高分子加工学注射成型

高分子加工学注射成型第一页，共四十九页，编辑于2023年，星期二注射成型在塑料加工中的地位能成型外形复杂、尺寸精度高的制品能成型带有嵌件的制品成型周期短，成型时间：几秒～几分钟适应性强，制品重量：1g以下～几十Kg生产效益高容易实现自动化第二页，共四十九页，编辑于2023年，星期二发展现状经济而先进的加工方法产量占塑料总量的30%从品种上看，比重更大可用于制备工程塑料制造工业配件，仪表零件，壳体适合大、中、小型的企业

第三页，共四十九页，编辑于2023年，星期二注射成型加工的历史1845第一次加工赛璐珞1919醋酸纤维，进一步发展1926用压缩空气作动力1930电力作动力1936出现了带分流梭的柱塞式注射机1940用螺杆的直接注射法1956第一台往复螺杆注射机（现代注射机）第四页，共四十九页，编辑于2023年，星期二5.2.1注射成型设备

注射机的基本作用——塑化、注射塑化：加热物料使其达到熔融状态，进一步混合物料使其达到均匀混合状态。注射：对熔融物料施加高压，使其射出而充满模具型腔。

注射机组成——注射系统、锁模系统和塑模第五页，共四十九页，编辑于2023年，星期二图5-61

移动螺杆式注射机1－动模板2－注射模具3－定模板4－喷嘴7－注射油缸12－顶出杆（销）

13－锁模油缸

常用注射机类型：柱塞式注射机单螺杆定位预塑注射机移动螺杆式注射机图5-61移动螺杆式注射机第六页，共四十九页，编辑于2023年，星期二C.移动式（往复）螺杆注射机单料筒，单螺杆，螺杆可前后移动与B.类比较,预塑效果相当；与A.比较,塑化效果好,大注射量螺杆传动部分复杂

A.柱塞式注射机

单料筒，单柱塞结构简单塑化不均匀，注射压力损耗大，注射速度不均匀。B.单螺杆定位预塑注射机结构特点：双料筒，单螺杆，单柱塞预塑均匀，注射压力稳定，加料量大结构复杂，操作困难第七页，共四十九页，编辑于2023年，星期二(1)注射系统

柱塞式和移动螺杆式注射机的作用原理大致相同作用:

使物料塑化、混匀，在高压下将其注入模具。注射系统包括加料装置、料筒、螺杆（柱塞式注射机则为柱塞和分流梭）及喷嘴等部件。

第八页，共四十九页，编辑于2023年，星期二

①加料装置必备：锥形料斗，可加定量、定容加料装置，自动上料装置。②料筒③柱塞与分流

柱塞为一根坚硬的金属圆棒，其作用：将注射油缸的压力传给物料，并使熔料注射入模具。分流梭装在料筒前的中心部分，是两端锥形的金属圆锥体，形如鱼雷，也叫鱼雷头。第九页，共四十九页，编辑于2023年，星期二分流梭作用：将料筒内流经该处的熔料成为薄层，使塑料流体产生分流和收敛流动，以缩短传热导程，有利于减少或避免塑料过热而引起的热分解，并提高塑化质量。

螺杆柱塞分流梭柱塞式注射机×√√单螺杆式定位注射机√√×移动螺杆注射机√××第十页，共四十九页，编辑于2023年，星期二④螺杆作用:对物料进行输送、压实、塑化和施压A．螺杆在注射过程中的运转步骤将料斗的物料卷入料筒,螺杆转动,后移(同时进行)料筒中的物料达到注射量时，螺杆停转，停移螺杆将熔料注入模具时，螺杆在不转动的情况下，作轴向向前运动。注射大径移轴向移动保压小径移轴向移动(基本不动，略有调整)第十一页，共四十九页，编辑于2023年，星期二B．注射螺杆的特点结构与挤出机基本相同，技术要求偏低。运转中既有径向运动(转动)，又有轴向的位移。螺槽较深头部锥形。头部可带止逆环第十二页，共四十九页，编辑于2023年，星期二图5-65注射用螺杆结构示意图C．螺杆分为三段

