第三章注射成型原理及工艺特性

第三章注射成型原理及工艺特性第一节注射成型原理一、注射成型原理将粒状或粉状的塑料加入到注射机的料斗，在注射机内塑料受热熔融并使之保持流动状态，然后在一定压力下注人闭合的模具，经冷却定型后，熔融的塑料就固化成为所需的塑件。注射成型工作循环加料合模注塑充模保压补缩冷却定型开模清模塑件脱模预塑二、注射成型特点注射成型的生产周期短，生产率高，采用注射成型可以生产形状复杂，尺寸要求高及带有各种嵌件的塑件，这是其它塑料成型方法都难以达到的；其次，注射成型在生产过程容易实现自动化，如注射、脱模、切除浇口等操作过程都可实现自动化，因而注射成型得到了广泛的应用。优点：成型周期短、生产效率高、易实现自动化能成型形状复杂、尺寸精确、带有金属或非金属嵌件的塑料制件产品质量稳定适应范围广缺点：注塑设备价格较高；注塑模具结构复杂；生产成本高、生产周期长、不适合于单件小批量的塑件生产。到目前为止，除氟塑料以外，几乎所有的热塑性塑料都可以用注塑成型的方法成型。另外，一些流动性好的热固性塑料也可用注塑成型。第三章注射成型原理及工艺特性第二节注射成型工艺过程加料塑化充模保压倒流冷却脱模成型前的准备注塑过程塑件的后处理注射成型工艺退火处理调湿处理原料外观检验及工艺性能测定塑料预热和干燥料筒清洗嵌件预热脱模剂的选用注射成型工艺过程注射一、成型前准备原料外观检验及工艺性能测定：包括塑料色泽、粒度及均匀性、流动性（熔体指数、粘度）热稳定性及收缩率的检验。塑料预热和干燥：除去物料中过多的水分和挥发物，以防止成型后塑件表面有缺陷或发生降解，影响塑料制件的外观和内在质量。物料干燥的方法：小批量生产，采用烘箱干燥；大批量生产，采用沸腾干燥或真空干燥。料筒清洗：当改变产品、更换原料及颜色时均需清洗料筒。嵌件预热：减少物料和嵌件的温度差，降低嵌件周围塑料的收缩应力，保证塑件质量。脱模剂的选用：常用脱模剂包括硬脂酸锌、液态石蜡和硅油。二、注射过程加料将粒状或粉状塑料加入注射机的料斗。塑化通过注射机加热装置的加热，使得螺杆中的塑料原料熔融，成为具有良好的可塑性的塑料熔体。充模塑化好的塑料熔体在注射机柱塞或螺杆的推动作用下，以一定的压力和速度经过喷嘴和模具的浇注系统进入并充满模具型腔。保压补缩从熔体充满型腔后，在注射机柱塞或螺杆推动下，熔体仍然保持压力进行补料，使料筒中的熔料继续进入型腔，以补充型腔中塑料的收缩需要，并且可以防止熔体倒流。浇口冻结后的冷却经过一段时间使型腔内的熔融塑料凝固成固体，确保当脱模时塑件有足够的刚度，不致产生翘曲或变形。脱模塑件冷却到一定的温度,推出机构将塑件推出模外。注射过程：合模（动模向定模移动）注射过程：合模（动模与定模形成模腔）注射过程：注塑（喷嘴移到定模的浇口套，向模腔注入胶料）注射过程：保压、冷却定型。注射过程：开模（动模、喷嘴移开定模）注射过程：顶杆将塑件顶出三、塑件后处理后处理原因及作用：由于塑化不均匀或由于塑料在型腔内的结晶、取向和冷却不均匀；或由于金属嵌件的影响或由于塑件的二次加工不当等原因，塑件内部不可避免地存在一些内应力，从而导致塑件在使用过程中产生变形或开裂，因此，应该设法消除。退火处理：将塑件在定温的加热液体介质（如热水、热油和液体石蜡等）或热空气循环烘箱中静置一段时间，然后缓慢冷却至室温的一种热处理工艺。温度高于使用温度10°~15°或低于热变形温度10°~20°。时间与塑料品种和塑件厚度有关一般可按每毫米约半小时计算。作用消除塑件的内应力，稳定塑件尺寸，提高结晶度、稳定结晶结构，从而提高其弹性模量和硬度。调湿处理：将刚脱模的塑件放入加热介质（如沸水、醋酸钾溶液）中，加快吸湿平衡速度的一种后处理方法。（主要用于吸湿性很强且又容易氧化的塑料，如PA）温度100~121℃（热变形温度高时取上限，反之取下限）。时间保温时间与塑件厚度有关，通常取2~9h。目的消除残余应力；使制品尽快达到吸湿平衡，以防止在使用过程中发生尺寸。