几种注塑成型技术要点

1、河南机电高等专科学校先进制造技术课程论文论文题目：几种注塑成型技术、技术特点、应用情况分析研究系 部： 机 械 工 程 系专业：机械制造与自动化班级：机制 113学生姓名学 号： 110114311指导教师：2013 年 10 月 10 日19绪论隨著塑料工業的迅速發展，塑料成型設備也得以相應的發展，塑料成型加工的方法很多，其中注射成型是最重要的成型方法之一，注塑成型占塑料制品占總量的30%以上。注射成型是使熱塑性或熱固性模塑料先在加熱機筒中均勻塑化。而后由柱塞或移動螺杆推擠到閉合模具的模腔中成型的一種方法。注塑成型具有一次能成型形狀復雜，尺寸精度高和帶有金屬嵌件等特點。第一章注塑成型技术介绍

2、1.1 引 言注塑成型即成注射成型或者注射模塑，使热塑性塑料的一 种重要成型方法。迄今为止除氟塑料外，几乎所有的热塑性 塑料都可以采用此成型方法；它的特点是生产周期快、适应 性强、生产效率高自动化高，因此可以广泛的应用与塑料制 品的生产中。从塑料产品的形状来看。除了管、棒、板等型 材不能采用此方法生产外、其他都可以用此方法成型；它所 生 产 的 产 品 占 目 前 塑 料 制 品 生 产 的 20%30%。1. 1. 1 注 塑 成 型 技 术 的 发 展近 年 来 无 论 在 注 塑 理 论 和 实 践 方 面 ，还 是 在 注 塑 工 艺 和 成 型 设备方面都有较深的研究和进展。注塑时，

3、首先遇到的是注塑的可成型性，这是衡量塑料能否 快 速 和容 易地 成 型 出 合 乎质 量 要 求 的 品。并 希 望能 在满 足 质 量 要 求的前提下，以最短注塑周期进行高效率生产。不同的高分子材料对其加工的工艺条件及设备的感性别很大，材 料 性和 工 艺 条 件 将 最终 影 响 塑 料制 品 的 理 机械 性 能 ，因 此全面了 解 注塑 周 期 内 的 工 作程 序 ，搞 清可 成 型 性 和成 型 工 艺 条 件及各种因素的相互作用和影响，对注塑加工有重要意义。在对充模压力的影响实验表明：高聚物的非牛顿特性越强， 则需要的压越低；结晶型比非结晶型高聚物制品有更大的收收 缩，在相变中

4、比容变化较大。在对注塑过程中大分子取向的机理研究证明聚合物熔体受剪 切 变 形 时 ，大 分 子 由 无 规 卷 曲 状 态 解 开 ，并 向 流 动 方 向 延 伸 和有规则的排列，如果熔体很快冷却 到相变 温 度以 下，则大分子没有 足 够的 时间 松 和 恢 复 到它 原 来 的 无 规则 卷曲 的 构 象 程 度，这 时 的聚合物就要处于冻结取向状态，这种冻 结 取向 使注塑制品在双折射热传导以及力学性质方面显示 出各向 导 性。由于流变学和聚合 物 凝固 过程 的 形 变 原 因，制 品 取向 可 能 在 一 个方 向占 优 势 形 成 单轴取向，也可能在两个方向上占 优势，形成双轴

5、取向。双轴 取向会使制品得到综合的机械特性，所以在注塑制品中总希望得 到双轴取向制品。而在纡维抽丝过程中却希望得到单轴取向。对于取向分布的试验表明：取向最大是发生在距离制件表 面20%的 厚 度 处 ， 发 现 取 向 程 度 随 熔 体 温 度 与 模 温 减 小 而 增 加 ， 而 提高注射压力或延长注射时间会增加制品的取向程度。对聚苯乙烯试样表明：拉伸强度在平行取向方向上随取向 度增加而提高，在垂直方向上则下降。对聚甲醛的观察表明：注射时间的加长会使过渡晶区的厚 度增加，注射压力的提高会使制品断裂伸长加大。测试表明：注塑的残余应力与应变对制品质量有着重要影响，一般注塑制品有三种残余应变形

