注射機與注射成型工藝詳解

注射機與注射成型工藝詳解第一頁，共四十四頁，2022年，8月28日內(nèi)容簡介注射機基本結(jié)構(gòu)與技術(shù)參數(shù)熱塑性塑料的工藝性能注射工藝工藝過程成型前的準備注射過程制品的后處理注射工藝的影響因素溫度的影響壓力的影響注射成形周期和注射速度常用塑料及其注射工藝第二頁，共四十四頁，2022年，8月28日注射機簡介一般可將注射機分為：注射裝置、合模裝置、液壓傳動和電器控制1-機身2-電動機及液壓泵3-注射液壓缸4-齒輪箱4-齒輪傳動電動機6-料斗7-螺桿8-加熱器9-機筒10-噴嘴11-定模安裝板12-注射模13-拉桿

14-動模安裝板15-合模機構(gòu)16-合模油缸17-螺桿傳動齒輪18-螺桿花鏈19-油箱第三頁，共四十四頁，2022年，8月28日注射機簡介注射裝置主要作用是使固態(tài)的塑料顆粒均勻地塑化呈熔融狀態(tài)，并以足夠的壓力和速度將塑料熔體注入到閉合的模具型腔中合模裝置作用有三點：第一是實現(xiàn)模具的開閉動作；第二是在成形時提供足夠的夾緊力使模具鎖緊；第三是開模時推出模內(nèi)制品液壓傳動和電器控制系統(tǒng)是保證注射成形按照預定的工藝要求（壓力、速度、時間、溫度）和動作程序準確進行而設(shè)置的液壓傳動系統(tǒng)是注射機的動力系統(tǒng)，而電器控制系統(tǒng)則是各個動力液壓缸完成開啟、閉合和注射、推出等動作的控制系統(tǒng)第四頁，共四十四頁，2022年，8月28日注塑機分類按外形特征分類立式注射機臥式注射機直角式注射機按塑料在料筒中的塑化方式分類注塞式注射機螺桿式注射機第五頁，共四十四頁，2022年，8月28日立式注射機注射裝置和定模板設(shè)置在設(shè)備的上部，而鎖模裝置、動模板、推出機構(gòu)均設(shè)置在設(shè)備的下部優(yōu)點是設(shè)備占地面積小，模具裝拆方便；安裝嵌件和活動型芯簡便可靠缺點是不易自動操作，只適用于小注射量的場合，一般注射量為10~60g第六頁，共四十四頁，2022年，8月28日臥式注射機注射裝置和定模板在設(shè)備的一側(cè)，而鎖模裝置、動模板和推出機構(gòu)在另一側(cè)優(yōu)點是機體較矮、易操作。制品推出后能自動落下，便于實現(xiàn)自動化操作缺點是設(shè)備占地面積大，模具安裝比較麻煩第七頁，共四十四頁，2022年，8月28日直角式注射機注射裝置為直立布置，鎖模、頂出機構(gòu)以及動、定模板按臥式排列，兩者互成直角適用于中心部分不允許留有澆口痕跡的塑料制品缺點是加料比較困難，嵌件或活動型芯安放不便，只適用于小注射量的場合，注射量一般為20~45g第八頁，共四十四頁，2022年，8月28日柱塞式注射機柱塞在料筒內(nèi)僅作往復運動注射量不宜過大，一般為30~60g1-注射模2-噴嘴3-料筒4-分流梭5-料斗6-注射柱塞分流梭的作用：將料筒內(nèi)流經(jīng)該處的塑料分成薄層，使塑料分流，以加快熱傳遞。同時塑料熔體分流后，流速增加，剪切速率加大，剪切發(fā)熱使塑料溫度升高、粘度下降，塑料得到進一步混合和塑化。第九頁，共四十四頁，2022年，8月28日螺桿式注射機螺桿既可旋轉(zhuǎn)又可前后移動作用是送料、壓實、塑化與傳壓塑料塑化、混合效果比柱塞式好1-噴嘴2-料筒3-螺桿4-料斗第十頁，共四十四頁，2022年，8月28日塑料的收縮性塑料制品從模具中取出后發(fā)生尺寸收縮的特性稱為塑料的收縮性塑料制品的收縮不僅與塑料本身的熱脹冷縮性質(zhì)有關(guān)，而且還與模具結(jié)構(gòu)及成形工藝條件等因素有關(guān)通常所指的塑料的收縮性實際上是指塑料制品的成形收縮性能第十一頁，共四十四頁，2022年，8月28日塑料的收縮率塑料成形收縮的大小可用塑料制品的實際收縮率S實表征:

a為成形溫度時的制品尺寸；b為常溫時的制品尺寸由于成形溫度時的制品尺寸無法測量，因此采用常溫時的型腔尺寸c取代

S計為塑料制品的計算收縮率

第十二頁，共四十四頁，2022年，8月28日塑料的收縮率的選擇原則對于收縮率范圍較小的塑料品種，可按收縮率的范圍取中間值，此值稱為平均收縮率對于收縮率范圍較大的塑料品種，應(yīng)根據(jù)制品的形狀，特別是根據(jù)制品的壁厚來確定收縮率，對于壁厚者取上限（大值），對于壁薄者取下限（下值）制品各部分尺寸的收縮率不盡相同，應(yīng)根據(jù)實際情況加以選擇對于收縮量很大的塑料，可利用現(xiàn)有的或者材料供應(yīng)部門提供的計算收縮率的圖表來確定收縮率第十三頁，共四十四頁，2022年，8月28日塑料的流動性塑料的流動性是比較塑料成形加工難易的一項指標。與粘度一樣，塑料的流動性不僅依賴于成形條件，而且還依賴于聚合物的性質(zhì)。塑料的流動性一般可根據(jù)聚合物的相對分子質(zhì)量、熔融指數(shù)、阿基米德螺旋線長度、表觀粘度以及流動比（流程長度/制品壁厚）等一系列指標進行衡量。相對分子質(zhì)量小、熔融指數(shù)高、螺旋線長度長、表觀粘度小、流動比大則流動性好。塑料的流動性也隨成形工藝條件的改變而變化熔體成形溫度高則流動性好（塑料品種不同對溫度的敏感程度也不同）、注射壓力大流動性好模具結(jié)構(gòu)也會影響流動性的大小第十四頁，共四十四頁，2022年，8月28日常用塑料的流動性流動性好：聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、尼龍、醋酸纖維素等流動性中等：有機玻璃、聚甲醛、改性聚苯乙烯（ABS、AS、HIPS）以及氯化聚醚等流動性差：聚碳酸酯、硬聚氯乙烯、聚砜、聚芳砜、聚苯醚等第十五頁，共四十四頁，2022年，8月28日塑料的結(jié)晶性在注射成形時結(jié)晶形塑料有如下特點：結(jié)晶形塑料必須要加熱至熔點溫度以上才能達到軟化狀態(tài)制品在模具內(nèi)冷卻時，結(jié)晶形塑料要比無定形塑料放出更多的熱量

結(jié)晶形塑料的成形收縮率大，達到0.5%~3.0%，而無定形塑料的成形收縮率一般為0.4%~0.6%結(jié)晶形塑料的結(jié)晶度與冷卻速度密切相關(guān)，所以在結(jié)晶形塑料成形時應(yīng)按要求控制好模具的溫度

