第四章 注射成型工艺-2010

第二篇 注射成型工艺及模具第四章 注射成型工艺 第一节 热塑性塑料的工艺性能 第二节 注射机的基本结构及规格 第三节 注射成型原理及其工艺过程 第四节 注射成型工艺条件的选择与控制 第五节 几种常用塑料的注射成型特点 第六节 典型注射制件的工艺条件与各种 塑料的注射工艺参数注射成型特点: (1) 成型周期短，能一次成型形状复杂、尺寸精确、带有 金属嵌件或非金属嵌件的塑料制件； (2) 生产率高，易实现自动化生产； (3) 除氟塑料以外，热塑性塑料都可以采用注射成型； (4) 模具结构复杂，生产成本高，不适合单件生产。

主要技术任务如何根据设备条件和塑料原料，正确 制定注射成型工艺规程以及合理设计 注射模具，以保证生产能够正常进 行，并具有较低的生产成本和较高的 经济效益。

第一节 热塑性塑料的工艺性能一 塑料的成型收缩塑料制件从模具中取出发生尺寸收缩的特性称为塑料的收 缩性。

a−b × 100% S 实＝ ba: 成型温度时制件尺寸，b：常温时制件尺寸 S 表示塑件的实际收缩率实由于成型温度时的制件尺寸无法测量，因此常用常温时的型 腔尺寸取代。

c−b S 计＝ × 100% bC: 常温时型腔尺寸。

S计：塑件的计算收缩率C=b(1+ S计）S计 见表4-1,4-2具体分析时对于收缩率范围较小的塑料，取中间值， 称平均收缩率 对于收缩率范围较大的塑料，应根据制件 的形状，特别时制件厚度来选，壁厚者选 大值，壁薄者选小值。

制件各部分尺寸的收缩率不尽相同，应根 据实际情况加以选择。

二 塑料的流动性相对分子量小，熔融指数高，螺旋线长度 长，表观粘度小，流动比好（流动长度/ 制品厚度）则流动性好。

流动性好的有：尼龙，聚乙烯，聚苯乙 烯，聚丙烯，醋酸纤维 流动性一般的有： ABS ，有机玻璃，聚甲 醛，聚氯醚 流动性差的有：聚碳酸酯，硬聚氯乙稀， 聚苯醚，聚砜，氟塑料等。

① ② ③熔融指数的含义在规定条件下，一定时间内挤出的热塑性 物料的量，也即熔体每 10min通过标准口模 毛 细 管 的 质 量 ， 用 MFR 表 示 ， 单 位 为 g/10min 。

熔体流动速率可表征热塑性塑料 在熔融状态下的粘流特性，对保证热塑性 塑料及其制品的质量，对调整生产工艺， 都有重要的指导意义。

近年来，熔体流动速率从“质量”的概念上， 又引伸到“体积”的概念上，即增加了熔体体 积流动速率。

其定义为：熔体每10min通过 标准口模毛细管的体积，用 MVR 表示，单 位为cm3/10min。

从体积的角度出发，对表 征热塑性塑料在熔融状态下的粘流特性， 对调整生产工艺，又提供了一个科学的指 导参数。

对于原先的熔体流动速率，则明 确地称其为熔体质量流动速率，仍记为MFR。

三 塑料的结晶性 四 塑料的其他工艺性能 包括热敏性，水敏性，应力敏感性， 吸湿性，粒度以及塑料的各种热性能指标。

粒度：指塑料粒料的细度和均匀度。

第二节 注射机的基本结构及规格注射机成型过程原理演示根据注射机的工作过程，一般可将注射机分为以 下几个部分： 1.注射装置 注射装置的主要作用是使固态的塑料颗粒均匀地 塑化呈熔融状态，并以足够的压力和速度将塑料 熔体注入到闭合的型腔中。

包括：料斗，料筒， 加热器，计量装置，螺杆及其驱动装置，喷嘴等 部件。

2. 锁模装置 锁模装置的作用：（1）实现模具的开闭动作； （2）成型时提供足够的夹紧力使模具锁紧；（3） 开模时推出模内制件。

3. 液压传动和电器控制注射模与注射机注射机是注射成型的设备，其选用是否合理，直接影响模 具结构的设计，因此在进行模具设计时，必须对所选用注射机 的相关技术参数进行全面的校核。

