第二篇 注射成型工艺及模具第四章 注射成型工艺一、热塑性塑料的工艺性能二、 注射机的基本结构及规格三、 注射成型原理及其工艺过程四、 注射成型工艺条件的选择与控制五、几种常用塑料的注射成型特点重点掌握什么是注射成型工艺？注射成型生产中，运用一定的技术方法，将塑料原料 、注射设备和注射所用的模具联系起来形成生产能力，这 种方法就叫做注射成型工艺。第一节 热塑性塑料的工艺性能一、塑料的成型收缩 塑料的收缩性：指塑料制件从模具中取出发生尺寸收缩的特性。 塑料的成型收缩：与塑料本身的热胀冷缩性质、模具结构及成型工艺 条件等因素有关的塑料制件的收缩统称为成型收缩。成型收缩的大小：可用塑料制件的实际收缩率S实表 示，即（4-1）式中 a成型温度时制件尺寸； b常温时制件的尺寸 成型温度时的制件尺寸无法测量，故常采用常温时的型 腔尺寸取代，有(4-2)式中 c常温时型腔尺寸；S计塑料制件的计算收缩率。收缩率选择的原则： 收缩率范围较小的塑料品种，可按收缩率的范围取 中间值，此值称平均缩率。收缩率范围较大的塑料品种，应根据制件的形状， 特别是根据制品的壁厚来确定收缩率，壁厚取上限(大值) ，壁薄取下限(小值)。当S计为已知时，可用S计来计算型腔尺寸，即c=b(1+S计) (4-3)收缩率15乘以比 值07，内径取大 值16，外径取小 值14，以留有试 模后修正的余地（对 高精度塑件或对某种 塑料的收缩率缺乏准 确数据时，常用这种 留有修模余量的设计 方法）。制件各部分尺寸的收缩率不尽相同，应根据实际情 况加以选择。图41塑件的材料为尼龙1010，壁厚4mm，查表4 2得，高度方向的收缩小于水平方向的收缩，其百分比 为70，收缩率范围为1416，高度方向取平 均收缩量很大的塑料，可利用现有的或者材料供应部 门提供的计算收缩率的图表来确定收缩率。也可收集一些 包括该塑料实际收缩率及相应的成型工艺条件等数据，然 后用比较法进行估算。必要时应设计、制造一副试验模具 ，实测在类似的成型条件下塑料的收缩率。 二、塑料的流动性 塑料的流动性：比较塑料成型加工难易的一项指标，与黏度一样，依 赖于成型条件、聚合物的性质。衡量塑料流动性的指标：聚合物的相对分子质量、熔融指数、阿基米德螺旋 线长度、表观黏度以及流动比(流程长度/制品壁厚)。相 对分子质量小、熔融指数高、螺旋线长度长、表观黏度 小、流动比大则流动性好。 常用热塑性塑料的流动性分为三类。流动性好的，有尼龙、聚乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯、 醋酸纤维素。流动性一般的，有ABS、有机玻璃、聚甲醛、聚氯醚。 流动性差的，有聚碳酸酯、硬聚氯乙烯、聚苯醚、聚砜 、氟塑料。塑料的流动性随成型工艺条件的改变而变化，熔体成 型温度高则流动性好，注射压力大流动性好。模具结构也 影响流动性的大小。成型时还可通过控制温度、模温、注 射压力及注射速率等因素来调节注射成型过程以满足对制 件质量的要求。三、塑料的结晶性结晶形塑料须加热至熔点温度 以上才能达到软化状态。结晶熔解 需要热量，结晶形塑料达到成型温 度要比无定形塑料达到成型温度需 要更多的热量。制件在模内冷却时，结晶形塑料要比无定形塑料放 出更多的热量，因此结晶形塑料在冷却时需要较长的冷却 时间。结晶形塑料固态的密度与熔融时的密度相差较大， 结晶形塑料的成型收缩率大，达到0.5一3.0;无定形塑 料的成型收缩率一般为0.4一0.6。结晶形塑料的结晶度与冷却速度密切相关，在结晶 形塑料成型时应按要求控制好模具温度。结晶形塑料各向异性显著，内应力大。脱模后制品 内未结晶的分子有继续结晶的倾向，易使制品变形和翘曲 。热敏性：指某些塑料对热较为敏感，在高温下受热时 间较长或浇口截面过小、剪切作用大时，料温增高易发生 变色、降解的倾向。包括：热敏性、水敏性、应力敏感性、吸湿性、粒度 以及塑料的各种热性能指标。