3 塑料注射成型原理及工艺

柱塞或螺杆顶部对塑料熔体所施加的压力。 作用：克服熔体流动充型过程中的流动阻力，使熔体具 有一定的充型速率。 控制注射压力的原则： 实际工业上： 熔体粘度高、冷却速度快的塑料以及成型 薄壁和长流程的塑件，采用高压注射有利于充满型腔。成型 玻璃纤维增强塑料采用高压注射，有利于塑件表面光洁、均 匀。其它均应选用低压慢速注射为宜。
2)着色
着色剂： 按在塑料中的分散能力可分为染料和颜料。 着色方法： 浮染法、混合法、造粒法
3)预热干燥
对于吸湿性强的塑料如尼龙、ABS等，为了防止出现气泡和银 纹等缺陷，避免水降解，应进行适当的干燥。 小批量生产用塑料：红外线干燥和热风循环烘箱干燥。 高温下受热时间长容易氧化变色的塑料：真空烘箱干燥。 大批量生产用塑料：负压沸腾干燥。
（2）注射充型
柱塞或螺杆从机筒的计量位置开始，通过注射油缸和活塞 施加高压，将塑化好的塑料熔体经过机筒前端的喷嘴和模具中 的浇注系统快速进入模腔的过程称为注射充模。又可细分为流 动充型、保压补缩和倒流三个阶段。
（3）冷却定型
3. 塑件的后处理
制件从模具中脱出后，常需要进行适当的后处理，借以改 善和提高塑件的性能。
（1）退火处理
塑件在一定温度的加热液体介质（如热水、甘油和液体 石蜡）或热空气循环烘箱中静置一段时间，然后缓慢冷却的 过程。 目的：减少由于塑件在料筒内塑化不均匀或在型腔内冷 却速度不一致，而形成的内应力；对结晶型塑料调整结晶度， 或加速二次结晶或后结晶的过程；还可以解取向，并降低制件 硬度和提高韧度。 一般退火温度控制在塑件使用温度以上10～20℃，或低 于塑料的热变形温度10～20℃。
2. 压力
注射成型时的压力主要包括塑化压力、注射压力、保 压压力和型腔压力。
1）塑化压力
塑料塑化过程中所承受的压力。 也指螺杆式注射成型时，螺杆头部熔 体在螺杆转动后退时所受到的阻力， 又称背压。
背压的大小靠调节排油阀，改变排油速度来控制。
在保证塑件质量的前提下一般不大于2MPa。
（2）注射压力
4、注射机的分类
按外形特征分：

按锁模机构驱动方式分：

立式 卧式 直角式
液压式 液压-机械联合式
按塑化方式分：

按可成型塑件的精度分：

柱塞式 螺杆式
一般注塑机 精密注塑机
⑴立式注塑机 它的注射装置垂直装 设，并与锁模机构移动 方向成一条轴线。 优点：占地面积小，拆装 模具方便，易于安放嵌 件等。 缺点：塑件推出后需由人 工取出，不易实现全自 动操作。
（2）调湿处理
主要用于吸湿性很强且又容易氧化的聚酰胺等塑料制件， 它除了能在加热和保温条件下消除残余应力以外，还能促 使制件在加热介质中达到吸湿平衡，以防它们在使用过程 中发生尺寸变化。
调湿介质一般为沸水或醋酸钾溶液，加热温度为 1000C，保湿时间与制品厚度有关。通常对于带有金属嵌 件、使用温度范围变化较大、尺寸精度要求高和壁厚大 的制件才有必要。
注射成型的特点：
优点
成型周期短、生产效率高、易实现自动化 能成型形状复杂、尺寸精确、带有金属或非金属嵌件的 塑料制件 产品质量稳定 适应范围广。 到目前为止，除氟塑料以外，几乎所有 的热塑性塑料都可以用注塑成型的方法成型。另外，一些 流动性好的热固性塑料也可用注塑成型。
缺点
注塑设备价格较高 注塑模具结构复杂 生产成本高、生产周期长、不适合于单件小批 量的塑件生产
三、注射成型工艺参数
1. 温度
料筒温度 喷嘴温度 模具温度 （1）料筒温度 粘流温度Tf（结晶型为Tm）与热分解温度Td之间
塑料的塑化流动
充型和冷却
（2）喷嘴温度 为避免流涎现象，喷嘴温度可比料筒最高温度略低即 大致与料筒中端温度相同。由喷嘴低温产生的不利影响可 以从塑料注射时所产生的摩擦热中得到一定的补偿。
3）塑化效果和塑化能力 塑化效果的好坏及塑化能力的大小均与物料受热方式和注 射机的结构有关。
柱塞式注射机的热量仅仅来自与高温机筒中，而螺杆式 注射机塑化时的热量同时来自与高温机筒和自身的摩擦热。 强烈的搅拌与剪切作用不仅有利于熔体的各组分混合均匀, 而且还避免了波动的机筒温度对熔体温度的影响,故有利于 熔体的粘度均化和温度分布均化,所以螺杆式注射机塑化效 果好。
⑵ 卧式注塑机 它的注射装置轴线与锁模机构轴线 呈一条直线并水平排列。 优点：机身较低，利于操作和加料，可实现全自动操 作，机床因重心低而稳定。 缺点：模具装拆与嵌件安放都比较麻烦，机床占地面 积较大。
⑶ 直角式注塑机 其注射装置轴线与锁模机构轴线相 互正交垂直。 优点：结构简单，便于自制，适于一模仅成型一件，而 中心部位不留有浇口痕迹，适用于带有自动回转脱螺纹机构 的模具。 缺点：占地面积介于立式和卧式两者之间，注射量的提 高也受到限制。
3. 注射速率
注射速率主要影响熔体在型腔内的流动行为。