送料段作用：使物料受热、前移物料状态：固体结构特点：螺距等距等深长度：1/2第十三页，共四十九页，编辑于2023年，星期二

压缩段(熔化段)，螺杆中部作用：使物料受热、前移；使物料软化，熔融；排气物料状态：逐渐熔融结构特点：螺槽逐渐变小（渐变），有挤压作用长度：

1/4

均化段（计量段）作用：与送料段相同；使熔体均匀；使熔体定量、定压由喷咀射出物料状态：熔融状态结构特点：等距等深，螺距比前两段小(熔化后体积比原料小)长度：1/4第十四页，共四十九页，编辑于2023年，星期二

D．注射螺杆的重要参数长径比：L/D=16~20压缩比：2~5

严格定义：螺杆的加料段，第一个螺槽的容积与螺杆的均化段最后一个螺槽的容积之比。第十五页，共四十九页，编辑于2023年，星期二⑤喷嘴

联接料筒和模具的过渡部分直通式自锁式杠杆针阀式（外锁式）树脂熔融粘度高直通式喷咀熔融粘度低自锁式或杠杆式第十六页，共四十九页，编辑于2023年，星期二（2）锁模系统作用：锁合模具，启闭模具，顶出制件锁模力＞模腔压力闭模：先快后慢。开模：先慢后快(粘接力大，须慢慢开启)

锁模力(F)的大小决定于注射压力(p)和与施压方向成垂直的制品投影面积(A)的乘积，即

（5-44）第十七页，共四十九页，编辑于2023年，星期二常用的启闭模具和锁模机构有三种型式:

机械式

液压式

液压—机械组合式第十八页，共四十九页，编辑于2023年，星期二

A．机械式

优点：结构简单，制造，维修容易

缺点：启动时负荷大，受冲击振动大

适用范围：小型机

B．液压式优点：压力大，工作平稳。缺点：系统功率大，设备昂贵。适用范围：大型机。

C．液压、机械组合式结构特点：液压操纵连杆和曲肘撑杆结构优点：符合闭模先快后慢，开模先慢后快，锁模力大缺点：调模难，易磨损适应范围：中大型，普遍采用第十九页，共四十九页，编辑于2023年，星期二(3)注塑模具(模具)

1－用作推顶脱模板的孔2－脱模板

3－脱模杆4－承压柱5－后夹模板

6－后扣模板7－回顶杆8－导合钉

9－前夹模板10－阳模11－阴模12－分流道13－主流道衬套14－冷料井15－浇口16－型腔17－冷却剂通道18－前扣模板19－模具分型面20－后扣模板

21－承压板

22－制品

23－分流道赘物

24－主流道赘物

典型注射模具结构示意图

模具——在注射成型中赋予塑料一定形状和尺寸的部件模具由浇注系统、成型部件和结构零件三大部分组成

第二十页，共四十九页，编辑于2023年，星期二(3)注塑模具模具特点：形状复杂，加工光洁度和精度要求高按运行特点分：定模和动模。从作用功能分：浇注系统：主流道、分流道、冷料穴、浇口等型腔成型系统：型腔、型态、阴模、阳模、成型杆排气孔结构零件：用于导向、抽芯、脱模、分型各种零件，包括前后夹模板、前后扣膜板、承压板、承压柱、导向板、脱模板、脱模杆、加程杆等。冷却装置：在阴、阳模中设置冷却介质流动的通道第二十一页，共四十九页，编辑于2023年，星期二典型的塑模结构

