汽車(chē)制造工藝課件：塑料加工工藝 -

6.1塑料加工工藝概要6.2塑料加工工藝與設(shè)備6.3零件精度6.4塑料成形用模型6.5在汽車(chē)中的應(yīng)用及汽車(chē)用塑料的

發(fā)展趨勢(shì)塑料加工工藝塑料加工工藝教學(xué)提示：塑料在汽車(chē)上的應(yīng)用對(duì)汽車(chē)的制造、運(yùn)行、維修保養(yǎng)工作起著很大的作用，原因在于塑料具有一些優(yōu)良的特性。塑料加工通常有配料(配比、著色)、一次加工(成形)、二次加工(表面處理、裝配)三道工序。塑料的種類(lèi)很多，分類(lèi)方法也較多。教學(xué)要求：了解塑料成行的幾種方法以及塑料加工的成形過(guò)程。學(xué)習(xí)注塑成形與壓塑成形所用的加工設(shè)備，掌握模型設(shè)計(jì)方法及模膛的加工過(guò)程。了解塑料在汽車(chē)中的應(yīng)用及汽車(chē)用塑料的發(fā)展趨勢(shì)。塑料是一種高分子材料，近年來(lái)在汽車(chē)上的應(yīng)用越來(lái)越多，已由內(nèi)外裝飾件向車(chē)身覆蓋結(jié)構(gòu)件方面發(fā)展。例如前照面、保險(xiǎn)杠、發(fā)動(dòng)機(jī)罩、行李箱蓋、頂蓋、翼子板、車(chē)門(mén)內(nèi)護(hù)板和某些車(chē)身骨架構(gòu)件等。甚至有些大汽車(chē)公司正在用復(fù)合材料做承載力最大的底盤(pán)車(chē)架，例如福特汽車(chē)公司在2001年將復(fù)合材料底盤(pán)應(yīng)用在一輛叫“探索者”的小皮卡樣車(chē)上。每輛汽車(chē)塑料的用量是衡量汽車(chē)生產(chǎn)技術(shù)水平的標(biāo)志之一。日本、美國(guó)和德國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家的每輛轎車(chē)平均使用塑料已超過(guò)100千克，平均占汽車(chē)總重量的8%。目前，中國(guó)每輛汽車(chē)平均塑料用量為70千克，平均占汽車(chē)總重量的6%左右。6.1塑料加工工藝概要如何減輕汽車(chē)的重量，提高載重量，降低耗油量，減少汽車(chē)中有色金屬及一些貴重合金的用量，延長(zhǎng)零件的使用壽命，增加汽車(chē)的舒適性以及如何采用一些快速有效的修理方法等等，都是目前汽車(chē)制造、使用和保修部門(mén)經(jīng)常研究的問(wèn)題。這些問(wèn)題的解決對(duì)汽車(chē)的制造、運(yùn)行、維修保養(yǎng)工作起著很大的作用，而擴(kuò)大塑料在汽車(chē)上的應(yīng)用，是解決這些問(wèn)題的一個(gè)重要方面。塑料加工是隨著合成樹(shù)脂的發(fā)展而發(fā)展起來(lái)的，它和塑料機(jī)械的發(fā)展互相促進(jìn)。不少塑料加工技術(shù)，系借鑒于橡膠、金屬和陶瓷加工。塑料加工歷史可追溯到19世紀(jì)90年代，賽璐珞誕生之后，因其易燃，只能用模壓法制成塊狀物，再經(jīng)機(jī)械加工成片材，片材可用熱成型法加工。表6-1所列為德國(guó)汽車(chē)塑料件的應(yīng)用狀況。表6-2為汽車(chē)用塑料品種及其所占比例。6.1.1塑料的特性1.塑料具有可塑性顧名思義，塑料就是可以塑造的材料。所謂塑料的可塑性就是可以通過(guò)加熱的方法使固體的塑料變軟，然后再把變軟了的塑料放在模具中，讓它冷卻后又重新凝固成一定形狀的固體。塑料的這種性質(zhì)也有一定的缺陷，即遇熱時(shí)容易軟化變形，有的塑料甚至用溫度較高的水燙一下就會(huì)變形，所以塑料制品一般不宜接觸開(kāi)水。2.塑料具有彈性有些塑料也像合成纖維一樣，具有一定的彈性。3.塑料具有較高的強(qiáng)度

