幾種注塑成型技術(shù)

1、河南機電高等?？茖W校先進制造技術(shù)課程論文論文題目：幾種注塑成型技術(shù)、技術(shù)特點、應用情況分析研究系 部： 機 械 工 程 系 專 業(yè)： 機械制造與自動化 班 級： 機 制 113 學生姓名 學 號： 110114311 指導教師： 2013年 10 月 10 日緒論隨著塑料工業(yè)的迅速發(fā)展，塑料成型設(shè)備也得以相應的發(fā)展，塑料成型加工的方法很多，其中注射成型是最重要的成型方法之一，注塑成型占塑料制品占總量的30%以上。注射成型是使熱塑性或熱固性模塑料先在加熱機筒中均勻塑化。而后由柱塞或移動螺桿推擠到閉合模具的模腔中成型的一種方法。注塑成型具有一次能成型形狀復雜，尺寸精度高和帶有金屬嵌件等特點。第一章

2、注塑成型技術(shù)介紹 1.1引言 注塑成型即成注射成型或者注射模塑，使熱塑性塑料的一種重要成型方法。迄今為止除氟塑料外，幾乎所有的熱塑性塑料都可以采用此成型方法；它的特點是生產(chǎn)周期快、適應性強、生產(chǎn)效率高自動化高，因此可以廣泛的應用與塑料制品的生產(chǎn)中。從塑料產(chǎn)品的形狀來看。除了管、棒、板等型材不能采用此方法生產(chǎn)外、其他都可以用此方法成型；它所生產(chǎn)的產(chǎn)品占目前塑料制品生產(chǎn)的20%30%。1.1.1注塑成型技術(shù)的發(fā)展 近年來無論在注塑理論和實踐方面，還是在注塑工藝和成型設(shè)備方面都有較深的研究和進展。 注塑時，首先遇到的是注塑的可成型性，這是衡量塑料能否快速和容易地成型出合乎質(zhì)量要求的品。并希望能在滿足

3、質(zhì)量要求的前提下，以最短注塑周期進行高效率生產(chǎn)。 不同的高分子材料對其加工的工藝條件及設(shè)備的感性別很大，材料性和工藝條件將最終影響塑料制品的理機械性能，因此全面了解注塑周期內(nèi)的工作程序，搞清可成型性和成型工藝條件及各種因素的相互作用和影響，對注塑加工有重要意義。 在對充模壓力的影響實驗表明：高聚物的非牛頓特性越強，則需要的壓越低；結(jié)晶型比非結(jié)晶型高聚物制品有更大的收收縮，在相變中比容變化較大。 在對注塑過程中大分子取向的機理研究證明聚合物熔體受剪切變形時，大分子由無規(guī)卷曲狀態(tài)解開，并向流動方向延伸和有規(guī)則的排列，如果熔體很快冷卻到相變溫度以下，則大分子沒有足夠的時間松和恢復到它原來的無規(guī)則卷曲

4、的構(gòu)象程度，這時的聚合物就要處于凍結(jié)取向狀態(tài)，這種凍結(jié)取向使注塑制品在雙折射熱傳導以及力學性質(zhì)方面顯示出各向?qū)?。由于流變學和聚合物凝固過程的形變原因，制品取向可能在一個方向占優(yōu)勢形成單軸取向，也可能在兩個方向上占優(yōu)勢，形成雙軸取向。雙軸取向會使制品得到綜合的機械特性，所以在注塑制品中總希望得到雙軸取向制品。而在紆維抽絲過程中卻希望得到單軸取向。 對于取向分布的試驗表明：取向最大是發(fā)生在距離制件表面20%的厚度處，發(fā)現(xiàn)取向程度隨熔體溫度與模溫減小而增加，而提高注射壓力或延長注射時間會增加制品的取向程度。 對聚苯乙烯試樣表明：拉伸強度在平行取向方向上隨取向度增加而提高，在垂直方向上則下降。 對聚

