第二章塑料成型原理及产品工艺性

注射成型原理螺杆式注射机注射成型原理第一页，共八十七页。注射成型原理螺杆式注射机注射成型原理第二页，共八十七页。注射成型工艺过程注射成型过程包括：成型前准备注射过程塑件的后处理第三页，共八十七页。成型前准备1.成型前对原料的预处理根据各种塑料的特性及供料状况，一般在成型前应对原料进行外观(指色泽、粒度大小及均匀性等)和工艺性能(熔融指数、流动性、收缩率等)检验。对所用粒料有时还需要进行干燥。对各种塑料的干燥方法，应根据其性能和具体条件进行选择。第四页，共八十七页。成型前准备第五页，共八十七页。成型前准备第六页，共八十七页。成型前准备2.料筒的清洗塑料不一致需调换颜色发现塑料中有分解现象第七页，共八十七页。成型前准备清洗方法换料清洗应根据塑料的热稳定性、成型温度范围及各种塑料之间的相容性等因素采取正确的清洗步骤：当新料的成型温度高于料筒内存料的成型温度时，先将料筒温度升至新料的最低成型温度，然后加入新料，并连续“对空注射”，直至全部存料清洗完毕，再调整料筒温度进行正常生产。当新料成型温度比存料成型温度低，则先将料筒温度升高到存料最好的流动温度后切断电源，用新料在降温下进行清洗。当新料与存料成型温度相近时，则不必变更温度，直接清冼即可。第八页，共八十七页。成型前准备3.嵌件的预热由于金属和塑料的线[膨]胀系数相差很大，导致塑件快速冷却时嵌件周围出现裂纹而使塑件强度降低。预热温度以不损伤金属表面所镀的锌层或铬层为限，一般为110—130℃，对于表面无镀层的铝合金或铜嵌件，预热温度可达150℃。第九页，共八十七页。成型前准备4.脱模剂的使用脱模剂是使塑件容易从模具中脱出而敷在模具表面上的一种助剂。第十页，共八十七页。注射过程注射过程包括加料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全过程。这一过程的总要求是：在规定时间内提供足够数量的熔融塑料；塑料熔体在进入型腔之前要充分塑化；既要达到规定的成型温度，又要使塑化料各处的温度尽量均匀一致；使热分解物的含量达最小值。第十一页，共八十七页。注射过程注射过程包括3.加压注射4.保压自注射结束到柱塞或螺杆开始后移的这段过程，即压实工序。目的：防止注射压力解除后，如果浇口尚未冻结，发生型腔中熔料通过浇口流向浇注系统，导致熔体倒流；当型腔内熔体冷却收缩时，继续保持施压状态的螺杆可迫使浇口附近的熔料不断补充进模具中，使型腔中塑料能成型出形状完整而致密的塑件。第十二页，共八十七页。注射过程5.冷却定型当浇注系统的塑料已经冷却凝固，继续保压已不再需要，此时可退回柱塞或螺杆，同时通入冷却水或空气等冷却介质，对模具进一步冷却，这一阶段称冷却定型。6.脱模塑件冷却到一定温度即可开模，在推出机构的作用下将塑件推出模外。第十三页，共八十七页。塑件的后处理塑件经注射成型后，除去除浇道凝料、修饰浇口及飞边毛刺外，常需要进行适当的后处理，借以改善和提高塑件的性能，塑件的后处理主要指退火和调湿处理。第十四页，共八十七页。塑件的后处理1．退火处理使塑件在定温的加热液体介质(如热水、甘油和液体石腊)或热空气循环烘箱中静置一段时间，然后缓慢冷却的过程。目的在于减少由于塑料在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。第十五页，共八十七页。塑件的后处理2．调湿处理将刚脱模的塑件放在热水中进行处理，以隔绝空气，防止塑件氧化变色，同时，加快达到吸湿平衡的一种处理方法。目的：使塑件的颜色、性能和尺寸达到稳定。

