注射成型

10高分子专业必修课程（240600060）马松梅化学与材料科学学院高分子加工原理25.2注射成型31、概述2、注射模塑设备3、注射成型原理4、注射成型工艺及控制5、常用热塑性塑料的注射成型特点6、注射成型的新发展42.1概述5成型方法简介1、注射成型也称注塑，注射模塑。2、成型过程：塑料从注射成型机的料斗送入机筒内加热熔融塑化后，在柱塞或螺杆加压下，物料被压缩并向前移动，通过机筒前端的喷嘴，以很快的速度注入温度较低的闭合模具内，经过一定时间的冷却定型后，开启模具即得制品。3、原料：几乎所有的热塑性塑料和某些热固性塑料。6注射成型机74.成型周期–注射成型周期从几秒钟到几分钟不等。5.产品–注射成型可生产各种形状、尺寸、精度满足各种要求的制品。–注射成型制品的重量从一克到几十公斤不等，视需要而定。8注塑成型特点1.生产周期短、生产效率高；2.能成型形状复杂、尺寸精确或带嵌件的制品；3.成型塑料品种多；4.易于实现自动化。9注射机作用：加热塑料使其熔化；对熔融塑料施加高压，使其射出并充满模具型腔。2.2注射模塑设备10注射机的分类•根据塑化方式不同分类：柱塞式注射机、预塑螺杆注射机螺杆式注射机11•实际应用：–目前工厂中广泛使用的是螺杆式注射机，60g以下的小型制件多用柱塞式。柱塞式注射机特点：结构简单、但压力损失大、塑化不均匀，不适合热敏性塑料。12图单螺杆定位预塑注射机结构示意图1-单向伐2-单螺杆定位预塑料筒3-注射料筒13•螺杆式注射机14根据排列方式不同分类：卧式、立式、角式15注射机组成由注射系统、锁模系统和塑模三大部分组成。16一、注射系统•作用：将物料塑化，并在很高的压力和较快的速度下，通过柱塞/螺杆的推挤，将熔融塑料注射入型腔•组成：加料装置、料筒、螺杆（柱塞和分流梭）、喷嘴。171、加料装置间歇式加料有定量或定容的计量装置每次从料斗加入到料筒的料量与料筒注入到模具的料量相等182、料筒加热和加压的容器。容积：柱塞式约为最大注射量4～8倍；保证物料有足够的停留时间和接触传热面。螺杆式约为最大注射量到2～3倍。传热效率高，塑化均匀。外部配有加热装置，可分段加热和控制，从料筒到喷嘴方向温度逐渐升高。19（1）柱塞：坚实、表面硬度很高的金属柱。作用：传递压力3、柱塞和分流梭(柱塞式注射机)要求：既不漏料，又能自由地往复运动。20装在料筒前端内腔中形如鱼雷的一种金属部件。作用：将料筒内流经该处的塑料分成薄层，并且均匀，以缩短传热导程，加快热传递，提高塑化质量。原因：料层薄；筋条的传热；剪切速率和摩擦热增加。（2）分流梭2122234、螺杆作用：对塑料进行输送、压实、塑化和施压。首先将塑料卷入，并逐步将其向前推送、压实、排气和塑化，熔融的塑料不断地被推送至螺杆顶部与喷嘴之间，螺杆本身受熔体的压力而缓慢后退，当积存的熔体达到一次注射量时，螺杆停止转动，传递液压或机械力将熔体注射入模。运动：旋转+往复运动24注射螺杆与挤出螺杆的不同：注射螺杆在旋转的同时有轴向运动，有效长度是变化的。长径比小;螺槽深;加料段较长；压缩比小；螺杆旋转不需要稳定压力;螺杆头部多为尖头，有的加止逆环。25螺杆头粘度高采用锥形尖头粘度低采用带止逆环的螺杆头26旋转时，止逆环前移注射时，止逆环后退27作用：引导塑化物料从料筒进入模具，并具有一定的射程;使物料进一步塑化。类型：直通式自锁式和杠杆针阀式5、喷嘴28呈短管状，压力和热量损失小，不易产生滞料和分解。延伸式喷嘴，需添设加热装置。适合加工高粘度塑料。适用：高粘度物料（1）直通式喷嘴29作用：防止熔料的流涎或回缩，对喷嘴通道实行暂时封锁。原理：依靠弹簧压合喷嘴体内的阀芯来实现封锁，注射时，阀芯受熔料的高压被顶开，注射结束，阀芯在弹簧作用下复位而自锁，杜绝流涎现象。（2）自锁式喷嘴3031用外在液压系统通过杠杆来控制联动机构启闭阀芯。