1 注射机的分类卧式注射机按外形分立式注射机 角式注射机 多模注射机图5-16注射机示意图(1) 卧式注射机 使用最广泛，注射装置和合模装置的轴线呈一线并水平 排列。

其便于操纵和维修，稳定，成型后塑件推出后可利用 其自重自动落下，易实现全自动操作。

缺点：模具安装困难。

(2) 立式注射机 注射装置与合模装置的轴线呈一线并与水平方向垂直排 列。

占地面积小，模具拆装方便，安放嵌件便利。

缺点：塑件顶出后取件困难，不易实现自动化生产，机 器稳定性差，注射量在60cm3以下。

(3) 角式注射机 注射装置和合模装置的轴线相互垂直排列。

其优点介于 卧、立两种注射机之间，注射量在45cm3以下。

熔料沿着模具的分型面进入型腔，由于开合模机构是纯 机械传动，因此无法准确可靠地注射和保持压力及锁模力， 模具受冲击和震动较大。

(4) 多模注射机 多工位操作的特殊注射机。

按塑化方式分 1柱塞式注射机2螺杆式注射机注射成型机型号规格的表示法注射量注射机型号表示方法合模力 注射量和合模力(1) 注射量表示法 利用注射机的注射容量来表示注射机的规格，即注射机 以标准螺杆注射时的80%理论注射量表示。

常用卧式注射机型号：XS-ZY-30、XS-ZY-60等。

XS-塑料成型机械；Z-注射成型； Y-螺杆式；30、60-最大注射量(cm3或g)。

(2) 合模力表示法 利用注射机最大合模力(KN)来表示注射机规格。

特点：该种方法简单、直观，不会受其他取值的影响，可 直接反映出注射机成型面积的大小，但不能反应注射量的大小。

(3) 合模力与注射量的表示法 该方法为国际通用的表示法，即用注射量为分子，合模力 为分母表示设备的规格。

如XZ-63/50型注射机。

X-塑料机械；Z-注射机； 63-注射容量63cm3； 50-合模力为50×10KN 我国采用注射量表示，如XS-ZY-125。

第三节 注射成型原理及其工艺过程塑料成型的基本原理就是利用塑料的可挤 压性和可模塑性，首先将松散的粒料或粉 状成型物料从注射机的料斗送入高温的机 筒内加热熔融塑化，使之成为黏流状熔 体，然后在柱塞或螺杆的高压推动下，以 很大的流速通过机筒前端的喷嘴注射进入 温度较低的闭合模具中，经过一段保压冷 却定型时间后，开启模具便从模腔中脱出 具有一定形状和尺寸的塑料制件。

（动画2)注射成型原理颗粒、粉 状塑料 注射机 料筒 加热 熔融 充模 冷却 固化 塑件图4-1 注射成型原理图2注射成型工艺原料的检验、染色和干燥成型前准备嵌件预热 料筒清理 模具清理注射过程 退火 成型后处理 调湿1.成型前的准备原料检验质量体积 流动性 水分及挥发物含量 收缩率原料染色烘箱干燥 热板干燥 高频干燥原料干燥 嵌件预热 料筒清理 模具清理红外线干燥2.注射过程原料检验 预处理 装入料斗 嵌件清理、预热 清理料筒 清理模具 涂脱模剂 合 模 注 射 保 压 冷 却 脱 模 预塑化装入嵌件塑件后处理(1) 加料 注射过程为一间歇过程，需定量加料，以保证操作稳定 和塑料塑化的均匀，获得良好的的塑件。

