第八章 注射成型

第八章注射成型第一頁，共四十六頁，2022年，8月28日二、橡膠注射成型

橡膠注壓：以條狀或塊粒狀的混煉膠加入注壓機，壓注入模后須停留在模具中一段時間，進(jìn)行硫化反應(yīng)（模具是加熱的）模型硫化，無須冷卻固化，這樣得到最終產(chǎn)品。橡膠注射成型類似于橡膠制品的模型硫化，只是壓力傳遞方式不一樣（壓力大，速度快），比模壓生產(chǎn)能力大，勞動強度低，易自動化，是橡膠加工的方向。橡膠注壓成型機第二頁，共四十六頁，2022年，8月28日三、塑料注射成型主要是熱塑性塑料的注射粒狀熱塑性塑料注射機料筒加熱熔融塑化在柱塞或螺桿快速而連續(xù)的壓力下料筒前段的噴嘴以高壓、高速入模冷卻固化開模制品注塑機基本操作程序注射成型用于熱塑性塑料的成型加工最多，本章主要討論熱塑性塑料注射成型原理及工藝。第三頁，共四十六頁，2022年，8月28日四、工藝特點1、間歇操作、周期短、生產(chǎn)效率高；2、可以成型形狀復(fù)雜、尺寸準(zhǔn)確的制品；太大的制品不行。3、生產(chǎn)過程自動化程度高；4、適應(yīng)性較強除PTFE外的所有熱塑性塑料，可用于熱固性塑料，占塑料成型的30％。制品可從簡單復(fù)雜▲▲第四頁，共四十六頁，2022年，8月28日第一節(jié)注射機的結(jié)構(gòu)一、注射機的形式（分類）1、按結(jié)構(gòu)特點分類柱塞式注射機圖8-1雙階柱塞式注射機圖8-2移動螺桿式注射機圖8-3螺桿預(yù)塑化柱塞式注射機圖8-4▲▲▲▲第五頁，共四十六頁，2022年，8月28日2、按注射機外形特征分類立式注射機小型柱塞式臥式注射機較大的移動螺桿式角式注射機3、按注射機的加工方式分類液壓注射機大型機械加壓注射機小型（手動、氣動加壓）注塑機型式▲▲▲▲▲第六頁，共四十六頁，2022年，8月28日二、注射機的容量注射機的大?。ㄉa(chǎn)能力）：注射機一次最大注射量（g）（以PS為標(biāo)準(zhǔn)）。例：500g注射機表示該機一次可成型500g的PS制品；如果注射其它塑料則應(yīng)按密度進(jìn)行表示。Wmas：最大注射量；WPSmas：PS最大注射量；PS：PS密度。ρ制品的總重量（包括流道）應(yīng)為該塑料Wmas的80％。Wmas=WPSmas·ρρPS第七頁，共四十六頁，2022年，8月28日三、注射機的基本結(jié)構(gòu)移動螺桿式注射機（柱塞）注射系統(tǒng)鎖模系統(tǒng)液壓系統(tǒng)注射模具加料裝置（料斗）料筒（塑化室）移動螺桿（柱塞及分流梭）噴嘴第八頁，共四十六頁，2022年，8月28日1、注射系統(tǒng)主要部分加料裝置（料斗）有計量裝置、干燥裝置（同擠出機）。料筒（塑化室）內(nèi)壁光滑呈流線型，減小注射時的阻力。柱塞及分流梭圖8-6僅限于柱塞式注射機。分流梭位于接近噴嘴的料筒的中心位置。分流梭的作用：料流變薄，加快傳熱塑化；分流，流速增大，集中流向噴嘴▲▲▲▲▲第九頁，共四十六頁，2022年，8月28日螺桿注射螺桿的作用：加料、塑化、傳遞注射壓力。注射螺桿的運動：旋轉(zhuǎn)＋水平運動。與擠出機螺桿的區(qū)別：壓縮段短。噴嘴圖8-8噴嘴的作用：料筒與注射模具的橋梁。噴嘴的結(jié)構(gòu)形式：通用式通用塑料延伸式高粘度塑料彈簧針閥式低粘度塑料▲▲▲▲▲第十頁，共四十六頁，2022年，8月28日2、鎖模系統(tǒng)塑料注射壓力：400－1300kg/cm2，甚至2000kg/cm2。