塑胶与模具基础知识.docx
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塑胶与模具基础知识
第一章塑胶基础知识
什么是塑料
塑胶是以合成树脂为主要成分,加入或不加入其它添加剂而形成的一种人工材料(用煤提炼),通常为白色半透明或无色透明
合成树脂
即高分子聚合物,作用是:
1)起粘接作用,使塑胶具有流动性和可塑性
2)决定塑胶的基本性能
塑料的分类
按成型性能分为:
1)热塑性塑料,可再利用(PP,PC,ABS,PE)
2)热固性塑料,不可再利用
按用途分为:
1)通用塑料:
产量大,用途广,价廉(PE,PP,PVC,PS)
2)工程塑料:
力学性能好,耐磨,耐腐蚀,尺寸稳定性好(ABS,尼龙PA,防弹玻璃PC,赛钢POM,有机玻璃PMMA)
塑料的性能
1)密度不质量轻(最小密度PP为0.87,大多数为1)
2)比刚度,比强度高
3)化学性能好(不会氧化)
4)电绝缘性能好
5)减摩,耐磨,自润滑性好(POM,PA)
6)成型及着色性能好(胶件最小0.01克,加水口0.05克)
7)防潮,震,辐射,透气
8)缺点是不耐热,热稳定性差,刚性差,不耐压,在阳光,大气及压力易老化
成型方法
热塑性塑胶的成型方法:
注塑成型,挤出成型,中空,真空,压缩空气成型等
热因性塑胶的成型方法:
压注,压缩成型
塑胶的流变性
1)牛顿与非牛顿流体,流体以切变方式流动时,其节应力与剪切速率存在线性关系的为牛顿流体,否则为非牛顿流体
2)熔胶的流体属非牛顿流体
塑料成型工艺性能
流动性
1)在成型过程中,塑料熔体在一定的温度和压力下充满型腔的能力称为塑料的流动性
2)流动性的好坏,直接影响注塑工艺参数(成型温度,压力和周期)的选择,以及模具浇注系统的类型和尺寸
3)流动性太则易产生批锋,流涎等现象,太差则不易充满型腔,造成啤不满
塑料件表面处理方法
喷油,移印,丝印,电镀(镀铬,金)真空镀膜,印刷.
热塑性塑胶流动性分三类
1)好的:
PE,PP,PS,PA,醋酸纤维等
2)中等:
HIPS,ABS,AS,PMMA,POM,氯化聚醚等
3)差的:
PC,硬PVC,PPO,PSF
收缩性(shrinkage)
计算方法
S计=(c-b)/bX100%
S计:
计算收缩
B:
塑件在常温下的单向尺寸
C:
模具型腔在常温下的单向尺寸
造成收缩的原因
1)热胀冷缩:
出模温度高于常温
2)因弹性回复而收缩,出模后阻止收缩的力消失
3)结晶收缩(晶结塑料)伴随着结晶而引的
4)定向收缩(流动时分子拉出,冷却后恢复原态)
结晶性
1)结晶性塑料:
PE,PP,POM,PA,聚四氟乙稀,氯化聚醚等
2)非晶性塑料:
PS,PVC,PMMA,PO,ABS,PSF等
3)一般来说,结晶性塑料不透明或半透明,非结晶性塑料是透明的(ABS例外),MBS透明结晶性高硬,差则软
热敏性
1)塑料对热的敏感程度
2)热敏性塑料包括:
PVC,POM,PVDF,EVA,CTFE
3)热敏性塑料分解时产生气体,对人,设备及模具有刺激,腐蚀或有毒性,模具镶件材料须防腐如S136H,PAK90等
吸湿性(与水分子的亲疏程度)
1)吸湿大的塑料有:
PA,PC,ABS,PPO,PSF等对反应敏感.
2)吸湿小的塑料有:
PE,PP等对反应不敏感.
3)塑料在成型过程中的化学反应:
降解和交联.降解会造成强度低,弹性差,表面光洁度差.
