《塑料成型工艺与模具设计》-项目 １２　其他塑料成型技术

项目１２其他塑料成型技术１２.６气体辅助注射成型１２.７发泡成型１２.８精密注射成型与模具１２.９快速成型上一页返回１２.１无流道注射模无流道注射模是利用加热或绝热的方法，使从注射机喷嘴到型腔入口这一段流道中的塑料一直保持熔融状态，从而在开模时只需取出塑件，不需要取出流道凝料的一种塑料注射模。采用无流道注射模是塑料成型工艺向节能、低耗、高效加工方向发展的一项重大改革。当前在一些发达国家中，无流道注射模的相关元件已经标准化，无流道模具在注射模中占有较大的比例。近年来，这种新成型技术还在不断地完善和发展。１.无流道注射模的特点无流道注射模的优点较多，主要有以下几点：１）在整个生产过程中，因浇注系统中的塑料始终保持熔融状态，故压力损失小，可以实现多浇口、多型腔模具及大型塑件的低压注射。同时也有利于压力传递，可克服因补缩不足而产生的收缩凹痕，提高了塑件质量。下一页返回１２.１无流道注射模２）基本上实现了无废料加工，大大节约了原材料。３）省去了注射成型过程中取出浇注系统凝料的工作，操作简化，有利于实现自动化生产。同时开模与合模行程可以缩短，从而缩短了成型周期，提高了劳动生产率。４）省去了切除、破碎及回收凝料和修正塑件等工作，节省了人力，减少了设备，降低了成本。同时注射的塑料中，不再利用经反复加工后的可能降解或沾染了杂质的流道凝料，因而有利于提高塑件质量。２.无流道注射模对塑料的要求１）塑料的熔融温度范围较宽，黏度在熔融温度范围内变化较小。在较低的温度下具有较好的流动性，而在较高的温度下具有良好的热稳定性。２）对压力较敏感，即塑料在不加注射压力时不流动（能避免流涎现象），但稍加注射压力又即可流动。上一页下一页返回１２.１无流道注射模３）热变形温度较高，在较高温度下可快速冷凝，这样可以尽快推出塑件，且推出时不产生变形，以缩短成型周期。４）比热容小，这样塑料极易熔融，又易凝固。５）导热性好，能将塑料所带的热量快速传给模具，以使塑件在模具中快速冷凝。３.无流道注射模的类型与结构根据流道内塑料保持熔融状态的方法不同，无流道注射模分为绝热流道注射模和热流道注射模两大类，而每一类中又有若干种不同的结构。现将常见的几种结构分述如下。上一页下一页返回１２.１无流道注射模（１）绝热流道注射模绝热流道注射模的特点是模具的主流道和分流道都很粗大，因而在整个注射过程中，靠近流道壁部的塑料容易因散热而冷凝，形成冷硬层，它起着绝热作用。而流道中心部位的塑料仍保持熔融状态，从而使熔融塑料能通过它顺利地进入型腔，达到连续注射而无须取出流道凝料的要求。绝热流道注射模可分为井式喷嘴注射模和多型腔的绝热流道注射模两种。上一页下一页返回１２.１无流道注射模１）井式喷嘴注射模。井式喷嘴注射模（又称为绝热主流道注射模）是绝热流道注射模中最简单的一种，适用于单型腔模具。这种模具的特点是在注射机喷嘴和模具入口之间装置一个主流道杯，杯内有容纳熔融塑料的“井坑”，如图１２－２所示。在注射过程中，由于杯内熔体层较厚，且被喷嘴和每次通过的熔体加热，所以除外层被很快冷凝外，中心部位能始终保持熔融状态，使来自料筒中的熔体能继续流入型腔。为了保持主流道杯中心部位的熔体不冷凝，注射机喷嘴与主流道杯的“井坑”应始终紧密接触。井式喷嘴中主流道杯“井坑”的尺寸不宜过大，否则在注射时熔体的反压力会使喷嘴后退而发生溢料。主流道杯的尺寸一般根据塑件质量来确定，其尺寸关系如表１２－１所示。在一般情况下，主流道杯的容积取塑件体积的１／２以下。上一页下一页返回１２.１无流道注射模井式喷嘴因浇口与热源（喷嘴）相距较远，“井坑”内塑料冷凝的可能性较大，故只宜在操作周期较短（每分钟３次以上）的情况下使用。为了避免“井坑”内塑料熔体凝固，可以设计成在开模时或塑件基本固化后，使主流道杯连同喷嘴一起与模具主体稍微分离一点的结构，如图１２－３（ａ）所示，或使喷嘴前端凸出而伸入主流道杯中一段距离，如图１２－３（ｂ）所示。其中图１２－３（ｃ）的结构在停车时，可使主流道杯中凝料随喷嘴一起拔出，便于清理流道。经过这些改进后的井式喷嘴，可减缓热量散失，从而避免或减少杯中熔体的凝固。上一页下一页返回１２.１无流道注射模２）多型腔的绝热流道注射模。多型腔的绝热流道注射模（又称为绝热流道注射模）按其浇口的不同，可分为主流道型浇口和点浇口两种类型，分别如图１２－４、图１２－５所示。这种模具的绝热原理与井式喷嘴注射模相同，其主流道和分流道都很粗大，界面形状常为圆形。分流道的直径根据成型周期长短和塑件质量而定，常用的直径为１６～３０ｍｍ，成型周期长时只取最大值。为减小料流阻力，流道内所有转弯交叉处都应圆滑过渡。另外，由于在停机后流道内的熔体将会全部凝固，因此，在分流道的轴线上应设置能快速闭合的分型面，以便在下次开机前彻底清除全部凝料。上一页下一页返回１２.１无流道注射模为了克服点浇口绝热流道模具的浇口处容易冷凝这一缺点，常在浇口处设置加热件进行加热。图１２－６（ａ）所示为浇口处设置加热探针的绝热流道模具，因为流道仍处于绝热状态，故又称为半绝热流道模具。加热探针的尖端伸到点浇口附近，使浇口部分的塑料始终保持熔融状态，如果设计与制造正确，成型周期可以长达２～３ｍｉｎ。由于分流道的主体部分无加热器，故应同样设置分流道分型面。模具流道部分（Ｍ段）的温度亦应高于型腔部分（Ｎ段）的温度。另外，加热探针的尖端伸到浇口中心时不能与浇口壁相接触，否则其尖端温度将迅速降低而失去加热作用。为改善其对中性，可将探针设计成带三角形的翼片形式，如图１２－６（ｂ）所示（探针端部放大情况），但翼片与流道壁制件也应采取绝热措施，以减少其热损失。加热探针的温度控制应适当，以保证熔融塑料不冷凝也不因温度过高而流出。浇口处温度偏高还会产生拉丝现象，影响塑件的自动坠落，妨碍整个操作，又增加塑件的修整工序。上一页下一页返回１２.１无流道注射模（２）热流道注射模这类模具设置了加热器，使浇注系统中的塑料一直保持熔融状态。与绝热流道注射模相比，热流道注射模不受塑件成型周期的限制，停机后也不需要打开流道板清出流道凝料，再开机时只需接通电源重新加热流道达到所需温度即可。