四、塑料的其他工艺性能水敏性：指有的塑料(如聚碳酸酯等)即便含有少量水 分，在高温和高压下也容易分解。应力敏感性：指有的塑料对应力敏感，成型时质脆易 裂。对应力敏感的塑 料，除在原料内加人添加剂提高抗 裂性外，还应合理设计制件和模具，选择有利的成型条件 ，以减少内应力。粒度：指塑料粒料的细度和均匀度。根据技术要求， 各种塑料应有一定的技术指标。热性能指标：塑料的比热容、热导率、热变形温度等 。比热容高的塑料熔融时需要更多的热量，热变形温度高 的塑料冷却时间可缩短，热导率低的塑料必须注意充分冷 却。第二节 注射机的基本结构及规格注射机为塑料注射成型所用的主要设备。注射成型时注射模具安装在注射机的动模板和定模板 上，由锁模装置合模并锁紧，塑料在料筒内加热呈熔融状 态，由注射装置将塑料熔体注入型腔内，塑料制品固化冷 却后由锁模装置开模，并由推出装置将制件推出。 注塑机分以下几部分：1注射装置主要作用：使固态的塑料颗粒均匀地塑化呈熔融状态 ，并以足够的压力和速度将塑料熔体注入到闭合的型腔中 。组成：料斗、料筒、加热器、计量装置、螺杆 (柱塞 式注射机为柱塞和分流梭)及驱动装置、喷嘴等部件。2锁模装置作用：实现模具的开闭动作，在成型时提供足够 的夹紧力使模具锁紧，开模时推出模内制件。锁紧装置类型：机械式，液压式或者液压机械联合作 用方式。推出机构类型：机械式和液压式推出。液压式推出有 单点推出、多点推出。3液压传动和电器控制作用：保证注射成型按照预定的工艺要求(压力、速度 、时间、温度)和动作程序准确进行。液压传动系统是注 射机的动力系统；电器控制系统则是控制各个动力液压缸 完成开启、闭合和注射、推出等动作的系统。一、注射机分类按外形特征可分为如下三类。 1.立式注射机 特点：注射装置和定模板设置在设备上部，而锁模装 置、动模板、推出机构均设置在设备的下部。优点：占地面积小，模具装拆方便，安装嵌件和活动 型芯简便可靠；缺点：不容易自动操作，只适用于小注射 量的场合，一般注射量为1060g。2.卧式注射机特点：注射装置和定模板在设备一侧，而锁模装置、 动模板、推出机构均设置在另一侧。这是注射机最普通、 最主要的形式。 优点：机体较矮，容易操作加料，制件推出后能自动 落下，便于实现自动化操作；缺点：设备占地面积大，模 具安装比较麻烦。3.直角式注射机特点：注射装置为立式布置，锁模、顶出机构以及动 模板、定模板按卧式排列，两者互为直角，适用于中心 部分不允许留有浇口痕迹的塑件。缺点：加料较困难， 嵌件或活动型芯安放不便，只适用于小注射量的场合， 注射量一般为2045g。 按塑料在料筒中的塑化方式分为两类。 1.柱塞式注射机工作原理： 示意图44 。柱塞是直径约为20 100mm的金属圆杆，在料 筒内仅作往复运动，将熔融 塑料注人模具。分流梭是装 在料筒靠前端的中心部分， 形如鱼雷的金属部件，其作 用是将料筒内流经该处的塑 料分成薄层，使塑料分流， 以加快热传递。同时塑料熔 体分流后，在分流梭表面 流速增加，剪切速率加大，剪切发热使料温升高、黏度 下降，塑料得到进一步混合和塑化。适用场合：塑料的导热性差，若料筒内塑料层过 厚，塑料外层熔融塑化时，它的内层尚未塑化，若 要等到内层熔融塑化，则外层就会因受热时间过长 而分解。因此，柱塞式注射机的注射量不宜过大， 一般为3060g，且不宜用来成型流动性差、热敏性 强的塑料制件。2螺杆式注射机 工作原理：示意图4- 5。螺杆的作用是送料 、压实、塑化与传压。 当螺杆在料筒内旋转时 ，将料斗中的塑料卷入 ，并逐步将其压实、排 气、塑化，不断地将塑 料熔体推向料筒前端， 积存在料筒前部与喷嘴 之间，螺杆本身受到熔 体的压力而缓缓后退。 当积存螺杆式注射机中螺杆既可旋转又可前后移动，因而能 够胜任塑料的塑化、混合和注射工作。的熔体达到预定的注射量时 ，螺杆停止转动，并在液压 油缸的驱动下向前移动，将 熔体注入模具。