第二章:
常用塑料的特性与应用
常用塑料的识别
一.外观识别法:
1)聚乙烯PE、PP、PA等有不同的可弯性,手触有硬蜡样滑腻感,高等,敲击时有软性角质类声音;与此相比PS、ABS、PC、PMMA等塑料,则无延展性,手触有刚性感,敲击时声音清脆。
2)PE、PP比小于1,浮于水,PS及其他绝大多数塑料比重无法大于1,沉于水,PA比重1.01-1.03,接近水,在水中近悬浮状。
3)高压PE(LOPE)未加色粉呈乳白色半透明状,质软,面韧;低压PE(HDPE)未加色粉呈乳白色也乳白色,但不透明,质硬,不延伸。
4)PP染色前呈白色,半透明(此LDPE透明度高),轻且刚硬。
PA在染色前色泽微黄。
5)PS和改性PS和ABS的区别,前者性脆,后两者为韧性,弯折时前者易脆裂,后难折服断裂。
多次弯折发出气味也不同。
6)在染色前PS是透明的,改性PS是乳白色的,ABS是象牙色。
二、燃烧观察法:
1)所有热固性塑料,受热或燃烧时都无发软融过程,只会变确和焦化。
2)所有热塑性塑料,受热或燃烧,都先经历发软熔融过程,但不同塑料燃烧现象不同。
3)PE易燃,离火后,继续燃烧,火焰上端微黄,火焰上端微黄,下端呈蓝色,烟少;近火焰处有胶滴落,火灭后有石蜡燃烧气味;
4)PP与PE大致相同,但有少量黑烟,火灭后有煤油和石油味。
5)PA燃烧较缓慢,离火后自行熄灭,火焰颜色上黄下蓝。
燃烧时有熔胶滴落及起泡,火熄后有燃焦羊毛或指甲气味。
6)PS,HIPS和ABS都易燃,离火后继续燃烧,火焰黄色,有浓烟。
PS和HIPS燃烧时表面会起泡,但ABS不会而呈焦化态。
PS、HIPS带聚乙烯单体味,ABS有一种特别的臭味。
7)PC燃烧缓,离火后慢慢熄灭,燃烧时发出花果臭。
8)原色PMMA与PS都透光,染色后透光效果也相同,但燃烧时PMMA没有碳束飞逸而后者有,PMMA燃烧时火焰浅蓝色,顶端白色,燃烧后发出强烈花果臭和腐烂的蔬菜臭味。
9)PVC难燃,离火后易熄,火焰上黄底绿,冒白烟,气味辛辣刺鼻,熔体也边燃边化,可以拉丝。
10)若塑料之间混合使用则较难识别。
常用塑料的特性与应用
PS聚苯乙烯(俗称硬胶)
1)S=0.5%S:
收缩率
2)成型温度:
模具60-80度,料筒为200度左右
3)透光率(88-92%)
4)吸水性低,可不用烘料
5)流动性好,易成型加工
6)着色易,好进行表面处理
7)最大缺点:
脆
8)耐热度低,易老化
9)应用:
文具,玩具,电气用品外壳,餐具(无毒)
HIPS改性聚苯乙烯(俗称不碎胶)
在PS在加入5-10%的橡胶,不透明,它除有PS的易加工易着色的优点外,还具有较强的韧度(PS的4倍)和冲击强度,较大弹性,流动性比PS差,其余同PS
ABS(超不碎胶),NBS(俗称透明ABS)
1)S=0.5%
2)成型温度:
模具温度40-90度,料筒温度为210-250度左右
3)综合性能好,机械强度高,抗冲击能力强,抗蠕变性好,有一定的表面硬度,耐磨,电度性能好.
4)耐热可达90度,甚好至可在110-115度下使用,耐低温可右-40度下使用
5)耐酸,碱,盐,油,水
6)不易烧燃
7)电镀性能好
8)缺点不耐有机溶剂,耐气候性差,在紫外线下易老化
9)应用:
玩具,机壳,日常用品
PE(聚乙烯)
1)S=2%
2)成型温度:
模具50-70度,料筒为180-250度左右
3)产量最大的塑料
4)特点:
软性,无毒,价廉,加工方便
5)成型收缩率大,易缩水,变形
6)吸水小,可不用干燥;流动性好
7)PE分为LDPE(高压或低密度聚乙烯,俗称较胶),HDPE(低压或高密度聚乙烯,硬胶,又称高压聚乙烯),LDPE模温尽量前后一致,运水道离型胶不能太近,不少于2D.可强行胶模,HDPE流动性较好.