第十六页，共八十七页。注射成型工艺条件选择影响注射塑件质量的因素较多，一般情况下当提出一种新塑件的使用性能和其它有关要求后首先应在经济合理和技术可行的原则下，选择最合适的材料、生产形式、注射设备及模具结构；当这些条件确定之后，工艺条件的选择和控制就是主要考虑的因素；注射成型工艺条件中最主要的因素为温度、压力和时间。第十七页，共八十七页。温度注射成型过程需要控制的温度有料筒温度、喷嘴温度和模具温度前两种温主要是影响塑料的塑化和流动；后一种温度主要是影响塑料的流动与冷却。第十八页，共八十七页。温度1．料筒温度料筒温度的选择与塑料的特性有关，每种塑料具有不同的流动温度。为了使塑料能正常流动，一般料筒温度必须高于流动温度，但还须低于塑料的分解温度。选择料筒温度还应结合塑件和模具的结构特点。料筒温度的分布，一般从料斗一侧(后端)起，至喷嘴(前端)止是逐步升高的，借以使塑料温度平稳地上升达到均匀塑化的目的。

第十九页，共八十七页。温度2.喷嘴温度为防止熔体在直通式喷嘴中可能产生“流涎现象”，通常喷嘴温度要比料筒最高温度略低。由喷嘴低温产生的不利影响可以从塑料注射时所产生的摩擦热中得到一定的补偿。喷嘴温度不易过低，否则会造成熔体的早凝而将喷嘴堵死，或使冷料流进模腔而影响塑件质量。料筒和喷嘴温度的选择具有一定联系，也受其它工艺条件影响。例如选用较低注射压力时，为保证塑料的流动，应适当提高料筒温度。反之，料筒温度偏低就需要较高注射压力。由于影响因素很多，一般在成型前通过“对空注射法”或“塑件直观分析法”来进行调整，以便从中确定最佳的料筒和喷嘴温度。第二十页，共八十七页。温度3.模具温度模具温度对塑件的内在性能及外观质量有很大影响，模具温度的高低取决于塑料结晶性的有无、塑件尺寸与结构、性能的要求，以及其它工艺条件(熔料温度、注射速率及注射压力、成型周期)。在保证顺利充模的前提下，采用较低的温度可以缩短冷却时间，从而提高劳动生产率，模具宜采用低温冷却(采用循环冷却水来冷却)。对于熔体粘度高的非结晶型塑料(如聚碳酸酯、聚砜等)应采用较高的模具温度(通常采用电加热器加热)，这样既保证容易充模。第二十一页，共八十七页。温度第二十二页，共八十七页。压力注射成型工艺过程中的压力，包括塑化压力和注射压力两种，它们直接影响塑料的塑化和塑件的质量。1．塑化压力（背压）采用螺杆式注射机时，螺杆顶部熔料在螺杆转动后退时所受到的压力。这种压力大小可以通过液压系统中的溢流阀来调整。增加塑化压力会提高熔体温度，过高会有导致塑料降解的可能性。在一般操作中，塑化压力的选择应在保证塑件质量优良的前提下越低越好。第二十三页，共八十七页。压力2．注射压力螺杆头部对塑料熔体所施加的压力，其作用是克服塑料熔体从料筒流向型腔的流动阻力，给予熔体一定的充模速率以及对熔体压实等。注射压力的大小取决于塑料品种、注射机类型、塑件壁厚、流程及工艺条件等，关系十分复杂，其具体数值很难明确预定。在实际生产中根椐有关经验资料，从较低的注射压力开始注射成型，再根椐塑件质量，然后酌量增减，最后确定合理的注射压力。第二十四页，共八十七页。压力确定注射压力的原则：熔体粘度高、冷却速度快的塑料以及成型薄壁和长流程的塑件，采用高压注射有利于充满型腔。成型玻璃纤维增强塑料采用高压注射，有利于塑件表面光洁、均匀。为了保证塑件的质量，对注射速度(熔融塑料在喷嘴处的喷出速度)常有一定的要求，对注射速度较为直接的影响因素为注射压力，高压注射时注射速度高；相反，低压注射时注射速度低。型腔充满后，注射压力的作用在于对模内熔料的压实。在生产中，压实时的压力等于或小于注射时所用注射压力。如注射与压实时压力相等则往往使收缩率减小，且尺寸稳定性好，但会造成脱模时残余压力过大，压缩强烈的塑件在压力解除后还会产生较大的回弹，可能卡在型腔中，造成脱模困难。第二十五页，共八十七页。时间(成型周期)完成一次注射过程所需的时间称为成型周期，它包括以下各部分：第二十六页，共八十七页。时间(成型周期)Cooling

