第二章塑料成型原理及产品工艺性

注射成型原理螺杆式注射机注射成型原理注射成型原理螺杆式注射机注射成型原理注射成型工艺过程注射成型过程包括：成型前准备注射过程塑件的后处理成型前准备1.成型前对原料的预处理根据各种塑料的特性及供料状况，一般在成型前应对原料进行外观(指色泽、粒度大小及均匀性等)和工艺性能(熔融指数、流动性、收缩率等)检验。对所用粒料有时还需要进行干燥。对各种塑料的干燥方法，应根据其性能和具体条件进行选择。成型前准备成型前准备成型前准备2.料筒的清洗塑料不一致需调换颜色发现塑料中有分解现象成型前准备清洗方法换料清洗应根据塑料的热稳定性、成型温度范围及各种塑料之间的相容性等因素采取正确的清洗步骤：当新料的成型温度高于料筒内存料的成型温度时，先将料筒温度升至新料的最低成型温度，然后加入新料，并连续“对空注射”，直至全部存料清洗完毕，再调整料筒温度进行正常生产。当新料成型温度比存料成型温度低，则先将料筒温度升高到存料最好的流动温度后切断电源，用新料在降温下进行清洗。当新料与存料成型温度相近时，则不必变更温度，直接清冼即可。成型前准备3.嵌件的预热由于金属和塑料的线[膨]胀系数相差很大，导致塑件快速冷却时嵌件周围出现裂纹而使塑件强度降低。预热温度以不损伤金属表面所镀的锌层或铬层为限，一般为110—130℃，对于表面无镀层的铝合金或铜嵌件，预热温度可达150℃。成型前准备4.脱模剂的使用脱模剂是使塑件容易从模具中脱出而敷在模具表面上的一种助剂。注射过程注射过程包括加料塑化塑料在料筒内经加热达到熔融流动状态，并具有良好可塑性的全过程。这一过程的总要求是：在规定时间内提供足够数量的熔融塑料；塑料熔体在进入型腔之前要充分塑化；既要达到规定的成型温度，又要使塑化料各处的温度尽量均匀一致；使热分解物的含量达最小值。注射过程注射过程包括3.加压注射4.保压自注射结束到柱塞或螺杆开始后移的这段过程，即压实工序。目的：防止注射压力解除后，如果浇口尚未冻结，发生型腔中熔料通过浇口流向浇注系统，导致熔体倒流；当型腔内熔体冷却收缩时，继续保持施压状态的螺杆可迫使浇口附近的熔料不断补充进模具中，使型腔中塑料能成型出形状完整而致密的塑件。注射过程5.冷却定型当浇注系统的塑料已经冷却凝固，继续保压已不再需要，此时可退回柱塞或螺杆，同时通入冷却水或空气等冷却介质，对模具进一步冷却，这一阶段称冷却定型。6.脱模塑件冷却到一定温度即可开模，在推出机构的作用下将塑件推出模外。塑件的后处理塑件经注射成型后，除去除浇道凝料、修饰浇口及飞边毛刺外，常需要进行适当的后处理，借以改善和提高塑件的性能，塑件的后处理主要指退火和调湿处理。塑件的后处理1．退火处理使塑件在定温的加热液体介质(如热水、甘油和液体石腊)或热空气循环烘箱中静置一段时间，然后缓慢冷却的过程。目的在于减少由于塑料在料筒内塑化不均匀或在型腔内冷却速度不一致，而形成的内应力。塑件的后处理2．调湿处理将刚脱模的塑件放在热水中进行处理，以隔绝空气，防止塑件氧化变色，同时，加快达到吸湿平衡的一种处理方法。目的：使塑件的颜色、性能和尺寸达到稳定。注射成型工艺条件选择影响注射塑件质量的因素较多，一般情况下当提出一种新塑件的使用性能和其它有关要求后首先应在经济合理和技术可行的原则下，选择最合适的材料、生产形式、注射设备及模具结构；当这些条件确定之后，工艺条件的选择和控制就是主要考虑的因素；注射成型工艺条件中最主要的因素为温度、压力和时间。温度注射成型过程需要控制的温度有料筒温度、喷嘴温度和模具温度前两种温主要是影响塑料的塑化和流动；后一种温度主要是影响塑料的流动与冷却。温度1．料筒温度料筒温度的选择与塑料的特性有关，每种塑料具有不同的流动温度。为了使塑料能正常流动，一般料筒温度必须高于流动温度，但还须低于塑料的分解温度。选择料筒温度还应结合塑件和模具的结构特点。