第一篇:塑料制品加工成型的工藝研究
塑料制品加工成型的研究
摘要:塑料是以相對(duì)分子質(zhì)量高的合成樹脂為主要成分,并加入其他添加劑,在一定溫度和壓力下塑化成型的高分子合成材料。一般相對(duì)分子質(zhì)量都大于一萬(wàn),有的可達(dá)百萬(wàn)。在加熱、加壓條件下具有可塑性,在常溫下為柔韌的固體。可以使用模具成型得到我們所需要的形狀和尺寸的塑料制件。其他的添加劑主要有填充劑、增塑劑、固化劑、穩(wěn)定劑等其他配合劑。塑料作為設(shè)計(jì)材料使用,具有許多優(yōu)良的特性。在我們的生活和生產(chǎn)中扮演著很重要的作用。它不僅可部分代替?zhèn)鹘y(tǒng)材料,而且還能生產(chǎn)出具有獨(dú)特性能的各種制品塑料與其他材料相比較,有以下幾方面的性能特點(diǎn):重量輕、優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定性、優(yōu)異的電絕緣性能、機(jī)械強(qiáng)度分布廣和較高的比強(qiáng)度、熱的不良導(dǎo)體具有消聲、減震作用。塑料制品是采用塑料為主要原料加工而成的生活用品、工業(yè)用品的統(tǒng)稱。
關(guān)鍵詞:塑料、塑料制品、塑料機(jī)械工業(yè)、塑料制品成型新工藝
一、塑料的概念
塑料是具有塑性行為的材料,所謂塑性是指受外力作用時(shí),發(fā)生形變,外力取消后,仍能保持受力時(shí)的狀態(tài)。塑料的彈性模量介于橡膠和纖維之間,受力能發(fā)生一定形變。軟塑料接近橡膠,硬塑料接近纖維。
1.1塑料的主要性能特點(diǎn) 基本有兩種類型:第一種是線型結(jié)構(gòu),具有這種結(jié)構(gòu)的高分子化合物稱為線型高分子化合物;第二種是體型結(jié)構(gòu),具有這種結(jié)構(gòu)的高分子化合稱為體型高分子化合物。有些高分子帶有支鏈,稱為支鏈高分子,屬于線型結(jié)構(gòu)。有些高分子雖然分子間有交聯(lián),但交聯(lián)較少,稱為網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),屬于體型結(jié)構(gòu)。
兩種不同的結(jié)構(gòu),表現(xiàn)出兩種相反的性能。線型結(jié)構(gòu)(包括支鏈結(jié)構(gòu))高聚物由于有獨(dú)立的分子存在,故有彈性、可塑性,在溶劑中能溶解,加熱能熔融,硬度和脆性較小的特點(diǎn)。體型結(jié)構(gòu)高聚物由于沒(méi)有獨(dú)立的大分子存在,所以沒(méi)有彈性和可塑性,不能溶解和熔融,只能溶脹,硬度和脆性較大。塑料則兩種結(jié)構(gòu)的高分子都有,由線型高分子制成的是熱塑性塑料,由體型高分子制成的是熱固性塑料。1.2塑料的分類
熱塑性塑料:指加熱后會(huì)熔化,可流動(dòng)至模具冷卻后成型,再加熱后又會(huì)熔化的塑料;即可運(yùn)用加熱及冷卻,使其產(chǎn)生可逆變化(液態(tài)←→固態(tài)),是所謂的物理變化。通用的熱塑性塑料其連續(xù)的使用溫度在100℃以下,聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯并稱為四大通用塑料。
熱固性塑料是指在受熱或其他條件下能固化或具有不溶(熔)特性的塑料,如酚醛塑料、環(huán)氧塑料等。熱固性塑料又分甲醛交聯(lián)型和其他交聯(lián)型兩種類型。熱加工成型后形成具有不熔不溶的固化物,其樹脂分子由線型結(jié)構(gòu)交聯(lián)成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。
二、塑料制品的成型方法 注射成型、擠出成型、壓制成型、吹塑成型、壓延成型、滾塑成型、鑄塑成型、搪塑成型、醺涂成型、流延成型、傳遞模塑成型、反應(yīng)注塑成型、手糊成型、纏繞成型、噴射成型、真空成型等 2.1塑料制品的生產(chǎn)
塑料制品的生產(chǎn)從塑料原料的生產(chǎn)到塑料制品的生產(chǎn),包含了三個(gè)生產(chǎn)過(guò)程,第一生產(chǎn)過(guò)程是從原料經(jīng)過(guò)聚合反應(yīng)生成合成樹脂;第二生產(chǎn)過(guò)程是加入助劑混合得到塑料,即為生產(chǎn)塑料制品的原材料;第三生產(chǎn)過(guò)程是根據(jù)塑料性能,利用各種成型加工手段,使其成為具有一定形狀和使用價(jià)值的塑料制品。生產(chǎn)中一般第一過(guò)程和第二過(guò)程屬于塑料生產(chǎn)部門,通常由樹脂廠來(lái)完成。第三過(guò)程屬于塑料制品生產(chǎn)部門。但對(duì)于大型塑料制品生產(chǎn)廠家,為了滿足塑料制品的多樣性要求,生產(chǎn)中也有將第二過(guò)程歸入塑料制品的生產(chǎn)范圍。即以合成樹脂作為原材料,添加助劑后,再成型加工。2.2塑料制品在生活和生產(chǎn)中的重要性
塑料成型工業(yè)自1872年開始到現(xiàn)在已度過(guò)仿制、擴(kuò)展和變革的時(shí)期。塑料成型是把塑料原材料加熱到一定溫度注入到具有一定形狀和尺寸的模具中,待其冷卻后,獲得塑料制品的過(guò)程。塑料成型工藝與模具是一門在生產(chǎn)實(shí)踐中逐步發(fā)展起來(lái),又直接為生產(chǎn)服務(wù)的應(yīng)用型技術(shù)科學(xué),是一種先進(jìn)的加工方法。它研究的主要對(duì)象是塑料和塑料制成塑料制品所采用的模具。模具是鑄造、鍛壓、沖壓、塑料、玻璃、粉末冶金、陶瓷等行業(yè)的重要工藝 裝備,在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中廣泛的采用各種模具進(jìn)行產(chǎn)品生產(chǎn),模具的設(shè)計(jì)和制造水平在很大程度上反映和代表了一個(gè)國(guó)家機(jī)械工業(yè)的綜合制造能力和水平。塑料模是模具的一種,是指用于成型塑料制件的模具,它是一種行腔模具的類型。
