工艺技术_注射成型工艺与注射模设计概述

聚合物成型加工技术 模具和装备 PROCESSINGTECHNOLOGIESOFPOLYMERICMATERIALS MOULDANDEQUIPMENT 注射成型工艺与注射模设计 上 西南交通大学材料科学与工程学院 注射成型原理 注射成型工艺 注射成型的工艺参数 4 1 4 2 4 3 4注射成型原理及工艺特性 4 1注射成型原理 一般的注射设备可以分为柱塞式注射机和螺杆式注射机两种 1 柱塞式注射机注射成型原理 4 1注射成型原理 2 螺杆式注射机注射成型原理 4 2注射成型工艺 注射成型工艺包括成型前的准备 注射过程和塑件的后处理 1 成型前的准备2 注射过程 注射过程一般包括加料 塑化 注射 冷却和脱模几个阶段 1 加料 加原料到注射机料斗的过程 2 塑化 在料筒内由固态转变成熔体的过程 3 注射注射过程可分为充模 保压 倒流 浇口冻结后的冷却和脱模等几个阶段 1 充模 熔体充满型腔的过程 2 保压 补充型腔中的收缩需要 3 倒流 与保压时间有关 4 浇口冻结后冷却 塑件在型腔内继续冷却 硬化和定型 5 脱模 推出机构将塑件推出模外 4 2注射成型工艺 3 塑件的后处理 1 退火处理目的 消除塑件成型后的残余应力 方法 将塑件在定温的加热介质中保温一段时间的过程 2 调湿处理目的 调整塑件的含水量 以稳定塑件尺寸 方法 使塑件在加热介质中达到吸湿平衡 4 3注射成型工艺参数 1 温度 1 料筒温度料筒最适合的温度范围 或 料筒的温度分布一般采用前高后低的原则 即料筒的加料口 后段 处温度最低 喷嘴处的温度最高 料筒后段温度应比中段 前段温度低 2 喷嘴温度喷嘴温度一般略低于料筒的最高温度 3 模具温度为了使塑料成型和顺利脱模 模具的温度应低于塑料的玻璃化温度 或工业上常用的热变形温度 注射成型工艺重要参数包括温度 压力和时间 4 3注射成型工艺参数 2 压力 1 塑化压力 螺杆背压 塑化压力是指采用螺杆式注射机注射时 螺杆头部熔料在螺杆转动时所受到的压力 塑化压力应越低越好 一般为6 20MPa 2 注射压力注射压力是指柱塞或螺杆轴向移动时其头部对塑料熔体所施加的压力 一般在40 130MPa之间 注射压力的作用是克服塑料熔体从料筒流向型腔的流动阻力 给予熔体一定的充型速率以便充满模具型腔 3 保压压力型腔充满后 继续对模内熔料施加的压力称为保压压力 保压压力的作用是使熔料在压力下固化 并在收缩时进行补缩 从而获得健全的塑件 保压压力等于或小于注射时所用的注射压力 4 3注射成型工艺参数 3 时间完成一次注射成型过程所需的时间称成型周期 它包括合模时间 注射时间 保压时间 模内冷却时间和其他时间等 1 合模时间合模时间是指注射之前模具闭合的时间 2 注射时间注射时间是指注射开始到塑料熔体充满模具型腔的时间 柱塞或螺杆前进时间 在生产中 小型塑件注射时间一般为 大型塑件注射时间可达几十秒 3 保压时间保压时间是指型腔充满后继续施加压力的时间 柱塞或螺杆停留在前进位置的时间 一般为 特厚塑件可高达 4 3注射成型工艺参数 3 时间 4 模内冷却时间模内冷却时间是指塑件保压结束至开模以前所需的时间 柱塞后撤或螺杆转动后退的时间均在其中 冷却时间一般为 其他时间其他时间是指开模 脱模 喷涂脱模剂 安放嵌件等时间 4 3注射成型工艺参数 注射模的分类及结构组成 注射模的典型结构 注射模与注射机 5 1 5 2 5 3 5注射模基本结构与注射机 注射成型机的基本结构 Clamping MoldPlate