4.塑料具有耐腐蝕性

5.塑料具有絕緣性6.1.2塑料加工方法概要廣義而言，塑料加工是指將有機(jī)合成工廠生產(chǎn)的聚合物制成所需成品的整個(gè)工藝過(guò)程，可以大略區(qū)分為下列三道工序：配料(配比、著色)，一次加工(成形)，二次加工(表面處理、裝配)。1.配料

為使有機(jī)合成工廠生產(chǎn)的聚合物適合最終使用目的而以化學(xué)變化或加入添加劑的辦法獲得所需要性能的調(diào)整工序。2.一次加工(成形)3.二次加工(表面處理，裝配)成形后除進(jìn)行截?cái)唷⑶邢?、形變、粘接、制袋外，還進(jìn)行表面涂漆、電鍍、印刷、刻印等加工。2.一次加工(成形)成形過(guò)程原則上可細(xì)分為下列諸工步：(1)原料供應(yīng)

從儲(chǔ)料罐中供應(yīng)粉末狀或粒狀原料。

(2)塑化工步

從外部加熱使之具備流動(dòng)性。(3)輸送工步

以螺旋輸送機(jī)或氣缸活塞輸送機(jī)擠壓送料。(4)成形工步

在模型中成形。

(5)固化工步

通過(guò)冷卻或加熱使之固化。熱塑性樹(shù)脂通過(guò)冷卻固化，熱固性樹(shù)脂通過(guò)加熱進(jìn)行交聯(lián)反應(yīng)而固化。(6)制品取出裝置

將制成的零件取出。

6.1.3塑料分類(lèi)與制作塑料種類(lèi)很多，到目前為止世界上投入生產(chǎn)的塑料大約有三百多種。塑料的分類(lèi)方法較多，常用的有兩種：1.根據(jù)塑料受熱后的性質(zhì)不同分為熱塑性塑料和熱固性塑料熱塑性塑料分子結(jié)構(gòu)都是線(xiàn)型結(jié)構(gòu)，在受熱時(shí)發(fā)生軟化或熔化，可塑制成一定的形狀，冷卻后又變硬。在受熱到一定程度又重新軟化，冷卻后又變硬，這種過(guò)程能夠反復(fù)進(jìn)行多次。2.根據(jù)塑料的用途不同分為通用塑料和工程塑料

通用塑料是指產(chǎn)量大、價(jià)格低、應(yīng)用范圍廣的塑料，主要包括聚烯烴、聚氯乙烯、聚苯乙烯、酚醛塑料和氨基塑料五大品種。人們?nèi)粘Ｉ钪惺褂玫脑S多制品都是由這些通用塑料制成。6.2塑料加工工藝與設(shè)備6.2.1塑料成形法塑料成形(一次加工)的方法很多，主要有：1.壓縮成形法

用于熱固性樹(shù)脂(酚醛、尿素、三聚氰酸胺、環(huán)氧、不飽和聚酯等)成形。模型內(nèi)充填經(jīng)過(guò)計(jì)量的材料，使工藝時(shí)間與材料的熔化速度相吻合。合型、加熱加壓并保持一定時(shí)間，使之固化成形。有時(shí)，為了提高成形效率和產(chǎn)品質(zhì)量，也可將成形材料在注入模型之前先經(jīng)預(yù)熱。

2.注塑成形法

注塑是使用注塑機(jī)(或稱(chēng)注射機(jī))將熱塑性塑料熔體在高壓下注入到模具內(nèi)經(jīng)冷卻、固化獲得產(chǎn)品的方法。注塑也能用于熱固性塑料及泡沫塑料的成型。3.擠出成形法