結(jié)晶形塑料各向異性顯著，內(nèi)應(yīng)力大第十六頁，共四十四頁，2022年，8月28日塑料的其它工藝性能熱敏性：是指某些塑料（如硬聚氯乙烯、聚甲醛等）對熱較為敏感，物料溫度升高易發(fā)生變色和降解的傾向。成形時必須嚴格控制成形溫度、模具溫度、加熱時間水敏性：是指某些塑料（如聚碳酸酯等）即使只含有少量水分，在高溫和高壓下也容易分解。因此，在成形前必須加熱干燥應(yīng)力敏感性：是指某些塑料對應(yīng)力敏感，成形時質(zhì)脆易開裂。除了成形時加入添加劑提高抗裂性外，還應(yīng)合理地設(shè)計制品和模具，選擇有利的成形條件，以減少內(nèi)應(yīng)力粒度：是指塑料粒料的細度和均勻度。根據(jù)技術(shù)要求，各種塑料應(yīng)有一定的技術(shù)指標熱性能指標：指塑料的比熱容、導熱系數(shù)、熱變形溫度等第十七頁，共四十四頁，2022年，8月28日注射成形工藝過程注射成形工藝過程主要包括以下三個過程成形前的準備注射過程塑件后處理第十八頁，共四十四頁，2022年，8月28日成形前的準備為了使注射成形生產(chǎn)順利進行和保證制品質(zhì)量，生產(chǎn)前需要進行原料預處理，對塑料原料進行外觀檢驗，必要時應(yīng)對塑料的工藝性能進行測試；對容易吸濕的塑料，成形前應(yīng)進行充分的干燥對注射機的料筒進行清洗或拆換預熱嵌件，以減小塑料熔體與金屬嵌件之間的溫度差選擇脫模劑，對模具進行預熱等一系列準備工作第十九頁，共四十四頁，2022年，8月28日注射過程塑料在注射機料筒內(nèi)加熱，塑化達到流動狀態(tài)后，由模具的澆注系統(tǒng)進入模具的型腔，其注射過程可分為充型，壓實，保壓，倒流和冷卻五個階段熔體經(jīng)由流道充模vi-螺桿速度pi-注射壓力A-計量室流道B-噴嘴流道C-主流道D-分流道E-澆口F-型腔注射過程及壓力變化第二十頁，共四十四頁，2022年，8月28日充模準備期注射成形是一個間歇過程，因而需要充模準備期，也稱螺桿的空載期，相當于t0到tA這段時間螺桿在t0時刻開始前進，由于流過噴嘴與澆注系統(tǒng)需要一定的時間，故在tA

時刻前熔體尚未進入模腔。由于熔體高速通過截面很小的噴嘴和流道時受到很大的流動阻力并產(chǎn)生大量的剪切摩擦熱，故在這一時期結(jié)束時物料溫度明顯升高而作用在螺桿上和噴嘴內(nèi)的壓力均迅速升高第二十一頁，共四十四頁，2022年，8月28日充模期這一時期從tA時刻開始，至熔體到達模腔末端的時刻tB結(jié)束。在這一時期螺桿繼續(xù)快速前進，直至熔體完全充滿充模時間很短，模具對熔體的冷卻不顯著，且高速熔體在模腔內(nèi)流動時有剪切摩擦熱產(chǎn)生，故充模結(jié)束時物料溫度有一定升高，達到成形周期內(nèi)的最高值。在模腔未充滿之前，熔體流動的阻力不大，故模腔內(nèi)的壓力仍比較低，但作用在螺桿上的壓力和噴嘴內(nèi)的壓力均上升到最高值充模結(jié)束時物料溫度達到成形周期內(nèi)的最高值第二十二頁，共四十四頁，2022年，8月28日壓實期這一時期從tB時刻開始，至螺桿到達其行程的最大位置的時刻tC結(jié)束在此之前模腔雖已被充滿，但由于此時噴嘴內(nèi)的壓力遠高于模腔內(nèi)的壓力，故進入這一時期后仍有少量熔體被擠進模腔，使模腔內(nèi)熔體密度增大而壓力急劇升高，壓實期結(jié)束時模腔內(nèi)壓力達到整個成形周期內(nèi)的最高值。