三、注射成型工藝的優(yōu)缺點(diǎn)
3.1 優(yōu)點(diǎn) ①成型周期短;
②能一次成型外形復(fù)雜、尺寸精確、帶有金屬或非金屬嵌件; ③的塑料對(duì)成型各種塑料的適應(yīng)性很強(qiáng); ④生產(chǎn)效率高易于實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化生產(chǎn); 3.2缺點(diǎn)
①生產(chǎn)大面積結(jié)構(gòu)制件時(shí),高的熔體粘度需要高的注塑壓力,高的注塑壓力要求大的鎖模力,從而增加了機(jī)器和模具的費(fèi)用;
②生產(chǎn)厚壁制件時(shí),難以避免表面縮痕和內(nèi)部縮孔,塑料件尺寸精度差;
③加工纖維增強(qiáng)復(fù)合材料時(shí),缺乏對(duì)纖維取向的控制能力,基體中纖維分布隨機(jī),增強(qiáng)作用不能充分發(fā)揮;
④注射成型設(shè)備價(jià)格及模具制造費(fèi)用較高,不適合單件及較小的塑件的生產(chǎn);
四、塑料制品成型新工藝方法
塑料成型加工是將塑料原料轉(zhuǎn)變成具有使用價(jià)值的制品的過(guò)程。傳統(tǒng)的成型工藝有擠出、注射、吹塑、壓延、涂覆、層壓、傳遞成型 等。至今這些技術(shù)已經(jīng)發(fā)展和運(yùn)用的相當(dāng)成熟,且應(yīng)用得非常普遍。隨著塑料制品應(yīng)用日益廣泛,人們對(duì)塑料制品精度、形狀、功能等提出了更高的要求。傳統(tǒng)的成型工藝已難以適應(yīng)這些要求,這就迫使人們?cè)诓粩喔倪M(jìn)傳統(tǒng)的成型工藝的基礎(chǔ)上,采用新思想、新技術(shù)開發(fā)新的成型工藝已滿足不同應(yīng)用領(lǐng)域的需求。目前成型工藝的發(fā)展趨勢(shì)主要是節(jié)能、節(jié)約原材料、提高成型效率、改進(jìn)制品性能、提高其附加值。塑料制品目前的新工藝方法主要有:低壓注射、熔芯注射、動(dòng)態(tài)保壓注射、微孔塑料擠出及潤(rùn)滑擠出等塑料成型工藝。
五、擠出成型新工藝的發(fā)展及前景
5.1新型擠出混煉技術(shù)與設(shè)備的開發(fā)
目前,國(guó)際上用于高分子材料共混改性的新型混煉設(shè)備主要有三大類:同向平行雙螺桿擠出機(jī)、往復(fù)移動(dòng)式螺桿混煉機(jī)和串聯(lián)式磨盤擠出機(jī)。其中小型同向平行雙螺桿擠出機(jī)國(guó)內(nèi)已能生產(chǎn),但萬(wàn)噸級(jí)大型混煉擠壓造粒機(jī)組全部要依靠進(jìn)口。同時(shí),往復(fù)移動(dòng)式螺桿混煉機(jī)和串聯(lián)式磨盤擠出機(jī)是制備高填充、高附加值高聚物合金的必要裝置,目前國(guó)內(nèi)對(duì)他們的研制剛剛處于樣機(jī)階段,規(guī)格不多,品種不全,具有廣闊的發(fā)展前景。
大口徑管材擠出的異向平行雙螺桿擠出機(jī)組、鋼塑復(fù)合管擠出機(jī)組和大型雙臂波紋管擠出成型機(jī)組及特種塑料管材專用擠出機(jī)組的開發(fā)研究。復(fù)合擠出成型技術(shù)和設(shè)備的開發(fā)研究。最近,多層共擠的超寬土工模、包裝用的拉伸拉幅平模、建筑用的復(fù)合瓦楞板、芯層發(fā)泡紙板材和管材的市場(chǎng)需求量很大,與此相關(guān)的成型技術(shù)和裝備的開 發(fā)研究必須引起足夠的重視。5.2壓縮成型新工藝的發(fā)展及前景
(1)由單一性技術(shù)向組合性技術(shù)發(fā)展,如注射-拉伸-吹塑成型技術(shù)和擠出-模壓-熱成型技術(shù)等;
(2)由常規(guī)條件下的成型技術(shù)向特殊條件下的成型技術(shù)發(fā)展,如超高壓和高真空條件下的塑料成型加工技術(shù);
(3)由基本上不改變?cè)行阅艿谋Y|(zhì)成型加工向賦予塑料型新性能的變質(zhì)性成型加工技術(shù)發(fā)展,如發(fā)泡成型、借助電子束與化學(xué)交聯(lián)機(jī)使熱塑性塑料在成型過(guò)程中進(jìn)行交聯(lián)反應(yīng)的交聯(lián)擠出等;(4)為提高加工精度、縮短制造周期,在模具加工技術(shù)方面更廣泛地應(yīng)用仿形加工、數(shù)控加工等;
(5)廣泛應(yīng)用模具新材料。模具材料的選用直接影響到模具的加工成本、使用壽命以及塑料制品的成型質(zhì)量等,因此,國(guó)內(nèi)外已開發(fā)出許多具有良好使用性能、加工性能,熱處理變形小的新型塑料模具鋼,如預(yù)硬鋼、新型淬火回火鋼、馬氏體時(shí)效鋼、析出硬化鋼和耐腐蝕鋼,經(jīng)過(guò)試用,均取得了較好的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)效果。
(6)CAE技術(shù)將在注塑領(lǐng)域發(fā)揮越來(lái)越重要的作用,其本身也隨著注塑技術(shù)的發(fā)展要求而更加完善、實(shí)用、方便。
