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塑料注射成型第一节概述一.注射成型1.概念：•亦称注塑，是使热塑性或热固性模塑料先在加热机筒中均匀塑化，而后由螺杆或柱塞推挤到闭合模具中成型的一种方法2.原料：几乎所有热塑性塑料、几种热固性塑料3.制品：占制品总量的20～30%，特别是工程结构材料、主要工业配件、仪器仪表零件、壳体等，逐渐代替传统金属和非金属制品二.成型原理及过程合模→注射→保压→冷却→启模↓顶出预塑↓制品第二节注射成型设备一.注射机的分类：•按机器的外形特征分为：立式注射机卧式注射机角式注射机•按机器的传动方式分为：液压式和机械式注射机•按塑化和注射方式分为：柱塞式注射机、螺杆式注射机等•生产模式：全自动、半自动、手动、点动二.注射机的构成：•以螺杆式注射机为例：•包括：注射装置、合模装置、液压传动系统、电器控制系统1.注射装置：•注射机的主要部分，其作用是使塑料塑化和均化，并在很高的压力和较快的速度下，通过螺杆(或柱塞)的推挤将熔料注射入模具注射完毕后，并能对已注射到模具型腔中的熔料施行保压•注射系统包括：塑化装置、传动装置、注射及注射座移动油缸(1)加料装置(2)料筒(3)螺杆：与挤出机螺杆有共同点•注射螺杆特点：①注射螺杆在旋转时有轴向位移，因此螺杆的有效长度是变化的②长径比和压缩比较小：一般L/D：16~20，压缩比为2~2.5③螺槽深度一般偏大，以提高生产率④注射螺杆因有轴向位移．因此加料段应较长，约为螺杆长度的一半，而压缩段和计量段则各为螺杆长度的1／4⑤螺杆头部的结构：•为使螺杆对塑料施压进行注射时不致出现熔料积存或沿螺槽回流的现象，对螺杆头部的结构应进行考虑：•锥形(尖头)螺杆头：用于熔融黏度大的塑料•止逆型螺杆头：用于注塑黏度较低的塑料有：止回环螺杆头、止逆球螺杆头(4)喷嘴：•连接料筒和模具的过渡部分•注射时，料筒内的熔料在螺杆或柱塞的推挤作用下，以高压和快速流经喷嘴而注入模具•注射喷嘴的结构形式、喷孔大小、制造精度将直接影响熔料的压力和温度、射程、补缩作用的优劣以及是否产生“流涎”等•①直通式喷嘴(开式喷嘴)•②自锁式喷嘴(关式喷嘴)•③特殊用途喷嘴•PVC：宜选用流道阻力小，剪切作用比较小的大口径直通式喷嘴•PA：为防止“流涎”现象，则宜选用带有加热装置的弹簧针阀式或杠杆针阀式的喷嘴•形状复杂的薄壁制品：选用小孔径、射程远的喷嘴•厚壁制品：选用大孔径、补缩作用大的喷嘴2.合模装置(锁模系统)：•由固定模板、移动模板、合模油缸、顶出装置、拉杆等组成•作用：保证成型模具可靠的闭合、开启并取出制品•完善的合模装置，应具备三个基本条件：•①足够的锁模力，使模具在熔料压力(即模腔压力)的作用下，不发生开缝现象•②有足够的模板面积、模板行程和模板间的开距，以适应不同外形尺寸制品的要求•③模板的运动速度，应满足闭模时先快后慢，开模时慢、快、慢，以防止发生模具碰撞，实现制品平稳顶出并提高生产能力•顶出机构为顶出模内制品而设，主要有机械式、液压式和气动式•多次顶出：采用液压顶出装置3.液压和电器控制系统•保证注射机按工艺要求和动作程序准确有效地工作附：模具•主要由浇注系统、成型零件和结构零件等组成•浇注系统是指塑料从喷嘴进入型腔前的流道部分，包括主流道、冷料井、分流道和浇口等•主流道（sprue）：将注射机喷嘴出来的熔体引入到各分流道的那一段尺寸最大的通道。•分流道（runner）：在注射或传递模塑模具中，连接主流道和浇口之间的一段流道。•浇口（gate）：将各分流道末端熔体引入到各型腔的小尺寸通道•冷料井（slagwell）：又称冷料穴，是在塑料注射成型模具中用来储存注射间隔期间产生的冷料头,防止冷料进入型腔而影响塑件质量,并使熔料能顺利地充满型腔的一个结构。•成型零件是指构成制品形状的各种零件，包括动模、定模和型腔、型芯、镶块等•结构零件是指构成模具结构的各种零件，包括：导向部分：导柱、导向孔，保证动、定准确对中；导柱长度应比凸模端面高，以免凸模受损分型抽芯机构顶出装置：顶杆、顶板、拉料杆等。