项目二注塑指导确定塑料成型方式及成型工艺参数.ppt

1、项目2 确定塑料成型方式及工艺过程,一、 项目引入,根据塑料的成型工艺特点，不同成型方式的工艺过程确定所生产制品的工艺过程。 本项目以如图所示灯座塑件为载体，训练学生合理确定该塑件的成型方式及成型工艺过程。,图1-1 灯座二维图形,图1-2 灯座三维图形,相关知识,掌握注射成型工作作原理、成型工艺过程及特点、塑件成型工艺参数的含义，了解其它各类塑料成型工作原理、成型工艺过程及特点；具有合理选择塑料成型方式的初步能力，能够编制塑料制品成型工艺流程；能正确定确定塑料件成型工艺参数。,塑料模塑成型种类： 注射成型 压缩成型 压注成型 挤塑成型 真空成型,一、注射成型工艺 塑料注塑成型又称注射成型(I

2、njection Molding ) 。塑料注射成型大部分用于热塑性塑料成型，也用于部分热固性塑料成型加工。 1、注射成型原理 1）注射成型原理： 将粒状或粉状的塑料加入到注射机的料斗，在注射机内塑料受热熔融并使之保持流动状态，然后在一定压力下注人闭合的模具，经冷却定型后，熔融的塑料就固化成为所需的塑件。,注射成型工艺,颗粒、粉状塑料,注射机料筒,加热熔融,充模,冷却固化,塑件,加料塑化,注射充模,保压补缩,冷却定型,脱模,合模单元,注射单元,2) 注射机的主要作用,顶件,开模与合模动作,注射结束，进行保压与补缩,在一定压力和速度下将塑料注入型腔,加热熔融塑料，达粘流态,注射成型工艺,3) 注

3、射机的分类, 指塑料在料筒内经加热达到流动状态并具有良好的可塑性的过程。,按外形可分为：卧式、立式和角式注射机。,塑化,注射机按塑化方式分为：柱塞式注射机和螺杆式注射机。,注射成型工艺,4)柱塞式注射机,注射成型工艺,很大一部分压力用在压实固体塑料和克服塑料与料筒摩擦。,最大注射量取决于料筒的塑化能力（与塑料受热面积有关）与柱塞直径与行程。注射量小于g 。,塑料靠料筒壁和分流梭传热，柱塞推动塑料无混合作用，易产生塑化不均的现象。,塑化不均：,最大注射量受限：,注射压力损失大：,柱塞式注射机存在的缺点：,从柱塞开始接触塑料到压实塑料，注射速度逐渐增加。,易产生层流现象且料筒难于清洗,注射速度不均

4、：,注射成型工艺,5)螺杆式注射机,螺杆式注射机模塑工作循环,注射成型工艺,螺杆式注射机的优点：,加热缸內的材料滞留处少，热稳定性差的材料也很少因滞留而分解。,由于加热缸的压力损失小，用较低的射出压力也能成型。,成型周期短、效率高，生产过程可实现自动化,可成型形状复杂、尺寸精度要求高及带各种嵌件的塑件。,借助螺杆的旋转运动，材料內部也发热，均勻塑化，塑化能力大。,注射成型工艺,螺杆式较柱塞式多一旋转动作，产生分力(Ft)，可使材料在螺旋槽间产生混炼作用，增加了塑化能力。,6)螺杆式注射机与柱塞式注射机的比较,注射成型工艺,注射成型工艺,2、注射成型的特点 优点: 成型周期短，能一次成型外形复杂

5、、尺寸精密、带有嵌件的塑料制件 生产适应性强 生产效率高，产品质量稳定，易于实现自动化生产 可加工除氟塑料外的其余热塑性塑料及流动性好的热固性塑料 缺点: 注塑设备价格较高 注塑模具结构复杂,模具制造周期长,制造费用较高 不适合单件及批量较小的塑料制件的生产,注射成型工艺,加料 塑化 充模 保压 (倒流) 冷却 脱模,成型前的准备,注射过程,塑件的后处理,注射成型工艺,退火处理 调湿处理,原料外观检验及工艺性能测定 塑料预热和干燥 料筒清洗 嵌件预热 脱模剂的选用,3.注射成型工艺过程,注射,注射成型工艺,注射成型工作循环,加料,合模,注塑充模,保压补缩,冷却定型,开模,清模,塑件脱模,预塑,