料筒温度的分布，一般从料斗一侧(后端)起，至喷嘴(前端)止是逐步升高的，借以使塑料温度平稳地上升达到均匀塑化的目的。温度2.喷嘴温度为防止熔体在直通式喷嘴中可能产生“流涎现象”，通常喷嘴温度要比料筒最高温度略低。由喷嘴低温产生的不利影响可以从塑料注射时所产生的摩擦热中得到一定的补偿。喷嘴温度不易过低，否则会造成熔体的早凝而将喷嘴堵死，或使冷料流进模腔而影响塑件质量。料筒和喷嘴温度的选择具有一定联系，也受其它工艺条件影响。例如选用较低注射压力时，为保证塑料的流动，应适当提高料筒温度。反之，料筒温度偏低就需要较高注射压力。由于影响因素很多，一般在成型前通过“对空注射法”或“塑件直观分析法”来进行调整，以便从中确定最佳的料筒和喷嘴温度。温度3.模具温度模具温度对塑件的内在性能及外观质量有很大影响，模具温度的高低取决于塑料结晶性的有无、塑件尺寸与结构、性能的要求，以及其它工艺条件(熔料温度、注射速率及注射压力、成型周期)。在保证顺利充模的前提下，采用较低的温度可以缩短冷却时间，从而提高劳动生产率，模具宜采用低温冷却(采用循环冷却水来冷却)。对于熔体粘度高的非结晶型塑料(如聚碳酸酯、聚砜等)应采用较高的模具温度(通常采用电加热器加热)，这样既保证容易充模。温度MoldTemperatureVSCoolingTime5101520253035400102030405060708090100110120130140150160MoldTemperature[ºC]CoolingTime[Sec]PA66PPABS压力注射成型工艺过程中的压力，包括塑化压力和注射压力两种，它们直接影响塑料的塑化和塑件的质量。1．塑化压力（背压）采用螺杆式注射机时，螺杆顶部熔料在螺杆转动后退时所受到的压力。这种压力大小可以通过液压系统中的溢流阀来调整。增加塑化压力会提高熔体温度，过高会有导致塑料降解的可能性。在一般操作中，塑化压力的选择应在保证塑件质量优良的前提下越低越好。压力2．注射压力螺杆头部对塑料熔体所施加的压力，其作用是克服塑料熔体从料筒流向型腔的流动阻力，给予熔体一定的充模速率以及对熔体压实等。注射压力的大小取决于塑料品种、注射机类型、塑件壁厚、流程及工艺条件等，关系十分复杂，其具体数值很难明确预定。在实际生产中根椐有关经验资料，从较低的注射压力开始注射成型，再根椐塑件质量，然后酌量增减，最后确定合理的注射压力。压力确定注射压力的原则：熔体粘度高、冷却速度快的塑料以及成型薄壁和长流程的塑件，采用高压注射有利于充满型腔。成型玻璃纤维增强塑料采用高压注射，有利于塑件表面光洁、均匀。为了保证塑件的质量，对注射速度(熔融塑料在喷嘴处的喷出速度)常有一定的要求，对注射速度较为直接的影响因素为注射压力，高压注射时注射速度高；相反，低压注射时注射速度低。型腔充满后，注射压力的作用在于对模内熔料的压实。在生产中，压实时的压力等于或小于注射时所用注射压力。如注射与压实时压力相等则往往使收缩率减小，且尺寸稳定性好，但会造成脱模时残余压力过大，压缩强烈的塑件在压力解除后还会产生较大的回弹，可能卡在型腔中，造成脱模困难。时间(成型周期)完成一次注射过程所需的时间称为成型周期，它包括以下各部分：时间(成型周期)CoolingTimeMoldOpenTimeFillTimeHoldTime时间(成型周期)在整个成型周期中，保压时间和冷却时间对产品质量起着决定性的作用。在浇口冷凝前，保压时间的多少，对塑件密度和尺寸精度有密切联系，此后则无影响。保压时间与塑件的结构、尺寸、料温、主流道及浇口大小有关。冷却时间取决于塑件的厚度、塑料的热性能、结晶性能以及模具温度等。冷却时间的基本原则为脱模时塑件不引起变形。冷却时间过长，会延长生产周期，降低生产效率，还能造成脱模困难。因此，应尽量减少冷却时间，以缩短周期，提高劳动生产效率。塑件的工艺性目的保证塑件顺利成型，防止塑件产生缺陷，又能提高生产率和降低成本。