同时由于分流道中压力传递好，可以相应降低塑料的成型温度和注射压力，这对防止塑料的热降解，降低塑件内应力都有好处。因此，热流道注射模适用的塑料品种更多，是无流道注射模的主要形式。但是，热流道注射模对流道的加热装置、温度调节系统、模具的绝热措施等要求比较严格，设计时也要考虑防止浇口的凝固和流涎等问题。热流道注射模可分为下列几种。上一页下一页返回１２.１无流道注射模１）延伸式喷嘴注射模。它是为了克服井式喷嘴的“井坑”中塑料易冷凝、浇口易堵塞的缺点，将“井坑”去掉，而将注射机喷嘴延伸到与型腔相接的浇口附近，或直接与浇口接触，从而使浇口处塑料始终保持熔融状态。为了防止喷嘴的热量过多地传给温度较低的型腔，使模温难以控制，必须采取有效的绝热措施。常见的绝热方法有塑料绝热和空气绝热两种。图１２－７所示为塑料层绝热的延伸式喷嘴模具，图中延伸式喷嘴２和模具浇口衬套４之间有一圆环形接触面（图中Ａ部），它起密封作用，又是模具的承压面，该环形面积不宜过大，以减少传热。上一页下一页返回１２.１无流道注射模图１２－８所示为空气绝热的延伸式喷嘴模具，延伸式喷嘴２直接与浇口衬套４接触，喷嘴与浇口衬套之间、浇口衬套与定模型腔板５之间除了必要的定位面接触外，都留出厚约１ｍｍ的间隙，此间隙为空气所充满，起绝热作用。由于与喷嘴尖端接触处的型腔壁很薄，为防止被喷嘴顶坏或顶变形，在喷嘴与浇口衬套间也应设置环形支承面（图中Ａ部）。延伸式喷嘴只能用于单型腔注射模。２）多型腔热流道注射模。它的主要特点是在模具内设有一个加热流道板，主流道、分流道及加热装置均在这块板上。根据对流道的加热方法不同，这类模具可分为外加热式和内加热式两种。上一页下一页返回１２.１无流道注射模①外加热式多型腔热流道注射模。这类模具在流道板内设有加热孔道，孔内插入管式加热器（如电热棒等），使流道内的塑料始终保持熔融状态。流道板要利用绝热材料（如石棉、水泥板等）或空气间隙与模具其余部分隔热，以减少热传递对模温的影响。此外，还应考虑由于流道板的温度变化而引起的热膨胀，因此，要留出必要的膨胀间隙。主流道和分流道截面多为圆形，其直径为５～１２ｍｍ。浇口形式也有主流道型浇口和点浇口两种，比较常用的是点浇口。为防止浇口冷凝，必须对浇口喷嘴进行绝热，根据绝热情况不同又可分为半绝热式喷嘴和全绝热式喷嘴。图１２－９所示为外加热半绝热式喷嘴多型腔热流道注射模。上一页下一页返回１２.１无流道注射模图１２－１０所示为外加热全绝热式喷嘴多型腔热流道注射模，与图１２－９所示结构类似，但流道喷嘴不与型腔直接接触，两者通过滑动压环９隔离，故称为全绝热式喷嘴。图１２－１０（ｂ）为流道喷嘴局部放大图，浇口直径为０.７ｍｍ，这种浇口尺寸适用于成型小型塑件。图１２－１１所示的喷嘴，浇口直径为１.５ｍｍ，可用于成型质量为１.３３ｋｇ的大型塑件。②内加热式多型腔热流道注射模。这种模具是在整个流道内部和流道喷嘴的内部设置管式加热器，塑料在加热器外围空间流动，而它的绝热作用与绝热流道相似，即靠熔体与流道壁形成的冷凝层，如图１２－１２所示。这种流道热量损失小，加热效率高，即使成型周期较长也不会凝固。另外，为了使互相垂直的流道中的管式加热器不发生干扰，应采用交错穿通的办法安排流道。上一页下一页返回１２.１无流道注射模３）针阀式浇口热流道注射模。在注射成型熔融黏度很低的塑料（如尼龙）时，为避免流涎现象，常可采用针阀式浇口热流道模具。这种模具在注射和保压阶段可使针阀开启，而在保压结束后就将针阀关闭，以避免浇口内熔体流出。针阀的启闭可以在模具上设计专门的液压或机械驱动机构。图１２－１３所示为国内自行设计并已推广的一种针阀式浇口热流道模具，既可用于多腔模又可用于单腔模。注射时熔体产生的高压使针形阀９退回，浇口开启，针阀后端的压力弹簧４被压缩，注射压力消除后靠弹簧的压力将浇口关闭。其加热元件装在主流道和流道喷嘴周围，用环氧玻璃钢压制成的罩壳进行绝热。上一页下一页返回１２.１无流道注射模４）热管式热流道注射模。它的关键问题之一，是控制主流道、分流道直至流道喷嘴头部的温度均匀一致。由于一般与流道喷嘴相邻的型腔处于较低的温度，虽然采取了各种绝热措施，但仍有不少热量从喷嘴头部散失，使得流道两端温差增大。为了缩小流道喷嘴与流道之间的温度差，可采用热管作为导热元件，其工作原理如图１２－１４所示。图１２－１５所示为热管用于主流道套的热管式流道模具。热管做成夹套形式围绕在主流道周围，塑料沿中心流道流动，热管将其上部电加热圈的热量传给流道喷嘴头部。从主流道始端到流道喷嘴头部的流道各部位，其温差均可控制在１.５℃～２℃，保持极其理想的加工温度。在流道喷嘴头部到型腔浇口之间有一塑料绝热层以减少热传递。在国外，这种用于主流道夹套的热管已规格化、商品化。上一页下一页返回１２.１无流道注射模上面介绍了无流道注射模的几种主要结构形式，它们对各种塑料的适用程度和操作难易程度是各不相同的。表１２－２列出了各种塑料对各种形式的无流道模具的使用情况，可供设计和选用时参考。上一页返回１２.２热固性塑料注射成型热固性塑料因其自身特点，过去只能用压缩成型和压注成型的方法来加工塑件。但现在热固性塑料注射成型工艺已有了长足发展，在一些工厂已作为一项常规加工方法被广泛使用。热固性塑料注射成型较压缩成型和压注成型具有周期性短、塑件质量好、劳动强度低、模具寿命长、操作安全和劳动环境得到改善等众多优越性，因此，在很多场合它已取代了压缩成型和压注成型。但是，由于热固性塑料注射成型能够使用的热固性塑料种类、牌号有限，需要特殊结构的注射成型机，模具价格也较昂贵，因此，它的用途也受到很多限制。热固性塑料注射成型的模具和设备与热塑料注射成型很相似，但也有其特殊的地方，本节主要就模具设计方面的不同点叙述如下。下一页返回１２.２热固性塑料注射成型１.热固性塑料注射模的基本结构及模塑成型过程热固性塑料注射模的基本结构如图１２－１６所示。从基本结构上看，它与热塑性注射模相似，也包括成型部分、浇注系统、导向机构、推出机构、分型抽芯机构、加热装置与排气系统等部分。