塑料成型工艺与模具设计教案Word文档格式.docx

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使用教材：

参考书目：

齐晓杰主编.塑料成型工艺与模具设计.哈尔滨：

机械工业出版社，2007

曹洪深主编.塑料成型工艺与模具设计.北京：

机械工业出版社，1993

王孝培主编.塑料成型工艺及模具设计简明手册.北京：

机械工业出版社，2000

任鸿烈、冯良编.塑料成型模具制造技术.广洲：

华南理工大学出版社，1989

王树勋、邓庚厚编.典型注塑模具结构图册.长沙：

中南工大学出版社，1992

许健南主编.塑料材料.中国轻工业出版社.北京，1999

1－2塑料及其应用

一、塑料的概念

1.概念：

塑料是一种由树脂和某些助剂结合而成的高分子化合物。

2.性能：

可在一定温度和压力下具有流动性，可以被模塑成型为一定的几何形状和尺寸的塑料制件。

3.组成：

1）树脂：

又称高分子有机化合物、聚合物。

一般相对分子量在一万～数百万之间，分天然与合成两种。

合成树脂：

是人工将低分子化合物单体通过合成方法生产出的高分子化合物。

作用：

粘结作用，又叫粘料。

2）添加剂：

添加到树脂中，以改善树脂的某种性能的材料。

单纯树脂不能满足成型工艺要求和使用要求。

4.特点：

1）密度小：

ρ=0.9～2.3g／cm3，约为铝的1／2，铜的1／6。

泡沫塑料：

ρ=0.01～0.5g／cm3。

制成同样大小的制品，塑料件要轻得多。

2）比强度高：

按单位质量计算的强度。

虽然塑料的强度不如金属，但因小，其相当高。

如：

40Cr调质后=1000MPa，1000／7.8=128。

而用玻璃纤维增强的塑料，拉伸比强度可达170～400

3）绝缘性好：

原因：

塑料原子内部一般没有电子和离子，故大多数绝缘性好。

用途：

广泛用于电机电器、电子行业，作结构零件和绝缘材料，如插头、插座、开关、手柄、电器等。

4）化学稳定性好：

对酸、碱等化学药品具有良好的耐腐蚀能力。

其中PTFE的化学稳定性最高，抗蚀能力优于黄金，”王水”对它也无可奈何，故称为”塑料王”。

广泛用于化工行业和日用品中，如：

管道、密封件等。

5）减摩、耐磨性好：

摩擦系数小、耐磨性强，可用来制造轴承、齿轮、密封圈等。

如PTFE：

对钢的动、静摩擦系数为0.04，使用温度250℃。

6）减振、隔音性好：

来自聚合物大分子的弹性、柔韧性。

制成的传动摩擦零件噪音小、吸振性好。

7）不耐热，在阳光、压力和某些介质下易老化。

8）线胀系数大，影响精度。

9）透光、绝热。

1－3塑料工业的发展

1.初创阶段：

30年代以前，科学家研制成了酚醛PF、硝酸纤维素（与樟脑混合制取可塑性塑料）及醋酸纤维素。

特征：

间歇法，小批量生产。

2.发展阶段：

