4.1注射成型工藝

1、第4章：注射成型模具,注射成型是熱塑性塑料成型的一種重要方法，到目前為止除了氟塑料外，幾乎所有的熱塑性塑料都可用此法成型。,與其他塑料成型方法相比，注射成型塑料制件的內(nèi)在和外觀質(zhì)量均較好，生產(chǎn)效率很高，容易實現(xiàn)自動化，是應用最為廣泛的塑件成型方法。,注射成型也已經(jīng)成功地應用于某些熱固性塑料，甚至橡膠制品的成型。,4.1 注射成型工藝,一. 注射成型工藝過程,二. 注射成型工藝條件,一. 注射成型原理,轉(zhuǎn)動螺桿通過其螺旋槽輸送塑料原料向前移動，直至料筒前端的噴嘴附近；螺桿的轉(zhuǎn)動使料溫在剪切摩擦力的作用下進一步提高，原料進一步塑化。 當料筒前端的熔料積聚到一定程度，對螺桿產(chǎn)生一定壓力時，螺桿就在轉(zhuǎn)

2、動中后退，直到與調(diào)整好的行程開關(guān)相接觸，此時料筒前部熔融塑料的儲量正好可以完成一次注射。 接著注射液壓缸開始工作，與液壓缸活塞相連接的螺桿以一定的速度和壓力將熔融塑料通過料筒前端的噴嘴注入溫度較低的閉合模具型腔中； 保壓一段時間，塑料經(jīng)冷卻固化后即可保持模具所賦予的形狀，然后開模分型，在脫模機構(gòu)的作用下，將塑件推出型腔，完成一個注射成型周期。,一. 注射成型原理,重復注射上述周期，即可進行連續(xù)生產(chǎn),將顆粒狀或者粉狀的塑料原料經(jīng)注射機料斗加入到料筒內(nèi)，料筒外部安裝有電加熱圈，加熱使塑料原料塑化。,完整的注射成型工藝過程包括成型前的準備（預處理）、 注射成型過程和塑件的后處理三部分。,二. 注射成

3、型工藝過程,1成型前的準備,2注射成型過程,3.塑件的后處理,為使注射過程能順利進行并保證塑件的質(zhì)量，在成型前需做一些必要的準備工作,檢驗塑料原料的色澤、顆粒大小及均勻性等；測定塑料的熔體 流動性、熱性能及收縮率等工藝性能；如果來料是粉料，有時 還需要進行染色和造粒；有些塑料容易吸濕，像聚碳酸脂、聚 酰胺、聚砜等，還需要進行充分的干燥和預熱。,對注射機（主要是料筒）進行清洗和拆換。,1成型前的準備,原料的預處理,塑件帶有金屬嵌件時，由于金屬嵌件與塑料的熱性能和收縮率差別較大，在嵌件周圍容易出現(xiàn)裂紋，成型前對金屬嵌件進行預熱，可以有效地防止嵌件周圍過大的內(nèi)應力，從而減少裂紋的產(chǎn)生。,對脫模有一定

4、困難的塑件，要選擇合適的脫模劑。脫模劑是使塑件容易從模具中脫出而敷在模具表面的一種助劑。,注射成型需要定量加料。加料主要問題是確定一次的加料量。 一次加料量過多，塑料的受熱時間過長，容易引起物料的熱降解，同時注射機的功率損耗增多；加料過少，注射時料筒內(nèi)缺 少傳壓介質(zhì)，型腔中塑料熔體壓力降低，難于補壓，容易引起 塑件出現(xiàn)收縮、凹陷和充填不足等缺陷。,注射成型可以包括加料、塑化、注射、脫模等幾個步驟，其中主要為塑化和注射兩個過程,2注射成型過程,加料,塑化是塑料原料在料筒中經(jīng)過加熱，由固體顆粒狀或粉狀 轉(zhuǎn)變?yōu)檎沉鲬B(tài)并且具有良好的可塑性的過程。,塑化,對塑化的要求,a. 塑料熔體在進入型腔之前，應達

5、到規(guī)定的成型溫度,b. 能在規(guī)定的時間內(nèi)提供足夠數(shù)量的熔體,c. 熔體各處溫度應均勻一致,d. 不發(fā)生或者極少發(fā)生熱分解,塑料的移動只能靠柱塞的推動，幾乎沒有混合作用和剪切作 用，塑料熔體溫度分布很不均勻。,決定塑料塑化性質(zhì)的主要因素是塑料的受熱和所受到的剪切作用的情況。,因此，螺桿式注射機占常規(guī)注射機中占絕對優(yōu)勢。,螺桿旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的剪切作用，則以機械力的方式強化了混合和塑化過程，使塑料熔體的溫度分布和物料分布更趨于均勻。,螺桿的剪切作用產(chǎn)生更多的摩擦熱，提高了料筒內(nèi)溫度，促進了塑料的進一步塑化。,柱塞式注射機,螺桿式注射機,（3）注射 注射過程可分為三個階段: 1）充模、 2）保壓、 3）倒