5、甲醛的觀察表明：注射時間的加長會使過渡晶區(qū)的厚度增加，注射壓力的提高會使制品斷裂伸長加大。 測試表明：注塑的殘余應力與應變對制品質(zhì)量有著重要影響，一般注塑制品有三種殘余應變形式；A伴隨熱應力而產(chǎn)生的應變，B與分子凍結(jié)取向相關(guān)的殘余應變，C形體應變，對一般塑料而言注射壓力的增加會增加制品中的殘余應力，而對ABS不十分明顯。 對于制件拉伸特點的分布研究表明：一般聚合物的密度增加會提高拉伸強度，斷裂伸長率和硬度，使沖擊強度降低。綜上所述，如何能把這些理論應用到生產(chǎn)實踐中去，改善工藝過程中的控制以減少材料，勞動量，達到縮短周期和減少廢品的目的。1.2注塑成型工藝流程 注塑成型過程一般包括加料、塑化、注

6、射、冷卻和脫模幾個步驟。由于注射成型是一種間歇過程，因此保持定量加料，以保證操作穩(wěn)定、塑料均勻最終獲得良好制品。加料過多、受熱時間過長等容易引起物料的熱降解，同時注塑機的功率損耗增加；加料過少時，料桶內(nèi)缺少傳遞介質(zhì)，模腔內(nèi)塑料熔體壓力降低，難于補塑，容易引起制品出現(xiàn)收縮、凹陷、空洞等缺陷。加入的塑料在料筒中加熱，由固體粒子轉(zhuǎn)變?yōu)槿垠w，經(jīng)過混合和塑化后，塑化好的熔體被柱塞或螺桿推到塑料桶前端；經(jīng)過噴嘴、模具澆注系統(tǒng)進入并填滿型腔，這一階段稱為“充模”。在模具中熔體冷卻收縮時，繼續(xù)保持施壓狀態(tài)的柱塞或螺桿，迫使?jié)部诤蛧娮旄浇娜垠w不斷補充入模中。使模腔中的塑料能形成完整而致密的的制品，這一階段稱為

7、“保壓”。當澆注系統(tǒng)中的塑料硬化后，繼續(xù)保壓以不再需要，因此可退回柱塞和螺桿，并加入新料；卸除料桶內(nèi)塑料中的壓力，同時并通入冷水、油或空氣等冷卻介質(zhì)，對模具進行進一步冷卻；這一階段稱為“冷卻”。實際上冷卻過程從塑料從注射入模腔就開始了，它包括從充模完成，保壓到脫模前這一段時間。制品冷卻到所需的溫度后，就可以人工或機械方式脫模。所以注塑過程通常由塑化、沖模、保壓、冷卻和脫模等五個工序組成。1.3注塑成型設(shè)備 注塑成型機是注塑成型的主要設(shè)備；注塑機的類型和規(guī)格很多，目前其規(guī)格已經(jīng)統(tǒng)一，以用注塑機一次所能注射的聚苯乙烯。克為標準。但對于其分類還沒有統(tǒng)一的意見。有按外形特征分類的，分為立式、臥式、旋轉(zhuǎn)

8、式；也有按塑料在料筒中的塑化方式分類的；也有按結(jié)構(gòu)分類的，分為主賽事和螺桿式。目前多采用按結(jié)構(gòu)特征來區(qū)分，并適當考慮外形。所以可分為柱塞式和螺桿式兩類。最大注射量在60克以下的注塑機通常為柱塞式，60可以上的多數(shù)為移動螺桿式。注塑機主要有注射系統(tǒng)、鎖模系統(tǒng)、模具三部分組成。1.4注塑成型工藝的主要影響因素1.4.1料溫 塑料的溫度是由料筒控制的，多以料筒溫度關(guān)系到塑料的塑化質(zhì)量。選定料筒的溫度是，主要著眼于保證塑料塑化良好，能順利實現(xiàn)注射而又不一起塑料局部降解等。1.4.2模具溫度 塑料充模后在模腔中冷卻僵化而得到所需的形狀。模具的溫度影響物料熔體充滿時的流動行為，并影響塑料制品的性能。模具的

9、溫度實際上決定了塑料熔體體的冷卻速度，模具溫度是有冷卻介質(zhì)控制的！1.4.3注射壓力注射壓力推動塑料熔體向料筒前端流動，塑料充滿模腔而成形，所以它是塑料充滿和成型的重要因素。它主要有三個方面的作用：（1）推動料筒中塑料箱前端移動，同時使塑料混合和塑化，柱塞必須提供克服固體塑料粒子和熔體在料筒和噴嘴中流動是所引起的阻力；（2）充模階段注射壓力應克服澆注系統(tǒng)和型腔對塑料的流動阻力，并使塑料獲得足夠的充模速度及流動長度，使塑料在冷卻前能充滿型腔；（3）保壓階段注射壓力能壓實模腔中的塑料，并對塑料因冷卻而產(chǎn)生的收縮進行補料，時從不同方向先后進入模腔中的塑料融為一體，從而使制品保持形狀精確，獲得所需要的

