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《材料成型设备》讲授人：程振邦塑料成型设备塑料成型设备:能将高分子聚合物树脂加工成型为塑料制品的设备注射成型法、挤出成型法、吹塑成型法塑料注射成型机、塑料挤出成型机、塑料吹塑成型机《材料成型设备》讲授人：程振邦4.1塑料注射成型机4.1.1概述塑料注射成型机是塑料成型加工的主要设备之一，简称塑料注射机，俗称注塑机。注射成型：将固态（玻璃态）的塑料原料经塑化装置塑化为熔融态（粘流态），在一定压力和速度下注射入密闭的模腔内，经保压冷却定型后，开模顶出而获得与模具型腔完全一致的塑料制品的一种成型方法。塑料原料（玻璃态）→塑化熔融（粘流态）→注入密闭模腔→保压冷却定型→开模顶出→塑料制品注射机主要用于热塑性塑料注射成型，近年来由于注射工艺和设备技术的发展，已成功地用于部分热固性塑料的注射成型，并随着塑料材料等方面的发展应用范围进一步扩大，出现了许多新的注射工艺和注射成型机。《材料成型设备》讲授人：程振邦塑料注射成型的特点：①能够一次成型出形状复杂、尺寸精确、表面质量很高的制品；②生产率高，适应性强；③工艺稳定，易于控制，便于实现自动化等。1956年，德国的E.齐格勒发明往复式注射机，使注射机结构基本定型。20世纪70年代以来，塑料机械广泛采用电气、液压等先进技术，并开始向大型、高速、精密、特殊用途、连续化和自动化，以及小型和超小型的方向发展。目前，塑料注射成型机是塑料成型设备中增长最快，产量最多，应用最广的塑料成型设备。必要条件：塑料必须以熔融状态注入到模具模腔；注入的塑料熔体必须具有足够的压力和流动速度以完全充满模具模腔。《材料成型设备》讲授人：程振邦4.1.2塑料注射成型机的组成往复螺杆式注射成型机组成1.合模装置2.注射装置3.液压传动系统4.电气控制系统塑料注射成型时，每一工作循环注射机应完成塑料的塑化、合模注射、冷却成型、顶出制品等基本过程。因此，注射机主要由注射装置、合模装置、液压传动系统和电气控制系统等组成，如下图所示。《材料成型设备》讲授人：程振邦①注射装置：主要作用：使塑料的均匀地塑化熔融，并以足够压力和速度将一定量的熔料注射到模具型腔内。结构组成：塑化部件（机筒、螺杆、喷嘴）、加料部件（上料系统、料斗等）、计量装置、螺杆驱动装置、加热冷却装置、注射座移动装置等。②合模装置（锁模装置）：主要作用：保证成型模具可靠的闭合和实现可靠的模具开、合动作以及顶出制件。结构组成：模板、拉杆、合模机构、制品顶出装置、安全防护机构等;③液压传动和电气控制系统：主要作用：实现成型过程中所需能量的转换与传递，实现工作循环及工艺条件的设定与控制，保证注射机按预定工艺过程的要求（如压力、温度、速度和时间）和动作程序准确有效工作。结构组成：液压部分——液压泵、液压马达、方向控制阀、流量阀、压力控制阀电气部分——动力、动作程序和加热等控制部件4.1.3注射成型工艺过程塑料注射成型是利用塑料的三种物理状态（玻璃态、高弹态和粘流态），在一定的工艺条件下，借助于注射机和模具，成型出所需要的制件。注射机的种类虽然很多，所用的注射成型机的动作程序、所用的模具和工艺参数不尽相同，但其注射成型的工艺过程是基本相同的注射成型生产工艺过程1-模具2-喷嘴3-加热圈4-料斗5-螺杆传动装置6-注射液压缸7-行程开关8-螺杆9-料筒注射成型工艺周期过程《材料成型设备》讲授人：程振邦⑴合模与锁紧注射成型机的成型周期一般从模具开始闭合时算起。模具首先以低压快速进行闭合，当动模与定模很接近时，合模的动力系统自动切换成低压（即试合模压力）、低速，在确认模内无异物存在时，再切换成高压低速而将模具锁紧。⑵注射装置前移在确认模具达到所要求的锁紧程度后，注射装置整体移动液压缸工作，使注射装置前移，保证喷嘴与模具主浇口套入口以一定的压力贴合，为注射阶段做好准备。《材料成型设备》讲授人：程振邦⑶注射与保压完成上述两个工作过程后，便可向注射液压缸接入压力油。