第4章---塑料成型工藝

1、2021/8/21第第4 4章章 注塑成型工藝注塑成型工藝 在各種塑料成型方法中，我們重點(diǎn)介紹注塑成型。 注塑成型可生產(chǎn)各種形狀、尺寸精度，滿足各種要求的制品。 注射成型制品的重量從一克到幾十公斤不等，視需要而定。 注塑成型又稱注射成型。幾乎所有的熱塑性塑料和部分熱固性塑料（酚醛塑料、氨基塑料等）都可用注塑方法成型。 注塑成型制品約占塑料制品總量的60%-70%。其制品主要是工業(yè)配件，各種零部件和殼體等。 2021/8/22 注塑成型原理： 注塑成型是根據(jù)金屬壓鑄成型原理發(fā)展而來的，其基本原理就是利用塑料的可擠壓性與可模塑性，首先將松散的粒狀或粉狀成型物料從注塑機(jī)的料斗送入高溫的料筒內(nèi)加熱、熔

2、融、塑化，使之成為粘流熔體，然后在柱塞或螺桿的高壓推動下，以很大的流速通過料筒前端的噴嘴注射進(jìn)入溫度較低的閉合模具型腔中，經(jīng)過一段保壓冷卻定型時間后，開啟模具，便可從模腔中脫出具有一定形狀和尺寸的塑料制品。注塑成型原理及其對應(yīng)的生產(chǎn)工藝過程可分別見下圖。 2021/8/23 又稱注射成型(Injection Molding )，主要用于熱塑性塑 料的成型，也可用于熱固性塑料的成型。注射模塑原理顆粒、粉顆粒、粉狀塑料狀塑料注射機(jī)注射機(jī)料筒料筒加熱加熱熔融熔融充模充模冷卻冷卻固化固化塑件塑件2021/8/24 注塑成型生產(chǎn)工藝過程循環(huán)圖返回2021/8/252021/8/26注塑成型的優(yōu)、缺點(diǎn)注塑

3、成型的優(yōu)、缺點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn) 成型周期短、生產(chǎn)效率高、易實(shí)現(xiàn)自動化 能成型形狀復(fù)雜、尺寸精確、帶有金屬或非金屬嵌件的塑料制件 產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定 適應(yīng)范圍廣 到目前為止，除氟塑料以外，幾乎所有的熱塑性塑料都可以用注射成型的方法成型。另外，一些流動性好的熱固性塑料也可用注射成型。2021/8/27缺點(diǎn) 注塑設(shè)備價格較高 注塑模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜 生產(chǎn)成本高、生產(chǎn)周期長、不適合于單件小批量的塑件生產(chǎn)2021/8/28 注塑機(jī)和注塑工藝在近年來的發(fā)展主要體現(xiàn)在下幾個方面： 1）向高速化發(fā)展 2）向高度自動化發(fā)展 3）超大型和超小型注射機(jī)的發(fā)展 4）注塑工藝的發(fā)展2021/8/29加料加料塑化塑化充模充模保壓保壓 倒流倒流

4、冷卻冷卻脫模脫模成型前的準(zhǔn)備成型前的準(zhǔn)備注射過程注射過程塑件的后處理塑件的后處理注射成注射成型工藝型工藝退火處理退火處理調(diào)濕處理調(diào)濕處理原料外觀檢驗及工藝性能測定原料外觀檢驗及工藝性能測定塑料預(yù)熱和干燥塑料預(yù)熱和干燥料筒清洗料筒清洗嵌件預(yù)熱嵌件預(yù)熱脫模劑的選用脫模劑的選用2021/8/210 4、1 注塑成型工藝過程 一個完整的注塑成型工藝過程應(yīng)包括成型前的準(zhǔn)備、注塑成型過程、塑件的后處理三個過程。4、1、1成型前的準(zhǔn)備 為使注塑成型過程順利進(jìn)行和保證塑件質(zhì)量，成型前應(yīng)該對所用的塑料原料和設(shè)備作好一些準(zhǔn)備工作。1、檢驗塑料原料的色澤、顆粒大小、均勻性等；測定塑料的 工藝性能；如果來料是粉料，則