10、性能。1.4.4注射周期和注射速度完成一次注射成型所需的時間稱注射周期。它由注射、保壓時間、冷卻和加料時間以及開模、輔助作業(yè)和閉模時間組成。注射速度常用單位時間內(nèi)柱塞移動的距離表示，有時也用重量或容積流率表示；注射速度主要影響塑料熔體在模腔內(nèi)流動的行為，并影響模腔內(nèi)壓力、溫度以及制品的性能。第二章注塑成形的特點與研究概況2.1氣體輔助注射氣體輔助注射成型是從注射成型發(fā)展而來的。這一工藝克服了注射成型的一個重要的缺限：縮痕。由于塑料固有的絕緣性，部件腔壁的冷卻速度不均勻，導致了縮痕的產(chǎn)生。 氣體輔助射出成型的工作原理是通過“欠料注射法”將樹脂注入模腔中，接著將氣體注入熔化的樹脂。由于低

11、壓高溫度，氣體能夠沿阻力最小的路徑進入鑄件的各個部分。當氣體穿過成型件時，它會將壁厚部分的樹脂熔液均勻地推向鑄件的其他部分。 氣輔設(shè)備包括氣輔控制單元和氮氣發(fā)生裝置。它是獨立于注塑機外的另一套系統(tǒng)，其與注塑機的唯一接口是注射信號連接線。注塑機將一個注射信號注射開始或螺桿位置傳遞給氣輔控制單元之后，便開始一個注氣過程，等下一個注射過程開始時給出另一個注射信號，開始另一個循環(huán)，如此反復進行。 氣輔注塑所使用的氣體必須是隋性氣體（通常為氮氣），氣體最高壓力為35MPa，特殊者可達70MPa，氮氣純度98。 氣輔控制單元是控制注氣時間和注氣壓力的裝置，它具有多組氣路設(shè)計，

12、可同時控制多臺注塑機的氣輔生產(chǎn)，氣輔控制單元設(shè)有氣體回收功能，盡可能降低氣體耗用量。今后氣輔設(shè)備的發(fā)展趨勢是將氣輔控制單元內(nèi)置于注塑機內(nèi)，作為注塑機的一項新功能。氣輔注塑是采用所謂的“短射”方法，即先在模腔內(nèi)注入一定量的料（通常為滿射時的7095），然后再注入氣體，實現(xiàn)全充滿過程。熔膠注射量與模具氣道大小及模腔結(jié)構(gòu)關(guān)系最大。氣道截面越大，氣體越易穿透，掏空率越高，適宜于采用較大的“短射率”。這時如果使用過多料量，則很容易發(fā)生熔料堆積，料多的地方會出現(xiàn)縮痕。如果料太少，則會導致吹穿如果氣道與流料方向完全一致，那么最有利于氣體的穿透，氣道的掏空率最大。因此在模具設(shè)計時盡可能將氣道與流料方向保持一致

13、2.2粉末冶金粉末冶金是最早用來制造金屬基復合材料的方法，早在1961年Kopenaal等人就利用粉末冶金制造纖維體積含量為20%到40%的碳鋁復合材料，但由于性能很低，也無有效措施加以提高，這種反方法已不再用來制造長纖維增強復合財力，而主要用來制造顆粒或晶須增強金屬基復合材料。2.2.1金屬粉末工藝流程圖 混 合燒 結(jié)冷 壓成 品成 品熱 壓 顆粒（晶須）合金粉末封裝除氧成品擠壓粉末冶金法制造金屬基復合材料的工藝流程圖常規(guī)的粉末冶金的工藝流程事先將混合粉末冷壓成型,在經(jīng)過燒結(jié)完成復合,其特點是設(shè)備要求相對較低,便于大批生產(chǎn),制品的致密程度較低、空隙率較高，性能較低，對于力學性能要求較高的零件