① 一次加料量过多，塑料受热时间过长，易引起物料的 热降解，同时注射机的功率损耗多。

② 加料过少，料筒内缺少传压介质，型腔中塑料熔体压 力降低，易引起塑件出现收缩、凹陷和充填不足等缺陷。

(2) 塑化 塑料在料筒中加热，由固体颗粒转变为具有良好的可塑 性粘流态的过程。

影响因素：塑料受热、塑料受剪切作用。

必要条件：温度 剪切：以机械力的方式强化混合和塑化过程。

螺杆式注射机对塑料的塑化效果比柱塞式注射机好。

(3) 注射 注射可分为充模、保压、倒流、浇口冻结后的冷却和脱 模等几个阶段。

1) 充模 塑化好的熔体被柱塞或螺杆推挤至料筒的前端，经喷嘴 及模具浇注系统进入并充满型腔的过程。

2) 保压：熔体在模具中冷却收缩时，继续保持施压状态 的柱塞或螺杆迫使浇口附近的熔体不断补充入模具中，使型 腔中的塑料能成型出形状完整而致密的塑件。

3) 倒流 保压结束后，柱塞或螺杆后退，解除对型腔中熔体的施 压。

此时型腔中的压力比浇口前方的高，若浇口未冻结，型 腔中的熔体通过浇口流向浇注的现象。

影响：塑件收缩、变形、质地疏松等缺陷。

4) 浇口冻结后的冷却 浇口冻结后，继续保压不起作用，因此可卸除柱塞或螺 杆对料筒内塑料熔体的压力，此时可通入冷却水、油等对模 具进一步冷却。

5) 脱模 塑件冷却到一定的温度即可开模，在推出机构作用下将 塑件推出模外。

3.塑件的后处理目的：消除塑件内存在的应力，改善塑件的性能和提高 尺寸的稳定性。

退火： 放在一定温度的红外线或循环热风烘箱、液体介质中 （热水、热矿物油，液体石蜡等）一段时间，再缓慢冷却。

目的：消除由于塑件在料筒内塑化不均匀或在型腔中冷 却速度不同而在塑件内部产生的应力。

退火的温度：高于使用温度10～20℃，低于热变形温度10～20℃。

注意事项： (1) 退火时间取决于塑料品种、加热介质温度、塑件的形 状和成型条件。

(2) 退火处理后冷却速度不能太快，以免重新产生应力。

调湿： 将刚从模具中脱出的塑件放在热水中(100～120℃)，隔绝 空气，进行防氧化处理，达到吸湿平衡。

调湿后缓冷至室温。

目的：使制件颜色、性能及尺寸得到稳定。

塑料：聚酰胺类塑件4.3注射成型工艺参数注射成型工艺参数：温度压力时间 （成型周期）1.温度 注射成型过程中需要控制的温度有料筒温度、喷嘴温度 和模具温度。

料筒、喷嘴温度：影响塑料的塑化和流动。

模具温度：影响塑件的流动和冷却定型。

(1) 料筒温度① 在θf(θm)~θd之间 ，保证塑料熔体正常流动，不发 生变质分解； ② 平均相对分子质量偏高、温度分布较窄的塑料，选 择较高的料筒温度；注射压力低，壁厚较小时，选择较高的 料筒温度。

影响： ① 温度太高，塑料易产生低分子化合物和分解气体，塑 料表面变色，产生气泡、银丝，导致性能下降；还会使模腔 中塑料内外冷却不一致，塑件易产生应力和凹陷；料温高， 流动性好，易产生溢料、溢边等缺陷。

② 温度太低，熔体流动性差，易产生熔接痕、充填不 足、波纹等缺陷。

同时塑料冷却时易产生应力，塑件易变形 或开裂。

注意事项： ① 料筒温度分布采用前高后低的原则，喷嘴处温度最 高，料筒后端温度比前端、中段温度低5-10℃。

② 注射同一种塑料，螺杆式注射机比柱塞式料筒温度 低10-20 ℃。

③ 为防止降解，必须控制塑料熔体在料筒内的滞留时 间。

(2) 喷嘴温度略低于料筒最高温度：防止熔料在喷嘴处产生“流涎” 现象；但温度也不能太低，否则易堵塞喷嘴，或流入模腔， 导致成品缺陷。

(3) 模具温度作用：影响熔体充模流动能力、塑件的冷却速度和成型 后塑件的性能。

影响因素：塑料的分子结构特点、塑件的结构及性能要 求和其他成型工艺条件等。

影响： ① 提高模温，可改善熔体再模具型腔内的流动性、增 加塑件的密度和结晶度、减小充模压力和塑件中的应力。