塑料成型工藝及模具設(shè)計課件

塑料成型工藝及模具設(shè)計課件第一頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期二第2章塑料成型基礎(chǔ)本章基本內(nèi)容塑料成型基礎(chǔ)理論注射工藝過程及主要成型工藝參數(shù)塑料的成型特性第二頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期二第2章塑料成型基礎(chǔ)學(xué)習(xí)目的與要求掌握高聚物的三種物理、力學(xué)狀態(tài)及其應(yīng)用。掌握塑料成型基本理論、注射工藝過程及主要成型工藝參數(shù)。充分了解塑料的成型特性，使塑料成型工藝性與模具結(jié)構(gòu)相匹配。第三頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期二第2章塑料成型基礎(chǔ)本章重點對塑料的特征溫度的理解牛頓型流體與非牛頓型流體的區(qū)別注射工藝過程對成型工藝條件的選擇和控制第四頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期二第2章塑料成型基礎(chǔ)本章難點對塑料的特征溫度的理解，以及如何使用這些溫度。對成型工藝條件的選擇和控制。第五頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期二第2章塑料成型基礎(chǔ)2.1塑料成型基礎(chǔ)理論2.2注射工藝過程及主要成型工藝參數(shù)2.3塑料的成型特性

2.4思考題第六頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期二2.1塑料成型基礎(chǔ)理論2.1.1高聚物的三種物理、力學(xué)狀態(tài)及其應(yīng)用2.1.2成型加工中塑料受到的應(yīng)力和應(yīng)變2.1.3塑料熔體的流變性能2.1.4對塑料粘度的調(diào)節(jié)2.1.5分子定向2.1.6熱固性塑料流變學(xué)第七頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期二2.1.1高聚物的三種物理、力學(xué)狀態(tài)及其應(yīng)用

塑料的物理狀態(tài)：玻璃態(tài)、高彈態(tài)和粘流態(tài)塑料的物理狀態(tài)與它本身的溫度有關(guān)。如圖2-1所示。A塑料呈現(xiàn)剛性固體狀，為玻璃態(tài)。C高聚物呈現(xiàn)柔軟的彈性狀，稱高彈態(tài)。E繼續(xù)升高溫度，分子熱運動能量進一步增大，至能解開分子鏈間的纏結(jié)而發(fā)生整個大分子的滑移，在外力作用下便發(fā)生粘性流動，稱粘流態(tài)。Tb稱為脆化溫度，是高聚物保持高分子力學(xué)特性的最低溫度。Td稱為分解溫度，在溫度高于Td后，高分子主鏈發(fā)生斷裂，這現(xiàn)象稱為降解。圖2-2是結(jié)晶型高聚物的溫度—形變曲線。第八頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期二2.1.2成型加工中塑料受到的應(yīng)力和應(yīng)變只有在受到外力作用而產(chǎn)生應(yīng)變時，塑料才會流動和變形。應(yīng)力有三種類型：

剪切應(yīng)力、拉伸應(yīng)力、壓縮應(yīng)力，因而對應(yīng)產(chǎn)生三種應(yīng)變（在應(yīng)力作用下產(chǎn)生的形狀與尺寸變化叫做應(yīng)變）：

剪切應(yīng)變、拉伸應(yīng)變和壓縮應(yīng)變。剪切應(yīng)力對塑料的成型最為重要。如圖2-3第九頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期二2.1.3塑料熔體的流變性能研究物質(zhì)形變與流動的科學(xué)稱為流變學(xué)

⑴牛頓型流體

⑵非牛頓型流體第十頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期二2.1.3塑料熔體的流變性能

⑴牛頓型流體

符合下式的流體稱為牛頓型流體：

τ=η（dv/dr）=η(dr/dv)=η?以切應(yīng)力τ對剪切速率?或者以粘度η對剪切速率?作用所得到的曲線稱為流體的流動（或流變）曲線，它是確定塑料成型加工工藝條件的重要依據(jù)。圖2-4牛頓型流體的的流動曲線特點：圖2-5、圖2-6第十一頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期二2.1.3塑料熔體的流變性能⑵非牛頓型流體

非牛頓型流體包括粘性流體、粘彈性流體和時間依賴性流體。粘性流體又分為賓哈流體、膨脹性流體和假塑性流體.實際中，幾乎絕大多數(shù)聚合物熔體和熔液的流動行為都接近于假塑性流體。見圖２-７

