机械工程专业外文资料翻译

英文原文名《EnglsihfordiemouldDesignandManufacturing》中文译名《模具设计与制造专业英语》文原文版出处：北京大学出版社2006年3月第一版译文成绩：中等指导教师〔导师组长〕签名：译文：1.3弯曲模弯曲是一种最常见的成型操作。我们只需要看看汽车的组件或设备,或在一个回形针，或文件柜——有多少局部是由弯曲成型的。弯曲不仅用于法兰形式,接缝,起皱,还传授局部刚度(通过增加其惯性矩)。弯曲使用的术语如图1-19所示。弯曲过程中,外层纤维材料被拉伸，同时内部纤维收到压缩。由于泊松比，外部区域局部的宽度(弯曲长度L)越小,在内部区域就比原来的宽度更大。简单弯曲手工弯曲线时,需要一个由拇指和手指应用于线自然弯曲。通常一个弯曲的半径是主要使其弯曲的工具。一个支柱可以是固定和弯曲材料的一种工具，就像在管弯曲，线弯曲，pan-brake弯曲(图1-20)，和夹紧垫模具。1.3.2最小弯曲半径随合金及其回火而变化;大多数退火薄金属可以承受的弯曲半径等于材料不开裂的厚度。更多的韧性金属可以很容易地通过一个180º弯曲而弯曲,比方卷边弯曲操作。然而,当板料弯曲,其总长度包括弯曲的长度大于原料。这个长度变化必须经过生产工程师和模具设计师的深思熟虑，因为为了剪切坯料必须剪切坯料的长度。在平焊位置,一块金属板的中性轴和中心线一致。但在弯曲的位置,中性轴已经转移到距离内半径0.33到0.40t的一个位置(图1-21).确定改良型坯料长度的关系如图1-21给出，从半径为r+t/3的象限圆的周长计算中计算中性轴的长度。在开发复杂的局部的长度时,先把它划分成一系列的直线，弯曲和弧。三角法可以用来计算未知的尺寸，但要保持三角形的支架平行维度，因为斜边的弯曲角度和延长支架的长度可以很容易在蓝图尺寸上添加或减少。弯曲的金属的长度可以从以下经验关系计算：AB=2π(IR+kt)360B=弯曲余量(中性轴)A=弯曲角度IR=内弯曲半径t=金属厚度0.33〔IR<2t〕k=0.50〔IR>2t〕1.3.3影响一个弯曲工具的设计和最终工作的各种因素是工具材料的厚度，任何在这个厚度的变化，硬度和回火，弯曲的位置和弯曲程度，纹理方向和可能相互影响几个形状的耦合，因此不可能确定一个最终结果,直到一个工具的调试阶段完成。图1-22显示了一个简单的工具装配要求，位于中间位置的孔和针；这种类型的工具使用直或弯曲的“支架”局部时是平等的。软材料的弯曲很少需要任何程度的调整来抵消V字形的回弹，但对于硬金属来说建议过度弯曲五度。最初冲头和模具都是调试后由85度角和轻微的磨削成正确的角度制成。如果其中一个“支架”的形状如Fig.1-23所示可能会出现工件滑落冲头撞击失效，这可以防止正确的长度被获得,但这往往是没有结果的，这是一个问题,有时必须得到关注。因此，空白必须举行，图1-19显示已经完成的工件上带有长“支架”，最后的工具不用昂贵的生产本钱。倾斜材料意味着调整到VEES与可确保适当的角度通常是一个直角和柱塞第一保持作为空白柱塞下降并退入冲头进一步运动发生。由于施加的压力，弯曲外表的局部淬火是可取的。第2章塑料模具2.1简介塑料的处理涉及的固体〔有时液体〕聚合树脂的转化，这是在随机的形式〔如粉末，颗粒，小珠〕，以特定的形状，尺寸和特性的固体塑料产品。这是通过一个变换处理，挤出，成型，压延，涂布，热成形装置来实现，等等的方法，为了到达上述目的，一般包括以下操作：固体输送，压缩，加热，熔融，混合，成型，冷却，凝固，和整理。显然，这些操作并不一定发生在序列中，其中许多同时发生。成形是必需的，以赋予该材料所需的几何形状和尺寸。它涉及粘弹性变形和热传递，其通常与从熔融的产物固化相关的组合。成形包括：〔1〕两维操作，如模具成型，压延和涂层，和〔2〕的三维模制和成形的操作。二维过程是任一连续的，稳定状态的类型〔例如薄膜和片材挤出，电线涂层，纸和纸涂布，压延，纤维纺丝，管道和型材挤出等〕或间歇如在挤出的相关联的情况下间歇挤出吹塑。通常，模制操作是间歇性的，并且因此，它们趋向于涉及非稳态条件。热成型，真空成型，和类似的过程可被视为二次成形的操作，因为它们通常涉及的已成形的形式的整形。在某些情况下，象吹塑，该方法涉及主要整形〔型坯形成〕和二次成形〔型坯膨胀〕。整形操作包括同时或交错的流体流动和传热。在二维工序，凝固通常遵循整形处理，而固化和成形倾向于同时发生在模具内部中的三维处理。流动状态，这取决于材料，设备和加工条件的性质，通常涉及的剪切，拉伸带封闭〔包含〕或自由外表流动的组合，并一起使挤压流动。热机械历史期间流动和凝固的结果在微结构〔形态学，微晶，和取向distri-butions〕的开展中所制造的物品所经历的聚合物。制品的最终性质密切相关的微观结构。因此，该工艺和产品质量的控制必须基于树脂性能，设备的设计，操作条件，热机械历史，微观结构，并最终产品特性之间的相互作用的理解。2.2塑料的性质塑料是从由某些积木式分子的链状附着构造大分子制成的有机材料。塑料的性能很大程度上依赖于该分子的大小和在分子内的原子排列。例如，聚乙烯由乙烯结构单元是最初的气体制成。通过这个过程被称为聚合，链乙烯分子是由乙烯分子内的碳原子的化合价键合而形成的。高分子量产物，将其结果称为聚合物。因此，在指定的聚乙烯被用于从气态的对应，乙烯，这是成为聚合的单体区分的高分子量塑料制成。该“聚”是指“多”乙烯结构单元分子或单体，它们结合形成的聚乙烯塑料分子。频繁，“树脂”一词时，可互换使用的“聚合物”描述一种塑料材料的骨架分子。然而，“树脂”有时用于描述天然和合成树脂的浆状液体。塑料，在成品形式中，很少由专门的聚合物，但也包括其它成分如填料，颜料，稳定剂，和加工助剂。但是，塑料材料或模塑化合物的指定总是取自聚合物指定。从广义上讲塑料可以被分成两类：热塑性塑料和热固性塑料。因为温度对它们的性能影响材料类因此而得名。热固性热固性塑料是这是在他们的原始状态相对无用的聚合物。当加热到一定温度的化学反响发生，导致分子键合在一起或交联。硫化和聚合或固化之后，热固性材料保持稳定并且不能返回到其原始状态。因此，“热定形”标识成为其从加热所得的可用状态设置的那些材料。通常，热固性聚合物与填料和增强剂混合，得到的成型化合物的属性。热固性是所有塑料最难和硬的，是固化后的化学不溶性，并且它们的性质较少受到温度变化的比是热敏感的热塑性塑料。最近的非塑料同行热固性塑料的性质是陶瓷。的热固性塑料常见的例子有：酚醛树脂，三聚氰胺，脲，醇酸树脂和环氧树脂。从这些聚合物树脂总是制成模塑化合物包含额外的填料和增强剂，以获得最正确的性能。热塑性热塑性聚合物是热敏感材料，这些材料的固体在室温下，像大多数金属。在加热时，所述热塑性塑料开始软化并最终到达其熔点，并成为液体。允许的热塑性冷却到低于其熔点导致再固化的塑料的或冻结。连续加热和冷却循环引起的熔化冻结周期只是因为它为金属的重复。该热塑性塑料熔融的事实的根底是其加工成成品部件。热塑性塑料可以通过这会导致软化的材料的熔化或任何方法来进行处理。使用熔化的热塑性加工技术的例子是：注塑，挤出，旋转铸造和压延。