塑料成形工藝與模具設(shè)計

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1、機 械 工 業(yè) 出 版 社 CHINA MACHINE PRESS,書名：塑料成型工藝與模具設(shè)計第2版 ISBN： 978-7-111-04689-9 作者：屈華昌 出版社：機械工業(yè)出版社 本書配有電子課件,塑料成型工藝與模具設(shè)計第2版ppt 課件,塑料成型工藝與模具設(shè)計,普通高等?？平逃龣C電類規(guī)劃教材機械工業(yè)出版社精品教材,機 械 工 業(yè) 出 版 社 CHINA MACHINE PRESS,ISBN 978-7-111-04689-9,屈華昌 主編,塑料成型工藝與模具設(shè)計第2版ppt 課件,目 錄,第四章 注射成型模具結(jié)構(gòu)及注射機,第三章 塑料成型工藝與塑料成型制 件的結(jié)構(gòu)工藝性,第二章 塑

2、料成型基礎(chǔ),第一章 緒論,第五章 注射模設(shè)計,第六章 注射成型新技術(shù)的應(yīng)用,塑料成型工藝與模具設(shè)計第2版ppt 課件,目 錄,第九章 擠出模設(shè)計,第八章 壓注模設(shè)計,第七章 壓縮模設(shè)計,第十章 氣動成型工藝與模具設(shè)計 壓縮模設(shè)計,塑料成型工藝與模具設(shè)計第2版ppt 課件,第一章 緒論,第三節(jié) 塑料模具的分類,第二節(jié) 塑料成型技術(shù)的發(fā)展趨勢,第一節(jié) 塑料成型在工業(yè)生產(chǎn)中的重要性,返回目錄,第四節(jié) 學(xué)習(xí)本課程應(yīng)達到的要求,思考題,塑料成型工藝與模具設(shè)計第2版ppt 課件,第二章 塑料成型基礎(chǔ),第四節(jié) 聚合物在成型過程中的物理 和化學(xué)變化,第三節(jié) 聚合物在成型過程中的流動 狀態(tài),第二節(jié) 聚合物流變方

3、程與分析,第五節(jié) 塑料的組成及工藝特性,第一節(jié) 聚合物的分子結(jié)構(gòu)與熱力學(xué)性能,第六節(jié) 常用塑料,思考題,返回目錄,塑料成型工藝與模具設(shè)計第2版ppt 課件,第一節(jié) 聚合物的分子結(jié)構(gòu)與熱力學(xué)性能,一、聚合物的分子結(jié)構(gòu) (一) 樹脂與塑料 (二) 高分子與低分子 (三) 聚合物的分子結(jié)構(gòu) 如果聚合物的分子鏈呈不規(guī)則的線狀(或者團狀)，聚合物是一根根的分子鏈組成的，則稱為線型聚合物，如圖2-1a所示。如果在大分子的鏈之間還有一些短鏈把它們相互交聯(lián)起來，成為立體結(jié)構(gòu)，則稱為體型聚合物，如圖2-1c所示。此外，還有一些聚合物的大分子主鏈上帶有一些或長或短的小支鏈，整個分子鏈呈枝狀(見圖2-1b)，稱為帶

4、有支鏈的線型聚合物。,第一節(jié) 聚合物的分子結(jié)構(gòu)與熱力學(xué)性能,圖2-1 聚合物分子鏈結(jié)構(gòu)示意圖 a)線型 b)帶有支鏈線型 c)體型,第一節(jié) 聚合物的分子結(jié)構(gòu)與熱力學(xué)性能,(四)聚合物的聚集態(tài)結(jié)構(gòu)及其性能。結(jié)晶型聚合物由“晶區(qū)”(分子作有規(guī)則緊密排列的區(qū)域)和“非晶區(qū)”(分子處于無序狀態(tài)的區(qū)域)所組成，如圖2-2所示。,圖2-2 結(jié)晶型聚合物結(jié)構(gòu)示意圖 1-晶區(qū) 2-非晶區(qū),第一節(jié) 聚合物的分子結(jié)構(gòu)與熱力學(xué)性能,二、聚合物的熱力學(xué)性能與加工工藝性 (一) 聚合物的熱力學(xué)性能。圖2-3中曲線1為線型無定形聚合物受恒應(yīng)力作用時變形程度與溫度的關(guān)系曲線，也叫熱力學(xué)曲線。,圖2-3 聚合物的熱力學(xué)曲線,

