注射成型

1.注射装置： • 注射机的主要部分，其作用是使塑料塑化 和均化，并在很高的压力和较快的速度下， 通过螺杆(或柱塞)的推挤将熔料注射入模具 注射完毕后，并能对已注射到模具型腔中 的熔料施行保压 • 注射系统包括：塑化装置、传动装置、注 射及注射座移动油缸
(1)加料装置 (2)料筒 (3)螺杆：与挤出机螺杆有共同点 • 注射螺杆特点： ①注射螺杆在旋转时有轴向位移，因此螺 杆的有效长度是变化的 ②长径比和压缩比较小： 一般L/D：16~20，压缩比为2~2.5 ③螺槽深度一般偏大，以提高生产率
2.塑化 • 指塑料在料筒内经加热达到流动状态并且有良好 的可塑性的全过程 • 要求：进入模具型腔前提供足够数量的、组分及 温度均匀一致的、达到规定成型温度的熔融塑料， 不发生或极少发生热分解 (1)热均匀性 (2)塑化量：指单位时间内注射机熔化塑料的重量
3.注射与冷却 • 指柱塞或螺杆推动、将具有流动性和温度均匀性 的熔料注入模具开始，而后注满型腔，熔体在控 制条件下凝固定型、直到制品从型腔中脱出为止 的全过程 (1)塑料在料筒内移动的阻力： (2)熔体进入模腔的流动和冷却： • 充模、压实、倒流和浇口冻结后的冷却四个阶段
塑料注射成型
第一节 概述 一.注射成型 1.概念： • 亦称注塑，是使热塑性或热固性模塑料先在加热 机筒中均匀塑化，而后由螺杆或柱塞推挤到闭合 模具中成型的一种方法 2.原料：几乎所有热塑性塑料、几种热固性塑料 3.制品：占制品总量的20～30%，特别是工程结构 材料、主要工业配件、仪器仪表零件、壳体等， 逐渐代替传统金属和非金属制品
例3：以PC换POM： • 欲换料(PC)温度高黏度大， • 料筒内的料(POM)为热敏性料 • 成型温度：PC：270～330℃ POM ：190～200℃ • 换料时：195℃以LDPE或PS换POM • 270℃用PC换LDPE或PS • 换料后：调至300℃生产
(3)嵌件的处理 • 需预热的嵌件： 用于刚性分子链的塑料(PS、PC、PSF)的嵌件 大金属尺寸嵌件 • 预热温度 对有镀层嵌件：110～130℃ 无镀层铅合金或铜嵌件：150℃左右
• 作用：保证成型模具可靠的闭合、开启并取出制 品 • 完善的合模装置，应具备三个基本条件： • ①足够的锁模力，使模具在熔料压力(即模腔压 力)的作用下，不发生开缝现象 • ②有足够的模板面积、模板行程和模板间的开距， 以适应不同外形尺寸制品的要求 • ③模板的运动速度，应满足闭模时先快后慢，开 模时慢、快、慢，以防止发生模具碰撞，实现制 品平稳顶出并提高生产能力
4.塑化能力： • 1h内所能塑化物料的千克数(以PS计) • 应与注射机的成型周期相配合，若塑化能力高而 机器的空循环时间太长，则不能发挥塑化装置的 能力，反之会使塑料制品的成型周期延长 5.锁模力(合模力)： • 注射机合模装置对模具所能施加的最大夹紧力 • 锁模力足够大，才能锁住模具，使制品顺利成型， 不产生溢料等不正常现象 6.合模装置的基本尺寸： • 规定了机器加工制品所用模具的尺寸范围，从而 间接地规定了制品的尺寸范围和生产效率
二.成型原理及过程
预塑 合模 →注射 →保压→冷却 →启模 ↓ 顶出 ↓ 制品
第二节 注射成型设备 一.注射机的分类： • 按机器的外形特征 分为： 立式注射机 卧式注射机 角式注射机
• 按机器的传动方式分为：液压式和机械式注射机 • 按塑化和注射方式分为：柱塞式注射机、螺杆式 注射机等 • 生产模式：全自动、半自动、手动、点动 二.注射机的构成： • 以螺杆式注射机为例： • 包括：注射装置、合模装置、液压传动系统、电 器控制系统
• 螺杆式机： 例1：以PC换PP： • 欲换料(PC)温度高，料筒内的(PP)温度低 • 成型温度：PP： 200～270℃ PC： 270～330℃ • 换料时：料筒喷嘴调至270℃，换料后调至295℃ 例2：以PS换PA1010 • 欲换料(PS)温度低，料筒内的料(PA1010)温度高 • 成型温度：PS：180～215℃ PA1010： 210～225℃ • 换料时：料筒喷嘴调至210℃，然后用PS进行降 温清洗。换料后调至195℃
