注塑成型工藝注射模新技術的應用

第十二章注射模新技術應用熱固性塑料注射成型重點掌握注塑成型工藝注射模新技術的應用第1頁一、發(fā)展概況

③制件含有變形小、耐高壓、抗老化、耐燃燒等一系列特點。

熱固性塑料優(yōu)點：①含有大量填料，價格低廉，僅為熱塑性塑料1/2～1/3。②制件外觀有熱塑性塑料制件不能相比光澤。④在水潤滑條件下含有較低摩擦因數(shù)(0．0l～0．03)。

注塑成型工藝注射模新技術的應用第2頁國外熱固性塑件加工方法：上世紀60年代前，熱固性塑料制件一直是用壓縮和壓注方法成型，工藝周期長、生產(chǎn)效率低、勞動強度大、模具易損壞、成本較高。60年代后，熱固性塑料注射成型得到快速發(fā)展，壓縮成型工藝在歐、美、日等工業(yè)先進國家已逐步被注射工藝所取代。當前，日本85％以上熱固性塑料制件都是以注射成型方法取得。注塑成型工藝注射模新技術的應用第3頁

我國20世紀70年代開始推廣應用熱固性塑料注射成型工藝，但當前只有3％～4％熱固性塑料制件采取了注射成型方法，主要原因是用于熱固性塑料注射成型原料需要含有特殊工藝性能(流動與固化特殊要求)，在這方面國內(nèi)還存在著一定差距。國內(nèi)熱固性塑料加工方法：

因為熱固性塑料只能一次性加熱變軟而含有流動性，廢品和凝料不能回收再次利用，其原料利用率低。為此，熱固性塑件成型新技術注塑成型工藝注射模新技術的應用第4頁②國外開發(fā)成功了熱固性塑料注壓成型新工藝。注壓成型將注射和壓縮成型二者優(yōu)點結合起來，熔體在不閉模時低壓注射，充模結束時模具完全閉合，型腔中物料在高壓、高溫下固化。①國外自20世紀70年代以來已開始研制應用無流道凝料熱固性塑料注射成型工藝，并已取得了很好成績。當前已經(jīng)有能夠快速固化無流道注射成型專用熱固性塑料原料出售。③20世紀80年代國外又在注壓工藝上深入發(fā)展為無流道注壓成型工藝。1982年美國Durez塑料企業(yè)已取得四項無流道注壓工藝專利。注塑成型工藝注射模新技術的應用第5頁二、工藝關鍵點及模具介紹

熱固性塑料注射成型特點

需采取專門熱固性塑料注射機。成型時將粉狀或粒狀塑料加入注射機料斗內(nèi)，在螺桿推進下進入料筒，料筒外通熱水或熱油進行加熱，加熱溫度在料筒前段為90℃左右，后段為70℃左右。物料經(jīng)過注射機噴嘴孔噴出時，因為猛烈摩擦，料溫可達100～130℃。模具溫度通常保持在160～190℃(視塑料品種不一樣而異)，物料在此溫度下快速固化。注塑成型工藝注射模新技術的應用第6頁注射工藝關鍵點

①注射原料在注射機料筒中應處于黏度最低熔融狀態(tài)。熔融塑料高速流經(jīng)截面很小噴嘴和模具流道時，溫度從70～90℃瞬間提升到130℃左右，到達臨界固化狀態(tài)，這也是物料流動性最正確狀態(tài)轉(zhuǎn)化點，此時注射壓力在118—235MPa之間，注射速度普通為3～4．5m／s。②熱固性塑料中含有40％以上填料，黏度與摩擦阻力較大，注射壓力也應對應增大，注射壓力二分之一要消耗在澆注系統(tǒng)摩擦阻力上。注塑成型工藝注射模新技術的應用第7頁

③原料在固化反應中，產(chǎn)生縮合水和低分子氣體，型腔須有良好排氣結構，不然在注射制件表面會留下氣泡和流痕。經(jīng)典模具結構如圖12—l。

與熱塑性塑料注射模類似，包含澆注系統(tǒng)、凹模、型芯、導向、推出機構等，注射機上采取一樣安裝方法。熱固性塑料注射模溫度通常需要保持160—190℃高溫，模具多采取電加熱法。

