经济性好、效率高、动作可靠，实用性强。主要形式：弹簧分型抽芯、斜销分型抽

29、芯、弯销分型抽芯、斜滑块抽芯、齿轮齿条抽芯等，其中以斜销分型抽芯用得最广泛。,（5）抽芯及顶出机构,发动机壳体抽芯机构,（5）抽芯及顶出机构,齿轮齿条抽弧形弯型芯机构,（5）抽芯及顶出机构,弯销分型抽芯,斜槽抽芯机构,（5）抽芯及顶出机构,斜滑块抽芯机构,齿轮齿条抽芯机构,顶出机构 注射成型后的制品从模具中取出的机构称为顶出机构亦称脱模机构。常用的顶出机构有：简单顶出机构或一次顶出机构 二次脱模机构 双脱模机构 顺序脱模机构 螺纹塑料制品脱模装置,（5）抽芯及顶出机构,以五十铃汽车牌照灯罩壳注射成型模具设计为例:零件名称：JXD120牌照灯罩壳。生产批量：中批量生产。材料：聚丙烯酸甲酯（有机玻

30、璃372）。,3）塑料注射模设计举例,设计步骤：（1）取得必要的资料和数据（2）分析制品的结构特征和技术要求（3）估算塑件体积或质量，初选注射机（4）确定成型方案（5）绘制模具结构草图（6）进行模具设计计算（7）绘制模具装配工作图（8）绘制模具零件工作图,3）塑料注射模设计举例,1模脚；2螺钉；3推板；4推杆固定板；5复杆；6推杆；7动模板；8导柱；9推件板；10定模板；11凸模；12型芯；13镶套；14螺钉；15浇口套16 拉料杆；17 塑件；18 定模板拼块图6.21模具装配图,3）塑料注射模设计举例,知识回顾和问题,知识回顾:1、注射模具浇注系统设计；2、注射模具分型面选择原则；3、注射

31、模具的抽芯及顶出机构。,问题：1、确定浇口位置的基本原则是什么?2、注射模具分型面的选择原则是什么？3、注射模具的抽芯机构有哪些类型？,挤出成型又叫挤塑、挤压、挤出模塑 借助螺杆和柱塞的挤压作用,使塑化均匀的塑料强行通过模口而成为具有恒定截面和连续制品的成型方法。挤出成型是热塑性塑料的主要成型方法之一。除了成型加工外，该法还用于塑料的混炼加工，如着色、填充、共混等皆可通过挤出造粒工序来完成。,6.1.3 挤出成型,挤出成型产品,挤出成型设备,1）特点:连续化,效率高,质量稳定；应用范围广；设备简单,投资少,见效快；生产环境卫生,劳动强度低；适于大批量生产；,1）挤出成型原理及过程 挤出成型是一

32、种液态轧制过程。,挤出成型,塑 化 挤出成型 冷却定型,6.1.3 挤出成型,挤出成型工艺参数,压力:料筒中熔体压力可以达到55MPa,而口模压力一般是小于20MPa。温度:根据不同的塑料而异,塑化温度一般是在180 250。挤出速率:是单位时间内机口模挤出的塑料质量(Kg/h)或长度(m/min),与口模阻力、螺杆与料筒的结构、螺杆转速、加热系统和塑料特性有关。,6.1.3 挤出成型,挤出成型模具包括机头和定型套等，其中以机头为主要部。因此，挤出成型模具的设计主要是机头结构的设计。（1）挤出成型机头的作用及设计原则 作用：使来自挤出机的塑料熔体，由螺旋运动变为直线运动；通过模腔内的剪切流动，

33、使塑料熔体进一步塑化均匀；通过模腔内流道几何形状与尺寸的变化，产生必要的成型压力，确保型材致密；使物料获得所需的断面形状。,2）挤出成型模具,6.1.3 挤出成型,正确选择机头的结构形式；机头内流道表面应光滑，呈流线型结构；机头结构应有利于物料起压缩作用，使通过的熔融物料内部发生剪切作用，达到进一步塑化的效果；机头结构在满足强度和刚度的前提下，应尽可能紧凑，并要求装配方便，有利于操作。同时，可以对成形参数和部件的位置进行必要的调节。正确设计机头成形部分的断面形状。合理选择模具材料。,机头设计应遵循的原则：,6.1.3 挤出成型,管材挤出成型模具,PVC双壁波纹管生产线,双波纹管,常用的管机头结