成型热固性塑料所用的注射机，其基本机构和基本工作方式也和热塑性注射机相同。所不同的是：１）料筒的加热元件不用电阻丝加热而用线包加热。线包通电后产生交电磁场使塑料分子在该磁场中振动，从而使塑料加热。这种加热方式使塑料层从里到外同时升温，使塑料不致发生局部过热而固化。２）注射料筒和注射螺杆均设有冷水通道，以保证需要降温的时候能迅速降温。上一页下一页返回１２.２热固性塑料注射成型３）均带有模具加热装置。４）螺杆的螺槽设计不同，要求能兼作排气元件。模具安装在专用的热固性塑料注射机上，工作时由注射机的锁模装置锁紧，粉状或粒状塑料在料筒内通过低温加热（料筒前段为９０℃左右，后段为７０℃左右）和螺杆转动时的摩擦热塑化成熔融状态，然后在螺杆压力（一般为９８～１６７ＭＰａ）作用下，使熔融塑料经过注射机喷嘴和模具浇注系统进入模具型腔。由于模具已被加热到预定温度，故塑料注射到模腔中受模具热环境作用，即发生交联反应而固化成型，塑件成型后在开模时由推出机构推出。上一页下一页返回１２.２热固性塑料注射成型２.热固性塑料注射模的设计要点（１）分型面设计热固性塑料注射模的分型面选择和设计原则与热塑性塑料注射模基本一致。但由于热固性塑料的特点，其注射模分型面设计也具有一些特点，其中最主要的就是要防止溢边并充分排气。１）尽量减少接触面积。热固性塑料注射模分型面要尽量减少贴合面积，以减少分型面贴合间隙和增加单位面积上的贴合压力，防止溢边的产生。２）分型面上应尽量减少孔穴和凹坑。热固性塑料在分型面上的溢边很容易进入分型面上的孔穴中，一旦进入孔穴后，清理很困难，特别当这些溢边积累并高出分型面后，就会使分型面贴合不严。上一页下一页返回１２.２热固性塑料注射成型３）分型面的表面要求。分型面表面硬度应高，一般选择４０ＨＲＣ以上。这种硬度能有效地防止飞边碎片在合模中压伤分型面表面。分型面表面粗糙度应小，一般应在Ｒａ０.２μｍ以下，这能有效地减小飞边对分型面的附着力，使清除飞边更加容易。镀硬铬对增加硬度和降低表面粗糙度都是十分有效的。４）分型面的排气要求。热固性塑料产生的飞边厚度有的只有０.０１ｍｍ。要防止这种飞边出现，分型面必须贴合很严。热固性塑料在注射成型中不会产生很多气体，分型面必须有缝隙以便让这些气体排除，这是一种对立的要求。要解决这个问题，除专门开设排气槽外，分型面模板必须具有非常好的刚性，这样才能有效地防止因模板变形而形成飞边，使飞边仅限于在排气槽中出现。上一页下一页返回１２.２热固性塑料注射成型（２）浇注系统的设计热固性塑料注射模的浇注系统与热塑性塑料浇注系统基本相同，但也有一些不同点要加以注意。１）主流道与冷料穴。由于热固性塑料在注射成型时，塑料熔体是从温度较低的注射机喷嘴进入温度较高的模具主流道中的，模具的热量和料流摩擦产生的热量使料温迅速增高，料流黏度将随之迅速降低，流动性很大幅度地上升，所以，可以将主流道直径设计得较小。而主流道尺寸设计的较小又有利于减少不可再生的流道凝料用料和缩短主流道凝料的固化时间。一般卧式注射机用模具主流道呈圆锥形，锥度为１°～２０°。直角式注射机用模具主流道呈圆柱形。上一页下一页返回１２.２热固性塑料注射成型２）分流道。热固性塑料注射模的分流道要尽量采取平衡式布置形式，使各模型同时充满并同时固化。否则各型塑件在尺寸和性能上有较大的差别。３）浇口。热固性塑料的浇口形式和浇口位置选择原则与热塑性塑料基本相同。浇口尺寸要适中，较大的浇口可以延长模具寿命，但会使塑料摩擦生热加剧和去浇口时易产生塑件局部缺陷，降低模具寿命。一般矩形浇口的深为０.８～１.５ｍｍ，宽为２.５～５ｍｍ，长为１～３ｍｍ。浇口是模具中磨损最严重的部位，生产一段时间后，常用氢弧焊修补。如果塑件批量较大，也可在浇口部位镶嵌硬质合金，以提高耐用度，减少修磨工作。上一页下一页返回１２.２热固性塑料注射成型４）冷流道。冷流道是指模具入口与产品浇口之间的部分。塑料在流道内靠注射压力和汽本身的热量保持流动状态，流道作为成型物料的一部分，但并不属于产品。所以在设计模具的时候既要考虑填充效果，又要考虑怎样通过缩短、缩小流道来节省材料。理想情况是这样，但实际应用中则很难达到两全其美。５）高温流道成型法。在常规的热固性塑料注射模中，树脂是在型腔中被加热固化的。型腔中的树脂在加热的过程中要经过受热降低黏度和继续受热发生交联反应，又逐步固化这两个阶段。在受热降低黏度的过程中，树脂流动性会变得非常好，以致能流进非常小的间隙而形成飞边。但在继续受热发生交联反应的过程中，当交联度达到一定程度，流动性就会大大降低，甚至失去流动性。上一页下一页返回１２.２热固性塑料注射成型（３）成型零件的设计１）尽量不采用镶拼接结构。由于热固性塑料流动性很好，能渗透到很小的缝隙中去。特别是成型零件的镶拼件一般是固定不动的，在这些缝隙中固化了的飞边很难清除，所以成型零件要尽量采用整体结构。采用整体结构的成型零件会给加工带来困难，但现在由于电火花加工和数控加工的普及，这种困难程度在减小。２）成型零件工作尺寸。这里的成型零件工作尺寸计算方法与热塑性塑料工作尺寸计算方法是相同的，所不同的是收缩率为０.８％。采用压注模塑生产时其收缩率为１.０％，而采用注射成型时其收缩率为１.２％了。另外，对于尺寸要求严格的塑件，计算在开模合模方向的尺寸时，应该把分型面的飞边厚度考虑在内，该飞边厚度值一般为０.０５～０.１ｍｍ。上一页下一页返回１２.２热固性塑料注射成型３）开模与抽芯。与成型热塑性塑件一样，开模后塑件应留在动模一边，以利于塑件的推出。在热固性注射成型中，由于开模时模温很高、热固性塑料还未完全固化等原因，塑件因真空吸附，留在模型内的机会较高。为此必须采用更有力的措施防止这种情况的发生，通常的措施是增大拔模斜度、改变型芯表面粗糙度等。４）材料、热处理和表面粗糙度。由于成型零件在模具工作中要受到高温、腐蚀和冲击。所以对材料的要求就较高，对材料硬度和表面粗糙度要求也较高。一般应选用含铬的钢材来制作，热处理硬度在５０ＨＲＣ以上。与塑料接触的表面要经过抛光、镀硬铬、再抛光。抛光表面粗糙度达到Ｒａ０.１左右。上一页下一页返回１２.