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熱固性塑料注射模設計注意點

①因熱固性塑料成型時在料筒內(nèi)沒有加熱到足夠溫度，所以希望使主流道斷面積小一些以增加摩擦熱，因為凝料不能回收，減小主流道在經(jīng)濟上也有好處。

②熱塑性塑料注射模常利用分型面和推桿等配合間隙排氣即可，而熱固性塑料成型時排出氣體多，僅利用配合間隙排氣往往不能滿足要求，在模具上要開設專門排氣槽。

③因為熔融溫度比固化溫度低，在一定成型條件下熔料流動性很好，能夠流入細小縫隙中成為毛邊，所以要提升模具分型面合模后接觸精度，防止采取推件板式結構，盡可能少用鑲拼成型零件。注塑成型工藝注射模新技術的應用第9頁

④注射工藝要求模具溫度高于注射機料筒溫度，輕易造成制件與型芯之間有較大真空吸力，使制件脫模困難，因而要提升模具推出能力。

⑤因填料沖刷作用，要求模具成型部位含有很好耐磨性及較低表面粗糙度。

⑥注射模在高溫、高壓下工作，應嚴格控制模具零件尺寸精度，尤其是活動型芯、推桿等一類零件。

⑦必要時應能分別控制動模和定模溫度，減小凹模與型芯溫差。為了防止散熱過多，還應在注射模與注射機之間加設石棉墊板等絕熱材料。注塑成型工藝注射模新技術的應用第10頁第二節(jié)無流道成型什么是無流道？

指在澆注系統(tǒng)中無流道凝料。怎樣實現(xiàn)無流道？

在注射模中采取絕熱或加熱方法，使從注射機噴嘴到型腔入口這一段流道中塑料一直保持熔融狀態(tài)，從而在開模時只需取出塑件，而無須清理澆道凝料。

無流道模具是注射成型工藝上一次革命，也是注射模具設計一次革新，這類模具在美國、日本等先進國家應用已很普遍，在注射模具中約占總數(shù)40％以上。我國現(xiàn)在處于研制推廣階段，它是今后注射模具澆注系統(tǒng)一個主要發(fā)展方向。

注塑成型工藝注射模新技術的應用第11頁一、無流道成型優(yōu)缺點和模具設計標準1．無流道成型優(yōu)點①基本可實現(xiàn)無廢料加工，節(jié)約原料。②省去除料把、修整塑件、破碎回收料等工序，因而節(jié)約人力，簡化設備，縮短成型周期，提升了生產(chǎn)率，降低成本。③省去取澆注系統(tǒng)凝料工序，開模取塑件依次循環(huán)連續(xù)進行生產(chǎn)，尤其是針點澆口模具，能夠防止采取三板式模具，防止采取次序分型脫模機構，操作簡化，有利于實現(xiàn)生產(chǎn)過程自動化。

④因為澆注系統(tǒng)熔料在生產(chǎn)過程中一直處于熔融狀態(tài)，澆注系統(tǒng)通暢，壓力損失小，能夠?qū)崿F(xiàn)多點澆口、一模多腔和大型模具低壓注塑；還有利于壓力傳遞，從而克服因補塑不足所造成制作縮孔、凹陷等缺點，改進應力集中產(chǎn)生翹曲變形，提升了塑件質(zhì)量。

⑤因為沒有澆注系統(tǒng)凝料，而縮短了模具開模行程，提升了設備對深腔塑件適應能力。注塑成型工藝注射模新技術的應用第12頁2．無流道成型缺點

①模具設計和維護較難，若沒有高水平模具和維護管理，生產(chǎn)中模具易產(chǎn)生各種故障。

②成型準備時間長，模具費用高，小批量生產(chǎn)時效果不大。

③對制件形狀和使用塑料有標準。④對于多型腔模具，采取無流道成型技術難度較高。3．無流道成型模具設計標準

①原料：

a．適宜加工范圍寬，黏度隨溫度改變而改變很小，在較低溫度下含有很好流動，在高溫下含有優(yōu)良熱穩(wěn)定性。注塑成型工藝注射模新技術的應用第13頁b．對壓力敏感，不加注射壓力時熔料不流動，但施以很低注射壓力即可流動。這一點能夠在內(nèi)澆口加彈簧針形閥(即單向閥)控制熔料在停頓注射時不流延。c．熱變形溫度高，制件在比較高溫度下即可快速固化頂出，以縮短成型周期。②流道和模體必須實施熱隔離，在確保可靠前提下應盡可能降低模具零件與流道接觸面積，隔離方式可視情況選取空氣絕熱和絕熱材料(或熔體本身)絕熱，也可二者兼用