6、式；A伴 随热 应力而产 生 的应变，B与分子冻结取向相关的残余应变， C形体 应变，对 一 般塑料而言注射压力的增加会增加制品中的残 余 应力 ，而对ABS 不十分明显。对于制件拉伸特点的分布研究表明：一般聚合物的密度增 加会提高拉伸强度，断裂伸长率和硬度，使冲击强度降低。综上所述，如何能把这些理论应用到生产实践中去，改善工 艺 过 程 中 的 控 制 以 减 少 材 料 ，劳 动 量 ，达 到 缩 短 周 期 和 减 少 废 品的目的。1. 2注 塑 成 型 工 艺 流 程注塑成型过程一般包括加料、塑化、注射、冷却和脱模 几个步骤。由于注射成型是一种间歇过程，因此保持定量加 料，以保证操作

7、稳定、塑料均匀最终获得良好制品。加料过 多、受热时间过长等容易引起物料的热降解，同时注塑机的 功率损耗增加；加料过少时，料桶内缺少传递介质，模腔内 塑料熔体压力降低，难于补塑，容易引起制品出现收缩、凹 陷、空洞等缺陷。加入的塑料在料筒中加热，由固体粒子转 变为熔体，经过混合和塑化后，塑化好的熔体被柱塞或螺杆 推 到 塑 料 桶 前 端 ；经 过 喷 嘴 、模 具 浇 注 系 统 进 入 并 填 满 型 腔 ， 这 一 阶 段 称 为 “ 充 模 ”。 在 模 具 中 熔 体 冷 却 收 缩 时 ， 继 续 保 持施压状态的柱塞或螺杆，迫使浇口和喷嘴附近的熔体不断 补充入模中。使模腔中的塑料能形

8、成完整而致密的的制品， 这 一 阶 段 称 为 “ 保 压 ”。 当 浇 注 系 统 中 的 塑 料 硬 化 后 ， 继 续 保压以不再需要，因此可退回柱塞和螺杆，并加入新料；卸 除料桶内塑料中的压力，同时并通入冷水、油或空气等冷却 介 质 ， 对 模 具 进 行 进 一 步 冷 却 ； 这 一 阶 段 称 为 “ 冷 却 ”。 实 际上冷却过程从塑料从注射入模腔就开始了，它包括从充模 完 成 ，保 压 到 脱 模 前 这 一 段 时 间 。制 品 冷 却 到 所 需 的 温 度 后 ， 就可以人工或机械方式脱模。所以注塑过程通常由塑化、冲 模、保压、冷却和脱模等五个工序组成。1. 3注 塑

9、成 型 设 备注塑成型机是注塑成型的主要设备；注塑机的类型和规 格很多，目前其规格已经统一，以用注塑机一次所能注射 的 聚 苯 乙 烯 。克 为 标 准 。但 对 于 其 分 类 还 没 有 统 一 的 意 见 。 有按外形特征分类的，分为立式、卧式、旋转式；也有按塑 料在料筒中的塑化方式分类的；也有按结构分类的，分为主 赛事和螺杆式。目前多采用按结构特征来区分，并适当考虑 外形。所 以可 分为 柱 塞 式 和 螺 杆 式两 类 。 最 大 注 射 量 在 60克以下的 注塑 机通 常 为 柱 塞 式 ， 60可 以 上 的 多 数 为 移 动 螺 杆式。 注塑机主要有注射系统、锁模系统、模具

10、三部分组成。1. 4注 塑 成 型 工 艺 的 主 要 影 响 因 素1. 4. 1 料 温塑料的温度是由料筒控制的，多以料筒温度关系到塑料塑化质量。选定料筒的温度是，主要着眼于保证塑料塑化 好，能顺利实现注射而又不一起塑料局部降解等。1. 4. 2 模 具 温 度塑料充模后在模腔中冷却 的温度影响物料熔体充满时的 性能。模具的温度实际上决定 具温度是有冷却介质控制的！1. 4. 3 注 射 压 力注射压力推动塑料熔体向 而成形，所以它是塑料充满和 个 方 面 的 作 用 ：（1） 推 动 料 筒料混合和塑化，柱塞必须提供 筒和喷嘴中流动是所引起的阻 克服浇注系统和型腔对塑料的 的充模速度及流