34、构有：直通式、直角式、旁侧式 直通式机头：最显著的特征是有一定形式的分流器支架支撑着分流器。特点：机头形式结构简单，制造容易，但由分流器支架筋所形成的熔接痕不易消除，管材力学性能低。适用范围：聚氯乙烯、聚乙烯、聚酰胺、聚碳酸脂等塑料管材,管材挤出成型模具,木塑板材挤出生产线,该机组通过搁置的产业废弃物（锯木、竹粉、树皮等）回收，利用先进工艺及配方，加入适当比例塑料及防火阻燃剂，广泛用于仿真木板材、管材、型材的挤出成型。,图5.23 直通式挤管机头1气塞拉杆；2连接件；3芯棒；4螺钉；5加热装置；6支架；7分流器；8套；9进气嘴；10机头体；11调节螺钉；12压环13口模；14温度计；15冷却定

35、径套；16外冷套；17拉杆；18螺母,管材挤出成型模具,图5.24 直角式挤管机头1口模；2联接螺栓；3压环；4调节螺钉；5口模过渡体；6芯棒；7机头过渡体；8连接器；9连接螺栓,直角式挤管头：又称为弯机头。机头轴线与挤出螺杆轴线成直角,管材挤出成型模具,特点：内部无分流器支架，塑料熔体在机头中包围芯模流动成型，因此只产生一条分流痕迹。定型精度高；另外，流动阻力较小；料流较稳，出料较均匀；生产率高，成形品质较好。但是结构比较复杂，制造较困难，生产占地面积较大。适用范围：承受内压的内定径的聚乙烯、聚丙烯等塑料管材。,管材挤出成型模具,适合于大口径、厚壁管材成型。因芯棒内可施加控温措施，所以有利于

36、管材内壁性能的提高。但是，结构复杂，挤出成型时的料流阻力较大。,图6.25旁侧式挤管机头1、12温度计插孔；2口模；3芯棒；4，7电热器；5调节螺钉；6机头过渡体；8塑料侧温插孔；9机头；10高温计插孔；11芯棒加热器 旁侧式机头的结构特点：与直角式相似。,管材挤出成型模具,管材机头由口模、芯棒、分流器、分流器支架、过滤板、机头体等部件组成。口模：口模成型段（平直部分）内径和长度是口模结构中主要的两个参数。确定口模成型段内径通常有两种方法 1、根据口模与芯棒在出口端所形成的空间截面积与挤出管材截面积之比，即所谓的拉伸比来计算口模成型段内径 2、按下面的经验公式确定：D1=d2/k 式中d2管材

37、外径；k系数，通常为1.041.08,管材挤出成型模具,口模成型段（平直部分）的长度，对塑料管材品质影响很大。过长，料流阻力增大；太短，则起不到成形、定型作用。通常采用以下简便的经验公式来确定该部分的长度：L1=(0.53)d2 式中 d2管材外径,A压缩段；L1平直部分；C与水套配段；压缩角；D1口模内径,管材挤出成型模具,芯棒：芯棒成型段的长度是一个重要的尺寸，其值应等于口模成型部分的尺寸或略长一些。芯棒的锥面段长度B可用下面经验公式确定：B=(1.52.5)D0 式中 D0物料在过滤板出口处的流道直径 芯棒成型段的直径D2应按下面公式确定：D2=D1-2 式中D2芯棒成型段直径；D1口模

38、内径；口模与芯棒的单边间隙，通常=(0.830.94)t，其中t是管材壁厚,管材挤出成型模具,图6.27 芯棒L1平直部分；B压缩段；C定位段；E连接段；1收缩角,管材挤出成型模具,分流器支架 作用：主要是支承分流器及芯棒，同时兼有搅拌物料的作用。小型机头常将分流器支架、分流器或芯棒做成一体。,分流器 作用：将进入机头的塑料熔体剪切成环状流态，使它们向着口模和芯棒构成的成形区流动；把熔体剪切成薄层以后，利用熔体在分流器与机头空腔间增大的流动阻力来加强熔体的内部剪切混合作用，从而有利于机头对熔体进一步均匀加热，使塑料熔体进一步塑化，流动性更好。,管材挤出成型模具,机头体 机头体是机头的主要结构零

39、件之一，用于固定机头的其他零部件，为了安装方便，机头体的外形多为方形或六角形结构。,过滤板 过滤板通常安装在机头与挤出机料筒的连接处。作用：将来自挤出机料筒塑料熔体的螺旋运动转变为直线运动；提高塑料熔体进入机头的阻力以及机筒内的螺杆对塑料熔体的挤压力，有利于塑料熔体压实和塑化；同时对进入机头的塑料进行过滤，防止未经塑化的冷料或机械杂质进入机头。,管材挤出成型模具,1）模压成型原理及过程 模压成型又称压缩成型、压塑成型、压制成型等，主要用于热固性塑料的成型。基本成型原理：将粉状、粒状或纤维状的固态塑料，置于成型温度下的模具型腔中，然后闭模加压，使其成型、固化的过程。在这一过程中，置于模腔中的热固