（3）杠杆针阀式喷嘴32粘度大，热稳定性差的塑料（如PVC）直通式粘度小（如PA）自锁式和杠杆针阀式形状复杂薄壁小孔径，射程远壁厚大孔径，补缩作用大的喷嘴物料选择喷嘴的原则：336、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。类型液压式机械式驱动装置：使注射机螺杆转动完成对塑料的预塑化。包括单速交流电机液压马达34二、锁模系统作用：在注射过程中能锁紧模具，而在取出制品时能打开模具。F=pA锁模力F,注射压力p，与施压方向成垂直的制品投影面积A事实上：F＞p´Ap´：模腔压力锁模力:保证模具严密闭合，物料不外露35锁模机构应满足：启闭灵活、准确、迅速而安全；闭合时应先快后慢，开启时应先慢后快再慢；模板移动距离、移动速度可调。锁模系统包括：合模机构、调模机构、顶出机构、前后固定模板、移动模板及拉杆、油箱。36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动曲臂的机构，实现启闭和锁模作用。只适应于小型注射机。特点：结构简单、制造容易、使用维修方便；传动电机启动频繁，零部件易磨损，模板行程短37（2）液压式依靠液压力推动柱塞作往复运动来实现启闭和锁模。特点：动模板和定模板间开裆较大；动模板可以在任意位置停留；工作平稳可靠，易实现急刹车。较大功率的液压系统投资较大38（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。39特点：连杆式曲轴自身有增力作用，伸直时，有自锁作用；闭模是先快后慢，开模时先慢后快；锁模比较可靠；容易磨损；调模比较麻烦。中小型注射机应用较多。40机械顶出：顶杆固定在机架上，本身不移动，开模时移动模板后退，顶出杆穿过移动模板上的孔而达于模具顶板，将制品顶出。但顶出是在开模终了进行的，模具内顶板的复位要在闭模开始以后。液压顶出：顶出力量、速度和时间都可以通过液压系统调节。一般小型注射机：机械顶出较好。较大的注射机：同时设有机械顶出和液压顶出。顶出装置4142三、注塑模具作用：在塑料的成型加工过程中，赋予塑料以形状，给予强度和性能。基本结构：浇注系统、成型零件、结构零件、加热或冷却装置4344图典型塑模结构图1-用作推顶脱模板的孔；2-脱模板；3-脱模杆；4-承压轴；5-后夹模板；6-后扣模板；7-回顶杆；8-导合钉；9-前夹模板；10-阳模；11-阴模；12-分流道；13-主流道衬套；14-冷料穴；15-浇口；16-型腔；17-冷却剂通道；18-前扣模板；19-塑模分界面；20-后扣模板；21-承压板；22-制品；23-分流道赘物；24-主流道赘物45浇注系统：塑料从喷嘴进入型腔前的流道部分。包括主流道、冷料穴、分流道、浇口。（一）浇注系统461.主流道紧接喷嘴到分流道或型腔的一段通道，与喷嘴处于同一轴心线上。可直接开设在模具上，常常加工成主流道衬套再紧配合于模板上；顶部呈凹形；进口直径略大于喷嘴直径；直径向内扩大。222423避免溢料、堵塞。便于流道赘物脱模。472.冷料穴（井）主流道出口端的空穴，以捕集喷嘴端部两次注射之间所产生的冷料，防止阻塞分流道及浇口。3.分流道多槽模中连接主流道和各个型腔的通道。22242348在塑模上排列成对称和等距离分布；熔料以等速进入各型腔分流道常采用半圆和梯形截面；开设在带有脱模杆的一半模具上；流道表面抛光；在满足制品的前提下，尽量减少截面积。要求：222423分流道494.浇口接通主流道（或分流道）与型腔的通道。作用：（1）控制料流速度（2）防止倒流（3）使熔体受到较高的剪切而升高温度，提高流动性（4）便于制品与主流道系统分离22242350浇口截面要小；浇口通常开设在制品较厚和不影响外观的部位；浇口的尺寸，根据塑料熔体的性质来决定。截面形状为矩形或圆形。要求：浇口51构成制品形状的各种零件。包括动模、定模、型腔、型芯、成型杆、排气口。（二）成型零件1、动模固定在动模板上，并随之移动，与定模合拢或分开。