注塑工艺参数确定

实验验证：图 4—9为柱塞式和普通 螺杆式注射机塑化相 同物料时机筒中物料 和熔体的温度分布曲 线。可以看出：I、 用螺杆式注射机塑化 物料时，喷嘴附近熔 体的径向温度分布要 比柱塞式注射机来得 均匀。II、不同结构 的注射机，塑化能力 不相同：
①柱塞式注射机的理论塑化能力
m pp 4 Kt 5 V 3.62 p
④收缩量很大的塑料，可利用现有的或者材料供应部 门提供的计算收缩率的图表来确定收缩率。也可收集一些 包括该塑料实际收缩率及相应的成型工艺条件等数据，然 后用比较法进行估算。必要时应设计、制造一副试验模具， 实测在类似的成型条件下塑料的收缩率。 二、塑料的流动性
塑料的流动性：
比较塑料成型加工难易的一项指标，与黏度一样，依 赖于成型条件、聚合物的性质。
② 注射压力与熔体温度、熔体流速的关系 a、剪切速率一定，压 力—温度曲线分为三段，左 边一段熔体热分解区，注射 压力随温度升高迅速下降， 不能在此区注射成型；右边 一段高弹变形流动区，注射 压力随着温度降低迅速增大， 也不适于注射成型；只有中 间一段温度区，曲线相对平 缓，温度和注射压力都较适 中，易于注射成型，温度升 高有利于降低熔体黏度，注 射压力可随之减小一定幅度.。
注塑工艺参数确定
课程用时：60分钟 课程目的：对技术文件的种类和作用有初步了解
注塑工艺参数确定
重点掌握 一、热塑性塑料的工艺性能 二、注射成型原理及其工艺过程 三、注射成型工艺参数的选择与控制
第一节 热塑性塑料的工艺性能
一、塑料的成型收缩
源自文库
塑料的收缩性：
指塑料制件从模具中取出发生尺寸收缩的特性。
塑料的成型收缩：
b、温度一定时，剪切速 度增大，注射压力也要增 大，完全符合流体力学压 力与流速的关系。反之， 过大的注射压力引起很高 的剪切速率时，熔体内的 剪切摩擦热也随之增大， 很可能引起热分解或热降 解。另外，过大的剪切速 率又很容易使熔体发生过 度的剪切稀化，从而导致 成型过程出现溢料飞边。
注射压力对流动充模时喷嘴处的熔体温度也有影响。 注射压力上升阶段，喷 嘴处的熔体温度也随着升 高，图4—13。AC段和图 4—11 喷 嘴 压 力 曲 线 上 的 AC段对应。可见，引起温 升的主要原因是注射压力 增大。生产中应尽量避免 采用过大的注射压力，否 则会导致熔体热降解。
③流动性差的，有聚碳酸酯、硬聚氯乙烯、聚苯醚、聚砜、 氟塑料。
塑料的流动性随成型工艺条件的改变而变化，熔体成 型温度高则流动性好，注射压力大流动性好。模具结构也 影响流动性的大小。成型时还可通过控制温度、模温、注 射压力及注射速率等因素来调节注射成型过程以满足对制 件质量的要求。
三、塑料的结晶性 ①结晶形塑料须加热至熔点温度 以上才能达到软化状态。结晶熔解 需要热量，结晶形塑料达到成型温 度要比无定形塑料达到成型温度需 要更多的热量。
③ 注射压力与熔体充模特性 熔体充模流动形式与充模速度有关，充模速度受注射工艺 条件和模具结构的影响。注射成型时不希望充模期发生高速喷 射流动，而希望获得中速或低速的扩展流动，为此，需通过分 析充模期的流动取向，了解注射压力对于熔体充模特性的影响。 实际中，扩展流动时，料头前沿低温熔膜对熔体的阻滞作 用较大，先进入模腔的熔体温度下降得很快，黏度也随之增大， 这加剧后面熔体进模时的流动阻力。如此时的注射压力不大， 很容易使充模流动中止，导致注射成型出现废品。为此，往往 需提高注射压力。而注射压力提高后，熔体内的剪切作用加强， 流动取向效应将增大，最终可能导致制品出现比较明显的各向 异性并引起热稳定性变差。在这种情况下生产出的制品，若在 温度变化大的环境中工作，很有可能发生与取向一致的裂纹。
二、注射成型原理及其工艺过程 工艺过程分为：塑化计量、注射充模和冷却定型三个 阶段。 l.塑化计量 (1)塑化的概念 什么是塑化？
成型物料在注射成型机料筒内经过加热、压实以及混 合等作用以后，由松散的粉状或粒状固体转变成连续的均 化熔体的过程称为塑化。 均化包含四方面的内容： 熔体内组分均匀、密度均匀、黏度均匀和温度分布均 匀。