40、性塑料，在高温和压力作用下，先由固态变为熔融状，并在此状态下充满整个模腔，熔融态逐渐变为固态，最后开模取得所需塑料制品。,6.1.4 模压成型,压缩成型产品,模压成型示意图,模压成型过程：加料、合模、排气、交联固化、制品脱模、清理模具等。,图6.28 模压过程,6.1.4 模压成型,压塑成型工艺参数：成型温度、成型压力和成型时间等。一模压压力Pm：使模塑料完全充满型腔所施加的必要压力 作用：充模，压实物料；克服由气体逸散，小分子物质挥发及物 料热膨胀造成的负压；闭模，制件获得模具型腔赋予的形状及尺 寸。实际采用的模压压力比计算压力高2030。二模压温度Tm：模压时规定的模具温度 作用：使物料熔

41、融流动充满型腔；提供固化所需热量。调节和控 制Tm的原则：保证充模固化定型并尽可能缩短模塑周期 三成型时间：成型时间是指加料、合模、排气、加压、固化、脱模、模具清理等工序所需的时间,6.1.4 模压成型,（1）模压成型模具的典型结构,图6.29 典型模压成形模具结构1上板；2螺钉；3上凸模；4凹模；5、10加热板；6导柱；7型芯；8下凹模；9导套；11顶杆；12挡钉；13，15垫板；14底板；16拉杆；17顶杆的固定板,2）模压成型模具,按照模具的凸、凹部分的结构特征可分为溢料式、不溢式、半溢式和演变式4种,溢料式模压成型模：又称敞开式模压模，该模具无单独的加料腔，模具型腔起加料腔作用。由于凸

42、模、凹模没有配合面，因此模压时过剩的塑料极易溢出，使成形密度不高，强度也差。同时，这类模具压缩的塑料制品飞边是水平方向的，去除溢边常会损害塑料制品的外观 优点：结构简单，塑料制品易取出，加料不需要十分准确。它适合于压制扁平的盘形塑料制品，流动性好的低精度及薄壁大型塑料制品。如各种盒盖、纽扣、装饰品等,（2）模压成型模具的分类,不溢式模压成型模：该模具结构特点是加料腔是型腔的延续，其断面形状、尺寸与型腔完全相同，无挤压面、成形时压力机的压力全部传递到塑料制品上，能获得密度高、强度大、形状复杂、壁薄、长流程、比容大的塑料制品。特别适用于含棉布、玻璃纤维等长纤维模料的塑料制品，产生溢边少，且呈垂直方

43、向分布，易除去采用不溢式模具结构时，由于塑料的溢出量少，加料量直接影响制品的高度尺寸，所以加料要求准确，一般也不应设计成多腔式模，不溢式模具脱模困难，应设脱模装置。,（2）模压成型模具的分类,图6.30 溢料式模具结构1凸模；2凹模；3制品；4顶出杆；5垫板；6导柱,图6.31不溢式模具结构1凸模；2凹模；3制品；4顶出杆；5垫板；6导柱,（2）模压成型模具的分类,半溢式模结构：其特点是具有加料腔、挤压面用这类模具使用成形的塑料制品兼有溢式和不溢式的优点，既能保证壁厚尺寸精度，又能保证高度方向尺寸精度，而且致密度高。模具使用寿命长，塑料制品脱模容易。凸模与加料腔在制造上较不溢式简单。其缺点是对

44、于流动性差的片状或纤维状塑料的成形会形成较厚的毛边。半溢式模压成形模具使用广泛，适用于各种模塑成形场合，如单型腔、多型腔、大的、复杂的塑料制品等。,图6-32 半溢式横具结构,（2）模压成型模具的分类,（3）模压成型模结构设计,塑料制品加压方向的确定 加压方向是指压力机滑块或凸横向模腔施加压力的方向。加压方向决定了分型面的位置，顶出形式和位置，对模具结构、塑料制品品质、脱模难易程度都有影响。原则：a.有利于压力传递 b.便于加料 c.便于嵌件安放和固定 d.保证凸模强度 e.简化模具结构 f.保证重要尺寸的精度,分型面位置的选择 模压成形模具分型面位置的选择原则是：a.为使塑料制品便于顶出，简

45、化顶出机构，分型面的位置应使塑料制品在开模后尽可能留在下模。b.塑料制品上对同轴度要求高的两部位，在设置分型面时，宜将两部位关键尺寸放在模具分型面的同一侧。c.尽量减少飞边对塑料制品外观的损害，同时应便于清除残余的飞边。因此，飞边不宜越过光滑的平面或圆弧面。d.便于模具及零件的制造。,（3）模压成型模结构设计,凸凹模的结构设计 a.溢料式凸凹模结构,（3）模压成型模结构设计,b.不溢式凸凹模的结构：典型的不溢式压模的凸凹模配合及结构尺寸,图6.34 不溢式凸凹模结构1凹模；2凸模；3排气槽；4承压面,（3）模压成型模结构设计,c.半溢式凸凹模结构：半溢式压模与溢式压模相同的是都有一个水平的环形

