塑料成型工艺与模具设计教案讲稿.docx
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塑料成型工艺与模具设计教案讲稿
咸宁职业技术学院
教案
讲稿
2011~2012学年第二学期
系(部)机电工程系
教研室(实验室)模具教研室
课程名称塑料成型工艺与模具设计
授课班级
主讲教师
职称
使用教材规划教材
咸宁职业技术学院教务处制
塑料成型工艺与模具设计讲稿
第1讲
授课章节
或主题
第一章绪论
授课时间
授课班级
课时
2
授课教师
教学目的、要求:
了解塑料成型及塑料模具的分类
教学重点、难点:
塑料成型及塑料模具的分类
授课类型:
理论课
教学方式:
讲授
教学资源:
多媒体
教学过程设计:
新课引入3分钟,讲授新课79分钟,课堂训练5分钟,小结3分钟。
教学内容
第一节塑料成型在工业生产中的重要性
第二节塑料成型技术的发展趋势
第三节塑料模具的分类
第四节学习本课程应到的要求
讨论思考题
作业题:
1-3、1-4
主要参考文献:
《塑料成型工艺与模具设计》机械工业出版社屈华昌主编2011
《模具制造手册》机械工业出版社1998
备注
第一章绪论
教学目的、要求:
了解塑料成型及塑料模具的分类
教学重点、难点:
塑料成型及塑料模具的分类
第一节塑料成型在工业生产中的重要性
一、塑料及塑料工业的发展
1、塑料的概念及组成
2、塑料的特点
塑料的密度小、质量轻
塑料的强度高
塑料的绝缘性能好,介电损耗低
塑料的化学稳定性高
3、塑料工业的发展阶段
塑料工业是一门新兴的工业,是随着石油工业发展应运而生的。
塑料工业的发展大致分为以下几个阶段。
(1)初创阶段
(2)发展阶段。
20世纪30年代,低密度聚乙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯和聚酰胺等热塑性塑料相继工业化,奠定了塑料工业的基础,为其进一步发展开辟了道路。
(3)飞跃发展阶段20世纪50年代中期到20世纪60年代末,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。
(4)稳定增长阶段
二、塑料成型在工业生产中的重要性
模具是工业生产中的重要工艺装备
模具的概念:
模具是以特定的形状去成型具有一定形状、尺寸的制品的工具。
第二节塑料成型技术的发展趋势
1、CAD/CAM/CAE技术
2、大力发展快速原型制造
3、快速测量与逆向工程
4、模具材料与热处理技术
5、模具标准化水平和标准件的使用
6、模具的复杂化、精密化和大型化
7、模具工业的信息化
第三节塑料模具的分类
一、注射模
二、压缩模
三、压注模
四、挤出模
五、气动成型模
第四节学习本课程应达到的要求
1、了解聚合物的物理性能、流动特性、成型过程中的物理化学变化以及塑料的组成、分类和性能
2、了解塑料模具的基本原理、工艺过程和工艺参数,正确分析成型工艺对模具的要求
3、能掌握成型设备与模具之间关系及要求
4、掌握各类模具的结构特点及设计方法
5、具有分析解决成型现场技术问题的能力
作业:
1-3、1-4
小结:
模具在实际中的地位、作用与分类,学习的任务。
塑料成型工艺与模具设计讲稿
第2、3、4讲
授课章节
或主题
第二章塑料成型基础
授课时间
授课班级
课时
4
授课教师
教学目的、要求:
了解塑料的组成、分类和成型工艺
教学重点、难点:
塑料的组成、分类和成型工艺
授课类型:
理论课
教学方式:
讲授
教学资源:
多媒体
教学过程设计:
新课引入3分钟,讲授新课79分钟,课堂训练5分钟,小结3分钟。
教学内容
第一节聚合物的分子结构与热力学性能
第二节聚合物流变议程与分析
第三节聚合物在成型过程中的流动状态
第四节聚合物在成型过程中的物理和化学变化
第五节塑料的组成及工艺特性
第六节常用塑料
讨论思考题
作业题:
2-2、2-8、2-10、2-11、2-12、2-14
主要参考文献:
《塑料成型工艺与模具设计》机械工业出版社屈华昌主编2011
《模具制造手册》机械工业出版社1998
备注
第二章塑料成型基础知识
教学目的、要求:
了解塑料的组成、分类和成型工艺
教学重点、难点:
塑料的组成、分类和成型工艺
第一节聚合物的分子结构与热力学性能
一、聚合物的分子结构
(一)树脂与塑料
(二)高分子与低分子
(三)聚合物的分子结构
如果聚合物的分子链呈不规则的线状(或者团状),聚合物是一根根的分子链组成的,则称为线型聚合物,如图2-1a所示。
如果在大分子的链之间还有一些短链把它们相互交联起来,成为立体结构,则称为体型聚合物,如图2-1c所示。
此外,还有一些聚合物的大分子主链上带有一些或长或短的小支链,整个分子链呈枝状(见图2-1b),称为带有支链的线型聚合物。
(四)聚合物的聚集态结构及其性能。
结晶型聚合物由“晶区”(分子作有规则紧密排列的区域)和“非晶区”(分子处于无序状态的区域)所组成,如图2-2所示。
二、聚合物的热力学性能与加工工艺性
(一)聚合物的热力学性能。
图2-3中曲线1为线型无定形聚合物受恒应力作用时变形程度与温度的关系曲线,也叫热力学曲线。
(二)聚合物的加工工艺性
θf与θd一样都是聚合物材料进行成型加工的重要参考温度。
不同状态下塑料的物理性能与加工工艺性见表2-1。
状态
玻璃态
高谈态
粘流态
温度
θfg以下
Θg~θf
Θf~θd
分子状态
分子纠缠为无规则线团或卷曲状
分子链展开,链段运动
高分子链运动,彼此滑移
工艺状态
坚硬的固态
高弹性固态,橡胶状
塑性状态或高粘滞状态
加工可能性
可作为结构材料进行锉、锯、钻、车、冼等机械加工
弯曲、吹塑、引伸、真空成型、冲压等,成型后会产生较大的内应力
可注射、挤出、压延、模压等,成型后应力小
第二节聚合物流变议程与分析
一、牛顿流体及其流变方程
图2-4是液体在流道中流动时的速度梯度图。
图2-5所示为以切应力对剪切速率作图时,塑料成型加工中常用聚合物在非牛顿流体状态下的流动曲线。
将非牛顿流体的粘度定义为表观粘度ηa(即非牛顿粘度)。
图2-6为不同类型流体的表观粘度与剪切速率的关系。
二、温度和压力对粘度的影响
(一)温度对剪切粘度的影响
表2-2列出了几种常用热塑性塑料熔体在恒定剪切速率下的表观粘度与温度关系的数据。
(二)压力对剪切粘度的影响
几种聚合物粘度与压力的关系见图2-7。
三、聚合物熔体的粘弹性
聚合物熔体(包括分散体)不仅具有粘流性,而且还具有如固体般的弹性,即当熔体受到应力时,一部分能量消耗于粘性变形(即流动);而另一部分变形的能量将会被熔体储存,一旦外界应力移去,变形就得到恢复,如塑料在挤压时的出模膨胀(见图2-8)。
四、热塑性和热固性聚合物流变行为的比较
热塑性聚合物和热固性聚合物流变行为的不同可由图2-10加以说明。
从图2-10c可以看出,温度对流动性的影响是由粘度和固化速度两种互相矛盾的因素决定的,这种关系可进一步用图2-11来说明
第三节聚合物在成型过程中的流动状态
一、聚合物熔体在简单截面导管内的流动
(一)在圆形导管内的流动
取距离管中心为r处的流体圆柱体单元,其长度为L,当它由左向右移动时,在流体层间产生摩擦力,如图2-12所示。
由此看出,切应力在管中心为零,逐渐增大而在管壁处为最大,据此进一步推导的结果,又可说明流体在圆形导管内的速度分布为什么呈抛物线型,如图2-13所示。
(二)在扁平导槽内的流动
当塑料熔体在等温条件下经扁形导槽(扁槽)作稳定层流运动时,其情况如图2-14所示。
二、注射成型中的流动状态分析
注射成型中的流动过程如图2-17所示,可以分成三个区段
(一)流体在流道中的状态
应注意只有当W/h≥10时,计算才准确(见图2-18)。
(二)流体在充模过程中的状态
第四节聚合物在成型过程中的物理和化学变化