第十二頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期二2.1.3塑料熔體的流變性能用于描述假塑性流體定律的是一冪律函數(shù)方程：

τ=ηa

?（ηa=K?n-1）n—流動行為指數(shù)，對牛頓流體n=1,假塑性流體n＜1,n值越小則流體的非牛頓性越強。K—流體稠度，k值越高，流體粘度越大。如圖2-８第十三頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期二2.1.4對塑料粘度的調(diào)節(jié)從成型工藝出發(fā)，欲獲得理想的粘度，主要取決于對溫度、剪切速率及壓力。

1.溫度

提高其溫度不超過分解溫度，粘度可下降。但是,將溫度調(diào)節(jié)，對有的塑料效果頗佳，有的則差。如圖2-9

2.剪切速率絕大多數(shù)塑料熔體屬于塑性流體，具有表現(xiàn)粘度隨剪切速率或切應(yīng)力的增大而減小的流變性能。與溫度一樣，各種假塑性塑料的粘度對其所受剪切速率發(fā)生改變的敏感性亦不一致。如圖2-10、2-11

第十四頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期二2.1.4對塑料粘度的調(diào)節(jié)

3.壓力提高壓力（注射壓力和擠壓壓力）對塑料粘度起增大作用。粘度對壓力的敏感性也因塑料品種而異。成型制品時，應(yīng)注意模具溫度狀況和澆注系統(tǒng)結(jié)構(gòu)同樣對塑料熔體充模流動粘度發(fā)生重要影響，要真正實現(xiàn)合理的粘度，還必須包括這部分的設(shè)計要合理。第十五頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期二2.1.5分子定向

1.分子取向機理

塑料中的聚合物大分子、細而長的纖維狀填料分子在成型過程中由于受到應(yīng)力作用而產(chǎn)生分子整齊、平行排列的現(xiàn)象，這種現(xiàn)象稱之為分子取向。如圖2-12第十六頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期二2.1.5分子定向

2.分子定向作用有定向分子存在將對制品的力學(xué)性能、收縮與變形產(chǎn)生重要影響。第十七頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期二2.1.5分子定向

3.影響分子定向的因素

定向方向在流動取向下，分子方向沿著料流方向平行排列。料流方向又取決于料流進入型腔的位置即澆口位置，故在型腔一定時影響分子定向方向的因素是澆口位置。

定向程度分子定向程度與塑料的類別和塑料制品的壁厚大小有關(guān)。此外，分子定向程度還與注射工藝條件及模具的澆口設(shè)計關(guān)系密切，現(xiàn)將其各項影響及相互關(guān)系歸納列于表2—2中。第十八頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期二2.1.6熱固性塑料流變學(xué)熱固性塑料的流變性與熱塑性塑料的有著本質(zhì)差異，因其粘度是隨分子的交聯(lián)反應(yīng)而發(fā)生變化，在成型熱固性塑料制品過程中的粘度變化是不可逆轉(zhuǎn)的，因此在制訂成型工藝條件和模具設(shè)計時要十分重視對溫度的合理選擇和控制。圖2-13

熱固性塑料制品分子定向現(xiàn)象是無法消除的。為此，在設(shè)計模具對應(yīng)該考慮這樣一個問題：澆口的位置和形狀能左右塑料的流動方向和定向程度，應(yīng)使塑料在模內(nèi)流動所產(chǎn)生的分子取向方向與制品在使用中的受力方向保持一致。第十九頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期二2.2注射工藝過程及主要成型工藝參數(shù)2.2.1注塑工藝過程2.2.2主要成型工藝參數(shù)第二十頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期二2.2.1注塑工藝過程（1）.注射前的準(zhǔn)備（2）注射成型過程（3）制品的后處理

圖2-14第二十一頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期二2.2.2主要成型工藝參數(shù)（1）.溫度：料筒溫度、噴嘴溫度、模具溫度、脫模溫度（2）.壓力：塑化壓力、注射壓力、保壓壓力、模腔壓力（3）.時間：注射時間、保壓時間、冷卻時間