46、挤压面，称挤压环。与不溢式压模相似的是凸模与加料腔也常设有配合环和引导环。其配合关系及尺寸类似于不溢式压模，特殊的是凸模的前端周边常设计成外圆角R=0.50.8 mm，加料室底四周也设计成外圆角R=0.30.5 mm，这样有利于凸模导入加料室，也有利于清除废料，同时凸凹模都不易损坏。,模压成形模结构零部件设计 模压成形模结构零部件是指除成型零部件以外的所有各种零部件。其中重要的有导向机构、脱模机构、侧向分型面与抽芯机构、排气机构、加热系统等,（3）模压成型模结构设计,6.1.5 塑料制品的其他成型过程,1）吹塑成型 吹塑成型是把熔融状态的塑料型环置于模具型腔内，借助于压缩空气吹胀冷却而得到一定

47、形状的中空塑料制品的成型加工方法。种类不同，可分为中空塑料制品吹塑和薄膜吹塑等。（1）中空塑料制品吹塑成型 将处于熔融状态的空心塑料型坯置于闭合的吹塑模具型腔内，向其内部通压缩空气，使其表面积胀大，并贴紧模腔内壁，最后冷却定型得到具有一定形状和尺寸的中空吹塑制品。聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、热塑性聚酯、聚酰胺等。吹塑成型过程包括塑料型坯的制造和吹塑成型。坯制造方法不同，可分为注射吹塑成型和挤出吹塑成型。,中空成型产品,中空成型设备,用注射成型法将塑料制成有底型坯，再把型坯趁热移到吹塑模具中吹塑成形得到中空容器制品。优点：壁厚均匀、质量公差小、后加工量小、废边少、制品光洁度好。缺点：需要

48、注射和吹塑两付模具，故设备投资大。注射吹塑成形工艺过程如图6.35所示，注射机将熔融的塑料注射成型坯，开模后型坯仍留在芯模上，将芯模整体移至吹塑模具中，趁热合模并从芯模吹入0.20.7 MPa的压缩空气进行吹塑成形，在压力冷却后即可脱模。,注射吹塑成型,注射吹塑成型,挤出吹塑成型,挤出吹塑是利用挤出法将塑料挤成管坯。优点:设备与模具结构简单；缺点:型腔壁厚不均匀，引起吹塑制品壁厚的差异。,拉伸吹塑成型技术先经挤出或注射成型制成型坯，然后将型坯处理至理想的拉伸温度，经内部的拉伸芯棒或外部的夹具借机械作用力进行纵向拉伸，同时或稍后再经压缩空气吹胀进行横向拉伸。其制品的透明度、冲击强度、表面硬度和刚

49、度提高。过程可分为注射型坯、加热、拉伸、吹塑和取出制品4个步骤。,图6.37注射拉伸吹塑成型过程1热分流道；2注射型坯；3冷却水孔；4加热型坯；5模具口部；6加热体；7拉伸；8吹塑；9取出制品,拉伸吹塑成型,（2）薄膜吹塑成型,塑料薄膜：压延、吹塑及狭缝机头直接挤出等方法。吹塑法生产薄膜最经济，要求的设备和成形过程简单，操作方便，同一台设备可在适当范围内调整薄膜的宽度和厚度，生产出不同规格的品种。优点：物理力学性能好，强度较高使用树脂：吹塑法可以加工软质和硬质聚氯乙烯、高密度和低密度聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯等多种塑料薄膜。,薄膜吹塑成形利用挤出机将熔融塑料成形为薄膜管坯后，从机头中心向管坯吹入

50、压缩空气，使管坯在高温下发生吹胀变形并转变成管状薄膜，导入牵引辊然后折叠卷取成为薄膜制品。,（2）薄膜吹塑成型,泡沫塑料是以合成树脂为基体制成的内部有无数微小气孔的一大类特殊塑料。泡沫塑料可用作漂浮材料、绝热隔音材料、减震和包装材料等。,发泡方法通常有3种：（1）物理发泡法 利用物理原理发泡的方法。在压力作用下，将惰性气体溶于熔融或糊状聚合物中，经减压放出溶解气体发泡；利用低沸点液体蒸发汽化发泡等。（2）化学发泡法 利用化学发泡剂加热后分解放出气体发泡或利用原料组分之间相互反应放出的气体发泡的方法。（3）机械发泡法 利用机械的搅拌作用混入空气发泡的方法。,2）泡沫塑料成型,泡沫成型产品,泡沫塑