【正文】 咸寧職業(yè)技術(shù)學(xué)院教 案講 稿2011～2012學(xué)年第二學(xué)期 系 ( 部 ) 機(jī)電工程系 教研室(實(shí)驗(yàn)室) 模具教研室 課 程 名 稱 塑料成型工藝與模具設(shè)計(jì) 授 課 班 級(jí) 主 講 教 師 職 稱 使 用 教 材 規(guī)劃教材 咸寧職業(yè)技術(shù)學(xué)院教務(wù)處制塑料成型工藝與模具設(shè)計(jì)講稿第1講授課章節(jié)或主題第一章緒論授課時(shí)間授課班級(jí) 課時(shí)2授課教師 教學(xué)目的、要求： 了解塑料成型及塑料模具的分類教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)： 塑料成型及塑料模具的分類授課類型：理論課教學(xué)方式：講授教學(xué)資源：多媒體教學(xué)過(guò)程設(shè)計(jì)：新課引入3分鐘，講授新課79分鐘，課堂訓(xùn)練5分鐘，小結(jié)3分鐘。教學(xué)內(nèi)容第一節(jié)塑料成型在工業(yè)生產(chǎn)中的重要性第二節(jié)塑料成型技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)第三節(jié)塑料模具的分類第四節(jié)學(xué)習(xí)本課程應(yīng)到的要求討論思考題作業(yè)題： 114主要參考文獻(xiàn)：《塑料成型工藝與模具設(shè)計(jì)》機(jī)械工業(yè)出版社 屈華昌主編 2011《模具制造手冊(cè)》機(jī)械工業(yè)出版社 1998備注第一章緒論教學(xué)目的、要求： 了解塑料成型及塑料模具的分類教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)： 塑料成型及塑料模具的分類第一節(jié)塑料成型在工業(yè)生產(chǎn)中的重要性一、塑料及塑料工業(yè)的發(fā)展塑料的概念及組成塑料的特點(diǎn) 塑料的密度小、質(zhì)量輕 塑料的強(qiáng)度高 塑料的絕緣性能好，介電損耗低 塑料的化學(xué)穩(wěn)定性高塑料工業(yè)的發(fā)展階段塑料工業(yè)是一門新興的工業(yè)，是隨著石油工業(yè)發(fā)展應(yīng)運(yùn)而生的。塑料工業(yè)的發(fā)展大致分為以下幾個(gè)階段。 (1) 初創(chuàng)階段 (2) 發(fā)展階段。20世紀(jì)30年代，低密度聚乙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯和聚酰胺等熱塑性塑料相繼工業(yè)化，奠定了塑料工業(yè)的基礎(chǔ)，為其進(jìn)一步發(fā)展開辟了道路。 (3) 飛躍發(fā)展階段20世紀(jì)50年代中期到20世紀(jì)60年代末，石油化工的高速發(fā)展為塑料工業(yè)提供了豐富而廉價(jià)的原料。 (4) 穩(wěn)定增長(zhǎng)階段二、塑料成型在工業(yè)生產(chǎn)中的重要性模具是工業(yè)生產(chǎn)中的重要工藝裝備模具的概念：模具是以特定的形狀去成型具有一定形狀、尺寸的制品的工具。第二節(jié)塑料成型技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)CAD/CAM/CAE技術(shù)大力發(fā)展快速原型制造快速測(cè)量與逆向工程模具材料與熱處理技術(shù)模具標(biāo)準(zhǔn)化水平和標(biāo)準(zhǔn)件的使用模具的復(fù)雜化、精密化和大型化模具工業(yè)的信息化第三節(jié)塑料模具的分類一、注射模二、壓縮模三、壓注模四、擠出模五、氣動(dòng)成型模第四節(jié)學(xué)習(xí)本課程應(yīng)達(dá)到的要求了解聚合物的物理性能、流動(dòng)特性、成型過(guò)程中的物理化學(xué)變化以及塑料的組成、分類和性能了解塑料模具的基本原理、工藝過(guò)程和工藝參數(shù)，正確分析成型工藝對(duì)模具的要求能掌握成型設(shè)備與模具之間關(guān)系及要求掌握各類模具的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及設(shè)計(jì)方法具有分析解決成型現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)問(wèn)題的能力作業(yè)： 114小結(jié)：模具在實(shí)際中的地位、作用與分類，學(xué)習(xí)的任務(wù)。