第四章 注射成型工艺.docx

第四章 注射成型工艺.docx

《第四章 注射成型工艺.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第四章 注射成型工艺.docx（9页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

第四章注射成型工艺

第二篇注射成型工艺及模具第四章注射成型工艺第一节热塑性塑料的工艺性能第二节注射机的基本结构及规格第三节注射成型原理及其工艺过程第四节注射成型工艺条件的选择与控制第五节几种常用塑料的注射成型特点第六节典型注射制件的工艺条件与各种塑料的注射工艺参数

注射成型特点:

（1成型周期短，能一次成型形状复杂、尺寸精确、带有金属嵌件或非金属嵌件的塑料制件；（2生产率高，易实现自动化生产；（3除氟塑料以外，热塑性塑料都可以采用注射成型；（4模具结构复杂，生产成本高，不适合单件生产。

主要技术任务如何根据设备条件和塑料原料，正确制定注射成型工艺规程以及合理设计注射模具，以保证生产能够正常进行，并具有较低的生产成本和较高的经济效益。

第一节热塑性塑料的工艺性能一塑料的成型收缩塑料制件从模具中取出发生尺寸收缩的特性称为塑料的收缩性。

a−b×100%S实＝ba:

成型温度时制件尺寸，b：

常温时制件尺寸S表示塑件的实际收缩率实

由于成型温度时的制件尺寸无法测量，因此常用常温时的型腔尺寸取代。

c−bS计＝×100%bC:

常温时型腔尺寸。

S计：

塑件的计算收缩率C=b（1+S计）S计见表4-1,4-2

具体分析时对于收缩率范围较小的塑料，取中间值，称平均收缩率对于收缩率范围较大的塑料，应根据制件的形状，特别时制件厚度来选，壁厚者选大值，壁薄者选小值。

制件各部分尺寸的收缩率不尽相同，应根据实际情况加以选择。

二塑料的流动性相对分子量小，熔融指数高，螺旋线长度长，表观粘度小，流动比好（流动长度/制品厚度）则流动性好。

流动性好的有：

尼龙，聚乙烯，聚苯乙烯，聚丙烯，醋酸纤维流动性一般的有：

ABS，有机玻璃，聚甲醛，聚氯醚流动性差的有：

聚碳酸酯，硬聚氯乙稀，聚苯醚，聚砜，氟塑料等。

①②③

熔融指数的含义在规定条件下，一定时间内挤出的热塑性物料的量，也即熔体每10min通过标准口模毛细管的质量，用MFR表示，单位为g/10min。

熔体流动速率可表征热塑性塑料在熔融状态下的粘流特性，对保证热塑性塑料及其制品的质量，对调整生产工艺，都有重要的指导意义。

近年来，熔体流动速率从“质量”的概念上，又引伸到“体积”的概念上，即增加了熔体体积流动速率。

其定义为：

熔体每10min通过标准口模毛细管的体积，用MVR表示，单位为cm3/10min。

从体积的角度出发，对表征热塑性塑料在熔融状态下的粘流特性，对调整生产工艺，又提供了一个科学的指导参数。

对于原先的熔体流动速率，则明确地称其为熔体质量流动速率，仍记为MFR。

三塑料的结晶性四塑料的其他工艺性能包括热敏性，水敏性，应力敏感性，吸湿性，粒度以及塑料的各种热性能指标。

粒度：

指塑料粒料的细度和均匀度。

第二节注射机的基本结构及规格

注射机成型过程原理演示

根据注射机的工作过程，一般可将注射机分为以下几个部分：

1.注射装置注射装置的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型腔中。

包括：

料斗，料筒，加热器，计量装置，螺杆及其驱动装置，喷嘴等部件。

2.锁模装置锁模装置的作用：

（1）实现模具的开闭动作；

（2）成型时提供足够的夹紧力使模具锁紧；（3）开模时推出模内制件。

3.液压传动和电器控制

注射模与注射机注射机是注射成型的设备，其选用是否合理，直接影响模具结构的设计，因此在进行模具设计时，必须对所选用注射机的相关技术参数进行全面的校核。

1注射机的分类卧式注射机按外形分立式注射机角式注射机多模注射机

图5-16注射机示意图

（1卧式注射机使用最广泛，注射装置和合模装置的轴线呈一线并水平排列。

其便于操纵和维修，稳定，成型后塑件推出后可利用其自重自动落下，易实现全自动操作。

缺点：

模具安装困难。

（2立式注射机注射装置与合模装置的轴线呈一线并与水平方向垂直排列。

占地面积小，模具拆装方便，安放嵌件便利。

缺点：

塑件顶出后取件困难，不易实现自动化生产，机器稳定性差，注射量在60cm3以下。

（3角式注射机注射装置和合模装置的轴线相互垂直排列。

其优点介于卧、立两种注射机之间，注射量在45cm3以下。

熔料沿着模具的分型面进入型腔，由于开合模机构是纯机械传动，因此无法准确可靠地注射和保持压力及锁模力，模具受冲击和震动较大。

（4多模注射机多工位操作的特殊注射机。

按塑化方式分1柱塞式注射机2螺杆式注射机

注射成型机型号规格的表示法注射量注射机型号表示方法合模力注射量和合模力（1注射量表示法利用注射机的注射容量来表示注射机的规格，即注射机以标准螺杆注射时的80%理论注射量表示。

常用卧式注射机型号：

XS-ZY-30、XS-ZY-60等。

XS-塑料成型机械；Z-注射成型；Y-螺杆式；30、60-最大注射量（cm3或g。

（2合模力表示法利用注射机最大合模力（KN来表示注射机规格。

特点：

该种方法简单、直观，不会受其他取值的影响，可直接反映出注射机成型面积的大小，但不能反应注射量的大小。

（3合模力与注射量的表示法该方法为国际通用的表示法，即用注射量为分子，合模力为分母表示设备的规格。

如XZ-63/50型注射机。

X-塑料机械；Z-注射机；63-注射容量63cm3；50-合模力为50×10KN我国采用注射量表示，如XS-ZY-125。

第三节注射成型原理及其工艺过程塑料成型的基本原理就是利用塑料的可挤压性和可模塑性，首先将松散的粒料或粉状成型物料从注射机的料斗送入高温的机筒内加热熔融塑化，使之成为黏流状熔体，然后在柱塞或螺杆的高压推动下，以很大的流速通过机筒前端的喷嘴注射进入温度较低的闭合模具中，经过一段保压冷却定型时间后，开启模具便从模腔中脱出具有一定形状和尺寸的塑料制件。