6、注射成型工艺,1、 成形前准备： 原料外观检验及工艺性能测定：包括塑料色泽、粒度及均匀性、流动性（熔体指数、粘度）热稳定性及收缩率的检验。 塑料预热和干燥：除去物料中过多的水分和挥发物，以防止成型后塑件表面有缺陷或发生降解，影响塑料制件的外观和内在质量。 物料干燥的方法：小批量生产，采用烘箱干燥； 大批量生产，采用沸腾干燥或真空干燥。 料筒清洗：当改变产品、更换原料及颜色时均需清洗料筒。柱塞式料筒可拆卸清洗，螺杆式可采用对空注射法清洗。 嵌件预热：减少物料和嵌件的温度差，降低嵌件周围塑料的收缩应力，保证塑件质量。 脱模剂的选用：常用脱模剂包括硬脂酸锌、液态石蜡和硅油。,2、注射过程： 1）加料

7、、塑化 将粒状或粉状塑料加入注射机的料斗。 通过注射机加热装置的加热，使得料筒中的塑料原料熔融，成为具有良好的可塑性的塑料熔体 。 对塑化要求是在塑料进 入模腔之前，即要达到规定的成形温度又要使熔体各点温度均匀一致，并保证生产连续进行。 ,2）注射充模与冷却定型 a: 充模：塑化好的塑料熔体在注射机柱塞或螺杆的推动作用下，以一定的压力和速度经过注射机喷嘴和模具的浇注系统进入并充满模具型腔。,在该过程中所需的注射成型压力很高，因为成型中存在一系列的阻力，如熔体与料筒、喷嘴、浇注系统及型腔的外摩擦和熔体内部的阻力等。 与注射机的喷嘴和螺杆结构、模具的浇注系统、型腔表面粗糙度有关，也与塑料的性能、塑

8、件的形状与尺寸及成型工艺条件有关。,这一阶段时间从零到t1，压力变化为：当熔体未注入模具型腔时，模腔内没有压力，待型腔充满时，压力达到最大值p0。,b:保压补缩 （t1t2) 对这一阶段是从熔体充满型腔时起至柱塞或螺杆开始后退时为止。在注射机柱塞或螺杆推动下，熔体仍然保持压力进行补料，使料筒中的熔料继续进入型腔，以补充型腔中塑料的收缩需要。在这段时间内，模腔内熔体压力仍为最大值。,c:倒流阶段（t2t3) 这一阶段是从柱塞或螺杆开始后退时起至浇口处熔体冻结时为止。这时模腔中的熔料压力比浇口前方的高，因此就会发生型腔中熔体通过浇口流向浇注系统的倒流现象，从而使模腔内压力迅速下降，倒流将一直进行到

9、浇口处熔料冻结时为止；,p1为浇口冻结时的压力。如果柱塞或螺杆后退时浇口处的熔料已经冻结，或者在喷嘴中装有止逆阀，则倒流阶段就不存在，也就不会出现t2t3压力下降的曲线，而是图2.3中所示的虚线。,d:冷却定型（t3t4) 经过一段时间使型腔内的熔融塑料凝固成固体，确保当脱模时塑件有足够的刚度，不致产生翘曲或变形。这一阶段从浇口处塑料完全冻结时起到塑件脱模取出时为止。 冷却速度要适中。 ,3)脱模 塑件冷却到一定的温度,推出机构将塑件推出模外。,3、塑件后处理_退火 调湿 后处理原因及作用： 由于塑化不均匀或由于塑料在型腔内的结晶、取向(在应力作用下聚合物分子链倾向于沿应力方向作平行排列的现象

10、)和冷却不均匀；或由于金属嵌件的影响或由于塑件的二次加工不当等原因，塑件内部不可避免地存在一些内应力，从而导致塑件在使用过程中产生变形或开裂，因此，应该设法消除。,退火处理 : 作用：消除塑件的内应力，稳定塑件尺寸，提高结晶度、稳定结晶结构，从而提高其弹性模量和硬度。 将塑件在定温的加热液体介质（如热水、热油和液体石蜡等）或热空气循环烘箱中静置一段时间，然后缓慢冷却至室温的一种热处理工艺。 温度：高于使用温度1020或低于热变形温度1020 时间：与塑料品种和塑件厚度有关一般可按每毫米约半小时计算。,调湿处理： 目的：消除残余应力；使制品尽快达到吸湿平衡，以防止在使用过程中发生尺寸变化。 将刚