6、流。,在注射過程中壓力隨時間呈非線性變化。 曲線1為料筒計量室中注射壓力隨時間的變化曲線； 曲線2為噴嘴末端的壓力曲線； 曲線3為型腔始端（澆口末端）的壓力曲線； 曲線4為型腔末端的壓力曲線。,(3)注射,圖4-2 注射成型周期中壓力-時間曲線,1）充模階段： 從螺桿（柱塞）開始推動塑料熔體起，塑料熔體經(jīng)過噴嘴及模具澆注系統(tǒng)，直至充滿型腔為止。,塑件的形狀、尺寸、內(nèi)應力和聚合物的形態(tài)，都在充模階段內(nèi)基本確定下來，所以這一階段是整個成型過程最重要的階段。,OA時間段是塑料熔體在注射壓力作用下從料筒計量室進入型腔始端，在AB時間段塑料熔體充滿型腔，此時注射壓力P1迅速達到最大值，噴嘴壓力P2也達到

7、比較高的壓力。充模時間（tB-tA）是注射過程中最重要的參數(shù)，熔體在型腔內(nèi)流動時的剪切速率和造成聚合物分子取向的程度都取決于這一時間。,1）充模階段,型腔充滿后，進入BC段，即塑 料熔體的壓實階段，該階段 約占塑件重量15的熔體被 壓到型腔內(nèi)，此時熔體進入 型腔的速度已經(jīng)很慢，型腔壓力迅速增加并達到最大值。圖中 型腔始端的最大壓力為Pc，型腔末端的最大壓力為Pc1。噴嘴壓 力也迅速增加并接近注射壓力P1。,型腔始端壓力與末端壓力之差（PB-PB1）取決與熔體在型腔內(nèi)的流動阻力。,2）保壓階段： 從塑料熔體充滿型腔起到螺桿（柱塞）撤回的一段時間。圖中CD時間段是保壓階段 熔體充滿型腔后，開始冷卻

8、收縮，但螺桿（柱塞）繼續(xù)保持施壓狀態(tài)，料筒內(nèi)的熔料會向模具型腔 內(nèi)繼續(xù)流入，以補充因收縮而留出的空隙。 保壓階段對于提高塑件的密度、降低收縮和克服塑件表面缺陷都有影響。,3）倒流階段： DE段。保壓結(jié)束后，螺桿（柱塞）后退（下一階段的預塑開始），噴嘴壓力迅速下降，這時型腔內(nèi)的壓力比流道內(nèi)的高，因此會發(fā)生熔體的倒流，從而使型腔內(nèi)壓力迅速下降，直到澆口處熔料凍結(jié)才結(jié)束。如果螺桿后退之前澆口已經(jīng)凍結(jié)或者在噴嘴中裝有止逆閥，倒流階段就不會出現(xiàn)。,（4）澆口凍結(jié)后的冷卻定型階段： 圖中EF時間段為冷卻定型階段，從澆口的塑料完全凍結(jié)開始，到塑件從型腔中脫出為止。這一階段，型腔內(nèi)塑料繼續(xù)冷卻，以便塑件在脫模

9、時具有足夠的剛度而不致發(fā)生扭曲變形。沒有塑料從澆口處流進或流出，但型腔內(nèi)還可能有少量流動。,應該指出，塑料自被注入型腔后即被冷卻，直到脫模時為止。,（5）脫模 塑件冷卻到一定程度即可開模，在脫模機構(gòu)的作用下將塑件推出模外。,脫模溫度不宜過高或過低。較高的脫模溫度，塑件推出時會產(chǎn)生較大的變形，推出后會產(chǎn)生較大的收縮。較低的脫模溫度，會在塑件內(nèi)部產(chǎn)生較大的殘余應力。適當?shù)拿撃囟龋瑧诓ＡЩ瘻囟群湍＞邷囟戎g。,3.塑件的后處理,退火處理是使塑件在一定溫度的加熱液體介質(zhì)（如熱水、熱的礦物油、甘油、乙二醇和液體石蠟）或熱空氣循環(huán)烘箱中靜置一段時間。目的是減少或消除塑件的內(nèi)應力。 退火溫度應控制在塑件