Barrel Screw Motor Hopper DrivingUnit Mold ControlPanel ControlUnit 5 1 1注射模具的分类1 按注射模具的典型结构特征分单分型面注射模具 双分型面注射模具 斜导柱 弯销 斜导槽 斜滑块 齿轮齿条 侧向分型与抽芯注射模具 带有活动镶件的注射模具 定模带有推出装置的注射模具和自动卸螺纹注射模具2 按浇注系统的结构形式分普通流道注射模具 热流道注射模具3 按注射模具所用注射机的类型分卧式注射机用的模具 立式注射机用的模具 角式注射机用的模具4 按塑料的性质分热塑性塑料注射模具 热固性塑料注射模5 按注射成型技术分低发泡注射模 精密注射模 气体辅助注射成型注射模 双色注射模 多色注射模等 5 1注射模的分类及结构组成 5 1 2注射模具的结构组成注射模具由动模和定模两部分组成 定模部分安装在注射机的固定模板上 动模部分安装在注射机的移动模板上 原理 在注射成型过程中 动模随注射机上的合模系统运动 同时动模部分与定模部分由导柱导向而闭合构成浇注系统和型腔 塑料熔体从注射机喷嘴流经模具浇注系统进入型腔 冷却后开模时 动模与定模分离 取出塑件 结构组成 成型部分 浇注系统 导向机构 侧向分型与抽芯机构 推出机构 温度调节系统 排气系统 支承零部件 5 1注射模的分类及结构组成 5 1注射模的分类及结构组成 5 1 2注射模具的结构组成结构组成 成型部分 浇注系统 导向机构 侧向分型与抽芯机构 推出机构 温度调节系统 排气系统 支承零部件1 成型部分成型部分是指与塑件直接接触 成型塑件内表面和外表面的模具部分 凸模 型芯 形成塑件的内表面形状 凹模 型腔 形成塑件的外表面形状 2 浇注系统浇注系统是熔融塑料在压力作用下充填模具型腔的通道 熔融塑料从注射机喷嘴进入模具型腔所流经的通道 浇注系统由主流道 分流道 浇口及冷料穴等组成 3 导向机构导向机构分为动模与定模之间的导向和推出机构的导向 4 侧向分型与侧向抽芯机构 5 1注射模的分类及结构组成 5 1 2注射模具的结构组成5 推出机构推出机构是将成型后的塑件从模具中推出的装置 推出机构由推杆 复位杆 推杆固定板 推板 主流道拉料杆 推板导柱和推板导套等组成 6 温度调节系统7 排气系统为了将型腔中的空气及注射成型过程中塑料本身挥发出来的气体排出模外 必须开设排气系统 排气系统通常是在分型面上有目的地开设几条排气沟槽 8 支承零部件用来安装固定或支承成型零部件以及前述各部分机构的零部件均称为支承零部件 5 1注射模的分类及结构组成 5 2 1单分型面注射模 二板式注射模 1 工作原理 5 2注射模的典型结构 5 2 1单分型面注射模 二板式注射模 2 设计注意事项1 分流道位置的选择注意 如果开设在动 定模分型面的两侧的分型面上 必须注意合模时的对中拼合 2 塑件的留模方式3 拉料杆的设置4 导柱的设置5 推杆的复位 5 2注射模的典型结构 5 2 2双分型面注射模 三板式注射模 1 工作原理 5 2注射模的典型结构 5 2 2双分型面注射模 三板式注射模 2 设计注意事项1 浇口的设计点浇口直径只有0 5 1 5mm 故对于大型塑件或流动性差的塑料不宜采用点浇口 2 导柱的设置及导柱的长度在定模一侧一定要设置导柱 动模部分就可以不设置导柱 如果是推件板推出机构 动模部分也一定要设置导柱 3 双分型面注射模的分型形式必须采取顺序定距分型机构 即定模部分先分开一定距离 然后主分型面分型 A分型面分型距离为 s s 在分型机构中 