即擠塑，是使用擠塑機(jī)(擠出機(jī))將加熱的樹(shù)脂連續(xù)通過(guò)模具，擠出所需形狀的制品的方法。擠塑有時(shí)也用于熱固性塑料的成型，并可用于泡沫塑料的成型。4.吹塑成形法

是一種用于加工瓶類(lèi)等中空容器的方法。先將熱塑性樹(shù)脂擠出或注射，預(yù)成形為管狀型坯，隨后放人金屬型腔內(nèi)并吹氣，使之密貼在型腔內(nèi)壁上，冷卻固化成形。5.砑光成形法

砑光通常是將原料在平行安裝著的3～4個(gè)鑄鋼軋輥機(jī)構(gòu)內(nèi)進(jìn)行2～3次連續(xù)壓延的方法。除壓延機(jī)外，砑光成形還需可塑化原料攪拌機(jī)、混練機(jī)、開(kāi)式研磨機(jī)(精練)等設(shè)備。6.真空成形法

真空成形的原理是，把經(jīng)適當(dāng)加熱裝置加熱軟化的熱可塑性樹(shù)脂薄板蒙敷在為進(jìn)行真空吸引而鉆有許多小孔的模型上，然后將其外部與周?chē)諝饷芊飧艚^，再?gòu)恼婵粘闅饪装涯Ｇ粌?nèi)部的空氣急速排除。7.發(fā)泡成形法

發(fā)泡成形所用材料有熱固性樹(shù)脂或熱塑性樹(shù)脂。熱塑性樹(shù)脂主要有聚苯乙烯、ABS樹(shù)脂、聚烯烴、軟質(zhì)聚氯乙烯等，混入發(fā)泡劑后，使之發(fā)泡。(1)化學(xué)發(fā)泡

(2)物理發(fā)泡(3)機(jī)械發(fā)泡

6.2.2加工生產(chǎn)線(xiàn)以注塑成形和聚氨酯發(fā)泡成形為例，說(shuō)明塑料加工的成形過(guò)程。

1.注塑成形生產(chǎn)線(xiàn)確定注塑成形車(chē)間平面布置時(shí)，除應(yīng)將各工序按圖6.1所示的工藝流程合理配置外，必須考慮模型裝卸、設(shè)備維修、原料運(yùn)入、冷卻水管排列、產(chǎn)品運(yùn)出等問(wèn)題。注塑成形機(jī)，一般可按成形壓力、原料類(lèi)別、產(chǎn)品種類(lèi)區(qū)分，并成套配置，這樣可提高設(shè)備利用率，容易管理，并可節(jié)省工時(shí)，有利于過(guò)程自動(dòng)化。圖6.2為塑料加工生產(chǎn)線(xiàn)平兩布置的一般情況。注塑成形需要多種輔助設(shè)備，在平面布置上應(yīng)考慮下述各點(diǎn)：圖6.2直列式設(shè)備平面布置舉例(1)原料輸送系統(tǒng)

(2)冷卻系統(tǒng)

(3)模型搬運(yùn)系統(tǒng)

2.聚氨酯發(fā)泡成形生產(chǎn)線(xiàn)

聚氨醋發(fā)泡成形法有開(kāi)式(泡沫塑料板坯)和模塑式兩種。(1)板坯法

(2)模塑法

模塑法一般是先將金屬模具放在運(yùn)行著的輸送帶上，在骨架放置和零件安裝之后，注入定量發(fā)泡樹(shù)脂，再經(jīng)過(guò)一定時(shí)間發(fā)泡處理，將成品從模型中取出。圖6.4為汽車(chē)座墊用泡沫塑料的模鑄法平面布置實(shí)例。6.2.3加工設(shè)備本節(jié)簡(jiǎn)要敘述汽車(chē)塑料件主要成形法中的兩種――注塑成形與壓塑成形――所用的加工設(shè)備。

1.注塑成形機(jī)

