1注射模综述与新技术一，前言 模具行业是制造业的重要组成部分，具有广阔的市场前景。目前全世界的模具年产值在 650 亿美元左右，我国的模具年产值为 40 亿美元左右，据估计到 2005年我国模具产值将达到 460 亿人民币。目前我国一般模具的 30%，中高档模具的一半以上还依赖进口（其中注塑模占有很大的比例）。由此可见，模具（特别是注塑模具）制造业的落后在某种程度上已经成为阻滞我国制造业发展的瓶颈所在。开发和引进先进制造技术是改变我国注塑模具制造业相对落后和市场需求快速增长的重要途径。先进制造技术是制造业不断吸收信息技术和现代管理技术的成果，并将其应用于产品的设计、加工、检测、管理、销售、使用、服务乃至回收的制造全过程，以实现优质、高效、低耗、清洁、灵活生产，提高对动态多变的市场的适应能力和竞争力的制造技术的总称。先进制造业正在急剧地改变着传统制造业的产品结构和生产模式，注塑模具制造业也不例外。随着塑料产品应用的日益广泛和塑料成型工艺的飞速发展，人们对塑料制品的要求也越来越高。近几年来，塑料成型战线上的科技工作者，对如何扩大注射成型的应用范围，缩短成型周期，减少成型缺陷，提高塑料塑件成型质量，降低生产成本等方面进行了深入的探讨，研究与实践，取得了可喜的成绩，模具的新技术和注射成型的新工艺层出不穷。这里介绍目前应用越来越广泛的热固性塑料注射成型，气体辅助注射成型，低发泡注射成型，共注射成型和精密注射成型的内容。二，注射模综述注塑模具由动模和定模两部分组成，动模安装在注塑成型机的移动模板上，定模安装在注塑机的固定模板上。在注塑成型时动模和定模闭合构成浇注系统和型腔。开模时动模与定模分离以便取出塑料制品。图 1-1 所示为典型的单分型面注塑模具结构，根据模具中各个部件所起的作用，一般可将注塑模具分为以下几个基本组成部分。21定位圈；2主流道衬套；3定模座板；4定模板；5动模板；6动模板；7动模底座；8推出固定板；9推板；10拉料杆；11推杆；12导柱；13型芯（凸模）；14凹模；15冷却水通道成型部件：成型部件由型芯和凹模组成。型芯形成制品的内表面形状，凹模形成制品的外表面形状。合模后型芯和凹模便构成了模具的型腔，该模具型腔由件 13和件 14 组成。按工艺和制造要求，有时型芯或凹模由若干拼块组成，有时做成整体，仅在易损坏、难加工的部件采用镶件。浇注系统：浇注系统又称为流道系统，它是将塑料熔体由注塑机喷嘴引向型腔的一组进料通道，通常由主流道、分流道、浇口和冷料穴组成。浇注系统的设计十分重要，它直接关系到塑件的成型质量和生产效率。导向部件：为了确保动模与定模合模时能准确对接，在模具中必须设置导向部件。在注塑模中通常采用四组导柱与导套来组成导向部件，有时还需在动模和定模上分别设置互相吻合的内、外锥面来辅助定位（第 6.3 节中会详细讲解）。为了避免在制品推出过程中推板发生歪斜现象，一般在模具的推出机构中还设有使推板保持水平运动的导向部件，如导柱和导套。推出机构：在开模过程中，需要有推出机构将塑件及其在流道内的凝料推出或拉出。如图 1-1 所示，推出机构由推杆 11 和推出固定板 8、推板 9 及主流道的拉料杆 10 组成。推出固定板和推板夹持住推杆。在推板中一般还固定有复位杆，复位杆在动模和定模合模时使推出机构复位。调温系统：为了满足注塑工艺对模具温度的要求，需要有调温系统对模具的温度进行调节。对于热塑性塑料用注塑模，主要是设计冷却系统使模具冷却。模具冷却的常用办法是在模具内开设冷却通道，利用循环流动的冷却水带走模具的热量；模具的加热除可用冷却水通道引入热水或蒸汽外，还可在模具内部和周围安装电加热元件。排气槽：排气槽用以将成型过程中的气体充分排除。常用的方法是在分型面处开设排气沟槽。由于分型面之间存在有微小的间隔，对于较小的塑件，因排气量不大，可直接利用分型面排气，不必开设排气沟槽，一些模具的推杆或型芯与模具的配合间隙均可起排气作用，有时可不必另外开设排气沟槽。