3 塑料注射成型原理及工艺

第3章塑料注射成型原理及工艺3.1注射成型原理及工艺3.2塑料成型工艺规程的制订3.1注射成型原理与工艺注射成型又称注射模塑，是热塑性塑料制品的一种主要成型方法。注射成型模具占整个塑料模的90%左右。设备及模具制造费用较高，不适用单件及小批量的塑料制品的生产。一、注射成型原理及注射机1.原理将颗粒状或粉状塑料从注射机的料斗送进加热的料筒中，经过加热熔融塑化成为粘流态熔体，在注射机柱塞或螺杆的高压推动下，以很大的流速通过喷嘴注入模具型腔，经一定时间的保压、冷却定型后可保持模具型腔所赋予的形状，然后开模分型获得成型塑件。2、结构组成注射装置----塑化、注射合模装置----也称锁模装置，保证注射模具可靠地闭合，实现模具开、合动作以及顶出制件。液压传动系统、电器控制系统----保证注射机按预定工艺过程的要求(如压力、温度、速度和时间)和动作程序准确有效工作。按外形特征分：按塑化方式分：立式卧式直角式柱塞式螺杆式4、注射机的分类按可成型塑件的精度分：一般注塑机精密注塑机按锁模机构驱动方式分：液压式液压-机械联合式⑴立式注塑机它的注射装置垂直装设，并与锁模机构移动方向成一条轴线。优点：占地面积小，拆装模具方便，易于安放嵌件等。缺点：塑件推出后需由人工取出，不易实现全自动操作。⑵卧式注塑机它的注射装置轴线与锁模机构轴线呈一条直线并水平排列。优点：机身较低，利于操作和加料，可实现全自动操作，机床因重心低而稳定。缺点：模具装拆与嵌件安放都比较麻烦，机床占地面积较大。⑶直角式注塑机其注射装置轴线与锁模机构轴线相互正交垂直。优点：结构简单，便于自制，适于一模仅成型一件，而中心部位不留有浇口痕迹，适用于带有自动回转脱螺纹机构的模具。缺点：占地面积介于立式和卧式两者之间，注射量的提高也受到限制。1)柱塞式注射机柱塞式注射机的注射量不宜太大，而且不宜用来成型流动性差，热敏性强的塑料制件。柱塞在料筒内作往复运动，将熔融塑料注入模具，分流梭是形如鱼雷的部件，其作用是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。同时塑料分流后，在分流梭表面流速增加，剪切速率加大，粘度下降，塑料得到进一步的混合和塑化。2)螺杆式注射机螺杆即可以旋转又可前后移动，因而能够胜任塑料的塑化、混合和注射工作。5.注射机的规格及主要技术参数国际上通常采用注射容量/锁模力来表示注射机的主要特征。注射容量为注射压力为100MPa时的理论注射容量。如SZ-160/1000,表示该注射机是理论注射容量约为160cm3，锁模力约为1000kN的塑料（S)注射(Z)成型机。注射机的主要技术参数包括公称注射量、螺杆直径及有效长度、注射行程、注射压力、注射速度、塑化能力、合模力、开锁力、开模合模速度、开模行程、模板尺寸、推出行程、推出力、空循环时间、机器的功率、体积和质量等。注射加料塑化充模保压倒流冷却脱模成型前的准备注射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二、注射成型工艺过程1.注射前的准备对物料进行外观（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。2)着色(1)原料的预处理1)分析检验成型物料的质量着色剂：按在塑料中的分散能力可分为染料和颜料。着色方法：浮染法、混合法、造粒法3)预热干燥对于吸湿性强的塑料如尼龙、ABS等，为了防止出现气泡和银纹等缺陷，避免水降解，应进行适当的干燥。小批量生产用塑料：红外线干燥和热风循环烘箱干燥。高温下受热时间长容易氧化变色的塑料：真空烘箱干燥。大批量生产用塑料：负压沸腾干燥。（2）清洗料筒在注射成型前，如需改变塑料品种、更换物料、调换颜色或发现塑料中有分解现象时，都需要对料筒进行清洗。对于螺杆式注射机，可采用对空注射法清洗。（3）预热嵌件嵌件预热后可减少熔料与嵌件的温度差，从而在成型中，使嵌件周围的熔料缓慢冷却，均匀收缩，防止嵌件周围产生过大的内应力。小嵌件可不预热。预热温度以不损伤金属表面所镀层为限。施加脱模剂，目的是为了使成型后的零件容易从模中脱出，常用的脱模剂有硬脂酸锌、液体石蜡和硅油等。（4）选用脱模剂2.注射过程（1）塑化、计量阶段完整的注射成型工艺过程可分为塑化计量、注射充模和冷却定型三个阶段。1）塑化：成型物料在注射成型机筒内经过加热，由松散的粉状或粒状固体转变为粘流态的过程。2）计量：指能够保证注射机通过柱塞或螺杆，将塑化好的熔体定温、定压、定量的输出机筒所进行的准备动作。这些动作均需要注射机控制柱塞或螺杆在塑化过程中完成。3）塑化效果和塑化能力塑化效果的好坏及塑化能力的大小均与物料受热方式和注射机的结构有关。柱塞式注射机的热量仅仅来自与高温机筒中，而螺杆式注射机塑化时的热量同时来自与高温机筒和自身的摩擦热。强烈的搅拌与剪切作用不仅有利于熔体的各组分混合均匀,而且还避免了波动的机筒温度对熔体温度的影响,故有利于熔体的粘度均化和温度分布均化,所以螺杆式注射机塑化效果好。