塑料注射速度：極快。鎖模系統(tǒng)的作用：注射模具不至于受到物料高速沖擊而分開，避免模具分型面離縫，造成制品溢邊現(xiàn)象。鎖模系統(tǒng)模式：機械（曲臂）＋液壓（大中型）全液壓（小型）全機械（小型）圖8-9▲▲▲第十一頁，共四十六頁，2022年，8月28日3、液壓傳動與電器控制系統(tǒng)4、注射模具定模動模主流道分流道澆口冷料井模腔澆注系統(tǒng)成型部件附屬結(jié)構(gòu)第十二頁，共四十六頁，2022年，8月28日第二節(jié)注射成型原理注射成型過程（每一周期）定量加料熔化塑料施壓注射充模冷卻啟模取件注射機所完成的任務(wù)是：物料升溫，熔化，在壓力下流動；閉模，將熔料注入模腔，冷卻固化定型；開模，頂出制品。注射成型的關(guān)鍵過程：塑化；流動；冷卻?！谑?，共四十六頁，2022年，8月28日一、塑化過程塑料在料筒內(nèi)加熱達(dá)到流動狀態(tài)并具有良好的可塑性的全過程。塑化取決于受熱情況受到的剪切作用溫度是塑料形變、熔融、塑化的必要條件剪切作用強化了混合和塑化第十四頁，共四十六頁，2022年，8月28日對塑料塑化的要求：塑料熔體進(jìn)入模腔之前要充分塑化；即達(dá)到規(guī)定的成型溫度。塑化料各處的溫度要均勻一致。熱分解物的含量達(dá)最小值。這個要求與塑料特性、工藝條件的控制及注射機的塑化結(jié)構(gòu)相關(guān)。移動螺桿式注射機的塑化同擠出機。▲▲▲第十五頁，共四十六頁，2022年，8月28日1、熱均勻性（加熱效果）塑料的導(dǎo)熱性差，而柱塞式注射機的柱塞沒有混合作用，對熱傳遞不利。結(jié)果：近料筒壁溫度高，中心溫度低，溫度分布不均勻。熱均勻性：E值高，有利于塑料的塑化。亦即塑化好，E值就高。E=T－ToTw－To實際升高的溫度可最大升高的溫度第十六頁，共四十六頁，2022年，8月28日影響E值的因素：1）獲得摩擦熱T有可能大于Tw，這時E>1，而實際上柱塞式注射機不可能有這種情況。2）受熱時間受熱時間長，E大。3）熱擴散速率大，E也大。T＝Vp·tcm＝cpVp－料筒中存料量m－每次注射量

tc－注射周期－導(dǎo)熱系數(shù)cp－塑料比熱－密度第十七頁，共四十六頁，2022年，8月28日4）塑料層的厚度，或料筒與塑料間的溫度差小，則E。5）溫度分布E＝0.8以上，制品質(zhì)量可以接受的水平。第十八頁，共四十六頁，2022年，8月28日柱塞式注射機的擴散效果不如螺桿式，因為料層厚度較大，無摩擦，所以加熱效率低。解決方法：在料筒前放置分流梭。分流梭作用：減少料層厚度；產(chǎn)生剪切，加強熱擴散；增大傳熱面積。（分流梭也加熱）▲▲▲第十九頁，共四十六頁，2022年，8月28日在有分流梭的情況下，加熱效率E與熱擴散速率、料層厚度和接觸時間t有一定的關(guān)系：分流梭可提供熱量：E=ft2f函數(shù)關(guān)系分流梭不提供熱量，塑料單從料筒吸熱，相當(dāng)于料層厚度增加一倍：E=ft2(2)實際情況介于上述兩種情況之間：n：分流梭對塑料提供熱量的效用系數(shù)，1n2。E=ft（5-n2）2▲▲▲第二十頁，共四十六頁，2022年，8月28日2、塑化量單位時間內(nèi)注射機熔化塑料的重量，Q。Q的三種表達(dá)方式：1）每一注射周期tc的注射量m2）每一加熱時間t中的原料量Vp3）用料筒與塑料的接觸面積A和塑料的受熱體積Vp來表示Q=3.6mtQ=225VptQ=KA2VpK為常數(shù)可見，加熱面積A，Q，故安置分流梭。