[工学]4注射成型.ppt

2019/5/8,塑料成型工艺学 注射成型,第四章 注射成型,2019/5/8,塑料成型工艺学 注射成型,可成型几乎所有的热塑性塑料和多种热固性塑料，可用于树脂的直接注射，可复合材料、增强塑料及泡沫塑料的成型，或注射吹塑成型。 成型周期短、生产效率高、能一次成型外形复杂、尺寸精度高、带嵌件的制品、适应性强、制品种类繁多，容易实现自动化。,注射成型的特点,注射成型定义,p274,2019/5/8,塑料成型工艺学 注射成型,4.1注射机结构与作用,加热塑料，使其达到熔化状态 对熔融塑料施加高压，使其充满模具型腔,2019/5/8,塑料成型工艺学 注射成型,4.1.1 注射机的基本结构,注射系统 锁模系统 液压传动 注射模具等,2019/5/8,塑料成型工艺学 注射成型,塑化使塑料受热、均匀塑化到粘流态； 注射以一定速度和压力将熔料注入模具； 保压保压补缩,一、注射系统,作用,2019/5/8,塑料成型工艺学 注射成型,柱塞式注射系统,柱塞式注射系统,2019/5/8,塑料成型工艺学 注射成型,注射系统主要组成,加料装置：锥形漏斗（容12h用料量） 料筒：螺杆式23倍最大注射量；2-3段加热 螺杆，或柱塞与分流梭 喷嘴：,组成：,2019/5/8,塑料成型工艺学 注射成型,（1）注射螺杆,注射螺杆,注射螺杆和挤出螺杆能不能通用？为什么？,主要作用：输送、压实、塑化和传递注射压力,2019/5/8,塑料成型工艺学 注射成型,（2）喷嘴,喷嘴,类别：,主要作用：,2019/5/8,塑料成型工艺学 注射成型,二、锁模系统,锁合模具、启闭模具、固定模具和顶出制件。 锁模结构应保证足够的锁模力，模具启闭灵活、准确、迅速而安全。在闭模时，模板运行速度先快后慢，开模时先慢后快再慢。 锁模力注射压力制品面积大小P280,导柱（拉杆）,固定模板,移动模板,调模装置,顶出装置,2019/5/8,塑料成型工艺学 注射成型,常用的启闭模具和锁模机构： 机械式、液压式、液压机械组合式 顶出装置： 机械式、 液压式,2019/5/8,塑料成型工艺学 注射成型,三、注塑模具,模具,浇注系统,成型零件,结构零件,主流道,冷料穴,分流道,浇 口,动 模,定 模,型 腔,型 芯,成型杆,排气口,2019/5/8,塑料成型工艺学 注射成型,型腔,动模,定模,浇注系统,2019/5/8,塑料成型工艺学 注射成型,4.1.2注塑机的工作过程,工作循环周期,2019/5/8,塑料成型工艺学 注射成型,工作过程P282,P281,2019/5/8,塑料成型工艺学 注射成型,4.2 注射过程原理,2019/5/8,塑料成型工艺学 注射成型,4.2.1 塑化过程,1、塑化定义： 2、对塑料塑化的要求:,一、物料在料筒内的塑化,3、实施塑化方式：受外加热与剪切作用.,2019/5/8,塑料成型工艺学 注射成型,1、热均匀性,*加热效率E表征熔体热均匀性,*E高，对塑化有利，料筒中物料温度分布均匀性趋好P284 。,熔体温度均一性,2019/5/8,塑料成型工艺学 注射成型,2、塑化能力,定义：P285 影响塑化能力的因素：,2019/5/8,塑料成型工艺学 注射成型,螺杆强化了料筒内物料的塑化过程,螺杆对塑化的强化作用 _与螺杆转速有关 _与背压有关,2019/5/8,塑料成型工艺学 注射成型,3、料温分布,1 螺杆 剪切强,2螺杆 剪切平缓,3柱塞 靠料筒料,4柱塞 靠中心料,2019/5/8,塑料成型工艺学 注射成型,课堂练习,简述挤出成型和注射成型的塑化过程主要区别是什么？二者所用的螺杆有何异同？,2019/5/8,塑料成型工艺学 注射成型,熔体流动历程： 料筒 喷嘴 浇注系统 模腔,4.2.2 注射充模过程,非连续、非等温体系,2019/5/8,塑料成型工艺学 注射成型,一、注射成型周期,充模 保压 倒流 浇口冻结后的冷却,压力、温度、时间关系,2019/5/8,塑料成型工艺学 注射成型,t0 t1 OA段：螺杆前移，开始充模， 螺杆 喷嘴P t1 tB， ,AB段,充模时间 tB模腔充满，模腔P tB t2, BC段,压实流动，螺杆继续 前移，再挤入物料， 模腔Pmax,充模阶段 t0 t2,2019/5/8,塑料成型工艺学 注射成型,CD段：保压时间t2 t3 ， 螺杆保持压力，补缩， T， #倒流阶段 t3 t4 DE段：螺杆回撤，喷嘴P0，模腔P ，倒流，浇口凝封， #冻结后冷却阶段 t4 t5 EF段： 继续冷却，脱模，残余应力,#保压阶段 t2 t3,2019/5/8,塑料成型工艺学 注射成型,二、熔体在喷嘴中的运动,喷嘴孔直径小，熔体注射压力损失较大， 熔体通过时温度上升，且有温度分布。