30年代，低密度聚乙烯PE、聚苯乙烯PS、聚氯乙烯PVC和聚酰胺PA等塑料相继工业化，为进一步发展开辟了道路。

3.飞跃发展阶段：

50年代中期到60年代末。

1）石油化工的高速发展为塑料工业提供了丰富而廉价的原料

　2）齐格勒纳塔用有机金属铬化物定向催化体系聚合工艺创立的高分子学科的进一步发展及聚合技术的开拓，使高密度PE和PP工业化

　3）工程塑料也因碳酸脂PC和聚甲醛POM、聚酰亚胺PI等的相继出现并实现工业化生产，使塑料向耐高温的领域发展。

　4）增强及复合材料的出现使塑料步入高强度、耐高温的尖端材料领域。

5）此阶段，塑料的产量和品种不断增加，成型加工技术更趋完善

4.稳定增长阶段：

70年代以来，出现石油危机，原材料价格猛涨，塑料的增长速度下降。

此阶段特点：

1）通过共聚、交联、共混、复合、增强、填充和发泡等方法来改进塑料的性能，提高产品的质量，扩大应用领域，生产技术更趋合理。

2）塑料工业向着生产工艺自动化、连续化，产业系列化，不断开拓功能性塑料的新领域发展。

5.我国的塑料工业。

　起步较晚

　　40年代只有酚醛和赛璐珞两种塑料，年产量仅200t。

　　50年代，万吨级聚氯乙烯装置投产。

70年代中期，引进几套石化装置建成投产。

同时塑料成型加工机械和工艺方法也迅速发展。

　　由于新的工程塑料不断开发与应用，成型工艺不断成熟与完善，极大促进了塑料成型模具的开发与制造。

随着工业塑料制件和日用塑料制件的品种和需求量的日益增加，产品的更新换代周期越来越短，对塑料的产量、质量要求越来越高。

1－4塑料成型在工业生产中的重要性

*认识：

模具是工业生产中的重要装备。

塑料模是指用于成型塑料制品的模具。

　　模具设计水平的高低、加工设备的好坏、制造力量的强弱、模具质量的优劣，直接影响新产品的开发和老产品的更新换代，影响着产品质量和经济效益的提高。

美国称：

模具工业是美国工业的基石；

日本称：

模具是促进社会繁荣富裕的动力；

德国给模具工业冠之以”金属加工业中的帝王”称号；

欧盟国家称：

模具就是黄金；

新加坡把模具工业作为”磁力工业”；

中国模具权威称：

模具是印钞机。

*发展状况

在仪器仪表、家电、交通、通讯、轻工等行业的产品零件中，70%以上是用模具生产的。

工业发达国家模具工业产值早已超过机床行业的产值。

日本：

1991年模具工业已实现高度的专业化、标准化和商品化。

全国一万多家企业中，塑料模、冲压模企业各占40%。

韩国：

新近统计，模具专业厂中塑料模占43.9%，冲压模占44.8%。

新加坡：

460家企业，60%生产塑料模，35%生产冲模和夹具。

说明目前塑料模已和冲压模并驾齐驱。

中国：

1989年，国务院颁发了”当前产业政策要点的决定”在重点支持技术改造的产业、产品中，把模具制造列为机械工业技术改造序列的第一位，它确定了模具工业在国民经济中的重要地位。

