聚合物成型加工原理06

Dept.Polym.Sci.&Eng.,26-Feb-201第六章注射模塑6.1概述6.2注射模塑设备6.3注射成型工艺过程6.4注射成型工艺条件的分析讨论6.5几种常用塑料的注射模塑特点6.6注射成型的发展Dept.Polym.Sci.&Eng.,26-Feb-202注射成型产品示例Dept.Polym.Sci.&Eng.,26-Feb-203Dept.Polym.Sci.&Eng.,26-Feb-2046.1概述一.注射过程注射过程是三个条件：热量、压力、时间三个要素：模塑材料、注射机、注射模的有机结合过程。Dept.Polym.Sci.&Eng.,26-Feb-205Dept.Polym.Sci.&Eng.,26-Feb-206Process&machineschematics**SchematicofthermoplasticInjectionmoldingmachineDept.Polym.Sci.&Eng.,26-Feb-207Dept.Polym.Sci.&Eng.,26-Feb-208Dept.Polym.Sci.&Eng.,26-Feb-209Dept.Polym.Sci.&Eng.,26-Feb-2010二.注射成型的特点1.生产周期短，自动化程度高，因此生产效率高；2.适应性强，几乎所有的热塑性塑料都可用这种方法成型，一些厂家还用此法成型热固性塑料；3.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；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.可成型形状复杂的制品以及带有嵌件的制品。缺点是初期投资大。Dept.Polym.Sci.&Eng.,26-Feb-2011三.注射机的规格与种类1.注射机的规格用一次所能注射出的聚苯乙烯的最大质量—克来表示。例如，注射机型号一般用下面的字母和数字表示：XS—Z—6060—表示一次注射PS的最大注射量是60gZ—注射S—塑料X—成型又如：XS—ZY—125Y—表示螺杆式注射机Z后没有字母就表示柱塞式注射机2.注射机的种类a.按塑化部件不同分为：螺杆式注射机、柱塞式注射机b.按动力来源分为：手工式、机械式、液压式或者用锁模力表示如：G130T，L35TG/L——厂家的型号Dept.Polym.Sci.&Eng.,26-Feb-2012Dept.Polym.Sci.&Eng.,26-Feb-2013c.按注射—合模方位分为：卧式：注射方向和开模方向是一致的。缺点是占地面积较大，安卸模具不方便。立式：注射方向和开模方向都垂直于地面。优点是占地面积小，放入嵌件稳定；缺点是重心高，不易实现自动化。角式：注射方向垂直于地面，开模方向与注射方向垂直。优缺点与立式相似。旋转式：模具是安放在可旋转的转盘上的。优点是适合成型大批量小制品，生产周期短。缺点是结构复杂，锁模力不高。Dept.Polym.Sci.&Eng.,26-Feb-2014根据排列方式不同分类：卧式、立式、角式Dept.Polym.Sci.&Eng.,26-Feb-2015Dept.Polym.Sci.&Eng.,26-Feb-2016旋转式Dept.Polym.Sci.&Eng.,26-Feb-20173.注射机的发展趋势a.专门化；b.超大型化；c.微型化；d.高速化；e.高度自动化。Dept.Polym.Sci.&Eng.,26-Feb-20186.2注射模塑设备注射系统由三大部分组成：注射系统、锁模系统（合模系统）、模具，此外还有电器控制系统、液压系统。一.注射系统1.作用：a.使塑料均匀塑化并达到流动状态；b.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。Dept.Polym.Sci.&Eng.,26-Feb-20192.组成：加料装置、料筒、螺杆（或柱塞）、喷嘴等嘴喷杆螺筒料斗料轮齿达马油缸油射注塞活射注缸油动移体整塞活动移体整Dept.Polym.Sci.