顶杆位置应设在脱模阻力最大、制件较厚处排气系统：（无排气槽：利用分型面与顶杆孔排气）塑模的加热或冷却装置三.注射机的主要技术参数：1.公称注射量：•指在对空注射条件下，注射螺杆或柱塞作一次最大注射行程时，注射装置所能达到的最大注射量•在一定程度上反映注射机的加工能力、能成型的最大塑料制品，是表征机器规格的重要参数•注射量有两种表示方法：①以PS为标准，每次射出熔料的质量(g)②每次射出熔料的容积(cm3)•我国注射机系列标准采用后一种表示方法：•XS—ZY—500，即公称注射量为500cm3的螺杆式(Y)塑料(S)注射(z)成型(x)机2.注射压力：•注射时螺杆或柱塞端面处作用于熔料单位面积上的力，MPa•注射压力过高：制品产生飞边、脱模困难，影响制品的光洁度，使制品产生较大内应力，甚至成为废品•过低：物料充不满型腔，或根本不能成型3.注射速率(注射时间、注射速度)：•注射速率要适当，以获得较短的成型周期，减少制品的尺寸公差。若过低会使制品形成熔接痕，不易充满复杂的型腔：若过高，则有可能使物料分解变色和制品出现气体烧焦的现象。4.塑化能力：•1h内所能塑化物料的千克数(以PS计)•应与注射机的成型周期相配合，若塑化能力高而机器的空循环时间太长，则不能发挥塑化装置的能力，反之会使塑料制品的成型周期延长5.锁模力(合模力)：•注射机合模装置对模具所能施加的最大夹紧力•锁模力足够大，才能锁住模具，使制品顺利成型，不产生溢料等不正常现象6.合模装置的基本尺寸：•规定了机器加工制品所用模具的尺寸范围，从而间接地规定了制品的尺寸范围和生产效率7.开合模速度：•主要影响制品的生产速度，并且使塑料制品在开模时不被损坏，闭模时运行平稳8.空循环时间：•在没有塑化、注射保压、冷却取出制品等动作的情况下，完成一次循环所需要的时间(秒)•是表征机器综合性能的参数、衡量机器生产能力的指标模具设计应校核：•公称注射量、合模力、拉杆空间、模板尺寸、最大模厚、最小模厚、模板最大开距、动模板行程第三节注射成型工艺过程及因素控制•过程包括：成型前准备、注射成型过程、制品后处理及回收料使用一、成型前准备•原料检验、着色、造粒、粒料的预热与干燥、嵌件的预热与安放、试模及清洗料筒1.原料的准备(1)干燥•需干燥的物料：PA、ABS、PMMA、PET、PC、AS、PSF(聚砜)等•干燥方法：热风循环、真空、沸腾床干燥、红外线干燥或高频电热干燥•干燥温度：一般不超过热变形温度或TmABS：70～85℃、90℃变黄，PA：100℃PC：120℃料层厚：＜25mm，不用翻动(2)粒料着色：粒料＋白矿油＋色粉：粒料＋色浆(膏)：粒料＋色母粒2.辅助操作准备(1)模具安装•检查、熟悉模结构、开模方式、卸件办法、安装要求•装模：定模→定模板，动模→动模板，对中•紧固：极慢速闭模，上紧压板•调模：顶出距离、合模力……的调节•接通冷却、加热(2)清理料筒•柱塞式机：比螺杆式难、存料多不易转动，最好用专用料筒或拆卸清理•螺杆式机：•例1：以PC换PP：•欲换料(PC)温度高，料筒内的(PP)温度低•成型温度：PP：200～270℃PC：270～330℃•换料时：料筒喷嘴调至270℃，换料后调至295℃•例2：以PS换PA1010•欲换料(PS)温度低，料筒内的料(PA1010)温度高•成型温度：PS：180～215℃PA1010：210～225℃•换料时：料筒喷嘴调至210℃，然后用PS进行降温清洗。换料后调至195℃•例3：以PC换POM：•欲换料(PC)温度高黏度大，•料筒内的料(POM)为热敏性料•成型温度：PC：270～330℃•POM：190～200℃•换料时：195℃以LDPE或PS换POM•270℃用PC换LDPE或PS•换料后：调至300℃生产(3)嵌件的处理•需预热的嵌件：用于刚性分子链的塑料(PS、PC、PSF)的嵌件大金属尺寸嵌件•预热温度对有镀层嵌件：110～130℃无镀层铅合金或铜嵌件：150℃左右(4)脱模剂的选用•脱模剂：使塑料制件易于从模具中脱出而涂在模具表面上的一种助剂•ZnSt、液体石蜡(白矿油)、硅油、现采用雾化脱模剂效果好3.