8)应用:
LDPE:
塑料薄膜(理想的包装材料),软管;HDPE用作塑料管,板等
PP(聚丙烯,俗称百折软胶),可强行脱模
1)S=2%
2)成型温度:
模具40-60度,料筒为240-280度左右
3)流动性,成型性好,适合偏平大型胶件
4)通用塑料中耐热性最好,热变形温度80-100度,能在沸水中煮
5)韧性好,屈服强度高,
6)常用塑料中密度最小
7)缺点尺寸精度低,刚性不足,耐气候性差,有后收缩现象,易老化,变脆,易变形
8)装饰性和装配性差,表面涂漆,粘贴,电镀加工相当因难
9)应用:
玩具,日常用品,包装胶袋,瓶子
PA(聚酰胺,俗称尼龙)
1)S=0.6-1.4%,如加玻璃纤维S=0.3-0.7%。
2)成型温度:
模具40-90度,料筒为250-310度左右
3)韧性、耐磨性好,具有自润滑性
4)机械强度高,而疲劳,表面光滑,摩擦系小,耐热(100度下可长期使用),耐腐蚀,易染色
5)流动性好,尼龙模具应充分的排气措施
6)缺点:
易吸水,注塑技术要求严,尺寸稳定性差
7)应用:
齿轮,滑轮,耐磨件。
PVC(聚氯乙烯),最早发明的
1)S=2%
2)成型温度:
模具30-50度,料筒为60-200度左右
3)品种分为软,半软,硬质PVC
4)制品表面光泽差
5)粘度高,流动性差,热稳定性差,加工较困难,啤塑工艺要求高
6)对模具腐蚀性大(S136H、PAK90)
7)应用:
软喉管,硬喉管,软,硬板,电线,玩具
PC(聚碳酸脂,俗称防弹玻璃胶),外观透明微黄,刚硬而带韧性
1)S=0.5-0.7%
2)成型温度:
模具80-110度,料筒为250-340度左右
3)机械强度高,而冲击性为塑料之冠,弹性模量高,受温度影响小,抗蠕变性突出
4)耐热性好,热变形温度135-143度,长期可用于120-130度
5)耐气候性好,任风吹雨打,三年不变色。
6)成型精度高,尺寸稳定性好
7)透光性着色性好
8)吸水率低,浸泡24小时后增重0.13%
9)流动性差,对水分子极敏感,易产生应力开裂现象,对压力不敏感,对温度敏感,可采用升温的方法来提高流动性。
10)对模具设计要求高,制品表面易产生水花,水口位易产生气纹。
11)应用:
电器,汽车,工业零件,档风玻璃
POM(聚甲醛,俗称赛钢)
1)S=2%
2)成型温度:
模具60-80度,料筒为204-230度左右
3)耐疲劳,耐蠕变,耐磨,耐热性都好
4)不易吸湿,加工前可不用烘料
5)尺寸难控制
6)热变形温度172度
7)对模具腐蚀性大
8)应用:
常用齿轮,轴承
PMMA(聚甲基丙稀酸脂,俗称有机玻璃,亚加力)
1)S=0.3-0.4%
2)成型温度:
模具65-80度,料筒为225-270度左右
3)透光性好,耐热性好,变形温度98度
4)表面硬度低,易被刮伤而留下痕迹
5)对水分子和温度敏感,加工前要烘料
6)缺点脆,但比PS好
7)应用:
灯罩,玻璃窗,光学透镜,硬式隐形眼镜等。
常用塑料的识别
外观识别法
1)PE,PP,PA等不同程度的可弯性,手触有硬蜡样滑腻感,敲击时有软性角度类声音,与此相比,PS,ABS,PC,PMMA等,则无延展性,手触有刚性感,敲击时声音,清脆
2)PE,PS比重小于1,浮于水,PS及大多数塑料比重大于1,沉于水,PA比重1.01-1.03,悬浮于水
3)高压PE(LDPE)未加色粉呈乳白色半透明状,质软,柔韧,低压PE(HDPE)未加色粉也呈乳白色,但不透明,质硬,不适伸,PP染色前呈白色,半透明,轻且刚硬,PA原色微黄
4)PS,HIPS,ABS的区分,前者脆,后两者为韧性,弯折时前者易脆裂,后两者折服断裂,多次折弯发出的气味不同,PS原色透明,HIPS乳白色,ABS为象牙色
燃烧观察法
1)PE易燃,离火后继续燃烧,火焰上端微黄,下端呈蓝色,烟少,近火焰处有熔胶滴落,火灭后有石蜡燃烧气味
2)PP与PE大致相同,但有少量黑烟,火灭后有煤油和石油味
3)PA燃烧较慢,离火后自行熄灭,火焰颜色上黄下蓝,燃烧时有滴落和起泡,熄后有焦羊毛或指甲味
4)PS,HIPS,ABS易燃,离火后继燃烧,火焰黄色,有浓烟,前两者燃烧起泡,后者不会,且呈焦化状,PS,HIPS带聚乙烯单味,后者有一种特别臭味
5)PC燃烧缓慢,焰黄色带烟,离火后慢慢熄灭,燃烧时发出花果臭
6)原色PMMA与PS都透光,染色后透光效果也相同,但燃烧时亚加力没有碳东飞逸而PS有,PMMA火焰浅蓝色,顶端白色,强烈花果臭和腐烂的菜味
