第六章塑料注射成型

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第一节 注射机的结构
一、注射机的分类 1、按塑化方式分类
柱塞式注射机
移动螺杆式注射机 双阶柱塞式注射机 螺杆预塑化柱塞式注射机
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柱塞式注射机 利用柱塞将物料向前推进，通过分流梭而经喷嘴 注入模具。物料在料筒内熔化，物料的塑化依靠导 热和对流传热。
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移动螺杆式注射机 由一根螺杆和一个料筒组成，螺杆既能旋转又能 作水平往复移动，塑料熔化的热来自机筒的外加热 以及螺杆转动和塑料之间的摩擦热。
注射成型工艺流程：
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一、成型前的准备 1、原料的预处理
除去水分，避免气泡，尤其对在高温下易水解的 树脂。 2、料筒的清洗
更换原料时尤为重要。 3、嵌件的预热
降低由于金属与塑料热膨胀系数和冷却收缩率 差别较大而出现在嵌件周围的收缩应力。
4、脱模剂的选用
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二、注射成型过程 1、加料塑化 柱塞式注射机—塑料粒子加入到料筒中，经料
制品可从简单→复杂
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五、注塑成型分析
注射成型应用广泛，工艺流程较为简单，各个 工序都在一台注射机上完成。
影响注射成型制品性能的因素很多，即使采用同 一种材料，同样的注射机，制品的性能差别也会 很大。注射工艺条件的不同，或工艺条件控制不 当，很大程度上会影响制品的性能。
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因此学习注射成型，仅仅了解注射工艺流 程是不够的，更主要的是学习影响注射成型 制品性能的因素、影响机理及控制方法。
容量； 注射时间：指螺杆或柱塞作一次注射量所需的时
间。
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注射速度、注射速率的计算式
U——注射速度，cm／s； S——注射行程，螺杆或柱塞移动距
离，cm； t——注射时间，s； V——注射速率，cm3／s； Q——一次最大注射量，cm3。
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4.塑化能力 ✓ 定义:注射机塑化装置在1h内所能塑化物料的kg数
注射入模具。
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分流梭：装在料筒前端内腔中形状颇似鱼雷体 的一种金属部件。
作用：将料筒内流经该处的塑料分成薄层，使塑料产生分 流和收敛流动，以缩短传热导程，加快热传递，同时提高 剪切作用时料温升高，粘度下降，提高生产量和制品质量。
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柱塞式注射机注射过程
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(4)螺杆 移动螺杆式注射机的重要部件。 作用：对塑料进行输送、压实、塑化和施压。
充模之后，柱塞或螺杆仍保持施压状态，迫使喷 嘴的熔体不断充实型腔，以确保制品不因冷却收缩 而缺料。 4、凝封
当浇注系统的熔体先行冷却硬化，这个现象叫做 “凝封”。
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5、冷却 保压结束，同时对模具内制品进行冷却，知道冷至
所需的温度为止。 6、脱模
塑料冷却固化到玻璃态使，则可开模取出制品。 三、制品的后处理
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一、概述
注塑成型是高分子材料成型加工中的一种重要 方法。
热塑性塑料
最主要
塑料制品
热固性塑料
少数
注塑成型
橡胶制品
注压
合成纤维
不能加工
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二、橡胶注射成型
橡胶注压：以条状或块状的混炼胶加入注压机， 压注入模后须在模具中停留一段时间，进行硫化反 应（模具是加热的），无须冷却固化，这样得到最 终产品。
橡胶注射成型类似于橡胶制品的模型硫化，只是 压力传递方式不一样（压力大，速度快），比模压 生产能力大，劳动强度低，易自动化，是橡胶加工 的方向。
筒的外加热逐渐变为熔体，加料和塑化是分开的。 移动螺杆式注射机—螺杆在旋转同时往后退，
在加料过程中，物料经料筒的外加热及螺杆转动时 对塑料产生的摩擦热而逐渐塑化，加料和塑化同时 进行。
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2、注射充模 柱塞或移动螺杆将塑化均匀的熔体推向料筒前端，
经过喷嘴及模具浇注系统注入并充满模具型腔。 3、保压
与挤出机螺杆的区别：长径比小，压缩比小，均 化段短，加料段长，螺杆头尖。
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(5)喷嘴 联结料筒和模具的桥梁。 作用：注射时引导塑料从料筒进入模具，并具有
一定射程。 喷嘴的内径一般是自进口逐渐向出口收敛，以便
与模具紧密接触，由于喷嘴的内径不大，当塑料 通过时，流速增大，剪切速度增加，能使物料进 一步塑化。
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2.锁模系统 塑料注射压力：40～200MPa 塑料注射速度：极快 作用：注射模具不至于受到熔料高速冲击而分
开，避免模具分型面离缝，造成制品溢边现象。 锁模机构应保证：启闭灵活、准确、迅速而安
