第一章 塑料及模塑成型工藝

第一章塑料及模塑成型工藝3第1頁，課件共66頁，創(chuàng)作于2023年2月一、注射成型原理及分類1注射成型原理注射成型是根據(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射機的料斗送入高溫的機筒內(nèi)加熱熔融塑化，使之成為粘流態(tài)熔體，然后在柱塞或螺桿的高壓推動下，以很大的流速通過機筒前端的噴嘴注射進入溫度較低的閉合模具中，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．§1.3

注射成型原理及工藝第2頁，課件共66頁，創(chuàng)作于2023年2月注射成型(InjectionMolding)，主要用于熱塑性塑料的成型，也可用于熱固性塑料的成型。注射成型原理如下圖所示。第3頁，課件共66頁，創(chuàng)作于2023年2月注射成型特點：成形周期短，能一次成型形狀復(fù)雜、尺寸精確、帶有金屬或非金屬嵌件的塑料制件；對成型各種塑料的適應(yīng)性強，到目前為止，幾乎所有的熱塑性塑料（除氟塑料外）及一些熱固性塑料均可用此方法成型；生產(chǎn)效率高，易于實現(xiàn)自動化生產(chǎn)。它廣泛應(yīng)用于各種塑料制件生產(chǎn)中，其產(chǎn)品占目前塑料制件生產(chǎn)的30％左右。應(yīng)當注意的是，注射成型設(shè)備價格及模具制造費用較高，對于單件及小批量生產(chǎn)不宜采用此法。第4頁，課件共66頁，創(chuàng)作于2023年2月合模單元注射單元二、注射成型設(shè)備1.注射機的主要作用頂件開模與合模動作注射結(jié)束，進行保壓與補縮在一定壓力和速度下將塑料注入型腔加熱熔融塑料，達粘流態(tài)第5頁，課件共66頁，創(chuàng)作于2023年2月2.注射機的分類按外形可分為：臥式、立式和角式注射機。XS-ZY-500：表示最大注射量為500cm3的注射機S：塑料X：成型Z：注射機Y：螺桿式S-ZY-190/90：注射量為190cm3、鎖模力為90tSYS-30：表示最大注射量為30g的立式注射機第6頁，課件共66頁，創(chuàng)作于2023年2月注射機按塑化方式分為：柱塞式注射機和螺桿式注射機?！杆芰显诹贤矁?nèi)經(jīng)加熱達到流動狀態(tài)并具有良好的可塑性的過程。塑化第7頁，課件共66頁，創(chuàng)作于2023年2月3.柱塞式注射機第8頁，課件共66頁，創(chuàng)作于2023年2月很大一部分壓力用在壓實固體塑料和克服塑料與料筒摩擦。最大注射量取決于料筒的塑化能力（與塑料受熱面積有關(guān)）與柱塞直徑與行程。塑料靠料筒壁和分流梭傳熱，柱塞推動塑料無混合作用，易產(chǎn)生塑化不均的現(xiàn)象。①塑化不均：②最大注射量受限：③注射壓力損失大：柱塞式注射機存在的缺點：⑤易產(chǎn)生層流現(xiàn)象且料筒難于清洗④注射速度不均：從柱塞開始接觸塑料到壓實塑料，注射速度逐漸增加。第9頁，課件共66頁，創(chuàng)作于2023年2月4.螺桿式注射機第10頁，課件共66頁，創(chuàng)作于2023年2月合模注射保壓冷卻開模頂件合模注射螺桿預(yù)熱螺桿式注射機模塑工作循環(huán)第11頁，課件共66頁，創(chuàng)作于2023年2月加熱缸內(nèi)的材料滯留處少，熱穩(wěn)定性差的材料也很少因滯留而分解。