5、有時還要對其進(jìn)行染色和造粒；對易吸濕的塑料進(jìn)行充分的干燥和預(yù)熱。2、對料筒進(jìn)行清洗或拆換。3、塑件帶有金屬嵌件時，應(yīng)對嵌件進(jìn)行預(yù)熱，防止嵌件周圍產(chǎn)生過大的內(nèi)應(yīng)力。2021/8/2114、脫模困難的塑件，要選擇合適的脫模劑。脫模劑是使塑 料制件容易從模具中脫出而覆在模具表面的一種助劑。 常用的脫模劑有硬脂酸鋅、液體石蠟、硅油等。4、1、2 注塑成型過程 首先將準(zhǔn)備好的塑料加入注塑機(jī)的料斗，然后送進(jìn)加熱的料筒中，經(jīng)過加熱熔融塑化成粘流態(tài)塑料，在注塑機(jī)的柱塞或螺桿的高壓推動下經(jīng)噴嘴壓入模具型腔，塑料充滿型腔后，需要保壓一定時間，使塑件在型腔中冷卻、硬化、定型，壓力撤消后開模，并利用注塑機(jī)的頂出機(jī)構(gòu)使

6、塑件脫模，最后取出塑件。這樣就完成了一次注塑成型周期。2021/8/212注塑成型過程包括：加料、塑化、注射、脫模等幾個步驟。2021/8/2131、塑化 塑化是指顆粒狀塑料在注塑機(jī)料筒中經(jīng)過加熱達(dá)到流動狀態(tài)并且具有良好可塑性的過程。對塑料的塑化要求是：塑料熔體在進(jìn)入型腔之前，既要達(dá)到規(guī)定的成型溫度，并要在規(guī)定的時間內(nèi)提供足夠的熔融塑料，塑化料各處的溫度盡量均勻一致，不發(fā)生或極少發(fā)生熱分解以確保生產(chǎn)能連續(xù)、順利的進(jìn)行。 通常判定注射機(jī)塑化效果好壞應(yīng)從塑化量和熱均勻性兩方面考慮。螺桿式注塑機(jī)對塑料的塑化能力比柱塞式注塑機(jī)好得多。2021/8/214（1）塑化量 單位時間內(nèi)注射機(jī)熔化塑料的重量稱為

7、塑化量。 （2）熱均勻性2、注射 將塑化良好的熔體在柱塞（或螺桿）的推擠下注入模具型腔的過程稱為注射。 不論何種形式的注塑機(jī)，注射過程均可分為充模、保壓、倒流、澆口凍結(jié)后的冷卻四個階段。充模階段：是從柱塞或螺桿開始向前移動起，到塑料熔體經(jīng) 過噴嘴及模具澆注系統(tǒng)充滿型腔為止。2021/8/215保壓階段：塑料熔體充滿型腔后，熔體開始冷卻收縮，但柱 塞或螺桿繼續(xù)保持施壓狀態(tài)，料筒內(nèi)的熔料會向 模具型腔內(nèi)繼續(xù)流入進(jìn)行補(bǔ)縮，以形成形狀完整 而致密的塑件。倒流階段：是柱塞或螺桿開始后退保壓結(jié)束時開始的，這時 型腔內(nèi)的壓力比流道內(nèi)的壓力高，因此會發(fā)生塑 料熔體的倒流，從而使型腔內(nèi)的壓力迅速下降， 直到澆口

8、處熔料凍結(jié)倒流才結(jié)束。如果保壓結(jié)束 之前澆口已經(jīng)凍結(jié)或者在噴嘴中裝有止逆閥，則 倒流階段就不會存在。2021/8/216澆口凍結(jié)后的冷卻階段：是從澆口的塑料完全凍結(jié)時開始， 這一階段型腔內(nèi)塑料繼續(xù)進(jìn)行冷卻，沒有塑料從 澆口處流進(jìn)或流出，但型腔內(nèi)還可能有少量的流 動。應(yīng)該指出，塑料從注入型腔后即被冷卻，直 至脫模為止。3、脫模 是塑件冷卻到一定溫度后開模，在推出機(jī)構(gòu)的作用 下將塑料制件推出模外的過程。 2021/8/2171t2t2t注塑成型過程中塑料壓力的變化注塑成型過程中塑料壓力的變化03t4tsp0psprprp132時間壓力1柱塞或螺桿在熔體充滿模腔后停在原位不動2沒有倒流階段3補(bǔ)縮時間

