塑料成形工艺与模具设计期末考试Word文件下载.docx
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b.圆弧状的中间过度状；
c.黏弹性熔膜为前锋料头的均整运动的主阶段。
3）熔体遇到阻碍物时的充模流动熔体遇到阻碍物分流，再会合，形成熔接痕，会在该处降低强度，外观变坏。
4）熔接痕（熔合缝，其强度是塑料制件的强度）
熔接痕是塑料制品中的一个区域，由彼此分离的塑料熔体相遇后熔合固化而成。
该区域力学性能比周边低，是塑件的薄弱环节。
产生原因：
a.模腔内型信或安放的嵌件；
b.同一型腔多个浇口；
c.塑件壁厚有变化；
d.熔体喷射和蛇形流会引起波状折叠的熔合缝。
3.入口效应：
熔体在入口端出现压力降，在出口端出现膨胀的现象称为端末效应，亦分别称为入口效应。
产生入口效应的原因：
聚合物液体以收敛流动方式进入导管入口时，它必须变形以适应它在新的且有适当压缩性的流道内流动，但聚合物熔体具有弹性，也就是对变形具有抵抗力，因此，就必须消耗适当的能量，即消耗相当的压力降，来完成在这段管内的变形。
熔体各点的速度在进入导管前后是不同的，为调整速度，也要消耗一定的压力降。
入口效应和离模膨胀效应通常对塑料的成型都是不利的，特别是在注射成型、挤出成型和拉丝过程中，可能导致产品变形和扭曲，降低塑件的尺寸稳定性，并可能在塑件内产生内应力，降低塑件物理和力学性能。
增加管子或口模的平直部分长度，适当降低成型时的压力和提高成型温度，并对挤出物加以适当速度的牵引或拉伸等，均有利于减小或消除端末效应带来的不利影响。
4.影响结晶的因素：
（1）熔融温度和熔融时间：
低温快速有利结晶
冷却速度：
缓冷有利结晶，急冷结晶不均而产生内应力，中速冷却结晶组织稳定，结晶应力小。
（2）压力和切应力：
增大压力可使聚合物在高于正常情况下的熔化温度发生结晶；
切应力可导致微晶生成，产生均匀的微晶结构。
（3）分子结构：
聚合物分子结构越简单、越规整，结晶越快，结晶度越高，同一种聚合物的最大结晶速率随相对分子质量的增大而减小。
（4）添加剂
5.结晶对塑件性能的影响
（1）密度：
密度随结晶度的增大而提高。
（2）力学性能：
抗拉强度随结晶度的增大而提高；
冲击韧性将下降；
弹性模量将减小。
（3）热性能：
结晶有助于提高聚合物的软化温度和热变形温度。
（4）翘曲：
结晶程度越高，体积收缩越大，因此结晶态塑件比非结晶态塑件更容易因收缩不均而发生翘曲。
（5）表面粗糙度和透明度:
结晶后，塑件表面粗糙度将降低，而透明度会减小或丧失。
6.成型过程中聚合物的降解
（1）概念：
由于聚合物大分子受热和应力的作用，或由于在高温下受微量水分、酸、碱等杂质及空气中氧的作用，聚合物会发生相对分子量降低或大分子结构改变等化学变化，这种现象叫降解或裂解。
（2）分类：
有热降解、氧化降解、水降解、应力降解等类型
（3）避免降解的措施：
a.严格控制原材料的技术指标和使用合格的原材料
b.使用前对聚合物进行严格的干燥c.确定合理的加工工艺、加工条件，含模具设备状态良好d.使用添加剂
7.塑件设计原则：
①在保证使用要求的前提下尽量选用价格低廉和成型性能较好的塑料。
②力求结构简单、壁厚均匀、成型方便，利于模具分型、排气、补缩和冷却。
③塑件结构应能使其模具的总体结构尽可能简化，避免模具侧抽芯和简化脱模机构。
④塑件成型以后尽量不再进行机械加工。