由于加熱缸的壓力損失小，用較低的注射壓力也能成型。成型周期短、效率高，生產(chǎn)過程可實現(xiàn)自動化可成型形狀復(fù)雜、尺寸精度要求高及帶各種嵌件的塑件。螺桿式注射機的優(yōu)點：借助螺桿的旋轉(zhuǎn)運動，材料內(nèi)部也發(fā)熱，均勻塑化，塑化能力大。第12頁，課件共66頁，創(chuàng)作于2023年2月螺桿式較柱塞式多一旋轉(zhuǎn)動作，產(chǎn)生分力(Ft)，可使材料在螺旋槽間產(chǎn)生混煉作用，增加了塑化能力。5.螺桿式注射機與柱塞式注射機的比較第13頁，課件共66頁，創(chuàng)作于2023年2月三注射機有關(guān)工藝參數(shù)的校核（一）最大注射量校核注射機每次實際的注射量應(yīng)在最大注射量的80%以內(nèi)注射量以容積表示:V≤0.8V機V塑料≥K壓V其中:V——塑件的總體積(塑件+澆注系統(tǒng))V機——注射機的最大注射量(cm3)V塑料——成型塑件所需塑料的體積K壓——壓縮比(查資料)第14頁，課件共66頁，創(chuàng)作于2023年2月注射量以重量表示:G≤0.8G機G=p′V其中:G——塑件的總重量(塑件+澆注系統(tǒng))G機——注射機的最大注射量(g)p′——料筒溫度和壓力下塑料的密度(g/cm3)第15頁，課件共66頁，創(chuàng)作于2023年2月（二）注射壓力的校核校驗注射機的額定注射壓力能否滿足塑件成型時所需的壓力P公≥P注其中:P注——塑料成型時所需的注射壓力(查資料)P公——注射機公稱注射壓力P注受澆注系統(tǒng)、型腔內(nèi)阻力、模具溫度等因素影響P注太大：毛邊大、脫模困難、塑件表面質(zhì)量差、內(nèi)應(yīng)力大P注太小：不能順利充滿型腔、無法成型第16頁，課件共66頁，創(chuàng)作于2023年2月其中：F鎖——注射機的額定鎖模力(N)A分——塑件及澆注系統(tǒng)在分型面上的總投影面積(mm2)q——型腔內(nèi)塑料熔體的平均壓力（查資料）(MPa)（三）鎖模力的校核鎖模力指的是鎖模裝置對模具施加的最大鎖緊力F鎖≥q·A分第17頁，課件共66頁，創(chuàng)作于2023年2月（四）裝模部分有關(guān)尺寸的校核噴嘴尺寸定位孔尺寸拉桿間距模具閉合厚度安裝螺孔尺寸第18頁，課件共66頁，創(chuàng)作于2023年2月1.噴嘴尺寸澆口套球面R和噴嘴前端球面半徑R0噴嘴孔徑d0和澆口套小端孔徑d正確關(guān)系為：d=d0+(0.5～1)mmR=R0+(1～2)mm第19頁，課件共66頁，創(chuàng)作于2023年2月2.定位孔尺寸h:小型模具取8～10)mm大型模具取(10～15)mm第20頁，課件共66頁，創(chuàng)作于2023年2月（四）裝模部分有關(guān)尺寸的校核3.拉桿間距模具的外形尺寸應(yīng)小于注射機的拉桿間距，以保證模具能安裝到注射機工作臺面上。第21頁，課件共66頁，創(chuàng)作于2023年2月4.模具閉合厚度Hmax≥Hm≥Hmin第22頁，課件共66頁，創(chuàng)作于2023年2月5.安裝螺孔尺寸模具重量較輕用壓板固定模具重量較重的用螺釘固定第23頁，課件共66頁，創(chuàng)作于2023年2月（五）開模行程的校核1、注射機最大開模行程（S）與模具厚度（Hm）無關(guān)開模行程的校核分兩種情況：