5、第一節(jié) 聚合物的分子結(jié)構(gòu)與熱力學(xué)性能,(二) 聚合物的加工工藝性 f與d一樣都是聚合物材料進行成型加工的重要參考溫度。不同狀態(tài)下塑料的物理性能與加工工藝性見表2-1。,表2-1 熱塑性塑料在不同狀態(tài)下的物理、工藝性能,返回本章目錄,第二節(jié) 聚合物流變方程與分析,一、牛頓流體及其流變方程 圖2-4是液體在流道中流動時的速度梯度圖。,圖2-4 液體在流道中流動時的速度梯度圖,第二節(jié) 聚合物流變方程與分析,圖2-5所示為以切應(yīng)力對剪切速率作圖時，塑料成型加工中常用聚合物在非牛頓流體狀態(tài)下的流動曲線。,圖2-5 不同類型流體的流動曲線 1-膨脹性流體 2-牛頓流體 3-假塑性流體 4-復(fù)合型流體,第二

6、節(jié) 聚合物流變方程與分析,將非牛頓流體的粘度定義為表觀粘度a(即非牛頓粘度)。圖2-6為不同類型流體的表觀粘度與剪切速率的關(guān)系。,圖2-6 不同類型流體的表觀 粘度與剪切速率關(guān)系 1-膨脹性流體(n1) 2-牛頓液體(n=1) 3-假塑性液體(n1),第二節(jié) 聚合物流變方程與分析,二、溫度和壓力對粘度的影響 （一）溫度對剪切粘度的影響 表2-2列出了幾種常用熱塑性塑料熔體在恒定剪切速率下的表觀粘度與溫度關(guān)系的數(shù)據(jù)。,表2-2 常用熱塑性塑料在恒定剪切速率下表觀粘度與溫度關(guān)系的數(shù)據(jù),第二節(jié) 聚合物流變方程與分析,(二)壓力對剪切粘度的影響 幾種聚合物粘度與壓力的關(guān)系見圖2-7。,圖2-7 切應(yīng)力

7、和溫度恒定時熔體 粘度與壓力的關(guān)系 1-聚甲基丙烯酸甲酯 2-聚丙烯(210) 3-低密度聚乙烯 4-聚酰胺-66 5-聚甲醛(共聚物),第二節(jié) 聚合物流變方程與分析,三、聚合物熔體的粘彈性 聚合物熔體(包括分散體)不僅具有粘流性，而且還具有如固體般的彈性，即當(dāng)熔體受到應(yīng)力時，一部分能量消耗于粘性變形(即流動)；而另一部分變形的能量將會被熔體儲存，一旦外界應(yīng)力移去，變形就得到恢復(fù)，如塑料在擠壓時的出模膨脹(見圖2-8)。,圖2-8 擠出塑料時的出模膨脹 1-擠出物 2-擠出機 d0-擠出機口模內(nèi)徑 df-擠出物膨脹后的直徑,第二節(jié) 聚合物流變方程與分析,粘彈性熔體的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系曲線如圖2-9

