第1章塑料成型工艺基础 课件制作 袁正东 1 1塑料的种类及工艺性 塑料制品所使用的主要原料和辅助材料 一般包括合成树脂和各种添加剂两大部分 合成树脂中 最常用的有聚氯乙烯 聚乙烯 聚丙烯 聚苯乙烯 以及聚酰胺 酚醛树脂和氨基塑料等 塑料制品中的辅助材料 是指向树脂中加入的增塑剂 稳定剂 润滑剂 填充剂 着色剂 发泡剂 紫外线吸收剂 阻燃剂 抗氧剂 抗静电剂等多种助剂 在常温状态下 热塑性塑料是硬的固体 加热后会变软 成为可流动的稳定粘稠液体 在此状态下具有可塑性 可塑制成一定形状的塑料件 冷却后会变硬定型 热塑性塑料可反复加工 废品可以回收再利用 所以得到广泛应用 其成型过程中只有物理变化 而无化学变化 其变化是可逆的 常用热塑性塑料见表1 1 1 1 1塑料的种类 2 按塑料的成型特性 热塑性塑料 2 按塑料的成型特性 热固性塑料 在常温状态下 热固性塑料也是固体 加热之初其化学结构产生了变化 具有可塑性 可塑制成形后不再变化 若继续加热也不会变软 不再具有可塑性 所以只能一次成型 废品不能回收利用 在这一变化过程中 既有物理变化又有化学变化 变化过程不可逆 生产中常用的各种热固性塑料见表1 2 1 1 1塑料的种类 1 密度小 质量轻质量轻 机械性能好 比强度 强度与密度的比值 高 故可制做轻质高强度制品 2 绝缘性能好塑料本身是很好的绝缘物质 目前可以说没有哪一种电气制品不使用塑料的 1 1 2塑料的性能 3 耐腐蚀性能好塑料一般耐各种化学药品的腐蚀 不会象金属那样易生锈或受到腐蚀 使用时不必担心酸 碱 盐 油类 药品 潮湿及霉菌等的侵蚀 4 吸振性能好具有优良的减震 消音性能 透明塑料 如 PMMA PS PC等 可制作透明的塑料制品 如 镜片 标牌 罩板等 5 耐磨性能好多数塑料都耐磨损 在现代工业中 齿轮 轴承 密封圈等都已采用塑料 1 1 2塑料的性能 1 收缩性塑料制件从模具中取出冷却到室温后 发生尺寸收缩的特性称为收缩性 2 结晶性一般热塑性塑料的结构分为结晶形和非结晶形两种 3 流动性塑料在一定的温度与压力下填充模具型腔的能力称为塑料的流动性 拉西格流动指数 1 1 3塑料的成型工艺特点 4 吸湿性塑料中因为含有各种添加剂 对水分有不同的亲疏程度 所以塑料可分为吸湿 粘附水分和不吸湿 不粘附水分两种 5 热敏性热敏性是指塑料对热降解的敏感性 6 水敏感性有的塑料即使含有少量水分 在高温 高压下也会发生分解 称为水敏感性 1 1 3塑料的成型工艺特点 1 2塑料制件的结构工艺性 塑料制件的结构工艺性 是设计师进行塑料制件外形及其内部结构设计时必须考虑的主要问题之一 塑料制件的几何形状应尽可能保证有利于成型原则 以防止成型时产生气泡 缩孔 凹陷以及开裂等缺陷 并简化模具结构 塑料制件的几何形状包括制件的尺寸精度 表面粗糙度 壁厚 脱模斜度 加强筋 圆角 孔 螺纹 嵌件 文字 标志及符号等 塑料制件的尺寸及精度不高 往往受到多种因素的影响 在塑料品种和工艺条件一定的情况下 塑料制件精度很大程度上取决于模具的制造公差 目前塑件分为八个精度等级 每种塑料可选其中三个等级 即较高精度 一般精度 较低精度 如表1 4所示 1 2 1塑料制件的尺寸 公差和表面质量 1 塑料制件的尺寸及公差 塑件的表面质量主要是指制品表面缺陷和表面粗糙度 塑料制品的表面缺陷包括毛边 起泡 翘曲 熔接痕 缺料 溢料 凹陷 银纹 喷射痕 扭曲 龟裂等 塑件的表面粗糙度由模具型腔壁的表面粗糙度决定 模具型腔壁的表面比塑料制件的表面粗糙度低1 2级 2 塑料制件的表面质量 1 2 1塑料制件的尺寸 公差和表面质量 塑料制件的几何形状应尽可能保证有利于成型的原则 即开模取出塑件时 尽可能不采用复杂的瓣合分型与侧抽芯 为此 塑件的内 外表面形状要尽量避免旁侧凹陷结构 否则不但模具结构复杂 制造周期延长 