高分子成型工艺学注射成型

1、第第4章章 注射成型注射成型4.1 概述1、注射成型过程及特点1）注射成型的过程p成型前的准备成型前的准备p注塑过程注塑过程p制件的后处理制件的后处理注射成型机工作循环周期图合模高压低速锁紧座台前移注射开模冷却保压固定塑化塑化退回退回塑化制品顶出试合模 发信息注射动作选择制品落下检测发信1、注射成型过程及特点2）注射成型过程 注射成型就是将塑料经加热熔化呈流动状态后，由柱塞或螺杆的推动，使其通过料筒前端的喷嘴注入闭合的模具中，充满模具的熔料在受压的情况下，经冷却（热塑性塑料）或加热固化（热固性塑料）后即可保持与注塑模型腔一致的形样，然后开启模具取得制品，完成一个模塑周期。3）成型过程对注射机应

2、具备功能的要求（目标：制备出与模具模腔结构一致的塑料制品）p对塑料实现熔融塑化、计量并将熔料射出的功能对塑料实现熔融塑化、计量并将熔料射出的功能p对成型模具实现开启、闭合和锁紧的功能对成型模具实现开启、闭合和锁紧的功能p实现在成型过程中所需能量的转化与传递的功能实现在成型过程中所需能量的转化与传递的功能p对工作程序及工艺条件的设定与控制的功能制件的后处理对工作程序及工艺条件的设定与控制的功能制件的后处理4.1 概述4.1 概述1、注射成型过程及特点4）注射成型的特点p成型周期短，劳动强度低成型周期短，劳动强度低p可一步成型外形复杂，尺寸精确、带有嵌件的制品可一步成型外形复杂，尺寸精确、带有嵌件

3、的制品p制品无需修整或仅需少量修整制品无需修整或仅需少量修整p边角料、废料较少边角料、废料较少p塑料种类广，注塑制品约占制品总量塑料种类广，注塑制品约占制品总量30% p易于全自动化生产，生产效率高。易于全自动化生产，生产效率高。挤出成型和注射成型是塑料制品生产两种主要方式这两种工艺都要将塑料先进行熔融塑化、使其具有流动性，但挤出成型为连续性的生产工艺，没有周期性，而注射成型为间歇性的生产工艺，生产具有明显的周期性特征，一个周期内生产一件和一组（一模多腔）产品，每个周期中的生产作业由多个不同步骤的操作组成。4.1 概述4.1 概述2、注射成型的发展历程 注射成型机是在金属压铸机的原理上逐渐形成

4、的。 1932年德国弗兰兹布劳恩厂生产出全自动柱塞式卧式注射成型机； 随后出现了单螺杆定位预塑注塑机； 1956年世界上出现了第一台移动螺杆式注射成型机。金属压铸成型机柱塞式注射机柱塞式注射机4.1 概述2、注塑成型的发展趋势p向高速化方向发展向高速化方向发展p向高度自动化方向发展向高度自动化方向发展p注塑机的发展注塑机的发展p注塑工艺的发展注塑工艺的发展p注塑方法的发展注塑方法的发展4.2 普通注塑成型原理1、注塑成型设备 由由注射机注射机（包括注射系统和锁模系统）和（包括注射系统和锁模系统）和模具模具组成。组成。4.2 普通注塑成型原理1、注塑成型设备1）注塑成型机的形式与种类p柱塞式注塑

5、机柱塞式注塑机n塑料的塑化不够均匀n注塑量受到一定限制n注塑压力损耗大n注塑速度低且不均匀4.2 普通注塑成型原理1、注塑成型设备1）注塑成型机的形式与种类p螺杆式注塑机螺杆式注塑机注射装置合模装置液压传动系统电气控制系统4.2 普通注塑成型原理1、注塑成型设备1）注塑成型机的形式与种类p螺杆柱塞式注塑机螺杆柱塞式注塑机4.2 普通注塑成型原理1、注塑成型设备2）螺杆式注塑机的基本结构及工作原理p注塑系统注塑系统n注塑机螺杆 螺杆 螺杆头4.2 普通注塑成型原理4.2 普通注塑成型原理1、注塑成型设备2）螺杆式注塑机的基本结构及工作原理p注塑系统注塑系统n料筒 加料装置 料筒 喷嘴4.2 普通