• 充模阶段：指柱塞或螺杆开始向前移动起，至模 腔被熔体充满止 • 保压(压实)阶段：指熔体充满模腔起至柱塞或螺 杆撤回Байду номын сангаас为止 作用：补缩、防止倒流 温度：不断下降 压力：压力下降(柱塞或螺杆停止不动) 或压力不变(柱塞或螺杆向前移动) 压实时间越长、分子取向程度越大
• 倒流阶段：从柱塞或螺杆后退开始到浇口凝封时 止 柱塞或螺杆后退，模腔压力比流道高、模内熔体 向流道倒流，模腔压力↓，倒流至浇口冻结为止 保压时间短(浇口未冻结)：倒流大、残余压力小 倒流不发生：柱塞或螺杆后退前浇口己冻结
• PVC：宜选用流道阻力小，剪切作用比较小的大 口径直通式喷嘴 • PA：为防止“流涎”现象，则宜选用带有加热装 置的弹簧针阀式或杠杆针阀式的喷嘴 • 形状复杂的薄壁制品：选用小孔径、射程远的喷 嘴 • 厚壁制品：选用大孔径、补缩作用大的喷嘴
2. 合模装置(锁模系统)： • 由固定模板、移动模板、合模油缸、顶出装置、拉 杆等组成
三.制品的后处理 1.退火处理 • 为消除制件的内应力或控制结晶过程，将制件加 热到适当的温度并保持一定时间，而后慢慢冷却 的操作 (1)退火处理方法 • 将制品在定温的加热介质(热水、热矿物油、热甘 油、热液体石蜡、热空气等)中静置一定时间，然 后将制品与介质一起缓慢冷却至室温 • 需退火处理的制件：分子链刚性较大、壁厚较大、 带金属嵌件、温度范围宽、尺寸精度高或内应力 大而又不易自行消除的制件
(4)喷嘴： • 连接料筒和模具的过渡部分 • 注射时，料筒内的熔料在螺杆或柱塞的推挤作用 下，以高压和快速流经喷嘴而注入模具 • 注射喷嘴的结构形式、喷孔大小、制造精度将直 接影响熔料的压力和温度、射程、补缩作用的优 劣以及是否产生“流涎”等
• ①直通式喷嘴(开式 喷嘴) • ②自锁式喷嘴(关式 喷嘴) • ③特殊用途喷嘴
④注射螺杆因有轴向位移．因此加料段应较 长，约为螺杆长度的一半，而压缩段和计 量段则各为螺杆长度的1／4 ⑤螺杆头部的结构： • 为使螺杆对塑料施压进行注射时不致出现 熔料积存或沿螺槽回流的现象，对螺杆头 部的结构应进行考虑： • 锥形(尖头)螺杆头：用于熔融黏度大的塑料 • 止逆型螺杆头：用于注塑黏度较低的塑料 有：止回环螺杆头、止逆球螺杆头
2.注射压力： • 注射时螺杆或柱塞端面处作用于熔料单位面积上的 力，MPa • 注射压力过高：制品产生飞边、脱模困难，影响制 品的光洁度，使制品产生较大内应力，甚至成为废 品 • 过低：物料充不满型腔，或根本不能成型 3.注射速率(注射时间、注射速度)： • 注射速率要适当，以获得较短的成型周期，减少制 品的尺寸公差。若过低会使制品形成熔接痕，不易 充满复杂的型腔：若过高，则有可能使物料分解变 色和制品出现气体烧焦的现象。
• 成型零件是指构成制品形状的各种零件，包括动 模、定模和型腔、型芯、镶块等 • 结构零件是指构成模具结构的各种零件，包括： 导向部分：导柱、导向孔，保证动、定准确对中； 导柱长度应比凸模端面高，以免凸模受损 分型抽芯机构 顶出装置：顶杆、顶板、拉料杆等。顶杆位置应 设在脱模阻力最大、制件较厚处 排气系统：（无排气槽：利用分型面与顶杆孔排 气） 塑模的加热或冷却装置
• 顶出机构为顶出模内制品而设，主要有机械式、 液压式和气动式 • 多次顶出：采用液压顶出装置 3. 液压和电器控制系统 • 保证注射机按工艺要求和动作程序准确有效地工 作 附：模具 • 主要由浇注系统、成型零件和结构零件等组成