當注射機采用液壓－機械聯(lián)合作用的鎖模機構(gòu)時，最大開模行程（S）由連桿的最大行程決定，而不受模具厚度（Hm）的影響。單分型面模具：S>=H1+H2+(5～10)mm雙分型面模具：S>=H1+H2+a+(5～10)mm第24頁，課件共66頁，創(chuàng)作于2023年2月單分型面模具：S0>=Hm+[H1+H2+(5～10)]雙分型面模具：S0>=Hm+[H1+H2+a+(5～10)]2、注射機最大開模行程（S）與模具厚度（Hm）有關(guān)

對于采用全液壓式鎖模機構(gòu)的注射機，其最大開模行程（S）受模具厚度的影響。第25頁，課件共66頁，創(chuàng)作于2023年2月側(cè)面分型抽芯機構(gòu)的最大開模程（S）當H4>H1+H2時:S=H4+（5～10）mm當H4<H1+H2時:S=H1+H2+（5～10）mm第26頁，課件共66頁，創(chuàng)作于2023年2月（六）頂出裝置的校核中心頂桿機械頂出兩側(cè)雙頂桿機械頂出中心頂桿液壓頂出與兩側(cè)雙頂桿機械頂出中心頂桿液壓頂出與其它輔助油缸聯(lián)合作用頂出裝置分類：第27頁，課件共66頁，創(chuàng)作于2023年2月四、注射成型工藝注射過程成型后處理成型前準備原料的檢驗、染色和干燥模具清理嵌件預(yù)熱料筒清理退火調(diào)濕第28頁，課件共66頁，創(chuàng)作于2023年2月1.成型前準備質(zhì)量體積流動性水分及揮發(fā)物含量收縮率烘箱干燥紅外線干燥熱板干燥高頻干燥原料檢驗原料染色原料干燥第29頁，課件共66頁，創(chuàng)作于2023年2月2.注射過程原料檢驗預(yù)處理合模注射裝入料斗保壓脫模裝入嵌件清理料筒清理模具涂脫模劑嵌件清理、預(yù)熱預(yù)塑化塑件后處理冷卻第30頁，課件共66頁，創(chuàng)作于2023年2月3.注射成型后處理放在一定溫度的紅外線或循環(huán)熱風(fēng)烘箱、液體介質(zhì)中（礦物油，石蠟）一段時間，再緩慢冷卻。將剛從模具中脫出的塑件放在熱水中(100～120℃)，隔絕空氣，進行防氧化處理，達到吸濕平衡。調(diào)濕后緩冷至室溫。退火：調(diào)濕：

退火的溫度：高于使用溫度10～20℃，低于熱變形溫度10～20℃。第31頁，課件共66頁，創(chuàng)作于2023年2月四、注射成型工藝條件溫度壓力時間（成型周期）第32頁，課件共66頁，創(chuàng)作于2023年2月1.溫度①料筒溫度：②噴嘴溫度：③模具溫度：——成型周期長，脫模后翹曲變形，影響尺寸精度；——產(chǎn)生較大內(nèi)應(yīng)力，開裂，表面質(zhì)量下降。溫度過高溫度太低略低于料筒最高溫度：防止熔料在噴嘴處產(chǎn)生“流涎”現(xiàn)象；但溫度也不能太低，否則易堵塞噴嘴。當Tf(Tm)~Td范圍窄時，料筒溫度取偏低值。料筒后端溫度最低，料筒前端最高；在Tf(Tm)~Td之間，保證塑料熔體正常流動，不發(fā)生變質(zhì)分解；第33頁，課件共66頁，創(chuàng)作于2023年2月2.壓力①塑化壓力：又稱背壓（螺桿頭部熔體在螺桿轉(zhuǎn)動后退時所受到的壓力），由液壓系統(tǒng)溢流閥調(diào)整大小。增加背壓，能提高熔體溫度并使溫度均勻，但會降低塑化的速度。注射中，塑化壓力的大小隨螺桿的設(shè)計、塑件的質(zhì)量要求以及塑件的種類不同而異。②注射壓力：注射壓力用以克服熔體從機筒流向型腔的流動阻力，提供充模速度以及對熔體進行壓實。注射壓力的大小一般為40～130MPa，它的作用是克服熔體的流動阻力，保證一定的充模速率。注射壓力與塑料品種、注射機類型、模具澆注系統(tǒng)結(jié)構(gòu)尺寸、塑件壁厚流程大小等因素有關(guān)。第34頁，課件共66頁，創(chuàng)作于2023年2月——完成一次注射模塑過程所需的時間。3.成型時間成型周期或總周期成型周期注射時間合模冷卻時間其它時間充模時間保壓時間在生產(chǎn)中，充模時間一般為3～5S，保壓時間一般為20～120S，冷卻時間一般為30～120S第35頁，課件共66頁，創(chuàng)作于2023年2月§1.4塑件的工藝性是塑件對成型加工的適應(yīng)性塑件工藝性設(shè)計包括:塑料材料選擇、尺寸精度和表面粗糙度、塑件結(jié)構(gòu)塑件的工藝性——塑件工藝性設(shè)計的特點：應(yīng)當滿足使用性能和成型工藝的要求，力求做到結(jié)構(gòu)合理、造型美觀、便于制造。第36頁，課件共66頁，創(chuàng)作于2023年2月一、塑料材料的選擇(分析)塑料的選材包括：選定塑料基體聚合物（樹脂）種類、塑料具體牌號、添加劑種類與用量等塑料原料選擇方法：使用環(huán)境(不同的溫度、濕度及介質(zhì)條件、不同的受力類型選擇不同的塑料)