第二十一頁，共四十六頁，2022年，8月28日二、流動和冷卻將具有流動性的熔體注入模具開始，經(jīng)型腔住滿，熔體冷卻固化，到脫模為止。1、流動阻力料筒噴嘴澆注系統(tǒng)型腔熔體的外摩擦＋熔體內(nèi)部摩擦同時，對熔體還要壓實，所以需要很高的注射壓力。移動螺桿式注射機注射時的阻力<柱塞式注射機第二十二頁，共四十六頁，2022年，8月28日2、流動情況無論何種注射機，塑料進(jìn)入模腔內(nèi)的流動情況可分為四個階段：充模、壓實、倒流和澆口凍結(jié)后的冷卻。Po－模塑最大壓力；Ps－澆口凍結(jié)時的壓力；Pr－脫模時殘余壓力。第二十三頁，共四十六頁，2022年，8月28日第三節(jié)注射成型工藝注射成型工藝流程：

注射成型粒狀熱塑性塑料干燥和預(yù)熱加料塑化移動螺桿式注射機料筒清洗嵌件的預(yù)熱加料塑化注射充模柱塞式凝封退柱塞或螺桿冷卻固化脫模后處理注射制品第二十四頁，共四十六頁，2022年，8月28日一、成型前的準(zhǔn)備1、原料預(yù)熱和干燥去水份，避免氣泡，尤其對在高溫下易水解的樹脂。2、模具清理更換原料時尤為重要。3、脫模劑的使用用硅油脫模劑。4、嵌件制品的安裝與預(yù)熱注意冷熱均勻。第二十五頁，共四十六頁，2022年，8月28日二、注射成型1、加料塑化塑料粒子加入到料筒中，通過加熱逐漸變變成熔體（柱塞式），或沿螺桿槽向前移動，通過料筒外的加熱及螺桿轉(zhuǎn)動時塑料產(chǎn)生的摩擦熱逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)槿垠w。2、充模注塞或移動螺桿把塑化均勻的熔體推向料筒前端，經(jīng)過噴嘴及模具澆注系統(tǒng)注入并充滿模具的型腔。第二十六頁，共四十六頁，2022年，8月28日3、保壓充滿之后，注塞或移動螺桿仍保持施加狀態(tài)，使噴嘴的熔體不斷充實型腔，以確保不缺料。另可使大分子進(jìn)一步松弛（因有滯后）。4、凝封在澆注系統(tǒng)里的熔體（體積比制品小的多）先行冷卻硬化，模腔內(nèi)還未冷卻固化的熔體就不會向噴嘴方向倒流，這一現(xiàn)象叫凝封。凝封則保壓結(jié)束，可退螺桿和柱塞。同時下一周期的加料塑化開始。第二十七頁，共四十六頁，2022年，8月28日5、脫模

注塑件脫模保壓結(jié)速，同時對模具內(nèi)制品進(jìn)行冷卻、固化。一般冷卻到塑料的玻璃態(tài)或結(jié)晶態(tài)，則進(jìn)行脫模，取出制品。三、制品的后處理注塑件修飾制品形狀復(fù)雜，壁厚不均，冷卻速度不一，有應(yīng)力集中；注射壓力、速度高，熔體流變行為復(fù)雜，制品各部分的結(jié)晶與取向不同，制品質(zhì)量不均。制品后處理：熱處理（退火）；調(diào)濕處理；整修?！诙隧?，共四十六頁，2022年，8月28日第四節(jié)注射成型工藝條件的選擇注射成型的關(guān)鍵塑料塑化良好充模成型順利影響塑化和充模的工藝條件溫度（料溫、模溫）注射壓力鎖模力注射速度時間（注射、保壓、冷卻）第二十九頁，共四十六頁，2022年，8月28日一、溫度1、料溫包括料筒加熱和噴嘴加熱溫度。料筒溫度選定的原則：保證塑料塑化良好，能順利充模，不至于引起塑料的降解。一般Tf（m）<T筒<Td。T，，塑化時間，充模順利，注射速度也大，注射周期可以縮短，生產(chǎn)效率提高。