③熱流道板材料最好選取穩(wěn)定性好、膨脹系數(shù)小材料。④合理選取加熱元件，加熱元件要經(jīng)過計算確定，熱流道板加熱功率要足夠。⑤在需要部位配置溫度控制系統(tǒng)，方便依據(jù)工藝要求，監(jiān)測和調(diào)整工作情況，確保熱流道工作在理想狀態(tài)。⑥熱流道模具增加了加熱元件和溫度控制裝置，模具結構復雜，所以發(fā)生故障概率也對應增大，所以在設計時應考慮裝折檢修方便。注塑成型工藝注射模新技術的應用第14頁二、無流道模具分類

按保持流道溫度方式分為：絕熱流道模具和熱流道模具。

絕熱流道模具在生產(chǎn)停機后流道有凝料把，下次開機生產(chǎn)前需要折開模具清理凝料把，所以普通不采取，通常采取無流道模具是熱流道模具。1．熱流道模具分類(1)延伸式和井坑式噴嘴熱流道單型腔模具，屬于延長了注射機噴嘴。圖12-2延伸式噴嘴，型腔形成噴嘴變型實例。

圖12-3井坑式噴嘴，保持注射機原噴嘴長度不變，而使主流道盡可能縮短，在其井底部形成噴嘴，使在注射機噴嘴尖端與澆口之間空間里積滿熔融塑料，熔料外層因為接觸到冷模具，即使冷凝，但中心部位仍保持熔融狀態(tài)，若從注射機噴嘴增加注射壓力，則能夠沖破冷凝層進行注射。注塑成型工藝注射模新技術的應用第15頁井坑式噴嘴設計：

圖12-4在注射機噴嘴和模具入口間裝置主流道杯，因為杯內(nèi)物料層較厚，且被噴嘴和每次經(jīng)過塑料不停地加熱，其中心部分保持其流動狀態(tài)，允許物料經(jīng)過。因為澆口離熱源噴嘴甚遠，這種形式僅適合用于成型周期較短(每分鐘注射3次或3次以上)模具，主流道杯詳細尺寸如圖12-5和表12—l。杯內(nèi)塑料質(zhì)量應為制件質(zhì)量1／2以下。

注塑成型工藝注射模新技術的應用第16頁(2)熱流道熱分流道模具(外加熱)

多腔熱分流道模具共同特點：①在模具內(nèi)設有加熱流道板，主流道和分流道截面多為圓形，其尺寸約Ф5～Ф12mm，均設在熱流道板內(nèi)。②熱流道板用加熱器加熱，保持流道內(nèi)塑料完全處于熔融狀態(tài)。③流道板利用絕熱材料(石棉水泥板等)或空氣間隙層與模具其余部分隔熱，④澆口型式有主流道澆口和針點澆口兩種。主流道型澆口如圖12-6，在澆口部分設計有外加熱線圈加熱。這一點對流動性差塑料很有好處。注意：

即使是熱流道模具，當成型周期過長時，澆口處亦有發(fā)生凍結危險。

處理方法：

①塑料黏度高、流動性差，采取在給料噴嘴內(nèi)部安裝棒狀加熱器(即中心魚雷體)設計，如圖12-7。

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魚雷體尖端呈針形，延伸到澆口中心處，即使加工周期長和流動性差問題，也得到處理。圓錐形噴嘴頭部與型腔之間留有0．5mm絕熱層為塑料所充滿，加熱器尖端從噴嘴前端伸出，深入澆口中部離型腔約0．5mm。

圖12-8為該處局部放大圖。安裝在魚雷體中心是體積很小(Ф6．25～Ф9．42mm)、功率較大(150～600W)棒式加熱器。注塑成型工藝注射模新技術的應用第18頁②彈簧閥式澆口，如圖12-9和圖12-10。這種結構熱流道模具對塑料熔體黏度低能夠防止熔體流涎。在注射過程中澆口處針形閥不停開啟，能降低澆口處凍結，同時還能夠準確控制補塑時間。這種針形閥式澆口能夠在高溫高壓下快速封閉澆口，能降低塑件內(nèi)應力，降低內(nèi)應力開裂和翹曲變形，增加塑件尺寸穩(wěn)定性。各種塑料適用熱流道澆注系統(tǒng)參考表12-20注塑成型工藝注射模新技術的應用第19頁2．熱流道板設計