樹(shù)脂注射方向和模型開(kāi)合方向皆為水平者，稱(chēng)為臥式注塑成形機(jī)，皆為垂直者，稱(chēng)為立式注塑成形機(jī)。臥式成形機(jī)的產(chǎn)品容易取出，可以利用其自重下落，且便于使用起重機(jī)更換模具，用途甚廣。立式成形機(jī)的安裝面積小，但在高度上受廠房建筑限制，很少有大型設(shè)備。(1)柱塞式(圖6.5)為使塑料能被均勻加熱，來(lái)用了魚(yú)雷式分流梭，稱(chēng)為魚(yú)雷分流梭柱塞式注射機(jī)。(2)螺旋送料式(圖6.6)樹(shù)脂在通過(guò)螺旋溝槽過(guò)程中加熱熔化、混煉，并使之可塑化。(3)預(yù)混式(圖6.7)原料可塑化與注射分別在兩個(gè)缸中進(jìn)行，可塑化效率高，注射時(shí)的壓力損失少。模型閉合壓緊裝置大致可分為下列兩種：連桿式：以一組連桿機(jī)構(gòu)和油缸直接結(jié)合，將模型閉合壓緊；油壓滑塊式：以油壓驅(qū)動(dòng)模塑開(kāi)合，具有升壓撞錘式、輔助油缸式、鍵楔閉鎖式等數(shù)種。2.壓塑成形機(jī)模型閉合壓緊機(jī)構(gòu)乃是熱固性樹(shù)脂成形廣泛使用的壓塑成形機(jī)的主要部分，目前普遍采用油缸裝置。這種設(shè)備的投資少，且在較小的模型壓緊噸位作用下，可生產(chǎn)大型塑料件。此外，為了提高生產(chǎn)率，也可采用滑塊式固定成形機(jī)和回轉(zhuǎn)式壓塑成形機(jī)。玻璃纖維增強(qiáng)塑料成形機(jī)屬于壓塑成形機(jī)類(lèi)別，特別為了大型產(chǎn)品，正在研制配有偏心載荷和速度控制裝置的玻璃纖維增強(qiáng)塑料專(zhuān)用壓塑成形機(jī)。6.3零件精度樹(shù)脂零件在其成形過(guò)程中，受到熱與壓力等外部條件作用，將發(fā)生塑料本身的固有收縮和零件形狀與成形條件所引起的收縮。6.3.1起因于成形的變形1.熱的收縮由于零件出模溫度和室溫的差異，因熱膨脹而發(fā)生尺寸變化，其值隨成形溫度與材料的熱膨脹系數(shù)而異。

2.彈性恢復(fù)零件在模膛內(nèi)處于壓應(yīng)力狀態(tài)，出模后因壓力消失而引起尺寸變化，其值隨壓力大小和材料的彈性系數(shù)而異。3.揮發(fā)物質(zhì)的發(fā)散在酚醛樹(shù)脂、三聚氰酰胺樹(shù)脂、尿素樹(shù)脂、尼龍樹(shù)脂等塑料中含有水分等易揮發(fā)物質(zhì)。塑料成形收縮率的一般情況載于表6-3。6.3.2起因于時(shí)效的變形1.應(yīng)力變化成形時(shí)的熱與力能的一部分以?xún)?nèi)應(yīng)力狀態(tài)殘存于零件中，此外，在形狀復(fù)雜的零件內(nèi)，還因壁厚差異導(dǎo)致冷卻、收縮不均勻，也會(huì)形成應(yīng)力。這些應(yīng)力隨停放時(shí)間的延長(zhǎng)，逐漸減弱。2.固化反應(yīng)的進(jìn)行在熱固性樹(shù)脂中發(fā)生的現(xiàn)象，系因成形時(shí)熱或塑化劑的化學(xué)變化尚未完成部分繼續(xù)進(jìn)行固化所致，其情況如圖6.8所示。3.揮發(fā)份的放出成形原料中所含的水分大部保留在成品內(nèi)，由于水分逐漸蒸發(fā)，引起體積收縮。