模塑周期：它由注射時間、保壓時間、冷卻時間和輔助時間四部分組成。圖2-15表示了它們的關(guān)系。第二十二頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期二2.3塑料的成型特性2.3.1流動性2.3.2收縮性、收縮率、比容和壓縮2.3.3結(jié)晶性、相容性、熱敏性、固化和熔體破裂2.3.4熔結(jié)痕、內(nèi)應(yīng)力、制品的后處理第二十三頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期二2.3.1流動性

1、合理選擇流動性

遇到成型形狀復(fù)雜、壁薄或尺寸較大的制品時，產(chǎn)品設(shè)計者應(yīng)考慮在滿足制品使用性能的前提下，優(yōu)先選擇流動性好的塑料來成型。２、流動性等級測定流動性的方法用標(biāo)準(zhǔn)測試模具（儀器），測定值越高，表明流動性越好。人們習(xí)慣引用與塑料流動性相關(guān)的塑料溢料間隙（溢邊值）概念。所謂溢料間隙是指熔體塑料在成型高壓下不得流過的最大間隙值。第二十四頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期二2.3.2收縮性、收縮率、比容和壓縮率１、收縮性和收縮率造成收縮的因素及各種收縮現(xiàn)象如：

(1).熱脹冷縮(2).塑料品種(3).成型工藝｛收縮率受工藝條件（壓力、溫度、時間）的影響很大)｝(4).模具結(jié)構(gòu)(5).塑件結(jié)構(gòu)

注:由于收縮率與塑件結(jié)構(gòu)有關(guān),所以設(shè)計模具時，需根據(jù)模塑收縮率來計算型腔的尺寸。

２、比容和壓縮率

比容是單位重量的松散塑料所占有的體積。壓縮率是松散塑料的體積與同重量塑料的體積之比。用它們可計算出每模塑料需要的注射量（cm3）或模具加料腔的容積尺寸。注射量是決定設(shè)備的主要條件。第二十五頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期二2.3.3

結(jié)晶性、揮發(fā)物含量、相容性、熱敏性、固化和熔體破裂１、結(jié)晶性

結(jié)晶性即指聚合物分子能做空間規(guī)則排列生成結(jié)晶的能力。聚合物的結(jié)晶性與它們的結(jié)晶度能力大小有關(guān)。２、揮發(fā)物含量

塑料中的揮發(fā)物包括水、氯、空氣、甲醛等低分子物質(zhì)３、相容性４、熱敏性

熱敏性系指塑料的熱穩(wěn)定性差的性能。

５、固化6、熔體破裂第二十六頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期二2.3.4熔結(jié)痕、內(nèi)應(yīng)力、制品的后處理１、熔結(jié)痕

減少熔結(jié)痕可選用流動性較好的塑料，或增加澆口數(shù)量，縮短流程，以較快時間充模；適當(dāng)提高料溫或模溫等；增強模具排氣措施；改變澆口位置使熔結(jié)痕產(chǎn)生在塑件的次要部位；盡量不用脫模劑等。２、內(nèi)應(yīng)力產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力的一個重要因素是注射及補料時的剪切應(yīng)力。減少應(yīng)力措施：注射壓力不宜取得過高，使用較高的料溫和模溫，保壓時間要適度，可采取降壓保壓方法，成型后將制品進行熱處理。３、制品的后處理（熱處理）

（1）退火處理（2）調(diào)溫處理

第二十七頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期二

1.塑料有哪幾種物理力學(xué)狀態(tài)？（答案）

2.何為分子定向？（答案）

3.收縮率的影響因素有哪些？（答案）

4.塑料的成型特性有哪些？（答案）思考題第二十八頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期二１、塑料的物理力學(xué)狀態(tài)有：玻璃態(tài)、高彈態(tài)、粘流態(tài)

２、分子定向是指：塑料中的聚合物大分子、細而長的纖維狀填料分子在成型過程中由于受到應(yīng)力作用而產(chǎn)生分子整齊、平行排列的現(xiàn)象，這種現(xiàn)象稱之為分子取向。第二十九頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期二３、收縮率的影響因素有：壓力、溫度、時間

４、塑料的成型特性有：流動性、收縮性和收縮率、比容和壓縮率、結(jié)晶性、揮發(fā)物含量、相容性、熱敏性、固化、熔體破裂、熔結(jié)痕、內(nèi)應(yīng)力、制品的后處理。第三十頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期二第三十一頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期二第三十二頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期二第三十三頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期二第三十四頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期二第三十五頁，共四十六頁，編輯于20