7)PVC难燃,离火后易熄,火焰上黄底绿,冒白烟,气味辛辣刺鼻,熔体也有燃边化,可拉丝
8)POM可燃性中,离火后继续燃烧,燃烧时溶化变黑有刺鼻甲醛味
塑料的选用
选材的四个途径:
1)制品的用途,
2)制品的要求性能。
3)制品的形状结构大小。
4)经济成本与安全卫生等。
实例分析:
1)大型平板类胶件:
PP,HIPS
2)功能简单或无:
PE,PP,HIPS,PS
3)功能多或产品附加值高:
ABS,PC
4)透明:
PS,PMMA,GP料,K料,MBS,PC
5)耐磨:
POM,PA
6)耐(抗)冲击:
PC
7)缓冲(击):
PVC
第三章:
塑料制品的设计
制品结构工艺设计原则
1)在保正制品性能和使用要求的情况下,尽量造用价廉,且成型性好的塑料
2)力求制品结构简单,避免侧向凸凹结构,使模具结构简单,易于制造(内侧凹凸结构有两种情况下不可用内行位:
碰穿和强行脱模)
3)壁厚尽量均匀,避免出现过厚或过薄(不均时可平缓过或浇口正厚壁处)
4)制品的几何形状要易于成型,并有利于提高制品的强度和刚度
5)设计制品时应考虑塑料的流动性,收缩性及其它特性
6)当制品外观要求较高时,应通过造型再设计内部结构
胶件连接方式
自攻螺丝,扣位,超声波(超声线),螺纹联接,胶水,嵌件,过盈配合等
关于强行脱模
当侧向凹凸较浅且允许有圆角,可强行脱模。
合适塑料有PE,PP,POM,PVC
可强行脱模的尺寸见图电脑资料
制品的尺寸与精度
一、制品的尺寸受塑料流动性的限制和成型设备限制
二、制品的精度
1)影响制品精度的因素:
模具制造精度,塑料收缩率的波动,成型工艺参数
2)保证使用要求的前提下,精度应设计得尽量低一些
3)公差标准GB/T14486(93年),SJ1372(78年)
三、制品的表面质量:
包括制造质量(一般模具型腔粗糙度要比制品的要求低1-2级)和注塑质量(水花<称银纹>,蛇纹,熔接痕,顶向变形,黑斑)
塑料制品的常见结构设计
一、脱模斜度
1)不同塑料的脱模斜度不同(见P54),在不影响产品装配性能的情况下,应取大值。
(一般前模1-2度,后模0.5度)
2)脱模斜度不包括在公差范围内
3)晒纹(蚀纹)和透明胶件应取大值(常为3-6度)
4)硬质料比软质料脱模斜度大,收缩率大的比收缩率小的脱模斜度大
5)制品高度越高,孔越深,脱模斜度取小值
6)形状复杂难脱模时,取大些
7)前模斜度大于后模斜度(易胶件粘前模)
8)精度要求高,斜度越小
9)壁厚大的制品,脱模斜应取大值,增强,自润性塑料,脱模斜度取小值
二、壁厚
1)壁厚小,难填充,强度刚度差,壁厚大,内部易产生气泡,外部易生收缩凹陷,冷却时间长,料多增加成本
2)壁厚应尽量均匀一致
3)常见壁厚1.5-2mm,一般厚1-4mm,大型厚6-8mm
4)流动性与壁厚成反比
三、圆角
1)作用:
改善流动性,消除内应力,安全美观,提高强度
2)大小:
R外=1.5T,r内=0.5T
3)若R/T<0.3,易产生应力集中;R/T>0.8,则反之
四、加强筋(骨位)和凸起
1)加强筋的作用,增加强度和刚性,改善走胶
2)筋与壁厚的关系,筋高宜小于3T,宽=(0.5~0.7)T,R=T/8
3)应用实例:
平板类胶件防变形,螺丝柱防变形拉断,引水骨
4)加强筋太高,模具的相应镶件要组合镶拼
5)凸起的作用,减少配合接触面积,凸起高度约为0.4mm,一般为3-4个
6)当骨位应起制品表面出现收缩凹缩时,可在凹陷位增加花纹等造型
五、孔的设计(通孔,盲孔,螺纹孔)
1、通孔
1)孔间距见P57
2)孔四周增厚胶位以增强度
3)孔的成型方法:
碰穿,插穿和前后模镶针的碰插穿
2、盲孔
1)注射成型时易被冲弯,故孔深<孔径X4
2)若孔径双小双深时,可啤塑后机械加工
3)胶件上的螺丝孔:
A.通常情况下是盲孔,B.可做成两头盲孔,以减小孔深,C.螺丝柱孔径与自攻螺丝直径的关系,D.螺丝柱尽量靠边
3、异形孔:
成型时应尽量采用碰穿(P58)
六、螺纹的设计
1)形状见P60
2)加工方法有注射成型,机械加工,自攻及嵌件
3)注射成型时,外螺纹采用瓣合模(哈夫half模)成型,内螺纹成型有两种:
强行脱模和特殊的内螺纹机构强行脱模的计算公式:
(圆弧过渡,软料,伸长率)
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