11、脱模的塑件放入加热介质（如沸水、醋酸钾溶液）中，加快吸湿平衡速度的一种后处理方法。（主要用于吸湿性很强且又容易氧化的塑料，如PA） 温度：100121（热变形温度高时取上限，反之取下限）。 时间：保温时间与塑件厚度有关，通常取29h。,4、注射成型的工艺参数,温度 压力 时间,料筒温度 喷嘴温度 模具温度,控制塑料的塑化和流动,影响塑料的流动和冷却,塑化压力（背压） 注射压力,重要参数,注射成型工艺,1）温度 （1） 料筒温度 料筒温度应在粘流温度f（或熔点温度m）和热分解温度d 之间。料筒后端温度最低，喷嘴前端最高；,柱塞式料筒温度高于螺杆式料筒温度1020。,塑料特性：热敏性塑料如聚甲醛、

12、聚氟乙烯等要严格控制料筒的最高温度和在料筒中的停留时间；增加玻璃纤维的热塑性塑料由于流动性差而要适当提高料筒温度。热固性塑料为防止熔体在料筒时发生早期硬化，料筒温度趋向取小值。 塑件及模具结构：对于薄壁制件料筒温度高于厚壁制件；形状复杂或带有嵌件的制件料筒温度也应高一些。 料筒温度的分布，一般遵循前高后低的原则，即料筒后端温度最低，喷嘴温度最高。对螺杆式注射机为防止因螺杆与熔料、熔料与熔料、熔料与料筒之间的剪切摩擦热而导致塑料热降解，可使料筒前段温度略低于中段。,注射成型工艺,判断料筒温度是否合适，可采用对空注射法观察或直接观察塑件质量的好坏。对空注射时，如果料流均匀、光滑、无泡、色泽均匀则说

13、明料温合适；如果料流毛糙，有银丝或变色现象，则说明料温不合适。,注射成型工艺,喷嘴温度：,模具温度：, 成型周期长，脱模后翘曲变形，影响尺寸精度；, 产生较大内应力，开裂，表面质量下降。,温度过高,温度太低,略低于料筒最高温度：防止熔料在喷嘴处产生“流涎”现象；但温度也不能太低，否则易堵塞喷嘴。,模具温度通常是由通入定温的冷却介质来控制的；也有靠熔料注入模具自然升温和自然散热达到平衡的方式来保持一定的温度；在特殊情况下，也可用电阻丝和电阻加热棒对模具加热来保持模具的定温。 但无论怎样，对塑料熔体来说，都是冷却的过程。,注射成型工艺,2）压力 （1）塑化压力（背压）：指采用螺杆式注射机时，螺杆顶

14、部熔体在螺杆旋转后退时所受的压力。 其大小可以通过液压系统的溢流阀来调节。 塑化压力增加，熔体的温度及其均匀性提高、色料的混合均匀并排出熔体中的气体。但过高会使塑料发生分解而影响塑件质量。 一般操作中，在保证塑件质量的前提下，塑化压力应越低越好，一般通常很少超过2MPa。,（2）注射压力： 指柱塞或螺杆顶部对塑料熔体所施加的压力。一般为40130MPa 作用：注射时克服熔体流动充模过程中的流动阻力，使熔体具有一定的充模速率；保压时对熔体进行压实和防止倒流。 大小：取决于注射机的类型、塑料的品种、模具结构、模具温度、塑件的壁厚及浇注系统的结构和尺寸等。 一般情况下： 粘度高的塑料注射压力粘度低的