,热稳定差的塑料不宜采用细孔喷嘴高速注射充模,2019/5/8,塑料成型工艺学 注射成型,三、熔体在模腔中的充模流动,浇注系统 模腔 （主流道、分流道、浇口）,流速、温度、压力复杂变化,2019/5/8,塑料成型工艺学 注射成型,（1）熔体在浇注系统内流动,冷浇道： T Tf，模壁形成不动壳层，流动阻力，压力损失 ，充模的模腔压力 热浇道： TTf，温度变化与压力损失与经过喷嘴相似。 浇口： 浇口，压力损失 ， ， T ， 焦烧、降解，不稳定流动。 减小浇口截面积，体积流量增大。,2019/5/8,塑料成型工艺学 注射成型,（2）熔体充模流动特点,层流流动 随料流前缘运动特点,图8-20 起始阶段圆弧形 过渡阶段 主阶段直线移动,三阶段,2019/5/8,塑料成型工艺学 注射成型,2019/5/8,塑料成型工艺学 注射成型,（3）熔体遇到障碍物时的充模流动,模腔带型芯或嵌件,如何解决？,熔接缝,2019/5/8,塑料成型工艺学 注射成型,（4）充模流动长度,* 充模过程中凝固壳层的形成 热塑性熔体充模时，伴随冷却降温，为非等温流动过程。熔体与冷模壁接触，形成不动壳层，壳层厚度不断增大，达模腔厚度一半时，熔体停止在模腔中流动。 模腔横截面存在温度梯度，中心最高（Tf），靠模壁最低（ Tg），充模时，熔料可能处于玻璃态、高弹态和粘流态。,获得完整制品,极限流动长度制品长度 熔体充满模腔,2019/5/8,塑料成型工艺学 注射成型,*充模流动长度的影响因素,熔体流变性能、热物理参数、模具冷却效应等影响极限流动长度。 *料筒温度，流动性 ，流动长度。 *模具温度，影响凝固层厚度，对充模流动长度影响不大。 *注射压力，流动长度。 *注射速度，流动长度。 *M，流动长度。,2019/5/8,塑料成型工艺学 注射成型,4.2.3 增密和保压过程,（1）增密过程（压实） tB t2,，压力梯度变化大，影响模腔最高压力C点。图8-22 （2）保压过程 CD段：螺杆极慢前移，保压补料，制品质量 影响保压补料的主要因素保压时间、保压压力。 图8-23,高压下的致密流动,2019/5/8,塑料成型工艺学 注射成型,4.2.4 倒流冷却定型过程,*熔体的倒流 DE段， 螺杆回撤，撤除保压压力，熔体可能倒流。至浇口基本凝封。 凝封压力和温度 密度 内应力图8-24 *熔体的冷却定型 熔体冷却，进入模腔开始到脱模点F结束。 最佳脱模条件：TTg，模内残余压力PE=0。,调整保压时间,2019/5/8,塑料成型工艺学 注射成型,4.3 注射成型工艺及工艺条件,一、注射成型工艺参数的选择,塑化、流动、冷却,T、P、t,2019/5/8,塑料成型工艺学 注射成型,几种常用塑料的注射模塑特点,2019/5/8,塑料成型工艺学 注射成型,（一）温度,影响成型工艺过程及制品质量,2019/5/8,塑料成型工艺学 注射成型,选择原则：良好塑化，快速流动注射，不降解。 温度范围： Tf（Tm） Td， 窄低料温，比Tf（Tm） 稍高；宽较高料温。 料温分布：从料斗到喷嘴，由低到高，以利塑化。,*料筒温度,2019/5/8,塑料成型工艺学 注射成型,喷嘴温度,喷嘴温度略低于料筒最高温度，防止“流涎”。,2019/5/8,塑料成型工艺学 注射成型,模具温度,#冷却速度：Tm-Tc # 无定形塑料： （PS） T模 （PC） T模 结晶塑料： 中速冷却速度， T 稍大于 Tg， Tg Tvmax，质量 ， 效率 。,由冷却介质控制，保持恒定。