塑料成型工藝與模具設(shè)計(jì)講稿第4講授課章節(jié)或主題第二章塑料成型基礎(chǔ)授課時(shí)間授課班級(jí) 課時(shí)4授課教師 教學(xué)目的、要求： 了解塑料的組成、分類和成型工藝教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)： 塑料的組成、分類和成型工藝授課類型：理論課教學(xué)方式：講授教學(xué)資源：多媒體教學(xué)過(guò)程設(shè)計(jì)：新課引入3分鐘，講授新課79分鐘，課堂訓(xùn)練5分鐘，小結(jié)3分鐘。教學(xué)內(nèi)容第一節(jié)聚合物的分子結(jié)構(gòu)與熱力學(xué)性能第二節(jié)聚合物流變議程與分析第三節(jié)聚合物在成型過(guò)程中的流動(dòng)狀態(tài)第四節(jié)聚合物在成型過(guò)程中的物理和化學(xué)變化第五節(jié)塑料的組成及工藝特性第六節(jié)常用塑料討論思考題作業(yè)題： 2222121214主要參考文獻(xiàn)：《塑料成型工藝與模具設(shè)計(jì)》機(jī)械工業(yè)出版社 屈華昌主編 2011《模具制造手冊(cè)》機(jī)械工業(yè)出版社 1998備注第二章塑料成型基礎(chǔ)知識(shí)教學(xué)目的、要求： 了解塑料的組成、分類和成型工藝教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)： 塑料的組成、分類和成型工藝第一節(jié)聚合物的分子結(jié)構(gòu)與熱力學(xué)性能一、 聚合物的分子結(jié)構(gòu)(一) 樹脂與塑料(二) 高分子與低分子(三) 聚合物的分子結(jié)構(gòu) 如果聚合物的分子鏈呈不規(guī)則的線狀(或者團(tuán)狀)，聚合物是一根根的分子鏈組成的，則稱為線型聚合物，如圖21a所示。如果在大分子的鏈之間還有一些短鏈把它們相互交聯(lián)起來(lái)，成為立體結(jié)構(gòu)，則稱為體型聚合物，如圖21c所示。此外，還有一些聚合物的大分子主鏈上帶有一些或長(zhǎng)或短的小支鏈，整個(gè)分子鏈呈枝狀(見圖21b)，稱為帶有支鏈的線型聚合物。(四)聚合物的聚集態(tài)結(jié)構(gòu)及其性能。結(jié)晶型聚合物由“晶區(qū)”(分子作有規(guī)則緊密排列的區(qū)域)和“非晶區(qū)”(分子處于無(wú)序狀態(tài)的區(qū)域)所組成，如圖22所示。二、 聚合物的熱力學(xué)性能與加工工藝性(一) 聚合物的熱力學(xué)性能。圖23中曲線1為線型無(wú)定形聚合物受恒應(yīng)力作用時(shí)變形程度與溫度的關(guān)系曲線，也叫熱力學(xué)曲線。(二) 聚合物的加工工藝性 θf(wàn)與θd一樣都是聚合物材料進(jìn)行成型加工的重要參考溫度。不同狀態(tài)下塑料的物理性能與加工工藝性見表21。狀態(tài)玻璃態(tài)高談態(tài)粘流態(tài)溫度θf(wàn)g以下Θg～θf(wàn)Θf～θd分子狀態(tài)分子糾纏為無(wú)規(guī)則線團(tuán)或卷曲狀分子鏈展開，鏈段運(yùn)動(dòng)高分子鏈運(yùn)動(dòng)，彼此滑移工藝狀態(tài)堅(jiān)硬的固態(tài)高彈性固態(tài)，橡膠狀塑性狀態(tài)或高粘滯狀態(tài)加工可能性可作為結(jié)構(gòu)材料進(jìn)行銼、鋸、鉆、車、冼等機(jī)械加工彎曲、吹塑、引伸、真空成型、沖壓等，成型后會(huì)產(chǎn)生較大的內(nèi)應(yīng)力可注射、擠出、壓延、模壓等，成型后應(yīng)力小第二節(jié)聚合物流變議程與分析一、牛頓流體及其流變方程 圖24是液體在流道中流動(dòng)時(shí)的速度梯度圖。