注射机与注射成型工艺注射机与注射成型工艺.docx
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注射机与注射成型工艺注射机与注射成型工艺
注射机与注射成型工艺
注射机基本结构与技术参数
热塑性塑料的工艺性能
注射工艺工艺过程
成型前的准备
注射过程
制品的后处理
注射工艺的影响因素
温度的影响
压力的影响
注射成形周期和注射速度
常用塑料及其注射工艺
一般可将注射机分为：
注射装置、合模装置、液压传动和
电器控制
1-机身2-电动机及液压泵3-注射液压缸4-齿轮箱4-齿轮传动电动机
6-料斗7-螺杆8-加热器9-机筒10-喷嘴11-定模安装板12-注射模13-拉杆
14-动模安装板15-合模机构16-合模油缸17-螺杆传动齿轮18-螺杆花链19-油箱
注射装置
主要作用是使固态的塑料颗粒均匀地塑化呈熔融状态，并以足够
的压力和速度将塑料熔体注入到闭合的模具型腔中
合模装置
作用有三点：
第一是实现模具的开闭动作；第二是在成形时提供
足够的夹紧力使模具锁紧；第三是开模时推出模内制品
液压传动和电器控制系统
是保证注射成形按照预定的工艺要求（压力、速度、时间、温
度）和动作程序准确进行而设置的
液压传动系统是注射机的动力系统，而电器控制系统则是各个动
力液压缸完成开启、闭合和注射、推出等动作的控制系统
按外形特征分类
立式注射机
卧式注射机
直角式注射机
按塑料在料筒中的塑化方式分类
注塞式注射机
螺杆式注射机
注射装置和定模板设置在设备的上部，而锁模装置、动模
板、推出机构均设置在设备的下部
优点是设备占地面积小，模具装拆方便；安装嵌件和活动
型芯简便可靠
缺点是不易自动操作，只适用于小注射量的场合，一般注
射量为10~60g
注射装置和定模板在设备的一侧，而锁模装置、动模板和
推出机构在另一侧
优点是机体较矮、易操作。
制品推出后能自动落下，便于
实现自动化操作
缺点是设备占地面积大，模具安装比较麻烦
注射装置为直立布置，锁模、顶出机构以及动、定模板按
卧式排列，两者互成直角
适用于中心部分不允许留有浇口痕迹的塑料制品
缺点是加料比较困难，嵌件或活动型芯安放不便，只适用
于小注射量的场合，注射量一般为20~45g
柱塞在料筒内仅作往复运动
注射量不宜过大，一般为30~60g
分流梭的作用：
将料筒内流经该处的
塑料分成薄层，使塑
料分流，以加快热传
递。
同时塑料熔体分
流后，流速增加，剪
切速率加大，剪切发
热使塑料温度升高、
粘度下降，塑料得到
进一步混合和塑化。
1-注射模2-喷嘴3-料筒
4-分流梭5-料斗6-注射柱塞
螺杆既可旋转又可前后移动
作用是送料、压实、塑化与传压
塑料塑化、混合效果比柱塞式好
1-喷嘴2-料筒3-螺杆4-料斗
塑料制品从模具中取出后发生尺寸收缩的特性称为塑料的
收缩性
塑料制品的收缩不仅与塑料本身的热胀冷缩性质有关，而
且还与模具结构及成形工艺条件等因素有关
通常所指的塑料的收缩性实际上是指塑料制品的成形收缩
性能
塑料成形收缩的大小可用塑料制品的实际收缩率S实表征:
Sab100%
实
b
a为成形温度时的制品尺寸；b为常温时的制品尺寸
由于成形温度时的制品尺寸无法测量，因此采用常温时的
型腔尺寸c取代
cb
S计100%
b
S计为塑料制品的计算收缩率
对于收缩率范围较小的塑料品种，可按收缩率的范围取中
间值，此值称为平均收缩率
对于收缩率范围较大的塑料品种，应根据制品的形状，特
别是根据制品的壁厚来确定收缩率，对于壁厚者取上限
（大值），对于壁薄者取下限（下值）
制品各部分尺寸的收缩率不尽相同，应根据实际情况加以
选择
对于收缩量很大的塑料，可利用现有的或者材料供应部门
提供的计算收缩率的图表来确定收缩率
塑料的流动性是比较塑料成形加工难易的一项指标。
