塑膠射出成形的原理

塑膠射出成形的原理第1頁(yè)，共15頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

塑膠化是降低成本的捷徑

射出成形的原理是:『把塑膠(成形粒)加熱軟化(可塑化)』,『擠進(jìn)封閉的模具內(nèi)(射出)』,『等塑膠冷卻固化後把它(成形品)從模具取出』.

因此,平易地說(shuō):是『熔融』『流動(dòng)』『固化』.『熔融』階段是在成形機(jī)的

缸套(Cylinder)進(jìn)行,而『流動(dòng)』和

『固化』則在模具內(nèi)進(jìn)行.

射出成形是用高壓力(例如40MPa)把成形材料充填於模具內(nèi)的,因此精密度很高(例如±0.1%),可製得品質(zhì)和尺寸都均勻的成形品.射出成形用材料,通常是熱可塑性塑膠(聚苯乙烯:PS等),它加熱於200oC(熔融)後射出於40oC模具(流動(dòng)),冷卻(固化).

成形週期多半在30~60秒之間,生產(chǎn)力頗高.

由於塑膠成形品的製造只需一射出工程,相較於其他材料,可減少許多工數(shù),是降低成本的捷徑.第2頁(yè)，共15頁(yè)，2023年，2月20日，星期四第3頁(yè)，共15頁(yè)，2023年，2月20日，星期四第4頁(yè)，共15頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

塑膠:Plastics,合成樹(shù)脂

高分子物:Polymer分子量非常大的分子(例如塑膠是分子量63的分子連接1000個(gè),成分子量63000的高分子物.

熱可塑性塑膠:thermoplastics

加熱則軟化的塑膠,趁軟化時(shí)成形,冷卻則固化,聚乙烯(PE),聚苯乙烯

(PS),聚氯化乙烯(PVC),聚丙烯(PP),ABS,變性PPO,PPS,液晶聚合物等.

熱硬化性塑膠:thermosetsplastics

加熱則硬化的塑膠.成形後加熱固化.

酚樹(shù)脂,美拉明樹(shù)脂,尿素樹(shù)脂,聚酯,環(huán)氧樹(shù)脂,聚醯亞胺等.

成形:Molding,製成形狀物.

成形品:Moldings,經(jīng)成形的塑膠製品.

模具:Mold,成形用的模(注進(jìn)塑膠用).

射出成形:Injectionmolding

成形粒:Pellet,米粒狀的熱可塑性塑膠成形材料.

Mpa:megapascal:M=106(100萬(wàn)倍)1Pa=1N/m21N(牛頓)=0.102kgf1MPa=10.2kgf/cm2【用語(yǔ)】第5頁(yè)，共15頁(yè)，2023年，2月20日，星期四射出成型現(xiàn)場(chǎng)實(shí)用技術(shù)手冊(cè)第一章塑膠射出成形的基本1.塑膠的優(yōu)點(diǎn)---輕而堅(jiān)韌、便宜塑膠係用石油製造.不過(guò),有人說(shuō),使用塑膠反而可節(jié)約石油消耗量.

從合成,成形,運(yùn)輸各方面看來(lái),塑膠所耗用的能源量比任何其他材料都少,其最大優(yōu)點(diǎn)是成形加工容易.使用塑膠的目的

1.為了降低材料費(fèi)成本.因?yàn)橘Y源豐富而便宜,但是須使用於最適當(dāng)?shù)胤?2.為了降低加工成本.塑膠適合量產(chǎn),加工工程可簡(jiǎn)化甚至自動(dòng)化.此外,塑膠多半經(jīng)過(guò)單一製程即得成品,不需塗裝,修飾後加工,因此,投資設(shè)備額可減少,加工上須考量盡量減少人工.3.為了減輕重量.比重輕,只有鐵的八分之一.減輕部分可利用於提升性能之用.4.為了避鋼生鏽或腐蝕.塑膠不會(huì)有腐蝕及生鏽問(wèn)題.由於不需做防鏽處理,可免電鍍、塗裝等過(guò)程,由此可減少工數(shù).不過(guò),廢棄物通常不會(huì)腐爛,處理上須費(fèi)一番考慮.5.為了實(shí)現(xiàn)理想形狀.可製成板金、衝壓等辦不到的形狀或特性.6.為了實(shí)現(xiàn)理想造形和外觀.色彩艷麗,通常不需塗裝.造形性極佳,可實(shí)現(xiàn)美麗式樣.7.需要隔熱性時(shí).隔熱性良好,可應(yīng)用於保溫,保冷用途.8.需要電絕緣性時(shí).沒(méi)有感電,短路之虞.多半高周波特性良好.第6頁(yè)，共15頁(yè)，2023年，2月20日，星期四射出成型現(xiàn)場(chǎng)實(shí)用技術(shù)手冊(cè)使用塑膠材料應(yīng)注意點(diǎn)1.精密度稍差:膨脹係數(shù)大,通常比金屬類多一位數(shù).此外,有些塑膠會(huì)因濕度或經(jīng)久變形或發(fā)生尺寸變化.2.耐熱性通常不佳:耐高溫性較差,通常不超過(guò)100oC.3.可燃性:大部分屬於可燃性,有些塑膠燃燒時(shí)產(chǎn)生有毒氣體.焚化時(shí),容易產(chǎn)生黑煙或腐蝕性氣體,或發(fā)熱量過(guò)大,容易損傷焚化爐.4.強(qiáng)度不夠:除通常提到的破裂強(qiáng)度外,實(shí)際上則因剛性不足發(fā)生的困擾多.剛性通常比金屬類小二位數(shù).5.耐溶劑性與耐油性低:有些塑膠溶解或產(chǎn)生龜裂.尤其在應(yīng)力下沾油時(shí),有些塑膠會(huì)發(fā)生應(yīng)力龜裂.6.會(huì)劣化:塑膠會(huì)因紫外線、熱、蒸汽及藥品而劣化.7.不具電磁波屏蔽性:體積電阻(歐姆.公分)通常是1015,防止帶電級(jí)107,