聚丙烯（PP）和高密度聚乙烯（HDPE）的使用特性和选择原则
PP比HDPE优越的方面：
①PP收缩率比HDPE小，制件细小部位的清晰度好，表面可制成皮革图案；
而HDPE收缩率较大，制品表面的细微处难以模塑成型。
②PP的透明性比HDPE好。
③PP的尺寸稳定性优于HDPE。
④PP的热变形温度高于HDPE。
HDPE比PP优越的方面：
①HDPE的耐冲击性能比PP强，即使在低温下韧性也好。
②HDPE适应气候的能力优于PP。
影响脱模斜大小的因素：
塑件的性质、收缩率、摩擦因数、塑件壁厚和几何形状。
硬质塑料比软质塑料脱模斜度大；
形状较复杂或成型孔较多的取较大的脱模斜度；
高度较大、孔较深，则取较小的脱模斜度；
壁厚增加、内孔包紧型芯的力大，脱模斜度也应取大些。
有时，为了在开模时让塑件留在凹模内或型芯上，有意将该边斜度减小。
8.注射模的结构组成
注射模的组成：
动模和定模。
动模安装在注射成型机的移动模板上，定模安装注射机的固定模板上。
注射成型时动模和定模闭合构成浇注系统和型腔。
开模时动模与定模分离取出塑料制品。
根据模具中各个部件所起的作用，可将注射模分为以下几个基本组成部分。
（1）成型部件
组成：
型芯和凹模。
作用：
型芯形成制品的内表面形状，凹模形成制品的外表面形状。
合模后型芯和凹模便构成了模具的型腔，该模具的型腔由件13和件14组成）。
结构：
按制造工艺要求，有时型芯或凹模由若干拼块组成，有时做成整体，在易损坏、难加工的部位采用镶件。
（2）浇注系统:
又称为流道系统。
将塑料熔体由注射机喷嘴引向型腔的一组进料通道。
主流道、分流道、浇口和冷料穴。
浇注系统的设计十分重要，它直接关系到塑件的成型质量和生产效率。
（3）导向部件
①确保动模与定模合模时能准确对中；
②避免制品推出过程中推板发生歪斜现象；
③支撑移动部件重量。
常采用导柱与导套，有时还需在动模和定模上分别设置互相吻合的内、外锥面来辅助定位。
（4）推出机构作用：
开模过程中，将塑件及其在流道内的凝料推出或拉出。
推杆、推出固定板、推板及主流道的拉料杆。
其中，推出固定板和推板的作用是夹持推杆。
在推板中一般还固定有复位杆，复位杆的作用是在动模和定模合模时使推出机构复位。
（5）调温系统作用：
满足注射工艺对模具温度的要求。
常用办法：
①热塑性塑料用注射模，主要是在模具内开设冷却水通道，利用循环流动的冷却水带走模具的热量；
②模具的加热除可用冷却水通道通热水或蒸汽外，还可在模具内部和周围安装电加热元件。
（6）排气槽作用：
将成型过程中的气体充分排除。
①在分型面处开设排气沟槽；
②分型面之间存在有微小的间隙，对较小的塑件，因排气量不大，可直接利用分型面排气，不必开设排气沟槽；
③一些模具的推杆或型芯与模具的配合间隙均可起排气作用，有时不必另外开设排气沟槽。
（7）侧抽芯机构有些带有侧凹或侧孔的塑件，被推出前须先进行侧向分型，抽出侧向型芯后方能顺利脱模，此时需要在模具中设置侧抽芯机构。
（8）标准模架为了减少繁重的模具设计与制造工作量，注射模大多采用了标准模架结构，图5—l中的定位圈l、定模座板3、定模板4、动模板5、动模垫板6、动模底座7、推出固定板8、推板9、推杆11、导柱12等都属于标准模架中的零部件，它们都可以从有关厂家订购。
9.进行锁模力校核原因:
因高压塑料熔体充满型腔时，会产生一个沿注射机轴向的很大推力，其大小等于制件与浇注系统在分型面上的垂直投影之和（图5—8）乘以型腔内塑料熔体的平均压力。
