注塑成型工艺

第2222章塑胶产品注塑成型工艺塑胶类零件制造过程，根据需要先要进行塑胶成型、加工成各类塑胶半成品或部件，注塑成型是塑胶零件主要的成型方法之一。注塑成型必须借助注塑机等成型设备和注塑模具才能完成，对于注塑原理与工艺流程以及注塑模具结构和原理等理论内容在其他有关资料中都有详尽的描述，在此不必重复。本章主要介绍在塑胶产品制造过程中常涉及的实际内容和问题。2.12.12.12.1概述概述概述概述塑胶产品制造过程中，塑胶件成型是其中十分重要内容之一。塑胶件成型是将各种形态(粉料、粒料、熔料和分散体)的塑料制成所需形状的制品或坯件的过程。塑胶件成型是以注塑、挤塑和压延三大成型工艺为主，塑胶产品制造又以注塑成型工艺最为常见。所谓注塑成型（injectionmolding）是指将已加热熔融的材料喷射注入模具内，经冷却与固化后，得到成型品德方法。其具体过程是，将粒状或粉状塑料从注塑机的料斗送入加热的料筒中，经加热塑化成熔融状态，由螺杆施压而通过料筒端部的喷嘴注入低温的、闭合的模具型腔中经冷却硬化而保持模腔所赋予的形状，开模取出胶体后就完成了一个工作周期。注塑成型是塑胶成型加工中普通采用的方法，它适用于全部热塑性塑料（热塑性塑料：在特定的温度范围内能反复加热熔融和冷却硬化的一类塑料，如ABS、PP、PE、PC、PA、POM）和部分热固性塑料，塑胶塑胶产品的大部分零部件都是通过注塑成型制造的。注塑成型的成型周期短（几秒到几分钟），成型制品质量可由几克到几十千克，能一次成型外形复杂、尺寸精确、带有金属或非金属嵌件的模塑品。因此，该方法适应性强，生产效率高。注塑成型又称注射模塑成型，它是一种注射兼模塑的成型方法。注塑成型方法的优点是生产速度快、效率高，操作可实现自动化，花色品种多，形状可以由简到繁，尺寸可以由大到小，而且制品尺寸精确，产品易更新换代，能成形状复杂的制件，注塑成型适用于大量生产与形状复杂产品等成型加工领域。不利的一面是模具成本高，且清理困难，所以小批量制品就不宜采用此法成型。用这种方法成型的制品有：电视机外壳、半导体收音机外壳、电器上的接插件、旋钮、线圈骨架、齿轮、汽车灯罩、茶杯、饭碗、皂盒、浴缸、凉鞋等。一个完整的注塑生产过程还应包括一些辅助工序，如图2-1所示。注塑生产过程中可划分如下几个步骤。第一步，准备塑胶料。将从外购回的全新塑胶原料和回收的二次料按照合适的比例，通过混料机将两者进行充分混合，配置成用于生产的塑料原料。第二步，配料着色。若根据塑胶产品设计要求，注塑件需要整体着色，则在进行注塑前通过在塑料原料内添加相应的着色剂，并与原料均匀、充分地混合，可使塑料在注塑成型过程中实现着色而获得有色的注塑件。第三步，焗料干燥。根据注塑成型工艺要求，要保证塑料原料的充分干燥，不含水分，因此在进行注塑成型之前通过干燥机对原料进行干燥处理。第四步，注塑成型。在对塑料原料进行前处理后，利用注塑模具在注塑机中进行加工生产。在成型加工之前，还要对模具进行试模，检查模具的质量和调试合适的工艺参数。第五步，去水口。注塑加工完成后，要对注塑件上的水口料进行清除。在进行去除水口的过程中，要特别注意不能损伤注塑件。第六步，检查和包装。去除水口后，要对注塑件进行质量检查，对合格品进行半成品包装和装箱，准备转到下一道工序；对不合格品进行收集回收。第七步，回收废料。对在成型加工中产生水口料和经检查不合格的制品，不能随意丢弃，而是应该进行回收。经碎料机打料粉碎后，可以按一定比例与全新料混合用在后续的生产中。实际注塑生产过程可采用半自动和全自动两种生产形式，而手动形式只是在调试机器时采用。图2-1注塑生产流程图在塑胶产品企业进行注塑生产时，要获得优良的注塑制品需要具备以下五个主要先决条件：①具备性能可靠的注塑机；②满足使用要求的辅助设备（干燥机、冻水机、碎料机和混料机等）；③选择适用的塑料；④优良的注塑模具；⑤高素质的调机技术人员。