确定塑料的成型方式及工艺过程

柱塞后退时物料从料斗定量地落入料筒内， 如图 ３ －１ （ｂ） 所 示。 柱塞前进， 原料通过料筒与分流梭的内腔， 塑料被分成薄片， 受热均匀， 并在剪切作用下进一步混合和塑化。 受热熔融的塑料经 活塞在高压、 高速中推进， 塑料熔体经喷嘴注入模具型腔中。 充满 型腔的熔体经过保压， 随后经冷却、 固化而成与型腔一致的形状。 最后， 合模机构带动模板打开模具， 并由推件板将塑件推出模具， 如图 ３ －１ （ｃ） 所示， 即完成一个工作循环。 以后周而复始地 不断重复上述动作，继续进行注射成型。
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３.１ 注射成型工艺
• （２） 塑料的塑化 • 塑料在料筒中受热， 由固体颗粒转换成黏流态， 并且形成具有良好
可塑性的均匀熔体的过程称为塑化。 塑化进行得好坏直接关系到塑 件的产量和质量。 对塑化的要求为： 在规定的时间内提供足够数量 的熔融塑料， 塑料熔体在进入塑料模型腔之前应达到规定的成型温 度，而且熔体温度应均匀一致。 • （３） 注射 • 注射的过程可分为充模、 保压、 倒流、 浇口冻结后的冷却和脱模等 阶段。 • １） 充模。 充模是注射机柱塞或螺杆将塑化好的熔体推挤至料筒前 端， 经过喷嘴及模具浇注系统进入并充满型腔的过程。 模具型腔内 熔体迅速增加， 压力也迅速增大， 当熔体充满型腔后， 其压力达到 最大值。
• ３.塑件的后处理 • 塑件脱模后常需要进行适当的后处理。 塑件的后处理主要指退火或
调湿处理。 • （１） 退火处理 • 由于塑化不均匀或塑料在型腔中的结晶、 定向和冷却不均匀， 塑件
各部分收缩不一致，或由于金属嵌件的影响和塑件的二次加工不当等 缘故， 塑件内部不可避免地存在一些内应力。
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３.１ 注射成型工艺
• 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料不断填入模具中， 使型腔中的塑料能成型 出形状完整而致密的塑件， 这一阶段称为保压。 直到浇口冻结时， 保压结束。
• ３） 倒流。 如果浇口尚未冻结， 柱塞或螺杆后退， 对型腔中熔体压 力解除， 这时型腔中的熔料压力将比浇口流道的高， 就会发生型腔 中熔料通过浇口流向浇注系统的倒流现象， 使塑件产生收缩、 变形 及质地疏松等缺陷。 如果浇口处的熔体已凝结， 柱塞或螺杆开始后 退，则倒流阶段不复存在。
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３.１ 注射成型工艺
• （２） 螺杆式注射机 • 螺杆式注射机的注射成型原理如图 ３ －２ 所示。 将颗粒状或粉状的
塑料加入注射机料筒，经加热熔融后， 由注射机的螺杆推动熔融塑 料通过料筒前端喷嘴， 快速射入已经闭合的模具型腔， 如图 ３ －２ （ａ） 所示； 充满型腔的熔体在受压情况下， 经冷却固化而保持型 腔所赋予的形状， 如图 ３ －２ （ｂ） 所示； 然后打开模具， 取出 获得的成型塑件， 如图 ３ －２ （ｃ） 所示。这个过程就是一个成 型周期， 生产过程就是不断地重复上述周期。 成型周期的长短由塑 件的尺寸、 形状、 厚度、 模具的结构、 注射机类型以及塑料品种和 成型工艺条件等因素决定。
• 一般情况下， 黏度高的塑料注射压力大于黏度低的塑料； 薄壁、 面 积大、 形状复杂的塑件注射压力高； 模具结构简单， 浇口尺寸较大， 则注射压力较低； 柱塞式注射机注射压力大于螺杆式注射机； 料筒 温度、 模具温度高， 则注射压力较低。 表 ３ －１ 列出了部分塑料 的注射压力。
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３.２ 压缩成型工艺
• １） 预热。 预热就是成型前为了去除塑料中的水分和其他挥发物， 提高压缩时塑料的温度， 在一定的温度下， 将塑料加热一定的时间。 这个时期塑料的状态与性能不发生任何变化。
３.１ 注射成型工艺
• （３） 作用时间 （成型周期） • 注射成型周期指完成一次注射成型工艺过程所需的时间， 它包括注
射成型过程中所有的时间， 成型周期直接影响到生产效率和设备利 用率， 注射成型周期的时间组成如表 ３ － ２所示。 • 成型周期中的其他时间与生产自动化程度和生产组织管理有关。 应 尽量减少这些时间，缩短成型周期， 提高劳动生产率。