该推力应小于注射机额定的锁模力T合，否则在注射成型时会因锁模不紧而发生溢边跑料现象（图5—9）。
10.选用标准模架的优点:
①简单方便、买来即用、不必库存。
②能使模具成本下降。
③简化了模具的设计和制造。
④缩短了模具生产周期，促进了塑件的更新换代。
⑤模具的精度和动作可靠性得到保证。
⑥提高了模具中易损零件的互换性，便于模具的维修。
11.普通流道浇注系统包括：
主流道、分流道、浇口、冷料穴
浇注系统的作用：
使来自注射模喷嘴的塑料熔体平稳顺利的充模、压实和保压。
流道作用：
在最小压力损失条件下，将熔融物料自注口输送至浇口，以便进入模腔。
浇口作用：
调节控制料流速度、补料时间及防止倒流等。
冷料穴的作用：
贮存因两次注射间隔产生的冷料及熔体流动的前锋冷料，防止熔体冷料进入型腔。
12.浇口设计的原则：
（1）浇口尺寸及位置选择应避免熔体破裂而产生喷射和蠕动（蛇形流）
（2）浇口位置应有利于流动、排气和补料（3）浇口位置应使流程最短，料流变向最少，并防止型芯变形（4）浇口位置及数量应有利于减少熔接痕和增加熔接强度（5）浇口位置应考虑定向作用对塑件性能的影响（6）浇口位置应尽量开设在不影响塑件外观的部位，如浇口开设在塑件的边缘、底部和内侧。
（7）在确定大型塑料制件的浇口位置时，还应考虑塑料所允许的最大流动距离比。
13.采用一模多腔的模具成型时浇注系统应平衡：
因如果各个型腔不是同时被充满，那么最先充满的型腔内的熔体就会停止流动，浇口处的熔体便开始冷凝，此时型腔内的注射压力并不高，只有当所有的型腔全部充满后，注射压力才会急剧升高，若此时最先充满的型腔浇口已经封闭，该型腔内的塑件就无法进行压实和保压，因而也就得不到尺寸正确和物理性能良好的塑件，所以必须对浇注系统进行平衡，即在相同的温度和压力下使所有的型腔在同一时刻被充满。
14.分型面选择原则
总的原则：
保证塑件质量，且便于制品脱模和简化模具结构。
（1）分型面应便于塑件脱模和简化模具结构，尽可能使塑件开模时留在动模，便于利用注射机锁模机构中的顶出装置带动塑件脱模机构工作。
若塑件留在定模，将增加脱模机构的复杂程度。
（2）分型面应尽可能选择在不影响外观的部位，并使其产生的溢料边易于消除或修整。
（3）分型面的选择应保证塑件尺寸精度。
（4）分型面选择应有利于排气。
（5）分型面选择应便于模具零件的加工（6）分型面选择应考虑注射机的技术规格
15.组合式和整体式的特点及应用场合
整体式
整体式特点：
由一整块金属加工而成。
结构简单、牢固，不易变形，塑件无拼缝痕迹。
适用场合：
形状较简单的塑件
组合式
组合式特点：
改善加工工艺性，减少热处理变形，节省优质钢材。
塑件外形较复杂，整体凹模加工工艺性差。
16.影响尺寸精度的因素：
①模具制造精度及其使用后的磨损②成型工艺条件的变化，塑料收缩率的波动③塑件的形状、脱模斜度及成型后塑件尺寸变化④飞边厚度的波动等。
17.成型型腔闭合要求——成型型腔壁厚刚度的考虑因素（原因）
成型型腔壁厚刚度计算条件：
（1）型腔不发生溢料:
高压塑料熔体作用下，模具型腔壁过大的塑性变形将导致某些结合面出现溢料间隙，产生溢料和飞边。
因此，须根据不同塑料的溢料间隙来决定刚度条件。
（2）保证塑料精度:
当塑件的某些工作尺寸要求精度较高时，成型零件的弹性变形影响塑件精度，因此应使型腔压力为最大时，该型腔壁的最大弹性变形量小于塑件公差的1／5（3）保证塑件顺利脱模:
若型腔壁的最大变形量大于塑件的成型收缩值，开模后，型腔侧壁的弹性恢复将使其紧包住塑件，使塑件脱模困难或在脱模过程中被划伤甚至破裂，因此型腔壁的最大弹性变形量应小于塑件的成型收缩值。
18.排气不良的害处：
型腔内的气体受压缩将产生很大的背压，阻止塑料熔体正常快速充模，同时气体压缩所产生的热量可能使塑料烧焦。
在充模速度大、温度高、物料黏度低、注射压力大和塑件过厚的情况下，气体在一定的压缩程度下会渗入塑料制件内部，造成气孔、组织疏松等缺陷。
模内气体主要有四个来源：
①型腔和浇注系统中存在空气。
②塑料原料中含有水分，在注射温度下蒸发而成为水蒸气。
③由于注射温度高，塑料分解所产生的气体。
④塑料中某些添加剂挥发或化学反应所生成的气体。
19.排气槽设计要点：
①应尽量设在分型面上并尽量设在凹模。
②尽量设在料流末端和塑件较厚处。
③排气方向不应朝向操作工人，并最好呈曲线状，以防注射时烫伤工人。
④尺寸根据经验常取槽宽1.5~1.6mm，槽深0.02～0.05mrn，以塑料不进入排气槽为宜，即应小于塑料的不溢料间隙。
20.导向机构的作用及基本要求:
导向机构是保证动定模或上下模合模时，正确定位和导向的零件。
其主要方式分为导柱导向和锥面定位。
导向机构的作用:
（1）定位作用
（2）导向作用（3）承受一定的侧向力
基本要求:
导向精确、定位准确、并具有足够的强度、刚度和耐磨性
21.脱模机构的设计原则a.推出机构应尽量设计在动模一侧，塑件也尽量留在动模一侧；
b.保证塑件不因推出而变形损坏c.机构简单、动作可靠d.良好的塑件外观e.合模时正确复位f.尽量选在垂直壁厚的下方，可以获得较大的顶出力；
g.圆推杆的顶部不是平面时要防转等。
22.影响脱模力的因素①型芯成型部分的表面积及其形状②收缩率及摩擦系数③塑件壁厚和包紧型芯的数量④型芯表面粗糙度⑤成型工艺：
P注、t冷
23.侧向分型与抽芯采用的原因及常见的侧向分型与抽芯机构类型
采用原因：
某些塑料制件，由于使用上的要求，不可避免地存在着与开模方向不一致的分型，除极少数情况可以进行强制脱模外，一般都需要进行侧向分型与抽芯，才能取出制件。
抽芯机构分类：
（按动力源分）手动、气动、液压和机动抽芯机构。
常见的侧向分型与抽芯机构（见教案）①斜销侧向分型与抽芯机构②弯销侧向分型与抽芯机构④斜滑块侧向分型与抽芯机构⑤齿轮齿条侧向分型与抽芯机构
24.温度调节对塑件质量的影响
（1）变形模具温度稳定，冷却速度均衡，可减小塑件的变形。
对壁厚不一致和形状复杂的塑件，经常会出现因收缩不均匀而产生翘曲变形的情况。
故须采用合适的冷却系统，使模具凹模与型芯的各个部位的温度基本保持一致，以便型腔内的塑料熔体能同时凝固。
（2）尺寸精度保持模温恒定，能减少制件成型收缩率的波动，提高塑件尺寸精度的稳定性。
在可能的情况下采用较低的模温有助于减小塑件的成型收缩率。
例如，对于结晶形塑料，因为模温较低，制件的结晶度低，可以降低收缩率。
但结晶度低不利于制件尺寸的稳定性，从尺寸的稳定性出发，又需要适当提高模具温度，使塑件结晶均匀。
（3）力学性能结晶形塑料，结晶度越高，塑件的应力开裂倾向越大，故从减小应力开裂的角度出发，降低模温是有利的。
但对于聚碳酸酯一类高黏度无定形塑料，其应力开裂倾向与塑件中的内应力的大小有关，提高模温有利于减小制件中的内应力，也就减小了其应力开裂倾向。