全，避免运转中产生强烈振动；闭合时应先快后 慢，开启时应先慢后快再慢；模板移动距离、移 动速度可调。
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(以 PS为准) ； ✓ 要求:规定的时间内能提供足够量的塑化均匀的物
料。
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5.合模力
✓ 定义： 注射机合模装置对模具 所能施加的最大夹紧力
✓ 作用： 克服注射时模具型腔所 受到的胀模力
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6.合模装置的基本尺寸 ① 模板尺寸 ② 拉杆间距 ③ 模板最大开距 ④ 动模板行程 ⑤ 模具厚度
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第四节 塑料注射成型工艺过程
作用：在塑料的成型加工过程中，赋予塑料 以形状，给予强度和性能，完成成型设备所不 能完成的工作，使它成为有用的型材或制品。
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第二节 注射成型原理
注射成型过程（每一周期）： 定量加料→熔化塑料→注射充模→冷却固化→脱模
注射机完成的任务： 物料升温、熔化，在压力下流动 闭模，将熔料注入模腔，冷却固化定型 开模，顶出制品 注射成型的关键过程： 塑化； 充模； 冷却
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二、注射充模过程
塑化良好的塑料熔体在柱塞或螺杆的推动下，由 料筒前端经喷嘴和模具浇注系统流入型腔而获得型 样的过程。
1、流动阻力
料筒
喷嘴
熔体的外摩擦 + 熔体内部摩擦
浇注系统
型腔
同时还需要对熔体进行压实，所以需要很高的 注射压力。
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2.流动情况 不论何种注射机，塑料进入型腔内的流动情况可分 为四个阶段：充模、保压、倒流和冻结后的冷却阶 段。
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1.（额定）注射量
定义：机器在对空注射条件下，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（即额定注射量）。
QL
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D2S
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注射量的表示方法
✓ 表示法一（质量法——克数）： 以PS为标准，用注射出熔料的质量表示。 例：500g注射机表示该机一次可成型500g的PS制 品；如果注射其他塑料则应按密度进行换算。 Wmax WPSmax PS
第六章 塑料注射成型
J 6.1 注射机的结构 J 6.2 注射成型原理 J 6.3 注射成型机的主要技术参数
J 6.4 塑料注射成型工艺过程 J 6.5 注射成型工艺条件的选择
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学习目标
❖ 1.掌握注射成型机的基本结构 ❖ 2.掌握注射成型工艺过程和基本工艺条件。 ❖ 3.了解塑料注射成型设备的主要技术参数。
制品形状复杂或壁厚不均，导致冷却速度不一，产 生应力集中；
注射压力、注射速度高，熔体流变行为复杂，制品 各部分的结晶与取向不同，制品质量不均。
制品的后处理:热处理；调湿处理；整修
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第五节 注射成型工艺条件的选择
注射成型工艺的核心问题是要得到塑化良好的塑 料熔体，并把它注射到模具中去，在控制条件下冷 却定型，使制品达到合乎要求的质量。
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一、塑化过程
塑料在料筒内加热达到流动状态并具有良好的可 塑性的全过程。
塑化取决于
受热情况
受到的剪切作用
温度—是塑料形变、熔融、塑化的必要条件 剪切作用—强化了混合和塑化
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对塑料塑化的要求： 塑料在进入模腔之前要充分塑化，即要达到规定 的温度； 熔体各点温度尽量均匀一致 ； 热分解物的含量应尽可能少。 这些要求与塑料的特性、工艺条件的控制以及注 塑机塑化装置的结构密切相关。 移动螺杆式注射机料筒内物料的熔融是一个非稳 态的间歇式过程。
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（2）料筒 加热和加压的容器，类似挤出机的料筒。能耐
压、耐热、耐疲劳、抗腐蚀、传热性能好。 内壁光滑呈流线型，减小注射时的阻力。 料筒的容积： 柱塞式—最大注射量的6～8倍 移动螺杆式—最大注射量的2～3倍
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（3）柱塞和分流梭 仅限于柱塞式注射机，柱塞式注射机料筒内是重
要部件。 柱塞作用：将注射油缸的压力传给塑料并使熔料
3.液压系统 保证注射机实现塑化、注射、固化成型各个工艺过
程的预定要求和动作程序准确而又有效地进行工作 而设置的动力和控制系统。
主要有电动机、油泵、管道、各类阀件和其它液压 元件以及电器控制箱等。
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4.注塑模具 模具：是利用本身特定形状，使塑料（或聚
合物）成型为具有一定形状和尺寸的制品的工 具。
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角式注射机的合模装 置和注射装置的运动轴 线互成垂直排列，其优 缺点介于立式和卧式之 间，适用于加工中心部 分不允许留有浇口痕迹 的平面制品。