注射机开机操作•开机前必须检查•对机筒进行预热，达到塑化温度后，恒温半小时•装好模具后试模•开机必须按设备的规定程序进行，空车时，手动操作→半自动操作→自动操作的试车二、注射成型过程1.加料(1)加料量对加工、产品质量的影响•加料量过多：料受热长，易分解，耗能大•加料量过少：缺少传压介质，模具型腔中压力↓，补缩难，制品易产生收缩、凹陷、空洞等缺陷，料充不满模具(2)加料量的控制：•柱塞式：料筒中有6~8个产品的料•螺杆式：预塑化料比制品多15％2.塑化•指塑料在料筒内经加热达到流动状态并且有良好的可塑性的全过程•要求：进入模具型腔前提供足够数量的、组分及温度均匀一致的、达到规定成型温度的熔融塑料，不发生或极少发生热分解(1)热均匀性(2)塑化量：指单位时间内注射机熔化塑料的重量3.注射与冷却•指柱塞或螺杆推动、将具有流动性和温度均匀性的熔料注入模具开始，而后注满型腔，熔体在控制条件下凝固定型、直到制品从型腔中脱出为止的全过程(1)塑料在料筒内移动的阻力：(2)熔体进入模腔的流动和冷却：•充模、压实、倒流和浇口冻结后的冷却四个阶段•充模阶段：指柱塞或螺杆开始向前移动起，至模腔被熔体充满止•保压(压实)阶段：指熔体充满模腔起至柱塞或螺杆撤回时为止作用：补缩、防止倒流温度：不断下降压力：压力下降(柱塞或螺杆停止不动)或压力不变(柱塞或螺杆向前移动)压实时间越长、分子取向程度越大•倒流阶段：从柱塞或螺杆后退开始到浇口凝封时止柱塞或螺杆后退，模腔压力比流道高、模内熔体向流道倒流，模腔压力↓，倒流至浇口冻结为止保压时间短(浇口未冻结)：倒流大、残余压力小倒流不发生：柱塞或螺杆后退前浇口己冻结•浇口冻结时的压力和温度是影响制品平均收缩率的主要因素，由压实时间决定•浇口冻结后的冷却阶段：浇口凝结时起到制品从模腔中脱出时止。制品在模内继续冷却，以使制品在脱模时有足够刚度不致发生扭曲变形•残余压力：制品脱模时，模内压力与外界压力的差值•Pr＝P内－P外•Pr＞0，脱模难、制品易刮伤：•Pr＜0，制品表面易有陷痕或内有真空泡、收缩大•Pr≈0，理想，易脱模三.制品的后处理1.退火处理•为消除制件的内应力或控制结晶过程，将制件加热到适当的温度并保持一定时间，而后慢慢冷却的操作(1)退火处理方法•将制品在定温的加热介质(热水、热矿物油、热甘油、热液体石蜡、热空气等)中静置一定时间，然后将制品与介质一起缓慢冷却至室温•需退火处理的制件：分子链刚性较大、壁厚较大、带金属嵌件、温度范围宽、尺寸精度高或内应力大而又不易自行消除的制件(2)条件•温度：高于制品使用温度10～20℃，或低于制品热变形温度10～20℃。•时间(保温时间)：分子链刚性大、制品壁厚大，需较长时间(3)退火处理实质•使被强迫冻结的分子链得到松驰，从而消除这部分的内应力，提高结晶度、稳定结晶结构，从而提高结晶塑料制品的弹性模量和硬度、降低断裂伸长率2.调湿处理•若将刚脱模的PA制品放入热水或醋酸钾水溶液(121℃)中处理，不仅可隔绝空气防止氧化的退火，同时还可以加快达到吸湿平衡•温度：100~120℃•时间：根据PA品种、制件形状、厚度、结晶度大小而定第四节注射成型工艺条件分析1.温度(1)料筒温度•选定料筒温度考虑的因素•塑料特性：Tf(Tm)~Td•塑料来源及牌号•添加剂：填料种类、含量，增塑剂含量•注塑机类型：螺杆式：低：柱塞式比螺杆式高10~20℃•制品壁厚及形状•温度分布：机身由低→高，螺杆机塑化好，均化段比压缩段稍低(2)喷嘴温度：稍低于料筒最高温度(3)料筒温度与注射压力的关系：低温高压，高温低压，对空注射(4)模具温度•模温控制方法：冷却介质(水)控温：自然散热(要求不高时)：加热模具•无定型塑料(PC、PPO等)的模温控制：冷却固化无相变，保证顺利脱模，降温可缩短冷却时间，提高生