（2）注射充型柱塞或螺杆从机筒的计量位置开始，通过注射油缸和活塞施加高压，将塑化好的塑料熔体经过机筒前端的喷嘴和模具中的浇注系统快速进入模腔的过程称为注射充模。又可细分为流动充型、保压补缩和倒流三个阶段。（3）冷却定型3.塑件的后处理制件从模具中脱出后，常需要进行适当的后处理，借以改善和提高塑件的性能。（1）退火处理塑件在一定温度的加热液体介质（如热水、甘油和液体石蜡）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：减少由于塑件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；对结晶型塑料调整结晶度，或加速二次结晶或后结晶的过程；还可以解取向，并降低制件硬度和提高韧度。一般退火温度控制在塑件使用温度以上10～20℃，或低于塑料的热变形温度10～20℃。（2）调湿处理主要用于吸湿性很强且又容易氧化的聚酰胺等塑料制件，它除了能在加热和保温条件下消除残余应力以外，还能促使制件在加热介质中达到吸湿平衡，以防它们在使用过程中发生尺寸变化。调湿介质一般为沸水或醋酸钾溶液，加热温度为1000C，保湿时间与制品厚度有关。通常对于带有金属嵌件、使用温度范围变化较大、尺寸精度要求高和壁厚大的制件才有必要。三、注射成型工艺参数1.温度料筒温度喷嘴温度模具温度（1）料筒温度塑料的塑化流动充型和冷却粘流温度Tf（结晶型为Tm）与热分解温度Td之间（2）喷嘴温度为避免流涎现象，喷嘴温度可比料筒最高温度略低即大致与料筒中端温度相同。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。模温提高，熔体流动性改善，制件密度和结晶度加大，充模压力和制件中的压力减小，但冷却时间延长，制件收缩率加大，脱模后的翘曲变形加大，生产率降低。模具温度降低，流动性变差，制件易产生较大应力或明显熔接痕等缺陷，并且使制件表面粗糙度加大。（3）模具温度模具温度指和制件接触的模腔表壁温度。模具温度会直接影响熔体的充模流动行为、制件的冷却速度和成型后制件的性能等。③对于厚壁制件，模具温度低，容易产生真空泡和内应力，一般采用较高模温。④模具温度TM一般籍通入定温的冷却介质或加热介质来控制。①为保证制件具有较高的形状和尺寸精度，模温必须低于塑料的热变形温度。②对于高粘度的塑料，如聚碳酸酯，一般采用较高的模温，以提高其流动性和充模能力，提高组织致密度。对于粘度较小的塑料，如聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯等，可采用较低的模温。2.压力注射成型时的压力主要包括塑化压力、注射压力、保压压力和型腔压力。1）塑化压力塑料塑化过程中所承受的压力。也指螺杆式注射成型时，螺杆头部熔体在螺杆转动后退时所受到的阻力，又称背压。背压的大小靠调节排油阀，改变排油速度来控制。在保证塑件质量的前提下一般不大于2MPa。（2）注射压力柱塞或螺杆顶部对塑料熔体所施加的压力。作用：克服熔体流动充型过程中的流动阻力，使熔体具有一定的充型速率。控制注射压力的原则：实际工业上：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。其它均应选用低压慢速注射为宜。（3）保压压力在注射成型过程中，为了对模腔内的塑料熔体进行压实以及为了维持向模腔内进行补料流动所需要的注射压力叫作保压压力。生产中，保压压力等于或小于注射时所用的注射压力。（4）型腔压力注射压力在经过注射机喷嘴、模具的流道、浇口等的压力损失后，作用在型腔单位面积上的压力。一般为注射压力的0.3~0.65倍，约为20~40MPa。3.注射速率注射速率主要影响熔体在型腔内的流动行为。随注射速率增加，流体流速增加，剪切作用加强，熔体粘度降低，熔体温度升高，有利于充型，且熔接痕强度也得以增加随注射速率的增加也可能使层流变为湍流实际生产中一般先以低压慢速注射，然后根据制品的成型情况来调整注射速率4.成型周期充型时间：柱塞或螺杆前进的时间保压时间：柱塞或螺杆留在前进位置的时间完成一次注射成型工艺过程所需的时间。成型周期注射时间合模冷却时间其他时间包括开模、脱模、涂脱模剂、安放嵌件和合模时间等模腔内制品的冷却时间（包括柱塞或螺杆后退时间）总冷却时间充型时间：10s保压时间：20~120s（特厚塑件可达5~10min）（以塑料制品收缩率最小为最佳值）冷却时间：30~120s（以保证塑料制品脱模时不引起变形为原则）注射成型的特点：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。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。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其余章节自学