10、使用溫度以上1020，或塑件的熱變形溫度（黏流溫度）以下1020。,為了減小塑件的內(nèi)應力，改善和提高塑件的性能和尺寸穩(wěn)定性，塑件經(jīng)脫?；驒C械加工后，常需要進行適當?shù)暮筇幚?。后處理主要有退火和調(diào)濕處理。,退火處理,通常聚酰胺類塑料制件需要進行調(diào)濕處理，因為此類塑件在高 溫下與空氣接觸時常會發(fā)生氧化變色，在空氣中使用或存放時 又容易吸收水分而膨脹，需要較長時間才能得到穩(wěn)定的尺寸。,調(diào)濕處理,將剛脫模的塑件放在熱水中處理，即可以隔絕空氣進行防止氧化的退火，還可以加快達到吸濕平衡，稱為調(diào)濕處理。,三、注射成型工藝條件,工藝條件的選擇和控制是保證成型順利進行和塑件質(zhì)量的關(guān)鍵因素之一，注射成型最主要的工藝

11、條件是溫度、壓力和相應的各個作用時間。,注射成型過程需要控制的溫度有料筒溫度、噴嘴溫度和模具 溫度等。,料筒溫度,料筒溫度的選擇主要與塑料的品種、特性有關(guān)，還與注射機的類型和塑件及模具結(jié)構(gòu)相關(guān)。,溫 度,對于非結(jié)晶型塑料，料筒溫度要高于黏流溫度Tf；對于結(jié)晶型塑料，要高于熔點溫度Tm，但都必須低于熱分解溫度Td。,因此料筒合適的溫度范圍應在Tf（Tm）Td之間。,料筒溫度決定著塑料熔體的溫度并直接影響到充模過程及塑件的質(zhì)量。,提高料筒（熔體）溫度： 1）有利于注射壓力向模腔內(nèi)傳遞； 2）降低熔體粘度、增加流動性。 因此，可改善成型性能，降低塑件的粗糙度。,料筒（熔體）溫度越高，時間越長，塑料熱

12、氧化降解的量就越大。特別是對熱敏性塑料，如聚甲醛、聚三氟氯乙烯、聚氯乙稀等，必須嚴格控制料筒最高溫度和塑料熔體在料筒中停留的時間。,決定料筒溫度的因素,玻璃纖維增強的塑料，流動性降低，要相應提高料筒溫度； 同一種塑料，來源或者牌號不同時，若平均相對分子質(zhì)量高、分布較窄的，則粘度偏高，流動性降低，要提高料筒溫度，反之，降低料筒溫度； 注射成型熱固性塑料，為防止熔體在料筒中發(fā)生早期硬化，料筒溫度取較小值。,螺桿式注射機由于螺桿轉(zhuǎn)動的剪切作用，能比較充分的混合熔體并能獲得較多的摩擦熱，而柱塞式注射機僅靠料筒壁及分流梭表面往里傳熱，所以螺桿式注射機的料筒溫度可低一些（一般約比柱塞式低1020）。,薄壁

13、塑件的型腔比較狹窄，熔體注入時阻力較大，冷卻快，為了順利充模，應提高料筒溫度；形狀復雜或者帶有嵌件的塑件，或者熔體充模流程較長或較曲折的，應提高料筒溫度。,值得注意的是，料筒溫度并不是一個恒值，而是從料斗后端開始 到噴嘴前端為止，溫度逐漸升高，使塑料溫度平穩(wěn)上升達到均勻 塑化的目的。,由于影響因素多，一般在成型前通過“對空注射法”或“塑件的直觀分析法”來進行調(diào)整，以便確定最佳的料筒和噴嘴溫度。,噴嘴溫度,噴嘴溫度通常稍低于料筒最高溫度，否則，熔料容易在噴嘴處 產(chǎn)生“流涎”現(xiàn)象。,但噴嘴溫度也不能太低，否則熔料可能發(fā)生早凝把噴嘴堵死，或由于早凝凝料進入型腔影響塑件的性能。,料筒和噴嘴溫度的選擇與

14、其他工藝條件有一定關(guān)系。,模具溫度對塑料熔體的充模能力、塑件的冷卻速度和成型后塑件的內(nèi)在性能和表觀質(zhì)量都有很大影響。,模具通常需要通過冷卻來保持定溫，冷卻一般是通過通入一定溫度的冷卻介質(zhì)來控制，常用的冷卻介質(zhì)是水或者冷卻水，也有靠自然散熱來保持模具溫度。需要冷卻的塑料品種有：聚乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯、ABS、聚氯乙稀等。,模具溫度,不管模具是通過冷卻還是加熱來保持恒溫，對塑料熔體來說，都是冷卻過程，都需要冷卻來定型。所以，模具的溫度應低于塑料的玻璃化溫度。,模具也有需要加熱來保持定溫的，加熱一般靠電熱絲或電熱棒，需要加熱的塑料品種有：聚碳酸脂、聚砜、聚甲醛等。,模具溫度的高低取決于塑料的流動性

