高分子合成材料成型加工 第五章

1第五章注射成型NORTHEASTPETROLEUMUNIVERSITYChapter5InjectionMoldingShuJingCopyright20102第五章注射成型内容简介概述注射模塑设备注射成型的工艺及控制常用热塑性塑料的注射成型特点注射成型新进展3第五章注射成型•注射成型又称注射模塑或注塑，是成型塑料制品的一种重要方法，几乎所有热塑性塑料都可以采用这种方法。现已成功地应用于多种热固性塑料的成型，如酚醛电器产品。目前，注射制品约占塑料制品总重量的20~30%，是第二大成型加工方法，也是发展最快的塑料成型技术。可成型各种形状、尺寸、精度、满足各种要求的模制品。注射成型制品的重量从一克到几十公斤不等，视需要而定。各种工业配件、仪器仪表零件、结构件、壳体等。5.1概述4第五章注射成型5.1概述5•成型的过程是将塑料（粒料或粉料）从注射机的料斗送进加热的料筒，经加热熔化呈流动状态后，由柱塞或螺杆推动，使其通过料筒前端的喷嘴以很高的压力和很快的速度注入到闭合的模具中。充满模腔的熔料在受压的情况下，经冷却（热塑性塑料）或加热（热固性塑料）固化后即可保持注塑模型腔所赋予的形状，开模取出制品，即完成了一个模塑周期。上述周期重复进行。第五章注射成型5.1概述6第五章注射成型5.1概述螺杆式注射机柱塞式注射机螺杆预塑化柱塞式注射机7•特点（1）成型适应性强，能成型各种外形复杂、尺寸精确和带金属嵌件的制品。（2）通过更换模具可以分别得到各种各样形状不同、大小不同的制品，其制品用途广泛；（3）间歇操作，成型周期短，自动化程度高，生产效率高。（4）制品的三维尺寸可以一定确定，且制品的尺寸精度高，表面光洁度好；（5）设备和模具费用大，初期投资大。第五章注射成型5.1概述8第五章注射成型5.2注射模塑设备注射机是注射成型的基本设备，类型和规格很多。注射机的基本作用：（1）加热塑料，使其达到熔化状态；（2）对熔融塑料施加高压，使其射出而充满模具型腔。注塑机的发展史：（1）柱塞式注塑机，生产60g以下制品；（2）单螺杆定位预塑注塑机；（3）移动螺杆式注塑机。9规格用“一次所能注射出的聚苯乙烯的最大重量，克”来表示。例如，注射机型号：XS—Z—6060—表示一次注射PS的最大注射量是60g，Z—注射S—塑料X—成型又如：XS—ZY—125，Y—表示螺杆式注射机，Z后没有字母就表示柱塞式注射机•注射机的规格与种类5.2注射成型—注射模塑设备10•注射机的规格与种类种类（1）塑化部件不同：螺杆式注射机、柱塞式注射机螺杆式注射机目前实际生产中广泛使用。5.2注射成型—注射模塑设备结构简单、但压力损失大、塑化不均匀，不适合热敏性塑料。多用于60g以下的小型制件。11注射机种类（2）动力来源：手工式、机械式、液压式（3）注射-合模方位：卧式：注射方向和开模方向一致。占地面积较大，安卸模具不方便。立式：注射方向和开模方向都垂直于地面。占地面积小，放入嵌件稳定；重心高，不易实现自动化。角式：开模方向与注射方向垂直。优缺点与立式相似。旋转式：模具安放在可旋转的转盘上。适合成型大批量小制品，生产周期短。结构复杂，锁模力不高。5.2注射成型—注射模塑设备125.2注射成型—注射模塑设备13•注射机的发展趋势（1）专门化；（2）超大型化；（3）微型化；（4）高速化；（5）高度自动化。5.2注射成型—注射模塑设备14注射机的三个基本组成：（1）注射系统：塑化，注射（2）锁模系统：成型（部分）（3）注射模具：定型（成型）此外，还有电器控制系统、液压系统。•注射机的基本结构注射机完成的三个基本功能：（1）塑化；（2）注射；（3）成型。5.2注射成型—注射模塑设备155.2.1注射系统有螺杆式和柱塞式两种结构，柱塞式注射机由于塑料塑化效果差，生产效率低，已逐渐被螺杆式结构所替代。目前所见的绝大多数是螺杆式结构。（1）使塑料受热并均匀塑化，并达到流动状态；（2）将塑化好的塑料进行施压，使其在很高的压力和很快的流速下通过喷嘴充入模腔。