高分子加工學(xué)注射成型

關(guān)于高分子加工學(xué)注射成型注射成型在塑料加工中的地位能成型外形復(fù)雜、尺寸精度高的制品能成型帶有嵌件的制品成型周期短，成型時間：幾秒～幾分鐘適應(yīng)性強，制品重量：1g以下～幾十Kg生產(chǎn)效益高容易實現(xiàn)自動化第2頁,共52頁，2024年2月25日，星期天發(fā)展現(xiàn)狀經(jīng)濟而先進的加工方法產(chǎn)量占塑料總量的30%從品種上看，比重更大可用于制備工程塑料制造工業(yè)配件，儀表零件，殼體適合大、中、小型的企業(yè)

第3頁,共52頁，2024年2月25日，星期天注射成型加工的歷史1845第一次加工賽璐珞1919醋酸纖維，進一步發(fā)展1926用壓縮空氣作動力1930電力作動力1936出現(xiàn)了帶分流梭的柱塞式注射機1940用螺桿的直接注射法1956第一臺往復(fù)螺桿注射機（現(xiàn)代注射機）第4頁,共52頁，2024年2月25日，星期天5.2.1注射成型設(shè)備

注射機的基本作用——塑化、注射塑化：加熱物料使其達到熔融狀態(tài)，進一步混合物料使其達到均勻混合狀態(tài)。注射：對熔融物料施加高壓，使其射出而充滿模具型腔。

注射機組成——注射系統(tǒng)、鎖模系統(tǒng)和塑模第5頁,共52頁，2024年2月25日，星期天圖5-61

移動螺桿式注射機1－動模板2－注射模具3－定模板4－噴嘴7－注射油缸12－頂出桿（銷）

13－鎖模油缸

常用注射機類型：柱塞式注射機單螺桿定位預(yù)塑注射機移動螺桿式注射機圖5-61移動螺桿式注射機第6頁,共52頁，2024年2月25日，星期天C.移動式（往復(fù)）螺桿注射機單料筒，單螺桿，螺桿可前后移動與B.類比較,預(yù)塑效果相當；與A.比較,塑化效果好,大注射量螺桿傳動部分復(fù)雜

A.柱塞式注射機

單料筒，單柱塞結(jié)構(gòu)簡單塑化不均勻，注射壓力損耗大，注射速度不均勻。B.單螺桿定位預(yù)塑注射機結(jié)構(gòu)特點：雙料筒，單螺桿，單柱塞預(yù)塑均勻，注射壓力穩(wěn)定，加料量大結(jié)構(gòu)復(fù)雜，操作困難第7頁,共52頁，2024年2月25日，星期天(1)注射系統(tǒng)

柱塞式和移動螺桿式注射機的作用原理大致相同作用:

使物料塑化、混勻，在高壓下將其注入模具。注射系統(tǒng)包括加料裝置、料筒、螺桿（柱塞式注射機則為柱塞和分流梭）及噴嘴等部件。

第8頁,共52頁，2024年2月25日，星期天

①加料裝置必備：錐形料斗，可加定量、定容加料裝置，自動上料裝置。②料筒③柱塞與分流

柱塞為一根堅硬的金屬圓棒，其作用：將注射油缸的壓力傳給物料，并使熔料注射入模具。分流梭裝在料筒前的中心部分，是兩端錐形的金屬圓錐體，形如魚雷，也叫魚雷頭。第9頁,共52頁，2024年2月25日，星期天分流梭作用：將料筒內(nèi)流經(jīng)該處的熔料成為薄層，使塑料流體產(chǎn)生分流和收斂流動，以縮短傳熱導(dǎo)程，有利于減少或避免塑料過熱而引起的熱分解，并提高塑化質(zhì)量。