②螺杆式注射机的理论塑化能力，用螺杆计量段对熔体的输 （4-5） 送能力表示，即有
mps
2 D2 Nhm sin cos
2
3 Dhm sin 2 pb 12m Lm
mps——螺杆式注射机的塑化能力，cm3／s； D——螺杆的基本直径 ，cm； Lm——计量段长度，cm； hm——计量段螺槽深度,cm； φ——螺杆的螺旋升角,(˚)； ηm——熔体在计量段螺槽中的黏度，Pa· s； N——螺杆转速,r/s； pb——塑化时熔体对螺杆产生的反向压力，通常称为背压，Pa.。
塑化效果与物料受热方式和注射机结构有关： ①柱塞式注射机，物料在机筒内只能接受柱塞的推挤 力，几乎不受剪切作用，塑化所用的热量主要从外部装有 加热装置的高温机筒上取得。 ②螺杆式注射机，螺杆在机筒内的旋转会对物料起到 强烈的搅拌和剪切作用，导致物料之间进行剧烈摩擦，并 因此而产生很大热量，物料塑化时的热量既可同时来源于 a、高温机筒和自身产生出的摩擦热，也可以b、只凭摩擦 热单独供给。
2．注射充模 什么是注射充模？ 柱塞或螺杆从机筒内的计量位置开始，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封闭模腔的过程称为注射 充模。分三个阶段：流动充模、保压补料、倒流。 (1)流动充模 指注射机将塑化好的熔体注射进入模腔的过程。 熔体注射过程中会遇到机筒、喷嘴、模具浇注系统、 模腔表壁对熔体的外摩擦，及熔体内部产生的黏性内摩擦。 为了克服这些流动阻力，注射机须通过螺杆或柱塞向熔体 施加很大的注射压力。要掌握熔体的流动充模规律，须了 解注射压力在此过程中的变化特点以及与它相关的熔体温 度、流速和充模特性问题。
① 注射压力的变化 注射压力的变化可用注射成型的压力-时间曲线描述， 图4—11。
t0 ，柱塞或螺杆开 始注射熔体的时刻； t1 ， 熔 体 开 始 流 入 模 腔 的 时 刻 ； t2 ， 熔 体 充满模腔的时刻。时 间t0 ～t2代表整个充模 阶段，其中t0 ～t1称为 流动期；t1 ～t2 称为充 模期。
③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。
图4—1塑件的材料为尼龙—1010，壁厚4mm，查表4—2得，高度方向的收缩 小于水平方向的收缩，其百分比为70％，收缩率范围为1．4％～1．6％，高度 方向取平均 收缩率1．5％乘以比值0．7， 内径取大 值1．6％，外径取小值1．4％， 以留有试模后修正的余地（对 高精度塑件或对某种塑料的收 缩率缺乏准确数据时，常用这 种留有修模余量的设计方法）。
分析上两式： ①柱塞式注射机的塑化能力与机筒结构和物料体积有 关，提高塑化能力，需增大传热面积AP或减小物料的总体 积V，而增大AP时常会使V跟着增大，V的增大将导致熔体 不易均化； ②螺杆式注射机塑化能力与物料体积无关，塑化能力 一般都比柱塞式注射机大，这也是普通柱塞式注射机为什 么只能成型小型制品的主要原因之一。 影响螺杆式注射机塑化效果和塑化能力的主要因素除 了成型物料本身的特性之外，还与机筒结构、筒的加热温 度、螺杆转速、螺杆行程(或计量段长度)、螺杆几何参数 以及熔体对螺杆产生的背压等因素有关。
衡量塑料流动性的指标： 聚合物的相对分子质量、熔融指数、阿基米德螺旋 线长度、表观黏度以及流动比(流程长度/制品壁厚)。相 对分子质量小、熔融指数高、螺旋线长度长、表观黏度 小、流动比大则流动性好。 常用热塑性塑料的流动性分为三类。 ①流动性好的，有尼龙、聚乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯、 醋酸纤维素。 ②流动性一般的，有ABS、有机玻璃、聚甲醛、聚氯醚。
⑤结晶形塑料各向异性显著，内应力大。脱模后制品 内未结晶的分子有继续结晶的倾向，易使制品变形和翘曲。
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。 热敏性：指某些塑料对热较为敏感，在高温下受热时 间较长或浇口截面过小、剪切作用大时，料温增高易发生 变色、降解的倾向。 水敏性：指有的塑料(如聚碳酸酯等)即便含有少量水 分，在高温和高压下也容易分解。