２热固性塑料注射成型（４）推出机构的设计由于热固性熔体很容易渗入微小缝隙，这就要求推出机构零件与其他零件的配合只能有很小的间隙。如果塑料渗入了这些间隙并形成飞边就必须及时清除，否则不但影响模具配合精度，而且还可能造成模具损坏。（５）排气槽的设计在热固性塑料注射的冲模过程中，除要排除模腔中的空气外，热固性塑料产生的大量挥发气体也必须及时排除到模外，才能顺利地冲模和保证塑件质量。如果这些气体排出不畅，就可能降低冲模速度，甚至不能充满模型，使塑件上出现麻点、闷光、凹陷、气泡和缺损等质量问题，所以这类模具上均要专门开设排气槽。开设排气槽的位置一般在料流最后到达的地方，开设在分型面上的排气槽应开在浇口的对面。上一页下一页返回１２.２热固性塑料注射成型（６）模具加热热固性塑料的交联固化是以模具提供的温度为条件的，所以模具必须加热。模具的加热直接影响着生产效率和塑件质量，所以必须严格控制。其一般要求为模具必须达到交联固化所需要的温度并能使这种温度恒定；模具各部分温度要均匀（一般温差不大于５℃），模具热损失要小。上一页返回１２.３挤出成型塑料注射模１.挤出成型模具的分类及作用挤出成型模具包括两部分：机头和定型模。（１）机头的作用机头是挤出塑料制件成型的主要部件，它使来自挤出机的熔融塑料由螺旋运动变为直线运动，并进一步产生必要的成型压力，以保证塑件密实，从而获得截面形状一致的连续型材。（２）定型模的作用通常采用冷却、加压或抽真空的方法，将从口模中挤出的塑料的既定形状稳定下来，并对其进行精整，从而得到截面尺寸更为精确、表面更为光亮的塑料制件。下一页返回１２.３挤出成型塑料注射模（３）机头的分类１）按挤出成型的塑料制件分类，通常的挤出成型塑件有管材、棒材、板材、片材、网材、单丝、粒料、各种异型材、吹塑薄膜、电线电缆等。２）按制品出口方向分类，可分为直向机头和横向机头，直向机头内料流方向与挤出机螺杆轴向一致，如硬管机头；横向机头内料流方向与挤出机螺杆轴向成某一角度，如电缆机头。３）按机头内压力大小分类，可分为低压机头（料流压力小于４ＭＰａ）、中压机头（料流压力为４～１０ＭＰａ）和高压机头（料流压力大于１０ＭＰａ）。２.挤出成型模具的结构组成以典型的管材挤出成型机头为例，如图１２－１７所示，挤出成型模具的结构可分为以下几种。上一页下一页返回１２.３挤出成型塑料注射模（１）口模和芯模口模３是用来成型塑件的外表面的，芯棒４用来成型塑件的内表面的，所以，口模和芯棒决定了塑件的截面形状。（２）过滤网过滤网９的作用是将塑料熔体由螺旋运动转变为直线运动，过滤杂质，并形成一定的压力；过滤板又称多孔板，同时还起支承过滤网的作用。（３）分流器和分流器支架分流器６（又称鱼雷头）使通过它的塑料熔体分流变成薄环状以平稳地进入成型区，同时进一步加热和塑化；分流器支架７主要用来支承分流器及芯棒，同时也能对分流后的塑料熔体加强剪切混合作用，但产生的熔接痕不影响塑件强度。小型机头的分流器与其支架可设计成一个整体。上一页下一页返回１２.３挤出成型塑料注射模（４）机头体机头体８相当于模架，用来组装并支承机头的各零件。机头体需与挤出机筒连接，连接处应密封以防塑料熔体泄漏。（５）温度调节系统为了保证塑料熔体在机头中正常流动及挤出成型质量好，机头上一般设有可以加热的温度调节系统，如图１２－１７所示的电加热圈１０、１１。（６）调节螺钉调节螺钉５用来调节控制成型区内口模与芯棒间的环隙及同轴度，以保证挤出塑件壁厚均匀。上一页下一页返回１２.３挤出成型塑料注射模（７）定型模离开成型区后的塑料熔体虽已具有给定的截面形状，但因其温度仍较高不能抵抗自重变形，为此需要用定径管２对其进行冷却定型，以使塑件获得良好的表面质量、准确的尺寸和几何形状。３.挤出机头设计原则（１）内腔呈流线形为了使塑料熔体能沿着机头中的流道均匀平稳地流动而顺利挤出，机头的内腔应呈光滑的流线型，表面粗糙度应小于Ｒａ１.６～３.２μｍ。（２）足够的压缩比为使制品密实和消除因分流器支架造成的接合缝，根据制品和塑料种类的不同，应设计足够的压缩比。上一页下一页返回１２.３挤出成型塑料注射模（３）正确的截面形状和尺寸由于塑料的物理性能和压力、温度等因素引起的离模膨胀效应，及牵引作用引起的收缩效应使得机头的成型区截面形状和尺寸并非塑件所要求的截面形状和尺寸。因此，设计时，要对口模进行适当的形状和尺寸补偿，合理地确定流道尺寸，控制口模成型长度，以获得正确的截面形状及尺寸。（４）合理地选择材料机头内的流道与流动的塑料熔体相接触，磨损较大；有的塑料在高温成型过程中还会产生化学气体，腐蚀流道。因此，为提高机头的使用寿命，机头材料应选择耐磨、耐腐蚀、硬度高的钢材或合金钢。上一页下一页返回１２.３挤出成型塑料注射模４.挤出机头典型结构（１）管材挤出机头结构常用的管材挤出机头结构有直通式、直角式和旁侧式三种形式。１）直通式挤管机头，如图１２－１７及图１２－１８所示。机头主要用于挤出薄壁管材，其结构简单，容易制造。图１２－１８所示的直通式挤管机头适用于挤出小管，分流器和分流器支架设计成一体，装卸方便。塑料熔体经过分流器支架时，产生几条熔接痕，不易消除。直通式挤管机头适用于挤出成型软硬聚氯乙烯、聚乙烯、尼龙、聚碳酸酯等塑料管材。上一页下一页返回１２.３挤出成型塑料注射模２）直角式挤管机头，如图１２－１９所示。直角式挤管机头用于内径定径的场合，冷却水从芯棒中穿过。成型时塑料熔体包围芯棒并产生一条熔接痕。熔体的流动阻力小，成型质量较高。但机头结构复杂，制造困难。３）旁侧式挤管机头，如图１２－２０所示。旁侧式挤管机头与直角式挤管机头相似，其结构更复杂，制造更困难。三种机头的特征如表１２－３所示。上一页下一页返回１２.３挤出成型塑料注射模（２）吹塑薄膜挤出机结构类型和结构参数吹塑薄膜挤出机头简称吹膜机头，其方法是挤出壁薄的大直径管坯，然后用压缩空气吹涨。吹塑成型可以生产聚氯乙烯、聚乙烯、聚苯乙烯、聚胺等各种塑料薄膜，应用广泛。根据成型过程中管坯的挤出方向及泡管的牵引方向不同，吹塑薄膜成型可分为平挤上吹、平挤下吹及平挤平吹三种方法。其中前两种使用直角式机头，后一种使用水平机头。