螺桿柱塞分流梭柱塞式注射機×√√單螺桿式定位注射機√√×移動螺桿注射機√××第10頁,共52頁，2024年2月25日，星期天④螺桿作用:對物料進行輸送、壓實、塑化和施壓A．螺桿在注射過程中的運轉(zhuǎn)步驟將料斗的物料卷入料筒,螺桿轉(zhuǎn)動,后移(同時進行)料筒中的物料達到注射量時，螺桿停轉(zhuǎn)，停移螺桿將熔料注入模具時，螺桿在不轉(zhuǎn)動的情況下，作軸向向前運動。注射大徑移軸向移動保壓小徑移軸向移動(基本不動，略有調(diào)整)第11頁,共52頁，2024年2月25日，星期天B．注射螺桿的特點結(jié)構(gòu)與擠出機基本相同，技術(shù)要求偏低。運轉(zhuǎn)中既有徑向運動(轉(zhuǎn)動)，又有軸向的位移。螺槽較深頭部錐形。頭部可帶止逆環(huán)第12頁,共52頁，2024年2月25日，星期天圖5-65注射用螺桿結(jié)構(gòu)示意圖C．螺桿分為三段

送料段作用：使物料受熱、前移物料狀態(tài)：固體結(jié)構(gòu)特點：螺距等距等深長度：1/2第13頁,共52頁，2024年2月25日，星期天

壓縮段(熔化段)，螺桿中部作用：使物料受熱、前移；使物料軟化，熔融；排氣物料狀態(tài)：逐漸熔融結(jié)構(gòu)特點：螺槽逐漸變小（漸變），有擠壓作用長度：

1/4

均化段（計量段）作用：與送料段相同；使熔體均勻；使熔體定量、定壓由噴咀射出物料狀態(tài)：熔融狀態(tài)結(jié)構(gòu)特點：等距等深，螺距比前兩段小(熔化后體積比原料小)長度：1/4第14頁,共52頁，2024年2月25日，星期天

D．注射螺桿的重要參數(shù)長徑比：L/D=16~20壓縮比：2~5

嚴格定義：螺桿的加料段，第一個螺槽的容積與螺桿的均化段最后一個螺槽的容積之比。第15頁,共52頁，2024年2月25日，星期天⑤噴嘴

聯(lián)接料筒和模具的過渡部分直通式自鎖式杠桿針閥式（外鎖式）樹脂熔融粘度高直通式噴咀熔融粘度低自鎖式或杠桿式第16頁,共52頁，2024年2月25日，星期天（2）鎖模系統(tǒng)作用：鎖合模具，啟閉模具，頂出制件鎖模力＞模腔壓力閉模：先快后慢。開模：先慢后快(粘接力大，須慢慢開啟)

鎖模力(F)的大小決定于注射壓力(p)和與施壓方向成垂直的制品投影面積(A)的乘積，即

（5-44）第17頁,共52頁，2024年2月25日，星期天常用的啟閉模具和鎖模機構(gòu)有三種型式:

機械式

液壓式

液壓—機械組合式第18頁,共52頁，2024年2月25日，星期天

A．機械式

優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單，制造，維修容易

缺點：啟動時負荷大，受沖擊振動大

適用范圍：小型機

B．液壓式優(yōu)點：壓力大，工作平穩(wěn)。缺點：系統(tǒng)功率大，設(shè)備昂貴。適用范圍：大型機。

C．液壓、機械組合式結(jié)構(gòu)特點：液壓操縱連桿和曲肘撐桿結(jié)構(gòu)優(yōu)點：符合閉模先快后慢，開模先慢后快，鎖模力大缺點：調(diào)模難，易磨損適應(yīng)范圍：中大型，普遍采用第19頁,共52頁，2024年2月25日，星期天(3)注塑模具(模具)