11、动长度，使塑 保压阶段注射压力能压实模腔 产生的收缩进行补料，时从不 融为一体，从而使制品保持形1. 4. 4 注 射 周 期 和 注 射 速 度僵化而得到所需的形状。模具 流动行为，并影响塑料制品的 了塑料熔体体的冷却速度，模料筒前端流动，塑料充满模腔 成型的重要因素。它主要有三 中塑料箱前端移动，同时使塑 克服固体塑料粒子和熔体在料 力；（ 2）充模阶段注射压力 应流动阻力，并使塑料获得足够 料在 冷 却前能充满型腔；（3）中的塑料，并对塑料因冷却而 同方向先后进入模腔中的塑料 状精确，获得所需要的性能。完成一次注射成型所需的时间称注射周期。它由注射、 保压时间、冷却和加料时间以及开模、辅

12、助作业和闭模时间 组成。注射速度常用单位时间内柱塞移动的距离表示，有时也 用重量或容积流率表示；注射速度主要影响塑料熔体在模腔流动的行为，并影响模腔内压力、温度以及制品的性能第二章注塑成形的特点与研究概况2. 1 气 体 辅 助 注 射气体辅助注射成型是从注射成型发展而来的。这一工艺 克服了注射成型的一个重要的缺限：缩痕。由于塑料固有的绝缘性， 部件腔壁的冷却速度不均匀，导致了缩痕的产生。气体辅 助射 出成型的 工作 原理 是通 过“欠料 注射法”将 树脂注入模腔中，接着将气体注入熔化的树脂。由于低压高 温度，气体能够沿阻力最小的路径进入铸件的各个部分。当 气体穿过成型件时，它会将壁厚部分的树

13、脂熔液均匀地推向 铸件的其他部分。气辅设备包括气辅控制单元和氮气发生装置。它是独立 于注塑机外的另一套系统，其与注塑机的唯一接口是注射信号连接线。注塑机将一个注射信号注 射开始或螺杆位置传递给气辅控制单元之后，便开始一个注 气过程，等下一个注射过程开始时给出另一个注射信号，开 始另一个循环，如此反复进行。气 辅 注 塑 所 使 用 的 气 体必须是 隋性 气 体 （ 通常 为 氮 气 ），气 体 最 高 压 力 为 35MPa，特殊者 可达 70MPa，氮 气 纯 度 98。气辅控制单元是控制注气时间和注气压力的装置，它具 有多组气路设计，可同时控制多台注塑机的气辅生产，气辅 控制单元设有气体

14、回收功能，尽可能降低气体耗用量。今后 气辅设备的发展趋势是将气辅控制单元内置于注塑机内，作 为 注塑机的一项新功 能。 气 辅 注 塑 是 采用 所 谓的“短 射”方法 ， 即 先 在 模 腔 内 注 入 一 定 量 的 料 （ 通 常 为 满 射 时 的 70 95） ，然后再注入 气 体， 实 现 全 充 满过程 。熔胶 注 射量 与模具气道大小及模腔结构关系最大。气道截面越大，气体越 易 穿透 ，掏空率越 高 ，适 宜 于 采 用 较 大的 “ 短射率 ”。这 时如果使用过多料量，则很容易发生熔料堆积，料多的地方会 出现缩痕。如果料太少，则会导致吹穿如果气道与流料方向完全一致，那么最有利

15、于气体的穿 透，气道的掏空率最大。因此在模具设计时尽可能将气道与 流料方向保持一致2. 2 粉 末 冶 金粉末冶金是最早用来制造金属基复合材料的方法，早在 1961年 Kopenaal等 人 就 利 用粉 末 冶金 制 造纤维体积含量为20 %到40 %的 碳 铝 复合 材 料 ， 但由 于 性能 很 低，也无有效措施加以提高，这种反方法已不再用来制造长纤维增强复合财 力，而主要用来制造颗粒或晶须增强金属基复合材料。3. 2. 1 金 属 粉 末 工 艺 流 程 图颗粒（晶须）合金粉末粉末冶金法制造金属基复合材料的工艺流程图常 规 的 粉 末 冶 金 的 工 艺 流 程 事 先 将 混 合 粉

16、 末 冷 压 成 型 ,在 经 过 烧 结 完 成 复 合 ,其 特 点 是 设 备 要 求 相 对 较 低 ,便 于 大 批 生 产 ,制 品 的 致 密 程 度 较 低 、空 隙 率 较 高 ，性 能 较 低 ，对 于 力 学 性 能 要 求 较 高 的 零 件 ，通 常 采 用 挤 压 、轧 制 、锻 压 等 二 次 成 型 手 段 进 行 致 密 处 理 。但 对 于 有 润 滑 的 耐 磨 零 件 ，适 当 的 空 隙 存 在 对 连 续 油 膜 的形成、减少摩擦系数有利，则无需进行致密处理。常用机械粉碎、雾化、物理化学法制取粉末。制取的粉末经过 筛分 与混 合，混 料 均匀 并 加