３.１ 注射成型工艺
• （２） 调湿处理 • 将刚脱模的塑件 （聚酰胺类） 放在热水中隔绝空气， 不仅可以防止
氧化， 消除内应力，而且可以加速达到吸湿平衡， 稳定其尺寸， 这 个过程称为调湿处理。 例如， 聚酰胺类塑件脱模时， 在高温下接触 空气容易氧化变色， 在空气中使用或存放又容易吸水而膨胀， 经过 调湿处理， 既隔绝了空气， 又使塑件快速达到吸湿平衡状态， 使塑 件尺寸稳定下来。 • ４.注射成型的特点 • 注射成型是热塑性塑料制品生产的一种重要方法， 其特点如下： • １） 注射成型技术具有生产周期短， 生产率高， 容易实现自动化生 产。 • ２） 能成型外形复杂的塑件， 且能保证精度。
• ４） 浇口冻结后的冷却。 当浇注系统的塑料冻结后， 继续保压已不 再需要， 因此可退回柱塞或螺杆， 卸除对料筒内塑料的压力， 并加 入新料， 同时往模具内通入冷却水、 油或空气等冷却介质， 进行进 一步的冷却， 这一阶段称为浇口冻结后的冷却。
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３.１ 注射成型工艺
• ５） 脱模。 塑件冷却到一定的温度即可开模， 在推出机构的作用下 将塑件推出模外。 脱模时， 型腔压力要接近或等于外界压力， 以使 脱模顺利， 保证塑件质量较好。 型腔内压力与外界压力之差称为残 余压力， 当残余压力为正值时， 脱模较为困难， 塑件容易被划伤或 破坏； 当残余压力为负值时， 塑件表面容易产生凹陷或内部产生真 空泡。
• ２） 喷嘴温度。 喷嘴温度通常略低于料筒最高温度， 以防止熔料在 喷嘴处产生 “流涎”现象； 但温度也不能过低， 防止塑料在喷嘴凝 固堵塞喷嘴或将凝料注入型腔影响塑件的质量。 虽然喷嘴温度低， 但当塑料熔体由狭小喷嘴经过时， 会产生摩擦热， 提高熔体进入模 具型腔的温度。
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３.１ 注射成型工艺
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３.１ 注射成型工艺
• （５） 嵌件的预热 • 为了满足装配和使用强度的要求， 成型前， 金属零件先放入模具内
的预定位置上， 成型后与塑料成为一个整体。 把塑件内嵌入的金属 部件称为嵌件。 由于金属和塑料收缩率差别较大， 在塑件冷却时， 嵌件周围产生较大的内应力， 导致嵌件周围强度下降和出现裂纹， 因此， 在成型前应对金属嵌件进行预热， 减小嵌件和塑料的温度差。 • （６） 脱模剂的选用 • 脱模剂是使塑料制品容易从模具中脱出而喷涂在模具表面上的一种助 剂。 常用的脱模剂有液体石蜡 （白油） 和硅油等， 使用脱模剂时， 喷涂应均匀、 适量， 以免影响塑件的外观和质量。 对于含有橡胶的 软塑件或透明塑件不宜采用脱模剂， 否则将影响塑件的透明度。
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３.１ 注射成型工艺
• （３） 预热干燥 • 对于吸湿性强的塑料 （聚酰胺、 有机玻璃、 聚碳酸酯和聚砜等），
应根据注射成型工艺允许的含水量要求进行适当的预热干燥， 去除 原料中过多的水分及挥发物， 以防止注射时发生水降解或成型后塑 件表面出现气泡和银纹等缺陷。 不易吸湿的塑料原料， 如聚乙烯、 聚丙烯、 聚苯乙烯、 聚氯乙烯、 聚甲醛等， 如果储存良好， 包装 严密， 一般可不干燥。 • （４） 料筒的清洗 • 在注射成型之前， 如果注射机料筒中原来残存的塑料与将要使用的 塑料不同， 或颜色不一致， 或发现成型过程中出现了热分解或热降 解反应， 都要对注射机的料筒进行清洗。
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３.２ 压缩成型工艺
• １.压缩成型的原理和特点 • 压缩成型， 也称模压成型、 压塑成型。 成型设备为压力机， 将压缩