在塑料成型生產(chǎn)過(guò)程中,先進(jìn)的模具設(shè)計(jì)、高質(zhì)量的模具制造、優(yōu)質(zhì)的模具材料、合理的加工工藝和現(xiàn)代化的成型設(shè)備都是成型優(yōu)質(zhì)塑件的重要條件。一副優(yōu)良的注射模具可以成型上百次,一副優(yōu)良的壓縮模具可以成型25萬(wàn)次,這與上述因素有很大關(guān)系。考察國(guó)內(nèi)外模具工業(yè)的現(xiàn)狀及我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中模具地位,從塑料模具的設(shè)計(jì)理論、設(shè)計(jì)實(shí)踐和制造技術(shù)出發(fā),塑料成型技術(shù)大致有以下幾個(gè)方面的發(fā)展趨勢(shì)。
六、新工藝方法的加工適應(yīng)性和可行性
在自然界對(duì)于一般的低分子化合物而言,在常溫下其聚集狀態(tài)可呈三態(tài),即氣態(tài)、液態(tài)和固態(tài)。然而,對(duì)于非結(jié)晶線性高聚物而言,由于其分子量巨大且分子結(jié)構(gòu)的連續(xù)性,所以他們的聚集狀態(tài)是在不同的件下,以獨(dú)特的三種形態(tài)存在的。
七、參考文獻(xiàn)
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第二篇:8特種加工實(shí)訓(xùn)教程(電火花成型加工工藝)
《特種加工機(jī)床操作技能實(shí)訓(xùn)教程》1
課題C-8數(shù)控電火花成型加工工藝
一、實(shí)訓(xùn)目的及要求:
1、合理選擇加工參數(shù)
2、掌握工件與電極的選用、安裝及校正
3、掌握加工技巧
二、實(shí)訓(xùn)設(shè)備工具及量具:
三、實(shí)訓(xùn)內(nèi)容及步驟:
四、實(shí)訓(xùn)教學(xué)過(guò)程安排:
1.該課題實(shí)訓(xùn)指導(dǎo)教師認(rèn)真負(fù)責(zé)學(xué)生實(shí)訓(xùn)考勤;
2.講解本課題實(shí)訓(xùn)教學(xué)目的、實(shí)訓(xùn)內(nèi)容、方法步驟及相關(guān)的專業(yè)知識(shí)點(diǎn);
3.有必要可播放相關(guān)教學(xué)視頻輔助教學(xué);
4.實(shí)訓(xùn)指導(dǎo)教師必須進(jìn)行本實(shí)訓(xùn)有關(guān)安全操作教育;
5.學(xué)生分組按實(shí)訓(xùn)教程要求進(jìn)行操作實(shí)訓(xùn);
6.布置學(xué)生的實(shí)訓(xùn)作業(yè)單填寫工作;
7.清理實(shí)訓(xùn)工作現(xiàn)場(chǎng);
8.實(shí)訓(xùn)總結(jié)。
第三篇:乘用車氣缸套加工工藝研究論文
隨著乘用車輕量化、高效率的發(fā)展趨勢(shì)越發(fā)明顯,促使著氣缸套產(chǎn)品的升級(jí)換代也更加強(qiáng)烈。乘用車氣缸套更新?lián)Q代對(duì)產(chǎn)品有效壁厚的控制及加工精度的要求逐漸嚴(yán)格,有效壁厚減少到3mm,外圓加工精度由A產(chǎn)品的0.3mm公差到福特產(chǎn)品的0.15mm公差再到現(xiàn)在B產(chǎn)品的0.1mm公差,內(nèi)孔加工精度由0.15mm的圓柱度到0.07mm等加工精度逐漸進(jìn)行提升。在客戶高精度和高效率的要求下須要對(duì)機(jī)加工藝進(jìn)行改進(jìn)優(yōu)化才能滿足大批量生產(chǎn)的要求。氣缸套精度受到設(shè)備、工裝、刀具、加工工藝、加工應(yīng)力、加工余量等各種因素的影響。本文是在公司現(xiàn)有設(shè)備、加工余量的前提下進(jìn)行研究實(shí)驗(yàn),從改變刀具圓弧半徑參數(shù)和降低工裝預(yù)緊力對(duì)氣缸套加工后殘余應(yīng)力及尺寸形位公差的影響進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究和分析;進(jìn)而降低缸套殘余應(yīng)力,保證氣缸套尺寸和形位精度。
1減少氣缸套內(nèi)孔加工產(chǎn)生的形位偏差
由于氣缸套壁厚的減少,使得氣缸套內(nèi)孔加工時(shí)發(fā)生彈性變形產(chǎn)生的形狀誤差加重。圖1為現(xiàn)有加工工藝正常生產(chǎn)的氣缸套內(nèi)孔典型的圓度形狀。根據(jù)乘用車鑄入式氣缸套內(nèi)孔加工時(shí)使用三爪外圓夾具夾緊且為干式加工,使得鐵屑的熱量不能及時(shí)排出,加重氣缸套變形。圖2中(1)為缸套預(yù)緊時(shí)發(fā)生彈性變形,(2)為缸套內(nèi)孔加工時(shí)缸套形狀,(3)為缸套內(nèi)孔加工后外圓恢復(fù)到原來(lái)情況,而氣缸套內(nèi)孔變形產(chǎn)生形狀偏差。從以上分析可以得出減少氣缸套內(nèi)孔變形產(chǎn)生的形狀偏差,可以考慮降低氣缸套工裝預(yù)緊力和鐵屑熱量來(lái)改善氣缸套內(nèi)孔形狀偏差。具體分析措施[1]如下:①降低夾緊油缸壓力;②增加切削次數(shù),減少切削力;③增加卡盤卡爪數(shù)量或者增加工裝與氣缸套外圓接觸面積;④改變工裝夾緊方式;⑤改善切削環(huán)境等。綜合以上分析,在公司現(xiàn)有設(shè)備、加工余量、生產(chǎn)效率等前提下氣缸套內(nèi)孔加工時(shí)增加干燥空氣吹氣裝置,降低鐵屑熱量對(duì)其影響,在氣缸套端面增加活動(dòng)定位裝置可以降低工裝預(yù)緊力,因?yàn)槎嗣娑ㄎ豢梢缘窒糠智邢髁Γ瑴p少氣缸套外圓與工裝之間作用力,進(jìn)而降低預(yù)緊力。圖3為改進(jìn)之后氣缸套內(nèi)孔典型的圓度檢測(cè)a情況。