常用的薄膜机头大致可分为芯棒式机头、十字形机头、螺旋机头、多层薄膜吹塑机头和旋转机头。１）芯棒式机头，如图１２－２１所示。来自挤出机的塑料熔体，通过机颈７到达芯棒轴９转向９０°，并分成两股沿芯棒轴分流线流动，在其末端尖处汇合后，沿机头流道芯棒轴９和口模３的环隙挤成管坯，由芯棒轴９中通入压缩空气，将管坯吹胀成膜，调节螺钉５可调节管坯厚薄的均匀性。上一页下一页返回１２.３挤出成型塑料注射模２）十字形机头，如图１２－２２所示。其结构类似于挤管机头，在设计这种中心进料式机头时，要注意分流器支架上的支撑肋在不变形的前提下，数量尽可能少一些，宽度和长度也应小一些，以减少接合线。为了消除接合线，可在芯模上开设缓冲槽。十字形机头的优点是出料均匀，薄膜厚度易于控制。由于中心进料，芯模不受侧向力，因而没有“偏中”现象。十字形机头的缺点：因为有几条支撑肋，增加了薄膜的接合线；机头内部空腔大，存料多，不适合于容易分解的物料。３）螺旋式机头，如图１２－２３所示。熔融树脂从机头底部的树脂流入口１０进入模体，通过一个由若干个径向分布孔所组成的星形分配器，自螺旋分歧点９分成２～８股料流，分别沿着各自的螺槽旋转上升，并从切向流动逐渐过渡为轴向流动。熔料在合流部分５处汇合，然后经缓冲槽４均匀地从定型段挤出。这种机头适合于加工流动性好而不易分解的树脂。上一页下一页返回１２.３挤出成型塑料注射模螺旋槽数目如表１２－４所示，主要取决于挤出量和螺旋芯棒的直径。星形分配器各径向孔的直径取决于树脂类型、熔体指数、加工温度，通常为８～１６ｍｍ。螺槽开始点的深度为１６～２０ｍｍ。螺距为１６～２２ｍｍ。口模定型段高度ｈ＝２０～２５ｍｍ，口模间隙为０.８～１.２ｍｍ。中心进料孔直径可根据挤出机大小和口模直径按表１２－５进行选取。４）多层薄膜吹塑机头（也称复合吹塑机头）。多层薄膜吹塑机头是将同种（异色）或异种树脂分别加入两台以上的挤出机，经过同一个模具同时挤出，一次制成多色或多层薄膜。①模内复合。挤出的各熔融树脂分别导入模内各自的流路，这些层流于模口定塑区进行汇合，如图１２－２４（ａ）所示。②模外复合。在树脂刚刚离开口模时就进行复合的一种工艺，如图１２－２４（ｂ）所示。上一页下一页返回１２.３挤出成型塑料注射模５）旋转机头。旋转机头是通过外套或芯棒的转动，对流道中压力和流速不均衡的料层产生一个“抹平”的机械作用，使薄膜超差点均匀地分布到整个圆周上，于是大大改善了薄膜的收卷质量。用旋转机头生产的聚丙烯膜，其厚度公差可达０.０００１ｍｍ。在图１２－２５中，芯模４和口模３既可分别单独旋转，又能以同速、异速或异向旋转。由一台直流电动机经减速系统将运动传给齿轮，带动空心轴１和芯模４旋转。由另一台直流电动机经减速系统将运动传给外模支承体７和机头螺旋体６旋转机头参数的设定。调节装置的调节环和调节螺钉，保证机头出料口环形隙缝宽度均匀一致，调节螺钉应多于６个。上一页返回１２.４中空吹塑成型方法与模具１.中空吹塑成型模具的分类、特点及成型工艺中空吹塑成型是在闭合的模具内利用压缩空气将熔融状态的塑料坯吹胀，使之紧贴于模具型腔壁上，冷却定型得到一定形状的中空塑件的加工方法。适用于中空吹塑成型的塑料品种有聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚碳酸酯。根据型坯生产工艺和吹塑变形的特点，中空吹塑主要分为挤出吹塑和注射吹塑两种形式。（１）挤出吹塑中空成型挤出吹塑是成型中空塑件的主要方法，图１２－２６所示为挤出吹塑成型工艺过程示意图。首先。挤出机挤出管状型坯，如图１２－２６（ａ）所示。截取一段管坯趁热将其放入模具中，闭合对开式模具同时夹紧型坯上下两端，如图１２－２６（ｂ）所示。然后用吹管通入压缩空气使型坯吹胀并贴于模具型腔表壁成型，如图１２－２６（ｃ）所示。最后经保压和冷却定型，便可排出压缩空气并开模取出塑件，如图１２－２６（ｄ）所示。下一页返回１２.４中空吹塑成型方法与模具（２）注射吹塑中空成型注射吹塑成型的工艺过程如图１２－２７所示。首先注射机将熔融塑料注入注射模内，形成管坯，管坯成型在周壁带有微孔的空心型芯上，如图１２－２７（ａ）所示；接着趁热移至吹塑模内，如图１２－２７（ｂ）所示；然后从芯棒的管道内通入压缩空气，使型坯吹胀并贴于模具的型腔壁上，如图１２－２７（ｃ）所示；最后经保压、冷却定型会放出压缩空气，且开模取出塑件，如图１２－２７（ｄ）所示。上一页下一页返回１２.４中空吹塑成型方法与模具２.中空吹塑成型模具的设计要点吹塑模具通常由两瓣合成（对开式），对于大型吹塑模可以设冷却水通道，模口部分做成较窄的切口，以便切断型坯。图１２－２８所示为典型的吹塑模结构，这种结构的模具由相同型腔的动模１和定模２组成，开、闭模动作由挤出机上的开闭机构来完成。模具设有上刃口４和下刃口７，在闭合时能将型坯上多余的塑料切掉。为了使切去的余料不影响模具闭合，在模具的相应部位应开设余料槽，以便容纳余料，模具采用冷却管道通水冷却，以保证型腔内塑件各部分都能均匀冷却。从图１２－２８中可以看出，中空吹塑模具的设计主要包括型坯尺寸的确定、夹坯刃口的设计、余料槽的布置、排气孔的开设以及冷却管道的安排和模具材料的选择等，现将其设计要点分述如下。上一页返回１２.５真空成型方法与模具１.真空成型的特点及成型工艺真空成型是将塑料板材加热至软化温度，再用真空泵把板材与模具型面所构成的封闭空腔内的空气抽取干净后，借助大气压力使板材发生塑性胀型变型（表面增大、厚度减薄），并贴靠模具型面转变成塑件的加工方法。成型冷却后借助压缩空气从模具内脱出塑件。真空成型的主要特点就是设备简单，生产效率高，能加工薄壁塑件。其成型方法有很多种，下面简述型腔真空成型、型芯真空成型，采用凹、凸模先后抽真空成型等三种主要的真空成型方法。下一页返回１２.５真空成型方法与模具（１）型腔真空成型在图１２－２９中，板材被固定在型腔上方，为了防止空气从板材外面进入到型腔中间，在板材固定处要安放密封圈。