8、所示。,圖2-9 粘彈性熔體的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系曲線 a-成型加工時的形變(g) b-成型后可逆形變回復(fù)(g) c-成型后可逆形變回復(fù)(=室溫或g),第二節(jié) 聚合物流變方程與分析,四、熱塑性和熱固性聚合物流變行為的比較 熱塑性聚合物和熱固性聚合物流變行為的不同可由圖2-10加以說明。,圖2-10 熱塑性聚合物與熱固性聚合物流動行為比較,第二節(jié) 聚合物流變方程與分析,從圖2-10c可以看出，溫度對流動性的影響是由粘度和固化速度兩種互相矛盾的因素決定的，這種關(guān)系可進一步用圖2-11來說明。,圖2-11 溫度對熱固性聚合物流動性的影響 A-總的流動曲線 B-粘度對流動性的影響線 C-硬化速度對流動性的影

9、響曲線,返回本章目錄,第三節(jié) 聚合物在成型過程中的流動狀態(tài),一、聚合物熔體在簡單截面導(dǎo)管內(nèi)的流動 (一) 在圓形導(dǎo)管內(nèi)的流動 取距離管中心為r處的流體圓柱體單元，其長度為L，當(dāng)它由左向右移動時，在流體層間產(chǎn)生摩擦力，如圖2-12所示。,圖2-12 圓形導(dǎo)管中流動液體受力分析,第三節(jié) 聚合物在成型過程中的流動狀態(tài),由此看出，切應(yīng)力在管中心為零，逐漸增大而在管壁處為最大，據(jù)此進一步推導(dǎo)的結(jié)果，又可說明流體在圓形導(dǎo)管內(nèi)的速度分布為什么呈拋物線型，如圖2-13所示。,圖2-13 流體在圓形導(dǎo)管中切應(yīng)力和流速分布,第三節(jié) 聚合物在成型過程中的流動狀態(tài),為了便于查閱，將牛頓型和非牛頓型流體各計算式匯總列于

10、表2-3。,表2-3 牛頓型與非牛頓型流體計算式匯總表,第三節(jié) 聚合物在成型過程中的流動狀態(tài),(二) 在扁形導(dǎo)槽內(nèi)的流動 當(dāng)塑料熔體在等溫條件下經(jīng)扁形導(dǎo)槽(扁槽)作穩(wěn)定層流運動時，其情況如圖2-14所示。,圖2-14 流體在扁槽內(nèi)的流動,第三節(jié) 聚合物在成型過程中的流動狀態(tài),(三) 端末效應(yīng)與速度分布 只有貼近管壁極薄一層液層處，其速度驟降，至管壁處為零，流體在進入導(dǎo)管后須經(jīng)一定距離，穩(wěn)定狀態(tài)方能形成，即圖2-15中所示入口Le一段管長。,圖2-15 聚合物熔體在管子入口區(qū)和出口區(qū)的流動,第三節(jié) 聚合物在成型過程中的流動狀態(tài),把各種不同類型的流體速度分布繪于圖2-16中，其中牛頓型液體n=1，

11、膨脹性液體取n=3，假塑性液體取n=1/3；另外將n=0，n=時的情形也標(biāo)繪于圖中。,圖2-16 各種流體的速度分布,第三節(jié) 聚合物在成型過程中的流動狀態(tài),二、注射成型中的流動狀態(tài)分析 注射成型中的流動過程如圖2-17所示，可以分成三個區(qū)段。,圖2-17 注射過程中塑料熔體流動的三個區(qū)段,第三節(jié) 聚合物在成型過程中的流動狀態(tài),(一) 流體在流道中的狀態(tài) 應(yīng)注意只有當(dāng)W/h10時，計算才準(zhǔn)確(見圖2-18)。 (二) 流體在充模過程中的狀態(tài),圖2-18 流道和澆口的剖視圖,返回本章目錄,第四節(jié) 聚合物在成型過程中的物理和化學(xué)變化,一、聚合物的結(jié)晶 二、成型過程中的取向 (1) 注射、壓注成型塑件