②制件在模内冷却时，结晶形塑料要比无定形塑料放 出更多的热量，因此结晶形塑料在冷却时需要较长的冷却 时间。
③结晶形塑料固态的密度与熔融时的密度相差较大， 结晶形塑料的成型收缩率大，达到0.5％一3.0％;无定形塑 料的成型收缩率一般为0.4％一0.6％。 ④结晶形塑料的结晶度与冷却速度密切相关，在结晶 形塑料成型时应按要求控制好模具温度。
应力敏感性：指有的塑料对应力敏感，成型时质脆易 裂。对应力敏感的塑 料，除在原料内加人添加剂提高抗 裂性外，还应合理设计制件和模具，选择有利的成型条件， 以减少内应力。
粒度：指塑料粒料的细度和均匀度。根据技术要求， 各种塑料应有一定的技术指标。
热性能指标：塑料的比热容、热导率、热变形温度等。 比热容高的塑料熔融时需要更多的热量，热变形温度高的 塑料冷却时间可缩短，热导率低的塑料必须注意充分冷却。
（4-4）
式中 mpp——柱塞式注射机的塑化能力，kg／h； α——热扩散率，m2／h； Ap——塑化物料接受的传热面积，与机筒内径和分 流锥直径有关，m2； ρ——物料密度，kg／m3； Kt——热流动系数，与加热系数有关，参见图4-10， ξ——常数，无分流锥时ξ=1，有分流锥时ξ= 2； V——受热物料的总体积，m3。
(2)计量 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、定量地输出(即注射出)机筒所进行的 准备动作，这些动作均需注射机控制柱塞或螺杆在塑化过 程中完成。 影响计量准确性的因素：①注射机控制系统的精度； ②机筒(即塑化室)和螺杆的几何要素及其加工质量影响。 (3)塑化效果和塑化能力 塑化效果：指物料转变成熔体之后的均化程度。 塑化能力：指注射机在单位时间内能够塑化的物料质 量或体积。
a、流动期内，注射压 力和喷嘴处的压力急 剧上升，而模腔(浇口 末端)的压力却近似等 于零，注射压力主要 用来克服熔体在模腔 以外的阻力。如，t1时 刻的压力差Δpl=pi1— pg1代表熔体从机筒到 喷嘴时所消耗的注射 压力而喷嘴压力pg1则 代表熔体从喷嘴至模 腔之间消耗的注射压 力。
b、充模期内，熔体流 入模腔，模腔压力急剧上 升；注射压力和喷嘴压力 也会随之增加到最大值 (或最大值附近)，然后停 止变化或平缓下降，这时 注射压力对熔体起 两方 面作用，一是克服熔体在 模腔内的流动阻力，二是 对熔体进行一定程度的压 实。 流动充模阶段，注射 压力随时间呈非线性变化，注射压力对熔体的作用必须充分， 否则，熔体流动会因阻力过大而中断，导致生产出现废品。
塑化效果对比： a称为普通螺杆塑化；b称为动力熔融。显然，在动力 熔融条件下，强烈的搅拌与剪切作用不仅有利于熔体中各 组分混合均化，而且还避免了波动的机筒温度对熔体温度 的影响，有利于熔体的黏度均化和温度分布均化，能够得 到良好的塑化效果。而柱塞式注射机塑化物料时，既不能 产生搅拌和剪切的混合作用，又受机筒温度波动的影响， 故熔体的组分、黏度和温度分布的均化程度都比较低，其 塑化效果既不如动力熔融。也不如介于中间状态的部分依 靠机筒热量的普通螺杆塑化。
与塑料本身的热胀冷缩性质、模具结构及成型工艺 条件等因素有关的塑料制件的收缩统称为成型收缩。
成型收缩的大小：可用塑料制件的实际收缩率S实表 a b 示，即 S 100 %
实
b
（4-1）
b 100 %
式中 a——成型温度时制件尺寸； ab
S实
b——常温时制件的尺寸 成型温度时的制件尺寸无法测量，故常采用常温时的型 腔尺寸取代，有 S c b 100 % 计 b (4-2)
式中 c——常温时型腔尺寸； S计——塑料制件的计算收缩率。
当S计为已知时，可用S计来计算型腔尺寸，即 c=b(1+S计) 收缩率选择的原则： (4-3)
①收缩率范围较小的塑料品种，可按收缩率的范围取 中间值，此值称平均缩率。
②收缩率范围较大的塑料品种，应根据制件的形状， 特别是根据制品的壁厚来确定收缩率，壁厚取上限(大值)， 壁薄取下限(小值)。