图１２－２９（ａ）所示为辐射加热器对夹紧后的塑料板材加热的情况；图１２－２９（ｂ）所示为抽走型腔内空气后，软化的塑料板材覆盖到型腔上的情况；图１２－２９（ｃ）所示为冷却后用压缩空气将塑件从型腔中脱出的情况。（２）型芯真空成型型芯真空成型如图１２－３０所示，图１２－３０（ａ）所示为被夹紧的塑料板材在加热器下软化的情况；图１２－３０（ｂ）所示为板材加热后随框架一起下降（或型芯上升）并使板材包在型芯上的情况；图１２－３０（ｃ）所示为抽真空后塑料板材覆盖在型芯上成型时的情况。上一页下一页返回１２.５真空成型方法与模具（３）采用凹、凸模先后抽真空成型采用凹、凸模先后抽真空成型如图１２－３１所示，首先把塑料板材禁锢在型腔上加热，如图１２－３１（ａ）所示；软化后将加热器移开，然后通过型芯吹入压缩空气，而型腔抽真空使塑料板鼓起，如图１２－３１（ｂ）所示；最后型芯向下插入鼓起的塑料板中并且从中抽真空，同时型腔通入压缩空气使塑料板贴附在型芯外表面成型，如图１２－３１（ｃ）所示。由于板材经历了吹鼓的过程，塑料板材延伸后再成型，因此，用这种成型法得到的塑件壁厚比较均匀。上一页下一页返回１２.５真空成型方法与模具２.真空成型模具设计要点（１）模具的结构设计型腔尺寸真空成型型腔尺寸的计算方法与注射模相同，但不必像注射模那样精确。真空成型塑件的收缩量，大约有５０％是塑件从模具中取出时产生的，２５％是取出后保持在室温下１ｈ内产生的，其余２５％是在以后８～２４ｈ内产生的。（２）型腔表面粗糙度一般真空成型模具都没有推出装置，靠压缩空气脱模。如果表面粗糙度值太大，塑料会黏附在型腔表面上不易脱模。因此，型腔表面粗糙度值不能太大，一般取Ｒａ１.６μｍ。真空成型的成型表面最好用磨料打毛或进行喷砂处理，因为在成型时型腔表面可以储存一部分空气，从而避免了真空吸附现象。上一页下一页返回１２.５真空成型方法与模具（３）脱模斜度真空成型凹凸模都应该有一定的斜度，型腔的脱模斜度为０.５°～１.０°；型芯的斜度一般为２０°～３０°，同时模具的圆角半径应大于或等于板料厚度值，以避免弯角处应力集中。（４）抽气孔的设计真空成型时，模内气体必须快速地从抽气孔中排出。对于流动性好、成型温度低的塑料，抽气孔直径可设计得小一些。总之需在短时间内将空气抽出，又不留下抽气孔痕迹。一般常用的抽气孔直径为０.５～１ｍｍ，最大不超过板料厚度的５％。抽气孔的位置应位于板材最后贴膜的地方，如图１２－３２所示。孔间距视塑件大小而定，对于小型塑件，孔间距可在２０～３０ｍｍ之间选取，大型塑件可适当增加距离。上一页下一页返回１２.５真空成型方法与模具（５）边缘密封结构为了使外表面空气不进入真空室，塑料板材与模具接触的边缘应设置密封装置。（６）加热冷却装置。对于板材的加热通常采用电阻丝和红外线。电阻丝温度较高，通常采用调节加热器和塑料板材之间的距离来控制成型温度。在生产中一般由实验确定其具体值。模具温度对塑件质量和生产率都有影响，温度过低，板材成型时，易产生冷斑甚至开裂。温度过高，塑料板材黏附在模腔上难以脱模，而且生产周期也长。一般情况下，板材加热温度与模具温度可以参考表１２－８选取。上一页下一页返回１２.５真空成型方法与模具３.模具材料真空成型的成型压力较低，通常压缩空气的压力为０.３～０.４ＭＰａ，故模具材料的选择范围较宽，既可用金属材料，也可用非金属材料，主要取决于塑料件的形状和生产批量。（１）金属材料对于使用于大批量高效率生产的模具，一般采用铝制作，因为它价廉易加工，耐用、耐腐蚀性较好。（２）非金属材料对于试制或大批量生产，可选用木材或石膏作为材料。为了改善塑件表面质量，增加模具强度，减小模具磨损，可在石膏中加入１０％～３０％的水泥，还可以在模具的成型表面涂环氧树脂并做喷砂处理。上一页返回１２.６气体辅助注射成型气体辅助注射成型（简称气辅成型）技术是２０世纪８０年代开始使用的一种新技术，它将发泡成型和注射成型的优点结合在一起，既可降低模具型腔内熔体的压力，又可避免发泡成型产生的粗糙表面，可在保证产品质量的前提下大幅度降低生产成本，具有良好的经济效益。１.气辅成型技术工艺过程气辅成型技术工艺过程是先向模具型腔中注入塑料熔体，再向塑料熔体中注入压缩气体，借助气体的作用推动塑料熔体充填到模具型腔的各个部分，使塑件最后形成中空断面而保持完整外形。这一过程与普通注射成型相比，多了一个气体注射阶段，且塑件脱模前由气体而非塑料熔体的注射压力进行保压。成型后塑件中由气体形成的中空部分称为气道。压缩气体一般选用氮气，因为其廉价、易得且不与塑料熔体发生反应。下一页返回１２.６气体辅助注射成型根据具体工艺过程的不同，气辅成型可分为标准成型法、副腔成型法、熔体回流法和活动型芯法四种。（１）标准成型法标准成型法是先向模具型腔中注入经准确计量的塑料熔体（见图１２－３３（ａ）），再通过浇口和流道注入压缩气体，气体在型腔中塑料熔体的包围下沿阻力最小的方向扩散前进，对塑料熔体进行穿透和排空（见图１２－３３（ｂ）），最后推动塑料熔体充满整个模具型腔并进行保压（见图１２－３３（ｃ）），待塑料冷却到具有一定刚度、强度后开模顶出（见图１２－３３（ｄ））。上一页下一页返回１２.６气体辅助注射成型（２）副腔成型法副腔成型法为在模具型腔之外设置一可与型腔相通的副型腔，首先关闭副型腔，向型腔中注射塑料熔体直到型腔充满并进行保压（见图１２－３４（ａ）），然后开启副型腔，向型腔内注入气体，由于气体的穿透而多余出来的熔体流入副型腔（见图１２－３４（ｂ）），当气体穿透到一定程度时关闭副型腔，升高气体压力对型腔中的熔体进行保压补缩（见图１２－３４（ｃ）），最后开模顶出塑件（见图１２－３４（ｄ））。（３）熔体回流法熔体回流法与副腔成型法类似，所不同的是模具没有副型腔，气体注入时多余的熔体不是流入副型腔，而是流回注射机的料筒，其过程如图１２－３５所示。上一页下一页返回１２.６气体辅助注射成型（４）活动型芯法活动型芯法是在模具型腔中设置活动型芯，首先使活动型芯位于最长伸出位置，向型腔中注射塑料熔体直到型腔充满并进行保压（见图１２－３６（ａ）），然后注入气体，活动型芯从型腔中退出，让出所需的空间（见图１２－３６（ｂ）），待活动型芯退到最短伸出位置时升高气体压力实现保压补缩（见图１２－３６（ｃ）），最后塑件脱模（见图１２－３６（ｄ））。