塑料成型工藝與模具設(shè)計(jì)教案解析一、工程引入某企業(yè)大批量生產(chǎn)塑料燈座，要求燈座具有足夠的強(qiáng)度和耐磨性能，外外表無瑕疵、美觀、性能可靠，要求設(shè)計(jì)一套成型該塑件的模具。通過本工程，完成對塑件材料的選擇及對材料使用性能和成型工藝性能的分析。圖1-1燈座二維圖形

圖1-2燈座三維圖形二、相關(guān)知識

塑料是指以樹脂為主要成份、參加添加劑其它在一定溫度和壓力下具有塑性和流動性，可被模塑制成一定形狀，且在一定條件下保持形狀不變的材料。

組成：聚合物合成樹脂〔高分子有機(jī)物、簡稱高聚物，40～100%〕和添加劑

天然樹脂：橡膠、松香、蟲膠、瀝青等1〕樹脂合成樹脂：PE、PVC、PP、PC、ABS、PA、PF等聚合反響、縮聚反響2〕添加劑〔輔助材料〕填充劑即填料〔增量、改性〕、穩(wěn)定劑〔防降解〕、增塑劑〔塑性、柔性、流動性〕、潤滑劑〔防粘模、改善流動性和外表光澤〕、著色劑〔裝飾美觀〕、發(fā)泡劑、增強(qiáng)材料。

1.塑料的概念

圖1-3塑料原料(一)塑料的組成及性能2．塑料的通用性能(一)塑料的組成及性能〔1〕塑料的優(yōu)良性能1〕密度小，重量輕，比強(qiáng)度和比剛度高2〕多種優(yōu)良的機(jī)械性能3〕耐化學(xué)作用好4〕電絕緣、絕熱、隔聲性能好5〕成型和著色能力好6〕加工性能好7〕自潤滑性好〔2〕塑料的缺乏性能1〕機(jī)械強(qiáng)度低、2〕尺寸精度低、3〕耐熱溫度低另外，高溫下容易降解和老化；導(dǎo)熱性能較差；吸濕性大，容易發(fā)生水解老化；使用壽命短。

1．高聚物的構(gòu)造特點(diǎn)〔二〕高聚物的構(gòu)造

線型、支鏈型、體型（如圖）

脆性大、塑性很低：熱固性塑料

有彈性、塑性，可反復(fù)成型：熱塑性塑料單個(gè)高分子構(gòu)造線型支鏈型網(wǎng)狀3.塑料的組成聚合物填充劑即填料〔增量、改性〕穩(wěn)定劑〔防降解〕增塑劑〔塑性、柔性、流動性〕潤滑劑〔防粘模、改善流動性和外表光澤〕著色劑〔裝飾美觀〕發(fā)泡劑、增強(qiáng)材料。。。

2.按塑料的成型性能分類〔三〕塑料的分類

〔1〕熱塑性塑料

成型受熱前呈線型分子鏈或支鏈型構(gòu)造，成型后轉(zhuǎn)變?yōu)?/p>

具有線型分子鏈或支鏈型構(gòu)造，加熱變軟，冷卻固化可逆的聚乙烯PE、聚丙烯PP、聚氯乙烯PVC、有機(jī)玻璃〔聚甲基丙烯酸甲脂〕PMMA、尼龍〔聚酰胺〕PA

〔2〕熱固性塑料

網(wǎng)狀分子鏈構(gòu)造，固化后：不可逆.電木〔酚醛樹脂PF〕、環(huán)氧樹脂EP

2.按塑料的應(yīng)用范圍分類

〔三〕塑料的分類

〔2〕按用途1〕通用塑料：指產(chǎn)量大，用途廣。價(jià)格低廉的一類塑料。如：聚乙烯，聚丙烯，聚氯乙烯，聚苯乙烯，醛酚塑料，氨基塑料占塑料產(chǎn)量的60%