2、定模固定在定模板上，直接连接喷嘴。523、型腔模具中成型塑料制品的空间。构成制品外形的成型零件称为凹模（或阴模）；构成制品内部形状（孔、槽等）的称为型芯或凸模（或阳模）222423534.排气孔在模具中开设的一种槽形出气孔，用以排出原有的及熔料中带入的气体。排气孔一般设在型腔内料流的尽头或模具分型面上。也可利用顶出杆与顶出孔的配合间隙、脱模板与型芯的配合间隙排气。54分型面——模具上用以取出塑件和浇注系统凝料的可分离的接触表面称为分型面，也叫合模面。平面斜面阶梯面曲面55构成模具结构的各种零件。包括执行导向、脱模、抽芯、分型等动作的各种零件。（三）结构零件导向零件：确保动、定模合模时准确对正。脱模装置：将制品能迅速和顺利的自型腔中脱出。抽芯机构：制品的侧面带孔或凹槽时，除少数制品可以强制脱模外，在模具中均应设置侧向分型或侧向抽芯机构。56（四）加热或冷却装置保证注射前、注射时、注射后温度的恒定，保证制品质量；使熔料在模具内固化定型。可自然冷却，也可用冷却介质通入模具的专用管道来实现。57注射模具设计时应考虑：装配尺寸；注射机允许的最大和最小模具厚度模板的行程对于立式或卧式注射机模板行程≥脱模距离+制品高度+（5~10mm）582.3注射成型原理加料、塑化、注射充模、冷却固化、脱模注射成型原理看实质上：塑化、流动与冷却。注射成型过程：59一、塑化过程原理1、塑化是指塑料在料筒内经加热达到流动状态并具有良好的可塑性的全过程。2、决定塑化质量的因素（1）物料的受热情况（2）所受到的剪切作用温度-塑料形变、熔融、塑化的必要条件剪切作用-强化了混合和塑化603、对塑化的要求（1）进入模腔之前要充分塑化；既达到成型温度又要温度均匀。（2）提供足够的熔融塑料。4、塑料的塑化原理以柱塞式注射机的塑化为例。塑化所需的温度料筒壁的传热物料内部的摩擦热61设进入料筒的塑料初温为T0，料筒内壁温度为TW，则塑料可达到的最大温升为TW-T0。但实际由喷嘴射出的塑料的平均温度Ta总小于TW，所以实际温升为Ta-T0。（1）加热效率则加热效率Eη00aWTTETT即：实际温升与最大温升之比。Eη值高，有利于塑化。62（2）加热效率的影响因素][2atfEα为热扩散速率；t为塑料在料筒中的停留时间，a受热的料层厚度。])2([2atfE分流梭也可加热时63①塑料的性质和塑料是否受到搅动的影响(传热速率)可见：塑料的热扩散速率α正比于热传导系数。Cλ：热传导系数；C：塑料的比热；：塑料的密度。受到搅动，热扩散速率提高。])2([2atfE64②料筒中料层的厚度a与料筒表面之间的温差的影响柱塞式注射机在料筒前端安置分流梭，减小料层厚度a，迫使塑料产生剪切和收敛流动，加强热扩散作用，另外料筒传热给分流梭，再传给塑料，增大了热接触面积。a↑，温差↓料筒的加热效率↓。])2([2atfE65③塑料中温度分布的影响塑料的平均温度Ta（TiTaTw）。温度分布宽温度分布窄T0物料初温Ti最小温度Tａ平均温度TW控制温度T0TWTiTａ物料所获热物料可获热温度分布Eη=0.7Eη=0.9TW一定时，Ta随温度分布的加宽而降低，Eη低，反之则高。实践证明：Eη值不应小于0.8。喷嘴射出的物料各点温度是不均匀的，最高极限温度Tw，最低温度Ti665.塑化量单位时间内料筒熔化塑料的质量。pmVAKq2A：塑料的受热面积；Vp：塑料的受热体积；K：常数（当注射机、塑料、塑料的平均温度、加热效率一定时）tWqm6.3qm：塑化能力，kg/hW：注射量，g；t：一个注射周期，s分流梭作加热器或改变分流梭形状，改变A或K。67二、注射流动过程原理注射流动过程：用柱塞或螺杆的推动将具有流动性和温度均匀的塑料熔体注入模具，充满型腔。注射流动过程的阻力：外摩擦力：熔料与料筒、喷嘴、浇注系统和型腔内摩擦：熔体内部68（1）物料在料筒中的流动区段：固体半固体熔体pepDLs)1(/4μ为粒状固体与管壁间的摩擦系数；L为粒状固体在管内