确定塑料成型方法及工艺过程

项目二确定塑料成型方法及工艺过程能力目标：1.具有合理选择塑料成型方法的初步能力2.能够编制切实可行的塑料制品成型工艺流程知识目标：1.掌握注射模塑成型工作原理、成型工艺过程及特点2.了解其它各类塑料成型工作原理、成型工艺过程及特点一、项目引入塑件成型方法有很多，确定塑件成型方法应考虑所选择塑料的种类、塑件生产批量、模具成本及不同成型方法的特点、应用范围。然后根据塑料的成型工艺特点，不同成型方法的工艺过程确定所生产塑件的工艺过程。本项目以图1-1-1所示开关盒为载体，训练学生合理确定该塑件的成型方法及成型工艺过程。二、相关知识（一）注射成型1.注射成型原理注射成型是热塑性塑料成型的一种主要方法。它能一次成型形状复杂、尺寸精度高、带有金属或非金属嵌件的塑件。注射成型周期短、生产率高、易实现自动化生产。到目前为止，除氟塑料外，几乎所有的热塑性塑料都可以用注射成型的方法成型，一些流动性好的热固性塑料也可用注射方法成型。（1）柱塞式注射机注射成型工作原理柱塞式注射机注射成型工作原理如图1-2-1所示。首先注射机合模机构带动模具的活动部分（动模）与固定部分（定模）闭合，然后注射机的柱塞将料斗中落入料筒的粒料或粉料推进到加热料筒中。同时，料筒中已经熔融成粘流状态的塑料，在柱塞的高压高速推动下，通过料筒端部喷嘴和模具的浇注系统而射入已经闭合的型腔中。充满型腔的熔体在受压情况下，经冷却固化而保持型腔所赋予的形状。最后，柱塞复位，料斗中的粒料或粉料又落入料筒，合模机构带动动模部分打开模具，并由推件板将塑件推出模具，即完成一个注射成型周期。柱塞式注射机的结构简单，但在注射成型中存在塑化不均匀、注射压力损失大、注射量的提高受到限制等问题。图1-2-1柱塞式注射机的成型原理1-型芯；2-推件板；3-塑件；4-凹模；5-喷嘴；6-分流梭；7-加热器；8-料筒；9-料斗；10-柱塞（2）螺杆式注射机注射成型工作原理螺杆式注射机注射成型工作原理如图1-2-2所示。首先是动模与定模闭合，接着液压缸活塞带动螺杆按要求的压力和速度，将已经熔融并积存于料筒端部的塑料经喷嘴射入模具型腔中。此时螺杆不转动。当熔融塑料充满模具型腔后，螺杆对熔体仍保持一定压力，以阻止塑料的倒流，并向型腔内补充因塑件冷却收缩所需要的塑料。经一定时间的保压后，活塞的压力消失，螺杆开始转动。此时由料斗落入料筒的塑料，随着螺杆的转动沿着螺杆向前输送。在塑料向料筒前端输送的过程中，塑料受加热器加热和螺杆剪切摩擦热的影响而逐渐升温直至熔融成粘流状态，并建立起一定压力。当螺杆头部的熔体压力达到能克服注射液压缸活塞退回的阻力时，在螺杆转动的同时，逐步向后退回，料筒前端的熔体逐渐增多，当螺杆退到预定位置时，即停止转动的后退，以上过程称为预塑。在预塑过程或再稍长一些时间内，已成型的塑料件在模具内冷却硬化。当塑件完全冷却硬化后，模具打开，在推出机构作用下，塑件被推出模具，即完成一个工作循环。a)b)c)图1-2-2柱塞式注射机的成型原理1-料斗；2-螺杆转动传动装置；3-注射机液压缸；4-螺杆；5-加热器；6-喷嘴；7-模具2.注射成型工艺过程一个完整的注射过程包括成型前准备、注射过程及塑件后处理3个过程。（1）成型前的准备工作成型前的准备工作包括：对原料的检验、预热和干燥、注射机料筒的清洗、嵌件的预热及脱模剂的选用等。有时还需对模具进行预热。1）对原料的检验。检查原材料的色泽、细度及均匀度、流动性、热稳定性、收缩性、水分含量等。如果是粉料，有时还需要进行染色和造料。2）原料的预热与干燥。对吸湿性强的塑料，如聚碳酸酯、聚酰胺、聚砜等，在成型前必须进行干燥处理，否则塑料制品表面将会出现斑纹、银丝和气泡等缺陷，甚至导致高分子在成型前产生降解，严重影响制件的质量。3）料筒的清洗。生产时需要变换产品、更换压力、调换颜色或排除已分解物料时，均需对注射机料筒进行清洗或拆换。柱塞式注射机料筒存料量大又不易对其转动，清洗时必须拆卸清洗或采用专用料筒。