12、中纖維狀填料的取向 注射、壓注成型塑件中填料的取向方向與程度主要依賴于澆口的形狀與位置，如圖2-19所示。,圖2-19 扇形片試樣中填料的取向,第四節(jié) 聚合物在成型過程中的物理和化學(xué)變化,(2) 注射、壓注成型塑件中聚合物分子的取向 一般情況下，聚合物在成型過程中只要存在熔體的流動，就會有分子的取向。圖2-20所示是用雙折射法測量長條形注射試件的取向情況。,圖2-20 注射成型長條形試樣中聚合物取向程度分析 a) 橫向截面 b) 軸向縱截面,第四節(jié) 聚合物在成型過程中的物理和化學(xué)變化,三、聚合物的降解 1) 嚴(yán)格控制原材料的技術(shù)指標(biāo)，使用合格的原材料。 2) 使用前對聚合物進行嚴(yán)格干燥，特別是

13、聚酯、聚醚和聚酰胺等聚合物在存放過程中容易從空氣中吸附水分，使用前通常應(yīng)使水分含量降低到0.05%以下。 3) 確定合理的加工工藝和加工條件，使聚合物在不易產(chǎn)生降解的條件下加工成型，這對于那些熱穩(wěn)定性差、加工溫度和分解溫度非常接近的聚合物尤為重要。繪制聚合物成型加工溫度范圍圖(見圖2-21)有助于確定合適的成型條件。一般加工溫度應(yīng)低于聚合物的分解溫度。一些聚合物的加工溫度與分解溫度見表2-4。 4) 使用附加劑，根據(jù)聚合物性能。 四、聚合物的交聯(lián),第四節(jié) 聚合物在成型過程中的物理和化學(xué)變化,圖2-21 硬聚氯乙烯成型溫度范圍,第四節(jié) 聚合物在成型過程中的物理和化學(xué)變化,表2-4 常用聚合物的分

14、解溫度與加工溫度(),返回本章目錄,第五節(jié) 塑料的組成及工藝特性,一、塑料的組成 二、塑料的分類 三、塑料的成型工藝性能 (一) 熱塑性塑料的工藝性 1.收縮性 2.流動性 塑料流動性的好壞采用統(tǒng)一的方法來測定。對熱塑性塑料常用的方法有熔融指數(shù)測定法和螺旋線長度試驗法。熔融指數(shù)測定法是將被測塑料裝入如圖2-22所示的標(biāo)準(zhǔn)裝置內(nèi)。 螺旋線長度試驗法是將被測塑料在一定的溫度與壓力下注入如圖2-23所示的標(biāo)準(zhǔn)的阿基米德螺旋線模具內(nèi)，用其所能達到的流動長度(圖中所示數(shù)字，單位為cm)來表示該塑料的流動性。,第五節(jié) 塑料的組成及工藝特性,圖2-22 熔融指數(shù)測定儀結(jié)構(gòu)示意圖 1-熱電偶測溫管 2-料筒

15、3-出料孔 4-保溫層 5-加熱棒 6-柱塞 7-重錘(重錘加柱塞共重2160g),第五節(jié) 塑料的組成及工藝特性,圖2-23 螺旋流動試驗?zāi)＞吡鞯朗疽鈭D,第五節(jié) 塑料的組成及工藝特性,3.相容性 4.吸濕性 5.熱敏性 (二) 熱固性塑料的工藝性 1.收縮率 2.流動性 流動性的意義與熱塑性塑料流動性類同，但熱固性塑料通常以拉西格流動性來表示，而不是用熔融指數(shù)表示。其測定原理如圖2-24所示。 3.比容和壓縮率 4.硬化速度 5.水分及揮發(fā)物含量,第五節(jié) 塑料的組成及工藝特性,圖2-24 拉西格流動性測定模 1-組合凹模 2-模套 3-流料槽 4-加料室,返回本章目錄,第六節(jié) 常用塑料,一、熱