2降低氣缸套表面殘余應(yīng)力
[2-5]為降低氣缸套殘余應(yīng)力,提高氣缸套加工精度,而分析氣缸套殘余應(yīng)力主要形成原因:塑性凸出效應(yīng)、擠光效應(yīng)、熱應(yīng)力。力和溫度是切削過(guò)程中產(chǎn)生的兩種切削現(xiàn)象,直接對(duì)殘余應(yīng)力產(chǎn)生影響。產(chǎn)生殘余應(yīng)力的這些原因由于各種因素,它們之間也會(huì)產(chǎn)生相互加強(qiáng)或減弱影響,它們中的一種或者幾種主導(dǎo)著切削表面的塑性變形,從而影響缸套內(nèi)孔表面殘余應(yīng)力。本文通過(guò)改變刀具圓弧半徑來(lái)加工缸套,測(cè)量缸套加工后的殘余應(yīng)力,找到最優(yōu)的刀具圓弧半徑;達(dá)到降低缸套殘余應(yīng)力,提高氣缸套產(chǎn)品精度的目的。實(shí)驗(yàn)檢測(cè)設(shè)備為高速大功率X-射線殘余應(yīng)力分析儀(圖4),該設(shè)備采用X射線衍射方法對(duì)氣缸套表面進(jìn)行應(yīng)力檢測(cè)。殘余應(yīng)力產(chǎn)生的原因是各種因素產(chǎn)生塑性變形的疊加。對(duì)于降低殘余應(yīng)力的措施:如果在不改變現(xiàn)有加工方法、切削參數(shù)的前提下,可以從減少切削應(yīng)力來(lái)減少缸套的殘余應(yīng)力,提高氣缸套加工精度。圖5、圖6為不同圓弧半徑的刀具加工氣缸套后外圓殘余應(yīng)力檢測(cè)結(jié)果的對(duì)比,圖5為切削方向應(yīng)力,圖6為垂直于切削方向應(yīng)力。從以上試驗(yàn)結(jié)果可以得出隨著刀具圓弧半徑的增加對(duì)氣缸套表面因切削產(chǎn)生的垂直于切削方向的殘余拉應(yīng)力越大;切削方向的殘余應(yīng)力遠(yuǎn)小于垂直于切削方向的殘余應(yīng)力且沒(méi)有規(guī)律。因此在降低氣缸套表面殘余應(yīng)力時(shí),可以使用較小圓弧半徑的刀具來(lái)改善氣缸套表面的殘余應(yīng)力。
3結(jié)束語(yǔ)
通過(guò)對(duì)乘用車鑄入式氣缸套內(nèi)孔加工的工裝改進(jìn)進(jìn)而降低工裝預(yù)緊力,降低了氣缸套內(nèi)孔因彈性變形導(dǎo)致的形狀偏差;使用X-射線殘余應(yīng)力分析儀檢測(cè)氣缸套表面殘余應(yīng)力,改變刀具圓弧半徑降低因切削產(chǎn)生的殘余應(yīng)力,保證氣缸套加工的精度??梢缘贸霈F(xiàn)有刀具圓弧半徑越大,產(chǎn)生的殘余拉應(yīng)力越大。下一步計(jì)劃從刀具材料、刀具參數(shù)等因素分析研究,達(dá)到提高刀具使用壽命,降低切削應(yīng)力的目的。
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第四篇:【技術(shù)】淺談?wù)w成型工藝
【技術(shù)】淺談?wù)w成型工藝
背景
復(fù)合材料由于具有高比強(qiáng)度、高比剛度、性能可設(shè)計(jì)、抗疲勞性和耐腐蝕性好等優(yōu)點(diǎn),因此越來(lái)越廣泛地應(yīng)用于各類航空飛行器,大大地促進(jìn)了飛行器的輕量化、高性能化、結(jié)構(gòu)功能一體化。復(fù)合材料的應(yīng)用部位已由非承力部件及次承力部件發(fā)展到主承力部件,并向大型化、整體化方向發(fā)展,先進(jìn)復(fù)合材料的用量已成為航空器先進(jìn)性的重要標(biāo)志。復(fù)合材料整體成型是指采用復(fù)合材料的共固化(Co-curing)、共膠接(Co-bonding)、二次膠接(Secondary bonding)或液體成型等技術(shù)和手段,大量減少零件和緊固件數(shù)目,從而實(shí)現(xiàn)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)從設(shè)計(jì)到制造一體化成型的相關(guān)技術(shù)。在復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和制造過(guò)程中,將幾十甚至上百個(gè)零件減少到一個(gè)或幾個(gè)零件,減少分段、減少對(duì)接、節(jié)省裝配時(shí)間,可大幅度地減輕結(jié)構(gòu)質(zhì)量,并降低結(jié)構(gòu)成本,而且充分利用了固化前復(fù)合材料靈活性的特點(diǎn)。國(guó)內(nèi)外航空領(lǐng)域廣泛地采用整體成型復(fù)合材料主構(gòu)件,如諾·格公司的B2轟炸機(jī)、波音(Boeing)公司的787飛機(jī)和洛·馬公司的F35戰(zhàn)斗機(jī)均在機(jī)身和機(jī)翼部件中大量運(yùn)用整體成型復(fù)合材料,整體成型結(jié)構(gòu)已經(jīng)成為挖掘復(fù)合材料結(jié)構(gòu)效率,實(shí)現(xiàn)復(fù)合材料功能結(jié)構(gòu)一體化以及降低復(fù)合材料制造成本的大方向。一某輕型公務(wù)機(jī)整體化復(fù)合材料中機(jī)身 01 成型材料02 成型方法上半模、下半模分別鋪貼完成后合模,并進(jìn)行接縫補(bǔ)強(qiáng),最后固化成型。