塑料二次成型与加工.pptx
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1、1第一节 二次成型 1熔融纺丝2注射3薄膜吹塑4挤出5压延6中空7真空和压力8薄膜和纤维热拉伸9薄膜和纤维冷拉伸 二次成型与一次成型相比,除成型的对象不同外,二者所依据的成型原理也不相同,其主要不同之点在于:一次成型主要是通过塑料的流动或塑性变形成型,成型过程中总伴随有聚合物的状态或相态转变,而二次成型过程始终是在低于聚合物流动温度或熔融温度的固体状态下进行,一般是通过粘弹性形变来实现塑料型材或坯件的再成型。第1页/共44页2一、拉伸薄膜成型 将用一次成型技术得到的厚片或筒坯重新加热到聚合物的玻璃化温度之上进行大幅度的拉伸,就能够使拉伸后的薄膜具有明显的大分子取向结构。虽然可以将厚片或筒坯的挤
2、出成型与大幅度拉伸作业在同一条生产线上连续进行,但在大幅度拉伸前仍须将已定型的片、膜重新加热,所以在这种连续生产线上大幅度拉伸仍然是相对独立的二次成型作业。图3-1 平模法双向拉伸薄膜的成型工艺过程示意图1挤出机 2厚片冷却辊预热辊4多点拉伸辊5冷却辊6横向拉幅机夹子7、8加热装置9风冷装置10.切边装置11测厚装置12卷绕机第2页/共44页3二、单丝成型 挤出后冷却,在玻璃化温度之上进行的拉延加工,单丝的主要用途是做诸如鱼网、窗纱、过滤网之类的织物和绳索等,国外研究了一种超高强度聚乙烯纤维,可制成防弹背心、钓鱼杆、高尔夫球杆或网球拍等。图3-2 聚乙烯单丝生产工艺流程图1挤出机 2机头 冷却
3、水箱4橡胶压辊 5第一牵引辊 6热牵伸水箱7第二牵引辊8热处理烘箱9热处理导丝辊10卷取辊筒第3页/共44页4三、中空吹塑成型(BLOW MOLDING)制造空心塑料制品的工艺方法,它源于历史悠久的玻璃容器吹制工艺,至20世纪30年代发展成为现代吹塑技术。1.注射吹塑 先用注射机在注塑模内制成有底型坯,然后再将型坯移入吹塑模内吹胀成中空制品的技术。注射吹塑在实际应用中,又有通常注射吹塑和注射拉延吹塑两种方法。精确均匀精确均匀无缝无边无缝无边小型精致中空容器1)通常注射吹塑第4页/共44页52)注射拉延吹塑 注射拉延吹塑制品成型过程如图3-4所示。在这一成型过程中,型坯的注塑造型与无注射吹塑法相
4、同,但所得型坯并不立即移入吹塑模,而是经适当冷却后移送到一加热槽内,在槽中加热到预定的拉延温度后,再转送至拉延吹胀模内。在拉延吹胀模内先用拉延棒将型坯进行轴向拉伸,然后再引入压缩空气使之横向胀开至紧贴模壁。吹胀后经过一段时间的冷却,即可从模内脱出具有双轴取向结构的吹塑制品。第5页/共44页6挤出吹塑 型坯是用挤出机经管机头挤出制取,所用成型设备比较简单而且生产效率较高,这种吹塑技术所得制品在吹塑制品的总产量中,目前占有绝对优势。挤出的型坯虽然也可先经过拉伸再吹胀而制得有双轴取向的中空制品,但其成型过程远比注坯拉伸吹塑过程复杂,故生产上较少采用挤坯拉伸吹塑技术。工艺过程如图所示,包括:挤出型坯;
5、型坯达到预定长度时,夹住型坯定位后合模;型坯的头部成型或定径;压缩空气导入型坯进行吹胀,使之紧贴模具型腔形成制品;制品在模具内冷却定形;开模脱出制品,对制件进行修边、整饰。第6页/共44页7多层吹塑 多层吹塑是通过共挤出或多层注塑的方法,将几种不同的塑料组合、加工成多层复合的型坯,然后再经吹胀形成复合型中空容器的技术。多层共挤出吹塑是选用两台以上的挤出机,将同种或异种塑料在不同的挤出机内熔融塑化后,在机头内复合、挤出、形成多层同心的复合型坯,经吹塑制造中空容器的技术。多层共挤出吹塑中空容器技术和设备的开发,使选择最佳材料(层)组合方案和制造理想性能的容器得以实现。第7页/共44页8四、塑料的热