弹簧应至少 个 高度应一致 并对称布置于分型面上模板的四周 定距拉板一般采用 块 对称布置于模具两侧 5 2注射模的典型结构 5 2 2双分型面注射模 三板式注射模 5 2注射模的典型结构 5 2 2双分型面注射模 三板式注射模 5 2注射模的典型结构 5 2 2双分型面注射模 三板式注射模 5 2注射模的典型结构 5 2 3斜导柱侧向分型与抽芯注射模 5 2注射模的典型结构 5 2 4斜滑块侧向分型与抽芯注射模 5 2注射模的典型结构 5 2 5带有活动镶件的注射模 5 2注射模的典型结构 5 2 5带有活动镶件的注射模 5 2注射模的典型结构 设计注意事项1 活动镶件在模具中应有可靠的定位 它与安装孔之间一般有3 5mmH8 f8的配合 其余长度应设计成3 5 的斜面以保证配合间隙 2 开模时将活动镶件推出模外后 为下一次安放活动镶件 推杆必须预先复位 3 弹簧一般为 个 安装在复位杆上 4 活动镶件放在模具中容易滑落的位置 如立式注射机的上模或受冲击振动较大的卧式注射机的动模一侧 时 活动镶件插入时应有弹性连接装置加以稳定 以免合模时镶件落下或移位造成塑件报废或模具损坏 5 2 6角式注射机用注射模 5 2注射模的典型结构 5 3注射模与注射机 5 3 1注射机的分类注射机分卧式注射成型机 立式注射成型机 角式注射成型机和多模注射机等几种 1 卧式注射机卧式注射机的注射装置和合模装置的轴线呈一线并水平排列 5 3注射模与注射机 5 3 1注射机的分类 2 立式注射机注射装置与合模装置的轴线呈一线并与水平方向垂直排列 3 角式注射机角式注射机一般为柱塞式注射机 它的注射装置和合模装置的轴线相互垂直排列 5 3注射模与注射机 5 3 1注射机的分类 4 多模注射机 5 3注射模与注射机 5 3 2注射成型机型号规格的表示法注射机型号标准表示法主要有注射量 合模力 注射量与合模力同时表示等三种方法 1 注射量表示法XS ZY 60 XS ZY 125 XS ZY 500 XS ZY 1000等其中XS 塑料成型机械 Z 注射成型 Y 螺杆式 预塑式 30 125等数字 注射机的最大注射量 cm3或g 2 合模力表示法合模力表示法是用注射机最大合模力 kN 来表示注射机规格的方法 3 合模力与注射量表示法合模力与注射量表示法是目前国际上通用的表示方法 是用注射量为分子 合模力为分母表示设备的规格 XZ 63 50型注射机 X表示塑料机械 Z表示注射机 63 50表示注射容量为63cm3 合模力为50 10kN 5 3注射模与注射机 5 3 3注射机有关工艺参数的校核1 型腔数量的确定和校核1 按注射机的额定塑化速率确定型腔的数量nnm m1 KMT 3600式中K 注射机最大注射量的利用系数 一般取0 8 M 注射机的额定塑化量 g h或cm3 h T 成型周期 s m1 浇注系统所需塑料质量或体积 g或cm3 m 单个塑件的质量或体积 g或cm3 n 型腔数量 2 按注射机的额定锁模力确定型腔的数量np nA Aj Fp式中Fp 注射机的额定锁模力 N A 单个塑件在模具分型面上的投影面积 mm2 Aj 浇注系统在模具分型面上的投影面积 mm2 p 塑料熔体对型腔的成型压力 MPa 其大小一般是注射压力的80 5 3注射模与注射机 5 3 3注射机有关工艺参数的校核2 最大注射量的校核nm mj Kmn式中mn 注射机允许的最大注射量 g或cm3 3 锁模力的校核P nA A1 FP注 型腔内的压力约为注射机注射压力的80 左右 通常为20 40MPa 4 注射压力的校核注射压力的校核是核定注射机的额定注射压力是否大于成型时所需的注射压力 5 3注射模与注射机 5 3 3注射机有关工艺参数的校核5 模具与注射机安装部分相关尺寸的校核 1 浇口套球面尺寸SR SR1 1 2mmD d 0 5 1mm 2 定位圈尺寸外径尺寸必须与注射机的定位孔尺寸相匹配 间隙配合 模具的定位圈外径尺寸应比注射机固定模板上的定位孔尺寸小0 2mm以下 3 模具的最大 最小厚度Hmin H Hmax式中H 模具厚度 mm Hmin 注射机允许的最小模厚 即动 定模之间的最小开距 mm Hmax 注射机允许的最大模厚 mm 4 安装螺孔尺寸用螺钉直接固定模具时 模具固定板与注射机模板上的螺孔应完全吻合 用压板固定模具时 只要在需放压板的外侧附近有螺孔就可以 5 3注射模与注射机 5 3 3注射机有关工艺参数的校核6 开模行程的校核 1 注射机的最大开模行程与模具厚度无关的校核 对于单分型面注射模S H1 H2 5 10 mm式中S 注射机最大开模行程H1 推出距离 脱模距离 mm H2 包括浇注系统凝料在内的塑件高度 mm 5 3注射模与注射机 5 3 3注射机有关工艺参数的校核6 开模行程的校核 1 注射机的最大开模行程与模具厚度无关 对于双分型面注射模Smax H1 H2 a 5 10 mm式中a 取出浇注系统凝料必须的长度 mm 5 3注射模与注射机 5 3 3注射机有关工艺参数的校核6 开模行程的校核 2 注射机的最大开模行程与模具厚度有关的校核 对于单分型面注射模S Hm H1 H2 5 10 mm对于双分型面注射模S Hm H1 H2 a 5 10 mm 3 具有侧向抽芯时的最大开模行程设完成抽芯动作的开模距离为Hc当Hc H1 H2时 用Hc代替前述各校核式中的H1 H2 当Hc H1 H2时 Hc对开模行程没有影响 仍用上述各公式进行校核 5 3注射模与注射机 5 3注射模与注射机 5 3 3注射机有关工艺参数的校核7 推出装置的校核1 中心顶出杆机械顶出如卧式XS Z 60 直角式SYS 45等型号注射机 2 两侧双顶杆机械顶出如卧式XS Z 30 XS ZY 125等型号注射机 3 中心顶出杆液压顶出与两侧顶出杆机械顶出联合作用如卧式XS ZY 250 XS ZY 500等型号注射机 4 中心顶杆液压顶出与其他开模辅助油缸联合作用如XS ZY 1000注射机 分型面及其选择 普通浇注系统设计 热流道浇注系统 6 1 6 2 6 3 6分型面的选择与浇注系统设计 排气系统的设计 6 4 6 1分型面及其选择 6 1 1塑料制件在模具中的位置1 型腔数目的确定单型腔模具 一次注射只能生产一件塑料产品的模具 多型腔模具 如果一副模具一次注射能生产两件或两件以上的塑料产品 则这样的模具称为多型腔模具 确定方法 1 按注射机的最大注射量确定型腔的数目 2 按注射机的额定锁模力确定型腔数目 3 按塑件的精度要求确定型腔数目 4 根据生产经济性确定型腔数目 X Xm Xj nC1 C2 NYt 60n令dX dn 0 2 塑件在模具中的位置单型腔模具 6 1分型面及其选择 2 塑件在模具中的位置多型腔模具的型腔排布形式 6 1分型面及其选择 6 1分型面及其选择 6 1 2分型面的选择1 分型面的形式 6 1分型面及其选择 2 分型面的设计原则 1 分型面应选在塑件外形最大轮廓处 2 分型面的选择应有利于塑件顺利脱模 6 1分型面及其选择 2 分型面的设计原则 3 