第三章塑料成型工艺及其模具设计

1、1 塑料成型工艺及模具设计塑料成型工艺及模具设计 湖南大学塑料模具研究所湖南大学塑料模具研究所叶久新叶久新 王群王群/ /主编主编机械工业出版社“十一五” 国家级规划教材2 3.1 注射成型原理及工艺3.2 塑料成型工艺规程的制定 第3章 塑料注射成型原理及工艺3 卧式注射机卧式注射机3.1 注射成型原理及工艺4 卧式注射机卧式注射机3.1 注射成型原理及工艺5 立式注射机立式注射机3.1 注射成型原理及工艺6 角式注射机角式注射机3.1 注射成型原理及工艺7 角式注射机角式注射机3.1 注射成型原理及工艺8 3.1.1 3.1.1 注射成型原理及注射机注射成型原理及注射机1.注射机的分类及其

2、工作原理注射机的分类及其工作原理（1）柱塞式注射机）柱塞式注射机3.1 注射成型原理及工艺9 3.1.1 3.1.1 注射成型原理及注射机注射成型原理及注射机1.注射机的分类及其工作原理注射机的分类及其工作原理（1）柱塞式注射机动作模拟）柱塞式注射机动作模拟3.1 注射成型原理及工艺10 3.1.1 3.1.1 注射成型原理及注射机注射成型原理及注射机1.注射机的分类及其工作原理注射机的分类及其工作原理（1）螺杆式注射机）螺杆式注射机3.1 注射成型原理及工艺11 3.1.1 3.1.1 注射成型原理及注射机注射成型原理及注射机1.注射机的分类及其工作原理注射机的分类及其工作原理（1）螺杆式注

3、射机动作模拟）螺杆式注射机动作模拟3.1 注射成型原理及工艺12 3.1.1 3.1.1 注射成型原理及注射机注射成型原理及注射机3.1 注射成型原理及工艺13 2.注射成型机的规格及主要技术参数注射成型机的规格及主要技术参数3.1 注射成型原理及工艺 XS-ZY500：注射机在无模具对空注射时的最大注射容量不低：注射机在无模具对空注射时的最大注射容量不低于于500cm3的螺杆式的螺杆式(Y)塑料塑料(S)注射注射(Z)成型成型(X)机；机； SZ-160/1000：注射机是理论注射容量约为：注射机是理论注射容量约为160cm3，锁模力约，锁模力约为为1000KN的塑料（的塑料（S）注射（）注

4、射（Z）成型机。）成型机。 14 3.1.2 注射成型工艺过程3.1 注射成型原理及工艺153.1.2.注射成型工艺过程注射成型工艺过程1.成型前的准备工作成型前的准备工作l原料预处理l对所需成型塑料的质量检验l着色(直接法和间接法色母粒)l预热干燥 空气循环干燥、真空干燥、抽湿干燥、热泵干燥l清洗料筒 柱塞式机筒须将机筒拆卸清洗；螺杆式机筒可直接换料清洗。l预热嵌件(一般T取110130C，以不破坏嵌件表面镀层为限)l选择脱模剂 硬酯酸锌、液体石蜡、硅油等16l2.注射过程注射过程l是热塑性塑料从塑料转变为塑件的最主要阶段,它包括加料、加热塑化、合模、加压注射充模、保压、冷却定型、开模、脱模

5、等工序.l(1)塑化塑化-塑料在料筒内经加热达到熔融流动状态并具有良好可塑性的过程.l要求是：物料经过塑化后，成为连续的均化熔体，即组分均匀、密度均匀、黏度均匀和温度分布均匀.17l塑化效果塑化效果l物料转变成熔体之后的均化程度.l塑化能力塑化能力l注射机在单位时间内能够塑化的物料质量或体积.l两者均与物料受热方式和注射机结构有关两者均与物料受热方式和注射机结构有关.l柱塞式注射机与螺杆式注射机受热方式不同,塑化效果不同,塑化能力也不同.18l柱塞式注射机理论塑化能力: l螺杆式注射机的理论塑化能力: 19可见，柱塞式注射机的塑化能力同时与机筒结构和物料体积有关，而螺杆式注射机的塑化能力与物料

6、体积无关，不必担心因物料体积过大对熔体均化产生影响，因此因此螺螺杆式注射机杆式注射机的塑化能力一般都比柱塞式注的塑化能力一般都比柱塞式注射机的大。射机的大。20(2)加压注射充模加压注射充模l可细分为流动充模、保压补缩和倒流三个阶段.lA.流动充模流动充模l指注射机将塑化好的熔体注射进入模腔的过程.l在此过程，注射压力是变化的.21l注射压力在流动充模阶段受熔体温度和熔体流速的影响.22方案模温C熔体温度C流动速率cm3/s输出结果最大注射压力MPa最大锁模力t填充时间s方案一50230811.75（自动）81.731117.194.24方案二70230725.39（自动）78.881092.

