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第四章注射成型原理及注射工艺注射成型是塑料成型的一种重要方法，它主要适用于热塑性塑料的成型。塑料注射成型的特点：1.成型周期短，能一次成型形状复杂、尺寸精确、带有金属或非金属嵌件的塑料制件；2.生产率高，易实现自动化生产，3.几乎所有的热塑性塑料都可以用注射成型的方法成型。4.所用设备价格较高，模具的结构较复杂，生产成本高，不适合单件小批量的塑料成型。5.部分热固性塑料也可以采用注射成型方法成型。第一节注射成型原理注射机的主要作用：（1）加热塑料（把固态塑料变成粘流态塑料）（2）对粘流态塑料施以高压注射机按塑料在料筒中的塑化方式分为：柱塞式注射机和螺杆式注射机1、柱塞式工作原理（1）动、定模合模（2）柱塞将粒料推到加热料筒前端（3）保持压力，冷却固化（4）柱塞复位，料斗落料（5）动定模打开柱塞式注射机示意图1-定模2-喷嘴3-料筒4-分流梭5-料斗6-柱塞柱塞式存在的问题1）塑化不均匀加分流梭2）注射压力损失过大3）注射量受到限制（一般为30g~60g）2螺杆式工作原理1）动定模合模2）油缸活塞将计量室的粘流态塑料推入模具后保压（螺杆不转动）3）活塞压力消失，螺杆转动，将筒内塑料向前输送4）当螺杆头部背压达到一定值时，油缸后退5）动定模打开螺杆动作示意图A—计量室B—喷嘴2螺杆式工作原理以螺杆式注射机为例，将颗粒状的塑料加入到料斗中，在螺杆的转动下，颗粒状的塑料进入到带有电热器的料桶中，并被推着向前移动，在电热器加热和摩擦热的作用下均匀塑化，当料桶前端集聚的熔料对螺杆产生一定的压力时，螺杆就在转动中后退，直至与调整好的行程开关接触；接着注射液压缸开始工作，与液压缸活塞相联接的螺杆以一定的速度和压力将熔料通过料桶前端的喷嘴注入温度较低的闭合模具型腔中，保压一定时间，经冷却固化后即可保持模具型腔所赋予的形状，然后开模分型，在推出机构的作用下，将注射成型的塑料制件推出型腔。第二节注射成型工艺注射成型工艺过程包括成型前的准备、注射过程和塑件的后处理三部分。1.成型前的准备原料的检验和预处理：包括色泽、粒度及均匀性、流动性(熔体流动速率、粘度)、热稳定性、收缩性、水分含量等。对于吸水性强的塑料(PC、PA、PSF、PMMA)：干燥处理干燥处理的方法：小批量热风循环干燥烘箱、红外线加热烘箱；大批量负压沸腾、真空干燥。干燥温度不宜过高，否则会使塑料结块嵌件的预热：减少内应力料筒的清洗：塑料不同或颜色不一致时，要进行清洗。脱模剂的选用：常用的脱模剂有三种：硬脂酸锌（除PA），一般塑料均可用；液体石蜡(白油)；硅油。手工喷涂二、注射过程充模、压实、保压、倒流和冷却五个阶段注射周期中的压力—时间曲线1-注射压力；2-喷嘴末端压力；3-型腔始端压力；4-型腔末端压力1、充模（tB-tA）高压高速2、压实（tC-tB）增密过程3、保压（tD-tC）补缩过程4、倒流（tE-tD）5、冷却（tF-tD）3．塑件的后处理目的：减少内应力，稳定尺寸方法：主要有退火处理和调湿处理。退火处理是把制品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)中一段时间，然后缓慢冷却。温度高于使用温度10～20°C，低于热变形温度10～20°C。退火处理的结果，消除了塑料制品的内应力，稳定了尺寸。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和硬度，但却降低了断裂伸长率。调湿处理主要是用于聚酰胺类塑料的制品。将刚脱模的这类塑料制品放在热水中处理，不仅隔绝空气，防止氧化，消除内应力，而且还可以加速达到吸湿平衡，稳定其尺寸，故称为调湿处理。