•作用5.2注射成型—注射模塑设备注射机最主要的部分。165.2.1注射系统注射系统由加料装置、料筒、螺杆（或柱塞及分流梭）及喷嘴等部件组成，其中螺杆和喷嘴最为关键。5.2注射成型—注射模塑设备175.2.1注射系统•加料装置、料筒、螺杆与挤出装置大致相同。•加料装置料斗，容量可供注塑机1~2小时用。有计量、干燥功能。•料筒要求与挤出机一样（光滑、无死角、强度高、耐腐蚀、精密）尺寸取决于注射机的最大注射量，柱塞式的料筒容积约为最大注射量大4～8倍；螺杆式约为2～3倍。外部有加热装置，可分段加热和控制。5.2注射成型—注射模塑设备185.2.1注射系统5.2注射成型—注射模塑设备•分流梭和柱塞柱塞式注射机料筒内重要部件。分流梭装在料筒前端内腔中形状颇似鱼雷体的一种金属部件。表面有若干凹槽及若干条凸筋。195.2.1注射系统5.2注射成型—注射模塑设备分流梭的作用（1）将圆柱形的物料流变成圆环形薄流层，使塑料产生分流和收敛流动；（2）缩短传热过程，加快热传递；（3）由于分流作用，分流梭表面流速↑，剪切力↑，产生较大的摩擦热，使料温升高，有利于塑料的混合与塑化。•分流梭和柱塞205.2.1注射系统5.2注射成型—注射模塑设备柱塞表面硬度很高的坚实金属圆柱体，直径20～100mm。作用：将注射油缸的压力传给塑料，并使熔体注射入模具。注射容量=柱塞的冲程×柱塞截面积•分流梭和柱塞215.2.1注射系统5.2注射成型—注射模塑设备•螺杆移动螺杆式注射机的重要部件。作用：对物料进行输送、压实、塑化和施压。螺杆在料筒内旋转时，首先将料斗来的物料卷入螺槽，并逐步将其向前推送、压实、排气和塑化，熔融的物料不断地被推送至螺杆顶部与喷嘴之间，螺杆本身受熔料的压力而缓慢后退，当积存的熔料达到一次注射量时，螺杆停止转动，注射时，螺杆传递液压或机械力将熔料注射入模具。225.2.1注射系统5.2注射成型—注射模塑设备（1）作用注射螺杆除送料、压实、塑化外，还有注射作用，对塑化能力、压力稳定及操作连续性和稳定性的要求没有挤出机螺杆高。（2）运动形式挤出螺杆只在原位作连续旋转，注射机除旋转外，还前后往复运动，并时转时停。当料筒前端料压大于螺杆背压时，螺杆边转边后退，工艺上称为预塑化。•螺杆注射机螺杆和挤出机螺杆比较螺杆转动后退时螺杆顶部熔体物料所受到的压力，也就是阻力。可由液压系统中的溢流阀来调节。当螺杆后退到碰到限位开关时，螺杆停止运动。即料筒前端物料达到一次注射量时，螺杆停止后退，然后向前移动，将塑料熔体推入模腔。235.2.1注射系统5.2注射成型—注射模塑设备•螺杆注射机螺杆和挤出机螺杆比较（3）螺杆结构结构基本相同，但有其特点：①螺杆旋转同时有轴向运动，有效长度是变化的；②螺杆长径比和压缩比较小。③加料段较长，约为螺杆长度一半；均化段、压缩段各为1/4；螺槽较深以提高生产率；④螺杆头部是尖头形，优点是可减少脉冲流动，不易积存物料，可减少塑料发生降解，对粘度低的塑料带有止逆环；245.2.1注射系统5.2注射成型—注射模塑设备•喷嘴机筒与模具的过渡部分。在注射中，物料以高压、高速流经喷嘴，因此，它的结构、尺寸对注射过程的压力损失、温度上升、注射长度和补料作用都有直接的影响。作用：（1）引导物料从料筒进入模具；（2）控制料流，防止物料流涎，使物料流积存在料筒前端；（3）提高注射压力，使物料具有一定射程；（4）进一步塑化。255.2.1注射系统5.2注射成型—注射模塑设备•喷嘴喷嘴的内径一般都是自进口逐渐向出口收敛。通常根据加工塑料的性能和制品形状来选用喷嘴的形式。喷嘴的结构形式很多，最常用的有三种：（1）直通式喷嘴孔径大，呈短管状。短式不用附设加热装置，延伸式喷嘴必须添设加热装置。265.2.1注射系统5.2注射成型—注射模塑设备•喷嘴（1）直通式特点：（a）压力损失小；（b）通过喷嘴温升小，不易产生滞料和热分解；（c）结构简单，制造方便；（d）适宜粘度较高的物料。