,2019/5/8,塑料成型工艺学 注射成型,（二）压力,2019/5/8,塑料成型工艺学 注射成型,*塑化压力（背压）,背压 剪切作用 熔体T 塑化均匀性 塑化量 一般为注射压力的5-20%,2019/5/8,塑料成型工艺学 注射成型,*注射压力,补偿压力损失 图8-27 注射压力料温关系图8-28 注射压力注射速度 注射压力选择依据 P298,2019/5/8,塑料成型工艺学 注射成型,注射时间+冷却时间+其它时间,（三）时间（注射成型周期）,制品质量,生产效率,2019/5/8,塑料成型工艺学 注射成型,4.4 热固性塑料的注射成型,2019/5/8,塑料成型工艺学 注射成型,一、热固性塑料注射成型原理,*热固性塑料的特点：物理变化+化学反应 P306,*热固性塑料注射成型的特点： 成型温度必须严格控制，满足流动、交联要求 塑化 料筒温度较低，料筒停留时间不能过长 注射机的合模部分应能满足放气的要求 注射压力和锁模压力高,交联固化剂 T、t,2019/5/8,塑料成型工艺学 注射成型,二、热固性塑料注射成型的工艺性,1、注射用热固性塑料具有良好流动性 较高的流动性，在一定温度、压力下充满模腔；粘度稳定。流动性过大容易产生飞边或粘模。 2、良好热稳定性 在料筒温度加热下能塑化，不过早交联。 3、塑化温度范围要大 4、高温下在膜腔内快速交联,2019/5/8,塑料成型工艺学 注射成型,三、热固性塑料注射成型过程及工艺条件,热固性塑料注射成型过程：,2019/5/8,塑料成型工艺学 注射成型,*注射过程温度 粘度变化,2019/5/8,塑料成型工艺学 注射成型,2019/5/8,塑料成型工艺学 注射成型,四、热固性塑料注射机,螺杆长径比、压缩比小，螺槽深，减少磨擦、缩短在料筒停留时间，如酚醛用等距、等深、无压缩比螺杆，仅起输送作用。 喷嘴用敞开式，料筒、喷嘴便于拆卸。 注射机的锁模结构应满足放气操作的要求。 模具有精确加热装置和温控系统。,与热塑性注射机的结构区别：,注射装置与合模装置,2019/5/8,塑料成型工艺学 注射成型,4.5 反应注射模塑,将两种或两种以上具有化学活性的低相对分子量液体原料，在一定温度下，通过高压（1420MPa）作用，使它们相互撞击混合，并立即注入密闭的模腔中，完成聚合、交联固化等化学反应形成制品的工艺过程。 特点：混合效率高、节能、产品性能好、成本低等。 表8-5 应用：制备发泡制品、增强制品等,2019/5/8,塑料成型工艺学 注射成型,4.5.1反应注射成型工艺流程和原料,聚氨酯RIM工艺流程图,2019/5/8,塑料成型工艺学 注射成型,对设备要求：,4.5.2 反应注射模塑设备,技术关键：RIM的原料体系 + RIM设备,原料的精确计量 高效混合,氨基甲酸乙酯（聚氨酯） 尼龙6、苯乙烯类树脂 环氧树脂,不同原料反应注射成型工艺参数不同,2019/5/8,塑料成型工艺学 注射成型,RIM成型设备,蓄料系统 计量和输送系统 （液压系统） 混合系统,两组分物料的贮存加热和计量 撞击混合 充模 固化脱模,2019/5/8,塑料成型工艺学 注射成型,RIM成型设备工作原理,2019/5/8,塑料成型工艺学 注射成型,聚氨酯的反应注塑（RIM）、增强反应注塑（RRIM）,反应温度：聚醚预热温度32 异氰酸酯预热温度32 模具温度60 注射压力：15MPa 生产周期：充模14s 生产周期32120s,2019/5/8,塑料成型工艺学 注射成型,4.6 气体辅助注射成型,特点： 普通注射成型制品: 壁厚需均匀 厚壁制品需保压补料 易产生较大残余应力 结构发泡制品： 外观质量不好,(Gas-Assisted Injection Molding,GAIM),注射成型与中空成型的复合,2019/5/8,塑料成型工艺学 注射成型,气体辅助注射成型工艺过程,2019/5/8,塑料成型工艺学 注射成型,气体辅助注射成型方法,标准成型法 副腔成型法 熔体回流法 活动型芯法,2019/5/8,塑料成型工艺学 注射成型,气体辅助注射成型特点,2019/5/8,塑料成型工艺学 注射成型,思考题,1、选择注射机时要考虑哪些主要的技术参数？ 2、注射机注射系统、锁模系统和塑模的组成和结构是怎样的？ 3、热塑性塑料在注射过程中如何保证流动与冷却？其温度、压力和时间如何变化？对模具有哪些要求？对制品质量有哪些影响？ 4、制件后处理的必要性、处理方法及条件有哪些？ 5、分析讨论注射工艺条件：温度、压力、成型周期、注射量和合模力。,2019/5/8,塑料成型工艺学 注射成型,6、简述热固性塑料的注射成型原理。 7、如何选择和控制热固性塑料