注塑机是注塑成型过程的核心设备，生产辅助设备主要指干燥机、冻水机、碎料机和混料机等，干燥机用来干燥塑料原料（由于塑料高分子大都含有亲水基因，易吸水导致成型产生银丝、气泡、水纹等缺陷）；冻水机可以通过控制冷却水温度（一般为10℃左右）来控制模具的工作温度；碎料机将脱离的流道或报废塑料打碎成为水口料以回用于生产（打料时注意不同种类的料分开不能杂合，环境要保持干净，防收污染）；混料机将按配比称量后的塑胶原料、水口料（若需要加入）及色粉/色种通过机械搅拌，混合均匀，以使成型塑件着色，强度一致。不同塑料其主要性能及注塑成型工艺特点不同，因此根据塑胶产品的不同性能与成本等要求选择相应的原料。塑胶模具是注塑成型生产中赋予塑料形状所用部件的组合体，塑胶模的结构视塑料性质、制作形状、结构以及注塑机的不同等因素而形式、大小差异很大，然而其基本结构大致相同，即主要由浇注系统、成型零件、结构零件三大部分组成，其中浇注系统与成型零件是与塑料直接接触的部分，并随塑料制品而变化，它是模具中最重要、最复杂、变化最大、要求表面精度及光泽度最高的部分。高素质的调机技术人员可以保证获得优良的注塑工作条件和参数。2.22.22.22.2注塑成型设备注塑成型设备注塑成型设备注塑成型设备注塑成型是在注塑成型设备（简称注塑机，外观如图2-2所示）上完成全部工作过程的。注塑机可用于各种热塑性塑料（尼龙、ABS、聚丙烯、聚苯乙烯等）的成型加工，广泛用于汽车、仪表、电子、电信、塑胶产品、日用制品、文具等零件注塑成型。图2-2震雄集团SUPERMASTER二板大型卧式注塑机2.2.1注塑机基本组成与结构一般情况下，通用型注塑机基本结构包括三大部分，即注射装置、合模装置（锁模与脱模装置）和液压传动与电气控制系统，如图2-3所示。(1)注射装置注射装置是注塑机的心脏部分，其作用是保证定时、定量地把物料加热塑化和熔融，然后以一定的压力和尽快的速度把相当于一次注射量的熔融塑料注入模具型腔内，注射完毕还要有一段保压时间以向模腔内补充一部分因冷却而收缩的熔料，使制品密实和防止模腔内物料反流。因此，注射装置必须保证塑料均匀塑化，并有足够的注射压力和保压压力。能满足这些要求的注射装置主要有柱塞式、柱塞-螺杆式、螺杆式等。注射装置主要有塑化装置（螺杆或柱塞、机筒、喷嘴和加热器等）、料斗、计量装置、螺杆传动装置、注塑油缸和注塑座整体移动油缸等组成。注射装置是将树脂予以加热融化后在射入模具内。此时，要旋转螺杆，并让投入到料斗的树脂停留在螺杆前端（称之为计量），经过相当于所需树脂量的行程贮存后在进行射出。当树脂在模具内流动时，则控制螺杆的移动速度（射出速度），并在填充树脂后用压力（保压力）进行控制。当达到一定的螺杆位置或一定射出压力时，则从速度控制切换成压力控制。图2-3注塑机结构示意图（2）合模装置合模装置主要作用是固定模具，实现模具的开闭动作。在注塑和保压时保证模具可靠地合紧，以及执行脱模作业。合模装置主要由固定模具的前模板以及安装移模油缸或调模装置的后模板、移动模板、拉杆、合模油缸、移模油缸、连杆机构、调模机构、顶出机构和安全保护机构等组成。（3）液压传动与电气控制系统液压传动与电气控制系统的作用中保证注塑机按工艺过程预定的要求（压力、温度、速度和时间等）和动作程序准确而有效地工作。液压传动主要由各种液压元件、液压基本回路和其他附属装置所组成。电气控制系统主要由各种电器元件、仪表、电控系统（加热、测量）、微机控制系统等组成。液压传动与电气控制系统两者有机结合协调工作，对注塑机提供动力和现实动作控制。2.2.2注塑机的基本参数注塑机的性能通常采用一些参数加以表示，其基本参数有注射量、注射压力、注射速度、注射时间、塑化能力、锁模力、移模速度和合模装置基本尺寸等。这些参数能较好地反映出注塑件的大小、物料种类和品级范围，又是注塑模具设计和注塑机选用的依据。(1)注射量是指在对空注射条件下，注塑机螺杆或柱塞作一次最大注塑行程时，注塑系统所能达到的最大注出量。该参数表明注塑机的生产能力的重要标志，常用来表示注塑机的规格。