（动画2

注射成型原理颗粒、粉状塑料注射机料筒加热熔融充模冷却固化塑件图4-1注射成型原理图

2注射成型工艺原料的检验、染色和干燥成型前准备嵌件预热料筒清理模具清理注射过程退火成型后处理调湿

1.成型前的准备原料检验质量体积流动性水分及挥发物含量收缩率原料染色烘箱干燥热板干燥高频干燥原料干燥嵌件预热料筒清理模具清理红外线干燥

2.注射过程原料检验预处理装入料斗嵌件清理、预热清理料筒清理模具涂脱模剂合模注射保压冷却脱模预塑化装入嵌件塑件后处理

（1加料注射过程为一间歇过程，需定量加料，以保证操作稳定和塑料塑化的均匀，获得良好的的塑件。

①一次加料量过多，塑料受热时间过长，易引起物料的热降解，同时注射机的功率损耗多。

②加料过少，料筒内缺少传压介质，型腔中塑料熔体压力降低，易引起塑件出现收缩、凹陷和充填不足等缺陷。

（2塑化塑料在料筒中加热，由固体颗粒转变为具有良好的可塑性粘流态的过程。

影响因素：

塑料受热、塑料受剪切作用。

必要条件：

温度剪切：

以机械力的方式强化混合和塑化过程。

螺杆式注射机对塑料的塑化效果比柱塞式注射机好。

（3注射注射可分为充模、保压、倒流、浇口冻结后的冷却和脱模等几个阶段。

1充模塑化好的熔体被柱塞或螺杆推挤至料筒的前端，经喷嘴及模具浇注系统进入并充满型腔的过程。

2保压：

熔体在模具中冷却收缩时，继续保持施压状态的柱塞或螺杆迫使浇口附近的熔体不断补充入模具中，使型腔中的塑料能成型出形状完整而致密的塑件。

3倒流保压结束后，柱塞或螺杆后退，解除对型腔中熔体的施压。

此时型腔中的压力比浇口前方的高，若浇口未冻结，型腔中的熔体通过浇口流向浇注的现象。

影响：

塑件收缩、变形、质地疏松等缺陷。

4浇口冻结后的冷却浇口冻结后，继续保压不起作用，因此可卸除柱塞或螺杆对料筒内塑料熔体的压力，此时可通入冷却水、油等对模具进一步冷却。

5脱模塑件冷却到一定的温度即可开模，在推出机构作用下将塑件推出模外。

3.塑件的后处理目的：

消除塑件内存在的应力，改善塑件的性能和提高尺寸的稳定性。

退火：

放在一定温度的红外线或循环热风烘箱、液体介质中（热水、热矿物油，液体石蜡等）一段时间，再缓慢冷却。

目的：

消除由于塑件在料筒内塑化不均匀或在型腔中冷却速度不同而在塑件内部产生的应力。

退火的温度：

高于使用温度10～20℃，低于热变形温度10～20℃。

注意事项：

（1退火时间取决于塑料品种、加热介质温度、塑件的形状和成型条件。

（2退火处理后冷却速度不能太快，以免重新产生应力。

调湿：

将刚从模具中脱出的塑件放在热水中（100～120℃，隔绝空气，进行防氧化处理，达到吸湿平衡。

调湿后缓冷至室温。

目的：

使制件颜色、性能及尺寸得到稳定。

塑料：

聚酰胺类塑件

4.3注射成型工艺参数注射成型工艺参数：

温度压力时间（成型周期）

1.温度注射成型过程中需要控制的温度有料筒温度、喷嘴温度和模具温度。

料筒、喷嘴温度：

影响塑料的塑化和流动。

模具温度：

影响塑件的流动和冷却定型。

（1料筒温度①在θf（θm~θd之间，保证塑料熔体正常流动，不发生变质分解；②平均相对分子质量偏高、温度分布较窄的塑料，选择较高的料筒温度；注射压力低，壁厚较小时，选择较高的料筒温度。

影响：

①温度太高，塑料易产生低分子化合物和分解气体，塑料表面变色，产生气泡、银丝，导致性能下降；还会使模腔中塑料内外冷却不一致，塑件易产生应力和凹陷；料温高，流动性好，易产生溢料、溢边等缺陷。