因受到低溫模具的冷卻，物料溫度在這一時期開始下降壓實期結(jié)束時模腔內(nèi)壓力達到成形周期內(nèi)的最高值第二十三頁，共四十四頁，2022年，8月28日保壓期這一時期從tC時刻開始，到螺桿開始退回的時刻tD結(jié)束壓實期結(jié)束后螺桿并不立即退回，而需要在最大前進位置繼續(xù)保持一段時間，在此期間作用在螺桿上的壓力和噴嘴內(nèi)的壓力保持最大值不變，而由于模具的冷卻作用使模腔內(nèi)料溫下降和體積收縮，體積收縮又導致模腔內(nèi)壓力下降和流道內(nèi)熔體緩慢地流進模腔第二十四頁，共四十四頁，2022年，8月28日倒流與封口期這一時期從tD時刻開始，到澆口內(nèi)熔體凝固的時刻tE結(jié)束保壓結(jié)束后，螺桿開始后退，作用在其上的壓力消失，噴嘴和流道內(nèi)的壓力迅速下降，模腔內(nèi)的壓力會高于流道內(nèi)的壓力，若澆口內(nèi)的熔體仍能流動，少量熔體就會從模腔倒流入流道并導致模腔內(nèi)的壓力迅速降低。隨著模腔內(nèi)壓力下降，倒流速度減慢，熔體對澆口的加熱作用減小，溫度迅速下降，到tE時刻澆口凝固，倒流停止第二十五頁，共四十四頁，2022年，8月28日冷卻期這一時期從tE時刻開始，到模具開始開啟的時刻tF結(jié)束這一時期雖然外部作用的壓力已經(jīng)消失，但模腔內(nèi)仍可能保持一定的壓力，隨冷卻過程的進行這一時期內(nèi)物料溫度和壓力逐漸下降，通常在啟模時模腔內(nèi)仍可能殘留一定的壓力第二十六頁，共四十四頁，2022年，8月28日制品的后處理原因：由于成形過程中塑料熔體在溫度和壓力作用下的流動行為非常復雜，再加上流動前塑化不均以及充模后冷卻速度不同，從而導致制品內(nèi)產(chǎn)生不同的結(jié)晶、取向和收縮應(yīng)力，脫模后除了引起時效變形外，還會使制品的力學性能、光學性能及表觀質(zhì)量變壞，嚴重時還會開裂定義：為了消除塑件內(nèi)的殘余應(yīng)力而對塑件所采取的處理方法叫塑件后處理主要包括退火和調(diào)濕處理第二十七頁，共四十四頁，2022年，8月28日退火適用：除聚酰胺以外的各類塑料退火方法：將制件在一定溫度的加熱液體介質(zhì)或熱空氣循環(huán)烘箱中靜置一段時間，制件內(nèi)雖有內(nèi)應(yīng)力，但可以緩慢自消，或制件的使用要求不嚴格時，可以不必進行退火處理。退火后應(yīng)使制品緩冷至室溫退火溫度：高于實際使用溫度10~20℃，或低于塑料熱變形溫度10~20℃為宜退火時間：根據(jù)塑料品種及塑件厚度而定，一般取4~24h退火處理的實質(zhì)是松弛聚合物中凍結(jié)的分子鏈、消除內(nèi)應(yīng)力以及提高結(jié)晶度、穩(wěn)定結(jié)晶結(jié)構(gòu)第二十八頁，共四十四頁，2022年，8月28日調(diào)濕處理適用：吸濕性很強，且又容易氧化的聚酰胺類塑料調(diào)濕處理：一種調(diào)整制件含水量的后處理工序，是將剛脫模的制件放在熱水中進行處理。調(diào)濕處理能在加熱和保溫條件下消除殘余應(yīng)力，還能促使制件在加熱介質(zhì)中達到吸濕平衡，防止制件在使用過程中發(fā)生尺寸變化，改善與提高制件的抗沖、抗張、韌性等性能加熱介質(zhì)：一般為沸水或醋酸鉀溶液(沸點為12l℃)，加熱溫度一般為100~120℃。熱變形溫度高的取上限，低的取下限。保溫時間與制件厚度有關(guān)，通常為2~9小時注意事項：凡退火或調(diào)濕的塑件，在達到所需溫度和時間以后，一定要緩慢降溫至室溫。