（4）表面质量提高模温能改善制件表面质量，过低的模温会使制件轮廓不清晰并产生明显的熔接痕，导致制件表面粗糙度提高。
25.可开模的标准：
塑件已充分固化，具有一定的强度和刚度，开模推出时不致变形开裂。
衡量塑件已充分固化的准则：
①塑件最大壁厚中心部分的温度已冷却到该种塑料的热变形温度以下。
②塑件截面内的平均温度已达到所规定的塑件的出模温度。
③对于结晶形塑料，最大壁厚的中心层温度达到固熔点，或结晶度达到某一百分比。
26.冷却系统的设计原则
1）冷却系统设计应先于推出机构，这样才能得到较好的冷效果。
2）注意凹模和型芯的热平衡。
在冷却系统设计中，要把主要注意力放在型芯的冷却上。
3）简单模具，可先设定冷却水出入口的温度，然后计算冷却水的流量、冷却管道直径、保证湍流的流速及维持这一流速所需的压力降便已足够。
复杂而又精密的模具，则应做详细计算。
4）生产批量大的普通模具和精密模具在冷却方式上应有差异，对于大批量生产的普通塑件，可采用快冷以获得较短的循环注射周期。
精密塑件需要有精确的尺寸公差和良好的力学性能，须采用缓冷，即模具温度较高，冷却管道的尺寸和位置也应适应缓冷的要求。
5）模具中冷却水温度升高会使热传递减小，精密模具出入口水温相差应在2℃以内，普通模具也不要超过5℃。
从压力损失观点出发，冷却回路的长度应在1.2—1.5m以下，回路的弯头数目不希望超过5个。
6）凹模与型芯的冷却情况不同，一般应采用两条冷却回路分别冷却凹模与型芯。
7）当模具仅设一个入水接口和一个出水接口时，应将冷却管道进行串联连接，若采用并联连接，由于各回路的流动阻力不同，很难形成相同的冷却条件。
当需要并联连接时，则需在每个回路中设置水量调节泵及流量计。
8）采用多而细的冷却管道，比采用独根大冷却管道好。
因为多而细的冷却管道扩大了模温调节的范围，但管道不可太细，以免堵塞，一般管道的直径为8～25mm。
9）收缩率大的塑件模具中，应沿其收缩方向设置冷却回路。
27.收缩率选择的原则：
①收缩率范围较小的塑料品种，可按收缩率的范围取中间值，此值称平均缩率。
②收缩率范围较大的塑料品种，应根据制件的形状，特别是根据制品的壁厚来确定收缩率，壁厚取上限（大值），壁薄取下限（小值）。
③制件各部分尺寸的收缩率不尽相同，应根据实际情况加以选择。
④收缩量很大的塑料，可利用现有的或者材料供应部门提供的计算收缩率的图表来确定收缩率。
也可收集一些包括该塑料实际收缩率及相应的成型工艺条件等数据，然后用比较法进行估算。
必要时应设计、制造一副试验模具，实测在类似的成型条件下塑料的收缩率。
28.注射成型基本原理：
利用塑料的可挤压性和可模塑性，将松散的粒料或粉状成型物料从注射机的料斗送人高温的机筒内加热熔融塑化，使之成为黏流态熔体，在柱塞或螺杆的高压推动下，以很大的流速通过机筒前端的喷嘴注射进入温度较低的闭合模具中，经过一段保压冷却定型时间后，开启模具便可从模腔中脱出具有一定形状和尺寸的塑料制件。
29.零件制作的处理
原料预处理
（1）分析检验成型物料的质量
（2）着色作用：
往塑料成型物料中添加一种称为色料或着色剂的物质，借助这种物质改变塑料原有的颜色或赋予塑料特殊光学性能。
（3）预热干燥目的：
为了除去物料中过多的水分及挥发物，防止成型后制品出现气泡和银纹等缺陷，同时也可以避免注射时发生水降解。
制件的后处理进行制件的后处理原因:
成型过程中塑料熔体在温度和压力作用下的变形流动行为非常复杂，再加上流动前塑化不均及充模后冷却速度不同，制件内经常出现不均匀的结晶、取向和收缩，导致制件内产生相应的结晶、取向和收缩应力，除引起脱模后时效变形外，还使制件的力学性能、光学性能及表观质量变坏，严重时还会开裂。
为了解决这些问题，可对制件进行一些适当的后处理。
后处理方法：
退火和调湿
30.注射压力、保压力与时间的关系、作用及选用原则（具体见教案）
注射压力：
指螺杆（或柱塞）轴向移动时，其头部对塑料熔体施加的压力。
注射压力作用：
在注射成型过程中主要用来克服熔体在整个注射成型系统中的流动阻力，对熔体起一定程度的压实作用。
选择、控制注射压力的原则：
①对于玻璃化温度和熔体黏度较高的塑料，宜用较大的注射压力。
②对于尺寸较大、形状复杂的制品或薄壁制件，因模具中的流动阻力较大，也需用较大的注射压力。
③熔体温度较低时，注射压力应适当增大一些。
④对于流动性好的塑料及形状简单的厚壁制件，注射压力可小于70MPa。
对于黏度不高的塑料（如聚苯乙烯等）且其制品形状不太复杂以及精度要求一般时，注射压力可取70～100MPa。
对于高、中黏度的塑料（如改性聚苯乙烯、聚碳酸酯等）且对其制件精度有一定要求，但制品形状不太复杂时，注射压力可取100一140MPa。
对于高黏度塑料（如聚甲基丙烯酯甲酯、聚苯醚、聚砜等）且其制件壁厚小、流程长、形状复杂以及精度要求较高时，注射压力可取140—180MPa。
对于优质、精密、微型制件，注射压力可取180～250MPa，甚至更高。
⑤注射压力还与制件的流动比有关。
注射压力的变化：
注射压力的变化可用注射成型的压力-时间曲线描述，如图:
t0，柱塞或螺杆开始注射熔体的时刻；
t1，熔体开始流入模腔的时刻；
t2，熔体充满模腔的时刻。
时间t0～t2代表整个充模阶段，其中t0～t1称为流动期；
t1～t2称为充模期。
a.流动期内:
注射压力和喷嘴处的压力急剧上升，而模腔（浇口末端）的压力却近似等于零，注射压力主要用来克服熔体在模腔以外的阻力。
如，t1时刻的压力差Δpl=pi1—pg1代表熔体从机筒到喷嘴时所消耗的注射压力而喷嘴压力pg1则代表熔体从喷嘴至模腔之间消耗的注射压力。
b.充模期内:
熔体流入模腔，模腔压力急剧上升；
注射压力和喷嘴压力也会随之增加到最大值（或最大值附近），然后停止变化或平缓下降，这时注射压力对熔体起两方面作用，一是克服熔体在模腔内的流动阻力，二是对熔体进行一定程度的压实。
流动充模阶段，注射压力随时间呈非线性变化，注射压力对熔体的作用必须充分，否则，熔体流动会因阻力过大而中断，导致生产出现废品。
保压力:
在注射成型的保压补缩阶段，为了对模腔内的塑料熔体进行压实以及为了维持向模腔内进行补料流动所需要的注射压力叫做保压力。
保压力的选择与控制
保压力大小取决于模具对熔体的静水压力，并与制件的形状、壁厚有关:
①对形状复杂和薄壁的制件，为了保证成型质量，采用的注射压力往往比较大，故保压力可稍低于注射压力。
②对于厚壁制件，保压力的选择比较复杂，因为保压力大，容易加强大分子取向，制件出现较为明显的各向异性，只能根据制件使用要求灵活处理保压力的选择与控制问题，大致规律是保压力与注射压力相等时，制件的收缩率可减小，批量产品中的尺寸波动小，然而会使制件出现较大的应力。
31.典型模具分析（图形分析，标分型面之类）
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