PP，PS，ABS，有机玻璃、聚甲醛、聚砜、聚碳酸酯等。275.2.1注射系统5.2注射成型—注射模塑设备•喷嘴（2）自锁式注射过程中，为防止熔料的流涎或回缩，对喷嘴通道实行暂时封锁而采用。弹簧式针阀式依靠弹簧压合喷嘴体内的阀芯来实现自锁，有效杜绝流涎现象。使用方便，自锁效果好，结构复杂，压力损失大，射程较短，对弹簧要求高。285.2.1注射系统5.2注射成型—注射模塑设备•喷嘴（2）自锁式外弹簧295.2.1注射系统5.2注射成型—注射模塑设备•喷嘴（3）杠杆针阀式用外在液压系统通过杠杆来控制联动机构启闭阀芯。使用方便，自锁可靠，压力损失小，计量准确。结构复杂。305.2.1注射系统5.2注射成型—注射模塑设备•喷嘴根据塑料性能和制品特点来选择喷嘴。（1）熔融黏度高，热稳定性差（PVC），直通式；（2）熔融黏度低（PA），自锁或杠杆针阀式；（3）形状复杂的薄壁制品，小孔径、射程远的喷嘴；（4）厚壁制品选用大孔径、补缩作用大的喷嘴。混色喷嘴，点注式喷嘴等。315.2.1注射系统5.2注射成型—注射模塑设备•加压和驱动装置加压装置：供给柱塞或螺杆对塑料施加的压力，使柱塞或螺杆在注射周期中发生必要的往复运动进行注射。有液压式和机械式两种。驱动装置：使注射机螺杆转动完成对塑料的预塑化。常用单速交流电机和液压马达。（1）对螺杆有过载保护作用（2）易实现螺杆无级变速及大范围调速，（3）体积小，重量轻，结构简单。325.2.2锁模系统5.2注射成型—注射模塑设备•作用（1）提供足够大的锁模力，防止溢料；（2）可靠的开启、闭合模具；（3）顶出成型制件。•组成（1）固定模板（2）移动模板（3）曲柄（4）油缸（5）顶出装置在注射机上实现锁合模具、启闭模具和顶出制件的机构。335.2.2锁模系统5.2注射成型—注射模塑设备•要求（1）要有足够锁模力（F）F≥P·A,P：注射压力A：制品在施压方向上的投影面积（2）足够的模板面积、模板行程和模板间的开距，以适应不同外型尺寸制品的成型要求。（3）运转灵活、安全，速度可调，运行平稳，闭模先快后慢，开模先慢后快，以防止模具的碰撞。（4）有足够的顶出力和顶出距离，调模要方便。345.2.2锁模系统5.2注射成型—注射模塑设备•常用锁模系统（1）机械式以电动机通过齿轮或蜗轮、蜗杆减速传动曲臂或以杠杆作动曲臂的机构，实现启闭和锁模作用。结构简单、制造容易、使用维修方便；启动负荷大、噪声大、零部件易磨损，模板行程短，适于小型注射机。355.2.2锁模系统5.2注射成型—注射模塑设备•常用锁模系统（2）液压式用油缸和柱塞依靠液压力推动柱塞作往复运动来实现启闭和锁模。模板间开档较大，模具易于安装和调整，工作平稳、可靠，易实现紧急刹车。功率大，投资大。365.2.2锁模系统5.2注射成型—注射模塑设备•常用锁模系统（3）液压－机械组合式由液压操纵连杆或曲肘撑杆机构来达到启闭和锁模。中小型注射机中占主导。375.2.2锁模系统5.2注射成型—注射模塑设备曲轴撑板合模双模板开式合模充液式合模装置单缸直压式合模双作用液压合模增压式合模四缸抱合二板式合模四缸直锁二板式合模四孔直式双曲肘合模五孔斜式双曲肘合模液压单曲肘合模液压单曲肘组合合模385.2.2锁模系统5.2注射成型—注射模塑设备脱模顶出装置机械式液压式（1）机械式利用设在机架上可调动的顶出柱，在开模过程中，推动模具中所设的脱模装置而顶出制件的。简单，使用较广。但顶出必须在开模临终时进行，脱模装置的复位要在闭模后才能实现。顶出柱和脱模装置均根据锁模机构特点而定，可放置在模板的中心或两侧。顶出距离则按制品不同，可进行调节。•脱模顶出装置395.2.2锁模系统5.2注射成型—注射模塑设备•脱模顶出装置（2）液压式依靠油缸液压力实现顶出。顶出力和速度都可调，但顶出点受到局限，结构比较复杂。在大型注射机上则是两种顶出装置并用，通常都在动模板中间放置顶出油缸，而在模板两侧设置机械式的顶出装置。405.2.3注塑模具5.2注射成型—注射模塑设备模具利用