6、成型原理:热成型是将热塑性塑料片状或管状材料加热至高弹态,采用适当的模具或夹具,在压力作用下使其贴近模具的型面,经过冷却获得三维尺寸制品的一种成型方法。优点:制品适应性强、制品应用范围广、设备投资小、模具制造方便。缺点:热成型所用原料如片材与管材的成本高,制品的后加工量大边角废料多,制品壁厚均匀性差,不能制造结构复杂制件。分类:热成型方法按成型动力可分为模压成型和差压成型,前者的成型动力是机械压力,后者是气体或液体压力;根据气体差压,又可分为气压成型和真空成型两类;按成型模具可分为单阳模、单阴模、对模、无模等。第8页/共44页9第9页/共44页10片状材料的热成型 片状材料经加热加压成型出各种
7、制件的方法称为片状材料的热成型,此法适用于热塑性塑料片材。1)差压成型 先用夹持框将片材夹紧在模具上,采用加热器进行加热,当片材加热变软时,移开加热器使片材两面受到不同的气压,形成差压,使片材弯曲而紧贴模具表面。待冷却后,自模具底部通气孔通入压缩空气将成型制件吹出,经过修整成为制品。a)b)图3-7 差压成型示意图a)真空成型 b)差压成型第10页/共44页112)覆盖成型 采用液压系统的推力将阳模顶入由框架夹持且已加热的片材中,用力移动框架将片材扣覆在模具上,在模底进行抽气,使片材与模面完全贴合。再经冷却、脱模和修整后获得制品。3)柱塞助压成型 差压和覆盖成型所得制品都有制件壁厚不均匀的缺点
8、,为改善制件壁厚的均匀性,可采取先将坯料拉伸,再进行真空或气压成型柱塞助压成型。柱塞助压真空成型和柱塞助压气压成型的成型原理相似。第11页/共44页124)回吸成型 片材夹持、加热和真空吸进都与真空成型相同,不同点是当片材加热变软被吸进模内达到用光电管控制的预定深度时,将模具从上部向已经弯曲的片材中伸进直至模具边缘完全将片材封死在抽空区为止。然后,打开抽空区底部的气门并从模具顶部抽真空,这样片材就被回吸而与模面贴合。由于回吸前片材已进行拉伸,后真空回吸成型,所以制件壁厚较为均匀,制品结构也可以复杂一些。5)对模成型 采用两个彼此扣合的阳、阴模配对来成型,将片材用框架夹持于两模之间并采用可移动的
9、加热器对片材进行加热,由压机将两模合拢,施加压力,在合拢过程中,片材与模具间的空气则由设置在模具上的气孔向外排出。经冷却、脱模和修整后,成为制品。特点:复制性和尺寸准确性较好;结构可复杂些,能成型具有刻字或刻花的表面。图3-11 对模成型示意图1压机柱塞 2阴模 加热器4塑料片材 5夹持架 6阳模 7制品图3-10 真空回吸成型示意图a)阳模下降 b)微抽真空 c)反抽真空第12页/共44页136)双片热成型 双片热成型常用来生产中空制品,成型时,将两片已经加热达到规定温度的塑料片材放在半合模具的模框上夹紧,然后将吹针插入两片材之间,通过吹针将压缩空气送入两片材间的中空区。其生产流程如图3-1