与粘度一样，塑料的流动性不仅依赖于成形条件，而且还依赖于
聚合物的性质。
塑料的流动性一般可根据聚合物的相对分子质量、熔融指数、阿
基米德螺旋线长度、表观粘度以及流动比（流程长度/制品壁厚）
等一系列指标进行衡量。
相对分子质量小、熔融指数高、螺旋线长度长、表观粘度小、流
动比大则流动性好。
塑料的流动性也随成形工艺条件的改变而变化
熔体成形温度高则流动性好（塑料品种不同对温度的敏感程度也
不同）、注射压力大流动性好
模具结构也会影响流动性的大小
流动性好：
聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、尼龙、醋酸纤维
素等
流动性中等：
有机玻璃、聚甲醛、改性聚苯乙烯（ABS、
AS、HIPS）以及氯化聚醚等
流动性差：
聚碳酸酯、硬聚氯乙烯、聚砜、聚芳砜、聚苯
醚等
在注射成形时结晶形塑料有如下特点：
结晶形塑料必须要加热至熔点温度以上才能达到软化状态
制品在模具内冷却时，结晶形塑料要比无定形塑料放出更多的热
量
结晶形塑料的成形收缩率大，达到0.5%~3.0%，而无定形塑料的
成形收缩率一般为0.4%~0.6%
结晶形塑料的结晶度与冷却速度密切相关，所以在结晶形塑料成
形时应按要求控制好模具的温度
结晶形塑料各向异性显著，内应力大
热敏性：
是指某些塑料（如硬聚氯乙烯、聚甲醛等）对热
较为敏感，物料温度升高易发生变色和降解的倾向。
成形
时必须严格控制成形温度、模具温度、加热时间
水敏性：
是指某些塑料（如聚碳酸酯等）即使只含有少量
水分，在高温和高压下也容易分解。
因此，在成形前必须
加热干燥
应力敏感性：
是指某些塑料对应力敏感，成形时质脆易开
裂。
除了成形时加入添加剂提高抗裂性外，还应合理地设
计制品和模具，选择有利的成形条件，以减少内应力
粒度：
是指塑料粒料的细度和均匀度。
根据技术要求，各
种塑料应有一定的技术指标
热性能指标：
指塑料的比热容、导热系数、热变形温度等
注射成形工艺过程主要包括以下三个过程
成形前的准备
注射过程
塑件后处理
为了使注射成形生产顺利进行和保证制品质量，生产前需
要进行
原料预处理，对塑料原料进行外观检验，必要时应对塑料的工艺
性能进行测试；对容易吸湿的塑料，成形前应进行充分的干燥
对注射机的料筒进行清洗或拆换
预热嵌件，以减小塑料熔体与金属嵌件之间的温度差
选择脱模剂，对模具进行预热等一系列准备工作
塑料在注射机料筒内加热，塑化达到流动状态后，由模具
的浇注系统进入模具的型腔，其注射过程可分为充型，压
实，保压，倒流和冷却五个阶段
熔体经由流道充模
vi-螺杆速度pi-注射压力
A-计量室流道B-喷嘴流道C-主流道
D-分流道E-浇口F-型腔
注射过程及压力变化
注射成形是一个间歇过程，因而需要充模准备期，也称螺
杆的空载期，相当于t0到tA这段时间
螺杆在t0时刻开始前进，由于流过喷嘴与浇注系统需要一
定的时间，故在tA时刻前熔体尚未进入模腔。
由于熔体高
速通过截面很小的喷嘴和流道时受到很大的流动阻力并产
生大量的剪切摩擦热，故在这一时期结束时物料温度明显
升高而作用在螺杆上和喷嘴内的压力均迅速升高
这一时期从tA时刻开始，至熔体到达模腔末端的时刻tB结
束。
在这一时期螺杆继续快速前进，直至熔体完全充满
充模时间很短，模具对熔体的冷却不显著，且高速熔体在
模腔内流动时有剪切摩擦热产生，故充模结束时物料温度
有一定升高，达到成形周期内的最高值。
在模腔未充满之
前，熔体流动的阻力不大，故模腔内的压力仍比较低，但
作用在螺杆上的压力和喷嘴内的压力均上升到最高值
充模结束时物料温度达到成形周期内的最高值
这一时期从tB时刻开始，至螺杆到达其行程的最大位置的
时刻tC结束
在此之前模腔虽已被充满，但由于此时喷嘴内的压力远高
于模腔内的压力，故进入这一时期后仍有少量熔体被挤进