1－用作推頂脫模板的孔2－脫模板

3－脫模桿4－承壓柱5－后夾模板

6－后扣模板7－回頂桿8－導(dǎo)合釘

9－前夾模板10－陽模11－陰模12－分流道13－主流道襯套14－冷料井15－澆口16－型腔17－冷卻劑通道18－前扣模板19－模具分型面20－后扣模板

21－承壓板

22－制品

23－分流道贅物

24－主流道贅物

典型注射模具結(jié)構(gòu)示意圖

模具——在注射成型中賦予塑料一定形狀和尺寸的部件模具由澆注系統(tǒng)、成型部件和結(jié)構(gòu)零件三大部分組成

第20頁,共52頁，2024年2月25日，星期天(3)注塑模具模具特點：形狀復(fù)雜，加工光潔度和精度要求高按運行特點分：定模和動模。從作用功能分：澆注系統(tǒng)：主流道、分流道、冷料穴、澆口等型腔成型系統(tǒng)：型腔、型態(tài)、陰模、陽模、成型桿排氣孔結(jié)構(gòu)零件：用于導(dǎo)向、抽芯、脫模、分型各種零件，包括前后夾模板、前后扣膜板、承壓板、承壓柱、導(dǎo)向板、脫模板、脫模桿、加程桿等。冷卻裝置：在陰、陽模中設(shè)置冷卻介質(zhì)流動的通道第21頁,共52頁，2024年2月25日，星期天典型的塑模結(jié)構(gòu)

主流道：噴咀至型腔或分流道的一段通道冷料穴：主流道末端的一個空穴分流道：多槽模中連接主流道和各個型腔的通道澆口：連接主流道(或分流道)與型腔之間的通道,

澆口小，提高沖模速度，防倒流。型腔：模具中成型塑料制品的空間陰模（凹模）：構(gòu)成制品外形的成型零件。陽模（凸模）：構(gòu)成制品內(nèi)部形狀的成型零件

排氣孔：用于排除熔料中的氣體冷卻裝置：冷水，熱水，熱油，蒸汽第22頁,共52頁，2024年2月25日，星期天注射的工藝參數(shù)、技術(shù)參數(shù)和型號的表示法

工藝參數(shù)：以數(shù)量的形式反映注射機在運轉(zhuǎn)時的工藝條件（可調(diào)，可選擇）。技術(shù)參數(shù)：反映注射機的性能，作為設(shè)計制造的依據(jù)，便于用戶合理使用（不可調(diào)，不可選擇）。注意：工藝參數(shù)和技術(shù)參數(shù)的區(qū)別和聯(lián)系。如注射量既是工藝參數(shù)又是技術(shù)參數(shù)。技術(shù)參數(shù)通常用工藝參數(shù)上限或下限來表示。第23頁,共52頁，2024年2月25日，星期天注射機型號的表示法A．國外的：廠家專用代號：鎖模力(改進型號)，如N400AVN表示日本日精株式會社（Wikka）專用代號，400——鎖模力，AV改進型號B.國內(nèi)的按輕工部標準

SZ-—額定注射量/鎖模力,如SZ—60/40

額定注射量60cm3,鎖模力40噸第24頁,共52頁，2024年2月25日，星期天5.2.2注射成型原理從工藝操作看，實質(zhì)是塑化過程，流動與冷卻過程注射過程原理是研究注射機在傳熱和傳質(zhì)的過程以及流體的流動狀態(tài)，混合狀態(tài)，得到注射機的工藝參數(shù)與制品質(zhì)量的相互關(guān)系，指導(dǎo)實際生產(chǎn)。熱塑性塑料的注射過程包括加料、塑化、注射充模、冷卻固化和脫模等幾個步驟第25頁,共52頁，2024年2月25日，星期天（1）塑化過程原理物料在料筒內(nèi)經(jīng)過加熱，混合之后，達到流動狀態(tài)，具有良好的可塑性，均勻性的全過程。熱均勻性