随注射速率增加，流体流速增加，剪切作用加强，熔 体粘度降低，熔体温度升高，有利于充型，且熔接痕 强度也得以增加 随注射速率的增加也可能使层流变为湍流 实际生产中一般先以低压慢速注射，然后根据制 品的成型情况来调整注射速率
4. 成型周期
完成一次注射成型工艺过程所需的时间。
（3）保压压力
在注射成型过程中，为了对模腔内的塑料熔体进行压实 以及为了维持向模腔内进行补料流动所需要的注射压力叫作 保压压力。 生产中，保压压力等于或小于注射时所用的注射压力。
（4）型腔压力
注射压力在经过注射机喷嘴、模具的流道、浇口等的压 力损失后，作用在型腔单位面积上的压力。
一 般为注射压力的0.3~0.65倍，约为20~40MPa。
充型时间：柱塞或螺杆前进的时间
注射时间
保压时间：柱塞或螺杆留在前进位置
成型周期
的时间 合模冷却时间 模腔内制品的冷却时间（包括柱 塞或螺杆后退时间）
其他时间 包括开模、脱模、涂脱模剂、
安放嵌件和合模时间等
总 冷 却 时 间
充型时间：<10s 保压时间：20~120s（特厚塑件可达5~10min）（以塑料制 品收缩率最小为最佳值） 冷却时间：30~120s（以保证塑料制品脱模时不引起变形 为原则）
（4）选用脱模剂
施加脱模剂，目的是为了使成型后的零件容易从模中脱出， 常用的脱模剂有硬脂酸锌、液体石蜡和硅油等。
2. 注射过程
完整的注射成型工艺过程可分为塑化计量、注射充模和 冷却定型三个阶段。
（1）塑化、计量阶段
1）塑化：成型物料在注射成型机筒内经过加热，由松散的 粉状或粒状固体转变为粘流态的过程。 2）计量：指能够保证注射机通过柱塞或螺杆，将塑化好 的熔体定温、定压、定量的输出机筒所进行的准备动作。这 些动作均需要注射机控制柱塞或螺杆在塑化过程中完成。

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2)螺杆式注射机
螺杆即可以旋转又 可前后移动，因而能够 胜任塑料的塑化、混合 和注射工作。
5. 注射机的规格及主要技术参数
国际上通常采用注射容量/锁模力来表示注射机的主要特 征。 注射容量为注射压力为100MPa时的理论注射容量。 如 SZ-160/1000, 表 示 该 注 射 机 是 理 论 注 射 容 量 约 为 160cm3，锁模力约为1000kN的塑料（S)注射(Z)成型机。 注射机的主要技术参数包括公称注射量、螺杆直径及有 效长度、注射行程、注射压力、注射速度、塑化能力、合模 力、开锁力、开模合模速度、开模行程、模板尺寸、推出行 程、推出力、空循环时间、机器的功率、体积和质量等。
① 为保证制件具有较高的形状和尺寸精度，模温必须低于 塑料的热变形温度。
② 对于高粘度的塑料，如聚碳酸酯，一般采用较高的模温， 以提高其流动性和充模能力，提高组织致密度。对于粘 度较小的塑料，如聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯等，可采 用较低的模温。
③ 对于厚壁制件，模具温度低，容易产生真空泡和内应力， 一般采用较高模温。 ④ 模具温度TM 一般籍通入定温的冷却介质或加热介质来 控制。
二、注射成型工艺过程
原料外观检验及工艺性能测定
塑料预热和干燥
成型前的准备
料筒清洗 嵌件预热 脱模剂的选用
加料
塑化 充模
注射 成 型工艺
注射过程
保压 倒流 冷却 脱模
注射
塑件的后处1)原料的预处理 1)分析检验成型物料的质量
对物料进行外观（指色泽、粒度大小及均匀性等）和工艺性 能（熔融指数、流动性、收缩率等）检验。
1)柱塞式注射机
柱塞在料筒内作往复运动， 将熔融塑料注入模具，分流梭 是形如鱼雷的部件，其作用是 将料筒内流经该处的塑料分成 薄层，使塑料分流，以加快热 传递。同时塑料分流后，在分 流梭表面流速增加，剪切速率 加大，粘度下降，塑料得到进 一步的混合和塑化。 柱塞式注射机的注射量 不宜太大，而且不宜用来 成型流动性差，热敏性强 的塑料制件。
第3章 塑料注射成型原理及工艺
3.1 注射成型原理及工艺 3.2 塑料成型工艺规程的制订
3.1 注射成型原理与工艺
注射成型又称注射模塑，是热塑性塑料制 品的一种主要成型方法。注射成型模具占整个 塑料模的90%左右。设备及模具制造费用较高， 不适用单件及小批量的塑料制品的生产。
一、注射成型原理及注射机 1. 原理
（3）模具温度
模具温度指和制件接触的模腔表壁温度。模具温度会直 接影响熔体的充模流动行为、制件的冷却速度和成型后制件 的性能等。
模温提高，熔体流动性 改善，制件密度和结晶度 加大，充模压力和制件中 的压力减小，但冷却时间 延长，制件收缩率加大， 脱模后的翘曲变形加大 ， 生产率降低。
模具温度降低，流动性变 差，制件易产生较大应力 或明显熔接痕等缺陷，并 且使制件表面粗糙度加大。
将颗粒状或粉状塑料从注射机的料斗送进加热的料 筒中，经过加热熔融塑化成为粘流态熔体，在注射机柱 塞或螺杆的高压推动下，以很大的流速通过喷嘴注入模 具型腔，经一定时间的保压、冷却定型后可保持模具型 腔所赋予的形状，然后开模分型获得成型塑件。