6、注塑成型原理1、注塑成型设备2）螺杆式注塑机的基本结构及工作原理p锁模系统锁模系统n机械式4.2 普通注塑成型原理1、注塑成型设备2）螺杆式注塑机的基本结构及工作原理p锁模系统锁模系统n液压式4.2 普通注塑成型原理1、注塑成型设备2）螺杆式注塑机的基本结构及工作原理p锁模系统锁模系统n液压-机械式4.2 普通注塑成型原理1、注塑成型设备2）螺杆式注塑机的基本结构及工作原理p辅助系统辅助系统n供料系统 吸式供料系统 压式供料系统 螺旋管式供料系统n干燥系统 热风式干燥料斗 加压热风干燥料斗 抽湿干燥料斗4.2 普通注塑成型原理1、注塑成型设备2）螺杆式注塑机的基本结构及工作原理p辅助系统辅助系

7、统n加料系统 强制加料系统 混合加料系统n温控系统4.2 普通注塑成型原理1、注塑成型设备3）注塑成型机的调整和安装（略）p注塑机的调节注塑机的调节n注塑压力调节n锁模力n注射速度n合模速度n循环时间4.2 普通注塑成型原理1、注塑成型设备3）注塑成型机的调整和安装p注塑机的安装注塑机的安装n地面水平，地基要有一定承载能力n车间墙壁及厂房顶部与机器之间应保持一定距离n应考虑冷却水流量、水管、气管的排放口n安装时，一般首先安装合模部分，当机身稳固后，再安装合模部件与注射部件之间的各种管路n最后安装注射料斗4.2 普通注塑成型原理2、注塑成型模具1）塑模的分类p按塑料材料类别：热塑性塑料塑模和热固

8、性塑料塑模按塑料材料类别：热塑性塑料塑模和热固性塑料塑模p按模具型腔数：单型腔塑模和多型腔塑模按模具型腔数：单型腔塑模和多型腔塑模p按模具的安装方式：分为移动式塑模和固定式塑模按模具的安装方式：分为移动式塑模和固定式塑模p按模具的浇注系统：分为冷流道模具、绝热流道模具、按模具的浇注系统：分为冷流道模具、绝热流道模具、热流道模具、温流道模具热流道模具、温流道模具4.2 普通注塑成型原理2、注塑成型模具1）塑模的分类p按模具的结构特征，可分为按模具的结构特征，可分为8类类n单分型面模具n双分型面模具n带有活动镶件的模具n横向分型侧抽芯模具n自动卸螺纹模具n定模设顶出装置的模具n无流道模具n叠式型腔

9、模具4.2 普通注塑成型原理2、注塑成型模具2）塑模的基本结构及工作原理4.2 普通注塑成型原理2、注塑成型模具2）塑模的基本结构及工作原理p成型零件：直接形成塑料制品形状和尺寸的部分，成型零件：直接形成塑料制品形状和尺寸的部分，包包括括凹模、凸模、型芯、镶块、成型杆、排气口等凹模、凸模、型芯、镶块、成型杆、排气口等。p浇注系统：是将浇注系统：是将塑料由注射机喷嘴引向型腔的流道部塑料由注射机喷嘴引向型腔的流道部分，包括分，包括主流道、冷料穴、分流道、浇口等主流道、冷料穴、分流道、浇口等。p结构零件：结构零件：构成模具结构的各种零件，包括包括实现定位实现定位、导向、顶出、抽芯、分型导向、顶出、抽

10、芯、分型等动作的各种零件。等动作的各种零件。p其它零件：其它零件：加热和冷却系统加热和冷却系统 、测量系统等、测量系统等注射成型工艺过程动画演示4.2 普通注塑成型原理2、注塑成型模具2）塑模的基本结构及工作原理p热流道或冷流道系统：热流道或冷流道系统：注射过程中，流道内塑料一直保持熔融或流动状态，脱模时不与制品一同脱出，无流道赘物。p热塑性塑料：热流道热塑性塑料：热流道n热流道模具n绝热流道模具n带加热探针的绝热流道p热固性塑料：冷流道热固性塑料：冷流道4.2 普通注塑成型原理4.2 普通注塑成型原理2、注塑成型模具3）塑模的设计要点p分析制品结构和技术要求分析制品结构和技术要求p了解注塑机

11、的技术规格了解注塑机的技术规格p了解塑料的性能，特别是成型加工性能了解塑料的性能，特别是成型加工性能n了解不同塑料品种的加工性能n考虑塑料在模具内的结晶、取向及导致的内应力问题n考虑塑料的收缩率及其补偿问题n考虑塑料对模具温度的要求4.2 普通注塑成型原理2、注塑成型模具3）塑模的设计要点p分析制品结构和技术要求分析制品结构和技术要求p了解注塑机的技术规格了解注塑机的技术规格p了解塑料的性能，特别是成型加工性能了解塑料的性能，特别是成型加工性能n了解不同塑料品种的加工性能n考虑塑料在模具内的结晶、取向及导致的内应力问题n考虑塑料的收缩率及其补偿问题n考虑塑料对模具温度的要求4.2 普通注塑成型