塑件设计时必须充分考虑以下因素：(1)模塑方法不同模塑方法，其塑件的工艺要求不相同。(2)塑料的性能塑件的尺寸、公差、结构形状应与塑料的物理性能、机械性能和工艺性能等相适应。(3)模具结构及加工工艺性塑件形状应有利于简化模具结构，还要考虑模具零件尤其是成型零件的加工工艺性。塑件工艺性的主要内容包括尺寸、公差、表面质量和结构形状。塑件的尺寸指塑件的总体尺寸，而不是壁厚、孔径等结构尺寸。塑件的尺寸取决于塑料的流动性。注射模塑件尺寸受到注射机的公称注射量、合模力及模板尺寸的限制。塑件的公差塑件的尺寸精度往往不高成型零件的制造误差装配误差使用中的磨损成型工艺条件的变化脱模斜度成型后塑件的尺寸变化塑件的公差塑件的公差塑件的公差根据塑料品种不同，每一种塑料可选其中的三个等级。塑件的公差塑件的表面质量塑件的表面质量指塑件的表面缺陷(如斑点、条纹、凹痕、起泡、变色等)，表面光泽性和表面粗糙度。几点说明表面缺陷与模塑工艺和工艺条件有关；表面光泽性和表面糙度应根据塑件的使用要求而定，尤其是透明塑件，对光泽性和粗糙度均有严格要求。塑料品种、成型工艺条件、模具成型零件的表面粗糙度及其磨损是决定塑件表面粗糙度的主要因素。塑件的形状总的原则塑件的形状必须便于成型以简化模具结构，降低成本，提高生产率和保证塑件的质量。为了在开模时容易取出塑件，塑件的内外表面的形状应尽量避免侧壁凹槽或与塑件脱模方向垂直的孔，以免采用瓣合分型或侧抽芯等复杂的模具结构。塑件的形状塑件的壁厚塑件的壁厚与使用要求和工艺要求有关。使用要求在使用上要求壁厚具有足够的强度和刚度；脱模时能承受脱模机构的冲击和振动；装配时能承受紧固力在运输中不变形或损坏。工艺要求在模塑成型工艺上，塑件壁厚不能过小，否则熔融塑料在模具型腔中的流动阻力加大，尤其是形状复杂和大型的塑件，成型比较困难。塑件壁厚过大，不但造成用料过多增加成本，而且会给成型工艺带来一定困难:会增加塑化及冷却时间，使生产效率显著降低。壁厚过大也易产生气泡、缩孔、凹痕、翘曲等缺陷，从而影响产品质量。塑件的壁厚热塑性塑料易于成型薄壁塑件，最薄可达0.25mm，但一般不宜小于0.6－0.9mm，通常选取2—4mm。塑件的壁厚有了合理的壁厚还应力求同一塑件上各部位的壁厚尽可能均匀，否则会因固化或冷却速度不同而引起收缩不一致，致使塑件产生内应力；造成塑件翘曲、缩孔、裂纹，甚至开裂。塑件的壁厚塑件的壁厚塑件的壁厚塑件的壁厚塑件的壁厚脱模斜度为了便于塑件脱模，并防止脱模时擦伤塑件表面，设计塑件时必须考虑塑件内外表面沿脱模方向均应具有合理的脱模斜度。脱模斜度的大小主要取决于塑料的收缩率、塑件的形状和壁厚以及塑件的部位等。在通常情况下，脱模斜度为30’～1°30’，应根据具体情况而定。3.1.2.3脱模斜度原则当塑件有特殊要求或精度要求较高时，应选用较小的斜度，外表面斜度可小至5’，内表面斜度可小至10’—20’；对于高度不大的塑件，还可以不取斜度；较高、较大尺寸的选用较小的斜度；塑件形状复杂不易脱模的，应取较大的斜度；塑件上的凸起或加强肋单边应有4°—5°的斜度；塑件壁厚的应选较大的斜度；塑件沿脱模方向有几个孔或程矩形格子状而使脱模阻力较大时，宜采用4°—5°的斜度；塑件侧壁带有皮革花纹时应有4°—6°的斜度。3.1.2.3脱模斜度3.1.2.3脱模斜度斜度的取向原则在开模时，为了让塑件留在凸模上，内表面的斜度比外表面的小。为了让塑件留在凹模一边，则外表面的斜度比内表面的小。内孔以小端为准，符合图纸要求，斜度由扩大方向得到；外形以大端为准，符合图纸要求，斜度由缩小方向得到。塑件的加强肋为了确保塑件的强度和刚度而又不致于使塑件的壁厚过大，可在塑件的适当位置上设置加强肋。塑件的加强肋塑件的加强肋塑件的支承面当塑件需要由一个面为支承(或基准面)时，以整个底面作为支承面是不合理的。塑件的支承面当塑件