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3.按注射机传动方式分类 机械式注射机 液压式注射机 机械—液压式注射机
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二、注射机的基本结构
加料装置（料斗） 料筒（塑化室） 注射系统 移动螺杆 （柱塞及分流梭） 锁模系统 喷嘴 移动螺杆式注射机 液压系统
消失，这时模腔内的压力要高于浇道内的压力，尚 未冻结的塑料熔体就会从模腔倒流入浇道并导致模 腔内压力迅速下降。
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（4）冻结后的冷却阶段 外部作用的压力已经消失，模腔内仍可能保持一
定的压力，但随着模内塑料进一步冷却，温度和压 力逐渐下降。
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第三节 塑料注射机的主要技术参数
①注射量:质量法和体积法 ②注射压力：注意注射压力与加工物料相对应 ③注射速度、注射速率和注射时间 ④塑化能力 ⑤合模力（锁模力） ⑥合模装置的基本尺寸
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选择料筒温度时从以下几方面考虑：
热敏性塑料
必须考虑塑料从Tf(m) — Td温度差，比Tf(m) 稍高 就可以。
分子量及其分布
分子量大的， T筒 高，但应＜Td； 分子量分布宽的， T筒 低。 制品尺寸
注射模具
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1.注射系统 系统包括：加料装置、料筒、螺杆（或柱塞
及分流梭）及喷嘴等部分。 作用：使塑料受热、均匀塑化直到黏流态，并
且以一定的压力和速度注射入模具型腔，经保压 补塑而成型。
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（1）加料装置 倒圆锥或锥形，容量可供1～2小时的用料。
有的配有计量装置、加热或干燥装置、自动上 料装置等。
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（1）充模阶段 塑料熔体开始快速注入模腔，模具内压力上升至
时间t1时，型腔被充满，模腔内压达到最大值。
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（2）保压阶段 塑料熔体会因受到冷却而发生收缩，柱塞或螺
杆需保持对塑料的压力，使模腔中的塑料进一步得 到压实，同时料筒内的熔体会向模腔中继续流入以 补足因塑料冷却收缩而留出的空隙。
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（3）倒流阶段 柱塞和螺杆开始后退，作用在模腔的压力随之
温度（料筒、喷嘴、模具） 注射速度 影响塑化和充模的工艺条件 注射压力 锁模力 时间（注射、保压、冷却）
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一、温度 1、料筒温度
料筒温度选定的原则：保证塑料塑化良好，能顺 利充模，不至于引起塑料的降解。
一般 Tf(m) ＜ T筒 ＜Td T↑，↓，塑化时间↓，充模顺利，注射速度也快， 注射周期可以缩短，生产效率提高。一般T筒尽可能 高些。 但温度太高，物料容易产生热降解。
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双阶柱塞式注射机 相当于两个柱塞式注射装置串联而成，物料先在 第一个预塑化料筒内传热、熔融塑化，再进入第二 个注射料筒内，然后熔体在柱塞压力下经喷嘴注入 模腔内。
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螺杆预塑化柱塞式注射机 在原柱塞式注射机上装上一台仅作预塑化用的单 螺杆挤出供料装置，塑料通过单螺杆挤出机预塑化 后，经单向阀进入注射料筒，再由柱塞注射。
✓ 表示法二（容积法）： 用注射出熔料的体积(cm3)表示。
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2、注射压力 ✓ 定义：注射时，螺杆或柱塞端面作用于熔料单位面
积上的力，其单位为MPa 。 ✓ 最高注射压力（额定注射压力）：注射机能达到的
最大压力。 ✓ 实际注射压力均小于所用注射机的最高注射压力。
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3.注射速度、注射速率和注射时间 注射速度：指注射时螺杆或柱塞移动速度； 注射速率：指单位时间内熔料从喷嘴射出的理论
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三、塑料注射成型
主要是热塑性塑料的注射。 注射成型是使热塑性塑料先在加热的机筒中均匀塑 化，而后由柱塞或移动螺杆推挤到闭合模具的型腔中 成型的一种方法。
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四、工艺特点
1.间歇操作、周期短、生产效率高； 2.可以成型复杂、尺寸精确的制品； 3.生产过程自动化程度高； 4.适应性强
除PTFE外的所有热塑性塑料，可用于热固性 塑料，占塑料成型的30%。
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2、按注射机外形特征分类 卧式注射机的合模装
置与注射装置的运动轴 线成一线水平排列，模 具沿水平方向启闭。
卧式注射机 14
立式注射机合模装置与注 射装置的运动轴线呈一线并 垂直排列，模具沿垂直方向 启闭。具有占地面积小，模 具拆装方便，但制品顶出后 不易自动脱落，不易实现全 自动操作，且机身高，加料、 维修不方便。