成本提高 模具生产率降低 而且还会在分型面上留下毛边 增加塑件的修整工作量 1 2 2塑料制件的形状 1 塑料制件的壁厚应力求均匀 厚薄适当 以减小应力的产生 并且壁厚的大小及形状必须考虑制件构造强度 脱模强度等因素 如图1 4 1 2 3塑料制件的壁厚 1 壁厚的设计要点 2 均匀壁厚的平板类制件会产生翘曲变形 应将平板改成拱形板 如图1 5 3 壁厚不能过薄或过厚 过薄会使熔融塑料在模具型腔中的流动阻力增大 大型复杂制件则难以充满型腔 1 2 3塑料制件的壁厚 1 壁厚的设计要点 1 热塑性塑料制件的壁厚 常取1 0 4 0mm 热塑性塑料制件最小壁厚可参考表1 7 2 壁厚的取值范围 1 2 3塑料制件的壁厚 2 热固性塑料制件的壁厚 小型制件取1 6 2 5mm 中型制件取2 0 4 0mm 大型制件取3 2 8 0mm 热固性塑料制件最小壁厚可参考表1 8 3 流动性差的塑料可适当加大壁厚 但不超过10mm 2 壁厚的取值范围 1 2 3塑料制件的壁厚 脱模斜度又称拔模斜度 出模斜度 是指与脱模方向平行的塑料制件品的表面上应具有的倾斜角度 其值以度数表示 1 2 4脱模斜度 在设计时 应注意以下几个方面 1 对于较硬和较脆的塑料制件 脱模斜度可以取大值 2 塑料的收缩率较大或制件的壁厚较大时 应取较大的脱模斜度 在设计时 应注意以下几个方面 3 热塑性应比热固性塑料制件的脱模斜度大一些 4 大型的塑料制件 内表面的脱模斜度大于外表面 5 对于高度较大及精度较高的塑件选较小的脱模斜度 6 型芯长度及型腔深度较大 脱模斜度通常取0 5 1 2 4脱模斜度 加强筋的作用是在不增加壁厚的情况下 增加塑料制件的强度和刚度 避免塑料制件翘曲变形 1 2 5加强筋与凸台 1 加强筋 加强筋的形状和尺寸如图1 7所示 筋的宽度b应不大于壁厚t 高度h 3t 脱模斜度 2 3 筋的顶部应为圆角 筋的底部也须用圆角R过渡 R应不小于0 25t 加强筋设计要点 1 2 5加强筋与凸台 1 加强筋 加强筋厚度小于壁厚 加强筋与支承面间留有间隙 平板类零件加强筋方向与料流方向平行 凸台是用来增强孔或装配附件的凸出部分的 凸台应有足够的强度 同时应避免因凸台与其周围发生突变 如图1 10所示 凸台应设置在塑料制件的边角 高度应高出平面0 5mm以上 有足够的强度 恰当的脱模斜度 2 凸台 1 2 5加强筋与凸台 塑料制件除了在使用要求上必须采用尖角之外 其余所有转角处均应采用圆弧过渡 因为尖角处易产生应力集中 影响塑料制件强度 采用圆角的优点主要有两方面 1 避免应力集中 提高了塑料制件的强度及外观效果 2 模具在淬火和使用时不致因应力集中而开裂 1 2 6圆角 塑料制件上常常带有各种通孔和盲孔 这些孔是用模具的型芯来成型的 在设计上应注意以下点 1 孔应设置在不易削弱塑料制件强度的地方 2 在孔之间及孔与边缘之间均应有足够的距离 一般应大于孔径 如下表中热固性塑料孔距关系 1 2 7孔 3 塑料制件上起固定作用的孔 其四周应采用凸台来加强 如图1 10所示 4 盲孔只能用一端固定的型芯成型 其深度应浅于通孔 1 2 7孔 5 当塑料制件的孔为异型孔时 斜孔或复杂形状孔 可采用拼合型芯的方法成型 以避免侧向抽芯结构 1 2 7孔 塑料制件上的螺纹可以模塑时直接成型 也可在模塑后机械加工成型 现在广泛采用塑料模成型 螺纹在设计上应注意以下点 1 模塑的螺纹其外螺纹直径不宜小于4mm 内螺纹直径不宜小于2mm 精度 如下表 不高于3级 1 2 8螺纹 2 为防止塑料制件上螺孔的最外围螺纹崩裂或变形 应使孔始端有一深度0 2 0 8mm的台阶孔 螺纹末端不宜延伸到与底面相接处 一般留不小于0 2mm距离 如图1 13所示 3 螺纹的形状尽量采用圆形或梯形 如图1 14所示 1 2 8螺纹 4 