12、原理2、注塑成型模具3）塑模的设计要点p考虑模具的结构与制造问题考虑模具的结构与制造问题n正确选择分型面、排气隙、浇口位置及模腔的布置等。n成型零件结构形式、结构及位置的选择，对成型零件的工作尺寸及受力状况进行精确校核，以保证塑料制件的尺寸及形状的精度。n考虑采用何种脱模机构和侧抽芯、分型机构，并对脱模力进行核对。n模具总体结构和零件形状应简单合理、容易加工。n详细分析模具的受热情况，计算冷却水输道功率，设计好冷却水通道。n合理选择制造模具的材料。4.2 普通注塑成型原理2、注塑成型模具4）塑模的加工与调试p塑模的加工塑模的加工p塑模的调试塑模的调试n试模工艺的制定与调整、流道修改、型腔处理5

13、）计算机技术在塑料模具设计、制造中的应用pCAD/CAE/CAMpMoldflow、Polyflowp附图附图4.2 普通注塑成型原理3、注塑成型制品设计（略）1）材料选择p力学性能力学性能p成型加工性能成型加工性能p热性能热性能p物理性能物理性能4.2 普通注塑成型原理2）设计方法（略）p设计方法设计方法n根据经验设计n根据实验设计n根据分析设计（计算机技术在塑料制品设计中的应用计算机技术在塑料制品设计中的应用）p设计过程和步骤设计过程和步骤n顺序设计法n合作式设计法n塑料制件的设计步骤 确定塑料制件的使用性能 材料选择 生产初步的结构设计草图 尺寸设计 对性能进行校核 试生产及定型4.2

14、普通注塑成型原理 2）设计方法（略）p设计过程和步骤设计过程和步骤n塑料制件的设计步骤 尺寸设计 对性能进行校核 试生产及定型4.2 普通注塑成型原理3、注塑成型制品设计（略）3）结构设计p功能结构设计功能结构设计p工艺结构设计工艺结构设计n脱模斜度n塑料制件壁厚n塑料制件的精度n嵌件的设计p造型结构设计造型结构设计n造型n顶出部位p结构设计还需考虑模具的结构和制造结构设计还需考虑模具的结构和制造4.2 普通注塑成型原理3、注塑成型制品设计4）样模设计及生产p样模的手工二次加工和机加工样模的手工二次加工和机加工n塑料导热性较好n塑料的耐热性要好n避免引起局部高应力p快速样模制造技术快速样模制造

15、技术p样模浇注技术样模浇注技术4.2 普通注塑成型原理4.2 普通注塑成型原理3、注塑成型制品设计5）注塑成型制件的组装p压制组装压制组装p搭配组装搭配组装p机械紧固组装机械紧固组装p焊接焊接p黏结黏结4.2 普通注塑成型原理4、注塑成型过程的工艺控制1）注塑成型周期合模高压低速锁紧座台前移注射开模冷却保压固定塑化塑化退回退回塑化制品顶出试合模 发信息注射动作选择制品落下检测发信注射成型工艺过程动画演示4.2 普通注塑成型原理4、注塑成型过程的工艺控制2）注射过程及其控制p塑化作用与控制塑化作用与控制n塑化过程tantan2tantanaaEEtethDDhVLPSVVVV2cossin22n

16、hDVAS2, 12122sinLPPDhVAP2, 1212222tanLPPDVL4.2 普通注塑成型原理4、注塑成型过程的工艺控制2）注射过程及其控制p塑化作用与控制塑化作用与控制n塑化的特点 固体床易破碎 物料受热随时间变化 料筒中停留时间长 注射室内熔体温度分布不均匀4.2 普通注塑成型原理4、注塑成型过程的工艺控制2）注射过程及其控制p塑化作用与控制塑化作用与控制n影响注塑过程塑化的因素 热均匀性 传导热、剪切热 塑化量 螺杆参数、工艺条件决定了塑化量 重要的螺杆参数：长径比、压缩比、熔融段的长度22hNDvvQs4.2 普通注塑成型原理4、注塑成型过程的工艺控制2）注射成型过程（