16、塑性塑料 二、熱固性塑料 (一) 酚醛塑料(PF) (二) 氨基塑料 (三) 環(huán)氧樹脂(EP),返回本章目錄,思考題,2-1按照聚集態(tài)結(jié)構(gòu)（分子排列的幾何特點）的不同，聚合物可分為哪幾類？各類的特點是什么？ 2-2說明線型無定形聚合物熱力學(xué)曲線上的b、g、f、d的定義，解釋在恒力作用下無定形聚合物隨著溫度的升高變形程度的變化情況，并指出塑料制件使用溫度范圍和塑料制件的成型溫度范圍。 2-3什么是牛頓流體？寫出牛頓流動定律（即牛頓流變方程），并指出其特征。 2-4什么是非牛頓流體？寫出非牛頓流體的指數(shù)定律，指出表觀粘度的含義。 2-5熱固性聚合物與熱塑性聚合物的流變行為有什么不同？ 2-6分別寫

17、出壓力損失p在圓形截面及扁槽形截面的通道內(nèi)流動（服從指數(shù)定律）的表達式，并分析影響p的因素。,思考題,2-7線型結(jié)晶型聚合物的結(jié)晶對其性能有什么影響？ 2-8聚合物在注射和壓注成型過程中的取向有哪兩類？取向的原因是什么？ 2-9什么是聚合物的降解？如何防止降解？ 2-10塑料一般由哪些成份所組成？各自起什么作用？ 2-11塑料是如何進行分類的? 2-12什么是塑料的計算收縮率？塑件產(chǎn)生收縮的原因是什么？影響收縮率的因素有哪些？ 2-13什么是塑料的流動性？影響流動性的因素有哪些？ 2-14測定熱塑性塑和熱固性塑料的流動性分別使用什么儀器？如何進行測定？ 2-15什么是熱固性塑料的比容和壓縮比？

18、比容和壓縮比的大小表征是什么？,返回本章目錄,第三章 塑料成型工藝與塑料成型制件的結(jié)構(gòu)工藝性,第二節(jié) 塑料制件的結(jié)構(gòu)工藝性,第一節(jié) 塑料成型原理與成型工藝特性,思考題,返回目錄,第一節(jié) 塑料成型原理與成型工藝特性,一、注射成型原理及其工藝特性 (一) 注射成型原理、特點及應(yīng)用 1.注射成型原理 圖3-1所示為柱塞式注射機注射成型的原理。,圖3-1 注射成型原理之一 1-柱塞 2-料斗 3-分流梭 4-加熱器 5-噴嘴 6-定模板 7-塑件 8-動模板,第一節(jié) 塑料成型原理與成型工藝特性,圖3-2所示為螺桿式注射機注射成型原理。,圖3-2 注射成型原理之二 1-動模 2-塑件 3-定模 4-料斗

19、 5-傳動裝置 6-液壓缸 7-螺桿 8-加熱器,第一節(jié) 塑料成型原理與成型工藝特性,2.注射成型的特點及應(yīng)用 (二) 注射成型工藝 1.成型前的準(zhǔn)備 2.注射過程 3.塑件的后處理 (三)注射成型工藝的參數(shù) 1.溫度 2.壓力 3.時間 常用塑料注射成型工藝條件見表3-1。 二、壓縮成型原理及其工藝特性 (一) 壓縮成型原理、特點與應(yīng)用 壓縮成型原理如圖3-3所示。,第一節(jié) 塑料成型原理與成型工藝特性,表3-1 各種塑料的注射工藝參數(shù)塑料,第一節(jié) 塑料成型原理與成型工藝特性,（續(xù)）,第一節(jié) 塑料成型原理與成型工藝特性,（續(xù)）,第一節(jié) 塑料成型原理與成型工藝特性,（續(xù)）,第一節(jié) 塑料成型原理與