15、塑料； 薄壁、面积大、形状复杂塑件注射压力高； 模具结构简单，浇口尺寸较大，注射压力较低； 柱塞式注射机注射压力螺杆式注射机； 料筒温度、模具温度高，注射压力较低。,3）时间：完成一次注塑过程所需的时间称为注塑成型周期。,（开模、脱模、喷涂脱模剂、安放嵌件、合模时间）,充模时间(柱塞或螺杆前进的时间，35s) 保压时间(柱塞或螺杆停留在前进位置的时间20120s),成型周期,注射时间 合模冷却时间： 其他时间,常用热塑性塑料注射成型的主要工艺参数见表1-3,柱塞或螺杆后退的时间包括在这段时间内 (30120s),注射时间和冷却时间的长短对塑料制品的质量有决定性影响。通常以塑料制品收缩率最小为保

16、压时间的最佳值。冷却时间取决于塑件的壁厚、模具温度、塑料的热性能和结晶性能，其长短以保证塑料制品脱模时不引起变形为原则。,补充作业: 注射成型需要控制的温度有那些?如何确定? 注射成型过程中的压力包括哪些?如何确定? 注射成型中的时间包括哪些?,塑件的缺陷(表10-9),流痕：成型制品表面的线状痕迹，如图,填充不足：熔体注射进型腔中，尚未充满时即已冷却固化，造成所产生制品残缺不全，或多型腔时个别型腔注射不满。,飞边：塑料制品边缘、镶件接合处及推杆配合处出现多余飞边。飞边若不及时解决，将对模具或注塑机造成永久伤害（模具导柱及注塑机拉杆变形、推杆及镶件内的飞边影响顶出等）,收缩凹陷：制品在冷却过程

17、中，体积向厚壁的中心部逐渐收缩，而造成表面凹陷的状况，特别是壁厚大的部位。,熔接痕：熔体分流汇合时因料温下降，或因制品局部太薄，导致汇合处熔接不良，有痕迹或强度降低。,银纹：当塑料内充满过多水汽，分解气及空气时，制品表面沿料流方向形成一连串有银色光泽的如针条状或云母片状斑纹，叫银纹。塑件容易形成气泡。,震纹：前面的料一接触型腔表面很快冷却收缩，后来的熔体推动前面凝料而成熔融的原料射入模腔后，以进料点为中心呈现年轮状纹路的现象。,翘曲变形：在注射成型过程中，由于塑料密度的改变，造成体积收缩。产品各处体积收缩的差异会形成残留应力，当残留应力大于结构强度时，产品在脱模后就会造成翘曲。,开裂：包括裂纹

18、、微裂，顶白到制件粘模，流道粘模等创伤。 塑料变色 气泡：制品内部产生圆形空洞，影响制品强度，对于透明制品，气泡还影响外观。,2.2.1压缩成型原理与特点 又称模压成型、压制成型或压塑成型， 主要用于热固性塑料成型。 1、压缩成型原理,粉粒状、纤维状的料（预热预压）,置于成型温度的模具加料腔中,合模加压,塑料发生交联反应而硬化定型,2.2压缩成型工艺,压缩成型也可用来成型热塑性塑料，与热固性塑料不同，在塑料充满型腔后，不存在交联硬化反应，因此模具必须冷却，使塑件冷却定型后才能脱模。模具需要交替加热和冷却，生产周期长，效率低，因此主要用于成型较大平面的塑件、光学性能要求低的塑件及流动性差的热塑件

19、塑料（如聚四氟乙烯）成型。 典型的压缩制件有仪表壳、电闸板、电器开关、插座等。,2.压缩成型特点,（1）模具结构简单，生产过程控制简单； （2）成型中压力损失小，利于成型流动性差的塑料 ；因压力直接传给塑件，不能压制带有精细、易断嵌件及较多嵌件的塑件。不易获得尺寸精度尤其是高精度的塑件 （3）所得塑件耐热性好，产品性能均匀，应力变形小，收缩率小，外表美观； （4）成型周期长，效率低；模具受高温高压联合作用，易磨损，使用寿命短； （5）塑件高度方向的精度难以保证。,2.2.2压缩成型工艺过程,成型前的准备,成型过程,模压后处理,预热和干燥,预压,模具清理,特殊处理,安放嵌件,合模,排气,保压与固