模腔，使模腔内熔体密度增大而压力急剧升高，压实期结
束时模腔内压力达到整个成形周期内的最高值。
因受到低
温模具的冷却，物料温度在这一时期开始下降
压实期结束时模腔内压力达到成形周期内的最高值
这一时期从tC时刻开始，到螺杆开始退回的时刻tD结束
压实期结束后螺杆并不立即退回，而需要在最大前进位置
继续保持一段时间，在此期间作用在螺杆上的压力和喷嘴
内的压力保持最大值不变，而由于模具的冷却作用使模腔
内料温下降和体积收缩，体积收缩又导致模腔内压力下降
和流道内熔体缓慢地流进模腔
这一时期从tD时刻开始，到浇口内熔体凝固的时刻tE结束
保压结束后，螺杆开始后退，作用在其上的压力消失，喷
嘴和流道内的压力迅速下降，模腔内的压力会高于流道内
的压力，若浇口内的熔体仍能流动，少量熔体就会从模腔
倒流入流道并导致模腔内的压力迅速降低。
随着模腔内压
力下降，倒流速度减慢，熔体对浇口的加热作用减小，温
度迅速下降，到tE时刻浇口凝固，倒流停止
这一时期从tE时刻开始，到模具开始开启的时刻tF结束
这一时期虽然外部作用的压力已经消失，但模腔内仍可能
保持一定的压力，随冷却过程的进行这一时期内物料温度
和压力逐渐下降，通常在启模时模腔内仍可能残留一定的
压力
原因：
由于成形过程中塑料熔体在温度和压力作用下的流
动行为非常复杂，再加上流动前塑化不均以及充模后冷却
速度不同，从而导致制品内产生不同的结晶、取向和收缩
应力，脱模后除了引起时效变形外，还会使制品的力学性
能、光学性能及表观质量变坏，严重时还会开裂
定义：
为了消除塑件内的残余应力而对塑件所采取的处理
方法叫塑件后处理
主要包括退火和调湿处理
适用：
除聚酰胺以外的各类塑料
退火方法：
将制件在一定温度的加热液体介质或热空气循
环烘箱中静置一段时间，制件内虽有内应力，但可以缓慢
自消，或制件的使用要求不严格时，可以不必进行退火处
理。
退火后应使制品缓冷至室温
退火温度：
高于实际使用温度10~20℃，或低于塑料热变
形温度10~20℃为宜
退火时间：
根据塑料品种及塑件厚度而定，一般取4~24h
退火处理的实质是松弛聚合物中冻结的分子链、消除内应
力以及提高结晶度、稳定结晶结构
适用：
吸湿性很强，且又容易氧化的聚酰胺类塑料
调湿处理：
一种调整制件含水量的后处理工序，是将刚脱
模的制件放在热水中进行处理。
调湿处理能在加热和保温
条件下消除残余应力，还能促使制件在加热介质中达到吸
湿平衡，防止制件在使用过程中发生尺寸变化，改善与提
高制件的抗冲、抗张、韧性等性能
加热介质：
一般为沸水或醋酸钾溶液（沸点为12l℃），加热
温度一般为100~120℃。
热变形温度高的取上限，低的取
下限。
保温时间与制件厚度有关，通常为2~9小时
注意事项：
凡退火或调湿的塑件，在达到所需温度和时间
以后，一定要缓慢降温至室温。
如果突然冷却或冷却速度
太快，则塑件内部又会产生新的内应力
温度的影响
料温
模具温度
压力的影响
塑化压力
注射压力
模腔压力
注射成形周期和注射速度
塑料的加工温度是由注射机料筒来控制的。
料筒温度的正
确选择关系到塑料的塑化质量，其原则是能保证顺利地注
射成形而又不引起塑料局部降解
通常料筒末端最高温度应高于塑料的流动温度，但低于塑
料的分解温度，在生产中除了要严格控制注射机料筒的最
高温度外，还应控制塑料熔体在料筒中的停留时间
在注射成形中模具温度是由冷却
介质（一般为水）控制的，它决
定了塑料熔体的冷却速度
模温低，冷却速度快，但不利于
成形；模温高，制品质量好，但
生产率下降
对于结晶型塑料，升高模具温度
能提高制品的密度或结晶度
塑化压力又称背压，是指注射机螺
杆顶部的熔体在螺杆转动后退时所
受到的压力
注射压力是指注射时在螺杆头部产
生的熔体压强
型腔压力是指注射压力经过注射机