14、，通常采用擠壓、軋制、鍛壓等二次成型手段進行致密處理。但對于有潤滑的耐磨零件，適當?shù)目障洞嬖趯B續(xù)油膜的形成、減少摩擦系數(shù)有利，則無需進行致密處理。常用機械粉碎、霧化、物理化學法制取粉末。制取的粉末經(jīng)過篩分與混合，混料均勻并加入適當?shù)脑鏊軇?，再進行壓制成型，粉粒間的原子通過固相擴散和機械咬合作用，使制件結(jié)合為具有一定強度的整體。壓力越大則制件密度越大，強度相應增加。有時為減小壓力合增加制件密度，也可采用熱等靜壓成型的方法將壓制成型的制件放置在采用還原性氣氛的閉式爐中進行燒結(jié)，燒結(jié)溫度約為基體金屬熔點的2/33/4倍。由于高溫下不同種類原子的擴散，粉末表面氧化物的被還原以及變形粉末的再結(jié)晶，使粉

15、末顆粒相互結(jié)合，提高了粉末冶金制品的強度，并獲得與一般合金相似的組織。經(jīng)燒結(jié)后的制件中，仍然存在一些微小的孔隙，屬于多孔性材料。一般情況下，燒結(jié)好的制件能夠達到所需性能，可直接使用。但有時還需進行必要的后處理。如精壓處理，可提高制件的密度和尺寸形狀精度；對鐵基粉末冶金制件進行淬火、表面淬火等處理可改善其機械性能；為達到潤滑或耐蝕目的而進行浸油或浸漬其它液態(tài)潤滑劑；將低熔點金屬滲入制件孔隙中去的熔滲處理，可提高制件的強度、硬度、可塑性或沖擊韌性等。2.2.2粉末冶金的應用1、在汽車行業(yè)的應用。據(jù)文獻報道，2003年，北美粉末冶金機械零件在轎車中的使用為12.3kg；日本轎車平均每輛為6.5kg；

16、歐洲平均每輛車為7kg；國內(nèi)上海普通桑塔納轎車每輛為6kg；上海通用別克轎車為12kg左右。2、在家電行業(yè)。隨著國內(nèi)空調(diào)機、冰箱等家電迅速發(fā)展，粉末冶金在該領(lǐng)域得到了發(fā)展，其中壓縮機中活塞、連桿、缸體、缸蓋等重要部件都采用粉末冶金。3、在電動工具行業(yè)。由于電動工具中存在大量齒輪，而粉末冶金齒輪的制造成本低、噪聲低、自潤滑性能好等優(yōu)點，不少電動具制造廠家使用粉末冶金替代機加工齒輪，擴大粉末冶金產(chǎn)品的應用范圍。2.3低壓結(jié)構(gòu)發(fā)泡注塑成型技術(shù) 隨著高分子成型工藝技術(shù)的發(fā)展，結(jié)構(gòu)發(fā)泡注塑與氣體輔助注塑兩項成型工藝越加完善，應用領(lǐng)域不斷擴大。但是，隨著人們生活水平的日漸提高，對很多產(chǎn)品提出了更高的要求，

17、比如在音響號筒領(lǐng)域大家越來越關(guān)注音質(zhì)效果以及產(chǎn)品的耐用性、外觀效果等等。傳統(tǒng)的注塑已經(jīng)很難滿足這些塑件的需求，低壓結(jié)構(gòu)發(fā)泡注塑的誕生填補了傳統(tǒng)注塑技術(shù)的空白。最早是20世紀20年代初期的泡沫膠木，用類似制造泡沫橡膠的方法制??；30年代出現(xiàn)硬質(zhì)聚氨酯泡沫和聚苯乙烯泡沫；40年代有聚乙烯、聚氯乙烯、環(huán)氧樹脂、酚醛泡沫；50年代則有可發(fā)性聚苯乙烯泡沫和軟質(zhì)聚氨酯泡沫?，F(xiàn)在，基本上所有的塑料，包括熱塑性和熱固性的都可以發(fā)泡。工業(yè)上的制備方法有：擠出發(fā)泡、注塑發(fā)泡、模塑發(fā)泡、壓延發(fā)泡、粉末發(fā)泡和噴涂發(fā)泡等等。其中，注塑發(fā)泡是最重要的成型方法之一，也是低壓結(jié)構(gòu)發(fā)泡注塑的前身。2.3.1發(fā)泡工藝流程1、將我