②温度太低，熔体流动性差，易产生熔接痕、充填不足、波纹等缺陷。

同时塑料冷却时易产生应力，塑件易变形或开裂。

注意事项：

①料筒温度分布采用前高后低的原则，喷嘴处温度最高，料筒后端温度比前端、中段温度低5-10℃。

②注射同一种塑料，螺杆式注射机比柱塞式料筒温度低10-20℃。

③为防止降解，必须控制塑料熔体在料筒内的滞留时间。

（2喷嘴温度略低于料筒最高温度：

防止熔料在喷嘴处产生“流涎”现象；但温度也不能太低，否则易堵塞喷嘴，或流入模腔，导致成品缺陷。

（3模具温度作用：

影响熔体充模流动能力、塑件的冷却速度和成型后塑件的性能。

影响因素：

塑料的分子结构特点、塑件的结构及性能要求和其他成型工艺条件等。

影响：

①提高模温，可改善熔体再模具型腔内的流动性、增加塑件的密度和结晶度、减小充模压力和塑件中的应力。

延长冷却时间，降低冷却速度、易产生粘模现象、增加收缩率和翘曲变形，降低生产率。

②降低模温，缩短冷却时间，提高生产率。

模温过低，熔体流动性差、塑件产生较大的应力和明显的熔接痕。

可降低表面粗糙度，提高塑件质量。

控制模温的方法：

（1采用定温的冷却装置或制冷装置来降低模温；（2采用加热装置来提高模温。

合理的模具温度：

低于塑料的玻璃化温度或工业上常用的热变形温度。

模温选择原则：

①对于高粘度塑料，由于流动性差和充模能力弱，为获得致密组织结构，必须采用较高的模温。

粘度小的塑料，可采用较低的模温，缩短冷却时间，提高生产效率。

②壁厚大的塑件，充模和冷却时间长，温度过低易使塑件内部产生真空泡和较大的应力，不宜采用较低的温度。

③在满足注射过程要求温度下，采用尽可能地的模温，以加快冷却速度，缩短冷却时间。

2.压力压力包括塑化压力、注射压力和保压力。

（1塑化压力又称背压（螺杆头部熔体在螺杆转动所受到的压力），由液压系统溢流阀调整大小。

影响因素：

螺杆的设计、塑件的质量要求以及塑料的种类。

①若螺杆转速等不变，增加塑化压力，可提高熔体温度，使熔体的温度均匀、色料混合均匀并排除熔体中的气体。

②增加塑化压力，降低塑化效率，延长成型周期，甚至可能导致塑料降解。

选择原则：

在保证塑件质量的前提下，塑化压力越低越好，其具体数值随所用所料而定，一般为6-20MPa。

（2注射压力指螺杆或柱塞轴向移动时其头部对塑料熔体所施加的压力。

一般在40-130MPa，其大小可通过注塑机控制系统进行调整。

影响因素：

注射机类型、塑料品种、浇注系统结构、塑件壁厚等。

①柱塞式注射机的注射压力比螺杆式注射机大，原因是塑料在前者料筒内的压力损耗大。

②摩擦系数和熔融粘度大，则注射压力越高。

影响：

①注射压力太高，塑料流动性提高，易产生溢料和飞边。

塑料在高压下强迫冷凝，易产生应力，塑件易粘模，脱模困难，塑件易变形。

②注射压力太低，流动性下降，成型不足，产生熔接痕，不利于气体从熔料中溢出，易产生气泡、冷却中补缩差，会产生凹陷和波纹等缺陷。

（3保压力型腔充满后，继续对模内熔料施加的压力。

作用：

使塑料在压力下固化，并在收缩时进行补缩，从而得到合格的塑件。

大小：

小于或等于注射压力。

影响：

①若与注射压力相等，可使塑件收缩率减小，保证其尺寸稳定性，缺点是造成脱模时残余压力过大或成型周期过长。

②保压力太小成型不足；太高，易产生溢料和飞边，增加塑件的应力。

3.时间（成型周期成型周期或总周期——完成一次注射模塑过程所需的时间。

充模时间注射时间保压时间闭模冷却时间其它时间

（1合模时间指注射前模具闭合时间影响：

合模时间太长，模具温度过低，熔体在料筒中停留时间过长；合模时间太短，模具温度相对较高。

（2注射时间指注射开始到充满模具型腔的时间。

实际生产中，小型塑件注射时间一般为3～5s，大型塑件为几十秒。

影响：

注射时间缩短，充模速度提高，取向下降，剪切速率增加，表观粘度下降。

（3保压时间指型腔充满后继续施加压力的时间，一般为20～25s，特厚塑件可达5～10min。

影响：

保压时间过短，塑件不密实，易产生凹痕，尺寸不稳定；时间过长，塑件应力增加，产生变形、开裂，脱模困难。

（4模内冷却时间指塑件保压结束至开模以前所需的时间影响因素：

塑件厚度、塑料的热性能、结晶性能以及模具温度。

原则：

冷却时间长短以脱模时塑件不变形为准。

时间：

30～120s影响：

