第六章 塑料注射成型.ppt

1、1,第六章 塑料注射成型,J,J,J,J,6.1 注射机的结构,6.2 注射成型原理,6.3 注射成型机的主要技术参数,6.4 塑料注射成型工艺过程,J,6.5 注射成型工艺条件的选择,2,1.掌握注射成型机的基本结构 2.掌握注射成型工艺过程和基本工艺条件。 3.了解塑料注射成型设备的主要技术参数。,学习目标,3,一、概述,注塑成型是高分子材料成型加工中的一种重要方法。,注塑成型,塑料制品,橡胶制品,合成纤维,热塑性塑料,热固性塑料,最主要,少数,注压,不能加工,4,二、橡胶注射成型,橡胶注压：以条状或块状的混炼胶加入注压机，压注入模后须在模具中停留一段时间，进行硫化反应（模具是加热的），无

2、须冷却固化，这样得到最终产品。 橡胶注射成型类似于橡胶制品的模型硫化，只是压力传递方式不一样（压力大，速度快），比模压生产能力大，劳动强度低，易自动化，是橡胶加工的方向。,5,主要是热塑性塑料的注射。 注射成型是使热塑性塑料先在加热的机筒中均匀塑化，而后由柱塞或移动螺杆推挤到闭合模具的型腔中成型的一种方法。,三、塑料注射成型,6,1.间歇操作、周期短、生产效率高； 2.可以成型复杂、尺寸精确的制品； 3.生产过程自动化程度高； 4.适应性强 除PTFE外的所有热塑性塑料，可用于热固性塑料，占塑料成型的30%。 制品可从简单复杂,四、工艺特点,7,注射成型应用广泛，工艺流程较为简单，各个工序都在

3、一台注射机上完成。 影响注射成型制品性能的因素很多，即使采用同一种材料，同样的注射机，制品的性能差别也会很大。注射工艺条件的不同，或工艺条件控制不当，很大程度上会影响制品的性能。,五、注塑成型分析,8,因此学习注射成型，仅仅了解注射工艺流程是不够的，更主要的是学习影响注射成型制品性能的因素、影响机理及控制方法。,9,第一节 注射机的结构,一、注射机的分类 1、按塑化方式分类 柱塞式注射机 移动螺杆式注射机 双阶柱塞式注射机 螺杆预塑化柱塞式注射机,10,柱塞式注射机 利用柱塞将物料向前推进，通过分流梭而经喷嘴注入模具。物料在料筒内熔化，物料的塑化依靠导热和对流传热。,11,移动螺杆式注射机 由

4、一根螺杆和一个料筒组成，螺杆既能旋转又能作水平往复移动，塑料熔化的热来自机筒的外加热以及螺杆转动和塑料之间的摩擦热。,12,双阶柱塞式注射机 相当于两个柱塞式注射装置串联而成，物料先在第一个预塑化料筒内传热、熔融塑化，再进入第二个注射料筒内，然后熔体在柱塞压力下经喷嘴注入模腔内。,13,螺杆预塑化柱塞式注射机 在原柱塞式注射机上装上一台仅作预塑化用的单螺杆挤出供料装置，塑料通过单螺杆挤出机预塑化后，经单向阀进入注射料筒，再由柱塞注射。,14,2、按注射机外形特征分类,卧式注射机,卧式注射机的合模装置与注射装置的运动轴线成一线水平排列，模具沿水平方向启闭。,15,立式注射机合模装置与注射装置的运

5、动轴线呈一线并垂直排列，模具沿垂直方向启闭。具有占地面积小，模具拆装方便，但制品顶出后不易自动脱落，不易实现全自动操作，且机身高，加料、维修不方便。,16,角式注射机的合模装置和注射装置的运动轴线互成垂直排列，其优缺点介于立式和卧式之间，适用于加工中心部分不允许留有浇口痕迹的平面制品。,17,3.按注射机传动方式分类 机械式注射机 液压式注射机 机械液压式注射机,18,二、注射机的基本结构,加料装置（料斗） 料筒（塑化室） 注射系统 移动螺杆 （柱塞及分流梭） 锁模系统 喷嘴 移动螺杆式注射机 液压系统 注射模具,19,1.注射系统,作用：使塑料受热、均匀塑化直到黏流态，并且以一定的压力和速度

6、注射入模具型腔，经保压补塑而成型。,系统包括：加料装置、料筒、螺杆（或柱塞及分流梭）及喷嘴等部分。,20,（1）加料装置 倒圆锥或锥形，容量可供12小时的用料。有的配有计量装置、加热或干燥装置、自动上料装置等。,21,（2）料筒,加热和加压的容器，类似挤出机的料筒。能耐压、耐热、耐疲劳、抗腐蚀、传热性能好。 内壁光滑呈流线型，减小注射时的阻力。 料筒的容积： 柱塞式最大注射量的68倍 移动螺杆式最大注射量的23倍,22,（3）柱塞和分流梭 仅限于柱塞式注射机，柱塞式注射机料筒内是重要部件。 柱塞作用：将注射油缸的压力传给塑料并使熔料注射入模具。,23,分流梭：装在料筒前端内腔中形状颇似鱼雷体的