17、 入 适 当的 增塑 剂 ，再进 行压 制 成 型，粉粒间的原子通过固相 扩散 和机械咬 合作 用，使制件结 合为具有一 定 强 度 的 整 体 。 压 力 越 大 则 制 件 密 度 越 大 ，强 度 相 应 增 加 。有 时为减小压力合增加制件密度，也可采用热等静压成型的方法将压制成型的制件放置在采用还原性气氛的闭式炉中进行烧结，烧 结温 度约为基 体金属 熔 点的2/33/4倍 。由 于高温下不同种类原子的扩散，粉末表 面 氧化物的被还 原以及变形粉末的再结晶，使粉 末颗粒相 互结合 ，提高 了粉末冶 金制 品的 强度，并获得 与 一 般 合 金 相 似 的 组 织 。经 烧 结 后 的

18、 制 件 中 ，仍 然 存 在 一 些 微 小的孔隙，属于多孔性材料。一 般 情 况 下 ，烧 结 好 的 制 件 能 够 达 到 所 需 性 能 ，可 直 接 使 用 。但有时 还需 进行必要的 后处 理。如 精压处理，可提高 制件的密度和尺寸 形状 精度；对铁 基粉 末冶金 制件进行淬火 、表面淬火等处理可改善其机械性能；为达 到润滑或耐蚀目的而进行浸油或浸渍其它液态润滑剂；将低熔点金属渗入制件孔隙中去的熔渗处理， 可提高制件的强度、硬度、可塑性或冲击韧性等。4. 2.2 粉末冶金的应用1、 、 在汽车行业的应用。据 文献报 道，2003年， 北美粉末冶金机械零件在轿车中的使 用 为 12

19、.3kg； 日 本 轿 车 平 均 每 辆 为6. 5kg；欧洲平均每辆车为7kg； 国 内 上海普 通 桑 塔 纳 轿 车 每 辆 为6kg；上海通用别克轿车为 12kg左 右。2、 在家电行业。随着国内 空调机 、冰箱等家电 迅速发展，粉末冶金在该领域得到了发展，其中压缩机中活塞、连杆、缸体、缸 盖等重要部件都采用粉末冶金。3、 在 电 动 工 具 行 业 。 由 于 电 动 工 具 中 存 在 大 量 齿 轮 ， 而 粉 末 冶金 齿 轮 的 制 造 成 本 低 、 噪 声 低 、自 润 滑 性 能 好 等 优 点 ，不 少 电 动具 制造厂家 使 用 粉 末 冶金 替代 机 加 工 齿

20、 轮 ，扩 大 粉 末 冶 金 产 品 的应用范围。2.3低压结 构 发 泡 注塑 成型 技 术随着高分子成型工艺技术的发展，结构发泡注塑与气体辅助 注塑两项成型工艺越加完善，应用领域不断扩大。但是，随着人们生活水平的日渐提高，对很多产品提出了更高的要求，比如在音响号筒领域大家越来越关注音质效果以及产品的耐用 性、外观效果等等。传统的注塑已经很难满足这些塑件的需求，低压结构发泡注 塑的 诞生填补了传 统注塑技术的 空白 。最早是20 世 纪20年代初 期的 泡沫胶木，用 类似制造泡沫 橡胶 的方法制取 ； 30年代出现硬质聚氨酯泡沫和聚苯乙烯泡 沫；40年代有聚乙烯、聚氯乙烯、环氧树脂、酚醛泡

21、沫；50年代则有可发性聚苯乙烯泡沫和软质聚氨酯泡沫。现在，基本上所有的塑料，包括热塑性和热固性的都可以发泡。工业上的制备方法有：挤出发泡、注塑发泡、模塑发泡、压延发泡、粉末发泡和喷涂发泡等等。其中，注 塑发泡是最重要的成型方法之一，也是低压结构发泡注塑的前 身。2. 3. 1 发 泡 工 艺 流 程1 、将 我 们 通 常用的材 料如：ABS、 HI PS、 PP 等 （ 注意必须是成型 温度 与 AC发泡剂发 泡温度接 近的 塑 料） ， 与 AC 进行一定比例的 混 合 ， 通 常 比 例 为 0. 5%- 5%。2 、混合均匀的材料通 过 注 塑 机 螺杆 共混，此 时喷嘴 的阀门关闭。

