31第3章注射成型工藝及模設(shè)計2學(xué)時

項目二分析塑件結(jié)構(gòu)工藝第三章知識目標(biāo)：1.理解塑料件尺寸公差國家標(biāo)準(zhǔn)的使用方法。2.掌握塑料結(jié)構(gòu)設(shè)計原則3.理解塑料件局部結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)則。技能目標(biāo)1.根據(jù)塑料件的要求能夠確定其精度并標(biāo)注公差。2.能夠塑料件結(jié)構(gòu)的工藝3.能夠初步優(yōu)化塑料件的結(jié)構(gòu)項目引入

要想把塑料件加工成滿足需要的塑料件，首先要選用合適的塑料原材料，同時還必須考慮塑料件的結(jié)構(gòu)工藝性。良好的塑料件結(jié)構(gòu)工藝性是獲得合格塑料件的基礎(chǔ)，也是保證成型工藝順利進(jìn)行，提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本，是成型加工達(dá)到經(jīng)濟(jì)合理的基本保證。案例試分析圖1-1塑料件結(jié)構(gòu)工藝性是否合理，并對不合理的地方進(jìn)行修改。第3章塑料成型工藝及塑料制件的結(jié)構(gòu)工藝性目的與要求：1、了解注射模的工作過程；了解典型注射模類型與結(jié)構(gòu)組成，具有讀懂不同類型注射模具結(jié)構(gòu)圖的能力。2、掌握注射成型的工藝條件的選擇和工藝條件對塑料制件質(zhì)量的影響；掌握注射機(jī)有關(guān)工藝參數(shù)的校核重點:1、塑料注射模注射成型的工藝條件與各種影響因素的關(guān)系2、典型注射模具的結(jié)構(gòu)組成及其不同類型的注射模具結(jié)構(gòu)特點3、注射機(jī)有關(guān)工藝參數(shù)的校核

在注射生產(chǎn)中，塑料原料、注射設(shè)備和注射所用的模具是三個必不可少的物質(zhì)條件（注射成型的三要素）使這三者聯(lián)系起來形成生產(chǎn)能力，必須運用一定的技術(shù)方法，這種方法就叫注射成型工藝。

合格的塑件在先進(jìn)的工藝指導(dǎo)下，采用合理的模具、高效的設(shè)備、正確的塑料原材料就會得到高質(zhì)量的塑料制品.3.1注射成型原理及工藝特性3.1.1注射成型原理及成型特點

注射成形是熱塑性塑料制件的的主要成形方法，幾乎所有的熱塑性塑料都可用此方法成形，近年來，熱固性塑料注射成型的應(yīng)用也在逐漸增加。注射模又稱注塑模。它能一次成形形狀復(fù)雜、尺寸精確、帶有金屬和非金屬的塑件。注射成型原理

1）成型周期短，生產(chǎn)效率高；2）可以成型形狀復(fù)雜，尺寸要求高及帶各種嵌件的塑件；3）生產(chǎn)過程可實現(xiàn)自動化；注射成型的特點注射成型的特點4）適應(yīng)性廣，除氟塑料以外，幾乎所有熱塑性塑料都可以用注射成形的方法成形，一些流動性好的熱固性塑料也可以用注射方法成形。缺點：所用的注射設(shè)備價格較高，注射模具的結(jié)構(gòu)復(fù)雜、生產(chǎn)成本高，不適合單件小批量塑件的生產(chǎn)。3.1.2注射成型工藝生產(chǎn)前的準(zhǔn)備、注射工藝、后期處理3.1.2.1生產(chǎn)前的準(zhǔn)備工作原料預(yù)處理、清洗料筒、預(yù)熱嵌件、選擇脫模劑

生產(chǎn)前的準(zhǔn)備工作1）原料預(yù)處理a

分析檢驗成型物料的質(zhì)量根據(jù)注射成型對物料的工藝特性要求，檢驗物料的含水量、外觀色澤、顆粒情況、有無雜質(zhì)并測試其熱穩(wěn)定性、流動性和收縮率等指標(biāo)。如果檢測中出現(xiàn)問題，應(yīng)及時解決。

塑料著色就是往塑料成型物料中添加一種稱為色料或著色劑的物質(zhì)，借助這種物質(zhì)改變塑料原有的顏色或賦予塑料特殊光學(xué)性能的技術(shù)。b著色著色劑分兩大類：