導(dǎo)電級(jí)是100,特種電磁波屏蔽品級(jí)是10-2程度.第7頁(yè)，共15頁(yè)，2023年，2月20日，星期四射出成型現(xiàn)場(chǎng)實(shí)用技術(shù)手冊(cè)

2.

塑膠射出成形的優(yōu)點(diǎn)---大量製造精密產(chǎn)品射出成形的原理

塑膠一詞的原義是具有可塑性的東西.不過(guò)一般所稱『塑膠』

涵蓋多數(shù)合成樹(shù)脂,亦即『具有良好可塑性的人造高分子材料』.

從塑膠成形加工時(shí)需用的熱與塑膠的關(guān)係來(lái)看,塑膠可分為如下二大類.1.加熱即硬化(非可逆性)的,即熱硬化性塑膠、酚樹(shù)脂、尿素樹(shù)脂、美拉明樹(shù)脂、不飽和聚酯樹(shù)脂、環(huán)氧樹(shù)脂等屬之.2.加熱即軟化,冷卻後再硬化的可逆性樹(shù)脂,即熱可塑性塑膠,聚苯

乙烯、AS、ABS、聚丙烯、聚乙烯、聚氯化乙烯基、聚碳酸酯、聚縮乙醛、變性PPO、聚甲基丙烯酸、聚醯胺等屬之.第8頁(yè)，共15頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

3.射出成形法是塑膠成形法的代表方法普通的塑膠成形品,大多數(shù)係依射出成形法製造.因?yàn)檫@方法是熱可塑性塑膠的代表性成形法.

射出成形的基本過(guò)程是:『把塑膠成形粒加熱軟化,即可塑化』,『擠入密閉的模具內(nèi),即射出』,『冷卻後開(kāi)啟模具取出成形品,即脫?！?

1.射出成形的生產(chǎn)力高射出成形法的成形周期(一次成形所需時(shí)間)短,通常為30秒至60秒.

射出成形用模具的製造費(fèi)相當(dāng)高,因此生產(chǎn)量少的產(chǎn)品不合算,其生產(chǎn)量需有每月一萬(wàn)個(gè)以上.2.射出成形品的精度高基本上,射出成形時(shí),須『趁材料還未冷卻盡速填充於模具內(nèi)』,因此,射出速度一般都很快,通常在一秒左右完成填充操作,不過(guò)視模具而彈性調(diào)整.

一般成形品的尺寸精密度如右表1.第9頁(yè)，共15頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

3.射出成形機(jī)的原理---把熔融塑膠注入模具內(nèi)射出成形機(jī)的動(dòng)作順序

原理圖如圖1所示.這叫做柱塞式,型式舊,但容易瞭解.其動(dòng)作順序是:1.關(guān)閉模具(模具內(nèi)壓力相當(dāng)大,例如可達(dá)400kg/cm2,因此需要大壓力機(jī)來(lái)箝模).2.將成形粒供給加料斗,塞進(jìn)筒缸.塑膠在這里加熱(例如加熱於200oC),軟化成為流動(dòng)狀,即變?yōu)榭伤芑癄顟B(tài).3.這可塑化塑膠被柱塞擠向前方,由缸尖端的注嘴注入密封模具內(nèi),即射出.4.等模具內(nèi)塑膠冷卻硬化後,打開(kāi)模具,拿出成形品.5.一般使用的成形機(jī)都採(cǎi)用如圖2的螺桿式.