如果突然冷卻或冷卻速度太快，則塑件內(nèi)部又會產(chǎn)生新的內(nèi)應(yīng)力第二十九頁，共四十四頁，2022年，8月28日注射工藝的影響因素溫度的影響料溫模具溫度壓力的影響塑化壓力注射壓力模腔壓力注射成形周期和注射速度第三十頁，共四十四頁，2022年，8月28日料溫塑料的加工溫度是由注射機料筒來控制的。料筒溫度的正確選擇關(guān)系到塑料的塑化質(zhì)量，其原則是能保證順利地注射成形而又不引起塑料局部降解通常料筒末端最高溫度應(yīng)高于塑料的流動溫度，但低于塑料的分解溫度，在生產(chǎn)中除了要嚴格控制注射機料筒的最高溫度外，還應(yīng)控制塑料熔體在料筒中的停留時間第三十一頁，共四十四頁，2022年，8月28日模具溫度在注射成形中模具溫度是由冷卻介質(zhì)（一般為水）控制的，它決定了塑料熔體的冷卻速度模溫低，冷卻速度快，但不利于成形；模溫高，制品質(zhì)量好，但生產(chǎn)率下降對于結(jié)晶型塑料，升高模具溫度能提高制品的密度或結(jié)晶度第三十二頁，共四十四頁，2022年，8月28日壓力的影響塑化壓力又稱背壓，是指注射機螺桿頂部的熔體在螺桿轉(zhuǎn)動后退時所受到的壓力注射壓力是指注射時在螺桿頭部產(chǎn)生的熔體壓強型腔壓力是指注射壓力經(jīng)過注射機噴嘴、模具流道和澆口的壓力損失后在模具型腔內(nèi)產(chǎn)生的熔體壓強在注射過程中壓力與溫度是相互制約的。料溫高則所需壓力低，料溫低則所需壓力高。因此，只有在適當?shù)膲毫蜏囟鹊慕M合下才會獲得滿意的結(jié)果第三十三頁，共四十四頁，2022年，8月28日注射成形周期完成一次注射成形所需的時間稱為注射成形周期它包括加料、預塑、充模、保壓、冷卻時間以及開模、脫模，閉模及輔助作業(yè)等時間在整個注射成形周期中，注射速度和冷卻時間對制品的性能有著決定性的影響冷卻時間開模時間充填時間保壓時間第三十四頁，共四十四頁，2022年，8月28日注射速度注射速度主要影響熔體在型腔內(nèi)的流動行為，隨著注射速度的增大，熔體流速增加，剪切作用加強，溫度因剪切發(fā)熱而升高，粘度降低，所以有利于充模。但是注射速度增大，可能使熔體從層流狀態(tài)變?yōu)橥牧?，嚴重時會引起熔體在模內(nèi)噴射而造成模內(nèi)空氣無法排出，這部分空氣在高壓下被壓縮迅速升溫，會引起制品局部燒焦或分解在實際生產(chǎn)中，注射速度通常是經(jīng)過試驗來確定的。一般先以低壓慢速注射，然后根據(jù)制品的成形情況而調(diào)整注射速度第三十五頁，共四十四頁，2022年，8月28日多級注射技術(shù)現(xiàn)代的注射機已實現(xiàn)了多級注射技術(shù)，即在一個注射過程中，當注射機螺桿推動熔體注入模具時可以根據(jù)不同的需要實現(xiàn)在不同位置上有不同注射速度和不同的注射壓力等工藝參數(shù)的控制一致的MFV（熔體前沿速度）注射曲線可使制品的纖維取向趨于一致，從而減小流動導致的殘余應(yīng)力多級注射工藝應(yīng)根據(jù)不同品種的塑料和不同的制品進行擬定和選擇第三十六頁，共四十四頁，2022年，8月28日常用塑料及其注射工藝PE，聚乙烯PP，聚丙烯PS，聚苯乙烯ABS，丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物PA，聚酰胺，俗稱尼龍第三十七頁，共四十四頁，2022年，8月28日聚乙烯（PE）聚乙烯由乙烯聚合而成，而乙烯是煉制石油時的主要副產(chǎn)品。