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第四篇材料的其它成型工艺第十五章工程塑料的成形工艺第一节工程塑料的性能选用•塑料是以合成树脂或天然树脂为原料，在一定的温度和压力条件下可塑制成型的高分子材料。多数塑料是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、色料或催化剂等）。塑料可分为热塑性和热固性两大类。•热塑性塑料受热时呈熔融状态，可反复成型加工。•热固性塑料成型后成为不熔不溶的材料。不可反复成型。••通用塑料：聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯等。•工程塑料：是指具有较高物理、力学性能，应用于工程技术领域的塑料材料。如ABS、聚酰胺、聚碳酸脂、聚甲醛、聚四氟乙烯、聚苯醚、聚砜、环氧树脂、聚氨酯等。•此外，像聚丙烯、酚醛树脂等通用塑料也常应用于工程领域。常用塑料聚苯乙烯PSABS聚酰胺PA聚碳酸脂PC聚四氟乙烯PTFE聚乙烯PE聚丙烯PP聚氯乙烯PVC环氧树脂EP等。第二节塑件的成形一、概述塑件的完整生产顺序为：预处理、成形、机械加工、修饰、装配、如图15－2所示。可见塑件的成形种类很多，有各种模塑成形、层压及压延成形等，其中以塑料模塑成形种类较多，如挤出、压缩模塑、注射模塑等。它们的共同特点是利用了塑料成形模具（简称塑料模）来成形具有一定形状和尺寸的塑件。二、塑料模塑成形原理1.注射成形注射成形又称注射模塑，是热塑性塑件生产的一种重要方法。除了少数热塑性塑料（如加布基填料的塑料等）外，几乎所有的热塑性塑料都可以用注射成形方法来生产塑件。注射成形还成功的应用于热固性塑料的成形。注塑成型是通过注射机来实现的。注射机的作用是：①加热熔融塑料使其达到粘流状态；②对粘流状态的塑料施加高压使其射入模具型腔。注射机有多种，目前最常用的是螺杆式注射机，其注射成形基本动作程序如下：1、合模和锁模2、注射3、保压4、冷却和预塑化5、脱模塑料模具也是注射成型的重要工艺装备，典型的注射模具如图15－5。注射模具一般包括型腔、浇注系统、合模导向装置、侧向分型抽芯机构、脱模机构、排气系统、加热或冷却装置等部分。更换模具，就可在注射机上生产出不同的塑件。2、压制成型压制成型也称压缩成形或模压成形。压制成型的设备有液压机、压制成形模具。主要用于热固性塑料如酚醛树脂、密胺树脂件的成形。热固性塑料一般由合成树脂、固化剂等按一定比例混合而成。压制模具与注射模具相似，但没有浇注系统，只有一段加料室，加料室是型腔的延伸和扩展。压制成型适合于成型流动性较差的布基、纤维填充的热固性塑料。但生产周期长、效率低，不适合加工形状复杂和精度要求高的制品。热塑性塑料亦可用于压制成型。它成型时同样要经历由固态变为粘流态而充满型腔（此时模具被加热），但不产生交联反应，因此在热塑性塑料熔体充满型腔后，需将模具冷却使其凝固，才能脱模而获得塑件。在热塑性塑料压缩成型时，模具需要交替地加热和冷却，生产周期长，效率低。为解决这一问题，当压缩成型用于热塑性塑料时，常使用热挤冷压法，即将由挤出成形机挤出熔融塑料放入压缩模具成形型腔中压制、定形而制得塑件。由此不难看出，热塑性塑料的成形采用注射成形比压缩成形更经济。一般只有平面较大的热塑性塑件才采用压缩成形。汽车上的有机玻璃板是压制成形的，尤其是带弧面的玻璃。在压制成形的过程中，塑料直接加入型腔内，压力机的压力通过凸模直接传递给塑料，模具在塑料最终成形时才完全闭合。其优点是：没有浇注系统，耗材少；压制成形设备为通用压力机，模具结构较简单，可以压制平面较大的塑件，或利用多型腔模一次压制多个塑件。由于塑件在型腔内直接受压成形，所以适合于压制成型流动性较差的，以布基、纤维为填料的塑料，如电工上用的酚醛层制布板、环氧层压布板等等。3、压铸（注）成形压铸成形又称为传递模塑。它是在改进压制成形的缺点，并吸收注射成形的优点的基础上发展起来的一种模塑方法，其成形原理如图所示。压制和压铸的区别在于：前者塑料在加料腔内加热加压熔化并成形；后者塑料在加热腔内加热熔化，并通过浇注系统而快速射入模具型腔，也是在压力下凝固成形。压铸成形的优点是：可以模塑成形带有深孔的及其复杂形状的塑件，也可模塑精细的、易碎的嵌件；塑件的飞边小，尺寸准确，性能均匀，品质较高；模具的磨损较小。其缺点也有压铸成形用于热固性塑料的成形。