２.气辅成型技术的设备配置（１）注射机由于气辅成型通过控制注入型腔的塑料量来控制塑件的中空率及气道的形状，所以气辅成型对注射机的注射量和注射压力的精度要求较高。在一般情况下，注射的注射量精度误差应在±０.５％以内，注射压力波动相对稳定，控制系统能和气体控制单元匹配。上一页下一页返回１２.６气体辅助注射成型（２）气辅装置气辅装置由标准氮气发生器、控制单元和氮气回收装置组成。氮气发生器提供注射所需的氮气。控制单元包括压力控制阀和电子控制系统，有固定式和移载式两种。固定式控制单元是将压力控制阀直接安装在注射机上，将电子控制系统直接装在注射机控制箱内，即控制单元和注射机是连为一体的。移载式控制单元是将压力阀和电子控制系统做在一套控制箱内，使其在不同的时间能和不同的注射机搭配使用。（３）进气喷嘴进气喷嘴有两类：一类是主流道式喷嘴，即塑料熔体和气体共用一个喷嘴，塑料熔体注射结束后，喷嘴切换到气体通路上实现气体注射；另一类是气体通路专用喷嘴，又分为嵌入式和平面式两种。上一页下一页返回１２.６气体辅助注射成型３.气辅成型技术的特点（１）可消除塑件缩痕，提高表面质量一方面在气辅成型保压过程中，塑料的收缩可由气体的二次穿透予以补偿，使塑件表面不会出现凹陷；另一方面采用气辅成型可将塑件的较厚部分掏空以减小甚至消除缩痕。一般气体辅助注射成型塑件的截面形状如图１２－３７所示。（２）塑件翘曲变形小由于注射压力小且塑料熔体内部的气体各处等压，因此，压力分布比普通注射成型均匀，保压冷却过程中产生的残余应力较小，塑件出模后的翘曲倾向减小。（３）所需锁模力小锁模力为一般注射成型的１／５～１／１０，可大幅地降低设备成本。上一页下一页返回１２.６气体辅助注射成型（４）减小质量和费用可减小塑件的质量，减少原材料的费用，进一步使塑件适应工业产品轻型化的要求。（５）缩短成型周期所需冷却时间短，缩短了成型周期，可提高注射成型的生产效率。（６）塑件易成型可成型各种复杂形状的塑件，气辅注射成型模具的基本结构与一般注射成型模具相同。但是，因为这种成型方法能较逼真地反映型腔壁表面的状况，所以对型腔表面的形位精度提出了更高的要求。上一页返回１２.７发泡成型１.发泡成型的特点和工艺方法泡沫塑料是以树脂为基础而内部具有无数微孔性气体的塑料制件，又称多孔性塑料。采用各种不同的树脂和发泡方法，可制成性能各异的泡沫塑料。泡沫塑料中由于存在气体，所以具有低密度、防空气对流、不易传热、吸声等优点，因此，它被广泛用于建筑上的隔离材料、制冷方面的绝热材料、仪器与仪表的防振材料等。下面简述泡沫塑料的成型工艺及模具设计。（１）可发性塑料原料的制备在成型泡沫塑料之前，必须将发泡剂与塑料原料制成易于流动的珠状半透明的可发性塑料珠粒。下一页返回１２.７发泡成型（２）发泡成型工艺泡沫塑料在模具内通入蒸汽加热成型，称为蒸汽加热成型法。按加热方式不同可分为蒸箱发泡和液压机直接通蒸汽发泡两种。１）蒸箱发泡。对于生产小型、薄壁和复杂的塑件大多采用蒸箱发泡成型。将可发性塑料原料填满模具型腔，合模后放进蒸箱通入蒸汽加热。蒸汽压力和加热时间视塑件大小和厚度而定。一般蒸汽压力为０.０５～０.１ＭＰａ，加热时间为１０～５０ｍｉｎ。模内的预胀物经受热软化、膨胀，互相熔结在一起，冷却脱模后即成为泡沫塑料制件。上一页下一页返回１２.７发泡成型图１２－３８所示为包装盖手动蒸箱发泡模，它本身不具有蒸汽室，而是将整个模具放在蒸箱中，通入蒸汽加热，成型后在箱外冷却，一次成型一件。为了加工方便，模套由镶件１和模套２两件组成。合模时模套２和下模板７以圆周定位。为了开模方便，在模具的圆周上设有撬口８。上模板３、下模板７和模套２上均设有直径为１～１.８ｍｍ的通气小孔，孔距为１５～２０ｍｍ，整副模具靠铰链螺栓５和蝶形螺母４锁紧。铰链螺栓要摆动灵活，并具有足够的强度。２）液压机直接通蒸汽发泡。它是用于厚度较大的泡沫塑件制件。这种发泡模的模具上开设有供通气用的０.１～０.４ｍｍ直径的通气孔，当型腔内胀满预胀物后，在模具的蒸汽室内通入０.１～０.２ＭＰａ的蒸汽，蒸汽把珠粒内的空气赶走，并使温度上升至１１０℃左右，型腔内的预胀物黏接为一体。关闭蒸汽阀门并保持１～２ｍｉｎ，然后通冷却水脱模。上一页下一页返回１２.７发泡成型图１２－３９所示为包装盒机动发泡模，适用于卧式泡沫塑料成型机。模具由左右模两部分组成，每部分均有各自的蒸汽室。合模后，经预发泡的塑料珠粒由喷枪从进料口输送到模具型腔内，料满后关闭气阀，堵上料塞，然后在动、定模室内喷入蒸汽。在一定蒸汽压力下持续一段时间，再保温一段时间，然后在蒸汽室内通入冷却水冷却后脱模。为了保证模具的良好密封性，在动、定模板及分型面处设有密封环。在定模汽室板５，动模汽室板２和成型套１０上均设有气孔，孔径为１～１.８ｍｍ，孔距２０ｍｍ×２０ｍｍ。上一页下一页返回１２.７发泡成型２.发泡成型模具设计要点（１）型腔壁厚尽量均匀由于每一生产循环都会使模具受冷、热各一次，这样频繁地膨胀和收缩引起内应力反复变化，这就要求壁厚尽量均匀。一般铸铝件壁厚约１０ｍｍ。（２）型腔应考虑脱模斜度一般型腔深度在１００ｍｍ以内时，脱模斜度取１℃～１.５℃；型腔深度在１００ｍｍ以上时，脱模斜度取２℃～３℃。手工操作的模具一般用手工脱模，有蒸汽室的模具一般采用在蒸汽室内通入压缩空气脱模。上一页下一页返回１２.７发泡成型（３）型腔应均匀冷却冷却水的通入与排出应能使型腔均匀冷却，且在蒸汽室内不应积水。（４）蒸汽室密封设计蒸汽室时要考虑密封问题。（５）模具材料发泡成型工艺要求泡沫塑料的成型模具必须具有良好的导热性和能够长期经受热胀冷缩产生的热交变应力，并且有耐腐蚀的性能。在中小批量生产中，一般采用铸铝件来制造模具；在大批量生产中，可采用青铜等材料。为了保护模具型腔不受腐蚀和脱模方便，通常型腔表面抛光后应涂脱模剂，常用的脱模剂是硅油。上一页返回１２.８精密注射成型与模具１.精密注射成型概念精密注射成型是随着塑料工业迅速发展而出现的一种新的注射成型工艺方法。