9、短，倒流的熔體多2021/8/2184、1、3 塑件的后處理 為改善和提高塑件的性能和尺寸穩(wěn)定性，塑件經(jīng)脫?；驒C(jī)械加工后應(yīng)進(jìn)行適當(dāng)?shù)暮筇幚?。這里后處理主要是指退火和調(diào)濕處理。2021/8/219 注塑制品在成型過程中，由于在料筒內(nèi)塑化不均或在模內(nèi)冷卻不均，會產(chǎn)生不均勻的結(jié)晶、取向和收縮，使制品存在內(nèi)應(yīng)力，對厚壁且?guī)в星都慕Y(jié)晶型塑料制品尤為突出，從而降低了制品的力學(xué)性能、光學(xué)性能和尺寸精度，表面出現(xiàn)銀紋甚至開裂。解決這些問題的方法之一是對制件進(jìn)行退火處理。退火處理：是將塑料制件放在室溫的加熱液體介質(zhì)中（如熱 水、熱的礦物油、甘油、乙二醇和液體石蠟）或 熱空氣循環(huán)烘箱中靜置一段時間，然后緩慢冷卻

10、 的過程。目的是減少或消除塑件的內(nèi)應(yīng)力。 （冷卻速度30- 40C/h）。 2021/8/220調(diào)濕處理：是將剛脫模的塑件放在熱水(100120)中隔絕空氣進(jìn)行防止氧化的退火，同時加快達(dá)到吸濕平衡的一種后處理方法。調(diào)濕后緩冷至室溫。 目的是使塑件的顏色、性能、尺寸得到穩(wěn)定。聚酰胺類塑料制件通常需要進(jìn)行調(diào)濕處理。 經(jīng)過調(diào)濕處理不僅可減小制品內(nèi)應(yīng)力，提高結(jié)晶度，而且能加快達(dá)到吸濕平衡，使制品尺寸穩(wěn)定。適量的水分還能對聚酰胺起著類似增塑劑的作用，從而改善制品的柔韌性，使抗拉強(qiáng)度和沖擊韌度提高。2021/8/2214 4、2 2 注塑成型工藝參數(shù)注塑成型工藝參數(shù)溫度壓力時間料筒溫度噴嘴溫度模具溫度控制

11、塑料的塑化和流動影響塑料的流動和冷卻塑化壓力（背壓）注射壓力重要參數(shù)2021/8/222 注塑成型最重要的工藝參數(shù)是溫度、壓力和時間等。1、溫度 在注塑成型時需控制的溫度有料筒溫度、噴嘴溫度、模具溫度等。料筒溫度：料筒溫度應(yīng)控制在塑料的粘流溫度（對結(jié)晶型塑 料為熔點(diǎn)）和熱分解溫度之間。 料筒溫度直接影響到塑料熔體充模過程和塑件的質(zhì)量。料筒溫度高，有利于注射壓力向模具型腔內(nèi)傳遞，另外，使熔體粘度降低，提高流動性，從而改善成型性能，提高生產(chǎn)率，降低制品表面粗糙度。但料筒溫度過高，時間過長時，塑料的熱降解量增大，塑件的質(zhì)量會受到很大影響。2021/8/223 柱塞式料筒溫度高于螺桿式料筒溫度1020