塑化量指單位時間內(nèi)注射機熔化物料的質(zhì)量（5-49）

料溫分布

第26頁,共52頁，2024年2月25日，星期天(2)注射流動過程原理

用柱塞或螺桿的推動將具有流動性和溫度均勻的塑料熔體注入模具，充滿模具型腔。物料在注射機料筒中的流動塑料受壓和受熱時，首先由壓力將粒狀物壓成柱狀固體，而后在受熱中，逐漸變成半固體以至熔體。物料在噴嘴中的流動噴嘴是料筒與模具之間的連接件，充模時熔體流過噴嘴孔時會有較多壓力損失和較大溫升。物料在注射模腔內(nèi)的流動塑料熔體進入模腔內(nèi)的流動情況均可分為充模、保壓、倒流和澆口凍結(jié)后的冷卻四個階段。

第27頁,共52頁，2024年2月25日，星期天圖5-78

不同充模速率的熔體流動情況

(a)慢速注射

（b）高速注射

第28頁,共52頁，2024年2月25日，星期天流動和冷卻過程分成充模、保壓、倒流、冷卻四個階段注射機基本操作程序(a)加料塑化

（b）注射充模

（c）保壓固化

（d）脫模

第29頁,共52頁，2024年2月25日，星期天流動和冷卻過程A．充模階段物料狀態(tài)：熔體熔體的流動特征：以注射速度流動模腔壓力開始小，結(jié)束最大B．保壓階段（壓實階段）物料狀態(tài)：熔體熔體流動特征：基本靜止,少量熔體繼續(xù)流入(補縮)模腔壓力，基本不變第30頁,共52頁，2024年2月25日，星期天流動和冷卻過程C．倒流階段物料狀態(tài)：大部分是烘干熔體，澆口處變成固體熔料狀態(tài)：基本靜止，但有倒流現(xiàn)象。模腔壓力：開始下降，保壓時間長，倒流消除；噴咀中帶有止送閥，避免倒流；倒流階段在兩種情況下不存在：①保壓階段長，澆口凍結(jié)②噴咀帶有止逆閥

第31頁,共52頁，2024年2月25日，星期天流動和冷卻過程D．凍結(jié)后冷卻階段物料狀態(tài)：從熔體變成固體熔體流動特征：仍有少量在流動模腔壓力，不斷下降，結(jié)束，留殘余壓力第32頁,共52頁，2024年2月25日，星期天5.2.3注射成型工藝及控制

粒狀熱塑性塑料干燥和預(yù)熱注射機料筒清洗加料塑化加料嵌件的預(yù)熱塑化注射充模凝封保壓退柱塞或螺桿冷卻固化注射制品脫模

注射成型工藝流程圖

后處理第33頁,共52頁，2024年2月25日，星期天（1）注射成型的工藝操作過程①設(shè)定各個溫度控制溫度②各個溫度區(qū)通電加熱③加熱預(yù)塑送料，物料熔融，螺桿后退。④合模與鎖緊開始低壓快速，縮短合模周期；將閉合時，低壓低速；⑤注射裝置前移使噴咀與空模板,模具或流道口貼緊

⑥注射第34頁,共52頁，2024年2月25日，星期天注射成型的工藝操作過程⑦保壓壓實、補充模具內(nèi)物料，可防止物料倒流，螺桿或柱塞在注射完畢后，繼續(xù)對熔體保持一定壓力。⑧制品冷卻由外至內(nèi)冷卻冷卻過程中同時進行另一過程，加熱預(yù)塑⑨注射裝置后退避免噴咀出現(xiàn)冷料。⑩開模，頂出制品重復(fù)第4步驟：制備下一個制品第35頁,共52頁，2024年2月25日，星期天（2）注射成型工藝成型前的準備易吸濕塑料，如PC,NY等需干燥注射過程

加料、塑化、注射充模、保壓、冷卻固化和脫模等幾個工序

制件的后處理注射制件經(jīng)脫?；驒C械加工后，常需要進行適當?shù)暮筇幚?，以改善和提高制件的性能及尺寸穩(wěn)定性。后處理主要指退火、調(diào)濕處理和二次加工等。