国际上趋于用注射容量锁模力来表示注射机的主 要特征。这里所指的注射容量是指注射压力为100MPa时 的理论注射容量。我国习惯上采用注射量来表示注射机的规格，如XS- ZY500，表示注射机在无模具对空注射时的最大注射容量 不低于500cm3的螺杆式(Y)塑料(S)注射(Z)成型(X)机。我 国制定的注射机国家标准草案规定可以采用注射容量表示 法和注射容量锁模力表示法来表示注射机的型号。注射机的主要技术参数包括注射、合模、综合性能等 三个方面，如公称注射量、螺杆直径及有效长度、注射行 程、注射压力、注射速度、塑化能力、合模力、开模力、 开模合模速度、开模行程、模板尺寸、推出行程、推出力 、空循环时间、机器的功率、体积和质量等。注射机的规格：二、注射机规格及主要技术参数第三节 注射成型原理及其工艺过程基本原理：利用塑料的可挤压性和可模塑性，将 松散的粒料或粉状成型物料从注射机的料斗送人高温 的机筒内加热熔融塑化，使之成为黏流态熔体，在柱 塞或螺杆的高压推动下，以很大的流速通过机筒前端 的喷嘴注射进入温度较低的闭合模具中，经过一段保 压冷却定型时间后，开启模具便可从模腔中脱出具有 一定形状和尺寸的塑料制件。注射成型原理 图4-6 。一、生产前的准备工作 l.原料预处理(1)分析检验成型物料的质量 根据注射成型对物料的工艺特性要求，检验物料的含 水量、外观色泽、颗粒情况、有无杂质并测试其热稳定性 、流动性和收缩率等指标。如果检测中出现问题，应及时 解决。对于粉状物料，在注射成型前，经常还需要将其配 制成粒料，因此其检验工作应放在配料后进行-生产工艺 过程图4 7。作用：往塑料成型物料中添加一种称为色料或着色剂 的物质，借助这种物质改变塑料原有的颜色或赋予塑料特 殊光学性能。(2)着色着色剂按其在塑料中的分散能力分为：染料和颜料两 大类。染料：具有着色力强、色彩鲜艳和色谱齐全的特点， 但由于对热、光和化学药品的稳定性比较差，在塑料中 较少应用；当塑料成型温度不高又希望制品透明时，可 采用耐热性较好的蒽醌类和偶氮类染料。颜料：主要着色剂。按化学组成又分成无机和有机颜 料。无机颜料：对热、光和化学药品的稳定性都比较高 ，且价格低廉，但色泽都不十分鲜艳，只能用于不透明 塑料制件的着色。有机颜料：着色特性介于染料和无机颜料之间，对热 、光和化学药品的稳定性一般不及无机颜料，但所着色制 件色彩较鲜艳，用这种颜料的低浓度着色可得到彩色的半 透明制件。粉状或粒状热塑性塑料着色的工艺实现方法：直接法 和间接法两种。对于吸湿性或粘水性不强的成型物料，如果包装贮存 较好，也可不必预热干燥。目的：为了除去物料中过多的水分及挥发物，防止 成型后制品出现气泡和银纹等缺陷，同时也可以避免注 射时发生水降解。(3)预热干燥 预热干燥成型物料的方法：在空气循环干燥箱中进 行。多品种、小批量物料，也可采用循环热风、红外线 及远红外线等较为简单的设备预热干燥。大批量物料可 采用抽湿干燥机或采用负压沸腾干燥法。高温下易氧化 变色的塑料(如聚酰胺等)，可采用真空干燥法。采用料 斗干燥新工艺(图4-8)，使干燥设备与注射机相连，简化生 产工序，可防止吸湿性塑料再次吸湿。2.清洗料筒生产中如遇下列情况均 应对注射机的料筒进行清洗 ：改变塑料品种、更换物料 、调换颜色，或发现成型过 程中出现了热分解或降解反 应。清洗方法：柱塞式机筒存料量大，须将机筒拆卸清 洗。螺杆式机筒，可采用对空注射法清洗。最近研制 成功了一种机筒清洗剂，是一种粒状无色高分子热弹性材 料，100时具有橡胶特性，但不熔融或粘结，将它通过 机筒，可以像软塞一样把机筒内的残料带出，这种清洗剂 主要适用于成型温度在180280内的各种塑性塑料以 及中小型注射机。采用对空注射清洗螺杆式机筒时，应注意下列事项。 欲换料的成型温度高于机筒内残料的成型温度时， 应将机筒和喷嘴温度升高到欲换料的最低成型温度，然后 加入欲换