17、塑化、流动、冷却、定型流动、冷却、定型）及其控制p充模过程与控制充模过程与控制n塑料熔体的充模过程 充模过程是塑料熔体在相对较冷的模具内的流动 复杂而又重要 制品平面内的浇口流动，分为三个阶段：开始阶段、过渡阶段、主流动阶段 前缘膜、后进的熔体：被模壁冻结、或冲破前缘膜的膜壁而形成新的前缘膜4.2 普通注塑成型原理4、注塑成型过程的工艺控制2）注射成型过程（塑化、流动、冷却、定型流动、冷却、定型）及其控制p充模过程与控制充模过程与控制n塑料熔体的充模流动形式浇口厚度远小于制品厚度，且熔体流动速率很大的情况：不稳定、脉动浇口厚度远小于制品厚度，且熔体流动速率很大的情况：不稳定、脉动浇口厚度小于制

18、品厚度，且熔体流动速率较大的情况：滞流浇口厚度小于制品厚度，且熔体流动速率较大的情况：滞流浇口厚度略小于制品厚度，且熔体流动速率适中的情况：铺展流，浇口厚度略小于制品厚度，且熔体流动速率适中的情况：铺展流，附图附图塑料熔体遇到障碍物的情况，塑料熔体遇到障碍物的情况，p208, 图图4-334.2 普通注塑成型原理4、注塑成型过程的工艺控制2）注射过程及其控制p充模过程与控制充模过程与控制n关于塑料熔体充模过程的讨论 压力损失 因素：粘度（温度、压力、速度），流道长度，熔体流动性，流道的几何形状 热平衡 熔体温度决定于：沿流动方向传来的热量，剪切热，向模具传出的热量，绝热膨胀做功消耗的能量4.2

19、 普通注塑成型原理4、注塑成型过程的工艺控制2）注射过程及其控制p冷却定型过程与控制冷却定型过程与控制n保压阶段n冷却阶段p注射过程中模腔或塑胶的压力变化分析注射过程中模腔或塑胶的压力变化分析p注射过程中螺杆的运动状况及位置分析注射过程中螺杆的运动状况及位置分析p注射制品中的取向分析注射制品中的取向分析4.2 普通注塑成型原理取取取取取取取取取取取取取取4.2 普通注塑成型原理4、注塑成型过程的工艺控制3）注射过程工艺控制因素p温度温度n料筒温度n喷嘴温度n模具温度p压力压力n塑化压力n注射压力n保压压力p时间时间4.2 普通注塑成型原理4、注塑成型过程的工艺控制4）注塑制件的成型工艺要点p制

20、品收缩和翘曲制品收缩和翘曲n收缩率 注射压力和保压压力 熔体温度 模具温度 注射速率n翘曲%100010LLLS4.2 普通注塑成型原理4、注塑成型过程的工艺控制4）注塑制件的成型工艺要点p取向和结晶取向和结晶n取向n结晶 料温及模温 应力4.2 普通注塑成型原理4、注塑成型过程的工艺控制4）注塑制件的成型工艺要点p熔接缝熔接缝n提高熔体温度和模具温度n充模速率n注射压力和保压压力n退火处理n材料的选择n模具设计4.2 普通注塑成型原理4、注塑成型过程的工艺控制4）注塑制件的成型工艺要点p表面光洁度表面光洁度n凹陷、缩孔n无光泽（或光泽不均）、暗纹n银丝n熔接痕n颜色不均匀n龟裂p内应力分布内

21、应力分布4.2 普通注塑成型原理4、注塑成型过程的工艺控制5）注塑成型制品的常见缺陷及解决方法p塑件填充不足（欠注）塑件填充不足（欠注）n现象n主要原因 物料 机械模具 工艺条件n措施 改变塑件配方，调节塑料熔体的流动性 改用更大型的注塑机 提高物料的成型温度、注射压力和速率4.2 普通注塑成型原理4、注塑成型过程的工艺控制5）注塑成型制品的常见缺陷及解决方法p飞边飞边n现象n原因 物料 机械模具 工艺条件n措施 调整塑件配方，降低塑料熔体的流动性 增大锁模力 适当减小注射压力、速率，降低成型温度4.2 普通注塑成型原理4、注塑成型过程的工艺控制5）注塑成型制品的常见缺陷及解决方法p局部烧焦局

22、部烧焦n现象n原因 物料：热稳定性不好 机械模具：料筒或螺杆结构有缺陷 工艺条件料筒温度太高，注射速度太快，注射压力太大，成型周期太长n措施 调整塑件配方，适当加入更多，效果更好热稳定剂 对螺杆料筒进行定期维修，消除熔料残存死角，模具结构中增设排气槽。 适当降低成型温度，降低注射压力、速率，缩短成型周期，及时清理料筒4.2 普通注塑成型原理4、注塑成型过程的工艺控制5）注塑成型制品的常见缺陷及解决方法p表面凹陷表面凹陷n现象n原因 物料：塑料原料收缩性太大。 机械模具：模具设计不合理，局部几何特征不良等。 工艺条件：供料不足；注射压力和保压压力过低；保压时间和冷却时间太短；熔体和模具温度太高。