&Eng.,26-Feb-2020①加料装置②料筒作用、结构、要求与挤出机的基本相同③柱塞与分流梭a.柱塞作用：将注射油缸的压力传给塑料，并使熔体注射入模具。b.柱塞形状：表面硬度极高的坚实金属圆柱体。分流梭Dept.Polym.Sci.&Eng.,26-Feb-2021Dept.Polym.Sci.&Eng.,26-Feb-2022c.分流梭作用：i.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；ii.缩短传热过程，加快热传递；iii.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。Dept.Polym.Sci.&Eng.,26-Feb-2023④螺杆a.从作用上与挤出机螺杆相比注射机螺杆除了送料、压实、塑化外，还有注射作用，对于塑化能力、压力稳定以及操作连续性和对操作稳定性的要求没有挤出机螺杆的高。b.从螺杆运动形式比较挤出机的螺杆只在原位作连续旋转，而注射机除旋转外，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，这种情况工艺上称为予塑化。Dept.Polym.Sci.&Eng.,26-Feb-2024Dept.Polym.Sci.&Eng.,26-Feb-2025背压：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。注射：当螺杆后退到碰到限位开关时，螺杆就停止运动。即料筒前端物料达到一次注射量时，螺杆就停止后退，然后向前移动，将塑料熔体推入模腔。Dept.Polym.Sci.&Eng.,26-Feb-2026c.从螺杆结构上比较：·注射机螺杆的均化段长度较短，螺槽较深；·加料段长度较长，约为螺杆长度一半；·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；·注射螺杆的长径比和压缩比较小。L/D=16-20,ε=2-2.5Dept.Polym.Sci.&Eng.,26-Feb-2027螺杆头部结构要注意防止出现熔融塑料积存、回流现象。一般η大的塑料，用锥行尖头；η小的塑料，必须装止逆环以防回流。Dept.Polym.Sci.&Eng.,26-Feb-2028Dept.Polym.Sci.&Eng.,26-Feb-2029Dept.Polym.Sci.&Eng.,26-Feb-2030⑤喷嘴a.作用：引导物料从料筒进入模具；控制料流，防止物料流涎，使物料流积存在料筒前端；提高注射压力，使物料具有一定射程；进一步塑化。b.种类：按喷嘴分：通用式(延伸式)：喷嘴孔径大，呈短管状，优点是阻力小。适用于粘度高的塑料。自锁式：用于注射粘度较低的塑料。杠杆针阀式：Dept.Polym.Sci.&Eng.,26-Feb-2031通用式(延伸式)：Dept.Polym.Sci.&Eng.,26-Feb-2032自锁式Dept.Polym.Sci.&Eng.,26-Feb-2033自锁式喷嘴的原理Dept.Polym.Sci.&Eng.,26-Feb-2034杠杆针阀式：Dept.Polym.Sci.&Eng.,26-Feb-2035二.锁模系统1.组成：固定模板、活动模板、拉杆、油杆、连杆以及模具调整机构、制品顶出机构。2.功能：启闭模具、锁紧模具、调整模具、顶出制品。3.要求：①要有足够锁模力F（单位：kN或吨）F≥P·AP：注射压力A：制品在施压方向上的投影面积Dept.Polym.Sci.&Eng.,26-Feb-2036Dept.Polym.Sci.&Eng.,26-Feb-2037Dept.Polym.Sci.&Eng.,26-Feb-2038Dept.Polym.Sci.&Eng.,26-Feb-2039②要有足够的模板面积、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；Sk≥Hω+H1+H2+5~10Sk：模板间开距Hω：模具厚度H1：顶出距离H2：制品厚度③锁模系统运转灵活、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。