4.結(jié)晶過(guò)程的進(jìn)行聚乙烯樹(shù)脂、聚丙烯樹(shù)脂、聚酰胺樹(shù)脂等結(jié)晶性樹(shù)脂，如果成形時(shí)結(jié)晶過(guò)程尚未完成，成形后將繼續(xù)進(jìn)行結(jié)晶。6.4塑料成形用模型6.4.1模型設(shè)計(jì)機(jī)械、材料與模型乃是塑料成形的三個(gè)要素。其中，若機(jī)械與材料已經(jīng)預(yù)先確定，可以認(rèn)為，產(chǎn)品質(zhì)量決定于模型。模型設(shè)計(jì)的要點(diǎn)如下：1.尺寸2.產(chǎn)品價(jià)值3.生產(chǎn)周期4.模具壽命5.工藝性6.加工性與精度根據(jù)上述原則設(shè)計(jì)塑料成形模。以下分別敘述壓塑成形模、注塑成形模與擠塑成形模的設(shè)計(jì)構(gòu)造。一般，金屬模由鋼材制成。(1)壓塑成形模

基本情況如圖6.9所示，可分為三種類(lèi)型。一般，廣泛使用半壓入型。(2)注塑成形模

在塑料成形方法中，注塑成形法是用于制造最復(fù)雜產(chǎn)品的一種方法。因此，所用模具的復(fù)雜程度和精度也高。其一般構(gòu)造示于圖6.10。(3)擠塑成形模

直接裝在擠塑機(jī)上。由于背壓和整流需要，其間設(shè)置濾網(wǎng)與遮板，如圖6.11所示。圖6.11擠塑成形模1-缸筒2-螺桿3-濾網(wǎng)4-遮板5-十字架6-模型圖6.9壓塑成形模的三種類(lèi)型a)平壓型b)壓入型c)半壓入型圖6.10壓塑成形模6.4.2模型制造塑料模用料大部分是鋼。如同冷沖模與壓鑄模一樣，模具制造一般以切削加工為主。模具的主要部位――模膛的加工過(guò)程如下：1.模膛加工一般，在靠模銑床上進(jìn)行仿形加工?？捎萌斯げ倏v的小型靠模銑床，也可用大型靠模銑床。此外，所用的特殊加工方法有：冷擠壓制模法、肖氏精密鑄造法、電極沉積鑄造法，電火花加工法等數(shù)種。

2.模膛精加工繼仿形加工后，進(jìn)行模膛精加工的手工作業(yè)，其順序是：碘化硅、氧化錫砂輪磨削，砂紙打磨，油面打磨，橡皮砂輪研磨，金剛石拋光劑研磨、拋光。根據(jù)模膛精度要求，確定最后加工至哪道工序?yàn)橹埂?.5在汽車(chē)中的應(yīng)用及汽車(chē)用塑料的發(fā)展趨勢(shì)6.5.1保險(xiǎn)杠保險(xiǎn)杠是汽車(chē)上較大的外覆蓋件之一，作為一個(gè)獨(dú)立的總成安裝在汽車(chē)上，它對(duì)車(chē)輛的安全防護(hù)、造型效果、空氣動(dòng)力性等有著較大的影響。其作用有兩方面：起保護(hù)作用，當(dāng)汽車(chē)與其他車(chē)輛或障礙物發(fā)生碰撞時(shí)，避免損傷車(chē)身和附件；裝飾作用。因此，國(guó)內(nèi)外十分重視保險(xiǎn)杠的研究。特別是轎車(chē)保險(xiǎn)杠，眾多廠家更是追求造型優(yōu)美、結(jié)構(gòu)獨(dú)特和由不同材料組合而成的新型保險(xiǎn)杠。功能齊全的保險(xiǎn)杠還可為汽車(chē)廠家?guī)?lái)可觀的經(jīng)濟(jì)效益。此外，為了降低成本和油耗，汽車(chē)輕量化要求越來(lái)越高，密度較小、防腐性能更好的塑料材料在汽車(chē)保險(xiǎn)杠上的用量正在逐年遞增。圖6.12為保險(xiǎn)杠的結(jié)構(gòu)示意圖。這種結(jié)構(gòu)形式的保險(xiǎn)杠由橫杠、側(cè)角(有的無(wú)側(cè)角)和托架組成。1.汽車(chē)保險(xiǎn)杠的類(lèi)別