模的上、 下模分别固定在其上、 下工作台上， 成型原理如图 ３ － ３ 所示。 将松散塑料原料加入高温的型腔和加料室中 （见图 ３ － ３ （ａ））， 然后以一定的速度将模具闭合。 塑料在热和压力的作 用下熔融流动， 并且很快地充满整个型腔 （见图 ３ －３ （ｂ））， 同时固化定型， 开启模具取出制品 （见图 ３ －３ （ｃ））， 成为 所需的具有一定形状的塑件。 • ２.压缩成型工艺过程 • （１） 成型前的准备工作 • 热固性塑料比较容易吸湿， 储存时易受潮， 加之比体积较大， 一般 在成型前都要对塑料进行预热， 有些塑料还要进行预压处理。
• ３） 模具温度。 模具温度是指和塑件接触的模具型腔表壁温度， 它 决定了熔体的充型能力、 塑件的冷却速度和成型后塑件的内外质量 等。
• （２） 压力 • 注射成型过程中的压力包括塑化压力和注射压力。 • １） 塑化压力。 采用螺杆式注射机时， 在塑料熔融、 塑化过程中，
熔料不断移向料筒前端 （计量室内）， 且越来越多， 逐渐形成一个 压力， 推动螺杆后退。 为了阻止螺杆后退过快， 确保熔料均匀压实， 需要给螺杆提供一个反方向的压力， 这个反方向阻止螺杆后退的压 力称为塑化压力 （也称背压）。 塑化压力的大小由液压系统中的溢 流阀来调整。
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３.１ 注射成型工艺
• １） 料筒温度。 关于料筒温度的选择， 涉及的因素很多， 主要有以 下几方面。
• 不同的塑料， 其黏流温度或熔点是不同的。 对于非结晶型塑料， 料 筒末端温度应控制在它的黏流温度 Ｔ ｆ 以上； 对于结晶型塑料则应 控制在其熔点 Ｔ ｍ 以上。 但为了保证塑料不发生分解， 料筒温度均 不能超过塑料本身的分解温度 Ｔ ｄ ， 即料筒温度应控制在黏流温度 （或熔点） 与分解温度之间 （即 Ｔ ｆ ～ Ｔ ｄ 或 Ｔ ｍ ～ Ｔ ｄ ）。
项目 ３ 确定塑料的成型方式及工艺过 程
• ３.１ 注射成型工艺 • ３.２ 压缩成型工艺 • ３.３ 压注成型工艺 • ３.４ 挤出成型工艺 • ３.５ 中空吹塑成型工艺
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３.１ 注射成型工艺
• １.注射机成型原理 • 注射成型是热塑性塑料成型的主要方法。 注射机有柱塞式和螺杆式
两种类型， 它们的成型原理有所不同。 • （１） 柱塞式注射机 • 柱塞式注射机成型原理如图 ３ －１ 所示。 塑料原料加入料斗中，
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３.１ 注射成型工艺
• ２） 注射压力。 注射压力是指柱塞或螺杆顶部对塑料熔体所施加的 压力。 其作用是注射时克服熔体流动充模过程中的流动阻力， 使熔 体具有一定的充模速率； 充满型腔后对熔体进行压实和防止倒流。 注射压力的大小取决于注射机的类型、 塑料的品种、 模具结构、 模 具温度、 浇注系统的结构和尺寸及塑件的形状等。 在注射机上， 注 射压力由压力表指示大小， 一般为 ４０ ～１３０ ＭＰａ。
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３.１ 注射成型工艺
• ２.注射成型过程 • 注射成型过程包括加料、 塑化、 注射、 保压、 冷却和脱模等几个步
骤。 但就塑料在注射成型中的实质变化而言， 注射成型是指塑料的 塑化和熔体充满型腔与冷却定型两大过程。 • （１） 加料 • 注射成型时需定量加料， 塑料塑化均匀， 方能获得良好的塑件。 若 加料过多、 受热时间过长容易引起塑料的热降解， 同时注射机功率 损耗增多； 若加料过少， 料筒内缺少传压介质， 型腔中塑料熔体压 力降低， 难于补压， 容易引起塑件出现收缩、 凹陷、 空洞，甚至缺 料等缺陷。
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３.１ 注射成型工艺
• ３） 成型各种塑料的适应性强。 • ４） 设备价格高， 模具制造费用较高， 不适合单件及小批量塑件的
生产。 • ５.注射成型工艺参数的选择 • 在塑件的注射成型中， 影响注射成型塑件质量的因素很多， 但在塑
料原材料、 注射机和模具结构确定之后， 注射成型工艺条件的选择 与控制， 便是保证成型顺利进行和塑件质量的关键因素之一， 注射 成型最重要的工艺条件是温度、 压力和作用时间。 • （１） 温度 • 在注射成型中需要控制的温度有料筒温度、 喷嘴温度和模具温度。 料筒温度和喷嘴温度主要影响塑料的塑化和塑料的流动性， 而模具 温度主要影响充满型腔和冷却固化。