20、化,加料,脱模,安放嵌件,加料,合模,安放嵌件,加料,脱模,合模,安放嵌件,成型前的准备,预热：,干燥,预热,塑料成型前加热的方法：,高频加热,红外线预热,烘箱预热,热板预热,去除水分和挥发物,提高料温，便于缩短成型周期，提高 塑件内部固化的均匀性,为方便操作和提高塑件的质量，先将将粉状、纤维状的塑料原料在预压机上压成重量一定、形状一致的锭料。,预压,预压方法：,采用预压锭料的优点：,加料快而准确,降低压缩率，减少加料腔尺寸，空气含量少，不仅传热快且气泡少。,但生产过程较为复杂,避免加料过程粉尘飞扬，改善劳动条件。,嵌件：作为塑件中导电部分或使塑件与其它零件相连接的零件。 常用嵌件有轴套、螺钉

21、、螺帽、接线柱等等。 大嵌件在模具装上压机后要先预热。 嵌件的安放要求位置正确、平稳,2、压缩成型过程,加料,合模,排气,硬化,脱模,（1）加料,加料的关键是加料量,定量的方法：,合理堆放塑料，粉料或粒料的堆放要做到中间高四周低，便于气体排放。,容量法：方便但不很准,质量法：准确、麻烦,计数法：预压锭料，计数放入,合模,凸模触及塑料之后：减慢合模速度（避免嵌件或模具成形零件的损坏，利于排气）,凸模触及塑料之前：尽量加快合模速度（缩短周期，避免塑料过早固化）, 加料后即可合模，合模时间一般从几秒到几十秒不等。, 合模过程分为两个部分：,方法：合模后加压至一定压力，立即卸压，凸模稍微抬起，连续2次

22、，每次时间由几秒到几十秒。,（3）排气,目的：排除水分和挥发物变成的气体及化学反应的副产物，以免影响塑件性能与表面质量，还可以缩短固化时间。, 流动性好的塑料采用迟压法，即从凸模与塑料接触到压模完全闭合的过程中停顿1530秒。, 塑件带有小型金属嵌件则不采用排气操作，以免移位或损坏。,（4）硬化：指热固性塑料在压缩成型温度下保持一段时间，依靠分子间的交联反应硬化定型的过程。,欠熟,过熟,不足,过度,注：硬化时间长短由30秒到数分钟不等，受塑料类型、预热情况、塑件形状及压缩程度的影响。,硬化时间：从压模闭合加压至卸压取出塑件所用的时间。,硬化程度,塑件性能下降（机械强度、耐蠕变性、耐热性、耐化学

23、性、电气绝缘性等）,塑件机械强度不高、脆性大、表面出现密集小泡。,，,复杂塑件在压力下冷却至一定温度后再脱模,（5）脱模,塑件脱模方法：, 手动推出脱模, 机动推出脱模,3.后处理,（1）模具清理,用铜铲和压缩空气清理，以免损模具外观,3.后处理,（2）后处理为了塑件硬化更充分，同时减少或消除塑件的内应务，减少水分及挥发物。塑件脱模后，常在较高温度下集中保温一段时间，使其硬化更充分。,常用热固性塑件退火处理温度及时间,1.压缩成型压力, 指压缩时迫使塑料充满型腔和进行固化而由压力机对塑料所施加的压力，简称成型压力,2.2.3压缩成型的工艺参数,式中：P成型压力，一般为1530MPa; Pb压力

24、机工作液压缸表上的压力，MPa； D压力机主缸活塞直径，m; A塑件与凸模接触部分在分型面上的投影面积，m2,施加成型压力的目的：, 使模具闭合，防止飞边, 克服塑料在成型过程中产生的各种顶模力, 使粘流态物质在一定压力下固化, 使塑料充满型腔,成型压力大，塑件的密度高，塑件的力学性能高。成型压力过大，会降低模具寿命。成型压力过小，塑件容易产生气孔。 成型压力的大小与塑料种类、塑件结构、模具温度有关。 塑料流动性较差、塑件较厚、形状复杂的塑件所需成型压力大。 常见热固 性塑料压缩成型温度与压力见表1-5。,2。压缩成型温度, 指压塑时所需的模具温度。（对塑件质量、模压时间影响很大）,成型温度,