綜合考慮工裝的重量及與復(fù)合材料熱膨脹系數(shù)的匹配性,選擇復(fù)合材料工裝,為了減輕增壓艙上半模重量,上半模型面只采用復(fù)合材料型板進(jìn)行加強(qiáng),與金屬結(jié)構(gòu)支架的連接是可卸的,以利于翻轉(zhuǎn)組合及吊裝,圖2 為工裝示意圖。目前,夾層結(jié)構(gòu)的成型方法可以根據(jù)面板與蜂窩夾層結(jié)構(gòu)的成型步驟分為共膠接法、二次膠接法和共固化法,對(duì)特殊要求的結(jié)構(gòu)還可以采取分步固化。通過(guò)對(duì)機(jī)身結(jié)構(gòu)鋪層設(shè)計(jì)分析,對(duì)上、下半模合模位置進(jìn)行了鋪層補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì),這就排除了采用上、下半模分別成型,然后二次膠接方法的可能。另外,由于整體性要求,若采用分步固化技術(shù),機(jī)身外蒙皮固化粘結(jié)后形成內(nèi)部機(jī)身艙腔體,局部位置內(nèi)蒙皮的鋪疊操作難度太大,幾乎無(wú)法實(shí)現(xiàn),所以針對(duì)中機(jī)身整體結(jié)構(gòu),采用共固化技術(shù)。同時(shí)根據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、材料特性及質(zhì)量要求等對(duì)主要工藝展開研究如下:(1)預(yù)浸料鋪層及剪口優(yōu)化技術(shù);(2)蜂窩芯加工及定位技術(shù);(3)蜂窩夾層結(jié)構(gòu)的共固化工藝參數(shù)確定。二工藝路線及主要工藝措施
01 工藝流程中機(jī)身整體成型工藝采用共固化技術(shù),即分別在上、下半模鋪疊外蒙皮;然后鋪放膠膜,定位蜂窩芯及預(yù)埋件;最后鋪疊內(nèi)蒙皮,合模,固化。主要工藝流程如圖3 所示。02 主要工藝措施(1)鋪層展開及優(yōu)化。采用CATIA 軟件CPD 模塊對(duì)中機(jī)身鋪層進(jìn)行可制造性分析,發(fā)現(xiàn)整層設(shè)計(jì)的預(yù)浸料層在結(jié)構(gòu)突變的位置無(wú)法展開,并且纖維角度變化非常大,遠(yuǎn)遠(yuǎn)偏離了設(shè)計(jì)給出的鋪層角度,如圖4 所示。這是因?yàn)橹袡C(jī)身型面復(fù)雜,而對(duì)于復(fù)雜曲面上的鋪層,進(jìn)行二維展開時(shí),既要保證鋪層能夠展開,還要保證展開的鋪層與3D 模型上邊界一致,往往存在較大的困難。只有當(dāng)制造可行性分析表明纖維變形在可接受范圍內(nèi)才可以進(jìn)行鋪層展開。所以在對(duì)復(fù)合材料分層數(shù)模進(jìn)行工藝分析時(shí),對(duì)不同位置作為起鋪點(diǎn)的纖維角度變化進(jìn)行分析,找出變形面積最小的鋪疊起始位置,再通過(guò)鋪層拼接及開剪口技術(shù)找到最優(yōu)且滿足設(shè)計(jì)鋪層角度公差的工藝設(shè)計(jì)方案,圖5 為經(jīng)過(guò)優(yōu)化后的鋪層展開分析圖。(2)蜂窩芯預(yù)處理。整個(gè)增壓艙除了防火墻和翼盒外均使用19.05mm 過(guò)拉伸NOMEX蜂窩芯,其主要特點(diǎn)是蜂窩縱向柔性較大,易變形,貼模性好,適合成型曲度較大的零件。此種蜂窩芯的理論外形尺寸為2.44m×0.99m,而增壓艙上下兩部分的蜂窩芯展開尺寸約4m×2.5m,其尺寸遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出蜂窩芯的外形尺寸,且蜂窩芯外形復(fù)雜,如圖6 所示。制造過(guò)程中蜂窩芯需要拼接,常規(guī)蜂窩芯拼接是將蜂窩按位置要求分塊后進(jìn)行型面銑切,然后拼接。但過(guò)拉伸蜂窩芯收縮性較大,采取先銑切后拼接的方式,由于收縮會(huì)造成實(shí)際拼接時(shí)比理論外形小15~20mm,所以研制過(guò)程采用拼接膠先將蜂窩芯拼接,同時(shí)進(jìn)行穩(wěn)定化處理,如圖7 所示,然后進(jìn)行外形銑切,可以把誤差控制在±3mm 范圍以內(nèi),符合設(shè)計(jì)要求。(3)蜂窩芯及預(yù)埋件定位。
為了準(zhǔn)確定位蜂窩芯和預(yù)埋件,在工裝制造過(guò)程中就通過(guò)數(shù)控加工和定位預(yù)埋襯套和螺栓,用于定位蜂窩芯定位樣板和預(yù)埋件。預(yù)埋件主要是翼盒、防火墻、舷窗等已固化零件,預(yù)埋件與蜂窩芯之間采用填充膠填充,以起到填充、補(bǔ)強(qiáng)和粘接的作用。(4)制袋。
將鋪疊完的上、下半模合模,鋪疊補(bǔ)強(qiáng)層后進(jìn)行制袋,由于中機(jī)身尺寸大,機(jī)身內(nèi)部閉角多,排袋困難,容易架橋,局部地區(qū)由于導(dǎo)氣不暢通,造成假真空。通過(guò)模擬和試驗(yàn)的方法,確定整體真空袋尺寸,通過(guò)制作“子母袋”的方法,將上、下半模整體包覆。另外,采用3/4”的抽氣嘴分布于機(jī)身內(nèi)部各處閉角附近,并確保各抽氣嘴之間透氣層的連續(xù)性,避免假真空。圖8 為合模后制袋。(5)固化。復(fù)合材料結(jié)構(gòu)在升溫固化過(guò)程中經(jīng)歷復(fù)雜的熱-化學(xué)變化,溫度、壓力及保溫時(shí)間等工藝參數(shù)的確定對(duì)結(jié)構(gòu)成型過(guò)程有著重要的影響,最終關(guān)聯(lián)著質(zhì)量問(wèn)題。