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高分子材料與工程虛擬仿真實驗教學項目——注塑機

在日常生活中,你可能會經常問到,各種形狀的塑料制品是怎么做出來的呢?
豐富多彩的塑料制品(圖源自網絡)

所謂的塑料(plastic),即可塑性材料,升溫后材料變軟,此時可以對其進行塑形;降溫后材料變硬,此時材料具有一定的力學強度和使用價值。

塑料成型方法分很多種,如果成型的物件的截面是均一的形狀,那就會用到擠出成型,就像擠牙膏一樣,不僅僅是管道、線材等簡單普通的形狀,也包括門窗等一些形狀比較奇怪的異型材:

擠出成型常見制品(圖源自網絡)

生活中很多塑料制品需要用模具來對材料進行定型,就像小時候玩的橡皮泥,把橡皮泥放在模具中,給以壓力,則會得到很漂亮的藝術品(注:橡皮泥主要成分為液體石蠟,常溫即呈軟態,不需加熱即可定型,力學性能差,不屬我們討論的高分子材料范疇,但相似)。塑料也一樣,將塑料原料熔融后變成流體,給以壓力使其充滿整個模具(模腔),然后冷卻定型,這樣就會得到和形狀模具匹配的產品。

注射成型是熱塑性塑料成型中應用最為廣泛的一種成型方法,最常用的設備是注塑機。注塑機能加熱塑料原料,對熔融態的塑料施加壓力,使其射出而充滿模具型腔。注塑機主要由注射系統、注塑模具和鎖模系統三大部分組成。

 

軟件簡介

軟件目的

面向高分子材料專業學生及專業操作人員,對注塑機設備進行學習,了解注射成型基本工藝原理、操作及參數控制,以滿足教學、科研和生產需要。

兩種操作模式:

注塑機軟件分為演示模式和操作模式兩種實習模式。演示模式下可自動模擬注射成型每一步的操作,學員只需點擊步驟即可學習每一步操作;操作模式下,給出具體操作步驟,學員可點擊相應開關或按鈕對設備進行實際操作。

軟件界面

軟件知識點里有豐富有趣的原理、工藝動畫,學生可通過對設備進行可視化拆解,了解設備的運行原理、工藝流程等,加深學生對注射成型這一成型工藝的了解。

 

 

 

 

 

 

注塑機工藝示意圖

工藝參數

學生可通過交互操作,對注射量(位置)、注射速度、注射壓力三個因素對制品的影響進行研究性學習:注射四段和保壓段,在何種工藝條件下,產品會產生欠料缺料、飛邊溢料等瑕疵。由此可引導學生進行工藝參數的調整,以滿足各種生產需求。

 

 

 

注塑機操作

01 選擇模具

02 設置注塑機參數

03 加料

04 注射

05 射退

06 脫模

在操作模式下,操作錯誤后會有可愛的提示:

并且是記錄成績的哦。如果你能順利完成本次實驗,那么恭喜你已經熟練掌握了注塑機的基本操作哦(?ω?)

生產實例(舉個栗子

我們使用軟件中的碗模具舉個簡單的栗子:塑料碗的生產需要模具對其成型,并且模具設計時需要做到可以使碗各方向均勻地凹進去(即需陽模和陰模)。

我們可選用食用級聚丙烯(Polypropylene,簡稱PP)材料制作,這種材料成本低、易成型、且無味無毒、耐高溫、韌性好,熔點165℃,在155℃左右軟化,使用溫度范圍為-30~140℃,是非常優秀且應用廣泛的材料。并且聚丙烯是唯一可以放進微波爐里安全加熱的塑料!

我們將聚丙烯顆粒狀原料(可配合其他助劑)倒入料斗,物料在柱塞的推動下進入料筒,在料筒內加熱,并被螺桿充分擠壓塑化,使熔體塑化均勻,這時材料呈流體狀未定型。然后通過一定壓力經過噴嘴噴出到模具內,模具的模腔內壓力上升,當熔體充滿模腔后,冷卻定型,然后脫模。這樣我們用的碗就做好了。

如果我們想要有各種顏色的碗怎么辦?——可以在原料里加一些著色劑,使塑料和顏料混合均勻充分分散,做成色母粒,然后成型,就可以擁有各種顏色的碗了。

如果我們想要像陶瓷一樣的漂亮的碗,最好是blingbling反光的(?ω?),但是我手殘,經常打碎東西怎么辦呢?(事兒真多,但這可難不倒材料工程師)——可以使用仿瓷餐具,即密胺樹脂(如圖)。密胺餐具有輕巧、美觀、能耐低溫、不易碎等特點,被廣泛用于餐飲業。但是這種材料怕高溫,不能裝高溫的液體,不能火烤,不能放進微波爐。因為其單體為甲醛和三聚氰胺(是不是聞之色變呢),不過也不用怕,由這兩種單體聚合成的合格的密胺樹脂餐具在非過熱的條件下在一定時間范圍內使用是非常安全的。(注:魚和熊掌不可兼得,若可兼得,則需注意兼得條件)

(密胺樹脂餐具,圖源自網絡)


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