第三章注射成型原理及工艺特性第三节注射成型的工艺参数温度压力时间料筒温度喷嘴温度模具温度——控制塑料的塑化和流动影响塑料的流动和冷却塑化压力（背压）注射压力重要参数一、温度（1）料筒温度料筒温度应在粘流温度（或熔点）和热分解温度之间。柱塞式料筒温度高于螺杆式料筒温度10～20℃。塑料特性：热敏性塑料如聚甲醛、聚氟乙烯等要严格控制料筒的最高温度和在料筒中的停留时间；增加玻璃纤维的热塑性塑料由于流动性差而要适当提高料筒温度。热固性塑料为防止熔体在料筒时发生早期硬化，料筒温度趋向取小值。塑件及模具结构：对于薄壁制件料筒温度高于厚壁制件；形状复杂或带有嵌件的制件料筒温度也应高一些。料筒温度的分布，一般遵循前高后低的原则，即料筒后段（加料口）温度最低，喷嘴温度最高。对螺杆式注射机为防止因螺杆与熔料、熔料与熔料、熔料与料筒之间的剪切摩擦热而导致塑料热降解，可使料筒前段温度略低于中段。判断料筒温度是否合适，可采用对空注射法观察或直接观察塑件质量的好坏。对空注射时，如果料流均匀、光滑、无泡、色泽均匀则说明料温合适；如果料流毛糙，有银丝或变色现象，则说明料温不合适。（2）喷嘴温度一般略低于料筒最高温度，以防止熔料在喷嘴处产生流涎现象。但不能过低，否则熔料在喷嘴处会出现早凝而将喷嘴堵塞，或者有早凝料注入模腔而影响塑件的质量。（3）模具温度模具温度的高低决定于塑料的特性、塑件尺寸与结构、性能要求及其它工艺条件。模具温度↑，流动性↑，密度和结晶度↑，收缩率和生产率↓。模具温度通常是由通入定温的冷却介质来控制的；也有靠熔料注入模具自然升温和自然散热达到平衡的方式来保持一定的温度；在特殊情况下，也可用电阻丝和电阻加热棒对模具加热来保持模具的定温。但无论怎样，对塑料熔体来说，都是冷却的过程。二、压力（1）塑化压力（背压）：指采用螺杆式注射机时，螺杆顶部熔体在螺杆旋转后退时所受的压力。塑化压力增加，熔体的温度及其均匀性提高、色料的混合均匀并排出熔体中的气体。但塑化速率降低，延长成型周期。一般操作中，在保证塑件质量的前提下，塑化压力应越低越好，一般为6MPa左右，通常很少超过20MPa（2）注射压力指柱塞或螺杆顶部对塑料熔体所施加的压力。作用：注射时克服熔体流动充模过程中的流动阻力，使熔体具有一定的充模速率；保压时对熔体进行压实和防止倒流。大小：取决于注射机的类型、塑料的品种、模具结构、模具温度、塑件的壁厚及浇注系统的结构和尺寸等。一般情况下：粘度高的塑料注射压力粘度低的塑料；薄壁、面积大、形状复杂塑件注射压力高；模具结构简单，浇口尺寸较大，注射压力较低；柱塞式注射机注射压力螺杆式注射机；料筒温度、模具温度高，注射压力较低。成型周期注射时间其他时间充模时间(3~5s)保压时间(20~120s)合模冷却时间(30~120s)（开模、脱模、喷涂脱模剂、安放嵌件、合模时间）完成一次注塑过程所需的时间称为注塑成型周期。三、时间第三章注射成型原理及工艺特性第四节塑料成型工艺规程的制订根据塑件的使用要求及塑料的工艺特性，正确选择成型方法，确定成型工艺过程及成型工艺条件，合理设计塑料模具及成型设备的选择等，保证成型工艺的顺利进行是的塑件达到要求的这一系列工作通常称为制定塑件的工艺规程。它是塑料成型生产中的一种具有指导性的技术文件，是组织生产的重要依据，贯穿于生产工艺过程的各个阶段，必须严格执行。一、塑件的分析塑件的形状、结构决定了模具的结构，且对塑件能否顺利成型及成型后的质量有很大的影响。为了确保塑件质量，通常需要注意以下几点：1.塑料的分析(1)塑料使用性能的分析(2)塑料工艺性能的分析2.塑件结构、尺寸及公差、技术标准的分析(1)塑件结构是否满足成型工艺性的要求(2)塑件尺寸、公差及技术标准二、塑件成型方法及工艺流程的确定根据塑料的特性、塑件的要求以及塑件的结构、尺寸、生产批量、使用条件和成型设备等因素，提出一系列切实可行的成型方案。