如果工藝參數(shù)選擇不當(dāng),常常使復(fù)合材料形成不同類型的缺陷,如分層、孔隙、脫粘等。在中機(jī)身的成型過(guò)程中,按簡(jiǎn)單的材料工藝進(jìn)行固化,即室溫升至130℃,保溫2h,降溫至60℃,結(jié)果發(fā)現(xiàn)固化保溫過(guò)程中局部位置溫度突變,存在集中放熱的現(xiàn)象,如圖9 所示,檢測(cè)發(fā)現(xiàn)部分區(qū)域存在大面積氣孔和疏松現(xiàn)象。分析原因,主要是由于中機(jī)身模具是一個(gè)一端封閉的結(jié)構(gòu),且機(jī)身模具各部位厚度差別較大,整體溫度場(chǎng)均勻性不好,造成成型過(guò)程溫度場(chǎng)難以保證,直接影響固化質(zhì)量。為解決這一問(wèn)題,需進(jìn)行工藝參數(shù)的調(diào)整,以材料規(guī)范中材料本身的固化參數(shù)為基礎(chǔ),通過(guò)對(duì)典型結(jié)構(gòu)零件固化爐成型工藝研究,采用雙臺(tái)階固化曲線(見圖10),結(jié)果表明,在樹脂凝膠點(diǎn)87℃保溫1.5h(第一臺(tái)階),在樹脂進(jìn)行了部分固化反應(yīng),釋放了一定的固化反應(yīng)熱,這樣,能夠減小在最終固化溫度130℃固化過(guò)程中的固化反應(yīng)熱釋放,減小了溫度場(chǎng)差異,有利于排除揮發(fā)分,保證固化度一致性。(6)外形銑切及檢測(cè)。
中機(jī)身的風(fēng)擋、舷窗、艙門等處采用外形銑切型架及靠模的方式進(jìn)行銑切,如圖11 所示。經(jīng)無(wú)損及型面檢測(cè),均能滿足設(shè)計(jì)要求。三結(jié)束語(yǔ)
通過(guò)對(duì)某型公務(wù)機(jī)中機(jī)身整體成型技術(shù)的研究,證明了該結(jié)構(gòu)采用蜂窩預(yù)處理及定位,上、下模組合成型及共固化工藝的制造方案是可行的。本研究也是對(duì)我國(guó)通用飛機(jī)復(fù)合材料主結(jié)構(gòu)整體成型工藝的一次有益探索,提升了我國(guó)通用飛機(jī)復(fù)合材料技術(shù)設(shè)計(jì)和制造水平,對(duì)推動(dòng)我國(guó)通用飛機(jī)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有重要的作用和意義。
第五篇:壓縮成型工藝教案
第三節(jié)
壓縮成形工藝
一、壓縮成形原理及特點(diǎn)
壓縮成形又稱壓塑成形、模壓成形、壓制成形等,將松散狀(粉狀、粒狀、碎屑狀或纖維狀)的固態(tài)成形物料直接加入到成形溫度下的模具型腔中,使其逐漸軟化熔融,并在壓力作用下使物料充滿模腔,這時(shí)塑料中的高分子產(chǎn)生化學(xué)交聯(lián)反應(yīng),最終經(jīng)過(guò)固化轉(zhuǎn)變成為塑料制件。
壓縮成形的優(yōu)點(diǎn)有可采用普通液壓機(jī),壓縮模結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單(無(wú)澆注系統(tǒng)),生產(chǎn)過(guò)程較簡(jiǎn)單,壓縮塑件內(nèi)部取向組織少、性能均勻,塑件成形收縮率小等。其缺點(diǎn)是成形周期長(zhǎng),生產(chǎn)效率低,勞動(dòng)強(qiáng)度大,生產(chǎn)操作多用手工而不易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn);塑件經(jīng)常帶有溢料飛邊,高度方向的尺寸精度難以控制;模具易磨損,因此使用壽命較短。
壓縮成形主要用于熱固性塑料,也可用于熱塑性塑料(如聚四氟乙烯等)。其區(qū)別在于成形熱塑性塑料時(shí)不存在交聯(lián)反應(yīng),因此在充滿型腔后,需將模具冷卻使其凝固才能脫模而獲得制件。典型的壓縮制件有儀表殼、電閘板、電器開關(guān)、插座等。
二、壓縮成形工藝過(guò)程
壓縮成形工藝過(guò)程一般包括壓縮成形前的準(zhǔn)備及壓縮過(guò)程兩個(gè)階段。(1)壓縮成形前的準(zhǔn)備
主要是指預(yù)壓、預(yù)熱和干燥等預(yù)處理工序。a)預(yù)壓
利用預(yù)壓模將物料在預(yù)壓機(jī)上壓成質(zhì)量一定、形狀相似的錠料。在成形時(shí)以一定數(shù)量的錠料放入壓縮模內(nèi)。錠料的形狀一般以能十分緊湊地放大模具中便于預(yù)熱為宜。通常使用的錠料形狀多為圓片狀,也有長(zhǎng)條狀、扁球狀、空心體狀或仿塑件形狀。
b)預(yù)熱與干燥
成形前應(yīng)對(duì)熱固性塑料加熱。加熱的目的有兩個(gè):一是對(duì)塑料進(jìn)行干燥,除去其中的水分和其他揮發(fā)物;二是提高料溫,便于縮短成形周期,提高塑件內(nèi)部固化的均勻性,從而改善塑件的物理力學(xué)性能。同時(shí)還能提高塑料熔體的流動(dòng)性,降低成形壓力,減少模具磨損。
生產(chǎn)中預(yù)熱與干燥的常用設(shè)備是烘箱和紅外線加熱爐。
(2)壓縮成形過(guò)程
模具裝上壓機(jī)后要進(jìn)行預(yù)熱。一般熱固性塑料壓縮過(guò)程可以分為加料、合模、排氣、固化和脫模等幾個(gè)階段,在成形帶有嵌件的塑料制件時(shí),加料前應(yīng)預(yù)熱嵌件并將其安放定位于模內(nèi)。a)加料