• 浇注系统是指塑料从喷嘴进入型腔前的流道部分， 包括主流道、冷料井、分流道和浇口等 • 主流道（sprue）：将注射机喷嘴出来的熔体引 入到各分流道的那一段尺寸最大的通道。 • 分流道（runner）：在注射或传递模塑模具中， 连接主流道和浇口之间的一段流道。 • 浇口（gate）：将各分流道末端熔体引入到各型 腔的小尺寸通道 • 冷料井（slag well）：又称冷料穴，是在塑料注 射成型模具中用来储存注射间隔期间产生的冷料 头,防止冷料进入型腔而影响塑件质量,并使熔料 能顺利地充满型腔的一个结构。
(2)条件 • 温度：高于制品使用温度10～20℃，或低于制品 热变形温度10～20℃。 • 时间(保温时间)：分子链刚性大、制品壁厚大， 需较长时间 (3)退火处理实质 • 使被强迫冻结的分子链得到松驰，从而消除这部 分的内应力，提高结晶度、稳定结晶结构，从而 提高结晶塑料制品的弹性模量和硬度、降低断裂 伸长率
第三节 注射成型工艺过程及因素控制 • 过程包括：成型前准备、注射成型过程、制品后 处理及回收料使用 一、成型前准备 • 原料检验、着色、造粒、粒料的预热与干燥、嵌 件的预热与安放、试模及清洗料筒 1.原料的准备 (1)干燥 • 需干燥的物料：PA、ABS、PMMA、PET、PC、 AS、PSF(聚砜)等 • 干燥方法： 热风循环、真空、沸腾床干燥、红外线干燥或高 频电热干燥
(4)脱模剂的选用 • 脱模剂：使塑料制件易于从模具中脱出而涂
在模具表面上的一种助剂
• ZnSt、液体石蜡(白矿油)、硅油、现采用雾化脱 模剂效果好 3. 注射机开机操作 • 开机前必须检查 • 对机筒进行预热，达到塑化温度后，恒温半小时 • 装好模具后试模 • 开机必须按设备的规定程序进行，空车时，手动 操作→半自动操作→自动操作的试车
7.开合模速度： • 主要影响制品的生产速度，并且使塑料制品在开 模时不被损坏，闭模时运行平稳 8.空循环时间： • 在没有塑化、注射保压、冷却取出制品等动作的 情况下，完成一次循环所需要的时间(秒) • 是表征机器综合性能的参数、衡量机器生产能力 的指标 模具设计应校核： • 公称注射量、合模力、拉杆空间、模板尺寸、最 大模厚、最小模厚、模板最大开距、动模板行程
• 浇口冻结时的压力和温度是影响制品平均收缩率 的主要因素，由压实时间决定 • 浇口冻结后的冷却阶段：浇口凝结时起到制品从 模腔中脱出时止。制品在模内继续冷却，以使制 品在脱模时有足够刚度不致发生扭曲变形 • 残余压力：制品脱模时，模内压力与外界压力的 差值 • Pr＝P内－P外 • Pr＞0，脱模难、制品易刮伤： • Pr＜0，制品表面易有陷痕或内有真空泡、收缩大 • Pr≈0，理想，易脱模
三. 注射机的主要技术参数： 1. 公称注射量： • 指在对空注射条件下，注射螺杆或柱塞作一次最 大注射行程时，注射装置所能达到的最大注射量 • 在一定程度上反映注射机的加工能力、能成型的 最大塑料制品，是表征机器规格的重要参数 • 注射量有两种表示方法： ①以PS为标准，每次射出熔料的质量(g) ②每次射出熔料的容积(cm3) • 我国注射机系列标准采用后一种表示方法： • XS—ZY—500，即公称注射量为500 cm3的螺杆 式(Y)塑料(S)注射(z)成型(x)机
• 干燥温度： 一般不超过热变形温度或Tm ABS：70～85℃、90℃变黄，PA：100℃ PC：120℃ 料层厚：＜25mm，不用翻动 (2)粒料着色： 粒料＋白矿油＋色粉：粒料＋色浆(膏)： 粒料＋色母粒
2.辅助操作准备 (1)模具安装 • 检查、熟悉模结构、开模方式、卸件办法、安装 要求 • 装模：定模→定模板，动模→动模板，对中 • 紧固：极慢速闭模，上紧压板 • 调模：顶出距离、合模力……的调节 • 接通冷却、加热 (2)清理料筒 • 柱塞式机：比螺杆式难、存料多不易转动，最好 用专用料筒或拆卸清理
二、注射成型过程 1.加料 (1)加料量对加工、产品质量的影响 • 加料量过多：料受热长，易分解，耗能大 • 加料量过少：缺少传压介质，模具型腔中压力↓， 补缩难，制品易产生收缩、凹陷、空洞等缺陷， 料充不满模具 (2)加料量的控制： • 柱塞式：料筒中有6~8个产品的料 • 螺杆式：预塑化料比制品多15％