汽車(chē)保險(xiǎn)杠按位置可分為前保險(xiǎn)杠和后保險(xiǎn)杠。按其使用的材料，可分為金屬材料保險(xiǎn)杠和非金屬材料保險(xiǎn)杠。金屬材料保險(xiǎn)杠一般用高強(qiáng)度鋼板沖壓而成。按其功能，可分為非吸能型保險(xiǎn)杠和吸能型保險(xiǎn)杠。(1)非吸能型保險(xiǎn)杠(2)吸能型保險(xiǎn)杠吸能型保險(xiǎn)杠又可分為液壓緩沖型保險(xiǎn)杠和自身吸能型保險(xiǎn)杠。(3)帶安全氣囊型保險(xiǎn)杠表6-4列出常用塑料保險(xiǎn)杠品種及其特性。2.汽車(chē)保險(xiǎn)杠的質(zhì)量要求保險(xiǎn)杠系統(tǒng)是轎車(chē)車(chē)身的重要組成部分。其作用為當(dāng)轎車(chē)與其它車(chē)輛或障礙物發(fā)生碰撞時(shí)能保護(hù)車(chē)身和附件，具體說(shuō)就是保護(hù)翼子板、散熱器、發(fā)動(dòng)機(jī)罩和燈具等部件。輕微事故時(shí)保險(xiǎn)杠系統(tǒng)能吸收沖擊能量，撞后自動(dòng)恢復(fù)原狀，有效地降低了轎車(chē)的修理用。遇上嚴(yán)重的撞車(chē)事故時(shí)，沖擊力經(jīng)保險(xiǎn)橫杠被合理導(dǎo)向分散給整個(gè)車(chē)身，以避免局部區(qū)域變形過(guò)大，保證乘客有足夠的生存空間。轎車(chē)保險(xiǎn)杠的附加功能為裝飾和美化車(chē)身，優(yōu)美的保險(xiǎn)杠造型常能達(dá)到吸引顧客之功效。表6-5列出了汽車(chē)PP保險(xiǎn)杠要求的特性和樹(shù)脂必要特性，表6-6列出了桑塔納轎車(chē)保險(xiǎn)杠專(zhuān)用料的一般技術(shù)要求。汽車(chē)保險(xiǎn)杠是一種表面積較大、形狀復(fù)雜的薄壁大型結(jié)構(gòu)部件，各國(guó)對(duì)汽車(chē)塑料保險(xiǎn)杠均制定了相關(guān)安全技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。因此對(duì)保險(xiǎn)杠材料而言，不僅要求具有優(yōu)異的高、低溫沖擊韌性、剛性、耐老化性、耐熱性、耐寒性，還應(yīng)具有耐汽油、潤(rùn)滑油、油漆等性能。保險(xiǎn)杠用材料的性能要求如下：在較寬的溫度范圍內(nèi)剛性高、抗沖擊性能好；尺寸穩(wěn)定性好；耐溶劑性好；不噴涂的情況下耐候性好；涂裝性好；大型件的成型方便。3.汽車(chē)保險(xiǎn)杠的典型成型工藝在眾多的塑料材料中，PP/EPDM共混料由于其價(jià)格低廉、易加工成型和優(yōu)良的柔韌性而更受到汽車(chē)保險(xiǎn)杠制造廠商的青睞。EPDM是乙烯丙烯一二烯系三元共聚物。PP中添加EPDM主要是改善材料的柔韌性，提高沖擊韌性，尤其是耐低溫沖擊性，同時(shí)對(duì)涂料的附著力也有改善。EPDM一般用冷拼的方法加入，也可用接枝共聚的新方法。EPDM添加量在10％～40％左右。下面簡(jiǎn)單介紹一下汽車(chē)保險(xiǎn)杠的成型方法及工藝。(1)注射成型(2)吹塑成型德國(guó)Hoechst公司供吹塑或注塑模塑用