7、一种金属部件。 作用：将料筒内流经该处的塑料分成薄层，使塑料产生分流和收敛流动，以缩短传热导程，加快热传递，同时提高剪切作用时料温升高，粘度下降，提高生产量和制品质量。,24,柱塞式注射机注射过程,25,(4)螺杆 移动螺杆式注射机的重要部件。 作用：对塑料进行输送、压实、塑化和施压。,与挤出机螺杆的区别：长径比小，压缩比小，均化段短，加料段长，螺杆头尖。,26,(5)喷嘴 联结料筒和模具的桥梁。 作用：注射时引导塑料从料筒进入模具，并具有一定射程。 喷嘴的内径一般是自进口逐渐向出口收敛，以便与模具紧密接触，由于喷嘴的内径不大，当塑料通过时，流速增大，剪切速度增加，能使物料进一步塑化。,27,

8、2.锁模系统,塑料注射压力：40200MPa 塑料注射速度：极快 作用：注射模具不至于受到熔料高速冲击而分开，避免模具分型面离缝，造成制品溢边现象。 锁模机构应保证：启闭灵活、准确、迅速而安全，避免运转中产生强烈振动；闭合时应先快后慢，开启时应先慢后快再慢；模板移动距离、移动速度可调。,28,3.液压系统 保证注射机实现塑化、注射、固化成型各个工艺过程的预定要求和动作程序准确而又有效地进行工作而设置的动力和控制系统。 主要有电动机、油泵、管道、各类阀件和其它液压元件以及电器控制箱等。,29,4.注塑模具,模具：是利用本身特定形状，使塑料（或聚合物）成型为具有一定形状和尺寸的制品的工具。,作用：

9、在塑料的成型加工过程中，赋予塑料以形状，给予强度和性能，完成成型设备所不能完成的工作，使它成为有用的型材或制品。,30,31,第二节 注射成型原理,注射成型过程（每一周期）： 定量加料熔化塑料注射充模冷却固化脱模 注射机完成的任务： 物料升温、熔化，在压力下流动 闭模，将熔料注入模腔，冷却固化定型 开模，顶出制品 注射成型的关键过程： 塑化； 充模； 冷却,32,一、塑化过程,塑料在料筒内加热达到流动状态并具有良好的可塑性的全过程。 受热情况 塑化取决于 受到的剪切作用 温度是塑料形变、熔融、塑化的必要条件 剪切作用强化了混合和塑化,33,对塑料塑化的要求： 塑料在进入模腔之前要充分塑化，即要

10、达到规定的温度； 熔体各点温度尽量均匀一致 ； 热分解物的含量应尽可能少。 这些要求与塑料的特性、工艺条件的控制以及注塑机塑化装置的结构密切相关。 移动螺杆式注射机料筒内物料的熔融是一个非稳态的间歇式过程。,34,塑化良好的塑料熔体在柱塞或螺杆的推动下，由料筒前端经喷嘴和模具浇注系统流入型腔而获得型样的过程。 1、流动阻力 料筒 喷嘴 熔体的外摩擦 + 熔体内部摩擦 浇注系统 型腔 同时还需要对熔体进行压实，所以需要很高的注射压力。,二、注射充模过程,35,2.流动情况 不论何种注射机，塑料进入型腔内的流动情况可分为四个阶段：充模、保压、倒流和冻结后的冷却阶段。,36,（1）充模阶段 塑料熔体

11、开始快速注入模腔，模具内压力上升至时间t1时，型腔被充满，模腔内压达到最大值。,37,（2）保压阶段 塑料熔体会因受到冷却而发生收缩，柱塞或螺杆需保持对塑料的压力，使模腔中的塑料进一步得到压实，同时料筒内的熔体会向模腔中继续流入以补足因塑料冷却收缩而留出的空隙。,38,（3）倒流阶段 柱塞和螺杆开始后退，作用在模腔的压力随之消失，这时模腔内的压力要高于浇道内的压力，尚未冻结的塑料熔体就会从模腔倒流入浇道并导致模腔内压力迅速下降。,39,（4）冻结后的冷却阶段 外部作用的压力已经消失，模腔内仍可能保持一定的压力，但随着模内塑料进一步冷却，温度和压力逐渐下降。,40,第三节 塑料注射机的主要技术参

12、数,注射量:质量法和体积法 注射压力：注意注射压力与加工物料相对应 注射速度、注射速率和注射时间 塑化能力 合模力（锁模力） 合模装置的基本尺寸,41,1.（额定）注射量,定义：机器在对空注射条件下，注射螺杆或柱塞 作一次最大注射行程时，注射装置所能达到的最大注 射量（即额定注射量）。,42,注射量的表示方法,表示法一（质量法克数）： 以PS为标准，用注射出熔料的质量表示。 例：500g注射机表示该机一次可成型500g的PS制品；如果注射其他塑料则应按密度进行换算。 表示法二（容积法）： 用注射出熔料的体积(cm3)表示。,43,2、注射压力,定义：注射时，螺杆或柱塞端面作用于熔料单位面积上的