染料：著色力強(qiáng)、色彩鮮艷、色譜齊全，但對于熱、光和化學(xué)藥品的穩(wěn)定性比較差，在塑料中較少應(yīng)用；

顏料：是塑料的主要著色劑，按化學(xué)成分可分為無機(jī)顏料和有機(jī)顏料。著色方法分兩種：

直接法：是將細(xì)粉狀的著色劑與本色塑料簡單摻混后直接用于成型。

間接法：不直接用著色劑而用稱為”色母料”的高顏料濃度的粒子與本色塑料粒子按比例稱量后放入混合機(jī)，經(jīng)充分?jǐn)嚢杌旌虾蠓懦鏊屯尚驮O(shè)備(料斗)使用。

對于吸濕性或粘水性強(qiáng)的成型物料(聚酰胺等)，應(yīng)根據(jù)注射成型工藝允許的含水量要求進(jìn)行適當(dāng)?shù)念A(yù)熱干燥．

c預(yù)熱干燥

生產(chǎn)中如需要改變塑料品種，更換物料，調(diào)換顏色，或發(fā)現(xiàn)成型過程中出現(xiàn)了熱分解或降解反應(yīng)，均應(yīng)對注射機(jī)的料筒進(jìn)行清洗。2）清洗料筒

3）預(yù)熱嵌件對于有嵌件的塑料制件，由于金屬與塑料兩者的收縮率不同，嵌件周圍的塑料容易出現(xiàn)收縮應(yīng)力和裂紋．為了預(yù)防這種現(xiàn)象發(fā)生，成型前可對嵌件預(yù)熱，減小它在成型時與塑料熔體的溫差，避免可抑制嵌件周圍的塑料發(fā)生收縮應(yīng)力和裂紋。嵌件是否預(yù)熱，視塑件性質(zhì)和嵌件的種類及大小而定。

目的是為了除去物料中過多的水分及揮發(fā)物，以防止成型后制品出現(xiàn)氣泡和銀絲等缺陷，同時也可以避免注射時發(fā)生水降解。

a、對于分子鏈剛性大的塑料(如聚苯乙烯，聚苯醚，聚碳酸酯和聚砜等)，一般均需預(yù)熱嵌件，這是因為它們本身就很容易產(chǎn)生應(yīng)力開裂。b、分子鏈柔性大的塑料，且嵌件較小時，可以不預(yù)熱，小嵌件容易在模內(nèi)加熱．預(yù)熱嵌件的溫度一般取110～130℃，對于鋁，銅有色金屬嵌件一般取150℃。4）選擇脫模劑

注射成型生產(chǎn)中，有時需要對模腔進(jìn)行清理或施加脫模劑，兩者的目的都是為了使成型后的制件容易從模內(nèi)脫出。

常用的脫模劑：硬酯酸鋅——多用于高溫模具；液體石蠟(白油)——多用于中低溫模具；硅油。對于含有橡膠的軟制品或透明制品不宜采用脫模劑，否則將影響制品的透明度。3.1.2.2注射過程

完整的注射成型工藝過程可以分為：加料、塑化、注射充模、保壓、倒流、冷卻和脫模等幾個階段。

（1）加料將粒狀或粉狀的塑料加入注射機(jī)料斗，由柱塞或螺桿帶入料筒進(jìn)行加熱。

（2）塑化計量塑料在料筒中進(jìn)行加熱，使其由固體顆粒轉(zhuǎn)變成熔融狀態(tài)并具有良好的可塑性。目的是為了在充模過程中具有良好的流動性。

計量所謂計量是指能夠保證注射機(jī)通過柱塞或螺桿，將塑化好的熔體定溫，定壓，定量地輸出(即注射出)機(jī)筒所進(jìn)行的準(zhǔn)備動作，這些動作均需注射機(jī)控制柱塞或螺桿在塑化過程中完成。

(3)注射充模

塑化好的熔體被柱塞或螺桿推擠至料筒前端，經(jīng)過噴嘴、模具澆注系統(tǒng)進(jìn)入并充滿型腔的過程稱為注射充模．注射充模又可細(xì)分為流動充模，保壓補(bǔ)縮和倒流三個階段。

流動充模流動充模指注射機(jī)將塑化好的熔體注射進(jìn)入模腔的過程．很顯然，熔體在注射過程中會遭到一系列的流動阻力，這些阻力一部分來自機(jī)筒、噴嘴、模具澆注系統(tǒng)和模腔表壁對熔體的外摩擦，另一部分則來自熔體自身內(nèi)部產(chǎn)生的黏性內(nèi)摩擦。為了克服阻力，注射機(jī)必須通過螺桿或柱塞向熔體施加很大的注射壓力。