7、814.74方案三502601033.14（自动）74.461029.433.33方案四502301000（设置）81.871147.233.44 方案一 方案二 方案三 方案四图2 PP料填充输出图像Fig.2 Fill time picture of PP23l注意注射压力对流动充模时喷嘴处的熔体温度也有影响。喷嘴直径对喷嘴处的熔体温升影响不大，故在生产中应尽量避免过大的注射压力。(见下表)24注射压力,喷嘴直径与熔体温升的关系注射压力注射压力/MPa喷嘴直径喷嘴直径/m熔体温升熔体温升/C注射压力注射压力/MPa喷嘴直径喷嘴直径/mm熔体温升熔体温升/C500.5261001.04510

8、00.546501.4623500.7261001.46431000.747502.019501.025503.01825 在生产中，在一定的模具结构下，只要能在生产中，在一定的模具结构下，只要能够保证充模时不发生高速喷射流动，充模速度够保证充模时不发生高速喷射流动，充模速度应尽量取快一些，这样不仅可以避免使用较大应尽量取快一些，这样不仅可以避免使用较大的注射压力导致制品使用性能不良，而且对提的注射压力导致制品使用性能不良，而且对提高生产率也有好处高生产率也有好处.26lB.保压补缩保压补缩l此阶段是指从熔体充满模腔至柱塞或螺杆在机筒中开始后退为止.27lB.保压补缩保压补缩l保压力和保压时间

9、对于模腔压力有着重要影响.如果保压力不足或保压时间不充分,都会导致模腔压力下降.l保压力、保压时间与模腔压力之间的关系,将会对冷却定型时的制品密度、收缩及表面缺陷等问题产生重要影响.28lC.倒流倒流l指撤除保压力后,模腔内的熔体朝着浇口和流道进行的反向流动.l它对注射成型是不利的,会使制品内部产生真空泡或凹陷等缺陷.l倒流发生与否或其程度如何,均与保压时间有关.29 （3）冷却定型）冷却定型l指从浇口冻结开始到制品脱模为止.l在此阶段,模腔压力和制件密度均受到保压时间的影响.l脱模条件:温度和压力. 脱模温度不宜太高也不宜太低,应在塑料的热变形温度和模具温度之间. 正常脱模时模腔压力和外界压

10、力的差值不要太大.303.制件的后处理制件的后处理l主要指退火和调湿处理.l1.退火处理-使塑件在定温的加热液体介质(如热水,甘油,液体石蜡)或热空气循环烘箱中静置一段时间,然后缓慢冷却的过程.l其目的在于减少由于塑件料筒内塑化不均匀或在型腔内冷却速度不一致而形成的内应力.一般退火温度控制在塑件使用温度以上1020C和低于塑料热变形温度1020C间.31l2.调湿处理-将刚脱模的塑件放在沸水或醋酸钾溶液中进行处理,以隔绝空气,防止塑件氧化而变色,同时,加快达到吸湿平衡的一种处理方法.323.1.3.注射成型工艺参数注射成型工艺参数注射成型工艺条件是决定塑件成型质量的主要因素.它包括三大参数:l

11、1.温度温度料温 模温l2.压力压力注射压力、保压力、背压力l3.时间时间(成型周期成型周期)注射时间、冷却时间、其它操作时间33l1.1.温度温度料温料温l指塑化物料的温度(塑化温度)和从喷嘴注射出的熔体温度(注射温度).l料温主要取决于机筒和喷嘴两部分的温度.取值应适中.注意注意:l机筒温度分段控制(一般机筒后段温度应比中段和前段低510C,对于螺杆式机筒可使机筒前段温度略低于中段).l为了避免流涎现象,喷嘴温度可略低于机筒最高温度.l应严格控制机筒最高温度和物料应严格控制机筒最高温度和物料(或熔体或熔体)在机筒内的在机筒内的停留时间停留时间,机筒温度应保持在塑料的黏流温度机筒温度应保持在