主流道：喷咀至型腔或分流道的一段通道冷料穴：主流道末端的一个空穴分流道：多槽模中连接主流道和各个型腔的通道浇口：连接主流道(或分流道)与型腔之间的通道,

浇口小，提高冲模速度，防倒流。型腔：模具中成型塑料制品的空间阴模（凹模）：构成制品外形的成型零件。阳模（凸模）：构成制品内部形状的成型零件

排气孔：用于排除熔料中的气体冷却装置：冷水，热水，热油，蒸汽第二十二页，共四十九页，编辑于2023年，星期二注射的工艺参数、技术参数和型号的表示法

工艺参数：以数量的形式反映注射机在运转时的工艺条件（可调，可选择）。技术参数：反映注射机的性能，作为设计制造的依据，便于用户合理使用（不可调，不可选择）。注意：工艺参数和技术参数的区别和联系。如注射量既是工艺参数又是技术参数。技术参数通常用工艺参数上限或下限来表示。第二十三页，共四十九页，编辑于2023年，星期二注射机型号的表示法A．国外的：厂家专用代号：锁模力(改进型号)，如N400AVN表示日本日精株式会社（Wikka）专用代号，400——锁模力，AV改进型号B.国内的按轻工部标准

SZ­—额定注射量/锁模力,如SZ—60/40

额定注射量60cm3,锁模力40吨第二十四页，共四十九页，编辑于2023年，星期二5.2.2注射成型原理从工艺操作看，实质是塑化过程，流动与冷却过程注射过程原理是研究注射机在传热和传质的过程以及流体的流动状态，混合状态，得到注射机的工艺参数与制品质量的相互关系，指导实际生产。热塑性塑料的注射过程包括加料、塑化、注射充模、冷却固化和脱模等几个步骤第二十五页，共四十九页，编辑于2023年，星期二（1）塑化过程原理物料在料筒内经过加热，混合之后，达到流动状态，具有良好的可塑性，均匀性的全过程。热均匀性

塑化量指单位时间内注射机熔化物料的质量（5-49）

料温分布

第二十六页，共四十九页，编辑于2023年，星期二(2)注射流动过程原理

用柱塞或螺杆的推动将具有流动性和温度均匀的塑料熔体注入模具，充满模具型腔。物料在注射机料筒中的流动塑料受压和受热时，首先由压力将粒状物压成柱状固体，而后在受热中，逐渐变成半固体以至熔体。物料在喷嘴中的流动喷嘴是料筒与模具之间的连接件，充模时熔体流过喷嘴孔时会有较多压力损失和较大温升。物料在注射模腔内的流动塑料熔体进入模腔内的流动情况均可分为充模、保压、倒流和浇口冻结后的冷却四个阶段。

第二十七页，共四十九页，编辑于2023年，星期二图5-78

不同充模速率的熔体流动情况

(a)慢速注射

（b）高速注射

第二十八页，共四十九页，编辑于2023年，星期二流动和冷却过程分成充模、保压、倒流、冷却四个阶段注射机基本操作程序(a)加料塑化

（b）注射充模

（c）保压固化

（d）脱模

第二十九页，共四十九页，编辑于2023年，星期二流动和冷却过程A．充模阶段物料状态：熔体熔体的流动特征：以注射速度流动模腔压力开始小，结束最大B．保压阶段（压实阶段）物料状态：熔体熔体流动特征：基本静止,少量熔体继续流入(补缩)模腔压力，基本不变第三十页，共四十九页，编辑于2023年，星期二流动和冷却过程C．倒流阶段物料状态：大部分是烘干熔体，浇口处变成固体熔料状态：基本静止，但有倒流现象。模腔压力：开始下降，保压时间长，倒流消除；喷咀中带有止送阀，避免倒流；倒流阶段在两种情况下不存在：①保压阶段长，浇口冻结②喷咀带有止逆阀

第三十一页，共四十九页，编辑于2023年，星期二流动和冷却过程D．冻结后冷却阶段物料状态：从熔体变成固体熔体流动特征：仍有少量在流动模腔压力，不断下降，结束，留残余压力第三十二页，共四十九页，编辑于2023年，星期二5.2.3注射成型工艺及控制