其中取软化低于熔点的优点的制造方法是：热成型〔真空或压力〕，吹塑，和锻造。当然，正常的金属切削技术也可以应用到热塑性塑料中的固体状态。热塑性塑料的常见的例子是：聚乙烯，聚苯乙烯，聚氯乙烯〔PVC〕，尼龙〔聚酰胺〕。填料塑料制品往往含有其他添加物质称为填料。填料被用来增加膨松并帮助赋予所需性质。含有填料的塑料会固化更快和保持接近既定成品尺寸，由于塑性收缩将减少。木粉是通用和最常用的填料。全棉工装，从棉短绒生产，增加了机械强度。对于较高的强度和耐冲击，棉布切碎成段的1/2英寸的正方形可以与塑料进行处理。石棉纤维可以用作填料，增加热和耐火性，以及云母，用于模制塑料部件具有优异的介电特性。玻璃纤维，硅，纤维素，粘土，或简单地说面粉也可使用。果壳粉来代替，其中一个更好的完成需要木粉。使用短纤维填料的塑料部件将导致更低的本钱，而那些具有更大的冲击强度的长纤维填料是更昂贵。其它材料，不限定为填充剂，如染料，颜料，润滑剂，促进剂，和增塑剂也可以参加。增塑剂参加到软化和改善塑料的模塑性。填料和改性剂参加并与原始塑料混合它被模制或形成之前。塑料属性常规属性选择的塑料材料的问题是，发现具有适宜特性的材料由预定的效劳的角度来看，形成和制造，以及本钱的方法。新的和改良的塑料材料具有几乎任何所需的特性正在不断推出。有塑料不需要具有较低的温度下具有更大的灵活性，并且是在较高温度下稳定的增塑剂。一些抗蚀剂水，酸，油和其他破坏性物质。广泛使用的塑料证明了自己的价值;然而，当把一个新的材料或适应旧材料到新的应用程序时的根本限制应予以考虑。温度的影响塑料是在高温下倾向于刚性和脆性在低温下，并且柔软性和弹性。压根不稳定尺寸相对于温度，并很容易受到失真和当经受升高的温度下流动。的热塑性塑料是特别敏感，而热固性塑料是更耐磨，但不同的，仅在程度。热固性和热塑性树脂的热稳定性之间的区别并不明确。一个真正的区别，可以得出只有个别塑料之间，而不是类塑料之间。高温不仅严重降低塑料的力学性能，同时也加快外部代理，他们是敏感的破坏性行动。连续加热也可以通过增塑剂挥发引起脆性和收缩大量增塑材料。在与不同的塑料中提出的应用接触使用一种塑料应在可能的“的增塑剂迁移”的光首先进行检查，有时会导致变色或的塑料1的硬化。在一般情况下，中等温度所需要的存储的塑料在长时间内;低的温度下进行，以防止，因为大多数的塑料的低温脆性的，并且由于迅速丧失机械性能，增塑剂的挥发，和大量变形的易感性的高温应该防止。湿度的影响塑料，只有少数例外，对水的影响非常敏感。高湿度环境中引起吸水率多样所得效果，这取决于塑料的组合物和制剂应。增加的水含量塑化一些材料，并有一个普通的降低的机械性能。吸水率是负责在某些塑料和少数人的最终分解肿胀。潮湿的环境中可以提取从大量塑化材料的增塑剂，也能提供有利条件真菌的生长。近年来，然而，新的塑料已开始使用具有一流耐湿性和可含有水无限期而同时抵抗其它影响。极枯燥的环境中可能会导致脆化在某些塑料如失水的结果，通常有助于它们的可塑性。循环干湿环境更破坏性塑料比连续暴露在因为肿胀和水分的吸收和水分排放萎缩引起的，在塑料机械应力恒湿。相对恒定的，中度至低湿度是优选的，因为水的结构以及这些材料的特性，以及增塑剂损失的萃取和真菌侵袭在潮湿环境中的可能性的不利影响为塑料储存。光的影响长时间暴露在阳光下会产生不利影响的所有与除四氟乙烯〔聚四氟乙烯〕塑料。引起的紫外线成分的变化可以在种类和严重程度而异，从轻微变黄完成崩解作为聚合化合物或增塑剂的化学降解的结果。强度，延展性降低，并增加了脆弱性损失通常伴随着这样的行动。许多塑料都含有“紫外线抑制剂”的时候这种影响是存在应采用特殊的配方提供。应防止暴露在储存过程中塑料在阳光下，特别是当透明材料的透明度是要保持不变。重量作为家庭，相对于金属塑料是光。大多数塑料具有1.35和1.45之间的比重，这是小于镁。电阻率塑料具有优异的电阻率使它们有广泛的应用作为绝缘材料。在高频应用中，塑料是特别有利的，因此，在很大程度上被用来在雷达和电视领域。隔热塑料具有低的热传导，因此，有应用作为绝缘材料。特别是，它们被用作把手用具和进行加热的工具。制造从生产角度看塑料的主要特征是区分成型。无论热固性和热塑性材料借给自己塑造不规那么的和复杂的形状相对短的固化周期。塑料可通过使用各种水泥，化学溶剂，和机械紧固件接合。热封的，它平行有些金属的焊接过程中，被广泛用于接合光的热塑性薄膜。在这种情况下，介电加热，通常使用的技术。摩擦的附着力已经有中度的应用也是在小型热塑性部件的接合。塑料可以加工与常规机床。然而，某些考前须知应行使。为了保持良好的光洁度，冷却剂的一个重流应该使用，以防止温度下会扭曲的工作。在一些热固性层压板〔玻璃等〕，习惯高速钢刀具经不起鉴于层压材料的研磨作用。在这里，无论是碳化钨或陶瓷切削工具必须被使用。氧的影响有机塑料几乎都是受到氧化时，暴露于大气中。的过程是由高温和光加速;但是，在很长一段时间，氧化变质可以发生在室温下。氧化性能主要取决于塑料及其复合的化学性质。与在其分子结构的双键的最大数量的材料一般将是最敏感的氧化。泛黄和强度和延展性的逐渐丧失是氧化过程的主要结果。氧化不是在存储大幅度的问题，因为在刚性塑料是温和的条件下氧化变质而抗性。加载的影响在适度条件下，共同的热塑性材料都受到畸变和流动时显著加载。这样的塑料不能期望保持机械稳定性时经受应力长时间高度;尤其这是真的时，他们也被暴露于相当高的温度。热塑性塑料应，但是，MA-intain本身相当好时不受加载或当经受仅中等负载。最近，填料，诸如玻璃棉，已被添加到热塑性塑料，以进一步改善此属性。热固性塑料的负载比稳定，因为其结构的热塑性塑料，并在其配方中包含填料。在层叠形式，他们提供的失真和抗蠕变阻力。当不受到机械应力它们可以被认为是高度稳定的。然而这些材料可能遭受长期蠕变，特别是当保持在更高的温度下时。热塑性类型不应受到存储时加载；并且，只要有可能，应力承载热固性模塑制品或层压材料的装载，应去除或减少。化学稳定性塑料，在一般情况下，具有的固有稳定性的高度相对于化学变质。在许多情况下，这种稳定性可通过配混过程中参加适当的稳定剂来强化。尽管是从一种塑料到另一个巨大的差异，一般声明可以由有可用于抗蚀剂几乎任何商用化学的塑料。2.3注塑模具注塑注塑主要用于生产热塑性塑料零件，它也是最古老的一个。目前注射成型占所有塑料树脂消费量的30％。典型注射成型产品是杯，容器，壳体，工具手柄，旋钮，电和通信组件〔如接收机〕，玩具，和管道配件。 聚合物熔体具有非常高的粘度，由于其高的分子量;它们不能直接在重力作用下的流动倒入模具如金属罐，但必须被迫在高压下的模具中。因此而金属铸件的机械性能主要由传热从模具壁的速率，这就决定了颗粒尺寸和晶粒取向在最终浇铸，以注射注射熔体的过程中成型的高压产生剪切测定力是在该材料的最终的分子取向的首要原因。因此最终产品的机械性能受注入条件和模具内的冷却条件两者。注射成型已应用于热塑性塑料和热固性塑料，发泡部件和已被修改，得到反响注塑成型〔RIM〕方法，其中的热固性树脂体系的两种成分同时注入和在模具内迅速聚合。大多数注射成型热塑性塑料然而进行的，并且在下面的讨论在这样角线精矿。