螺桿式成形機(jī)是利用螺桿擠進(jìn)成形粒於料筒內(nèi),在這過(guò)程中塑膠則被加熱可塑化而集中於螺桿尖端,而由於其壓力使螺桿後退.當(dāng)一定量可塑化膠累積於尖端後,由油壓缸加壓,使螺桿向前推進(jìn)射出於模具內(nèi).6.由模具拿出的成形品,通常附帶注入口、澆道等.如圖3所示.

圖2圖3圖1第10頁(yè)，共15頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

4.射出成形用模具的基本條件---堅(jiān)固而精密堅(jiān)固的模具是成形的基本成形數(shù)量不多時(shí),模具製造成本是最大的關(guān)鍵.不過(guò),射出成形本來(lái)就是大量生產(chǎn)用手段,除非模具堅(jiān)固,否則就無(wú)法繼續(xù)生產(chǎn).因此,模具須高剛性、高精密,連架臺(tái)也要十分正確.模具要硬,且要研磨.

因此,盡可能製得堅(jiān)固的模具,可使成形作業(yè)順利減少麻煩,綜合起來(lái)可降低總成本.產(chǎn)品的生產(chǎn)計(jì)劃和設(shè)計(jì)應(yīng)預(yù)先充分檢討

模具數(shù)量應(yīng)盡量減少,為此須有周到的生產(chǎn)計(jì)劃,免集中於一時(shí),而須多做模具的局面.

此外,常有開(kāi)始製作模具後才修改製品設(shè)計(jì)的事情發(fā)生,這是提高成本和阻礙生產(chǎn)的主要原因.因此,交出面以前須充分檢討,以免半途修改.模具的基本構(gòu)造有二種模具啟開(kāi)處有一個(gè)和二個(gè)方式,前者叫做一段注道模具(圖1),後者叫做二段注道模具(圖2).另有段熱澆道式(圖3).模具重點(diǎn)在於防止變形和通氣

模具的剛性不足時(shí),射出壓力會(huì)引起模具變形,以致產(chǎn)品精密度受損.此外,當(dāng)模內(nèi)通氣孔(空氣逃逸孔)不夠大時(shí),會(huì)妨礙材料流動(dòng)而造成缺料.圖1圖3圖2第11頁(yè)，共15頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

5.射出成形品設(shè)計(jì)五原則---目的:便宜、快、而大量生產(chǎn)加脫模斜度1.一般脫模斜度,在箱形模槽側(cè)需要有最一度(深50-100mm時(shí)1.5度,深100mm以上時(shí)一度)的斜度.為避免製品被模槽拉住,通常減少模芯側(cè)的斜度,但是杯形成形品有時(shí)反而要增加.2.有皮紋成形品,通常要加大斜度(至少六度以上)以免脫模時(shí)弄傷.3.底部肋線通常約0.5度,壁面肋線約0.25度.而為了防止厚度凹塌,底部部分宜為壁厚之二分之一,尖端部最低約1mm.4.格子節(jié)距應(yīng)有3mm以上(過(guò)小時(shí)不能脫模),而格子愈長(zhǎng),斜度要愈大,通常約5度.

格子高時(shí)(8mm以上)應(yīng)把格子製成臺(tái)形狀.成品厚度應(yīng)均勻過(guò)厚時(shí)容易凹塌,過(guò)薄則會(huì)龜裂.為補(bǔ)強(qiáng)或其他目的而設(shè)的肋條也往往成為厚度不均勻或凹塌的原因.一般而言,各部厚度的差異應(yīng)在加減20%以內(nèi).形狀宜簡(jiǎn)單模具合模面應(yīng)盡量採(cǎi)用直線平面.

向左歷啟開(kāi)時(shí)無(wú)法脫模的凹模(undercut)需要特殊脫模機(jī)構(gòu),但構(gòu)造須堅(jiān)固而簡(jiǎn)單,不然容易故障.最好不要設(shè)計(jì)有凹槽部分.

形狀宜簡(jiǎn)單而對(duì)稱,這種製品的收縮平均而尺寸精密度佳.第12頁(yè)，共15頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

5.射出成形品設(shè)計(jì)五原則---目的:便宜、快、而大量生產(chǎn)不要有銳角角隅1.角隅的R的計(jì)算應(yīng)以R/T≧0.25(T為幅厚R為角隅內(nèi)半徑)

為目標(biāo),當(dāng)R/T為0.25時(shí),應(yīng)力集中係數(shù)為2,而R/T在0.25以下時(shí)快速增大,至0.75以上則無(wú)多大變化.2.因銳角角隅引起的龜裂,多集中於格子和肋線.應(yīng)特別留意底部的R.不過(guò)R撾大時(shí)表面往往發(fā)生凹塌.注重實(shí)績(jī)---塑膠的歷史還新