第一章 塑料及模塑成型工艺

第一章塑料及模塑成型工艺3第1页，课件共66页，创作于2023年2月一、注射成型原理及分类1注射成型原理注射成型是根据金属压铸成型原理发展而来的，其基本原理就是利用塑料的可挤压性与可模塑性，首先将松散的粒状或粉状成型物料从注射机的料斗送入高温的机筒内加热熔融塑化，使之成为粘流态熔体，然后在柱塞或螺杆的高压推动下，以很大的流速通过机筒前端的喷嘴注射进入温度较低的闭合模具中，经过一段保压冷却定型时间后，开启模具便可从模腔中脱出具有一定形状和尺寸的塑料制品．§1.3

注射成型原理及工艺第2页，课件共66页，创作于2023年2月注射成型(InjectionMolding)，主要用于热塑性塑料的成型，也可用于热固性塑料的成型。注射成型原理如下图所示。第3页，课件共66页，创作于2023年2月注射成型特点：成形周期短，能一次成型形状复杂、尺寸精确、带有金属或非金属嵌件的塑料制件；对成型各种塑料的适应性强，到目前为止，几乎所有的热塑性塑料（除氟塑料外）及一些热固性塑料均可用此方法成型；生产效率高，易于实现自动化生产。它广泛应用于各种塑料制件生产中，其产品占目前塑料制件生产的30％左右。应当注意的是，注射成型设备价格及模具制造费用较高，对于单件及小批量生产不宜采用此法。第4页，课件共66页，创作于2023年2月合模单元注射单元二、注射成型设备1.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，达粘流态第5页，课件共66页，创作于2023年2月2.注射机的分类按外形可分为：卧式、立式和角式注射机。XS-ZY-500：表示最大注射量为500cm3的注射机S：塑料X：成型Z：注射机Y：螺杆式S-ZY-190/90：注射量为190cm3、锁模力为90tSYS-30：表示最大注射量为30g的立式注射机第6页，课件共66页，创作于2023年2月注射机按塑化方式分为：柱塞式注射机和螺杆式注射机。——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。塑化第7页，课件共66页，创作于2023年2月3.柱塞式注射机第8页，课件共66页，创作于2023年2月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。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。①塑化不均：②最大注射量受限：③注射压力损失大：柱塞式注射机存在的缺点：⑤易产生层流现象且料筒难于清洗④注射速度不均：从柱塞开始接触塑料到压实塑料，注射速度逐渐增加。第9页，课件共66页，创作于2023年2月4.螺杆式注射机第10页，课件共66页，创作于2023年2月合模注射保压冷却开模顶件合模注射螺杆预热螺杆式注射机模塑工作循环第11页，课件共66页，创作于2023年2月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，用较低的注射压力也能成型。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。螺杆式注射机的优点：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。第12页，课件共66页，创作于2023年2月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。5.螺杆式注射机与柱塞式注射机的比较第13页，课件共66页，创作于2023年2月三注射机有关工艺参数的校核（一）最大注射量校核注射机每次实际的注射量应在最大注射量的80%以内注射量以容积表示:V≤0.8V机V塑料≥K压V其中:V——塑件的总体积(塑件+浇注系统)V机——注射机的最大注射量(cm3)V塑料——成型塑件所需塑料的体积K压——压缩比(查资料)第14页，课件共66页，创作于2023年2月注射量以重量表示:G≤0.8G机G=p′V其中:G——塑件的总重量(塑件+浇注系统)G机——注射机的最大注射量(g)p′——料筒温度和压力下塑料的密度(g/cm3)第15页，课件共66页，创作于2023年2月（二）注射压力的校核校验注射机的额定注射压力能否满足塑件成型时所需的压力P公≥P注其中:P注——塑料成型时所需的注射压力(查资料)P公——注射机公称注射压力P注受浇注系统、型腔内阻力、模具温度等因素影响P注太大：毛边大、脱模困难、塑件表面质量差、内应力大P注太小：不能顺利充满型腔、无法成型第16页，课件共66页，创作于2023年2月其中：F锁——注射机的额定锁模力(N)A分——塑件及浇注系统在分型面上的总投影面积(mm2)q——型腔内塑料熔体的平均压力（查资料）(MPa)（三）锁模力的校核锁模力指的是锁模装置对模具施加的最大锁紧力F锁≥q·A分第17页，课件共66页，创作于2023年2月（四）装模部分有关尺寸的校核喷嘴尺寸定位孔尺寸拉杆间距模具闭合厚度安装螺孔尺寸第18页，课件共66页，创作于2023年2月1.喷嘴尺寸浇口套球面R和喷嘴前端球面半径R0喷嘴孔径d0和浇口套小端孔径d正确关系为：d=d0+(0.5～1)mmR=R0+(1～2)mm第19页，课件共66页，创作于2023年2月2.定位孔尺寸h:小型模具取8～10)mm大型模具取(10～15)mm第20页，课件共66页，创作于2023年2月（四）装模部分有关尺寸的校核3.拉杆间距模具的外形尺寸应小于注射机的拉杆间距，以保证模具能安装到注射机工作台面上。第21页，课件共66页，创作于2023年2月4.模具闭合厚度Hmax≥Hm≥Hmin第22页，课件共66页，创作于2023年2月5.安装螺孔尺寸模具重量较轻用压板固定模具重量较重的用螺钉固定第23页，课件共66页，创作于2023年2月（五）开模行程的校核1、注射机最大开模行程（S）与模具厚度（Hm）无关开模行程的校核分两种情况：