注射量一般有两种表示方法：一种以熔料的容积表示（单位为cm3）；另一种是用熔料的质量表示（单位为g）。(2)注射压力是指螺杆或柱塞端面处作用于熔料单位面积上的力。注射压力的大小与注塑机结构、制品形状、塑料性能、温度和模具等因素有关。在实际生产中，注塑压力应能在注塑机允许范围内调节，其大小要根据实际情况进行选用，若注射压力过大，制品可能出现飞边或脱模困难等问题；若注塑压力过小，则熔料不易成型等。(3)锁模力是指注塑机合模机构施于模具上的最大夹紧力。在此力作用下，模具不应被熔体所顶开，在一定程度上反映出注塑机所能生产制品的大小，也是注塑机生产能力的又一个重要参数。锁模力的选取很重要，若选用注塑机锁模力不够，在成型时易使制品产生飞边，不能成型薄壁制品；若锁模力选用过大，容易压坏模具等。(4)合模装置基本尺寸合模装置基本尺寸直接关系到所能加工制品的范围和模具的安装、定位等。主要包括模板尺寸与拉杆间距、模板间最大开距与动模板行程和模具厚度等。注塑机除了以上4个主要基本参数外，还有许多具体性能参数，见表2-1。表2-1注塑机HDX88和HDX128的参数参数/机型单位HDX88HDX128注射装置螺杆直径mm353840384043螺杆长径比L/D21.7201921.12018.6注射容积cm3144170188181201232注射质量g131155171165183211注射压力MPa194165149177160138锁模装置合模力kN8801280模板行程mm320360拉杆间距mm365×365410×410模具厚度mm150～360150～430顶出力kN3838顶出行程mm100130其他油泵压力MPa1616电机功率kW1113加热功率kW6.39.7外形尺寸m4.4×1.3×1.74.8×1.3×1.8机器质量t2.83.8模具定位圈直径mm125125喷嘴圆球半径mmSR10SR102.2.3注塑机常见的主要品牌注塑机行业在全球发展很快，特别在中国制造业的快速发展的时代，如今国内和国外注塑机品牌均有不少在塑胶产品企业使用。比较著名的注塑机品牌有香港的震雄，台湾的台中精机，内地的海天、海泰和博创等，日本的三菱、东芝和住友等，德国的德马格和克劳斯玛菲等。相比之下，使用最长寿命的应该属于日本注塑机，欧洲注塑机的安全标准较高。(1)德国的德马格注塑机德马格是世界知名的德国DemagErgotech公司的注塑机品牌，其主要特点是：注塑机采用液压锁模结构与计算机优化的位置控制和预设的加速曲线相吻合，保证了锁模快速平衡的运动，保证了模具的完好性，缩短了循环时间，而且它的液压顶出机构易于拆装，没有突出的软管，拉杆间距足以容纳体积大的模具;注塑机采用电控变量泵（DFE），可以达到闭环的油压控制，能满足任何高精度、高反应的要求，同时可以使能耗降至最低以达到更好的节能要求（比普通注塑机节能30%以上）；采用ErgotechControl控制器，可以按照要求的时间、压力及流量从注射状态切换到保压状态，设定值既可以按百分比，也可以按物理值输入；NC4可以控制外部设备，还提供一个专门的页面设定各项工艺参数，进行质量控制，所有的工艺控制都是由NC4控制系统自动完成。(2)德国KRAUSSMAFFEI(克劳斯玛菲)注塑机KRAUSSMAFFEI（克劳斯玛菲）是德国高精度注塑机的主打品牌。EX是克劳斯玛菲推出的全电动注塑机，速度快、精度高、清洁，同时比较节省能源。具有很短的干燥循环时间，循环速度快的同时还具有很高的精度。生产出来的产品也是高质量的。(3)日本住友注塑机住友是日本注塑机的第一品牌，也是世界全电动注塑机第一品牌，住友全电动注塑机连续五年来居于世界市场首席占有率。住友从事注塑机研发制造已有四十多年的历史，历来以其高速、高压而在行业内享有盛名。自从全电动机得到广泛应用，住友更凭借强大的研发与创新能力走在整个电动机行业的最前端。目前住友拥有多项独家技术，如直接驱动、双压中心模板锁模结构、锁模力自动补正等，