第36頁,共52頁，2024年2月25日，星期天（3）注射成型工藝條件及控制溫度

老式機只有料筒三段溫度A．料筒溫度①Ⅰ（T低）→（高）Ⅲ流動T～分解T

流動T粘流Tf（無定形）熔點（結(jié)晶聚合物）②料口末端溫度Ⅲ③Ⅰ比流動T稍低④易降解的聚合物，嚴格控制最高T第37頁,共52頁，2024年2月25日，星期天B．噴咀T控制原則：噴咀大，模具小，略低料筒的最高T。反之，高于…..C．模具T

低于樹脂的Tg和Tm.?？刂圃瓌t：①具體問題具體分析②盡可能低③無定形樹脂，熔融T↑，模具T↑，反之亦然。④結(jié)晶性樹脂，通過理解冷卻速率對結(jié)晶的影響，去把握模具的控制。第38頁,共52頁，2024年2月25日，星期天壓力A．背壓（塑化壓力）定義：在預(yù)塑階段（即螺桿后退時），物料對螺桿頭部新產(chǎn)生的壓應(yīng)力（壓強）Mpa。

保證質(zhì)量前提下，背壓越低越好B．注射壓力定義：柱塞或螺桿頂部對塑料所施加的壓力調(diào)高P有利：收縮率↓，尺寸穩(wěn)定性好調(diào)高P不利：溢邊，脹模，壓力波動P過低：充模不足C.保壓壓力與注射壓力類似第39頁,共52頁，2024年2月25日，星期天注射速率q（速度υ）υ

：單位時間內(nèi)柱塞或螺桿移動的距離（cm/s）q：單位時間內(nèi)注射塑料的量（cm3/s或g/s)調(diào)高有利：充模時壓力↑，流動長度↑。調(diào)高不利：溢邊，飛邊，脹模。過低：質(zhì)量不均勻，不密實。第40頁,共52頁，2024年2月25日，星期天注射時間（成型周期）

定義：完成一次注塑過程所需的時間A.注射成型循環(huán)周期

τ↑，產(chǎn)率↓總的控制原則：盡可能縮短注射成型循環(huán)周期。注射時間（充模時間）一般為0~10sτ保壓時間閉模冷卻時間總冷卻時間其它時間(開模、脫模、涂拭脫模劑、安放嵌件和閉模等時間)有的注射時間定義時，沒包括保壓時間，而有的包括了保壓時間。第41頁,共52頁，2024年2月25日，星期天注射成型周期圖

第42頁,共52頁，2024年2月25日，星期天B．注射時間（充模時間）定義：螺桿或柱塞完成一次注射行程時所需的時間作用和控制原則：與注射速率相反C．保壓時間τt不足，熔料會從膜腔中倒流，使模內(nèi)壓力下降，以致制品出現(xiàn)凹陷，縮孔。在澆口熔體封凍前，t有影響；封凍后，t無影響D．冷卻時間ττ長，避免制品在脫模時變形，但產(chǎn)率↓

τ短，脫模難第43頁,共52頁，2024年2月25日，星期天

為什么說在注射機上，確定了注射速度和注射時間之后，就能相應(yīng)地確定注射速率和注射量？

qj=100πD2sυj/4qj=Qj/τj

qj―注射速率υj―注射速度

Qj―注射量τj―注射時間第44頁,共52頁，2024年2月25日，星期天（4）制件的后處理

結(jié)構(gòu)零件，高精度零件，大而薄的制品，要后處理退火處理目的：消除自然降溫存在的不良現(xiàn)象不良現(xiàn)象：外觀出現(xiàn)銀紋，變形開裂；性能下降退火的工藝：制品在恒溫介質(zhì)中靜置一段時間熱變形溫度：馬丁耐熱溫度維卡耐熱溫度