当注射机采用液压－机械联合作用的锁模机构时，最大开模行程（S）由连杆的最大行程决定，而不受模具厚度（Hm）的影响。单分型面模具：S>=H1+H2+(5～10)mm双分型面模具：S>=H1+H2+a+(5～10)mm第24页，课件共66页，创作于2023年2月单分型面模具：S0>=Hm+[H1+H2+(5～10)]双分型面模具：S0>=Hm+[H1+H2+a+(5～10)]2、注射机最大开模行程（S）与模具厚度（Hm）有关

对于采用全液压式锁模机构的注射机，其最大开模行程（S）受模具厚度的影响。第25页，课件共66页，创作于2023年2月侧面分型抽芯机构的最大开模程（S）当H4>H1+H2时:S=H4+（5～10）mm当H4<H1+H2时:S=H1+H2+（5～10）mm第26页，课件共66页，创作于2023年2月（六）顶出装置的校核中心顶杆机械顶出两侧双顶杆机械顶出中心顶杆液压顶出与两侧双顶杆机械顶出中心顶杆液压顶出与其它辅助油缸联合作用顶出装置分类：第27页，课件共66页，创作于2023年2月四、注射成型工艺注射过程成型后处理成型前准备原料的检验、染色和干燥模具清理嵌件预热料筒清理退火调湿第28页，课件共66页，创作于2023年2月1.成型前准备质量体积流动性水分及挥发物含量收缩率烘箱干燥红外线干燥热板干燥高频干燥原料检验原料染色原料干燥第29页，课件共66页，创作于2023年2月2.注射过程原料检验预处理合模注射装入料斗保压脱模装入嵌件清理料筒清理模具涂脱模剂嵌件清理、预热预塑化塑件后处理冷却第30页，课件共66页，创作于2023年2月3.注射成型后处理放在一定温度的红外线或循环热风烘箱、液体介质中（矿物油，石蜡）一段时间，再缓慢冷却。将刚从模具中脱出的塑件放在热水中(100～120℃)，隔绝空气，进行防氧化处理，达到吸湿平衡。调湿后缓冷至室温。退火：调湿：

退火的温度：高于使用温度10～20℃，低于热变形温度10～20℃。第31页，课件共66页，创作于2023年2月四、注射成型工艺条件温度压力时间（成型周期）第32页，课件共66页，创作于2023年2月1.温度①料筒温度：②喷嘴温度：③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。当Tf(Tm)~Td范围窄时，料筒温度取偏低值。料筒后端温度最低，料筒前端最高；在Tf(Tm)~Td之间，保证塑料熔体正常流动，不发生变质分解；第33页，课件共66页，创作于2023年2月2.压力①塑化压力：又称背压（螺杆头部熔体在螺杆转动后退时所受到的压力），由液压系统溢流阀调整大小。增加背压，能提高熔体温度并使温度均匀，但会降低塑化的速度。注射中，塑化压力的大小随螺杆的设计、塑件的质量要求以及塑件的种类不同而异。②注射压力：注射压力用以克服熔体从机筒流向型腔的流动阻力，提供充模速度以及对熔体进行压实。注射压力的大小一般为40～130MPa，它的作用是克服熔体的流动阻力，保证一定的充模速率。注射压力与塑料品种、注射机类型、模具浇注系统结构尺寸、塑件壁厚流程大小等因素有关。第34页，课件共66页，创作于2023年2月——完成一次注射模塑过程所需的时间。3.成型时间成型周期或总周期成型周期注射时间合模冷却时间其它时间充模时间保压时间在生产中，充模时间一般为3～5S，保压时间一般为20～120S，冷却时间一般为30～120S第35页，课件共66页，创作于2023年2月§1.4塑件的工艺性是塑件对成型加工的适应性塑件工艺性设计包括:塑料材料选择、尺寸精度和表面粗糙度、塑件结构塑件的工艺性——塑件工艺性设计的特点：应当满足使用性能和成型工艺的要求，力求做到结构合理、造型美观、便于制造。第36页，课件共66页，创作于2023年2月一、塑料材料的选择(分析)塑料的选材包括：选定塑料基体聚合物（树脂）种类、塑料具体牌号、添加剂种类与用量等塑料原料选择方法：使用环境(不同的温度、湿度及介质条件、不同的受力类型选择不同的塑料)