TimeMoldOpenTimeFillTimeHoldTime第二十七页，共八十七页。时间(成型周期)在整个成型周期中，保压时间和冷却时间对产品质量起着决定性的作用。在浇口冷凝前，保压时间的多少，对塑件密度和尺寸精度有密切联系，此后则无影响。保压时间与塑件的结构、尺寸、料温、主流道及浇口大小有关。冷却时间取决于塑件的厚度、塑料的热性能、结晶性能以及模具温度等。冷却时间的基本原则为脱模时塑件不引起变形。冷却时间过长，会延长生产周期，降低生产效率，还能造成脱模困难。因此，应尽量减少冷却时间，以缩短周期，提高劳动生产效率。第二十八页，共八十七页。塑件的工艺性目的保证塑件顺利成型，防止塑件产生缺陷，又能提高生产率和降低成本。塑件设计时必须充分考虑以下因素：(1)模塑方法不同模塑方法，其塑件的工艺要求不相同。(2)塑料的性能塑件的尺寸、公差、结构形状应与塑料的物理性能、机械性能和工艺性能等相适应。(3)模具结构及加工工艺性塑件形状应有利于简化模具结构，还要考虑模具零件尤其是成型零件的加工工艺性。塑件工艺性的主要内容包括尺寸、公差、表面质量和结构形状。第二十九页，共八十七页。塑件的尺寸指塑件的总体尺寸，而不是壁厚、孔径等结构尺寸。塑件的尺寸取决于塑料的流动性。注射模塑件尺寸受到注射机的公称注射量、合模力及模板尺寸的限制。第三十页，共八十七页。塑件的公差塑件的尺寸精度往往不高成型零件的制造误差装配误差使用中的磨损成型工艺条件的变化脱模斜度成型后塑件的尺寸变化第三十一页，共八十七页。塑件的公差第三十二页，共八十七页。塑件的公差第三十三页，共八十七页。塑件的公差根据塑料品种不同，每一种塑料可选其中的三个等级。第三十四页，共八十七页。塑件的公差第三十五页，共八十七页。塑件的表面质量塑件的表面质量指塑件的表面缺陷(如斑点、条纹、凹痕、起泡、变色等)，表面光泽性和表面粗糙度。几点说明表面缺陷与模塑工艺和工艺条件有关；表面光泽性和表面糙度应根据塑件的使用要求而定，尤其是透明塑件，对光泽性和粗糙度均有严格要求。塑料品种、成型工艺条件、模具成型零件的表面粗糙度及其磨损是决定塑件表面粗糙度的主要因素。第三十六页，共八十七页。塑件的形状总的原则塑件的形状必须便于成型以简化模具结构，降低成本，提高生产率和保证塑件的质量。为了在开模时容易取出塑件，塑件的内外表面的形状应尽量避免侧壁凹槽或与塑件脱模方向垂直的孔，以免采用瓣合分型或侧抽芯等复杂的模具结构。第三十七页，共八十七页。塑件的形状

第三十八页，共八十七页。塑件的壁厚塑件的壁厚与使用要求和工艺要求有关。使用要求在使用上要求壁厚具有足够的强度和刚度；脱模时能承受脱模机构的冲击和振动；装配时能承受紧固力在运输中不变形或损坏。工艺要求在模塑成型工艺上，塑件壁厚不能过小，否则熔融塑料在模具型腔中的流动阻力加大，尤其是形状复杂和大型的塑件，成型比较困难。塑件壁厚过大，不但造成用料过多增加成本，而且会给成型工艺带来一定困难:会增加塑化及冷却时间，使生产效率显著降低。壁厚过大也易产生气泡、缩孔、凹痕、翘曲等缺陷，从而影响产品质量。第三十九页，共八十七页。塑件的壁厚热塑性塑料易于成型薄壁塑件，最薄可达0.25mm，但一般不宜小于0.6－0.9mm，通常选取2—4mm。第四十页，共八十七页。