15、、塑件的尺寸與結(jié)構(gòu)、性能要求及其他工藝條件（熔料溫度、注射壓力及注射成型周期等）。 1）對于高粘度塑料，由于塑料熔體流動性差、充模能力弱，為了獲得致密的組織，模具溫度必須較高； 2）而對于粘度較小、流動性好的塑料，模具溫度可以較低，這樣可以縮短冷卻時間、提高生產(chǎn)率； 3）塑件尺寸較大或塑件較復雜時，充模和冷卻時間較長，宜采用較高的模具溫度，以減少塑件出現(xiàn)凹陷、減小塑件的內(nèi)應力； 4）在滿足注射要求的前提下，應采用盡可能低的模具溫度，以加快冷卻速度，縮短冷卻時間，提高生產(chǎn)率。,模具溫度的取決條件：,以ABS塑料為例說明中小型塑件成型過程中溫度的選擇情況： 預熱干燥溫度：8085； 料筒溫度：后段

16、150170，中段165180， 前段180200； 噴嘴溫度：170180； 模具溫度：5080； 后處理溫度：70。,壓 力,注射成型過程中的壓力包括塑化壓力和注射壓力。,塑化壓力又稱螺桿背壓，是對螺桿式注射機而言的，為注射機螺桿頭部在螺桿轉(zhuǎn)動后退時受到熔料的壓力，可以通過液壓系統(tǒng)的液流閥來調(diào)整。,塑化壓力,一般在保證塑件質(zhì)量的前提下，塑化壓力越低越好，具體數(shù)值隨所選用的塑料品種而變化，通常很少超過2Mpa。,塑化壓力的大小是隨螺桿的設(shè)計、制品質(zhì)量的要求以及塑料的種類等的不同而異的。,增加塑化壓力能提高熔體溫度，并使溫度分布均勻，但會降低塑化速度、延長成型周期，甚至可能導致塑料的降解。,注

17、射壓力的作用是，克服塑料從料筒流向型腔的流動阻力、 給予熔體一定的充模速率以便充滿型腔以及對模具內(nèi)熔料 進行壓實。,注射壓力,注射壓力是指注射時，螺桿（柱塞）頭部對塑料熔體所施加的壓力。 注射機上常用壓力表表示注射壓力的大小，目前國產(chǎn)注射機的注射壓力在75170MPa之間，可以通過注射機的控制系統(tǒng)來調(diào)節(jié)。,柱塞式注射機比螺桿式所需的注射壓力大些，因為塑料在柱塞式注射機料筒內(nèi)的壓力損失大些。 塑料的摩擦系數(shù)和熔融粘度越大，流動阻力越大，需注射壓力應越高。同一種塑料流動時與模具的摩擦系數(shù)和熔融粘度是隨料筒溫度和模具溫度而變動的，還與是否加潤滑劑有關(guān)。,注射壓力過高，塑料流動性提高，但塑件易產(chǎn)生溢料

18、、溢邊使脫 模困難，易產(chǎn)生較大的內(nèi)應力，易變形。注射壓力過低，物料不 易充滿型腔，成型不足，塑件易產(chǎn)生凹痕、波紋、熔接痕跡等缺 陷。,從克服流道阻力來說，注射機類型和塑料品種等對注射壓力有 較大影響。,型腔充滿后，注射壓力的作用就是對模內(nèi)熔料的壓實。 壓實時的壓力等于或者小于注射時的壓力。,如果壓實時的壓力與注射時壓力相等，可以使塑件收縮率減小，尺寸波動小、穩(wěn)定性好，但會造成脫模時殘余壓力過大，成型周期過長。如壓實壓力小于注射壓力，塑件的性能與上述相反。,保壓壓力的作用：使熔料在壓力下固化，并在收縮時進行補縮，從而獲得優(yōu)質(zhì)完整的塑件。,對熔料的壓實（保壓壓力）,在實際生產(chǎn)中，通常是通過實驗確定注射壓力的大小。 先用低壓慢速注射，然后根據(jù)成型出的塑件情況進行調(diào)整，直至成型出質(zhì)量最好、符合要求的塑件。采用注塑流動模擬的計算機分析軟件，可以對注射壓力進行優(yōu)化設(shè)計。一般情況下，注射壓力選擇可參考表4-1。