22、3 、气体辅助设备运转 向 密 封 模 具内 打入低压氮气 ，抑制发泡剂在瞬间发泡。4、当模腔压力达到0. 8- 2. 0MPA时 ，自锁式喷嘴阀 门打开开始注 射 ，熔 融 塑 料 通 过 模 具 内 的 热 流 道 的 加 热 ，让 发 泡 剂 达 到 发 泡 温 度。5、 塑 料 即 将 填 满 模 腔 时 （ 通 常 在 90 %-9 5%左 右 ） ， 气 体 辅 助 设 备 开 始 排 气 ，与 此 同 时 塑 料 件 内 部 也 充 分 进 行 发 泡 ，最 后 添 满 整 个 模腔。2. 3. 2 常 见 的 缺 陷 及 解 决1 、 注 塑 件 缩 水 ： 由 于 填 充 过

23、 于 饱 和 经 常 会 造 成 发 泡 不 充 分 ， 因 而 造 成 筋 位 和 柱 位 的 缩 水 。 解 决 方 法 ：减 少 注 射 量 、降 低 注 气 时 间、降低注气压力、提高喷嘴温度。2 、注 塑 件 欠 注 ：由 于 注 塑 量 不 足 经 常 会 有 欠 注 现 象 。解 决 方 法 ： 适当增加注塑量。3 、 熔 体 破 裂 、 气 痕 ： 由 于 充 填 不 均 匀 或 者 发 泡 的 时 机 不 对 ， 在注塑件表面会有橘皮状缺陷或者有类似于熔接痕的缺陷。解决方法：调整注塑件充填平衡，适当降低浇口位置填充速度、 降 低 气 体 压 力 ，适 当 提 高 气 体 排

24、放 的 斜 率 、降 低 料 管 温 度 ，避 免 材料在料管中提前发泡。 其他的缺陷处理办法与传统注塑比 较 接 近 ，在 此 不 再 重 复 说 明 。主 要 是 通 过 气 体 辅 助 设 备 调 整 模 具 内部的压力，进而控制发泡剂发泡的时机4 .4 热 固 塑 料 注 射 成 型2. 4. 1 热 固 塑 性 成 型 发 展热固性树脂在受热或在固化剂的作用下，能发生交联而变成 不熔不溶状态的树脂。热固性塑料在热固性树脂中加入增强材料、填料及各种助剂 所制得的制品称为热固性塑料热固性塑料具有耐热好、刚性大、价格低 等 优点 ，随 着 塑 料 工 业 的发展，热 固 性塑 料制品的应用

25、也越来越广泛。20 世纪60年代前，压制和挤出工艺 加 工20 世纪60年代后，注射成型工艺。其 中日本已有85 的热固性塑料制品是 用 注 射 成 型 方 法 获 得 的 ，我国70 年代 开始 推 广 应 用 热 固性塑料注 射 成型 工艺，目前只占所 有热固性塑料制品的34，可见热固性塑料注射成型工艺技术在我国是大有发展空间。2. 4. 2 成 型 原 理 及 工 艺 过 程加热热固性塑料注射成型料筒低粘度塑性注射 模腔反应排气冷却热固性塑料受热成型过程中不仅发生物理状态的变化，而且还发生不可逆的化学变化。这种历程的快慢取决于温度和经历的时间。为使注射过程顺利进行，应控制使物料通过喷嘴时必须达到最好的流动性，物料进入模腔后，反应基团与加入的固化剂发生交联反应，使线性树脂逐渐变成体型结构。反应过程中，会逐渐释放出低分子物（ 如氨、水等） ，必须及时排出，才能保证反应顺利进行。当交联反应进行到使模内物料的物理力学性能达到最佳值时，即可以从模内脱出，成为制品。2.4.3 热固性材料加工的要求1、在工艺条件方面，对于温度、压力与时间的控制均要因料筒、模具内物料的 运动与反应阶段而进行选择。2、在原料方面，不同塑料顺利变成注射制品的难易程度是不同的。例如，酚