使用對象（根據(jù)國別、地區(qū)、民族和具體使用者的不同選材）

按用途進行分類（按應(yīng)用領(lǐng)域、功能）第37頁，課件共66頁，創(chuàng)作于2023年2月二、塑件的尺寸、精度和表面粗糙度1.塑件的尺寸

塑件的尺寸受下面兩個因素影響：塑料的流動性（大而薄的塑件充模困難）設(shè)備的工作能力（注射量、鎖模力、工作臺面）第38頁，課件共66頁，創(chuàng)作于2023年2月塑件的尺寸精度是指所獲得的塑件尺寸與產(chǎn)品圖中尺寸的符合程度，即所獲塑件尺寸的準確度。2.塑件的精度影響塑件尺寸精度的因素:塑件成型后的時效變化塑料收縮率的波動以及成型時工藝條件的變化模具的制造精度、磨損程度和安裝誤差第39頁，課件共66頁，創(chuàng)作于2023年2月尺寸精度的確定：會根據(jù)SJ/T10628－1995（塑件尺寸公差）選擇塑件公差等級模塑件公差共分為8個等級，對于每一種塑料制品，可選其中的3個等級（高精度、一般精度和低精度），目前一般不采用1、2級精度。第40頁，課件共66頁，創(chuàng)作于2023年2月尺寸精度的確定：對于塑件上孔的公差可采用基準孔，可取表中數(shù)值冠以（＋）號。對于塑件上軸的公差可采用基準軸，可取表中數(shù)值冠以（－）號。一般配合部分尺寸精度高于非配合部分尺寸精度。模具尺寸精度比塑件尺寸精度高2-3級。第41頁，課件共66頁，創(chuàng)作于2023年2月3.塑件的表面質(zhì)量表面質(zhì)量表面粗糙度、光亮程度色彩均勻性表面缺陷：縮孔、凹陷推桿痕跡對拼縫、熔接痕、毛刺等一般模具表面粗糙度要比塑件的要求高1～2級第42頁，課件共66頁，創(chuàng)作于2023年2月二、塑件的幾何形狀