20、成型工藝特性,（續(xù)）,第一節(jié) 塑料成型原理與成型工藝特性,（續(xù)）,第一節(jié) 塑料成型原理與成型工藝特性,（續(xù)）,第一節(jié) 塑料成型原理與成型工藝特性,（續(xù)）,第一節(jié) 塑料成型原理與成型工藝特性,圖3-3 壓縮成型原理,第一節(jié) 塑料成型原理與成型工藝特性,(二) 壓縮成型工藝過程 (三) 壓縮成型的工藝參數(shù) 1.壓縮成型壓力 2.壓縮成型溫度 常用塑料成型壓力見表3-2。,表3-2 熱固性塑料的壓縮成型溫度和成型壓力,第一節(jié) 塑料成型原理與成型工藝特性,3.壓縮時間 表3-3列出了酚醛塑料和氨基塑料的壓縮成型工藝參數(shù)。,表3-3 熱固性塑料壓縮成型的工藝參數(shù),第一節(jié) 塑料成型原理與成型工藝特性,三、

21、壓注成型原理及其工藝特性 (一)壓注成型原理及其特點 壓注成型原理如圖3-4所示。,圖3-4 壓注成型原理,第一節(jié) 塑料成型原理與成型工藝特性,(二)壓注成型工藝過程 (三)壓注成型工藝參數(shù) 表3-4是酚醛塑料壓注成型的主要工藝參數(shù)。其他部分熱固性塑料壓注成型的工藝參數(shù)見表3-5。,表3-4 酚醛塑料壓注成型的主要工藝參數(shù),第一節(jié) 塑料成型原理與成型工藝特性,表3-5 部分塑料壓注成型的主要工藝參數(shù),第一節(jié) 塑料成型原理與成型工藝特性,四、擠出成型原理及其工藝特性 (一) 擠出成型原理及其特點 熱塑性塑料的擠出成型原理如圖3-5所示(以管材的擠出為例)。,圖3-5 擠出成型原理 1-擠出機料筒

22、 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,第一節(jié) 塑料成型原理與成型工藝特性,(二)擠出成型工藝過程 圖3-6所示為常見的擠出工藝過程示意圖。,圖3-6 常見擠出工藝過程示意圖 a) 管材擠出 b) 片(板)材擠出 1-擠管機頭 2-定型與冷卻裝置 3-牽引裝置 4-切斷裝置 5-片(板)坯擠出機頭 6-輾平與冷卻裝置 7-切邊與牽引裝置,第一節(jié) 塑料成型原理與成型工藝特性,(三) 擠出成型工藝參數(shù) (1) 溫度。圖3-7所示為聚乙烯的溫度曲線，它是沿料筒軸線方向測得的。,圖3-7 擠出成型溫度曲線 1-料筒溫度曲線 2-螺桿溫度曲線 3-物料(PE)的最

23、高溫度 4-物料(PE)的平均溫度 5-物料(PE)的最低溫度 D-料筒直徑,第一節(jié) 塑料成型原理與成型工藝特性,表3-6是幾種塑料擠出成型管材、 片材和板材及薄膜等的溫度參數(shù)。,表3-6 熱塑性塑料擠出成型時的溫度參數(shù),第一節(jié) 塑料成型原理與成型工藝特性,(2) 壓力 (3) 擠出速度 (4) 牽引速度。表3-7是幾種塑料管材的擠出成型工藝參數(shù)。,第一節(jié) 塑料成型原理與成型工藝特性,表3-7 幾種塑料管材的擠出成型工藝參數(shù),返回本章目錄,思考題,10-1 中空吹塑成型有哪幾種形式?分別繪出簡圖并述其成型工藝過程。 10-2 在吹塑成型工藝參數(shù)中，何謂吹脹比與延伸比?如何選取?畫簡圖表示出擠出吹塑模的夾料區(qū)，并注上典型的尺寸。 10-3 說明凹模真空成型、凸模真空成型、吹泡真空成型及柱塞下推式真空成型的工藝過程。 10-4 繪出壓縮空氣成型的模具型刃的形狀，并注上典型的尺寸。,返回本章目錄,