一般T筒盡可能高些。但是，T太高，物料容易熱降解。η第三十頁，共四十六頁，2022年，8月28日選擇T筒時從以下幾方面考慮：熱敏性塑料必須考慮塑料的Tf（m）－Td的差。分子量及其分布M大的，T筒高，但應(yīng)<Td；分布寬的，T筒低。制品尺寸對同種塑料，制品尺寸小，冷卻快，可選高T筒。薄壁制品，熔體入模阻力大，應(yīng)選高T筒。不同設(shè)備移動螺桿式的T筒<柱塞式的T筒?！谌豁摚菜氖摚?022年，8月28日噴嘴溫度：注射時高速通過噴嘴，有摩擦，會升溫。為了防止流涎：溫度分布比最高稍低最高較高低噴嘴料筒前部中部后部溫度第三十二頁，共四十六頁，2022年，8月28日第三十三頁，共四十六頁，2022年，8月28日2、模溫模具溫度的高低影響充模后冷卻的快慢，進(jìn)而影響生產(chǎn)周期及制品性能。模溫得選擇塑料品總制品使用性能要求制品的形狀尺寸其它成型工藝條件生產(chǎn)成本有關(guān)第三十四頁，共四十六頁，2022年，8月28日冷卻速度的快慢取決于料溫與模溫的差異。模具溫度是由冷卻介質(zhì)溫度（Tc）控制的：Tc﹤塑料的Tg驟冷Tc塑料的Tg中速冷Tc﹥塑料的Tg緩冷≈第三十五頁，共四十六頁，2022年，8月28日例：1）結(jié)晶型塑料溫度降到Tm以下即結(jié)晶。故結(jié)晶速度受冷卻速率的控制。模溫影響制品的結(jié)晶度和結(jié)晶形態(tài)。模溫高，冷卻速度小，結(jié)晶速率大，有利結(jié)晶。中等模溫，冷卻速率適中，分子的結(jié)晶和取向也適中。模溫低，冷卻速率大，不利于結(jié)晶，制品的結(jié)晶度下降?！谌摚菜氖?，2022年，8月28日2)無定型塑料無定型塑料注射充模后無相轉(zhuǎn)變，故模溫高低主要影響充模時間長短，較低的模溫，冷卻快，生產(chǎn)效率提高。但也應(yīng)考慮物料在模具中的熔融粘度，熔融粘度低的如PS等采用偏低的模溫。對熔融較高的無定型塑料，如聚苯醚（PPO）、聚碳酸酯（PC）、聚砜（PSF）應(yīng)采用較高的模溫。第三十七頁，共四十六頁，2022年，8月28日另外要考慮的問題：冷卻時間：要使制件的溫度冷到模溫，所需時間很長。所以制品溫度稍高于模溫即可脫模，以提高生產(chǎn)率。避免過早凝封：模溫越低，塑料的凝封時間和冷卻速度加快，有利于提高生產(chǎn)效率，但過低的模溫使?jié)部谶^早凝封，會發(fā)生缺料和充模不完全。應(yīng)考慮模溫對結(jié)晶、取向、內(nèi)應(yīng)力和物理機械性能的影響▲▲▲第三十八頁，共四十六頁，2022年，8月28日二、壓力和速度1、注射壓力注射壓力的作用：推動熔體前進(jìn)；克服澆注系統(tǒng)的阻力，使熔體充模；保壓，補塑。注射壓力，充模速度，充模順利，制品密度，性能，但內(nèi)應(yīng)力。▲▲▲第三十九頁，共四十六頁，2022年，8月28日壓力的選擇：尺寸大，形狀復(fù)雜，薄壁制品，模具流動阻力大高壓；Tg高，熔體粘度高高壓；料溫較低高壓。注：用高壓，應(yīng)作退火處理，以消除殘余應(yīng)力?！谒氖?，共四十六頁，2022年，8月28日注射壓力與料溫是相互制約的，料溫高時，注射壓力減小。以料溫和注射壓力為坐標(biāo)，繪制的成型面積圖能正確反應(yīng)注射成型的適宜條件。第四十一頁，共四十六頁，2022年，8月28日2、注射速度注射速度與注射壓力是相輔