中国发展状况

中国模具的历史已有数千年，数千年前的模具水平可谓世界最先进的技术水平。

但近代与发达国家的模具行业比较，可能落后几十年到百年。

1984年建立了中国模具协会，1987年以后才逐步形成中国模具行业。

当时中国的模具在世界上是漠漠无闻的，经过二十多年的努力发展已是万人注目其存在，在世界上的竞争力与影响力日益增大。

总体

目前全国：

共有模具生产厂点l.7万个，从业人员50多万人（01年）。

销售额：

1985年近2亿元2006年的720亿元21年间增长了360倍

进出口总额：

1984年2.56万美金2006年30亿美金22年间增长了120倍

2001年进口11.2亿美元，出口1.88亿美元

2006年进口20亿美元，出口10亿美元

我国模具工业的技术水平近年来也取得了长足的进步：

大型、精密、复杂、高效和长寿命模具上了一个新台阶。

过去不能生产的模具现在已能完全生产，有部分模具已达到国际水平，有的已为国际上大企业所采用。

在大型塑料模具方面，已能生产48英寸电视的塑壳模具、65Kg大容量洗衣机全套塑料模具，汽车保险杠、整体仪表板等模具。

在精密塑料模具方面，已能生产照相机塑料模具、多型腔小模数齿轮模具及塑封模具等。

其他塑料模具，例如塑料门窗异型材挤出模等，也都达到了较高的水平，并可替代进口模具。

模具CAD／CAE／CAM技术广泛地得到应用，并开发出了自主版权的模具CAD／CAE／CAM软件。

电加工、数控加工在模具制造技术发展中发挥了重要作用。

热流道和气辅技术、快速原型技术、高速加工技术等都有了大的进步。

与国外的差距：

1）供需矛盾比较突出目前国内市场满足率仅在70％左右，大部分模具是企业自产自用，作为商品流通的模具仅占1／3；

所产模具基本上以中低档为主，一些大型、精密、复杂和长寿命的高档模具，在技术上还无法与发国家相比．生产能力也远远不能满足国民经济发展的需要。

2）产品结构和企业结构很不合理

模具产品结构比例：

我国：

冲压模50％，塑料模34％．压铸模6％，其它10％：

发达国家塑料模所占比例一般在40％左右；

大型、精密、长寿命模具所占比例我国25％，发达国家50％以上

企业结构比例：

我国主要模具生产能力集中在各主机厂的模具分厂（或车间）内，模具商品化率很低：

只有30％～40％，而国外可达70％以上；

专业模具厂结构：

我国也大多是”大而全”“小而全”

国外则大多是”小而专”“小而精”

3）专业化、标准化程度低除少量标准件外购外，大部分工作均需要模具厂自己去完成，造成模具制造周期长，不能适应市场要求

4）设计和工艺技术落后如模具CAD／CAM技术普及率不高，加工设备数控化程度低等，也造成了模具生产效率不高，周期较长。

5）产品水平低模具产品的水平主要有模具加工的制造精度和表面粗糙度，加工模具的复杂程度、模具的使用寿命和制造周期等

国外国内

最高加工精度0.005～0.01mm0.02mm

粗糙度Ra0.1～0.05μRa0.2μ

交货期约为1个月为2～4个月

6）工艺装备水平较差我国机床工具行业已经可以提供成套的高精度模具加工设备，如加工中心、数控铣床、数控仿形铣床、电加工机床、座标磨床、光曲磨床和3坐标测量机等。

但在加工和定位精度、加工表面粗糙度、机床刚性、稳定性、可靠性、刀具和附件的配套性方面，与国外相比，仍有较大差距。

1－5塑料成型技术的发展趋势

1.成型理论的进展：

随着塑料件的大型化和复杂化，模具的重量达数吨至十多吨，若只凭经验设计，往往因设计不当造成模具报废，数十万元的费用将毁于一旦，所以设计模具已逐渐向理论设计方面发展。

包括：

模板刚度、强度计算，充型流动理论的建立。

　目前，有关挤出成型的流动理论和数学模型已建立，并已有应用。

有关注射成型的流动理论尚在探讨，注射成型的塑料熔体在一维、二维简单模腔的充型流动理论和数学模型已解决，并已加强在三维模腔中流动行为的研究。

2.成型方法的革新：

一些新型或有特殊要求的塑料制品要求新的成型方法。

如对注射成型：

有无流道凝料赘物的注射成型、热固性塑料注射成型、低发泡、排气反应、增强反应及多品种塑料的共注射成型等。

3.塑料制件的精密化、微型化和超大型化：

精密注射成型是能将塑料制件尺寸公差控制在0.01～0.001mm之内的成型工艺方法，主要用于电子、仪表工业。

微型化制件要求在微型设备上生产：

德国已有0.1g的微型注射机，可生产0.05g左右的制件。

国内已有0.5g的微型注射机，可生产0.1g左右的制件。

　　大型化要求有大型、超大型注射成型设备：

　　法国已有17万g的超大型注射机，合模力150MN（1.5万吨）

美国已有10万g的超大型注射机。

日本已有9.6万g的超大型注射机。

国内已有3.5万g的超大型注射机，合模力80MN。

4.模具技术进步：

体现在4个方面

　1）