塑件的壁厚有了合理的壁厚还应力求同一塑件上各部位的壁厚尽可能均匀，否则会因固化或冷却速度不同而引起收缩不一致，致使塑件产生内应力；造成塑件翘曲、缩孔、裂纹，甚至开裂。第四十一页，共八十七页。塑件的壁厚第四十二页，共八十七页。塑件的壁厚第四十三页，共八十七页。塑件的壁厚第四十四页，共八十七页。塑件的壁厚第四十五页，共八十七页。塑件的壁厚第四十六页，共八十七页。脱模斜度为了便于塑件脱模，并防止脱模时擦伤塑件表面，设计塑件时必须考虑塑件内外表面沿脱模方向均应具有合理的脱模斜度。脱模斜度的大小主要取决于塑料的收缩率、塑件的形状和壁厚以及塑件的部位等。在通常情况下，脱模斜度为30’～1°30’，应根据具体情况而定。第四十七页，共八十七页。3.1.2.3脱模斜度原则当塑件有特殊要求或精度要求较高时，应选用较小的斜度，外表面斜度可小至5’，内表面斜度可小至10’—20’；对于高度不大的塑件，还可以不取斜度；较高、较大尺寸的选用较小的斜度；塑件形状复杂不易脱模的，应取较大的斜度；塑件上的凸起或加强肋单边应有4°—5°的斜度；塑件壁厚的应选较大的斜度；塑件沿脱模方向有几个孔或程矩形格子状而使脱模阻力较大时，宜采用4°—5°的斜度；塑件侧壁带有皮革花纹时应有4°—6°的斜度。第四十八页，共八十七页。3.1.2.3脱模斜度

第四十九页，共八十七页。3.1.2.3脱模斜度斜度的取向原则在开模时，为了让塑件留在凸模上，内表面的斜度比外表面的小。为了让塑件留在凹模一边，则外表面的斜度比内表面的小。

内孔以小端为准，符合图纸要求，斜度由扩大方向得到；外形以大端为准，符合图纸要求，斜度由缩小方向得到。第五十页，共八十七页。塑件的加强肋为了确保塑件的强度和刚度而又不致于使塑件的壁厚过大，可在塑件的适当位置上设置加强肋。第五十一页，共八十七页。塑件的加强肋第五十二页，共八十七页。塑件的加强肋第五十三页，共八十七页。塑件的支承面当塑件需要由一个面为支承(或基准面)时，以整个底面作为支承面是不合理的。第五十四页，共八十七页。塑件的支承面当塑件底部有加强肋时，应使加强肋与支承面相差0.5mm的高度。紧固用的凸耳或台阶应有足够的强度，以承受紧固时的作用力，应避免台阶突然过渡和支承面过小，并应设置加强肋。第五十五页，共八十七页。塑件的圆角带有尖角的塑件，往往会在尖角处产生应力集中，影响塑件强度，同时还会出现凹痕或气泡，影响塑件外观质量。塑件除了使用上要求必须采用尖角之处外，其余所有转角处均应尽可能采用圆弧过渡。避免了应力集中，提高了强度；增加了塑件的美观；有利于塑料充模时的流动；模具在淬火或使用时不致因应力集中而开裂。内壁圆角半径可取壁厚的一半，外壁圆角半径可取1.5倍的壁厚。第五十六页，共八十七页。塑件上的孔的设计塑件上的孔是用模具的型芯成型的。从理论上说，可以成型任何形状的孔，但是形状复杂的孔，其模具制造困难，成本较高。因此，用模具成型的孔，应采用工艺上易于加工的孔。第五十七页，共八十七页。塑件上的孔的设计塑件上常见的孔有通孔、盲孔、形状复杂的孔等，这些孔均应设置在：不易削弱塑件强度的地方；孔之间和孔与边缘之间均应留有足够的距离(一般应大于孔径)；塑件上固定用孔和其它受力孔的周围可设计一凸边来加强。第五十八页，共八十七页。塑件上的孔的设计固定用孔建议采用沉头螺钉孔的形式。第五十九页，共八十七页。塑件上的孔的设计通孔的成型方法第六十页，共八十七页。塑件上的孔的设计盲孔第六十一页，共八十七页。塑件上的孔的设计两孔的型芯不能互相嵌合。第六十二页，共八十七页。塑件上的孔的设计斜孔和形状复杂孔的成型方法。第六十三页，共八十七页。合页的设计利用聚丙烯材料的特性，可以制出整体的合页。