10、2所示。在送入压缩空气的同时,打开设在两半合模上的抽气阀门进行抽空,使片材贴于两半合模的内腔,经冷却、脱模和修整后成为中空制品。7)片材波纹成型 利用片材成型波纹板,是将片材连续通过加热器,再经波纹装置而成型,冷却定型经切断,即得到制品。波纹形式有纵波、横波和斜波之分,斜波成型装置如图3-13所示。将图中的圆铁棒改成与片材前进方向垂直的方向,即成横波成型装置。图3-13 斜波片成型装置1片材卷 2加热器 圆铁棒履带成型模4制品 第13页/共44页14管状材料的热成型 是对挤出管材经加热加压制成各种用途的管件制品,此法适用于所有热塑性塑料管材。1)管材的弯曲 管材的弯曲成型有以下方法:在管内灌入
11、黄砂,两端封闭后,放进烘箱,加热变软后将管材放在角形木模上,进行弯曲成型,冷却定型后倒出黄砂,得到制品。把外径稍小于塑料管内径的金属软管放进待弯曲的塑料管内,再将塑料管放进电炉内旋转加热,变软后随金属软管一齐弯曲,经冷却定型后,抽出金属软管。采用弯管机进行弯曲成型等。图3-15法 灌沙热弯法1管材2木模 木塞4施力方向 第14页/共44页152)管材扩口图 塑料管的连接常采用承插式连接,管材承口需要扩大,一般采用热胀法。其模芯结构如图3-16所示,用金属车制,直径比管径大0.20.4mm,外圆有锥度,固定在支座上,成型时,先将芯模预热至近100,对聚氯乙烯管,可直接将管材一端浸入约140的甘油
12、浴中,待管材变软后,立即取出插上模芯,同时,经不断旋转至冷却,检查尺寸规格。塑料管材的扩口也可以采用专用的扩口设备。3)异型管件的热冲压 热冲压加工过程如图3-17所示,以硬聚氯乙烯管材为例,先将管材加热至120130,再置于加热至110130的阴模内,然后,阳模以适当的压力向下冲压而使其在压力下成型,冲压设备可用螺旋压机或其他压机。此法可成型各种形状的带螺纹或不带螺纹的管件。对不同热塑性塑料制管件操作除温度不同外,其他类同。第15页/共44页16第二节二次加工一、机械加工 塑料机械加工是指用切削金属和木材的加工方法,对塑料型材和坯材等半成品进行二次加工的总称。特点:1)易局部过热变软,甚至使
13、塑料变色、焦化。此外,塑料的热膨胀系数大,即使温度变化不大,也会使尺寸产生较大的波动,这对制品尺寸精度、表面质量会有不利的影响。为此,在机械加工时,需用冷却剂,如压缩空气、水或其他冷却介质,其中以压缩空气为好,冷却液使塑料的摩擦系数减小,容易打滑。2)一般塑料的弹性模量仅为金属的l10160,在机械加工时,夹具和刀具施力过大,可引起塑料制品的变形比金属大,这将影响制件的公差,因此夹紧力要适当。刀具的刃口要锋利。此外,塑料还具有与时间有关的弹性恢复性能,经过机械加工之后,其尺寸会发生变化,如钻孔或攻丝的孔眼直径小于刀具的直径,车削后的工件尺寸,在存放中会发生收缩等。第16页/共44页17裁切 裁
14、切是指对塑料板、棒、管等型材和模塑制品上的多余部分进行切断和割开的机械加工操作。塑料常用的裁切方法是冲切、锯切和剪切,生产中有时也使用电热丝、激光、超声和高压液流裁切塑料。电热丝切割 此法主要用于热塑性泡沫塑料的直线或曲线截断,也可用于热塑性薄膜和薄板的截断。切割泡沫塑料时,宜用19号电热丝,电压为512V,温度随塑料品种而异。对于PVC等在熔融过程中易放出刺激性或毒性气体的塑料不宜用此法。超声波切割 超声波技术不仅用于塑料的焊接,也可用于塑料制品浇口的切除等。凡能用超声波焊接的塑料,也能用超声波切割。但是当塑料很脆或很软时效果不佳,脆的易断裂,软的则不能有效地传递能量,无法切割。第17页/共