(1)熱流道板加熱功率計算

注塑成型工藝注射模新技術的應用第20頁圖12—11為帶有四個噴嘴熱流道板加熱器配置情況。其熱流道板加熱功率可按下式進行計算(12-1)式中P——所需電功率，kW；θ——熱流道板所需溫度，℃；設溫度基點為0℃；m——熱流道板質(zhì)量，kg；t——升溫時間(從0℃上升到θ℃)，h；η——效率，伴隨加熱器與熱流道板密貼程度和絕熱情況而改變，普通取0．2—0．3。注塑成型工藝注射模新技術的應用第21頁(2)熱流道板質(zhì)量設計

為了降低加熱器熱容量，在強度允許范圍內(nèi)應盡可能降低熱流道尺寸，從而減輕熱流道板質(zhì)量。(3)筒式加熱器裝配

①加熱器越長越易彎曲，所以不得不增加裝配間隙。為了取得更高熱效率，裝配孔與加熱器徑向間隙最好在0．2mm以下。②為了便于更換，加熱器安裝孔應該是通孔，因鉆頭加工孔壁較粗糙，其傳熱效率低，所以應該再用鉸刀加工后使用。

③為取出燒壞加熱器而擴大裝配孔，不但增大了徑向間隙，而且會縮短新更換加熱器使用壽命。④因為碳鋼傳熱系數(shù)較低，鋼制熱流道板用筒式加熱器功率密度最好限定在20W／cm2以下。注塑成型工藝注射模新技術的應用第22頁⑤加熱器裝在運動著模板上時，應牢牢地夾固引出線。⑥應去除加熱器安裝孔內(nèi)油污，這么熱傳導才完全不受妨礙。

⑦應注意出售加熱器容量有±10％誤差。為了取得熱平衡，必須使用實測熱容量相同加熱器。(4)使熱流道板溫度均勻一致

必須把加熱器配置得能均勻加熱各流道，確保熱流道板溫度均勻一致，不然即使塑料滯留時間比在注射機料筒內(nèi)短，局部高溫也會使塑料發(fā)生分解。詳細方法：

熱流道板和加熱器孔最好與流道軸線對稱，加熱器孔不要過于靠近流道，加熱器數(shù)量多些為好。對于熱流穩(wěn)定性差且黏度高塑料，設計熱流道板時，必須注意預防產(chǎn)生局部過熱現(xiàn)象。注塑成型工藝注射模新技術的應用第23頁(5)溫度控制

測量溫度熱電偶安裝位置非常主要，測量點盡可能設在較深部位，普通設在距加熱器和流道二者都靠近位置上，不要設在壓圈和防泄漏環(huán)附近，以及靠近熱流道外側(cè)等有熱損失部分。(6)熱流道板絕熱和安裝絕熱：

必須充分考慮注射機模板與模具座板、模具座板與熱流道板、熱流道板與成型模板之間絕熱問題。

注射機模板與模具座板之間隔熱普通用6～10mm厚石棉板，而模具座板與熱流道板、熱流道板與成型模板之間大多數(shù)留有3～8mm空氣層間隙隔熱。通常兩平板之間熱對流在3mm氣隙中大致為零，但熱輻射依然存在，為提升絕熱效果應預防熱輻射。安裝：

①緊固螺釘，但數(shù)目應盡可能少，且熱流道板與成型模板接觸面積也應在強度允許情況下盡可能縮小，使用材料最好采取導熱系數(shù)低不銹鋼，當然必須充分復核其抗壓強度。

注塑成型工藝注射模新技術的應用第24頁②使熱流道板與成型模板保持同心，在主流道另一側(cè)應設置同心圓盤，使之在承受注射壓力情況下，熱流道板與成型模板依然保持同心。③各噴嘴應設有對應澆口套，或者裝設能承受作用于噴嘴塑料成型壓力承壓零件。假如這些承壓零件位置及接觸狀態(tài)不均衡，則將使流道板變形，造成熔料泄漏，所以必須絕對預防熱流道板變形。

(7)熱流道板流道內(nèi)不允許滯留熔料不論哪一個斷面形狀流道都必須一直保持熔料暢流無阻，不然滯留熔料將發(fā)生過熱分解，造成塑料褪色或形成黑色條紋。處理方法：

①絕對防止流道斷面發(fā)生急劇改變。不論流道怎樣長，都必須從一端進