于是与液压缸活塞杆相接的螺杆，便以高压高速将头部的熔料注入模腔。此时螺杆头部作用于熔料上的压力为注射压力，又称一次压力。注入模腔的熔料由于低温模具的冷却作用而产生收缩，为生产出质量致密的制件，对熔料还需保持一定的压力以进行补缩。此时，螺杆作用于熔料的压力称为保压压力，又称二次压力。保压时，螺杆因补缩会有少量的前移。⑷制件冷却与预塑化当保压进行到模腔内熔料失去从浇口回流的可能性时（即浇口封闭），注射液压缸内的保压压力即可卸去（此时合模液压缸内的高压也可撤除），使制件在模内冷却定型。《材料成型设备》讲授人：程振邦为了缩短成型周期，在制件冷却的同时螺杆传动装置工作，带动螺杆转动，使料斗内的塑料落入料筒经螺杆向前输送，在料筒加热系统的外加热和螺杆的剪切、混炼作用下，使塑料逐渐依次熔融，由螺杆输送到料筒的前端，并产生一定的压力。这个压力是根据所加工的塑料品种、调节注射机液压系统的背压阀和克服螺杆后退的运动阻力建立的，统称为预塑背压，其目的是保证塑料的塑化质量。由于螺杆不停地转动，故熔料也不断地向料筒前端输送，螺杆端部产生的压力迫使螺杆连续向后移动，当后移一段距离，料筒端部的熔料足以满足下次注射量时，压下行程开关7，螺杆停止转动和后移，这就是常说的计量。PS:由于制件冷却和预塑同时进行，故一般情况下，要求螺杆预塑时间要少于制件冷却时间，以免影响成型周期。《材料成型设备》讲授人：程振邦⑸注射装置后退注射装置是否后退可根据所加工塑料的工艺而定。有的在预塑化后退回，有的在预塑化前退回，有的注射装置根本不退回。注射装置退回的目的主要是避免使喷嘴与冷模长时间接触使喷嘴内料温过低，影响下次注射和制件质量。另一方面，有时为了便于清料，常使注射装置退回。⑹开模与顶出制件模具内的制件冷却定型后，合模机构就开启模具。在注射机的顶出系统和模具的推出机构的联合作用下，将制件自动推出，为下次成型做好准备。《材料成型设备》讲授人：程振邦4.1.4注射成型机的分类注射成型机分类注射装置排列方式塑化方式加工能力、机器用途合模装置的不同《材料成型设备》讲授人：程振邦卧式注射成型机卧式注射机其注射装置的螺杆轴线和合模装置的运动轴线呈一水平直线排列。其特点为：机身低，厂房高度要求低，便于操作和维修；机器因重心较低，安装稳定性好；制品顶出后可以利用自重自动落下，容易实现全自动操作；但设备占地面积大。因其优点卧式注射机应用广泛，对大、中、小型都适用，是目前国内外注射机的最基本形式。一、按注射机排列方式分类《材料成型设备》讲授人：程振邦立式注射机的注射装置轴线与合模装置的模板运动轴线呈垂直排列。其特点是占地面积小;模具拆装方便；成型制品的嵌件易于安放。但制品顶出后常需用人工取出，不易实现自动化，另外因机身较高，设备的稳定性较差，加料及维修不便。因此该结构主要用于注射量在60cm3以下的小型注射机上。立式注射成型机《材料成型设备》讲授人：程振邦角式注射机其注射装置轴线和合模装置运动轴线相互垂直（L形）其优缺点介于立、卧两种注射机结构之间，在大、中、小型注射机中均有应用。因其注料口在模具分型面的侧面，因此特别适合于成型中心不允许留有浇口痕迹、外形尺寸较大的制品。因为使用卧式或立式注射成型机成型制件时，模具必须设计成多型腔或偏至一边的型腔，这经常受到机器模板尺寸的限制；使用角式注射成型机成型这类制件时，由于熔料是沿着模具的分型面进入模腔，因此不存在上述问题。角式注射成型机《材料成型设备》讲授人：程振邦多模注射机是一种多工位操作的特殊注射机。它的注射装置和合模装置的结构形式与前几种注射机相似，但合模装置有多个，按多种形式排列。多工位注射成型机《材料成型设备》讲授人：程振邦多模转盘式为多个合模装置围绕同一回转轴均匀排列，工作时，一副模具与注射装置的喷嘴接触，注射保压后随转台的转动离开，在另一工位上冷却定型（同时，另一副模具转入注射工位），然后再转过一个工位进行开模取出制品。其他工位可进行安放嵌件、喷脱模剂、合模等工序。