23、n措施 使用收缩率较小的树脂原料；调整配方，添加无机填料等。 模具上避免使用过小的浇口；增加排气孔数量；增加制品壁厚，使制品各处壁厚尽量一致；适当减小加强筋尺寸 适当提高注射压力、保压压力；降低熔体和模具温度；延长冷却时间。4.2 普通注塑成型原理4、注塑成型过程的工艺控制5）注塑成型制品的常见缺陷及解决方法p开裂开裂n现象n原因 物料：塑料分子链的刚性太大，塑料制件本身较脆。 机械模具：模具设计不合理，使制件的残余应力过大 工艺条件：成型温度（料温、模温）过低；注射速率和保压压力过大。n措施 采用强度大的树脂品种，在配方中加入增塑剂，使制件的韧性增加。 改善模具浇口形式设计和浇口位置；增大脱

24、模斜度，增大顶出面积。 适当增加成型温度；降低注射压力和保压压力，降低顶出速率；延长冷却时间。 对已经龟裂的制品进行热处理（退火）。4.2 普通注塑成型原理4、注塑成型过程的工艺控制5）注塑成型制品的常见缺陷及解决方法p粘模及脱模不良粘模及脱模不良n现象n原因 物料：在包装和运输过程中混入杂质；原料的粒径过大或分布不均。 机械模具：模具刚性不足；脱模斜度不够；模具（制品）结构设计不合理 工艺条件：成型温度过高；注射压力和保压压力过高；注射保压时间过长。n措施 对原材料进行严格净化、筛选。 增大脱模斜度；合理设计制品的浇注系统，如流道的长短、大小和位置分布，合理确定浇口的位置；合理设计顶出机构。

25、 适当降低成型温度，降低注射压力，保压压力，延长冷却时间。4.2 普通注塑成型原理4、注塑成型过程的工艺控制5）注塑成型制品的常见缺陷及解决方法p气泡气泡n现象n原因 物料：物料的热稳定性不好，在高温下分解；物料中含有水分等低分子物质。 机械模具：模具设计不合理 工艺条件：成型温度过高；成型周期过长。n措施 适当调整制品配方，加入热稳定剂；对物料进行彻底干燥，除去低分子物质。 合理设计模具的结构（包括流道结构、浇口结构等）。 适当降低成型温度；缩短成型周期。4.2 普通注塑成型原理4、注塑成型过程的工艺控制5）注塑成型制品的常见缺陷及解决方法p表面白化表面白化n现象n原因 外作用力n措施 降低

26、注射压力、保压压力；缩短保压时间； 适当提高脱模斜度。 脱模机构的顶出装置要设置在塑件壁厚处或适当增加塑件顶出部位的厚度。4.2 普通注塑成型原理5、注塑制件的后处理 为改善和提高制件的性能及尺寸稳定性，需对注射制件进行适当的后处理。1）退火处理p塑化不均匀，冷却速度不同等原因，均会使制品内存在不均的结晶、取向、收缩等现象，导致内应力的存在，从而使制品力学性能下降、光学性能变坏、表面银纹、变形、开裂等。p退火的方法n使制品在一定温度的加热液体介质（水、矿物油、甘油、乙二醇和液体石蜡等）或热空气循环烘箱中静置一段时间。4.2 普通注塑成型原理5、注塑制件的后处理 1）退火处理p退火温度和时间：使

27、用温度以上1020，或低于塑料热变形温度1020。p退火的实质： n使强迫冻结的分子链得到松弛，凝固的大分子链段 转向无规位置，消除内应力；n提高结晶度、稳定结晶结构、提高制品的弹性模量和硬度，降低断裂伸长率。 2）调湿处理p聚酰胺类塑料在成型后在空气中存放易吸水膨胀。因此需将刚脱模的制件放在热水中进行处理（煮），称为“调湿处理”。4.3 各种特殊的注射成型方法4.3 各种特殊的注射成型方法1、中空制件的注射成型 1）气体辅助注塑成型p概述：概述：优缺点优缺点p气辅注塑成型的过程及原理气辅注塑成型的过程及原理n分类n成型原理4.3 各种特殊的注射成型方法1、中空制件的注射成型 1）气体辅助注塑成型p气辅注塑成型的过程及原理气辅注塑成型的过程及原理n气辅注射成型装备 注射机 氮气发生器