12、。塑件及模具結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：對于薄壁制件料筒溫度高于厚壁制件；形狀復(fù)雜或帶有嵌件的制件料筒溫度也應(yīng)高一些。 料筒溫度的分布，一般遵循前高后低的原則，即料筒后端溫度最低，噴嘴溫度最高。對螺桿式注射機(jī)為防止因螺桿與熔料、熔料與熔料、熔料與料筒之間的剪切摩擦熱而導(dǎo)致塑料熱降解，可使料筒前段溫度略低于中段。2021/8/224 判斷料筒溫度是否合適，可采用對判斷料筒溫度是否合適，可采用對空注射法觀察或直接觀察塑件質(zhì)量的好壞。對空注射時，觀察或直接觀察塑件質(zhì)量的好壞。對空注射時，如果料流均勻、光滑、無泡、色澤均勻則說明料如果料流均勻、光滑、無泡、色澤均勻則說明料溫合適；如果料流毛糙，有銀絲或變色現(xiàn)象，則溫合適

13、；如果料流毛糙，有銀絲或變色現(xiàn)象，則說明料溫不合適。說明料溫不合適。 2021/8/225 選擇料筒溫度時，應(yīng)考慮以下幾方面的影響因素：（1）塑料的特性 熱敏性塑料如聚甲醛、聚氯乙烯等要嚴(yán)格控制料筒 的最高溫度和在料筒中的停留時間；玻璃纖維增強(qiáng)的熱 塑性塑料由于流動性差而要適當(dāng)提高料筒溫度；對于熱 固性塑料，為防止熔體在料筒內(nèi)發(fā)生早期硬化，料筒溫 度傾向于取小值。（2）注塑機(jī)類型 螺桿式注塑機(jī)由于螺桿轉(zhuǎn)動時的剪切作用能獲得 較大的摩擦熱，促進(jìn)塑料的塑化，因而料筒溫度選擇 比柱塞式注塑機(jī)低10-20C。2021/8/226（3）塑件及模具結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 薄壁塑件的型腔比較狹窄，塑料熔體注入時的阻力 大

14、，冷卻快。料筒溫度應(yīng)選擇高一些，反之則低一些。 對于形狀復(fù)雜或帶有嵌件的制件，或者熔體充模流程曲 折較多或較長時，料筒溫度也應(yīng)選擇高一些。 料筒溫度并不是一個恒溫，而是從料斗一側(cè)開始到 噴嘴為止是逐步升高的，這樣可使塑料溫度平穩(wěn)上升達(dá) 到均勻塑化的目的。2021/8/227噴嘴溫度： 選擇噴嘴溫度時，考慮到塑料熔體與噴孔之間的摩擦熱能使熔體經(jīng)過噴嘴后出現(xiàn)很高的溫升，為防止熔體在直通式噴嘴可能發(fā)生的“流涎現(xiàn)象”，通常噴嘴溫度略低于料筒的最高溫度。但對于熱固性塑料一般都將噴嘴溫度的取值高于料筒溫度，這樣一方面使其自身具有良好的流動性，另一方面又能接近硬化溫度的臨界值，即保證了注射成型，又有利于硬化

15、定型。 料筒溫度和噴嘴溫度主要影響塑料的塑化和流動，由于其影響因素很多，一般都在成型前通過“對空注射法”或“塑件的直觀分析法”來進(jìn)行調(diào)整，以便從中確定最佳的料筒溫度和噴嘴溫度。2021/8/228模具溫度： 主要影響塑料在型腔內(nèi)的流動和冷卻，它的高低決定于塑料的結(jié)晶性、塑件的尺寸與結(jié)構(gòu)、性能要求以及其他工藝條件（熔料溫度、注射壓力及注射速度、成型周期等）。如對于熔體粘度高的非結(jié)晶型塑料應(yīng)采用較高的模溫；塑件壁厚大時模溫一般要高，以減小內(nèi)應(yīng)力和防止塑件出現(xiàn)凹陷等缺陷。對于熱固性塑料模具溫度一般較高，通?？刂圃?50-220C范圍，另外動模溫度有時還需要比定模高出10-15 C，這樣會更有利于塑件