18、們通常用的材料如：ABS、HIPS、PP等（注意必須是成型溫度與AC發(fā)泡劑發(fā)泡溫度接近的塑料），與AC進行一定比例的混合，通常比例為0.5%-5%。 2、混合均勻的材料通過注塑機螺桿共混，此時噴嘴的閥門關(guān)閉。 3、氣體輔助設(shè)備運轉(zhuǎn)向密封模具內(nèi)打入低壓氮氣，抑制發(fā)泡劑在瞬間發(fā)泡。 4、當模腔壓力達到0.8-2.0MPA時，自鎖式噴嘴閥門打開開始注射，熔融塑料通過模具內(nèi)的熱流道的加熱，讓發(fā)泡劑達到發(fā)泡溫度。 5、塑料即將填滿模腔時（通常在90%-95%左右），氣體輔助設(shè)備開始排氣，與此同時塑料件內(nèi)部也充分進行發(fā)泡，最后添滿整個模腔。 2.3.2常見的缺陷及解決1、注塑件縮水：由于填充過于飽和經(jīng)常會

19、造成發(fā)泡不充分，因而造成筋位和柱位的縮水。解決方法：減少注射量、降低注氣時間、降低注氣壓力、提高噴嘴溫度。  2、注塑件欠注：由于注塑量不足經(jīng)常會有欠注現(xiàn)象。解決方法：適當增加注塑量。  3、 熔體破裂、氣痕：由于充填不均勻或者發(fā)泡的時機不對，在注塑件表面會有橘皮狀缺陷或者有類似于熔接痕的缺陷。  解決方法：調(diào)整注塑件充填平衡，適當降低澆口位置填充速度、降低氣體壓力，適當提高氣體排放的斜率、降低料管溫度，避免材料在料管中提前發(fā)泡。  其他的缺陷處理辦法與傳統(tǒng)注塑比較接近，在此不再重復說明。主要是通過氣體輔

20、助設(shè)備調(diào)整模具內(nèi)部的壓力，進而控制發(fā)泡劑發(fā)泡的時機2.4熱固塑料注射成型2.4.1熱固塑性成型發(fā)展熱固性樹脂在受熱或在固化劑的作用下，能發(fā)生交聯(lián)而變成不熔不溶狀態(tài)的樹脂。熱固性塑料在熱固性樹脂中加入增強材料、填料及各種助劑所制得的制品稱為熱固性塑料熱固性塑料具有耐熱好、剛性大、價格低等優(yōu)點，隨著塑料工業(yè)的發(fā)展，熱固性塑料制品的應用也越來越廣泛。20世紀60年代前， 壓制和擠出工藝加工20世紀60年代后， 注射成型工藝。其中日本已有85的熱固性塑料制品是用注射成型方法獲得的，我國70年代開始推廣應用熱固性塑料注射成型工藝，目前只占所有熱固性塑料制品的34，可見熱固性塑料注射成型工藝技術(shù)在我國是大

21、有發(fā)展空間。2.4.2成型原理及工藝過程排氣注射成型料筒熱固性塑料低粘度塑性體加熱固體模腔 注射反應冷卻 熱固性塑料受熱成型過程中不僅發(fā)生物理狀態(tài)的變化，而且還發(fā)生不可逆的化學變化。這種歷程的快慢取決于溫度和經(jīng)歷的時間。為使注射過程順利進行，應控制使物料通過噴嘴時必須達到最好的流動性，物料進入模腔后，反應基團與加入的固化劑發(fā)生交聯(lián)反應，使線性樹脂逐漸變成體型結(jié)構(gòu)。反應過程中，會逐漸釋放出低分子物(如氨、水等)，必須及時排出，才能保證反應順利進行。當交聯(lián)反應進行到使模內(nèi)物料的物理力學性能達到最佳值時，即可以從模內(nèi)脫出，成為制品。2.4.3熱固性材料加工的要求1、在工藝條件方面，對于溫度、壓力與時間的控制均要因料筒、模具內(nèi)物料的運動與反應階段而進行選擇。2、在原料方面，不同塑料順利變成注射制品的難易程度是不同的。例如，酚醛塑料具有較好的成型工藝性。3、在設(shè)備方面，要求設(shè)備有精確的加熱控溫精度，較高的注射壓力和較高的鎖模力噸位。注射成型機的鎖模系統(tǒng)還應伴隨有排氣動作等。2.5電磁動態(tài)塑化注射成型2.5.1電磁動態(tài)塑化注射成型簡介聚合物動態(tài)注射成型技術(shù)以及實現(xiàn)該技術(shù)的塑化注射裝置。注射成型加工過程中使注射螺桿產(chǎn)生軸向脈動的激振力，可以利用電