侧抽芯机构：有些带有侧凹或侧孔的塑件，在被推出以前必须先进行侧向分型，抽出侧向型芯后方能顺利脱模，此时需要在模具中设置侧抽芯机构。三，热固性塑料注射成型，气体辅助注射成型，低发泡注射成型，共注射成型和精密注射成型1.1 热固性塑料注射成型 热固性塑料主要采用压缩和压注的方法成型，这两种方法工艺操作复杂、成型周期长、生产效率低、劳动强度大、模具易损坏、成型的质量不稳定。注射方法成型热固性塑料的特点：简化操作工艺、缩短成型周期、提高生产效率(520 倍) 、降低劳动强度、提高产品质量、模具使用寿命较长(10 30 万次) 等优点。注射成型用热固性塑料：最常用的是以木粉或纤维素为填料的酚醛塑料，此外，还有氨基塑料、不饱和聚酯和环氧树脂等。 3热固性、热塑性塑料注射成型差异；热塑性注射成型塑件的固化基本上是一个高温液相到低温固相转变的物理过程。热固性注射塑件的固化却必须依赖于高温高压下的化学交联反应。料筒温度:前段为 90左右、后段为 5060。 物料通过注射机喷嘴时，由于剧烈摩擦，料温可达 100左右。模具温度通常保持在 160190，物料在此温度下迅速交联固化。1.1.1 热固性塑料注射成型工艺要点 热固性塑料注射成型成型特点：(1)注射压力和注射速度一般注射压力高达 100170 MPa，注射速度常采用 345 m s。(2)保压压力和保压时间 保压压力和保压时间直接影响到模腔压力以及塑件的补缩和密度的大小。常用的保压压力可比注射压力稍低一些，保压时间也比热塑性塑料注射时略微减少些，通常取 520 s。(3)螺杆的背压与转速螺杆的背压不能太大，否则物料在螺杆中会受到长距离压缩作用，导致熔体过早硬化和注射发生困难，所以背压一般都比注射热塑性塑料时取得小，为 3.45.2 MPa，并且在螺杆起动时可以接近于 0。一般螺杆的转速在 3070 r min 。(4)成型周期 注射时间为 210 s，保压时间需 520 s，硬化定型时间在 15100 s 内选择，成型周期共需 45120 s。（注意：一般按 812 sram 硬化速度进行计算）(5)排气必须要有良好的排气结构，否则会在塑件表面留下气泡和流痕。对厚壁塑件，在注射成型操作时，有时还应采取卸压开模放气的措施。1.1.2 热固性塑料注射模简介热固性塑料注射模基本结构及特点；与热塑性塑料注射模结构基本相同：成型部分、浇注系统、导向机构、推出机构、侧抽机构、加热及排气系统 。模具要考虑加热，塑料在成型前要有足够的烘烤，模具设计时要考虑充分排气，尽量减少拼缝（少用推板），考虑防腐性和耐蚀性。与热塑性塑料注射模结构类似，浇注系统、凹模、型芯、导向机构、推出机构、侧抽芯机构等。 (1)浇注系统设计主流道与冷料穴 主流道直径较小：锥度为 12 ，塑料直接进入高温模具，流动性提升 ，减小不可重复利用的主流道凝料和固化时间，主流道末端设置较大的冷料穴：存贮喷嘴端部已固化的塑料。分流道 平衡式布局，使各型腔同时充满、同时固化 ， 常采用梯形截面或圆形截面浇口 大小适中 ，大浇口：可延长寿命，不利于摩擦生热和浇口去除 ， 小浇口：利于摩擦生热、塑件美观，但浇口易磨损，模具寿命低。(2) 推出机构 避免采用推件板推出机构，同时尽量少用镶拼零件。(减少飞边产生)4(3)型腔位置排布 采用平衡式排布，上面部分吸收热量与下面部分可相差两倍。为了改善这种情况，多型腔布置时应尽量缩短上下型腔之间的距离。（型腔高度要小）1.2 气体辅助注射成型一般的注射成型方法要求塑件的壁厚尽量均匀，否则在壁厚处易产生缩孔、凹陷和变形、开裂等缺陷。 例如：壁厚不均匀问题。对于厚壁塑件，为了防止凹陷产生，需要加强保压补料时间，但是若厚壁的部位离浇口较远，即使过量保压，常常也难以奏效。加强保压力，浇口附近由于保压压力过大，残余应力增大，容易造成塑件翘曲变形或开裂。