由于原料來源充沛，制造過程簡單，目前它的產(chǎn)量已居世界塑料工業(yè)的首位由于乙烯聚合時的壓力不同，聚乙烯又分高壓聚乙烯、中壓聚乙烯和低壓聚乙烯用高壓法得到的聚乙烯密度低，質(zhì)地軟，熔點也較低，外觀為半透明乳白色，常用來制造薄膜、日常用品。而低壓聚乙烯和中壓聚乙烯密度高，機械強度高，剛性大，熔點也較高，外觀為不透明乳白色，常用來制造容器及工業(yè)配件。聚乙烯化學性質(zhì)穩(wěn)定、無毒、無味、應(yīng)用十分廣泛第三十八頁，共四十四頁，2022年，8月28日聚乙烯（PE）1.工藝特性聚乙烯熔體屬非牛頓型流體、結(jié)晶型聚合物，有較為明顯的熔點，熔點隨密度的增大而升高，結(jié)晶度隨溫度的上升而下降熱氧化性能較差，在與氧接觸的情況下，溫度超過50℃便有氧化的傾向，氧化后色澤變黃，力學性能下降，聚乙烯粒料中通常都添加有適量的抗氧化劑吸水性較低（＜0.01%），成形前可以不進行干燥處理收縮率大且方向性明顯，制品易翹曲變形注射壓力對聚乙烯熔體流動性的影響比料筒溫度對流動性的影響明顯第三十九頁，共四十四頁，2022年，8月28日聚乙烯（PE）2.成形工藝一般情況下，低密度聚乙烯成形時料簡溫度在160~220℃之間，高密度聚乙烯在108~240℃之間聚乙烯熔體的流動性較好，一般注射壓力可在60~80MPa之間選擇由于聚乙烯熔體在高剪切速率下存在熔體破裂的傾向，成形時宜選用中等注射速度低密度聚乙烯成形時模具溫度為35~55℃，高密度聚乙烯為60~70℃，模具溫度的高低對聚乙烯制品的質(zhì)量有較大影響聚乙烯成形時保壓時間在10~30s之間，具體時間的選擇取決于澆口，制品形狀與壁厚第四十頁，共四十四頁，2022年，8月28日聚丙烯（PP）聚丙烯由丙烯聚合而成，有質(zhì)輕、價廉、無毒，無味等特點，而且還具有耐腐蝕、耐溫、機械強度高等優(yōu)點，在醫(yī)藥、食品、化工及日常生活中都有著廣泛的用途。聚丙烯成形收縮率高，耐老化性及抗低溫性差。但是，通過改性技術(shù)（如共聚，共混、加入添加劑等）可克服其缺點，擴大使用范圍1.工藝特點聚丙烯為結(jié)晶型聚合物，其結(jié)晶度可達50~70%，有十分明顯的熔點164~170℃熱穩(wěn)定性較好，與氧接觸的情況下在260℃左右開始變黃，分解溫度可達300℃以上流動性比聚乙烯好成形收縮率較大，并具有各向異性聚丙烯的折疊性能十分突出，常用來制作各種絞鏈制品2.成形工藝一般情況下聚丙烯的料筒溫度在200~270℃之間在成形時常選用較高的注射壓力，以便改善其成形收縮模溫的變化對其性能有較大影響，一般模具溫度約為30~60℃第四十一頁，共四十四頁，2022年，8月28日聚苯乙烯（PS）聚苯乙烯由苯乙烯聚合而成，而苯乙烯則由苯和乙烯制成。聚苯乙烯是發(fā)現(xiàn)最早、研究較完善的一類塑料。聚苯乙烯具有多種應(yīng)用性能：價廉、容易著色、透明、吸濕性低、電絕緣性能好、加工性能優(yōu)良，被廣泛用于電子，化學、冷凍工業(yè)以及日常用品等各個方面。聚苯乙烯的主要缺點是脆性和耐熱性差，為了改進這些缺點，發(fā)展了聚苯乙烯的改性品種1.工藝特性PS屬于無定形聚合物，沒有明顯熔點，熔融溫度范圍較寬且熱穩(wěn)定性較好。加熱后約在