圖25所示為以切應(yīng)力對(duì)剪切速率作圖時(shí)，塑料成型加工中常用聚合物在非牛頓流體狀態(tài)下的流動(dòng)曲線。 將非牛頓流體的粘度定義為表觀粘度ηa(即非牛頓粘度)。圖26為不同類型流體的表觀粘度與剪切速率的關(guān)系。二、溫度和壓力對(duì)粘度的影響（一）溫度對(duì)剪切粘度的影響表22列出了幾種常用熱塑性塑料熔體在恒定剪切速率下的表觀粘度與溫度關(guān)系的數(shù)據(jù)。(二)壓力對(duì)剪切粘度的影響幾種聚合物粘度與壓力的關(guān)系見圖27。三、聚合物熔體的粘彈性 聚合物熔體(包括分散體)不僅具有粘流性，而且還具有如固體般的彈性，即當(dāng)熔體受到應(yīng)力時(shí)，一部分能量消耗于粘性變形(即流動(dòng))；而另一部分變形的能量將會(huì)被熔體儲(chǔ)存，一旦外界應(yīng)力移去，變形就得到恢復(fù)，如塑料在擠壓時(shí)的出模膨脹(見圖28)。四、熱塑性和熱固性聚合物流變行為的比較 熱塑性聚合物和熱固性聚合物流變行為的不同可由圖210加以說(shuō)明。從圖210c可以看出，溫度對(duì)流動(dòng)性的影響是由粘度和固化速度兩種互相矛盾的因素決定的，這種關(guān)系可進(jìn)一步用圖211來(lái)說(shuō)明第三節(jié)聚合物在成型過(guò)程中的流動(dòng)狀態(tài)一、 聚合物熔體在簡(jiǎn)單截面導(dǎo)管內(nèi)的流動(dòng)（一） 在圓形導(dǎo)管內(nèi)的流動(dòng)取距離管中心為r處的流體圓柱體單元，其長(zhǎng)度為L(zhǎng)，當(dāng)它由左向右移動(dòng)時(shí)，在流體層間產(chǎn)生摩擦力，如圖212所示。由此看出，切應(yīng)力在管中心為零，逐漸增大而在管壁處為最大，據(jù)此進(jìn)一步推導(dǎo)的結(jié)果，又可說(shuō)明流體在圓形導(dǎo)管內(nèi)的速度分布為什么呈拋物線型，如圖213所示。（二） 在扁平導(dǎo)槽內(nèi)的流動(dòng)當(dāng)塑料熔體在等溫條件下經(jīng)扁形導(dǎo)槽(扁槽)作穩(wěn)定層流運(yùn)動(dòng)時(shí)，其情況如圖214所示。二、 注射成型中的流動(dòng)狀態(tài)分析注射成型中的流動(dòng)過(guò)程如圖217所示，可以分成三個(gè)區(qū)段（一） 流體在流道中的狀態(tài)應(yīng)注意只有當(dāng)W/h≥10時(shí)，計(jì)算才準(zhǔn)確(見圖218)。（二） 流體在充模過(guò)程中的狀態(tài)第四節(jié)聚合物在成型過(guò)程中的物理和化學(xué)變化一、聚合物的結(jié)晶二、成型過(guò)程中的取向 (1) 注射、壓注成型塑件中纖維狀填料的取向 注射、壓注成型塑件中填料的取向方向與程度主要依賴于澆口的形狀與位置，如圖219所示。 (2) 注射、壓注成型塑件中聚合物分子的取向 一般情況下，聚合物在成型過(guò)程中只要存在熔體的流動(dòng)，就會(huì)有分子的取向。圖220所示是用雙折射法測(cè)量長(zhǎng)條形注射試件的取向情況。三、聚合物的降解 1) 嚴(yán)格控制原材料的技術(shù)指標(biāo)，使用合格的原材料。 2) 使用前對(duì)聚合物進(jìn)行嚴(yán)格干燥，特別是聚酯、聚醚和聚酰胺等聚合物在存放過(guò)程中容易從空氣中吸附水分，%以下。 3) 確定合理的加工工藝和加工條件，使聚合物在不易產(chǎn)生降解的條件下加工成型，這對(duì)于那些熱穩(wěn)定性差、加工溫度和分解溫度非常接近的聚合物尤為重要。繪制聚合物成型加工溫度范圍圖(見圖221)有助于確定合適的成型條件。一般加工溫度應(yīng)低于聚合物的分解溫度。一些聚合物的加工溫度與分解溫度見表24。 4) 使用附加劑，根據(jù)聚合物性能。四、聚合物的交聯(lián)第五節(jié)塑料的組成及工藝特性一、 塑料的組成（一） 樹脂（二） 填充劑（三） 增塑劑（四） 穩(wěn)定劑（五） 潤(rùn)滑劑（六） 著色劑（七） 固化劑二、 塑料的分類（1） 通用塑料（2） 工程塑料（3） 特殊塑料三、 塑料的成型工藝性能（一） 熱塑性塑料的工藝性 收縮性 流動(dòng)性塑料流動(dòng)性的好壞采用統(tǒng)一的方法來(lái)測(cè)定。