第三节注射成型的工艺参数正确的注射成型工艺过程可以保证塑料熔体良好塑化，顺利充模、冷却与定型，从而生产出合格的塑料制件，而温度、压力和时间是影响注射成型工艺的重要参数。一、温度在注射成型过程中需要控制的温度有料筒温度、喷嘴温度和模具温度等三种温度。其中料筒温度、喷嘴温度主要影响塑料的塑化和流动，模具温度则影响塑料的流动和冷却定型。第三节注射成型的工艺参数料筒的温度：料筒最适合的温度范围应在粘流温度或熔点温度θf（或θm)和热分解温度θd之间。料筒的温度分布一般采用前高后低的原则，即料筒的加料口(后段)处温度最低，喷嘴处的温度最高。料筒后段温度应比中段、前段温度低5～10℃。对于吸湿性偏高的塑料，料筒后段温度偏高一些；对于螺杆式注射机，料筒前段温度略低于中段，以防止由于螺杆与熔料、熔料与熔料、熔料与料筒之间的剪切摩擦热而导致塑料产生热降解现象．第三节注射成型的工艺参数喷嘴温度：一般略低于料桶的最高温度。可防止直通式喷嘴上可能发生的“流涎”现象。模具温度：一般情况下在满足使用条件的前提下采用较低的模具温度。模具温度应低于塑料的粘流化温度或热变形模具温度影响塑料的特性、制品的结构与尺寸、制品的性能要求以及成型工艺条件。玻粘热模（）第三节注射成型的工艺参数二、压力注射成型过程中的压力包括塑化压力、注射压力和保压压力三种，它们直接影响塑料的塑化和塑件质量。1.塑化压力（又称背压）定义：是指采用螺杆式注射机时，螺杆顶部熔体在螺杆转动后退时所受到的压力。工作值的确定：塑化压力大小对熔体实际温度、塑化效率及成型周期等均有影响。一般为6MPa～20MPa左右。第三节注射成型的工艺参数2.注射压力定义：注射压力是指柱塞或螺杆顶部对塑料所施加的压力。作用：克服熔体流动阻力；具有一定的充满型腔的速率；对熔体进行压实。工作值的确定：注射压力的大小取决于塑料品种、注射机类型、模具结构、塑料制品的壁厚和流程及其它工艺条件，尤其是浇注系统的结构和尺寸。对于一般热塑性工程塑料，压力在70～150MPa；对于聚砜、聚酰亚胺、聚芳砜等压力则要高些。第三节注射成型的工艺参数3.保压压力定义：保压压力型腔充满后，继续对模内熔料施加的压力称为保压压力。作用：对型腔内的熔体进行压实；使塑料紧贴于模壁以获得精确的形状；使不同时间和不同方向进入型腔同一部位的塑料熔合成一个整体；补充冷却收缩。工作值的确定：保压压力一般小于注射压力。保压压力太高，易产生溢料、溢边增加塑件的应力；保压压力太低，会造成成型不足。第三节注射成型的工艺参数3．时间(成型周期)完成一次注射成型过程所需的时间称成型周期。它包括合模时间、注射时间、保压时间、模内冷却时间和其他时间等。合模时间：是指注射之前模具闭合的时间。合模时间太长，则模具温度过低，熔料在料筒中停留时间过长；合模时间太短，模具温度相对较高。注射时间：是指注射开始到充满模具型腔的时间(柱塞或螺杆前进时间)。在生产中，小型塑件注射时间一般为3～5s．大型塑件注射时间可达十几秒。保压时间：是指型腔充满后继续施加压力的时间(柱塞或螺杆停留在前进位置的时间)，一般为20～25s，特厚塑件可高达5～l0min。保压时间过短，塑件不紧密，易产生凹痕，塑件尺寸不稳定等：保压时间过长，加大塑件的应力，产生变形、开裂，脱模困难。第三节注射成型的工艺参数模内冷却时间：是指塑件保压结束至开模以前所需的时间(柱塞后撤或螺杆转动后退的时间均在其中)。冷却时间主要决定于塑件的厚度、塑料的热性能、结晶性能以及模具温度等。冷却时间的长短应以脱模时塑件不引起变形为原则，冷却时间一般在30～120s之间。冷却时间过长，不仅延长生产周期，降低生产效率，对复杂塑件还将造成脱模困难、易变形、结晶度高等；冷却时间过短，塑件易产生变形等缺陷。其他时间：指开模、脱模、喷涂脱模剂、安放嵌件等时间。