该结构注射机的优点是充分发挥了注射装置的塑化能力，提高生产效率，故特别适合于冷却时间长或辅助时间多的制品的大批量生产，如旅游鞋生产、注射中空吹塑制品成型等。其缺点是合模系统复杂而庞大，锁模力有限。《材料成型设备》讲授人：程振邦注射机的加工能力主要用注射量和合模力参数表示，国际上通用的表示方法是用注射量和合模力同时表示。按其加工能力可分为超小型、小型、中型、大型、超大型(巨型)注射机。二、按注射机加工能力分类类别合模力/kN注射量/cm3超小型小型中型大型巨型＜200～400400～30003000～60008000～20000＞20000＜3060～500500～2000＞2000注射机的加工能力《材料成型设备》讲授人：程振邦三、按注射机的用途分类主要有：热塑性塑料通用型热固性塑料型发泡型注射机高速型注射机多色注射机精密塑料注射机反应注射机鞋用注射成型机注射成型应用的范围很广，为满足各种注射工艺和提高设备效能，而将注射机设计成各种类型。四、按塑化方式（注射装置）分类主要有：柱塞式注射成型机螺杆柱塞式注射成型机往复螺杆式注射成型机柱塞式注射成型机1—喷嘴；2—分流梭；3—加热圈；4—料筒；5—加料装置；6—料斗；7—计量室；8—注射柱塞；9—传动臂；10—注射活塞；11—注射座移动油缸柱塞式注射装置示意图结构组成工作原理柱塞式注射装置工作原理如下图所示注射柱塞处于退回的位置，此时料斗5中的粒料落入与注射液压缸活塞杆相连接的计量装置4的计量室中。当注射液压缸推动注射柱塞7前移时，计量装置随之前移，从而使计量室中一定量的粒料落入加料室。当注射柱塞退回时，料斗中粒料又一次落入计量室，同时加料室中的粒料经料筒加料口进入料筒加料区。注射柱塞再一次前移时，柱塞将料筒加料区中的粒料向前推移的同时，计量室的粒料又落入加料室。如此反复循环动作，粒料在料筒中不断前移。料筒外部加热器2的热量传递给料筒内的塑料，使其逐渐熔融塑化为粘流态的塑料。在柱塞推动下塑料经过分流梭3与料筒间的窄缝，再经喷嘴1注射到模腔中。设置分流梭的目的是增加塑料的传热面积，迫使料流分散成薄层，加强传热效果，借以提高塑化能力和塑化均匀性。柱塞式注射装置的特点⑴塑化不均匀，提高料筒的塑化能力受到限制由于料筒内塑料加热熔融塑化的热量来自于料筒的外部加热，且塑料导热性差，塑料在料筒内的运动呈“层流”状态，造成靠近料筒外壁的塑料温度高，塑化快；而料筒中心的塑料温度低，塑化慢。料筒直径越大，温差越大，塑化越不均匀，甚至出现内层塑料尚未塑化好，而表层塑料已过热分解变质的状况。对于热敏性塑料则更难于加工成型。⑵注射压力损失大因注射压力不能直接作用于熔料，需经未塑化的塑料传递，熔融塑料通过分流梭与料筒内壁的狭缝进入喷嘴，最后注人模腔，造成很大压力损失。据实测，采用分流梭的柱塞式注射机，模腔压力仅为注射压力的25%~50%，因此需要提高注射压力。⑶不易提供稳定的工艺条件柱塞在注射时，首先对加入料筒加料区的塑料进行预压缩，然后才将压力传递给塑化后的熔料，并将头部的熔料注入模腔。可见，即使柱塞等速移动，熔料的充模速度也是先慢后快，直接影响到熔料在模内的流动状态。且每次加料量的不精确，对工艺条件的稳定和制品质量也会有影响。此外，料筒的清洗比较困难，但其结构简单，在注射量较小时，仍不失其应用价值。因而，一般只用于注射量在60cm3以下的小型注射机。1-预塑料筒2-单向阀3-注射料筒4-注射柱塞螺杆柱塞式注射装置螺杆柱塞式（预塑式）注射装置由螺杆预塑料筒和注射料筒组成，两个料筒的连接处有单向阀。结构组成工作原理：粒料通过螺杆预塑料筒而塑化，熔料经过单向阀进入注射料筒。当注射料筒中的熔料量达到预定量时，螺杆塑化停止，注射柱塞前进并将熔料注入模腔。预塑化料筒中的螺杆在转动过程中输送塑料，并对塑料产生剪切摩擦加热和搅拌混合作用。PS:这种注射装置的塑化速度较快且注射过程的压力和速度比较稳定。这种形式多应用于高速精密和大型注射装置等方面。由于螺杆的转动，推动塑料在螺杆螺槽内