加料的關(guān)鍵是加料量。定量的方法有測(cè)重法、容量法和計(jì)數(shù)法三種。測(cè)重法比較準(zhǔn)確,但操作麻煩;容積法雖然不及測(cè)重法準(zhǔn)確,但操作方便;計(jì)數(shù)法只用于預(yù)壓錠料的加料。物料加入型腔時(shí),需要合理堆放,以免造成塑件局部疏松等現(xiàn)象。
b)合模
加料后即進(jìn)行合模。合模分為兩步:當(dāng)凸模尚末接觸物料時(shí),為縮短成形周期,避免塑料在合模之前發(fā)生化學(xué)反應(yīng),應(yīng)加快加料速度;當(dāng)凸模接觸到塑料之后,為避免嵌件或模具成形零件的損壞,并使模腔內(nèi)空氣充分排除,應(yīng)放慢合模速度,即所謂先快后慢的合模方式。c)排氣
壓縮熱固性塑料時(shí),在模具閉合后,有時(shí)還需卸壓將凸模松動(dòng)少許時(shí)間,以便排出其中的氣體。通常排氣的次數(shù)為一至兩次,每次時(shí)間由幾秒至幾十秒。d)固化
壓縮成形熱固性塑料時(shí),塑料依靠交聯(lián)反應(yīng)固化定型,生產(chǎn)中常將這一過(guò)程稱為硬化。在這一過(guò)程中,呈黏流態(tài)的熱固性塑料在模腔內(nèi)與固化劑反應(yīng),形成交聯(lián)結(jié)構(gòu),并在成形溫度下保持一段時(shí)間,使其性能達(dá)到最佳狀態(tài)。對(duì)固化速率不高的塑料,為提高生產(chǎn)率,有時(shí)不必將整個(gè)固化過(guò)程放在模具內(nèi)完成(特別是一些硬化速度過(guò)慢的塑料),只需塑件能完整脫模即可結(jié)束成形,然后采用后處理(后烘)的方法來(lái)完成固化。模內(nèi)固化時(shí)間應(yīng)適中,一般為30秒至數(shù)分鐘不等。時(shí)間過(guò)短,熱固性塑件的機(jī)械強(qiáng)度、耐蠕變性、耐熱性、耐化學(xué)穩(wěn)定性、電氣絕緣性等性能均下降,熱膨脹、后收縮增加,有時(shí)還會(huì)出現(xiàn)裂紋;時(shí)間過(guò)長(zhǎng),塑件機(jī)械強(qiáng)度不高、脆性大、表面出現(xiàn)密集小泡等。e)塑件脫模
制品脫模方法分為機(jī)動(dòng)推出脫模和手動(dòng)推出脫模。帶有側(cè)向型芯或嵌件時(shí),必須先用專用工具將它們擰脫,才能取出塑件。
(3)壓后處理
塑件脫模后,對(duì)模具應(yīng)進(jìn)行清理,有時(shí)對(duì)塑件要進(jìn)行后處理。a)模具的清理
脫模后必要時(shí)需用銅刀或銅刷去除殘留在模具內(nèi)的塑料廢邊,然后用壓縮空氣吹凈模具。如果塑料有黏膜現(xiàn)象,用上述方法不易清理時(shí)則用拋光劑拭刪。
b)后處理
為了進(jìn)一步提高塑件的質(zhì)量,熱固性塑料制件脫模后常在較高的溫度下保溫一段時(shí)間。后處理能使塑料固化更趨完全,同時(shí)減少或消除塑件的內(nèi)應(yīng)力,減少水分及揮發(fā)物等,有利于提高塑件的電性能及強(qiáng)度。
三、壓縮成形工藝參數(shù)
壓縮成形的工藝參數(shù)主要是指壓縮成形壓力、壓縮成形溫度和壓縮時(shí)間。
(1)壓縮成形壓力
壓縮成形壓力是指壓縮時(shí)壓力機(jī)通過(guò)凸模對(duì)塑件熔體在充滿型腔和固化時(shí)在分型面單位投影面積上施加的壓力,簡(jiǎn)稱成形壓力。
施加成形壓力的目的是促使物料流動(dòng)充模,提高塑件的密度和內(nèi)在質(zhì)量,克服塑料樹脂在成形過(guò)程中因化學(xué)變化釋放的低分子物質(zhì)及塑料中的水分等產(chǎn)生的脹模力,使模具閉合,保證塑件具有穩(wěn)定的尺寸、形狀,減少飛邊,防止變形。但過(guò)大的成形壓力會(huì)降低模具壽命。
壓縮成形壓力的大小與塑料種類、塑件結(jié)構(gòu)以及模具溫度等因素有關(guān),一般情況下,塑料的流動(dòng)性愈小,塑件愈厚以及形狀愈復(fù)雜,塑料固化速度和壓縮比愈大,所需的成形壓力亦愈大。
(2)壓縮成形溫度
壓縮成形溫度是指壓縮成形時(shí)所需的模具溫度。它是使熱固性塑料流動(dòng)、充模并最后固化成形的主要工藝因素,決定了成形過(guò)程中聚合物交聯(lián)反應(yīng)的速度,從而影響塑件的最終性能。
壓縮成形溫度高低影響模內(nèi)塑料熔料的充模是否順利,也影響成形時(shí)的硬化速度,進(jìn)而影響塑件質(zhì)量。隨著溫度的升高,塑料固體粉末逐漸融化,黏度由大到小,開始交聯(lián)反應(yīng),當(dāng)其流動(dòng)性隨溫度的升高而出現(xiàn)峰值時(shí),迅速增大成形壓力,使塑料在溫度還不很高而流動(dòng)性又較大時(shí)充滿型腔的各部分。
在一定溫度范圍內(nèi),模具溫度升高,成形周期縮短,生產(chǎn)效率提高。如果模具溫度太高,將使樹脂和有機(jī)物分解,塑件表面顏色就會(huì)暗淡。由于塑件外層首先硬化,影響物料的流動(dòng),將引起充模不滿,特別是模壓形狀復(fù)雜、薄壁、深度大的塑件最為明顯。同時(shí),由于水分和揮發(fā)物難以排除,塑件內(nèi)應(yīng)力大,模件開啟時(shí)塑件易發(fā)生腫脹、開裂、翹曲等;如果模具溫度過(guò)低,硬化不足,塑件表面將會(huì)無(wú)光,其物理性能和力學(xué)性能下降。
(3)壓縮時(shí)間
熱固性塑料壓縮成形時(shí),要在一定溫度和一定壓力下保持一定時(shí)司,才能使其充分交聯(lián)固化,成為性能優(yōu)良的塑件,這一時(shí)間稱為壓縮時(shí)間。壓縮時(shí)間與塑料的種類(樹脂種類、揮發(fā)物含量等)、塑件形狀、壓縮成形的其他工藝條件以及操作步驟(是否排氣、預(yù)壓、預(yù)熱)等有關(guān)。