1.表面形狀避免了側(cè)抽芯或瓣合分型的模具，有利于成型塑件的內(nèi)外表面形狀應(yīng)盡可能保證有利于成型塑件外側(cè)凹，必須采用瓣合凹模，使模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜，塑件表面有接縫第43頁，課件共66頁，創(chuàng)作于2023年2月應(yīng)避免塑件表面橫向凸臺，以便于脫模塑件內(nèi)側(cè)凹，抽芯困難第44頁，課件共66頁，創(chuàng)作于2023年2月將橫向側(cè)孔改為垂直向孔，可免去側(cè)抽芯機構(gòu)改變制件形狀，避免了側(cè)抽芯第45頁，課件共66頁，創(chuàng)作于2023年2月2.脫模斜度為了便于塑件脫模，防止脫模時擦傷塑件，必須在塑件內(nèi)外表面脫模方向上留有足夠的斜度α，在模具上稱為脫模斜度。脫模斜度取決于塑件的形狀、壁厚及塑料的收縮率，一般取30′～1°30′。第46頁，課件共66頁，創(chuàng)作于2023年2月脫模斜度方向內(nèi)形以小端為基準，斜度由擴大方向取得外形以大端為基準，斜度由縮小方向取得第47頁，課件共66頁，創(chuàng)作于2023年2月脫模斜度表示方法：第48頁，課件共66頁，創(chuàng)作于2023年2月脫模斜度設(shè)計要點：塑件精度高，采用較小脫模斜度尺寸高的塑件，采用較小脫模斜度塑件形狀復(fù)雜不易脫模，選用較大斜度收縮率大，斜度加大增強塑料采用較大的脫模斜度第49頁，課件共66頁，創(chuàng)作于2023年2月脫模斜度設(shè)計要點：3.塑件的壁厚壁厚過小壁厚過大強度及剛度不足，塑料流動困難原料浪費，冷卻時間長，易產(chǎn)生缺陷含潤滑劑的塑料采用較小脫模斜度從留模方位考慮:留在型芯，內(nèi)表面脫模斜度﹤外表面留在型腔，外表面脫模斜度﹤內(nèi)表面第50頁，課件共66頁，創(chuàng)作于2023年2月3.塑件的壁厚塑件壁厚設(shè)計原則：厚薄適中壁厚均勻滿足成型時熔體充模所需的壁厚保證貯存、搬運過程中強度所需的壁厚制品連接緊固處、嵌件埋入處等具有足夠的厚度能承受推出機構(gòu)等的沖擊和振動滿足塑件結(jié)構(gòu)和使用性能要求下取小壁厚第51頁，課件共66頁，創(chuàng)作于2023年2月改善壁厚典型實例：第52頁，課件共66頁，創(chuàng)作于2023年2月平板類零件加強筋方向與料流方向平行4.塑件的加強筋⑴加強筋的作用：⑵加強筋設(shè)計要點：它能提高制件的強度、防止和避免塑料的變形和翹曲。加強筋的底部與壁連接應(yīng)圓弧過渡，以防外力作用時，產(chǎn)生應(yīng)力集中而被破壞。第53頁，課件共66頁，創(chuàng)作于2023年2月加強筋厚度小于壁厚加強筋與支承面間留有間隙第54頁，課件共66頁，創(chuàng)作于2023年2月在滿足使用要求的前提下,制件的所有的轉(zhuǎn)角盡可能設(shè)計成圓角，或者用圓弧過渡。5.圓角⑴圓角的作用：圓角可避免應(yīng)力集中，提高制件強度圓角可有利于充模和脫模圓角有利于模具制造，提高模具強度第55頁，課件共66頁，創(chuàng)作于2023年2月⑵圓角的確定：內(nèi)壁圓角半徑應(yīng)為壁厚的一半外壁圓角半徑可為壁厚的1.5倍一般圓角半徑不應(yīng)小于0.5mm壁厚不等的兩壁轉(zhuǎn)角可按平均壁厚確定內(nèi)、外圓角半徑第56頁，課件共66頁，創(chuàng)作于2023年2月6.塑件的支承面通常塑件一般不以整個平面作為支承面，而是以底腳或邊框為支承面。因為塑件稍許翹曲或變形就會使底面不平。第57頁，課件共66頁，創(chuàng)作于2023年2月支承面結(jié)構(gòu)形式第58頁，課件共66頁，創(chuàng)作于2023年2月是用來增強孔或裝配附件、或為塑件提供支撐的截錐臺