（4）保壓補(bǔ)縮在模具中熔體冷卻收縮時，柱塞或螺桿迫使料筒中的熔料不斷補(bǔ)充到模具中，從而成形出形狀完整、質(zhì)地致密的塑件。。（5）倒流（5）倒流保壓結(jié)束后，柱塞或螺桿后退，型腔中壓力解除后，模腔壓力大于流道壓力這時型腔中的熔料壓力將比澆口前方的高，如果澆口尚未凍結(jié)，型腔中的熔料就會通過澆口流向澆注系統(tǒng)，這一過程稱為倒流。倒流使塑件產(chǎn)生收縮、變形及質(zhì)地疏松，使制品內(nèi)部產(chǎn)生真空泡或表面出現(xiàn)凹陷等缺陷。如果保壓結(jié)束時澆口已經(jīng)凍結(jié)，那就不會存在倒流現(xiàn)象。(6)澆口凍結(jié)后的冷卻定型塑件在模內(nèi)的冷卻過程是指從澆口處的塑料熔體完全凍結(jié)時起到塑件將從模腔內(nèi)推出為止的全部過程。實際上冷卻過程從塑料注入型腔起就開始了，它包括從充模完成、保壓開始到脫模前的這一段時間。（7）脫模塑件脫模后就可開模，在推出機(jī)構(gòu)的作用下，將塑料制件推出模外。

完整的注射過程：加料、塑化、充模、保壓、倒流、冷卻、脫模

原則上講，制件從模具中脫出后，注射成型過程即告結(jié)束．但是，由于成型過程中塑料熔體在溫度和壓力作用下的變形行為非常復(fù)雜，再加上流動前塑化不均以及充模后冷卻速度不同，制件內(nèi)經(jīng)常出現(xiàn)不均勻的結(jié)晶，取向和收縮，導(dǎo)致制件內(nèi)產(chǎn)生相應(yīng)的結(jié)晶，取向和收縮應(yīng)力，3.1.2.3制件的后處理脫模后除引起時效變形外，還會使制件的力學(xué)性能，光學(xué)性能及表觀質(zhì)量變壞，嚴(yán)重時還會開裂．為了解決這些問題，可對制件進(jìn)行一些適當(dāng)?shù)暮筇幚恚Ｓ玫暮筇幚矸椒ㄓ型嘶鸷驼{(diào)濕兩種。3.1.3注射成型工藝的工藝參數(shù)

影響注射成型質(zhì)量的因素很多，主要是塑料原材料、注射機(jī)和模具結(jié)構(gòu)。但當(dāng)這三個因素確定之后，注射成型工藝條件的選擇與控制，便是決定成型質(zhì)量的主要因素。

一般來講，注射成型具有三大工藝條件：

指成形時的溫度、壓力以及作用時間。注射成形過程需控制的溫度有料筒溫度、噴嘴溫度和模具溫度

1）料筒溫度料筒溫度是決定塑料塑化質(zhì)量的主要依據(jù)。料筒溫度低，塑化不充分；料筒溫度過高，塑料可能會發(fā)生分解。料筒溫度要大于塑料的流動溫度(熔點)，小于塑料的分解溫度。料筒溫度的影響：

溫度①料筒溫度太高時：a、塑料易分解產(chǎn)生低分子化合物，分解成氣體，以至塑料表面變色，產(chǎn)生氣泡、銀絲及斑紋，導(dǎo)致性能下降。b、料溫高，模腔中塑料內(nèi)外冷卻不一致，易產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力和凹痕。C、熔料的溫度高，流動性好，易溢料、溢邊等。

②料筒溫度太低時：

a料溫低，流動性差，易產(chǎn)生熔接痕、成型不足、波紋等缺陷。b塑化不均，易產(chǎn)生冷塊或僵塊等。c料溫低，塑料冷卻時，易產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，塑件易變形或開裂等。2）噴嘴溫度噴嘴溫度一般略低于料筒最高溫度。