省去装配工序；避免金属合页生锈。第六十四页，共八十七页。合页的设计设计合页时的要点塑件本身壁厚小的，中间薄膜处应相应薄；如厚度大的中间薄膜处也应厚一些，但不超过0.5mm；合页部分的厚度应一致。在成型过程中，塑料必须从塑件本身的一边，通过中间薄膜流向另一边。脱模后立即折曲几次。第六十五页，共八十七页。塑件的花纹、标记、符号及文字塑件上的花纹(如凸、凹纹、皮革纹等)。有的是使用上的需要，有的是为了装饰。设计的花纹应易于成型和脱模、便于模具制造。第六十六页，共八十七页。塑件的花纹、标记、符号及文字塑件上的标记、符号或文字可以做成三种不同的形式。塑件上是凸字；塑件上是凹字；塑件上是凸字，并在凸字的周围带有凹入的装饰框，即凹坑凸字。第六十七页，共八十七页。塑料螺纹塑件上的螺纹可以在模塑时直接成型，也可以在模塑后机械加工而成。对于经常拆装或受力较大的螺纹则采用金属螺纹嵌件。设计塑件上直接模塑成型的螺纹时，应注意：塑料螺纹的牙形尺寸应选用较大者，螺纹过细则使用强度不够。第六十八页，共八十七页。塑料螺纹模塑的螺纹其直径不宜太小，外螺纹直径不宜小于4mm，内螺纹直径不宜小于2mm。螺纹精度一般不超过GBl97—81规定的公差等级5—6级。如果模具螺纹的螺距未考虑收缩值，则塑料螺纹与金属螺纹的配合长度就不能太长，一般不大于螺纹直径的1．5～2倍。否则会因两者的收缩值不同而互相干涉，造成附加内应力，使螺纹联接强度降低。第六十九页，共八十七页。塑料螺纹为了防止塑件上的螺纹始端和末端在使用中不致崩裂或变形，其始、末端应按图示的结构参数进行设计。第七十页，共八十七页。塑料螺纹在同一塑件上有前后两段同轴螺纹时，应使两段螺纹的旋转方向相同，螺距相等。第七十一页，共八十七页。塑料齿轮塑料齿轮在电子、仪表等工业部门中的应用越来越广泛，目前主要用于精度和强度要求都不太高的齿轮传动。常用的塑料是尼龙、聚碳酸酯、聚甲醛等。第七十二页，共八十七页。塑料齿轮为了使塑料齿轮适应注射成型工艺，对齿轮的各部分尺寸作如下规定：轮缘宽度tl最小应为齿高t的三倍；辐板厚度H1应等于或小于轮缘厚度H；轮毂厚度H2应等于或大于轮缘厚度H，并相当于D；轮毂外径D1最小应为轮孔直径D的1.5—3倍。第七十三页，共八十七页。塑料齿轮设计塑料齿轮时还应避免在模塑、装配和使用时产生内应力或应力集中；避免由于收缩不均匀而变形。为此塑料齿轮应尽量避免截面突然变化；转角处尽量以较大的圆角半径过渡；轴与孔的配合不采用过盈配合，而用过渡配合并用销钉固定或半月形孔配合的形式传递扭矩。第七十四页，共八十七页。嵌件的用途及形式塑件中镶入嵌件目的增加塑件局部的强度、硬度、耐磨性、导电性、导磁性等；增加塑件的尺寸和形状的稳定性，提高精度；降低塑料的消耗以及满足其它多种要求。嵌件的材料有各种有色金属或黑色金属，也有用玻璃、木材和已成的塑件等，其中金属嵌件用得最普遍。第七十五页，共八十七页。嵌件的用途及形式采用嵌件一般会增加塑件的成本，使模具结构复杂；在模塑成型时向模具中安装嵌件会降低塑件的生产率，难以实现自动化。常用的嵌件如下图所示第七十六页，共八十七页。嵌件的用途及形式为了使嵌件牢固地固定在塑件中，要防止嵌件受力时在塑件内转动或拔出。第七十七页，共八十七页。嵌件设计要点要点如下(1)由于金属嵌件与塑件的收缩不同，致使嵌件周围易产生很大的内应力而造成塑件开裂。对于某些刚性较大的塑件(如聚碳酸酯)，这种开裂现象更为明显。为防止塑件应力开裂嵌件周围的塑料层应有足够的厚度；嵌件本身结构不应带有尖角，以减少应力集中。第七十八页，共八十七页。嵌件设计要点要点如下(2