一、聚合物的结晶
二、成型过程中的取向
(1)注射、压注成型塑件中纤维状填料的取向
注射、压注成型塑件中填料的取向方向与程度主要依赖于浇口的形状与位置,如图2-19所示。
(2)注射、压注成型塑件中聚合物分子的取向
一般情况下,聚合物在成型过程中只要存在熔体的流动,就会有分子的取向。
图2-20所示是用双折射法测量长条形注射试件的取向情况。
三、聚合物的降解
1)严格控制原材料的技术指标,使用合格的原材料。
2)使用前对聚合物进行严格干燥,特别是聚酯、聚醚和聚酰胺等聚合物在存放过程中容易从空气中吸附水分,使用前通常应使水分含量降低到0.05%以下。
3)确定合理的加工工艺和加工条件,使聚合物在不易产生降解的条件下加工成型,这对于那些热稳定性差、加工温度和分解温度非常接近的聚合物尤为重要。
绘制聚合物成型加工温度范围图(见图2-21)有助于确定合适的成型条件。
一般加工温度应低于聚合物的分解温度。
一些聚合物的加工温度与分解温度见表2-4。
4)使用附加剂,根据聚合物性能。
四、聚合物的交联
第五节塑料的组成及工艺特性
一、塑料的组成
(一)树脂
(二)填充剂
(三)增塑剂
(四)稳定剂
(五)润滑剂
(六)着色剂
(七)固化剂
二、塑料的分类
(1)通用塑料
(2)工程塑料
(3)特殊塑料
三、塑料的成型工艺性能
(一)热塑性塑料的工艺性
1、收缩性
2、流动性
塑料流动性的好坏采用统一的方法来测定。
对热塑性塑料常用的方法有熔融指数测定法和螺旋线长度试验法。
熔融指数测定法是将被测塑料装入如图2-22所示的标准装置内。
螺旋线长度试验法是将被测塑料在一定的温度与压力下注入如图2-23所示的标准的阿基米德螺旋线模具内,用其所能达到的流动长度(图中所示数字,单位为cm)来表示该塑料的流动性。
3、相容性
4、吸湿性
5、热敏性
(二)热固性塑料的工艺性
1、收缩性
2、流动性
流动性的意义与热塑性塑料流动性类同,但热固性塑料通常以拉西格流动性来表示,而不是用熔融指数表示。
其测定原理如图2-24所示。
3、比容和压缩性
4、硬化速度
5、水分及挥发物含量
第六节常用塑料
一、热塑性塑料
1、聚乙烯PE
2、聚丙烯PP
3、聚氯乙烯PVC
4、聚苯乙烯PS
5、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物ABS
6、聚甲基丙烯酸甲脂PMMA
7、聚酰胺PA
8、聚甲醛POM
9、聚碳酸脂PC
10、聚砜PSU
11、聚苯醚PPO
12、氯化聚醚CPT
13、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、热固性塑料
1、酚醛塑料PF
2、氨基塑料
(1)脲-甲醛塑料UF
(2)三聚氰胺-甲醛塑料MF
3、环氧树脂EP
作业:
2-2、2-8、2-10、2-11、2-12、2-14
小结:
塑料的结构、组成、成型过程、工艺特性和常用塑料。
塑料成型工艺与模具设计讲稿
第5、6讲
授课章节
或主题
第三章塑料成型工艺与制件的结构工艺性
授课时间
授课班级
课时
4
授课教师
教学目的、要求:
了解塑料成型工艺与制件的结构
教学重点、难点:
塑料成型工艺与制件的结构
授课类型:
理论课
教学方式:
讲授
教学资源:
多媒体
教学过程设计:
新课引入3分钟,讲授新课79分钟,课堂训练5分钟,小结3分钟。
教学内容
第一节塑料成型成型原理与成型工艺性
第二节塑料制件的结构工艺性
讨论思考题
作业题:
3-2、3-4、3-5、3-10、3-11
主要参考文献:
《塑料成型
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- 塑料 成型 工艺 模具设计 教案 讲稿
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