對(duì)熱塑性塑料常用的方法有熔融指數(shù)測(cè)定法和螺旋線長(zhǎng)度試驗(yàn)法。熔融指數(shù)測(cè)定法是將被測(cè)塑料裝入如圖222所示的標(biāo)準(zhǔn)裝置內(nèi)。 螺旋線長(zhǎng)度試驗(yàn)法是將被測(cè)塑料在一定的溫度與壓力下注入如圖223所示的標(biāo)準(zhǔn)的阿基米德螺旋線模具內(nèi)，用其所能達(dá)到的流動(dòng)長(zhǎng)度(圖中所示數(shù)字，單位為cm)來(lái)表示該塑料的流動(dòng)性。 相容性 吸濕性 熱敏性（二） 熱固性塑料的工藝性 收縮性 流動(dòng)性流動(dòng)性的意義與熱塑性塑料流動(dòng)性類同，但熱固性塑料通常以拉西格流動(dòng)性來(lái)表示，而不是用熔融指數(shù)表示。其測(cè)定原理如圖224所示。 比容和壓縮性 硬化速度 水分及揮發(fā)物含量第六節(jié)常用塑料一、熱塑性塑料聚乙烯PE聚丙烯PP聚氯乙烯PVC聚苯乙烯PS丙烯腈丁二烯苯乙烯共聚物ABS聚甲基丙烯酸甲脂PMMA聚酰胺PA聚甲醛POM聚碳酸脂PC聚砜PSU1聚苯醚PPO1氯化聚醚CPT1氟塑料（1）聚四氟乙烯PTFE（2）聚三氟氯乙烯PCTFE（3）聚全氟乙丙烯PEP二、熱固性塑料酚醛塑料PF氨基塑料（1）脲甲醛塑料UF（2）三聚氰胺甲醛塑料MF環(huán)氧樹脂EP作業(yè)： 2222121214小結(jié)：塑料的結(jié)構(gòu)、組成、成型過(guò)程、工藝特性和常用塑料。塑料成型工藝與模具設(shè)計(jì)講稿第6講授課章節(jié)或主題第三章塑料成型工藝與制件的結(jié)構(gòu)工藝性授課時(shí)間授課班級(jí) 課時(shí)4授課教師 教學(xué)目的、要求： 了解塑料成型工藝與制件的結(jié)構(gòu)教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)：塑料成型工藝與制件的結(jié)構(gòu)授課類型：理論課教學(xué)方式：講授教學(xué)資源：多媒體教學(xué)過(guò)程設(shè)計(jì)：新課引入3分鐘，講授新課79分鐘，課堂訓(xùn)練5分鐘，小結(jié)3分鐘。教學(xué)內(nèi)容第一節(jié)塑料成型成型原理與成型工藝性第二節(jié)塑料制件的結(jié)構(gòu)工藝性討論思考題作業(yè)題： 3333311主要參考文獻(xiàn)：《塑料成型工藝與模具設(shè)計(jì)》機(jī)械工業(yè)出版社 屈華昌主編 2011《模具制造手冊(cè)》機(jī)械工業(yè)出版社 1998備注第三章塑料成型工藝與制件的結(jié)構(gòu)工藝性教學(xué)目的、要求： 了解塑料成型工藝與制件的結(jié)構(gòu)教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)：塑料成型工藝與制件的結(jié)構(gòu)第一節(jié)塑料成型成型原理與成型工藝性一、 注射成型原理及其工藝特性（一） 注射成型原理、特點(diǎn)及應(yīng)用 注射成型原理圖31所示為柱塞式注射機(jī)注射成型的原理。 注射成型的特點(diǎn)及應(yīng)用（二） 注射成型工藝 成型前的準(zhǔn)備 注射過(guò)程（1） 加料（2） 塑化（3） 注射1） 充模2） 保壓3） 倒流4） 澆口凍結(jié)后的冷卻5） 脫模 塑件的后處理1） 退火處理2） 調(diào)濕處理（三） 注射成型工藝的參數(shù) 溫度（1） 料筒溫度（2） 噴嘴溫度（3） 模具溫度 壓力（1） 塑化壓力（2） 注射壓力 時(shí)間二、 壓縮成型原理及工藝特性三、 擠出成型原理及工藝特性第二節(jié)塑料制件的結(jié)構(gòu)工藝性一、 尺寸及其精度 塑件的精度要求越高，模具的制造精度也越高，模具加工的難度與成本亦增高，同時(shí)塑件的廢品率也會(huì)增加。因此，在塑料成型工藝一定的情況下，按照表39合理選用精度等級(jí)。二、 表面粗糙度三、 形狀表310所示為改變塑件形狀以利于成型的幾個(gè)實(shí)例。塑件內(nèi)側(cè)凹較淺并允許帶