喷嘴、模具流道和浇口的压力损失
后在模具型腔内产生的熔体压强
在注射过程中压力与温度是相互制
约的。
料温高则所需压力低，料温
低则所需压力高。
因此，只有在适
当的压力和温度的组合下才会获得
满意的结果
完成一次注射成形所需的时间称为注射成形周期
它包括加料、预塑、充模、保压、冷却时间以及开模、脱
模，闭模及辅助作业等时间
保压时间
冷却时间
在整个注射成形周期中，注射速度和冷却时间对制品的性
能有着决定性的影响
注射速度主要影响熔体在型腔内的流
动行为，随着注射速度的增大，熔体
流速增加，剪切作用加强，温度因剪
切发热而升高，粘度降低，所以有利
于充模。
但是注射速度增大，可能使
熔体从层流状态变为湍流，严重时会
引起熔体在模内喷射而造成模内空气
无法排出，这部分空气在高压下被压
缩迅速升温，会引起制品局部烧焦或
分解
在实际生产中，注射速度通常是经过
试验来确定的。
一般先以低压慢速注
射，然后根据制品的成形情况而调整
注射速度
现代的注射机已实现了多级注射技术，即在一个注射过程
中，当注射机螺杆推动熔体注入模具时可以根据不同的需
要实现在不同位置上有不同注射速度和不同的注射压力等
工艺参数的控制
一致的MFV（熔体前沿速度）注射曲线可使制品的纤维
取向趋于一致，从而减小流动导致的残余应力
多级注射工艺应根据不同品种的塑料和不同的制品进行拟
定和选择
PE，聚乙烯
PP，聚丙烯
PS，聚苯乙烯
ABS，丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物
PA，聚酰胺，俗称尼龙
聚乙烯由乙烯聚合而成，而乙烯是炼制石油时的主要副产
品。
由于原料来源充沛，制造过程简单，目前它的产量已
居世界塑料工业的首位
由于乙烯聚合时的压力不同，聚乙烯又分高压聚乙烯、中
压聚乙烯和低压聚乙烯
用高压法得到的聚乙烯密度低，质地软，熔点也较低，外
观为半透明乳白色，常用来制造薄膜、日常用品。
而低压
聚乙烯和中压聚乙烯密度高，机械强度高，刚性大，熔点
也较高，外观为不透明乳白色，常用来制造容器及工业配
件。
聚乙烯化学性质稳定、无毒、无味、应用十分广泛
1.工艺特性
聚乙烯熔体属非牛顿型流体、结晶型聚合物，有较为明显的熔
点，熔点随密度的增大而升高，结晶度随温度的上升而下降
热氧化性能较差，在与氧接触的情况下，温度超过50℃便有氧化
的倾向，氧化后色泽变黄，力学性能下降，聚乙烯粒料中通常都
添加有适量的抗氧化剂
吸水性较低（＜0.01%），成形前可以不进行干燥处理
收缩率大且方向性明显，制品易翘曲变形
注射压力对聚乙烯熔体流动性的影响比料筒温度对流动性的影响
明显
2.成形工艺
一般情况下，低密度聚乙烯成形时料简温度在160~220℃之间，
高密度聚乙烯在108~240℃之间
聚乙烯熔体的流动性较好，一般注射压力可在60~80MPa之间选
择
由于聚乙烯熔体在高剪切速率下存在熔体破裂的倾向，成形时宜
选用中等注射速度
低密度聚乙烯成形时模具温度为35~55℃，高密度聚乙烯为60~
70℃，模具温度的高低对聚乙烯制品的质量有较大影响
聚乙烯成形时保压时间在10~30s之间，具体时间的选择取决于浇
口，制品形状与壁厚
聚丙烯由丙烯聚合而成，有质轻、价廉、无毒，无味等特点，而且还
具有耐腐蚀、耐温、机械强度高等优点，在医药、食品、化工及日常
生活中都有着广泛的用途。
聚丙烯成形收缩率高，耐老化性及抗低温
性差。
但是，通过改性技术（如共聚，共混、加入添加剂等）可克服
其缺点，扩大使用范围
1.工艺特点
聚丙烯为结晶型聚合物，其结晶度可达50~70%，有十分明显的熔点
164~170℃
热稳定性较好，与氧接触的情况下在260℃左右开始变黄，分解温度可达
300℃以上
流动性比聚乙烯好
成形收缩率较大，并具有各向异性