它对塑料的要求是，在未达到硬化温度之前，即在加料腔熔融至充满模具型腔期间，应有较大的流动性；而在达到硬化温度之后，即充满模具型腔后必须具有较快的硬化速率。能够符合这种要求的热固性塑料有酚醛、三聚氰氨甲醛和环氧树脂等。切割及堆放装置牵引装置冷却水槽定型装置挤出模具挤出机14－4 挤出管材设备示意图α14－5 普通螺杆的基本结构4、挤出成形挤出成形也称挤出模塑，常用来生产管材、棒材、片材、板材以及薄膜等。一条挤出生产线包括挤出成型机、挤出模具、冷却定型装置、牵引装置、切割或卷取装置及控制系统。挤出机由挤压系统、传动系统、加热冷却系统组成。挤压系统包括螺杆、料筒、料斗等。螺杆依螺槽深度不同分为加料段、压缩段、均化段。挤出过程一般可分为三个阶段：塑化阶段成形阶段定形阶段塑料挤出模具是挤出成型的关键工装。它的作用是将挤出机输送来的塑料熔体由螺旋运动变为直线运动；产生必要的成型压力，保证制品密实；通过加热使塑料进一步塑化；通过口模成型所需要的断面形状的制品。5、中空成型中空成型形源于古老的玻璃吹瓶工艺，也称吹塑成型。常用来成型包装容器（如各种瓶、桶、箱）。中空成形可分为挤出吹塑和注射吹塑成形两大类。挤出中空吹塑成形设备包括挤出机、管状形坯挤出机头、吹塑模具、合模机构、液压系统、压缩空气系统、电气控制系统等部分。挤出吹塑成形模具结构简单，投资少，操作容易，适于多种塑料的中空吹塑成形。缺点是壁厚不易均匀，需去除飞边。2、注射吹塑中空成型注射吹塑中空成型的工艺过程如图所示。首先注射机将熔融塑料注入注射模内形成管坯，管坯成型在周壁带有微孔的空心凸模上，接着趁热移到吹塑内，然后从芯棒的管道内通入压缩空气使型坯吹胀并贴于模具的型腔壁上，最后经保压、冷却定型后放出压缩空气，开模取出塑件。优点是壁厚均匀无飞边，不需后加工。多用于小型塑件大批量生产。3、注射拉伸吹塑成型注射拉伸吹塑是将注射成型的有底型坯置于模具内，先用拉伸杆进行轴向拉伸后再通入压缩空气吹胀成型的加工方法。经过拉伸吹塑的塑件其透明度、机械性能大为提高。典型产品是饮料瓶。6.真空成形真空成形也称为吸塑。成形时，将热塑性塑料板（片）材夹持起来，固定在模具上，用辐射加热器加热，加热到软化温度时，用真空泵抽去板（片）材和模具之间的空气，在大气压力作用下，板（片）材拉伸变形，贴合到模具表面，冷却后定形成为塑件。7.浇注成形浇注成形又称为铸塑。将尚未聚合的原料单体（一般呈液状或浆状）与固化剂填充剂等按比例混合均匀，注入浇注模具的型腔中使其完成聚合反应，固化后得到与型腔相似的塑件，这种方法称为静态浇注法。在这种方法的基础上还发展了其它一些铸塑成形方法，如离心浇注、流延铸塑、搪塑、滚塑等方法。8.泡沫塑料的压制成形和低发泡塑料注射成形泡沫塑料是一种带有许多均匀分散气孔的塑件。第三节塑件结构工艺性塑件结构设计应满足使用性能和成形工艺两方面的要求。满足使用性能就是要考虑塑件的物理、力学性能、如强度、刚度、弹性、绝缘性能等。满足成形工艺的要求则应使塑件易于成形，同时还应使模具结构简化。在此我们主要讨论工程中使用最多的注射成形塑件的设计，其原则也适合于压制成形件的设计。一、形状塑件的内外表面应设计得易于模塑，尽可能不采用复杂的瓣合分模与侧抽芯方式。二、壁厚塑件的壁厚首先取决于塑件的使用要求，即强度、结构、质量、电性能、尺寸稳定性及装配要求等。从工艺性能方面考虑，应尽可能使塑件的壁厚均匀，塑件的壁厚为1~6mm比较合适，工程上一般为2~4mm。三、脱模斜度脱模斜度一般为0.5°~1.5°，对于有花纹的塑件增大到4°~5°四、加强肋加强肋的主要作用是增加塑件强度，避免塑件翘曲、变形。为了确保制件的质量，加强肋不能太厚，部位要适当。五、圆角在塑件的内、外表面转角处，应采用圆角过渡，这样可以有效地避免塑件的应力集中，同时也避免了模具上的应力集中。六、孔在设计塑件上各种孔的位置时，应注意不影响塑件的强度，并尽量不增加模具制造的复杂性。七、螺纹塑件上经常会有螺纹孔，螺纹可以模塑成形。八、镶嵌零件第四节浇注系统对塑件性能的影响浇注系统是塑料熔体进入模具型腔的通道。浇注系统的设计对塑件性能、外观、成形的难易程度有很大的影响。讨论工艺问题不得不涉及浇注系统。浇注系统分为普通浇注系统和无流道浇注系统两大类，在此主要讨论有流道浇注系统。一、塑件浇注系统的设计1、塑件浇注系统的影响因素2、塑件浇注系统的组成二、浇口位置对塑件性能的影响1、利于塑料熔体填充及补料2、防止塑件翘曲变形3、利于型腔内气体的排出4、避免由喷射造成塑件缺陷5、减少熔接痕数量、增加塑件的熔接强度作业：3、7、8