分型面的选择应保证塑件的尺寸精度和表面质量 6 1分型面及其选择 2 分型面的设计原则 4 分型面的选择应有利于模具的加工 6 1分型面及其选择 2 分型面的设计原则 5 分型面的选择应有利于排气 6 2普通浇注系统设计 6 2 1普通浇注系统的组成及设计原则 1 普通浇注系统的组成浇注系统是指模具中由注射机喷嘴到型腔之间的进料通道 普通浇注系统由主流道 分流道 浇口和冷料穴四部分组成 6 2普通浇注系统设计 6 2 1普通浇注系统的组成及设计原则 2 普通浇注系统的设计原则a 了解塑料的成型性能b 尽量避免或减少产生熔接痕c 有利于型腔中气体的排出d 防止型芯的变形和嵌件的位移e 尽量采用较短的流程充满型腔f 流动距离比的校核 6 2 2主流道设计主流道是指浇注系统中从注射机喷嘴与模具浇口套接触处开始到分流道为止的塑料熔体的流动通道 1 在卧式或立式注射机上使用的模具中 主流道垂直于分型面 主流道设计成圆锥形 锥角为2 6 表面粗糙度Ra 0 8 m 2 主流道对接触设计成半球形凹坑 凹坑深度常取3 5mm其半径SR SR1 1 2 mmD d 0 5 1 mm 6 2普通浇注系统设计 6 2 2主流道设计3 设计浇口套 6 2普通浇注系统设计 6 2普通浇注系统设计 6 2 3分流道设计分流道是指主流道末端与浇口之间的一段塑料熔体的流动通道 分流道的作用是改变熔体流向 使其以平稳的流态均衡地分配到各个型腔 1 分流道的形状及尺寸 6 2普通浇注系统设计 2 分流道的长度 3 分流道在分型面上的布置形式分流道的布置形式分为平衡式和非平衡式 设置布置形式应遵循两个原则 一是排列应尽量紧凑 缩小模板尺寸 另外尽量使流程短 对称布置 使胀模力的中心与注射机锁模力的中心一致 4 分流道的表面粗糙度分流道的表面粗糙度Ra一般取1 6 m左右 6 2普通浇注系统设计 6 2 4浇口的设计浇口亦称进料口 是连接分流道与型腔的熔体通道 它是浇注系统的关键部分 按浇口截面尺寸大小的结构特点 浇口可分为限制性浇口和非限制性浇口两大类 限制性浇口的作用 提高剪切速率 降低黏度 获得理想的流动状态 从而迅速均衡地充满型腔 对于多型腔模具 调节浇口的尺寸 还可以使非平衡布置的型腔达到同时进料的目的 提高塑件的均一质量 限制性浇口还起着较早固化 防止型腔中熔体倒流的作用 非限制性浇口是整个浇注系统中截面尺寸最大的部位 它主要对中大型筒类 壳类塑件型腔起引料和进料后的施压作用 6 2普通浇注系统设计 按浇口的结构形式和特点 常用的浇口可分成以下几种形式 1 直接浇口 主流道型浇口 6 2普通浇注系统设计 2 侧浇口 6 2普通浇注系统设计 侧浇口有两种变异的形式 即扇形浇口和平缝浇口 6 2普通浇注系统设计 3 环形浇口 6 2普通浇注系统设计 4 轮辐式浇口 6 2普通浇注系统设计 5 点浇口 针点浇口或菱形浇口 6 2普通浇注系统设计 6 潜伏浇口 剪切浇口 6 2普通浇注系统设计 7 爪形浇口 6 2普通浇注系统设计 6 2普通浇注系统设计 6 2 5浇口位置选择与浇注系统的平衡1 浇口位置选择 尽量缩短流动距离 避免熔体破裂现象引起塑件的缺陷 浇口应开设在塑件壁厚处 考虑分子定向的影响 减少熔接痕提高熔接强度 6 2普通浇注系统设计 2 浇注系统的平衡若根据某种需要设计成型腔非平衡式布置的形式 则需要通过调节浇口尺寸 使各浇口的流量及成型工艺条件达到一致 这就是浇注系统的平衡 亦称浇口的平衡 相同塑件多型腔成型的BGV值 不同塑件多型腔成型的BGV值 一般浇口截面通常采