噴嘴溫度的影響：①噴嘴溫度高塑料易發(fā)生分解反應(yīng)等。②噴嘴溫度太低：噴嘴易堵塞，易產(chǎn)生冷塊或僵塊等。

3）模具溫度模具溫度指和制件接觸的模腔表壁溫度，它直接影響熔體的充模流動行為，制件的冷卻速度和成型后的制件性能等。

(1)查表的方法：各種塑料適用的模具溫度

(2)按照原則選擇或控制模具溫度的方法

a、為了保證制件具有較高的形狀和尺寸精度，避免制件脫模時，被頂穿或脫模后發(fā)生較大的翹曲變形，模溫必須低于塑料的熱變形溫度。

b、對于厚制件，因充模和冷卻時間較長，若模溫過低，很容易使制件內(nèi)部產(chǎn)生真空泡和較大的應(yīng)力，所以不宜采用較低的模具溫度。

c、為了縮短成型周期，確定模具溫度時可采用兩種方法．一種方法把模具溫度取得盡可能低，以加快冷卻速度縮短冷卻時間．另一種方法則使模溫保持比熱變形溫度稍低的狀太，以求在比較高的溫度下將制品脫模，而后由其自然冷卻，這樣做也可以縮短制品在模內(nèi)的冷卻時間。成型壓力

注射成型時需要選擇與控制的壓力包括注射壓力、保壓力和背壓力。其中，注射壓力又與注射速度相輔相成，對塑料熔體的流動和充模具有決定性作用；保壓力和保壓時間密切相關(guān)，主要影響模腔壓力以及最終的成型質(zhì)量；背壓力的大小影響物料的塑化過程、塑化效果和塑化能力，并與螺桿轉(zhuǎn)速有關(guān)。

(1)注射壓力注射壓力指螺桿(或柱塞)軸向移動時，其頭部對塑料熔體施加的壓力。注射壓力在注射成型過程中主要用來克服熔體在整個注射成型系統(tǒng)中的流動阻力，同時還對熔體起一定程度的壓實作用。

注射壓力的大小與塑料品種、制件的復(fù)雜程度、制件的壁厚，噴嘴的結(jié)構(gòu)形式、模具澆口的尺寸以及注射機(jī)類型等許多因素有關(guān)，通常取40～200MPa，部分塑料的注射壓力參見表。注射壓力的影響：a、太高時：塑料在高壓下，強(qiáng)迫冷凝，易產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，有利于提高塑料的流動性，易產(chǎn)生溢料，溢邊，對模腔殘余壓力大，塑料溢粘模，脫模困難，塑件變形，但不產(chǎn)生氣泡等；

b、太低時：塑料的流動性下降，成型不足，‘產(chǎn)生熔接痕，不利于氣體從熔料中溢出，易產(chǎn)生氣泡，冷卻中補(bǔ)縮差，產(chǎn)生凹痕和波紋等。

(2)注射速度注射速度與注射壓力密切相關(guān)、相輔相成，其他工藝條件和塑料品種一定時，注射壓力越大，注射速度也就越快。注射速度與注射壓力一樣，應(yīng)選擇得合理適當(dāng)，既不宜過高，也不宜過低(過低時制件表層冷卻快，對繼續(xù)充模不利，容易造成制品缺料、分層和明顯的熔接痕等缺陷)。

成型周期注射成型周期指完成一次注射成型工藝過程所需要的時間.它包含著注射成型過程中所有的時間，直接關(guān)系到生產(chǎn)效率的高低。注射成型周期包括：注射時間、閉模冷卻時間（模腔內(nèi)制品的冷卻時間(包括柱塞或螺桿后退的時間)）、其它操作時間（包括開模、制品脫模、噴涂脫模劑、安放嵌件和閉模時間等）。

1）注射時間注射時間指注射活塞在注射油缸內(nèi)開始向前運動至保壓補(bǔ)縮結(jié)束(活塞后退)為止所經(jīng)歷的全部時間，它的長短與塑料的流動性能、制品的幾何形狀和尺寸大小、模具澆注系統(tǒng)的形式、成型所用的注射方式和其他一些工藝條件等許多因素有關(guān)。注射時間由流動充模時間和保壓時間兩部分組成，對于普通制件，注射時間大致為5～130s，特厚制件可長達(dá)10～15min，其中主要花費在保壓方面，而流動充模時間所占比例很小，如普通制件的流動充模時間約為2～lOs。

2）閉模冷卻時間閉模冷卻時間指注射結(jié)束到開啟模具這一階段所經(jīng)歷的時間。它的長短受注進(jìn)模腔的熔體溫度、模具溫度、脫模溫度和制件厚度等因素的影響，對于一般制件約取30～120s。確定閉模冷卻時間終點的原則為制件脫模時應(yīng)具有一定剛度，不得因溫度過高發(fā)生翹曲和變形。在保證此原則的條件下，冷卻時間應(yīng)盡量取短一些，