2〕工程塑料：指機(jī)械性能高，可替代金屬而作工程材料的一類，尼龍，聚甲醛，ABS

3〕特種塑料：環(huán)氧樹脂、光敏塑料、導(dǎo)磁塑料、耐高溫塑料等。

〔3〕按聚集狀態(tài)結(jié)晶型塑料和非結(jié)晶型塑料〔線性無定性型塑料〕結(jié)晶度聚乙烯(PE)1939年實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，產(chǎn)量最大，用途最廣，約占世界塑料總產(chǎn)量的30%，為塑料工業(yè)之冠?！?〕特性①無臭，無味，無毒②呈可燃性白色粉末狀〔2〕類型按聚合時(shí)采用的壓力不同，分：高壓聚乙烯、中壓聚乙烯、低壓聚乙烯。按聚乙烯的密度不同，分：高密度聚乙烯、中密度聚乙烯、低密度聚乙烯。〔3〕用途①高頻通信電纜和海底電費(fèi)的絕緣層；②化工設(shè)備的零部件、管道及容器；③而低溫至-600C，使用溫度不高，800C。1957年實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，產(chǎn)量位居第三位?！?〕特性①白色，無味，無毒，可燃的白色蠟狀透明塑料；②ρ=0.90~0.91g/cm3，是通用塑料中最輕的一種塑料；③具優(yōu)良的耐熱性，化學(xué)穩(wěn)定性、電性能、力學(xué)性能好；④熔點(diǎn)：1680C~1700C，可在1070C~1210C下長期使用；⑤使用溫度達(dá)1500C，可在熱水中煮沸，1350C蒸汽中消毒；⑥而低溫性不好，脆化溫度-100C~-300C?！?〕用途醫(yī)用高壓消毒用品；洗衣機(jī)、電冰箱內(nèi)箱、電風(fēng)扇、吸塵器殼類；食品用薄膜及容器；機(jī)械零件；擠線、管、袋等。聚丙烯〔PP〕聚氯乙烯〔PVC〕1932年左右實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，產(chǎn)量居第二位?！?〕特性①白色或淡黃色堅(jiān)硬粉末；②ρ=1.40g/cm3；③具優(yōu)良化學(xué)穩(wěn)定性、電性能、固體力學(xué)性能好，熱穩(wěn)定性較差；〔2〕類型①硬聚氯乙烯②軟聚氯乙烯〔3〕用途①硬管、硬板、地板、門窗及棚板、唱片等②臺布、雨衣、玩具、窗簾、電線、繩等聚苯乙烯〔PS〕1920年開場工業(yè)化生產(chǎn)，產(chǎn)量居第4位。〔1〕特性①ρ=1.05g/cm3，②無色透明，無毒，易著色，無味③易燃燒④透光率為88%~92%?！?〕用途①電氣用品：電視機(jī)、錄音機(jī)以及各種電器儀表零件等②公共建筑透明部件、光學(xué)儀器和透明模型的生產(chǎn)，如燈罩包裝容器等③日用雜品方面：梳子、牙刷柄、學(xué)習(xí)用具、兒童文具等④建筑材料：聚苯乙烯泡沫塑料，用作保溫、防震等聚碳酸酯〔PC〕1958年實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)?！?〕特性①ρ=1.2~1.52g/cm3，②無色或呈淡黃色的透明塑料③無臭，無味，無毒，不易燃燒，離火后自熄。④長期使用溫度為1300C，脆化溫度為-1000C；〔2〕用途常用來制作絕緣插件、線圈框架、絕緣管套、機(jī)課題等；齒輪、彈簧、螺栓、螺母等。儀器、儀表外殼。門窗玻璃、路燈、平安罩等。聚甲基丙烯酸甲酯〔PMMA〕1933年實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。俗稱“有機(jī)玻璃〞?！?〕特性①透光率最高，幾乎可以透過99%的光線。②硬度較低，易拉傷，擦毛?！?〕用途主要用作光學(xué)透鏡，儀表殼、汽車風(fēng)擋等。丙烯腈-丁二烯-苯乙烯樹脂〔ABS〕〔1〕特性①ρ=1.05g/cm3，②呈微黃色，外觀是不透明或粉狀③無味，無毒〔2〕用途主要用作殼體類，電視機(jī)、機(jī)外殼等。聚酰胺----尼龍〔PA〕1940年實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，居五大工程塑料之首。我國商品名叫“滌淪〞?！?〕特性①ρ=1.02-1.15g/cm3，②外觀為透明或不透明、乳白或淡黃的粒料〔2〕用途齒輪、軸承、凸輪、滑塊等耐磨件。1．熱塑性塑料的工藝特性〔六〕塑料的工藝特性

1〕影響收縮的根本因素是：(1)塑料種類(2)化學(xué)構(gòu)造的變化熱固性塑料〔交聯(lián)、固化〕、熱塑性塑料(3)熱收縮塑料的膨脹系數(shù)比鋼大，塑料件冷卻收縮比模具大(4)彈性恢復(fù)當(dāng)塑料件脫模時(shí)，由于壓力降低，產(chǎn)生彈性恢復(fù)而脹大，這會減少總收縮。(5)塑料制品構(gòu)造制品構(gòu)造復(fù)雜、壁薄、嵌件多且均勻分布的，那么收縮率小。(6)成型工藝有預(yù)熱，成型溫度不高，成型壓力較大，保壓時(shí)間較長的，收縮率較小。(7)澆口的型式、尺寸及位置(注射模塑與傳遞模塑)