当需要在塑料制件的同一轴线上压制两段或几段螺纹时 必须使螺纹和旋转方向相同 否则就无法拧下来 1 2 8螺纹 1 提高塑料制件局部的强度 硬度 耐磨性 导电性等 2 增强塑料制件的尺寸和形状的稳定性 高精度 3 降低塑料的消耗及满足其它多种要求 采用嵌件会增加塑料制件的成本 模具结构复杂 在塑料制件成型时 要安全嵌件会降低生产率 难于实现自动化 1 2 9嵌件 1 嵌件的用途 1 金属嵌件一般采用圆形或对称形状 保证收缩均匀 2 为了防止塑料制件应力开裂 嵌件周围的塑料层应有足够的厚度 如下表 同时嵌件本身结构不应带有尖角 3 为了防止嵌件受力时转动或拔出 嵌件部分表面应制成交叉滚花 沟槽 开孔等结构 便于嵌件固定在模具内 2 嵌件的结构要求 1 2 9嵌件 塑料铰链设计注意事项 1 塑料制件本身壁厚小的 中间薄膜处应相应薄一些 壁厚大的 中间薄膜处应相应厚一些 但不超过0 5mm 否则失去作用 1 2 10铰链与搭扣 1 铰链 2 在成型过程中 塑料必须从塑料制件本身的一侧 通过中间薄膜流向另一侧 脱模后立即折曲几次 搭扣是塑料制件的一种联接方法 使用方便 价格低廉 它可以用于临时性和永久性的联接 且具有结构简单 装配容易 加工方便 不需要紧固件等优点 生活中常见的搭扣有拉链联接 卡勾联接 捆扎联接 合页联接 按扣联接 插口联接等形式 1 拉链联接主要用于塑料袋和箱包的密封 用挤出成型法生产 2 搭扣 1 2 10铰链与搭扣 2 卡勾联接主要用于经常拆卸的地方 例如笔记本电源 手机外壳组装等 和一些箱盖活动联接 2 搭扣 1 2 10铰链与搭扣 3 捆扎联接常用于各种系绳 用于衣服标签联接 导线的捆扎 要求联接速度快 牢固可靠 2 搭扣 1 2 10铰链与搭扣 4 合页联接合页联接是盒体和盖的联接 其模具结构简单 装配容易 5 按扣联接主要用于片材的联接和衣服上的按扣联接 一般用软塑料来成型 2 搭扣 1 2 10铰链与搭扣 6 插口联接多用于各种箱包上 衣服上 其利用机械互锁和两件之间的摩擦力来实现塑料制件彼此联接 2 搭扣 1 2 10铰链与搭扣 由于造型 装饰或其他特殊要求 常需要在塑料制品上制出文字或图案等标志 塑料制件上的文字 图案等符号分三种形式 凸字 凹字 凹坑凸字 如图1 23所示 为了使塑料制件表面美观可以在塑料制件表面设计各种装饰花纹 有时可在塑料成型后粘上或烫印上各种装饰花纹 1 2 11文字 图案 标记及表面花纹 1 3塑料制件结构设计示例 设计塑料产品时必须综合考虑产品外观 性能和工艺之间的矛盾 有时牺牲部分工艺性 可得到很好的外观或性能 当结构设计实在无法避免成型产生的缺陷时 应尽可能让缺陷发生在产品的隐蔽部位 下面以图1 24所示的洗发水瓶盖为例 介绍一下塑料制件的结构设计 由于洗发水瓶盖属于外观产品 对外观要求较严格 如外观必须光泽 饱满 颜色均匀 1 分析产品的外观结构 1 3塑料制件结构设计示例 2 合理选材 洗发水瓶盖用于包装日常用品 考虑到用量大 应该选择可回收再利用的热塑性塑料 聚丙烯 PP 属于结晶性塑料 流动性极好 吸湿性小 并且同类产品也都选择PP 所以 主要材料定为PP 辅助材料中需要添加着色剂 根据客户要求的颜色选择了浅蓝色的着色剂 最后 洗发水瓶盖的材质为 PP 浅蓝色着色剂 收缩率 1 5 1 3塑料制件结构设计示例 3 产品结构及工艺分析 洗发水瓶盖的成型壁厚均匀但比较薄0 80mm 而对聚丙烯 PP 的成型壁厚应不低于0 85mm 0 80mm的壁厚成型时易发生翘曲 变形 解决办法是增加产品强度 洗发水瓶盖采用热塑性塑料聚丙烯 壁厚较薄 成型时型芯深度不大 脱模斜度可确定为30 或忽略脱模斜度而强制脱模 1 3塑料制件结构设计示例 3 产品结构及工艺分析 洗发水瓶盖部分尺寸如图1 25所示 1 3塑料制件结构设计示例