粒状热塑性塑料干燥和预热注射机料筒清洗加料塑化加料嵌件的预热塑化注射充模凝封保压退柱塞或螺杆冷却固化注射制品脱模

注射成型工艺流程图

后处理第三十三页，共四十九页，编辑于2023年，星期二（1）注射成型的工艺操作过程①设定各个温度控制温度②各个温度区通电加热③加热预塑送料，物料熔融，螺杆后退。④合模与锁紧开始低压快速，缩短合模周期；将闭合时，低压低速；⑤注射装置前移使喷咀与空模板,模具或流道口贴紧

⑥注射第三十四页，共四十九页，编辑于2023年，星期二注射成型的工艺操作过程⑦保压压实、补充模具内物料，可防止物料倒流，螺杆或柱塞在注射完毕后，继续对熔体保持一定压力。⑧制品冷却由外至内冷却冷却过程中同时进行另一过程，加热预塑⑨注射装置后退避免喷咀出现冷料。⑩开模，顶出制品重复第4步骤：制备下一个制品第三十五页，共四十九页，编辑于2023年，星期二（2）注射成型工艺成型前的准备易吸湿塑料，如PC,NY等需干燥注射过程

加料、塑化、注射充模、保压、冷却固化和脱模等几个工序

制件的后处理注射制件经脱模或机械加工后，常需要进行适当的后处理，以改善和提高制件的性能及尺寸稳定性。后处理主要指退火、调湿处理和二次加工等。

第三十六页，共四十九页，编辑于2023年，星期二（3）注射成型工艺条件及控制温度

老式机只有料筒三段温度A．料筒温度①Ⅰ（T低）→（高）Ⅲ流动T～分解T

流动T粘流Tf（无定形）熔点（结晶聚合物）②料口末端温度Ⅲ③Ⅰ比流动T稍低④易降解的聚合物，严格控制最高T第三十七页，共四十九页，编辑于2023年，星期二B．喷咀T控制原则：喷咀大，模具小，略低料筒的最高T。反之，高于…..C．模具T

低于树脂的Tg和Tm.。控制原则：①具体问题具体分析②尽可能低③无定形树脂，熔融T↑，模具T↑，反之亦然。④结晶性树脂，通过理解冷却速率对结晶的影响，去把握模具的控制。第三十八页，共四十九页，编辑于2023年，星期二压力A．背压（塑化压力）定义：在预塑阶段（即螺杆后退时），物料对螺杆头部新产生的压应力（压强）Mpa。

保证质量前提下，背压越低越好B．注射压力定义：柱塞或螺杆顶部对塑料所施加的压力调高P有利：收缩率↓，尺寸稳定性好调高P不利：溢边，胀模，压力波动P过低：充模不足C.保压压力与注射压力类似第三十九页，共四十九页，编辑于2023年，星期二注射速率q（速度υ）υ

：单位时间内柱塞或螺杆移动的距离（cm/s）q：单位时间内注射塑料的量（cm3/s或g/s)调高有利：充模时压力↑，流动长度↑。调高不利：溢边，飞边，胀模。过低：质量不均匀，不密实。第四十页，共四十九页，编辑于2023年，星期二注射时间（成型周期）

定义：完成一次注塑过程所需的时间A.注射成型循环周期

τ↑，产率↓总的控制原则：尽可能缩短注射成型循环周期。注射时间（充模时间）一般为0~10sτ保压时间闭模冷却时间总冷却时间其它时间(开模、脱模、涂拭脱模剂、安放嵌件和闭模等时间)有的注射时间定义时，没包括保压时间，而有的包括了保压时间。第四十一页，共四十九页，编辑于2023年，星期二注射成型周期图

第四十二页，共四十九页，编辑于2023年，星期二B．注射时间（充模时间）定义：螺杆或柱塞完成一次注射行程时所需的时间作用和控制原则：与注射速率相反C．保压时间τt不足，熔料会从膜腔中倒流，使模内压力下降，以致制品出现凹陷，缩孔。在浇口熔体封冻前，t有影响；封冻后，t无影响D．冷却时间ττ长，避免制品在脱模时变形，但产率↓

τ短，脱模难第四十三页，共四十九页，编辑于2023年，星期二

为什么说在注射机上，确定了注射速度和注射时间之后，就能相应地确定注射速率和注射量？