〔1〕收縮性1．熱塑性塑料的工藝特性〔六〕塑料的工藝特性

〔1〕收縮性

實(shí)際收縮率2〕收縮率計(jì)算收縮率

a----成型溫度下塑料尺寸b----室溫下塑件尺寸c-----室溫下模具尺寸注意:**收縮率是一個(gè)范圍值(查手冊可得Sman~Smin)，設(shè)計(jì)時(shí)收縮率一般取平均值，但準(zhǔn)確確定收縮率需反復(fù)實(shí)驗(yàn)求其平均值。1．熱塑性塑料的工藝特性〔六〕塑料的工藝特性〔3〕相容性〔4〕吸濕性〔5〕取向性〔6〕降解和熱敏性2．熱固性塑料的工藝特性〔六〕塑料的工藝特性〔1〕收縮性同熱塑性塑料的收縮性1〕定義：2〕測定值：衡量熱固性塑料流動性的指標(biāo)通常用拉西格流動性表示。〔2〕流動性每一品種的塑料分為三個(gè)不同等級的流動性流動性較差(25~80mm),適用于壓制無嵌件、形狀簡單、厚度一般的塑件；流動性中等(81~131mm)，用于壓制中等復(fù)雜程度的塑件；流動性好(131~180mm)，可用于壓制構(gòu)造復(fù)雜、型腔很深、嵌件較多的薄壁塑件，或用于壓注成型。200mm以上，注射成型。2．熱固性塑料的工藝特性〔六〕塑料的工藝特性〔1〕收縮性同熱塑性塑料的收縮性1〕定義：2〕測定值：衡量熱固性塑料流動性的指標(biāo)通常用拉西格流動性表示?！?〕流動性每一品種的塑料分為三個(gè)不同等級的流動性流動性較差(25~80mm),適用于壓制無嵌件、形狀簡單、厚度一般的塑件；流動性中等(81~131mm)，用于壓制中等復(fù)雜程度的塑件；流動性好(131~180mm)，可用于壓制構(gòu)造復(fù)雜、型腔很深、嵌件較多的薄壁塑件，或用于壓注成型。200mm以上，注射成型。2．熱固性塑料的工藝特性〔六〕塑料的工藝特性〔3〕比體積與壓縮率1)定義：比體積〔比容〕是單位質(zhì)(重)量塑料所占的體積；壓縮率是塑料的體積與塑料制品體積之比，其值恒大于1。2〕功用：比體積和壓縮率都表示了各種塑料的松散程度，它們都可以作為確定加料腔大小的依據(jù)；比體積和壓縮率大，內(nèi)部充氣多，成型時(shí)排氣困難，成型周期長，生產(chǎn)率低?！?〕水分和揮發(fā)物的含量1〕來源：2〕作用3〕相應(yīng)措施：成型前預(yù)熱枯燥；模具中開排氣槽或壓制操作時(shí)設(shè)排氣工步；模具外表鍍鉻是防止腐蝕。〔5〕交聯(lián)與硬化速度(固化特征)

硬化是指塑料成型時(shí)完成交聯(lián)反響的過程。硬化速度通常以塑料試樣硬化每1mm厚度所需的秒數(shù)來表示此值越小，硬化速度越快三、工程實(shí)施燈座為電器類零件，需大批量生產(chǎn)，通過查表1-4及表1-5對多種塑料的性能與應(yīng)用進(jìn)展綜合比較，材料品種可選擇聚碳酸酯〔PC〕?！惨弧尺x擇制件材料〔二〕分析制件材料使用性能〔三〕分析塑料工藝性能塑料品種結(jié)構(gòu)特點(diǎn)使用溫度化學(xué)穩(wěn)定性性能特點(diǎn)成型特點(diǎn)聚碳酸酯（PC）屬于熱塑性塑料線形結(jié)構(gòu)，非結(jié)晶型材料，透明工作溫度小于130℃，耐寒性好，脆化溫度為?100℃有一定的化學(xué)穩(wěn)定性，不耐堿、酮、酯等透光率較高，介電性能好，吸水性小，但水敏性強(qiáng)（含水量不得超過0.2%），且吸水后會降解，力學(xué)性能很好，抗沖擊抗蠕變性能突出，但耐磨性較差熔融溫度高（超過330℃才嚴(yán)重分解），但熔體黏度大；流動性差（溢邊值為0.06

mm）；流動性對溫度變化敏感，冷卻速度快；成型收縮率??；易產(chǎn)生應(yīng)力集中結(jié)論①熔融溫度高且熔體黏度大，對于大于200

g的塑件應(yīng)用螺桿式注射機(jī)成型，噴嘴宜用敞開式延伸噴嘴并加熱，嚴(yán)格控制模具溫度，一般在70℃～120℃為宜，模具應(yīng)用耐磨