冷却时间过长，延长生产周期，降低生产效率，复杂塑件造成脱模困难，易变形、结晶度高等；冷却时间过短，塑件易产生变形等缺陷。

（5其他时间指开模、脱模、安放嵌件等的时间。

3.冷却定型冷却定型从浇口冻结时间开始，到制品脱模为止。

是注射成型工艺过程的最好阶段。

在此阶段需要注意的问题有模腔压力，制件密度，熔体在模内的冷却情况以及脱模条件等。

脱模条件A.脱模温度：

T太高，制件脱模后不仅会产生较大的收缩，而且还容易在脱模后发生热变形；受模具温度限制，T也不能太低。

B.正常脱模时，模腔压力和外界压力的差值不要太大，否则容易使制件脱模后在内部产生较大的残余应力，导致制件在以后的使用过程中发生形状变化或缺陷。

1.保压时间较长时，如残余应力超过+pH，开启模具时可能产生爆鸣现象，制件脱模时容易被刮伤或破裂；2.反之，制品将会因此产生凹陷或真空泡。

第五节几种常用塑料的注射成型特点一．热塑性塑料

（一）聚乙烯（PE）1．基本特性聚乙烯塑料是塑料工业中产量最大的品种。

聚乙烯无毒、无味、呈乳白色。

它的绝缘性能优异，但在热、光、氧气的作用下会产生老化和变脆。

2．主要用途低压聚乙烯可用于制造塑料管、塑料板、塑料绳以及承载不高的零件；高压聚乙烯用于制造塑料薄膜、软管、塑料瓶以及电气工业中的绝缘零件和包覆电缆等。

3．成型特点成型时，在流动方向与垂直方向上的收缩差异较大，注射方向的收缩率大于垂直方向的收缩率。

而且冷却速度慢，必须充分冷却，且冷却速度要均匀。

（二）聚丙烯（PP）1．基本特性聚丙烯无色、无味、无毒。

定向拉伸后聚丙烯可制作铰链，有特别高的抗弯曲疲劳强度。

如可用聚丙烯注射成型一体铰链（盖和本体合一的各种容器）。

聚丙烯的高频绝缘性好。

但在氧、热、光的作用下极易解聚、老化，所以必须加入防老化剂。

2．主要用途聚丙烯可用作各种机械零件如法兰、接头、泵叶轮、汽车零件和自行车零件。

3．成型特点成型收缩范围大，易发生缩孔、凹痕及变形；聚丙烯热容量大，模具必须设计能充分进行冷却的冷却回路。

（三）聚氯乙烯（PVC）1．基本特性聚氯乙烯是白色或浅黄色粉末。

硬聚氯乙烯不含或含有少量的增塑剂，有较好的抗拉、抗弯、抗压和抗冲击性能，可单独用作结构材料。

软聚氯乙烯含有较多的增塑剂。

2．主要用途由于聚氯乙烯的化学稳定性高，常用于防腐管道等。

3.成型特点聚氯乙烯在成型温度下容易分解出氯化氢。

所以必须加入稳定剂和润滑剂，并严格控制温度及熔料的滞留时间；不能用一般的注射成型机成型聚氯乙烯，因为聚氯乙烯的耐热性和导热性不好。

（四）聚苯乙烯（PS）1．基本特性聚苯乙烯是次于聚氯乙烯和氯乙烯的第三大塑料品种。

聚苯乙烯的着色性能良好，能染成各种鲜艳的色彩。

但耐热性低，热变性温度一般在70-98℃，只能在不高的温度下使用。

2．主要用途聚苯乙烯在工业上可作仪表外壳、灯罩、化学仪器零件、透明模型等。

在电气方面用作良好的绝缘材料、接线盒、电池盒等。

在日用品方面广泛用于包装材料，各种容器、玩具等。

3．成型特点流动性和成型性优良，成品率高，但易出现裂纹，成型塑件的脱模斜度不宜过小，但顶出要均匀；因流动性好，模具设计中大多采用点浇口方式。

（五）丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物（ABS）1．基本特性ABS是由丙烯腈、丁二烯、苯乙烯共聚而成的。

ABS具有良好的综合力学性能。

ABS坚韧，有良好的加工性和染色性能。

ABS有一定的硬度和尺寸稳定性，易于成型加工。

经过调色可配成任何颜色。

但其耐热性不高，连续工作温度在70℃左右，耐气候性差，易变硬发脆。

ABS根据应用不同分为超高冲击型、高冲击型、中冲击型、低冲击型和耐热型等。

2．主要用途3．成型特点ABS在升温时粘度增高，所以成型压力较高，塑料上的脱模斜度宜稍大；ABS易吸水，成型加工前应进行干燥处理；易产生熔接痕，模具设计时应注意尽量减少浇注系统对料流的阻力；在正常的成型条件下，壁厚、熔料温度及收缩率影响较小。

（六）聚酰胺（PA）1．基本特性聚酰胺通称尼龙。

尼龙具有优良的力学性能，抗拉，抗压、耐磨。

为了进一步改善尼龙的性能，常在尼龙中加入减磨剂、稳定剂、润滑剂、玻璃纤维填料等。

2．主要用途由于尼龙有较好的力学性能，被广泛地使用在工业上制作各种机械、化学和电气零件。

3．成型特点

思考题P107：

5，14，19，23