国外采用了气体辅助注射成型的新工艺，较好地解决了壁厚不均匀的塑件以及中空壳体的注射成型问题。1.2.1 气体辅助注射成型原理气体辅助注射成型的原理较简单，在注射充模过程中，向熔体内注入相对注射压力较低压力的气体，通常为几个到几十个兆帕，利用气体的压力实现保压补缩。气体辅助注射成型的原理（具体）：成型时首先向型腔内注射经准确计量的熔体，然后经特殊的喷嘴在熔体中注入气体(一般为氮气)，气体扩散推动熔体充满型腔。充模结束后，熔体内气体的压力保持不变或者有所升高进行保压补料，冷却后排除塑件内的气体便可脱模。设计要点：在气体辅助注射成型中，熔体的精确定量十分重要！若注入熔体过多，则会造成壁厚不均匀；若注入熔体过少，气体会冲破熔体使成型无法进行。1.2.2 气体辅助注射成型的分类及工艺过程气体辅助注射成型只要在现有的注射机上增加一套供气装置即可实现。气体辅助注射成型可分为标准成型法、熔体回流法和活动型芯法四种。1标准成型法(1)气体从注射机喷嘴注入的标准成型法 (2) 气体从模具型腔内注入的标准成型法 气体从模具型腔内注入的标准成型法。其工艺过程与上面介绍的气体从注射机喷嘴注入法完全类似，只是气体的引入点不同。标准成型法的特点以定量塑料熔体充填入模腔内，而并不是充满模腔，所需塑料熔体的量要通过实验确定。2熔体回流成型法该方法气体辅助注射成型的特点：是首先塑料熔体充满模腔，与标准成型法所不同是气体注入时，多余的熔体流回注射机的料筒。3活动型芯退出法原理：熔体充满型腔并保压； 进气；活动型芯从型腔中退出；升高气体的压力，实现保压补缩；排气使塑件脱模。1.2.3 气体辅助注射成型的特点1优点(1) 成型壁厚不均匀塑料制件及复杂三维中空塑件。(2)气体从浇口至流动末端形成连续的气流通道，无压力损失，能够实现低压注射成型。能获得低残余应力的塑件，塑件翘曲变形小，尺寸稳定。(3)由于气流的辅助充模作用，提高了塑件的成型性能，有助于成型薄壁塑件，减轻了塑件的重量。(4)由于注射成型压力较低，可在锁模力较小的注射机上成型尺寸较大的塑件。52缺点(1)需要增设供气装置和充气喷嘴，提高了设备的成本。(2)采用气体辅助注射成型技术时，对注射机的精度和控制系统有一定的要求。(3)在塑件注入气体与未注入气体的表面会产生不同的光泽。1.3 低发泡注射成型低发泡塑料:发泡率在 5 倍以下、密度在 0.21.0 g cm3 的塑料，也称合成木材。低发泡注射成型: 在某些塑料中加入一定量的发泡剂，通过注射成型获得内部低发泡、表面不发泡的塑料制件的工艺方法。低发泡注射成型塑件的特点:（1）内部无应力、外部表面平整、不易发生凹陷和翘曲，表 皮较硬，具有一定刚度和强度；（2）内部柔韧，具有一定弹性,外观似木材；（3）密度小、重量轻，比普通注射成型塑件减轻 1550。（4）适合于低发泡注射成型的塑料有聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚酰胺、聚碳酸酯和 ABS 等。1.3.1 低发泡注射成型方法低发泡注射成型方法主要有低压法和高压法两种。1低压法低压法又称不完全注入法，模具型腔压力很低，通常为 27 MPa。低压法的特点（过程）：是将体积小于模腔容积的塑料熔体(模腔容积的 7585)注射入模腔后，在发泡剂的作用下使熔体膨胀后充满型腔成型为塑件。低压法的设备：在普通注射机上安装一个阀式自锁喷嘴或液控自锁喷嘴，便能进行低压成型注射，也有专门生产的大型低压发泡注射机。 2高压法高压法又称完全注入法，其模具压力比低压法要高，为 715 MPa。高压法的特点（过程）：是用较高的注射压力将含有发泡剂的熔料注满容积小于塑件体积的闭合模腔，通过辅助开模动作，使模腔容积扩大到塑件所要求的形状和尺寸。1.3.2 低发泡注射成型的工艺条件1温度温度: 料温和模具温度。1、提高温度（料温和模具温度）：（1）可以增大发泡成型时的气体扩散系数，有利于在塑件内部 形成较多