其注射成型方法的特点是成型尺寸和形状很高、表面粗糙度很细的塑件，所用的注射模具即精密注射模。精密注射模的基本结构与一般注射模相同，其特别之处在于进行精密注射模设计时，要着重考虑如何防止塑件出现变形；防止成型收缩率的波动；防止塑件发生脱模变形，使模具制造误差达到最小；防止模具精度发生波动，保持模具精度等。因此，在选择塑料品种、注射成型工艺、注射机，进行注射模下一页返回１２.８精密注射成型与模具２.精密注射成型用塑料由上述可知，对于精密塑件要求的公差值，并不是所有塑料都能达到。对于不同的聚合物和添加剂组成的塑料，其成型特性及成型后塑件的形状与尺寸的稳定性有很大的差异。即使是成分相同的塑料，由于生产厂家、出厂时间和环境条件的不同，注射成型的塑件还会存在形状与尺寸稳定性的差异，因此，如需要将某种塑料进行精密注射成型，除了要求它们必须具有良好的流动性能和成型性能之外，还要求成型出的塑件能够具有形状和尺寸方面的稳定性，否则塑件的精度很难保证。所以在采用精密注射成型时，必须对塑料品种及其成型物料的形状和品级进行严格选择。目前适于精密注射成型的塑料品种主要有聚碳酸酯（包括玻璃纤维增强型）、聚酯胺及其增强型、聚甲醛（包括碳纤维或玻璃纤维增强型）及ＡＢＳ和ＰＢＴ等。上一页下一页返回１２.８精密注射成型与模具３.精密注射成型的工艺特点塑料的注射压力大、注射速度快和温度控制精确，是精密注射成型的主要工艺特点。（１）注射压力大一般注射成型的注射压力为４０～２００ＭＰａ，而精密注射成型的注射压力则为１８０～２５０ＭＰａ（目前，最高压力可达４１５ＭＰａ）。采用这样高的注射压力有以下几个原因。１）提高塑件的注射压力可以增大塑料熔体的体积压缩量，使其密度增加、线膨胀系数减小，从而降低塑件的收缩率及其波动数值，提高塑件形状和尺寸的稳定性。２）提高塑件的注射压力可使成型时允许使用的流动比增大，从而有助于改善塑件的成型性能并能成型薄壁塑件。上一页下一页返回１２.８精密注射成型与模具３）提高塑件的注射压力有助于充分发挥注射速度的功效。由于形状复杂的塑件一般都必须采用较快的注射速度，而较快的注射速度则必须靠较高的注射压力来保证。（２）注射速度快则塑件精度高精密注射成型时，如果采用较快的注射速度，则不仅可以成型形状比较复杂的塑件，而且还能减小塑件的尺寸公差，这一结论已经得到生产实践的证明。（３）温度控制精确则塑件质量提高温度对塑件成型质量影响很大，它是注射成型的三大工艺条件（压力、速度、温度）之一。对精度注射成型来讲，不仅要注意控制注射温度的高低，而且还必须严格控制温度的波动范围，即存在温度的控制精度问题。上一页下一页返回１２.８精密注射成型与模具４.精密注射成型工艺对注射机的要求由于精密注射成型对塑件具有较高的精度要求，因此，一般都应在专门的精密注射机上完成。这种注射机有如下特点：（１）注射功率大在精密注射成型中，除了满足注射压力和注射速度的要求之外，还需考虑注射功率对塑件精度的改善作用和塑件公差的影响。因此，精密注射机一般都采用比较大的注射功率。（２）控制精度要高由于塑件精度高，其决定着精密注射机的控制系统也应具有很高的控制精度。要求注射机控制系统必须保证各种注射的工艺参数具有良好的重复精度，以避免塑件精度因工艺参数波动而发生变化。上一页下一页返回１２.８精密注射成型与模具（３）液压系统的反应速度要快为了满足高速成型对液压系统的工艺要求，精密注射机必须具有很快的反应速度。因此，液压系统除了必须选用灵敏度高、响应快的液压元件外，还可采用插装比例技术，或在设计时缩短控制元件到执行元件之间的油路，必要时也可加装蓄能器，这样不仅可以提高系统的压力反应速度，而且也能起到吸振和稳定压力以及节能等作用。目前精密注射机的液压控制系统正朝着机、电、液、仪一体化方向发展，使注射机实现稳定、灵敏和精确的工作。（４）合模系统要有足够的刚性由于精密注射需要的注射压力较高，因此，注射机的合模系统必须具有足够的刚性，否则塑件精度将会因合模系统的弹性变形而下降。为此，设计动、定模固定板和拉杆等合模系统的结构零部件时，都必须围绕着刚性这一问题进行，以使注射机实现稳定、灵敏和精确的工作。上一页下一页返回１２.８精密注射成型与模具５.精密注射模的设计要点一般注射模设计计算方法基本适用精密注射模的设计。但由于塑件的精度要求高，所以在进行模具设计时，应注意以下几点：（１）合理设计精密注射模的设计精度精密注射模应首先具有较高的设计精度，如果在设计时没有提出恰当的技术要求，或塑模结构设计得不合理，则无论加工和装配技术有多高，塑模精度也不能得到可靠的保证。为了确保精密注射的设计精度，设计时要求塑模型腔精度和分型面精度要与塑件精度相适宜。一般精密注射模型腔的尺寸公差应小于塑件公差的１／３，并应根据塑件的实际情况来具体确定。上一页下一页返回１２.８精密注射成型与模具（２）合理选择精密模具的结构和模具加工精度及加工方法为了使模具在使用过程中保持其原有的精度，必须使注射模的制造误差达到最小，使它具有较高的耐磨性，所以需要对塑模的有关零件进行淬火处理。但淬火后的钢材除了磨削加工外，很难有能达到０.０１ｍｍ级以下的尺寸精度。因此，凡是精度在０.０３ｍｍ以下的精密注射模零件，就应该设计成易于采用磨削加工或电加工的结构形式。这个精度完全能满足镶嵌式注射模和镶拼式注射模的要求。但大多数的精密注射模均为小型结构，为了减小磨削变形，缩短加工时间，可选用淬火变形小的钢材和设计成淬火变形小的结构形状。若塑件的形状过于复杂，则会因冷却不均匀而发生翘曲及淬火变形。上一页下一页返回１２.８精密注射成型与模具６.模具设计时的注意事项成型收缩率的波动对塑件精度及精度的稳定性影响较大，为防止成型收缩率发生波动，正确设计浇注系统和温度调节系统是解决成型收缩均匀性的有效途径。（１）型腔的排列为了较为简便地确定精密成型模具的成型条件，多型腔模具其分流道应采用平衡布置，通常采用圆形排列或一模四腔的Ｈ形排列。（２）浇道与浇口的平衡在取得浇口平衡之前需取得浇道平衡。如浇口不平衡，则在各型腔内的塑件压力将发生波动，收缩率即出现差异。上一页下一页返回１２.８精密注射成