一个典型的注塑周期或顺序分为五个阶段〔见图2-1〕：〔1〕注射或充模;〔2〕包装或压缩;〔3〕控股;〔4〕冷却;〔5〕局部弹出。塑料颗粒〔或粉末〕被装入进料斗，并通过注射压缸在那里它们被结转由旋转螺杆中的开口。螺杆的转动迫使下对气缸的受热壁高压使它们熔化粒料。加热温度范围从265至500°F。随着压力的增大，旋转螺杆向后用力，直到有足够的塑料已累计进行拍摄。在注射金属模〔或螺钉〕迫使熔融的塑料从筒，通过喷嘴，浇道和流道系统，并最终进入模腔。在注入期间，模腔容积填充。当塑料接触冷模具外表，其固化〔冻结〕迅速以产生皮肤层。由于芯保持在熔融状态下，塑料流经芯来完成模具填充。典型地，该空腔被注入期间填充到95％〜98％。然后在模塑过程切换到保压阶段。即使在型腔充满时，熔融塑料开始冷却。由于冷却塑料收缩或收缩，它会引起诸如凹痕，空隙，和尺寸稳定性的缺陷。为了补偿收缩，除了塑料被压入空腔中。一旦该空腔填充，压力施加到熔体防止熔融塑料从后面流出通过栅极腔内。压力必须施加直到栅极固化。该过程可以分为两个步骤〔包装和保持〕，或者可以在一个步骤中〔保持或第二级〕所涵盖。期间填料，熔融被迫进入空腔由填充压力补偿收缩。与保持，压力只是防止逆流的聚合物熔体。保持阶段结束后，在冷却阶段开始。期间冷却后，将局部在模具中指定的期间保持。冷却阶段的持续时间主要取决于材料特性和部件的厚度。典型地，该局部的温度必须冷却到低于材料的喷射温度。同时冷却部件，机器塑料熔化为下一个循环。聚合物经受剪切作用以及能量从加热器频带的状况。一旦拍摄而成，塑化停止。这应该冷却阶段结束前立即发生。然后将模具翻开，一局部被排出。英文原文：1.3BendingDiesBendingisoneofthemostcommonformingoperations.Wemerelyhavetolookatthecomponentsinanautomobileoranappliance—oratapapercliporafilecabinet—toappreciatehowmanypartsareshapedbybending.Bendingisusednotonlytoformflanges,seams,andcorrugationsbutalsotoimpartstiffnesstothepart(byincreasingitsmomentofinertia).TheterminologyusedinbendingisshowninFig.1-19.Inbending,theouterfibersofthematerialareintension,whiletheinnerfibersareincompression.BecauseofthePoisson’sratio,thewidthofthepart(bendlength,L)intheouterregionissmaller,andintheinnerregionitislarger,thantheoriginalwidth.SimpleBendsWhenawireisbentbyhand,ittakesanaturalbendwhichisgovernedbytheshapeofthethumbandfingerandtheforcesappliedtothewire.Usuallywhenabendismadeitsradiusisgovernedprincipallybythetoolsmakingthebend.Onelegmaybeclampedinstationaryjawsandaformtoolbendsthematerial,asintubebending,wirebending,pan-brakebending(Fig.1-20),anddieswithclampingpads.BendingAllowanceTheminimumbendradiusvarieswiththealloyanditstemper;mostannealedsheetmetalscanbesubjectedtoabendwhichhasaradiusequaltothestockthicknesswithoutcracking.Themoreductilemetalscaneasilybebentbackthrougha180ºbend,asinahemmingoperation.However,whensheetmetalisbent,thetotallengthincludingthebendisgreaterthantheoriginalstock.Thischangeinlengthmustbeconsideredbytheproductionengineeranddiedesignerbecausethelengthoftheshearedstockmustbeknowninordertoshearthestock.Intheflatposition,theneutralaxisofapieceofsheetmetalcoincideswithitscenterline.Butinabentposition,theneutralaxishasshiftedtoaposition0.33to0.40tfromtheinnerradius(Fig.1-21).ArelationshipfordeterminingthelengthofthedevelopedblankisgivenbelowinFig.1-21,wherethelengthoftheneutralaxisiscalculatedfromthecircumferenceofthequad-rantofacirclewitharadiusofr+t/3.Whendevelopingthelengthofacomplexpart,firstdivideitintoaseriesofstraightsections,bends,andarcs.Trigonometrycanbeusedtocalculateunknowndimensions,butkeepthelegsofthetriangleparalleltothedimensionlines,becausethehypotenuseisthenthebendangleandtilelengthofthelegscaneasilybeaddedtoorsubtractedfromtheblueprintdimensions.Thelengthofthebentmetalcanbecalculatedfromthefollowingempiricalrelationship:AB=2π(IR+kt)360whereB=bendallowance,in(alongtheneutralaxis)A=bendangleIR=insideradiusofbend,int=metalthickness,in0.33〔IR<2t〕k=0.50〔IR>2t〕BendingToolThevariousfactorsthatcaninfluenceboththedesignandultimateworkingofabendingtoolarethethicknessofthematerial,anyvariationinthisthickness,itshardnessandtemper,thepositionandseverityofthebend,thegraindirectionandthecouplingtogetherofperhapsseveralshapeswitheachaffectingtheother,somakingitimpossibletodetermineafinalresultuntilthetryoutstageofatooliscompleted.Fig.1-22showsasimpletoolset-uprequiringadie,punchandpinsasalocationmedium;thistypeoftoolisusedwhenthestraightportionsor“legs”ofabendareequal.Thebendingofsoftmaterialsseldomrequiresanydegreeofadjustmenttotheveetocounteractspringback,butoverbendingbyfivedegreesissuggestedforhardermetals.Initiallyboththepunchanddiearemadeto85degreesangleandaslightgrindingoperationwillcorrecttheangleaftertryout.Ifoneofthe“legs”takestheshapeshowninFig.1-23complicationscanariseasworkpieceswilltendtoslideasthepunchstrikestheblank.Thispreventsthecorrectlengthbeingobtainedandalthoughthisoftenisofnoconsequence,itisaproblemthatonoccasionsmustreceiveattention.Theblankmust,therefore,beheldandFig.1-19showsaworkpiecewithlong“legs”wherethisisaccomplishedyetthefinaltoolisnotexpensivetoproduce.Tiltingthematerialmeansthattheadjustmenttotheveesispossibletoensurethattheappropriateangleusuallyaright-angleandtheplungerfirstholdstheblankastheramdescendsandrecedesintothepunchasfurthermovementoccurs.Becauseofthepressureexerted,localhardeningofthecurvedsurfaceisadvisable.Chapter2PlasticsMolds2.1IntroductionTheprocessingofplasticsinvolvesthetransformationofasolid(sometimesliquid)polymericresin,whichisinarandomform(e.g.powder,pellets,beads),toasolidplasticsproductofspecifiedshape,dimensions,andproperties.Thisisachievedbymeansofatransformationprocess,extrusion,molding,calendering,coating,thermoforming,etc.Theprocess,inordertoachievetheaboveobjective,usuallyinvolvesthefollowingoperations:solidtransport,compression,heating,melting,mixing,shaping,cooling,solidification,andfinishing.Obviously,theseoperationsdonotnecessarilyoccurinsequence,andmanyofthemtakeplacesimultaneously.Shapingisrequiredinordertoimparttothematerialthedesiredgeometryanddimensions.Itinvolvescombinationsofviscoelasticdeformationsandheattransfer,whicharegenerallyassociatedwithsolidificationoftheproductfromthemelt.Shapingincludes:(1)two-dimensionaloperations,e.g.dieforming,calenderingandcoating,and(2)three-dimensionalmoldingandformingoperations.Two-dimensionalprocessesareeitherofthecontinuous,steadystatetype(e.g.filmandsheetextrusion,wirecoating,paperandsheetcoating,calendering,fiberspinning,pipeandprofileextrusion,etc.)orintermittentasinthecaseofextrusionsassociatedwithintermittentextrusionblowmolding.Generally,moldingoperationsareintermittent,and,thus,theytendtoinvolveunsteadystateconditions.Thermoforming,vacuumforming,andsimilarprocessesmaybeconsideredassecondaryshapingoperations,sincetheyusuallyinvolvethereshapingofanalreadyshapedform.Insomecases,likeblowmolding,theprocessinvolvesprimaryshaping(parisonformation)andsecondaryshaping(parisoninflation).Shapingoperationsinvolvesimultaneousorstaggeredfluidflowandheattransfer.Intwo-dimensionalprocesses,solidificationusuallyfollowstheshapingprocess,whereassolidificationandshapingtendtotakeplacesimultaneouslyinsidethemoldinthreedimensionalprocesses.Flowregimes,dependingonthenatureofthematerial,theequipment,andtheprocessingconditions,usuallyinvolvecombinationsofshear,extensional,andsqueezingflowsinconjunc-tionwithenclosed(contained)orfreesurfaceflows.Thethermo-mechanicalhistoryexperiencedbythepolymerduringflowandsolidificationresultsinthedevelopmentofmicrostructure(morphology,crystallite,andorientationdistri-butions)inthemanufacturedarticle.Theultimatepropertiesofthearticlearecloselyrelatedtothemicrostructure.Therefore,thecontroloftheprocessandproductqualitymustbebasedonanunderstandingoftheinteractionsbetweenresinproperties,equipmentdesign,operatingconditions,thermo-mechanicalhistory,microstructure,andultimateproductproperties.2.2ThePropertiesofPlasticsPlasticsareorganicmaterialsmadefromlargemoleculesthatareconstructedbyachain-likeattachmentofcertainbuilding-blockmolecules.Thepropertiesoftheplasticdependheavilyonthesizeofthemoleculeandonthearrangementoftheatomswithinthemolecule.Forexample,polyethyleneismadefromtheethylenebuildingblockthatisinitiallyagas.Throughaprocesscalledpolymerization,achainofethylenemoleculesisformedbyvalencebondingofthecarbonatomswithintheethylenemolecule.Thehighmolecularweightproductwhichresultsiscalledapolymer.Hence,thedesignationpolyethyleneisusedtodistinguishthehigh-molecular-weightplasticfromitsgaseouscounterpart,ethylene,whichisthemonomerthatbecomespolymerized.The“poly”referstothe“many”ethylenebuildingblockmoleculesormonomers,whichjointoformthepolyethyleneplasticmolecule.Frequently,theterm“resin”isused,interchangeablywith“polymer”todescribethebackbonemoleculeofaplasticmaterial.However,“resin”issometimesusedtodescribeasyrupyliquidofbothnaturalandsyntheticresin.Plastics,inthefinishedproductform,areseldomcomprisedexclusivelyofpolymerbutalsoincludeotheringredientssuchasfillers,pigments,stabilizers,andprocessingaids.However,designationoftheplasticmaterialormoldingcompoundisalwaystakenfromthepolymerdesignation.Broadlyspeakingplasticsmaybedividedintotwocategories:thermoplasticsandthermosetplastics.Theclassesofmaterialsaresonamedbecauseoftheeffectoftemperatureontheirproperties.ThermosetsThermosetplasticsarepolymerswhicharerelativelyuselessintheirrawstates.Uponheatingtoacertaintemperatureachemicalreactiontakesplacewhichcausesthemoleculestobondtogetherorcross-link.Aftervulcanizationandpolymerization,orcuring,thethermosetmaterialremainsstableandcannotreturntoitsoriginalstate.Thus,“thermo-set”identifiesthosematerialsthatbecomesetintheiruseablestateresultingfromtheadditionofheat.Normally,athermosetpolymerismixedwithfillersandreinforcingagentstoobtainthepropertiesofamoldingcompound.Thermosetsarethehardestandstiffestofallplastics,arechemicallyinsolubleaftercuring,andtheirpropertiesarelessaffectedbychangesintemperaturethanaretheheat-sensitivethermoplastics.Theclosestnon-plasticcounterpartstothermosetsinpropertiesareceramics.Commonexamplesofthermosetplasticsare:phenolics,melamine,urea,alkyds,andepoxies.Moldingcompoundsmadefromthesepolymericresinsalwayscontainadditionalfillersandreinforcingagentstoobtainoptimumproperties.ThermoplasticsThermoplasticpolymersareheat-sensitivematerialswhicharesolidsatroomtemperature,likemostmetals.Uponheating,thethermoplasticsbegintosoftenandeventuallyreachameltingpointandbecomeliquid.Allowingathermoplastictocoolbelowitsmeltingpointcausesresolidificationorfreezingoftheplastic.Successiveheatingandcoolingcyclescauserepetitionofthemelting-freezingcyclejustasitdoesformetals.Thefactthatthermoplasticsmeltisthebasisfortheirprocessingintofinishedparts.Thermoplasticsmaybeprocessedbyanymethodwhichcausessofteningormeltingofthematerial.Examplesofthermoplasticfabricationtechniquesusingmeltingare:injectionmolding,extrusion,rotationalcasting,andcalendering.Fabricationmethodswhichtakeadvantageofsofteningbelowthemeltingpointare:thermoforming(vacuumorpressure),blowmolding,andforging.Ofcourse,normalmetal-cuttingtechniquescanalsobeappliedtothermoplasticsinthesolidstate.Commonexamplesofthermoplasticsare:polyethylene,polystyrene,polyvinylchloride(PVC),andnylon(polyamide).FillersPlasticsoftencontainotheraddedmaterialscalledfillers.Fillersareemployedtoincreasebulkandtohelpimpartdesiredproperties.Plasticscontainingfillerswillcurefasterandholdclosertoestablishedfinisheddimensions,sincetheplasticshrinkagewillbereduced.Woodflouristhegeneral-purposeandmostcommonlyusedfiller.Cottonfrock,producedfromcottonlinters,increasesmechanicalstrength.Forhigherstrengthandresistancetoimpact,cottonclothchoppedintosectionsabout1/2-inchsquarecanbeprocessedwiththeplastic.Asbestosfibermaybeusedasafillerforincreasedheatandfireresistance,andmicaisusedformoldingplasticpartswithsuperiordielectriccharacteristics.Glassfibers,silicon,cellulose,clay,ornutshellflourmayalsobeused.Nutshellflourisusedinsteadofwoodflourwhereabetterfinishisdesired.Plasticpartsusingshortfiberfillerswillresultinlowercosts,whilethosewithlongfiberfillershavinggreaterimpactstrengthsaremoreexpensive.Othermaterials,notdefinedasfillers,suchasdyes,pigments,lubricants,accelerators,andplasticizersmayalsobeadded.Plasticizersareaddedtosoftenandimprovethemoldabilityofplastics.Fillerandmodifyingagentsareaddedandmixedwiththerawplasticbeforeitismoldedorformed.2.2.4PropertiesofPlastics1.GeneralPropertiesTheproblemofselectingplasticmaterialsisthatoffindingthematerialwithsuitablepropertiesfromthestandpointofintendedservice,methodsofformingandfabricating,andcost.Newandimprovedplasticmaterialspossessingalmostanydesiredcharacteristicarebeingintroducedcontinually.Thereareplasticsthatdonotrequireplasticizersthathavegreaterflexibilityunderlowertemperatures,andarestableunderhighertemperatures.Someresistwater,acids,oils,andotherdestructivematter.Thewideuseofplasticstestifiestotheirvalue;however,fundamentallimitationsshouldbeconsideredwhenapplyinganewmaterialoradaptinganoldmaterialtonewapplications.2.EffectsofTemperaturePlasticsareinclinedtowardrigidityandbrittlenessatlowtemperatures,andsoftnessandflexibilityathightemperatures.Theyarefundamentallyunstabledimensionallywithrespecttotemperature,andaresusceptibletodistortionandflowwhensubjectedtoelevatedtemperatures.Thethermoplasticsareparticularlysusceptible,whilethethermosettingplasticsaremuchmoreresistant,differing,however,onlyindegree.Thedistinctionbetweenthethermalstabilityofthethermosettingandthermoplasticresinsisnotwelldefined.Atruedistinctioncanbedrawnonlybetweenindividualplastics,ratherthanbetweenclassesofplastics.Hightemperaturesnotonlyseriouslyreducethemechanicalpropertiesofplastics,butalsoacceleratethedestructiveactionofexternalagentstowhichtheyaresensitive.Continuousheatingalsomayinducebrittlenessandshrinkageinheavilyplasticizedmaterialsbyvolatilizationofplasticizers.Theuseofoneplasticincontactwithadissimilarplasticinaproposedapplicationshouldbecheckedfirstinthelightofpossible“migrationofplasticizer”,sometimesresultingindiscolorationorhardeningofoneoftheplastics.Ingeneral,moderatetemperaturesarerequiredforstorageofplasticsoverlongperiods;lowtemperaturesaretobeavoidedbecauseofthelow-temperaturebrittlenessofmostoftheplastics,andhightemperaturesshouldbeavoidedbecauseoftherapidlossofmechanicalproperties,volatilizationofplasticizers,andthesusceptibilityofalargenumbertodistortion.3.EffectsofHumidityPlastics,withonlyafewexceptions,areextremelysensitivetotheeffectsofwater.High-humidityatmospheresinducewaterabsorptionandvariedresultingeffects,dependinguponthecompositionandformulationoftheplastics.Increasedwatercontentplasticizessomematerials,andthereisageneralloweringofthemechanicalproperties.Waterabsorptionisresponsibleforswellingincertainplasticsandtheultimatedecompositionofafew.Moistorwetatmospheresmayextractplasticizersfromheavilyplasticizedmaterialsandalsoprovideconditionsfavorabletofungalgrowth.Inrecentyears,however,newplasticshavecomeintousethathavefirst-classmoistureresistanceandmaycontainwaterindefinitelywhileresistingotherinfluencesatthesametime.Extremelydryenvironmentsmaycausebrittlenessincertainplasticsasaresultoflossofwaterthatnormallycontributestotheirplasticity.Cyclicwetanddryatmospheresaremoredestructivetoplasticsthancontinuousexposureatconstanthumiditybecauseofthemechanicalstressesinducedintheplasticsbyswellingandshrinkingwithmoistureabsorptionandmoistureemission.Relativelyconstant,moderatetolowhumiditiesarepreferredforplasticstoragebecauseoftheadverseeffectsofwateronthestructureandpropertiesofthesematerials,andthepossibilityofplasticizerlossbyextractionandfungalattackinmoistatmospheres.4.EffectsofLightProlongedexposuretosunlightwillaffectadverselyallplasticswithexceptionoftetrafluoroethylene(Teflon).Thechangeinducedbytheultravioletcomponentsmayvaryinkindandseverityfromslightyellowingtocompletedisintegrationasaresultofthechemicaldegradationofthepolymericcompoundorplasticizers.Lossofstrength,reducedductility,andincreasedfragilityusuallyaccompanysuchaction.Manyplasticsareofferedinspecialformulationscontaining“ultravioletinhibitors”whichshouldbeutilizedwhenthisinfluenceispresent.Exposureofplasticstosunlightduringstorageshouldbeavoided,especiallywhenthetransparencyofclearmaterialsistobepreserved.5.WeightAsafamily,plasticsarelightwhencomparedtometals.Mostplasticshaveaspecificgravitybetween1.35and1.45,whichislessthanthatofmagnesium.6.ElectricalResistivityPlasticshaveexcellentelectricalresistivitymakingthemhavewideapplicationasaninsulatingmaterial.Inthehigh-frequencyapplications,plasticsareparticularlyadvantageousand,consequently,arebeingusedtoalargeextentinthefieldsofradarandtelevision.7.HeatInsulationPlasticshavelowheatconductionand,consequently,haveapplicationasaninsulatingmaterial.Inparticular,theyareusedashandlesforappliancesandtoolssubjectedtoheat.8.FabricationTheprincipalcharacteristicofplasticsfromfabricationstandpointiscaseofmolding.Boththermosettingandthermoplasticmaterialslendthemselvestomoldingirregularandcomplexshapeswithrelativelyshortcuringcycles.Plasticsmaybejoinedbyusingvariouscements,chemicalsolvents,andmechanicalfasteners.Heat-sealing,whichparallelssomewhattheweldingprocessofmetals,isusedextensivelyinjoininglightthermoplasticfilms.Insuchcases,dielectricheatingisthetechniqueusuallyused.Frictionadhesionhashadmoderateapplicationalsointhejoiningofsmallthermoplasticparts.Plasticscanbemachinedwithconventionalmachinetools.However,certaincautionsshouldbeexercised.Inordertomaintainagoodfinish,aheavyflowofcoolantshouldbeusedsoastoavoidtemperaturesthatwilldistortthework.Insomethermosettinglaminates(glass,forexample),thecustomaryhigh-speedsteeltoolwillnotstandupinviewoftheabrasiveactionofthelaminatingmaterial.Here,eithertungstencarbideorceramiccuttingtoolsmustbeused.9.EffectsofOxygenOrganicplasticsarenearlyallsubjecttooxidationwhenexposedtotheatmosphere.Theprocessisacceleratedbyhightemperaturesandlight;but,overlongperiodsoftime,oxidativedeteriorationmaytakeplaceatroomtemperature.Oxidationsusceptibilitydependslargelyuponthechemicalnatureoftheplasticanditscompounding.Materialswiththegreatestnumberofdoublebondsintheirmolecularstructurewillgenerallybethemostsensitivetooxidation.Yellowingandagraduallossofstrengthandductilityaretheprincipalresultsofoxidativeprocesses.Oxidationisnotaproblemofgreatmagnitudeinstorage,sincetherigidplasticsareratherresistanttooxidativedeteriorationundermoderateconditions.10.EffectsofLoadingUndermoderateconditionsthecommonthermoplasticmaterialsaresubjecttodistortionandflowwhensignificantlyloaded.Suchplasticscannotbeexpectedtomaintainahighdegreeofmechanicalstabilityoverextendedperiodswhensubjectedtostress;especiallyisthistruewhentheyarealsoexposedtorelativelyhightemperatures.Thethermoplasticsshould,however,ma-intainthemselvesfairlywellwhennotsubjecttoloadorwhensubjectedtoonlymoderateload.Recently,fillers,suchasglasswool,havebeenaddedtothermoplasticstofurtherimprovethisproperty.Thethermosettingplastics