16、硬化定型。2021/8/229 模具溫度根據(jù)不同塑料的成型條件，通過模具的冷卻（或加熱）系統(tǒng)控制。 對于要求模具溫度較低的塑料，如聚乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯、ABS塑料、聚氯乙烯等應(yīng)在模具上設(shè)冷卻裝置；對模具溫度要求較高的塑料，如聚碳酸酯、聚砜聚甲醛、聚苯醚等應(yīng)在模具上設(shè)加熱系統(tǒng)。2021/8/2302、壓力 塑料熔體自料筒經(jīng)噴嘴、主（分）流道、澆口進(jìn)入型腔需克服一系列的流動阻力，產(chǎn)生很大的壓力損失（約有30%-70%的注射壓力降在此消耗掉）。為了能對進(jìn)入型腔的熔料保持足夠的壓力使之壓實(shí)，需設(shè)定相當(dāng)高的注射壓力。 注塑成型過程中的壓力包括塑化壓力和注射壓力兩種。塑化壓力：又稱背壓，是注塑機(jī)螺桿頂

17、部熔體在螺桿轉(zhuǎn)動后退時受到的壓力。增加塑化壓力能提高熔體溫度，并使溫度分布均勻， 色料的混合均勻并排出熔體中的氣體。但增加塑化壓力會降低塑化速率、延長成型周期，甚至可能導(dǎo)致塑料的降解。 2021/8/231 一般操作中，塑化壓力應(yīng)在保證塑件質(zhì)量的前提下壓力必 須較低，一般為6MPa左右，通常很少超過20MPa，否則塑化速率將很快降低。注射熱固性塑料時一般塑化壓力都比熱塑性塑料取的小，約為3.4-5.2MPa，并在螺桿啟動時可以接近于零。但要注意的是，背壓如果過小，物料易充入空氣，使計量不準(zhǔn)確，塑化不均勻。注射壓力：是指柱塞或螺桿頭部注射時對塑料熔體所施加的壓力。它的作用：一是克服塑料熔體從料筒

18、流向型腔時的阻力，保證一定的充模速率；二是對塑料熔體進(jìn)行壓實(shí)。注射壓力的大小，取決于塑料品種、注塑機(jī)類型、模具澆注系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、尺寸與表面粗糙度、模具溫度、塑件的壁厚及流程大小等多種因素。2021/8/232一般情況下： 粘度高的塑料注射壓力粘度低的塑料； 薄壁、面積大、形狀復(fù)雜塑件注射壓力高； 模具結(jié)構(gòu)簡單，澆口尺寸較大，注射壓力較低； 柱塞式注射機(jī)注射壓力螺桿式注射機(jī)； 料筒溫度、模具溫度高，注射壓力較低。2021/8/233確定注射壓力的原則是：（1）對于熱塑性塑料，注射壓力一般在40-130MPa之間。熔體粘度高，冷卻速度快的塑料以及成型薄壁和長流程的塑件，采用高壓注射有利于充滿型腔；成

19、型玻璃纖維增強(qiáng)塑料時采用高壓注射有利于塑件表面光潔。其他均應(yīng)選用低壓慢速注射為宜。但要提醒的是，如果注射壓力過高，塑件易產(chǎn)生飛邊使脫模困難，另外使塑件產(chǎn)生較大的內(nèi)應(yīng)力，甚至成為廢品。注射壓力過低易產(chǎn)生物料充不滿型腔，甚至根本不能成型等現(xiàn)象。（2）對于熱固性塑料，由于熔體中填料較多，粘度較大，且在注射過程中對熔體有溫升要求，注射壓力一般要選擇大一些，常用范圍約為：100-170MPa。2021/8/234（3）在其他條件相同的條件下，柱塞式注塑機(jī)作用的注塑壓力比螺桿式的大，因為塑料在柱塞式注塑機(jī)料筒內(nèi)的壓力損失比螺桿式的大。 為了保證塑件的質(zhì)量，對注射速度（熔融塑料在噴嘴處的噴出速度）常有一定的

20、要求。一般高壓注射時注射速度高，低壓注射時速度低。塑件的壁厚對注射速度取值的影響很大，一般厚壁塑件采用較低的注射速度，反之則相反。 型腔充滿后，注射壓力的作用在于對模內(nèi)熔料的壓實(shí)。在生產(chǎn)中，壓實(shí)的壓力等于或小于注射時所用的注射壓力。如果注射和壓實(shí)的壓力相等，往往可使塑件的收縮率減小，尺寸波動較小，但會造成脫模時的殘余應(yīng)力較大，成型周期過長。對結(jié)晶型塑料如聚甲醛，壓實(shí)壓力大可以提高塑料的熔點(diǎn)，使脫模提前進(jìn)行，因而成型周期不一定增長。 如壓實(shí)壓力小于注射壓力，則塑件的性能及脫模與上述情況相反。2021/8/235成型周期注射時間模內(nèi)冷卻時間其他時間充模時間保壓時間（開模、脫模、噴涂脫模劑、安放嵌件