25、硬化速度慢、周期长，硬化不足；塑件表面无光；物理、力学性能差,太高,树脂、有机物分解，塑件表面颜色暗淡；塑件外层先硬化，引起充模不满，内应力大，变形、开裂、翘曲,合适,有利于降降低成型压力，加快交联反应速度，成型周期短，生产率提高,过低,3）压缩时间,指模具从闭合到开启的这一段时间。也就是塑料在闭合模具中从充满型腔到固化变硬所需的时间。与塑料种类、含水量、塑件形状尺寸、成型温度、压塑模具结构、预压预热、成型压力等因素有关。,树脂交联过渡,使塑件收缩率增加塑件性能反而下降,过短,硬化不足，外观及力学性能差，易变形,过长,在保证塑件质量的前提下，应力求缩短模压时间。,酚醛塑料和氨基塑料的压缩成型工

26、艺参数见表2-4,2.3.1压注成型原理 1、压注成型原理 压注成型是在压缩成型基础上发展起来的一种热固性塑料的成型方法，又称传递成型、铸压成型、挤塑成型。,2.3压注成型工艺,模具闭合 热固性塑料放入加料室 受热熔融 塑料在压力下经浇注系统充满型腔 固化成型 开模取件,克服压缩成型缺点和吸收注射成型优点基础上发展起来的。,2、压注成型特点, 加料前模具处于闭合状态，溢料较压缩成型小，飞边薄易去除，因而塑件精度易于保证。, 模具结构相对复杂，制造成本较高，成型压力较大，操作复杂，耗料比压缩模多。, 塑料在进入型腔前已经塑化，对型芯或嵌件的挤压力小，可以成型深孔、形状复杂、带有精细或易碎嵌件的塑

27、件。, 气体难排除，一定要在模具上开设排气槽。, 所需的交联固化反应时间短，生产率高，模具的磨损小。,压注成型工作循环,合 模,压 注,交联固化,开 模,脱 模,制 品,预 热,加 压 加 热,保 压 保 温,卸 压,清模,与压缩成型区别是：,压注：合模加料,压缩：加料合模,2.3.2压注成型的工艺过程,1.成型温度,比压缩成型低1530，一般在130190 。,2.成型压力,经浇注系统压力有消耗，压注(23)压缩。,3.成型周期,2.3.3压注成型的工艺参数,加料时间 充模时间：1030s； 保压固化时间：30180s，决定于塑件的品种、形状、预热和模具结构等； 脱模取塑时间和清模时间。,？

28、,部分塑料压注成型的主要工艺参数见表1-7、1-8,2.4.1挤出成型原理与特点 1、挤出成型原理 将熔融的塑料自模具内以挤压的方式往外推出，而得到与模口相同几何形状的流体，冷却固化后，得到所要的零件。,2.4挤出成型工艺,1）挤出成型原理： 将粒状或粉状的塑料加入挤出机料筒中，在旋转的挤出机螺杆作用下,塑料通过沿螺杆的螺旋槽向前方输送，在此过程中，塑料不断受外加热和螺杆与物料之间、物料与物料之间及物料与料筒之间的剪擦摩擦热，逐渐熔融呈粘流态，然后在挤出机作用下，塑料熔体经过模具及辅助装置，获得一定截面形状的塑料型材。,保压补缩,冷却固化,脱模,注射充模,加料塑化,2、 挤塑成型特点,1）成形

29、设备结构简单，操作方便，环境清洁 2）可以连续生产，效率高，投资少，成本低 3） 模具结构简单，制造维修方便 4）成型塑件内部组织均衡致密，尺寸稳定 5）挤塑成型适应性强，适用材料范围广,挤出成型阶段,冷却定型阶段,塑化阶段,塑件的牵引、卷取、切割,外径定型（常用） 内径定型,水冷 空气冷,2.4.2挤出成型工艺过程,1、塑化阶段 经过干燥处理的塑料原料由挤出机料斗加入料筒后，在料筒温度的加热和螺杆旋转、压实及混合作用下，由固态的粉料或粒料转变为具有一定流动性的均匀熔体的过程。 2、挤出成型阶段 均匀塑化的塑料熔体随螺杆的旋转被送到料筒前端，在螺杆的旋转挤压作用下，通过挤出模具上一定形状的口模而得到截面与口模形状一致的连续型材。 3、冷却定型阶段 定型和冷却大多情