聚丙烯的折叠性能十分突出，常用来制作各种绞链制品
2.成形工艺
一般情况下聚丙烯的料筒温度在200~270℃之间
在成形时常选用较高的注射压力，以便改善其成形收缩
模温的变化对其性能有较大影响，一般模具温度约为30~60℃
聚苯乙烯由苯乙烯聚合而成，而苯乙烯则由苯和乙烯制成。
聚苯乙烯是发现
最早、研究较完善的一类塑料。
聚苯乙烯具有多种应用性能：
价廉、容易着
色、透明、吸湿性低、电绝缘性能好、加工性能优良，被广泛用于电子，化
学、冷冻工业以及日常用品等各个方面。
聚苯乙烯的主要缺点是脆性和耐热
性差，为了改进这些缺点，发展了聚苯乙烯的改性品种
1.工艺特性
PS属于无定形聚合物，没有明显熔点，熔融温度范围较宽且热稳定性较好。
加热
后约在95℃左右开始软化，120~180℃之间成为流体，300℃以上分解
熔体黏度适中，流动性较好，易于成形
在成形过程中可以通过提高料筒温度或提高注射压力来改善流动性
制品中内应力大
2.成形工艺
料筒温度范围较宽，约为180~215℃。
较高的成形温度有利于提高透明度
注射压力可在60~150MPa较宽的范围内选取
为了提高制品的透明度，减小制品的内应力，应尽可能采用较低的注射速度
模温约在50~60℃左右
ABS是由丙烯腈、丁二烯和苯乙烯组成的共聚物。
ABS的
综合性能好，如冲击强度高、尺寸稳定、易于成形，耐腐
蚀、耐热等，并有良好的耐寒性，在零下40℃低温时仍有
一定的机械强度。
在ABS中，丁二烯可以提高塑料的弹性
和冲击韧度，所以丁二烯含量愈高，塑料的抗冲击韧度愈
大，苯乙烯可以保持塑料的优良电绝缘性能和成形加工性
能，丙烯腈可以提高塑料的耐热和耐腐蚀性能。
在ABS中
这三种单体的含量可以根据不同的要求任意改变
ASB良好的综合性能决定了它应用的广泛性，目前ABS已
广泛地用于制造汽车、飞机、电冰箱、电视机等的零件
1.工艺特性
ABS属于无定形聚合物，无明显熔点，热稳定性较好，成形温度可选择范
围较大
ABS黏度适中，流动性比聚苯乙烯、尼龙等要差，但是比硬聚氯乙烯、聚
碳酸酯等要好
流动性对注射压力的变化比对温度的变化稍敏感
ABS在成形加工之前，大都要作干燥处理
2.成形工艺
注射温度在160~320℃之间
对于薄壁、长流程、小浇口制品，注射压力可达130~150MPa，而厚壁、
大浇口制品只需70~100MPa即可
为了获得内应力较小的制品，保压压力不宜过高，一般60~70MPa
注射速度以中、低速为宜
模具温度在60℃左右
聚酰胺又称尼龙，是目前工业中应用十分广泛的塑料。
尼龙的种类很
多，如尼龙6、66、610、1010等
尼龙不仅具有优良的韧性、自润滑性、耐磨性、耐化学性、耐油性，
还具有无毒、着色容易的优点，因此上广泛用作各种机械、仪器、交
通运输、仪表、化工的零部件，以及医疗卫生和各种日用品的材料
1.工艺特性
尼龙有着从空气中吸收水分的倾向，吸水的程度因品种不同而有差异
除透明尼龙外，尼龙类塑料大都为结晶型聚合物，结晶度一般在20~30%
之间
尼龙的流动性好，温度与压力对其流动性都有明显的影响，在成形过程
中应严格控制成形工艺参数，以防溢料或物料阻塞
熔融状态下的尼龙的热稳定性比聚苯乙烯，聚丙烯要差得多，在成形时
应避免熔体加热时间过长
尼龙的成形收缩率较大
2.成形工艺
注射温度必须高于熔点，如尼龙6的最低注射温度为225℃，尼经
66为260℃。
由于尼龙的热稳定性较差，注射温度也不宜过高
尼龙大多数品种的注射压力均不超过120MPa，一般注射压力为
60~100MPa
对尼龙而言，注射速度以较快为宜，以防止制品出现充模不足、
波纹等弊病
模具温度的选择应根据制品的性能要求以及制品壁厚情况来确定
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