21、、合模時間）3、時間（成型周期）2021/8/236 完成一次注塑過程所需的時間稱為注塑成型周期。 注塑成型周期包括：注射時間：注射時間包括充模時間、保壓時間和合模冷卻時 間。其中保壓時間和冷卻時間合計為總的冷卻時 間。充模時間直接反比于充模速率，生產(chǎn)中約為3- 5s。保壓時間就是對塑料的壓實(shí)時間，在整個注射 時間中所占比例較大，約為20-120s。冷卻時間以 保證塑件脫模時不引起變形為原則，一般約為30 120s。生產(chǎn)中注射時間一般在0.5-2min，厚大件可 達(dá)5-10min。2021/8/237輔助時間：包括開模、脫模、涂脫模劑、安放嵌件、合模等時間。 成型周期直接影響勞動生產(chǎn)率和設(shè)備的

22、利用率，因此，在生產(chǎn)中，在保證塑件質(zhì)量的前提下，應(yīng)盡量縮短成型周期中各階段的時間。其中，注射時間和冷卻時間對塑件質(zhì)量起著決定性的作用，要根據(jù)實(shí)際情況合理選擇。2021/8/2384、3 注塑成型特點(diǎn) 1、成型周期短，能一次成型外形復(fù)雜、尺寸精度、帶有金屬或非金屬嵌件的塑件。2021/8/239注射成型原理注射成型原理2021/8/240成型缺陷、原因與對策缺陷缺陷原因原因?qū)Σ邔Σ咦⑸洳粷M1、注射量不足，注射機(jī)成型、塑化能力不足；2、注射壓力小，注射時間短；3、噴嘴或流道截面積小，流動阻力大；4、塑件壁厚太?。?、型腔排氣不良；6、模具溫度過低，分布不均，造成塑料冷卻過快；7、進(jìn)料不平衡。1、增

23、大注射量或更換注射機(jī)；2、提高注射壓力，延長注射時間；3、加大噴嘴孔徑，提高噴嘴溫度或增大流道；4、盡可能增加壁厚，尤其是在缺料處；5、增設(shè)排氣槽；6、提高模具溫度，改善冷卻水路循環(huán)；7、修整進(jìn)料口或增加澆口數(shù)。飛邊1、分型面間隙過大；2、模具強(qiáng)度或剛性差；3、注射壓力大，鎖模力不足。1、修磨分型面，減小間隙；2、增大模板的強(qiáng)度和剛性；3、減小注射壓力，增大鎖模力。2021/8/241凹痕凹痕1、塑件壁太厚或厚薄不均；、塑件壁太厚或厚薄不均；2、注射壓力不足，未能壓實(shí)物料；、注射壓力不足，未能壓實(shí)物料；3、注射保壓時間短；、注射保壓時間短；4、加料不足，導(dǎo)致無法補(bǔ)縮；、加料不足，導(dǎo)致無法補(bǔ)縮；5、熔料流動不暢；、熔料流動不暢；6、料溫高，模具溫度高，原料收縮率、料溫高，模具溫度高，原料收縮率大。大。1、修改塑件結(jié)構(gòu)；、修改塑件結(jié)構(gòu)；2、增加注射壓力；、增加注射壓力；3、增加保壓時間，增大澆口；、增加保壓時間，增大澆口；4、增大供料量；、增大供料量；5、改善澆注系統(tǒng)；、改善澆注系統(tǒng)；6、降低模具和熔料溫度。、降低模具和熔料溫度。銀絲1、原料中含有水分或揮發(fā)性成分；2、模腔內(nèi)有水、潤滑油或脫模劑；3、塑料、模具溫度高，注射壓