12、塑料的黏流温度f(m)以以上和热分解温度上和热分解温度d以下的某个适当的范围以下的某个适当的范围.影响塑化和注射充模34l模具温度模具温度l指和制件接触的模腔表壁温度.l塑料品种不同,注射成型过程中需用的模具温度也不相同。l可采用方法:一是把模具温度取得尽可能低,以加快冷却速度缩短冷却时间;二是使模温保持在比热变形温度稍低的状态下,以较高温度脱模,然后让其自然冷却.l模具温度M靠通入其内部的冷却或加热介质控制,其具体数值是决定制品冷却速度的关键,应具体情况具体分析.l模温必须低于塑料的热变形温度.影响充模和冷却定型35 2. 2. 压力压力注射压力与注射速度注射压力与注射速度l对塑料熔体的流动

13、和充模具有决定性的作用.A.注射压力注射压力螺杆（或柱塞）轴向移动时，其头部对塑料熔体施加的压力。l注射压力要选择适中 过大 涨模 溢料 机器过载 过小 充模不足l注射压力的大小与许多因素有关，常取70150MPa。36B.注射速度注射速度l注射速度有两种表示方法：一是注射时塑料熔体的体积流量qv；二是用螺杆(或柱塞)的轴向位移速度vi表示。l注射速度与注射压力相辅相成，在其它工艺条件和塑料品种一定时，注射压力越大，注射速度越快；注射速度应选择合理， vi的常用值为1520cm/s。37l生产中注射速度的确定常根据现场试验进行调整。注意点:l对熔体黏度高、热敏性强的塑料、纤维增强的塑料，成型冷

14、却速度快的塑料，大型薄壁精密制件，流程长的制件，应尽量采用高速注射；其它情况下一般都不采用过快的注射速度.l一般螺杆式注射机比柱塞式注射机可提供较大的注射速度.38保压力和保压时间保压力和保压时间保压力保压力在注射成型的保压补缩阶段，为了对模腔内的塑料熔体进行压实以及为了维持向模腔内进行补料流动所需要的注射压力。l保压时间保压时间保压力持续的时间长短。l两者对模腔压力、制件密度和收缩会造成影响，尤其对制件密度的影响特别重要，并且这些影响还往往与温度有关。39l保压力和温度对结晶聚合物的比体积（或密度）之影响比对非结晶聚合物的影响强烈，而且在100150C左右，无论保压力大小如何，结晶聚合物的比

15、体积都会迅速减小。l生产中对制件密度要求较高时，需同时选择合理的保压力和合理的温度条件。40l对形状复杂和薄壁制件，保压力可稍低于注射压力；对于厚对形状复杂和薄壁制件，保压力可稍低于注射压力；对于厚壁制件，保压力的选择可根据使用要求灵活处理，但有个规壁制件，保压力的选择可根据使用要求灵活处理，但有个规律可作为参考：保压力与注射压力相等时，制件的收缩率可律可作为参考：保压力与注射压力相等时，制件的收缩率可减小，批量产品中的尺寸波动小，但会使制件出现较大的应减小，批量产品中的尺寸波动小，但会使制件出现较大的应力。力。l为了提高制件的密度而又不造成注射机能量的浪费，保压时为了提高制件的密度而又不造成

16、注射机能量的浪费，保压时间应控制在一个最佳值，约取间应控制在一个最佳值，约取20120S。41背压力与螺杆转速背压力与螺杆转速l背压力背压力(塑化压力)塑料塑化过程中承受的压力。也指螺杆式注射成型时，螺杆头部熔体在螺杆转动后退时所受到的阻力。l(会影响塑化效果和塑化能力)。42q背压力 熔体温度 塑化效果 塑化时间或成型周期 塑化能力（可相应提高螺杆转速改善）q背压力一般不大于2MPa。43l螺杆转速螺杆转速螺杆塑化成型物料时的旋转速度。 它是影响注射机塑化能力、塑化效果和注射成型的重要参数，且还与背压密切相关。q螺杆转速增大，注射机对各种塑料的塑化能力均随着提高，但曳流也随着增大，故螺杆转速达到一定数值后，综合塑化效果下降。q背压和螺杆转速增大，均能使熔体温度提高，这是两者加强物料内剪切作用的必然结果。443.成型周期成型周期l成型周期-完成一次注射成型工艺过程所需的时间. l 充模时间l 注射时间(5130S)l 冷却时间(30120S)l l 其它操作时间成型周期成型周期保压时间45模腔数：模腔数：1成型周期：成型周期：71S其中：闭模其中：闭模7S 注射注射16S