按实现锁模力的方式分类：机械式、液压式、液压—机械组合式。④应有足够的顶出力和顶出距离，调模要方便。Dept.Polym.Sci.&Eng.,26-Feb-2040三.模具1.种类：压制模具、压铸模、中空吹塑模、压力成型模、挤出模具、注射模具。其中主要的是挤出模具、注射模具。2.注射模具①组成：浇注系统、成型零件、结构零件a.浇注系统：塑料熔体从喷嘴流入型腔前的流道。包括主流道、分流道、冷料井、浇口。b.成型零件：指构成制品形状的各种零件，主要包括动、定模的型腔、型芯、排气孔。c.结构零件：指构成模具各种结构的零件。Dept.Polym.Sci.&Eng.,26-Feb-2041Dept.Polym.Sci.&Eng.,26-Feb-2042②简介a.主流道：指连接喷嘴到分流道的一段流道，与喷嘴处于同一轴线上。一般是圆锥形，锥度2~6°，进口直径一般为4~8mm。b.冷料穴：设在主流道末端的一个空穴。作用：用来捕集喷嘴端部两次注射间所产生的冷料；拉出主流道的残余物料；使制品固定在动模一侧，便于脱模机构顶出制品。c.分流道：主流道和浇口间的过度部分。一般要对称分布，距离相等，长度尽量短一些。Dept.Polym.Sci.&Eng.,26-Feb-2043d.浇口：主流道连接型腔的通道。作用：·控制料流的速度；·在注射中，由于浇口部分的物料比较早的凝固，防止物料倒流·使通过的物料受到较强的剪切而升高温度，从而降低熔体粘度，提高流动性；·便于制品与流道系统分离。优点：·增加流速；·可产生较大的摩擦热；·小口径可控制和缩短补料时间；·小口径，硬化快，防止倒流，缩短模塑周期；·便于制件修饰和分离。Dept.Polym.Sci.&Eng.,26-Feb-2044e.型腔：赋予制品形状的部分。赋予制品外部形状的部分—凹模(阴模)；赋予制品内部形状的部分—型芯或凸模(阳模)。f.排气孔：一般设在型腔内料流的尽头或设置在模腔内料流的汇合处，也可利用分型面或顶出杆或顶出孔的配合间隙排气。g.结构零件：导向零件、脱模装置、回程杆、抽芯机构、扣模板等。h.加热冷却装置：冷却介质：冷水、热水、热油。Dept.Polym.Sci.&Eng.,26-Feb-2045Dept.Polym.Sci.&Eng.,26-Feb-2046Dept.Polym.Sci.&Eng.,26-Feb-2047Dept.Polym.Sci.&Eng.,26-Feb-20486.3注射成型工艺过程完整的注射成型工艺包括：成型前的准备、注射过程、制品的后处理。6.3.1成型前的准备一.原料的检验与处理1.原料外观与工艺性能的检验a.外观检验：指检查原料色泽、粒子大小及颗度分布情况。b.工艺性质检验：指检查原料流动性、熔体指数、收缩率、含水量、分子量、热性质等。2.原料的处理主要指原料的染色、造粒、干燥、预热等。Dept.Polym.Sci.&Eng.,26-Feb-2049二.设备的清洗1.方法：对于螺杆式注射机，通常是直接换料清洗，将所换物料直接加入注射机，对空注射几次，将原来积存在料筒中的物料赶走。2.对换料来说两种情况：a.当Tf新Tf旧时，T料筒=T新料，然后加料，连续进行对空注射。b.当Tf新Tf旧时，T料筒=T旧料，然后切断加热电源，在降温过程中用新料清洗。Dept.Polym.Sci.&Eng.,26-Feb-2050三.嵌件的预热与安装1.嵌件的安装：带有嵌件的塑料制品在注射前，必须将嵌件放进模具内的预定位置。2.预热原因：嵌件温度低于模具温度，使熔体在嵌件周围冷却快，收缩快，在模腔表面冷却慢，收缩慢，使制品内应力↑，强度↓。模具温度：PMMA:50~600C;POM:80~1200C;PA66:~1000CPC:100~1200C;ABS:60~700C;硬质PVC:~500CPS:~700C;PP:500CDept.Polym.Sci.&Eng.,26-Feb