通过各方案的对比分析，根据现场的实际生产条件确定塑件的最佳成型方法。塑件成型方法确定之后，就应确定其工艺流程。三、成型工艺条件的确定各种成型方法所成型出的合格塑件都应选择适当的工艺条件。影响塑料成型工艺的因素很多，需要控制的工艺条件也多，且各工艺条件之间关系又很密切，所以必须根据塑料的特性和实际情况全面分析，初选较为合理的工艺条件，然后在试模过程中根据塑件成型的实际情况及塑件的检验结果对工艺条件逐步进行修正。四、设备和工具的选择当成型方法确定后，则要选择合适的成型设备，并对设备与模具的有关工艺及安装参数进行校核，不同成型方法使用的成型设备不同。除成型设备外，其他工序也需要选择相应的设备，并按照工序注明所用设备的规格型号及技术参数。五、工艺文件的制定编制工艺文件就是将上述工艺规程编制的内容和参数汇总后并以适当的工艺文件的形式确定下来，作为生产准备和生产过程的依据。塑料零件工艺过程卡片就是生产中最主要的工艺文件。习题1．阐述螺杆式注射机注射成型原理。答：螺杆式注射机注射成型原理如下：颗粒状或粉状塑料经料斗加入到外部安装有电加热圈的料筒内，颗粒状或粉状的塑料在螺杆的作用下边塑料化边向前移动，欲塑着的塑料在转动螺杆作用下通过其螺旋槽输送至料筒前端的喷嘴附近；螺杆的转动使塑料进一步塑化，料温在剪切摩檫热的作用下进一步提高，塑料得以均匀塑化。当料筒前端积聚的熔料对螺杆产生一定的压力时，螺杆就在运动中后退，直至与调整好的行程开关相接触，具有模具一次注射量的塑料欲塑和储料（即料筒前部熔融塑料的储量）结束；接着注射液压缸开始工作，与液压缸活塞相连接的螺杆以一定的速度和压力将溶料通过料筒前端的喷嘴注入温度较低的闭合模具型腔中；保压一定时间，经冷却固化后即可保持模具型腔所赋予的形状；然后开模分型，在推出机构的作用下，将注射成型制件推出型腔。2．叙述注射成型工艺过程。答：注射成型工艺过程包括成型前的准备，注射过程和塑件的后处理三部分。（1）成型前的准备：原料外观的检查和工艺性能测定；原材料的染色及对料粉的造粒；对易吸湿的塑料进行充分的预热和干燥，防止产生斑纹、气泡和降解等缺陷；生产中需要改变产品、更换原料、调换颜色或发现塑料中有分解现象时的料筒清洗；对带有嵌件塑料制件的嵌加进行预热及对脱模困难的塑料制件选择脱模剂等。（2）注射过程：加料、塑化、注射、冷却和脱模。注射过程又分为充模、保压、倒流、交口冻结后的冷却和脱模。（3）塑件的后处理：退火处理、调湿处理。3．注射成型工艺参数中的温度控制包括哪些内容？如何加以控制。答：注射成型工艺参数中的温度控制包括料筒温度、喷嘴温度和模具温度。料筒温度分布一般采用前高后低的原则，即料筒的加料口（后段）处温度最低，喷嘴处的温度最高。料筒后段温度应比中段、前段温度低5~10°C。对于吸湿性偏高的塑料，料筒后段温度偏高一些；对于螺杆式注射机，料筒前段温度略低于中段。螺杆式注射机料筒温度比柱塞式注射机料筒温度低10~20°C。喷嘴温度一般略低于料筒的最高温度。模具温度一般低于粘流态而高于玻璃态，决定于分子的结构特点、塑件的结构及性能要求和其他成型工艺条件（熔体温度、注射温度、注射压力和模塑周期）。在满足要求的情况下，采用尽可能低的模具温度。4．注射成型工艺过程中的压力包括哪两部分？一般选取的范围是什么？答：注射成型工艺过程中的压力包括塑化压力、注射压力。塑化压力一般选6~20Mpa；注射压力一般在40~130Mpa。5．注射成型周期包括哪几部分？答：注射成型周期包括(1)合模时间(2)注射时间(3)保压时间(4)模内冷却时间(5)其他时间（开模、脱模、喷涂脱模剂、安放嵌件的时间）。合模时间是指注射之前模具闭合的时间，注射时间是指注射开始到充满模具型腔的时间，保压时间是制型腔充满后继续加压的时间，模内冷却时间是制塑件保压结束至开模以前所需要的时间，其他是是指开模,脱模，涂脱磨剂，安放嵌件的时间。