壓縮成形溫度升高,塑件固化速度加快,所需壓縮時(shí)間減少,因而壓縮周期隨模具溫度提高也會(huì)減少。對(duì)成形物料進(jìn)行預(yù)熱或預(yù)壓以及采用較高成形壓力時(shí),壓縮時(shí)間均可適當(dāng)縮短,通常塑件厚度增加壓縮時(shí)間會(huì)隨之增加。
壓縮時(shí)間的長(zhǎng)短對(duì)塑件的性能影響很大。壓縮時(shí)間過(guò)短,塑料硬化不足,將使塑件的外觀性能變差,力學(xué)性能下降,易變形。適當(dāng)增加壓縮時(shí)間,可以減少塑件收縮率,提高其耐熱性能和其他物理力學(xué)性能。但如果壓縮時(shí)司過(guò)長(zhǎng),不僅降低生產(chǎn)率,而且會(huì)使樹脂交聯(lián)過(guò)度而使塑件收縮率增加,產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力,導(dǎo)致塑件力學(xué)性能下降,嚴(yán)重時(shí)會(huì)便塑件破裂。
第四節(jié) 壓注成形工藝
一、壓注成形原理及特點(diǎn)
壓注成形又稱傳遞成形,它是熱固性塑料的重要成形方法之一,是在壓縮成形基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種熱固性塑料的成形方法。
成形原理:
先將固態(tài)成形物料(最好是預(yù)壓成錠或經(jīng)預(yù)熱的物料)加入裝在閉合的壓注模具上的加料腔內(nèi),使其受熱軟化轉(zhuǎn)變?yōu)轲ち鲬B(tài),并在壓力機(jī)柱塞壓力作用下塑料熔體經(jīng)過(guò)澆注系統(tǒng)充滿型腔,塑料在型腔內(nèi)繼續(xù)受熱受壓,產(chǎn)生交聯(lián)反應(yīng)而固化定型,最后開模取出塑件。
壓注成形和注射成形的相同之處是熔料均是通過(guò)澆注系統(tǒng)進(jìn)人型腔,不同之處在于前者塑料是在模具加料腔內(nèi)塑化,而后者則是在注射機(jī)的料筒內(nèi)塑化。壓注成形是在克服壓縮成形缺點(diǎn)、吸收注射成形優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的。
主要優(yōu)點(diǎn)有:
(1)壓注成形前模具已經(jīng)閉合,塑料在加熱腔內(nèi)加熱和熔融,在壓力機(jī)通過(guò)壓注柱塞將其擠人型腔并經(jīng)過(guò)狹窄分流道和澆口時(shí),由于摩擦作用,塑料能很快均勻地?zé)嵬负陀不?。因此,制品性能均勻密?shí),質(zhì)量好。
(2)壓注成形時(shí)的溢料較壓縮成形時(shí)少,而且飛邊厚度薄,容易去除。因此,塑件的尺寸精度較高,特別是制件的高度尺寸精度較壓縮制件高得多。(3)由于成形物料在進(jìn)大型腔前已經(jīng)塑化,對(duì)型芯或嵌件所產(chǎn)生的擠壓力小,因此能成形深腔薄壁塑件或帶有深孔的塑件,也可成形形狀較復(fù)雜以及帶精細(xì)或易碎嵌件的塑件,還可成形難以用壓縮法成形的塑件。
(4)由于成形物料在加料腔內(nèi)已經(jīng)受熱熔融,因此,進(jìn)人模腔時(shí)料溫及吸熱量均勻,所需的交聯(lián)固化時(shí)司較短,致使成形周期較短,生產(chǎn)效率高。
缺點(diǎn): 成形壓力比壓縮成形高;工藝條件比壓縮成形要求更嚴(yán)格,操作比壓縮成形難度大;壓注模比壓縮模結(jié)構(gòu)復(fù)雜;成形后加料腔內(nèi) 總留有一部分余料以及澆注系統(tǒng)申的凝料,由于不能回收將會(huì)增加生產(chǎn)中原材料消耗;存在取向問(wèn)題,容易使塑件產(chǎn)生取向應(yīng)力和各向異性,特別是成形纖維增強(qiáng)塑料時(shí),塑料大分子的取向與纖維的取向結(jié)合在一起,更容易使塑件的各向異性程度提高。
二、壓注成形工藝過(guò)程
壓注成形的工藝過(guò)程和壓縮成形基本相似。它們的主要區(qū)別在于:壓縮成形是先加料后閉模,而壓注成形則一般要求先閉模后加料。
三、壓注成形工藝參數(shù)
壓注成形主要工藝參數(shù)包括成形壓力、成形溫度和成形時(shí)間等,它們均與塑料品種、模具結(jié)構(gòu)、塑料情況等多種因素有關(guān)。
(1)成形壓力
成形壓力是指壓力機(jī)通過(guò)壓注柱塞對(duì)加料腔內(nèi)塑料熔體施加的壓力。由于熔體通過(guò)澆注系統(tǒng)時(shí)有壓力損失,故壓注時(shí)的成形壓力一般為壓縮時(shí)的2~3倍。
(2)模具溫度
壓注成形的模具溫度通常要比壓縮成形的溫度低一些,一般約為130°C~190°C,因?yàn)樗芰贤ㄟ^(guò)澆注系統(tǒng)時(shí)能從摩擦中取得一部分熱量。加料室和下模的溫度要低一些,而中框的溫度要高一些,這樣可保證塑料迸人通暢而不會(huì)出現(xiàn)溢料現(xiàn)象,同時(shí)也可以避免塑件出現(xiàn)缺料、起泡、接縫等缺陷。
(3)成形時(shí)間
壓注成形時(shí)間包括加料時(shí)間、充模時(shí)間、交聯(lián)固化時(shí)間、脫模取塑件時(shí)間和清模時(shí)間等。壓注成形時(shí)的充模時(shí)間通常為5~50s,而固化時(shí)間取決于塑料品種,塑件的大小、形狀、壁厚,預(yù)熱條件和模具結(jié)構(gòu)等,通常為30~180s。