15、44页18)水喷射法切割 该法是通过特殊设计的孔径为0.050.38mm的喷嘴喷射出高压水流来进行切割。其喷射系统的压强为210400MPa,喷射速度为3001200m/s。如在水中加入长链聚合物,如0.5聚氧化乙烯,可产生一束密集的水流,集中喷射流的能量,可提高切割效果。在水和聚合物的用量小于189L/h的条件下,被切割的制件上几乎没有液体,即使有一些潮湿,也可立即干燥。水喷射切割法能有效地切割硬质PVC、PP、PA、PS层压板等材料,也可切割聚酯织物、皮革、石棉制品等。第18页/共44页192切削 塑料的切削过程,就是用刀具刃口挤压塑料件的切削层,使之断裂变为切屑并与塑料件分离而得到所需形
16、状制品的过程。切削既是塑料成型技术的重要补充加工方法,也是修整塑料模塑制品的常用加工技术。)车削 塑料因品种和组成的不同切削性能有较大差异,加工塑性材料时,切屑为带状形,切削力大,摩擦力也大,要减少摩擦就必须加大车刀的前角,否则刀具磨损快。加工脆性材料时,切屑呈崩碎状,变形力小,切屑不沿前面下滑,压力在刀尖附近,加大前角无用,反而会削弱刀具切削部分的强度,所以前角宜小。选用不同材料的刀具,如碳钢、合金钢和高速钢等,弯曲强度和压缩强度相近选用正负前角皆可,考虑到正前角切削力小,取正为宜。对硬质合金钢、金刚石材料,由于其抗弯能力远小于抗压能力,采用正前角,刀具易断,宜用小的正前角或采用负前角。非高
17、速切削都用负前角,当工件材料强度小时需用正前角。第19页/共44页20)铣削 铣削可用于塑料的切断、开槽、平面、曲面等的加工,铣削金属制件的刀具可用于塑料的铣削。用得较多的有,锯片铣刀、圆柱铣刀和成形铣刀等。关于铣刀材料,对热塑性塑料,如有机玻璃,可用高速钢;对热固性塑料,应选用硬质合金或碳化钨和高速钢类刀具,在铣削玻璃增强塑料时,应选用硬质合金刀具,铣刀的前角应大于6;铣削有机玻璃的铣刀前角为812,后角应大于10。另外刀齿要小,最好采用镶片铣刀。)孔加工 塑料的孔加工方法大体与金属的孔加工类似,包括钻、铰、镗等机械加工方法和激光、电子束等特种加工方法。特点:加工过程中已形成的孔壁常发生向内
18、的膨胀、控制不当会出现胶着、聚合物降解以至烧焦等现象。钻屑可能因熔融而粘在孔壁或钻头上,常常造成孔边开裂。加工金属工件时常观察到“扩孔”现象,但加工塑料工件时常观察到“缩孔”现象。第20页/共44页21特种孔加工:利用脉冲激光在塑料制品上打孔,较好的是二氧化碳激光器,它具有结构简单,造价较低,工作效率高,所放出的10.6m激光波长的红外光能为塑料强烈地吸收转为热能的特点。由于光束很细,可打直径为0.0251.2mm的小孔。需要加工大孔时,可采用切割的方法。近年来也有采用特殊透镜将激光柱变为空心的,就能打出大直径的孔。在激光打孔的操作中,激光器与塑料并不直接接触,只要激光器能够射至打孔的方位就行
19、。因此,激光加工可弥补切削加工的不便。此外,电子束也可用于塑料的打孔,在厚度不超过1.5mm的人造革鞋面上打孔径为0.10.5mm,密度为每平方厘米2540个的微孔时,电子束打孔装置每秒钟可打2030行的孔眼。第21页/共44页22)螺纹加工 塑料的螺纹加工包括内螺纹和外螺纹加工两类,内外螺纹的加工可在车床和铣床上进行,也可使用丝锥和螺纹圆板牙进行手工操作。由于塑料的特点,无论是加工内螺纹还是外螺纹,都要选择粗牙螺纹,螺纹的尖锐面,在加工后必须磨钝。与成型螺纹时类似,在外螺纹的头部或内螺纹的进口处应有半个螺牙的无螺纹,以防第一扣螺纹碰伤或脱扣。攻丝操作时,要经常将丝锥倒回,以清除切屑,避免损坏
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