使用对象（根据国别、地区、民族和具体使用者的不同选材）

按用途进行分类（按应用领域、功能）第37页，课件共66页，创作于2023年2月二、塑件的尺寸、精度和表面粗糙度1.塑件的尺寸

塑件的尺寸受下面两个因素影响：塑料的流动性（大而薄的塑件充模困难）设备的工作能力（注射量、锁模力、工作台面）第38页，课件共66页，创作于2023年2月塑件的尺寸精度是指所获得的塑件尺寸与产品图中尺寸的符合程度，即所获塑件尺寸的准确度。2.塑件的精度影响塑件尺寸精度的因素:塑件成型后的时效变化塑料收缩率的波动以及成型时工艺条件的变化模具的制造精度、磨损程度和安装误差第39页，课件共66页，创作于2023年2月尺寸精度的确定：会根据SJ/T10628－1995（塑件尺寸公差）选择塑件公差等级模塑件公差共分为8个等级，对于每一种塑料制品，可选其中的3个等级（高精度、一般精度和低精度），目前一般不采用1、2级精度。第40页，课件共66页，创作于2023年2月尺寸精度的确定：对于塑件上孔的公差可采用基准孔，可取表中数值冠以（＋）号。对于塑件上轴的公差可采用基准轴，可取表中数值冠以（－）号。一般配合部分尺寸精度高于非配合部分尺寸精度。模具尺寸精度比塑件尺寸精度高2-3级。第41页，课件共66页，创作于2023年2月3.塑件的表面质量表面质量表面粗糙度、光亮程度色彩均匀性表面缺陷：缩孔、凹陷推杆痕迹对拼缝、熔接痕、毛刺等一般模具表面粗糙度要比塑件的要求高1～2级第42页，课件共66页，创作于2023年2月二、塑件的几何形状

1.表面形状避免了侧抽芯或瓣合分型的模具，有利于成型塑件的内外表面形状应尽可能保证有利于成型塑件外侧凹，必须采用瓣合凹模，使模具结构复杂，塑件表面有接缝第43页，课件共66页，创作于2023年2月应避免塑件表面横向凸台，以便于脱模塑件内侧凹，抽芯困难第44页，课件共66页，创作于2023年2月将横向侧孔改为垂直向孔，可免去侧抽芯机构改变制件形状，避免了侧抽芯第45页，课件共66页，创作于2023年2月2.脱模斜度为了便于塑件脱模，防止脱模时擦伤塑件，必须在塑件内外表面脱模方向上留有足够的斜度α，在模具上称为脱模斜度。脱模斜度取决于塑件的形状、壁厚及塑料的收缩率，一般取30′～1°30′。第46页，课件共66页，创作于2023年2月脱模斜度方向内形以小端为基准，斜度由扩大方向取得外形以大端为基准，斜度由缩小方向取得第47页，课件共66页，创作于2023年2月脱模斜度表示方法：第48页，课件共66页，创作于2023年2月脱模斜度设计要点：塑件精度高，采用较小脱模斜度尺寸高的塑件，采用较小脱模斜度塑件形状复杂不易脱模，选用较大斜度收缩率大，斜度加大增强塑料采用较大的脱模斜度第49页，课件共66页，创作于2023年2月脱模斜度设计要点：3.塑件的壁厚壁厚过小壁厚过大强度及刚度不足，塑料流动困难原料浪费，冷却时间长，易产生缺陷含润滑剂的塑料采用较小脱模斜度从留模方位考虑:留在型芯，内表面脱模斜度﹤外表面留在型腔，外表面脱模斜度﹤内表面第50页，课件共66页，创作于2023年2月3.塑件的壁厚塑件壁厚设计原则：厚薄适中壁厚均匀满足成型时熔体充模所需的壁厚保证贮存、搬运过程中强度所需的壁厚制品连接紧固处、嵌件埋入处等具有足够的厚度能承受推出机构等的冲击和振动满足塑件结构和使用性能要求下取小壁厚第51页，课件共66页，创作于2023年2月改善壁厚典型实例：第52页，课件共66页，创作于2023年2月平板类零件加强筋方向与料流方向平行4.塑件的加强筋⑴加强筋的作用：⑵加强筋设计要点：它能提高制件的强度、防止和避免塑料的变形和翘曲。加强筋的底部与壁连接应圆弧过渡，以防外力作用时，产生应力集中而被破坏。第53页，课件共66页，创作于2023年2月加强筋厚度小于壁厚加强筋与支承面间留有间隙第54页，课件共66页，创作于2023年2月在满足使用要求的前提下,制件的所有的转角尽可能设计成圆角，或者用圆弧过渡。5.圆角⑴圆角的作用：圆角可避免应力集中，提高制件强度圆角可有利于充模和脱模圆角有利于模具制造，提高模具强度第55页，课件共66页，创作于2023年2月⑵圆角的确定：内壁圆角半径应为壁厚的一半外壁圆角半径可为壁厚的1.5倍一般圆角半径不应小于0.5mm壁厚不等的两壁转角可按平均壁厚确定内、外圆角半径第56页，课件共66页，创作于2023年2月6.塑件的支承面通常塑件一般不以整个平面作为支承面，而是以底脚或边框为支承面。因为塑件稍许翘曲或变形就会使底面不平。第57页，课件共66页，创作于2023年2月支承面结构形式第58页，课件共66页，创作于2023年2月是用来增强孔或装配附件、或为塑件提供支撑的截锥台