螺杆式注射机通常直接换料清洗。清洗时，若欲置换塑料成型温度比料筒内残留塑料温a)b)c)度高时，应先将料筒和喷嘴温度升高到欲置换塑料的最低加工温度，然后加热欲置换料，并连续对空注射，直至全部存料清洗完毕时才调整温度进行正常生产；若欲置换塑料的成型温度比料筒内塑料温度的，则应将料筒和喷嘴温度升高到料筒内塑料的最佳流动温度后，切断加热电源，用欲换料在降温条件下进行清洗；若欲置换成型温度高、熔体黏度大，而料筒内存留料又是热敏性的，如聚氯乙烯、聚甲醛等，为了预防塑料分解，应该选用流动性好、热稳定性高的聚苯乙烯或低密度聚乙烯作为过渡料。4）嵌件的预热。对于有嵌件的塑件，金属嵌件与塑料熔体的收缩率相差很大，塑料熔体包围金属嵌件后，在冷却定型过程中，嵌件周围的塑料会产生很大的内应力，容易产生裂纹或导致制品强度下降。在成型过程中对金属嵌件进行预热可以克服这一缺点。5）脱模剂的选用。为了使塑件容易从模具内脱出，有时还需要对模具型腔或模具涂上脱模剂。常用的脱模剂有硬脂酸锌、液体石蜡和硅油等。（2）注射过程注射过程一般包括加料、塑化、充模、保压补缩、冷却定型和脱模步骤，其工艺流程如图1-2-3所示。1）加料。将粒状或粉状塑料加入到注射机的料斗中。2）塑化。对料筒中塑料进行加热，或者螺杆注射机的螺杆对塑料的剪切摩擦热作用，使其由固体颗粒变成熔融状态并具有良好的可塑性，这一过程称为塑化。对塑化的要求是：在规定的时间内塑化出足够数量的熔融塑料；塑料熔体在进入塑料模具型腔之前应达到规定的成型温度，而且熔体各部位温度应均匀一致，避免局部温度过低或温度过高。3）充模。注射机的柱塞或螺杆快速向料筒前端推进，使塑化好的熔体经喷嘴和模具的浇注系统高速注射入模具型腔的过程称为充模。4）保压补缩。在模具中熔体冷却收缩时，注射机的柱塞或螺杆继续缓慢向前推进，迫使料筒中的熔体不断补充到模具中以补偿其体积的收缩，保持型腔中熔体压力不变，从而成型出形状完整、质地致密的塑件，这一阶段称为保压。保压还有防止倒流的作用。保压结束后，为了给下次注射准备塑化熔料，注射机的柱塞或螺杆后退，所以模具型腔内的压力比浇注系统和料筒前端内的高，此时若浇口未冻结，就会导致熔体倒流，塑件产生收缩、变形及质地疏松等缺陷。一般保压时间较长，通常保压结束时浇口已经封闭，从而可以防止倒流。5）冷却定型。塑件在模内的冷却过程是指从浇口处的塑料熔体完全冻结时起到塑件从模腔内推出为止的全部过程。模具内的塑料在这一阶段继续冷却、硬化、定型，以使制件在脱模时具有足够的刚度而不致产生翘曲或变形。6）脱模。塑件冷却到一定的温度即可开模，在推出机构的作用下将制件推出模外。图1-2-3注射成型工艺流程图（3）塑件后处理由于塑化不均或由于塑料在模具型腔中的结晶、定向和冷却不均匀及金属嵌件的影响、塑件的二次加工不当等原因，塑件内部不可避免地存在内应力。而内应力的存在往往导致塑件在使用过程中产生变形或开裂。为了解决这些问题，根据塑料的特性和使用要求，可对塑件进行退火处理或调湿处理。退火处理是把塑件放在一定温度的烘箱中或液体介质（如热水、热矿物油、甘油、乙二醇和液体石蜡等）中保温一段时间，然后缓慢冷却。其目的是消除制品的内应力，稳定尺寸。对于结晶型塑料还能提高结晶度，稳定结晶结构，从而提高其弹性模量，但却降低了断裂伸长率。退火温度一般控制在塑件的使用温度以上10～20℃至塑料热变形温度以下10～20℃。保温的时间与塑料品种和塑件的壁厚有关，一般可按每毫米0.5小时计算。调湿处理是将刚脱模的塑件放在热水中，隔绝空气，防止塑件氧化，加快吸湿平衡速度。其目的是保持塑件的颜色、性能以及尺寸稳定。主要用于吸湿性强又容易氧化变色的聚酰胺类塑件。调湿处理所用的介质一般为沸水或醋酸钾溶液，调湿处理温度一般为100～120℃，处理时间取决于塑料的品种、制件形状与壁厚和结晶度大小。达到调湿处理时间后，应缓慢冷却至室温。当然，并非所有的塑件都要经过后处理，像聚甲醛和氯化聚醚塑料的制品，虽然存在内应力，但由于高分子本身柔性较大和玻璃化温度较低，内应力能够自行缓慢消除，如果塑件要求不严格时，可以不必进行后处理。（二）压缩成型压缩成型又称压制成型、压塑成型、模压成型等。主要用于热固性塑料的加工，（如酚醛塑料、氨基塑料、环氧树脂等，）也可用于某些流动性很差的热塑性塑料（如聚四氟乙烯）的成型。与注射成型相比，其优点是可以使用普通压力机进行生产；压缩模结构比较简单；塑件内取向组织少，性能比较均匀，成型收缩率小等。利用压缩方法还可以生产一些带有碎屑状、片状或长纤维状填充料，流动性很差的塑料制件和面积很大、厚度较小的大型扁平塑料制件。但压缩成型周期长，生产环境差，生产操作多用手工而不易实现自动化，因此劳动强度大；塑件经常有溢料飞边，高度方向的尺寸精度不易控制；模具易磨损，因此使用寿命短。其典型的制品有：电器开关、仪器仪表外壳、电源插座等。1.压缩成型原理压缩成型是将松散状（粉料、粒料、碎屑状或纤维状）的固态物料直接加入到加热的压模型腔中，使其受热逐渐软化熔融，并在压力下使物料充模模腔，塑料中的高分子材料产生化学交联反应，经固化转变为塑料制品。其成型过程见图1-2-4所示。图1-2-4压缩成型a）加料b）压缩c）制品脱模1－上模座；2－上凸模；3－凹模；4－下凸模；5－下模板；6－下模座2.压缩成型工艺过程压缩成型工艺过程包括压缩成型前的准备、压缩成型和后处理等。其工艺流程如图1-2-5所示。图1-2-5压缩成型工艺流程图（1）成型前准备。成型前的准备工作主要指预压、预热等预处理工序。1）预压。成型前，在室温或稍高于室温的条件下，利用预压模将物料在预压机上压成重量一定、形状相似的锭料，以使其能比较容易地放入压缩模加料室内，方便成型操作和提高塑件质量。2）预热与干燥。在成型前，应对热固性塑料加热，去除其中的水分和其它挥发物，同时提高料温，便于缩短成型周期，提高塑件内壁固化的均匀性，改善塑件物理力学性能。提高熔体的流动性，降低成型压力，减少模具磨损。（2）压缩成型过程模具装上压力机后要进行预热。若塑件带有嵌件，加料前应将嵌件放入模具型腔内一起预热。热固性塑料的压缩过程一般可分为加料、合模、排气、固化和脱模等几个阶段。1）加料。加料是在模具型腔中加入已预热的定量物料，关键是加料量。因为加料量的多少直接影响着塑件的尺寸和密度。常用的加料定量方法有质量法、容量法和记数法三种。质量法比较准确，但较麻烦，每次加料前必须称料；容量法不如质量法准确，但操作方便；记数法只用于预压坯料的加料。2）合模。加料完成后进行合模，即通过压力使模具内成型零部件闭合成与塑件形状一致的模腔。当凸模尚未接触物料之前，应尽量使闭模速度加快，以缩短模塑周期和塑料过早固化。而在凸模接触物料以后，合模速度应放慢，以避免模具中嵌件和成型杆的位移和损坏，同时也有利于空气的顺利排放。合模时间一般为几秒至几十秒不等。3）排气。模压热固性塑料时，必须排除塑料中的水分和挥发物变成的气体以及化学反应时产生的副产物，以免影响塑件的性能和表面质量。为此，在合模之后，最好将压缩模松动少许时间，以便排出气体。排气操作应力求迅速，并要在塑料处于可塑状态下进行。排气的次数和时间根据实际需要而定，通常排气次数为1～2次，每次时间为几秒，最长为20秒。4）固化。压缩成型热固性塑料时，塑料进行交联反应固化定型的过程称为固化或硬化。热固性塑料模压成型时对固化阶段的要求是，在成型压力与温度下保持一定时间，使高分子交联反应进行到要求的程度，制品性能好，生产效率高。为此，必须注意两个问题：固化速度和固化程度。固化速度通常以试样硬化1mm厚度所需要的时间表示。在一定的塑料和制品情况下，可以通过调整成型工艺条件、预热、预压来控制固化速度。固化速度慢，成型周期长，生产效率低；固化速度过快，塑料未充满型腔就已经固化，不能成型形状很复杂的塑件。对固化速度不高的塑料，也可以在制品能够完整地脱模时就结束模压过程，然后用后烘的方法完成全部硬化过程，以缩短成型周期，提高压力机的利用率。固化程度对塑件的质量影响很