13、力，其单位为MPa 。 最高注射压力（额定注射压力）：注射机能达到的最大压力。 实际注射压力均小于所用注射机的最高注射压力。,44,3.注射速度、注射速率和注射时间,注射速度：指注射时螺杆或柱塞移动速度； 注射速率：指单位时间内熔料从喷嘴射出的理论 容量； 注射时间：指螺杆或柱塞作一次注射量所需的时 间。,45,注射速度、注射速率的计算式,U注射速度，cms； S注射行程，螺杆或柱塞移动距 离，cm； t注射时间，s； V注射速率，cm3s； Q一次最大注射量，cm3。,46,4.塑化能力,定义:注射机塑化装置在1h内所能塑化物料的kg数(以 PS为准) ； 要求:规定的时间内能提供足够量的塑

14、化均匀的物料。,47,5.合模力,定义： 注射机合模装置对模具所能施加的最大夹紧力 作用： 克服注射时模具型腔所受到的胀模力,48,6.合模装置的基本尺寸,模板尺寸 拉杆间距 模板最大开距 动模板行程 模具厚度,49,第四节 塑料注射成型工艺过程,注射成型工艺流程：,50,一、成型前的准备 1、原料的预处理 除去水分，避免气泡，尤其对在高温下易水解的树脂。 2、料筒的清洗 更换原料时尤为重要。 3、嵌件的预热 降低由于金属与塑料热膨胀系数和冷却收缩率差别较大而出现在嵌件周围的收缩应力。 4、脱模剂的选用,51,二、注射成型过程 1、加料塑化 柱塞式注射机塑料粒子加入到料筒中，经料筒的外加热逐渐

15、变为熔体，加料和塑化是分开的。 移动螺杆式注射机螺杆在旋转同时往后退，在加料过程中，物料经料筒的外加热及螺杆转动时对塑料产生的摩擦热而逐渐塑化，加料和塑化同时进行。,52,2、注射充模 柱塞或移动螺杆将塑化均匀的熔体推向料筒前端，经过喷嘴及模具浇注系统注入并充满模具型腔。 3、保压 充模之后，柱塞或螺杆仍保持施压状态，迫使喷嘴的熔体不断充实型腔，以确保制品不因冷却收缩而缺料。 4、凝封 当浇注系统的熔体先行冷却硬化，这个现象叫做“凝封”。,53,5、冷却 保压结束，同时对模具内制品进行冷却，知道冷至所需的温度为止。 6、脱模 塑料冷却固化到玻璃态使，则可开模取出制品。 三、制品的后处理 制品形

16、状复杂或壁厚不均，导致冷却速度不一，产生应力集中； 注射压力、注射速度高，熔体流变行为复杂，制品各部分的结晶与取向不同，制品质量不均。 制品的后处理:热处理；调湿处理；整修,54,第五节 注射成型工艺条件的选择,注射成型工艺的核心问题是要得到塑化良好的塑料熔体，并把它注射到模具中去，在控制条件下冷却定型，使制品达到合乎要求的质量。,温度（料筒、喷嘴、模具） 注射速度 影响塑化和充模的工艺条件 注射压力 锁模力 时间（注射、保压、冷却）,55,一、温度 1、料筒温度 料筒温度选定的原则：保证塑料塑化良好，能顺利充模，不至于引起塑料的降解。 一般 Tf(m) T筒 Td T，塑化时间，充模顺利，注

17、射速度也快，注射周期可以缩短，生产效率提高。一般T筒尽可能高些。 但温度太高，物料容易产生热降解。,56,选择料筒温度时从以下几方面考虑： 热敏性塑料 必须考虑塑料从Tf(m) Td温度差，比Tf(m) 稍高就可以。 分子量及其分布 分子量大的， T筒 高，但应Td； 分子量分布宽的， T筒 低。 制品尺寸 薄壁制品，熔体入模阻力大，容易冷却而流动性下降，应选高T筒 。 外形复杂或带有嵌件制品，应选高T筒 。,57,2、喷嘴温度 塑料在注射时以高速度通过喷嘴的细孔，有一定的摩擦热产生，为防止塑料熔体在喷嘴可能发生“流延现象”，通常喷嘴温度略低于料筒的最高温度。 料筒以及喷嘴温度分布：,58,3

18、、模具温度 模具温度的高低影响充模后熔体冷却的快慢，进而影响生产周期及制品性能。 塑料品种 制品使用性能 模温的选择 制品形状 有关 制品尺寸 其他成型工艺条件,59,冷却速度的快慢取决于料温与模温的差异。 模具温度是由冷却介质温度（Tc）控制的： Tc塑料的Tg 骤冷 Tc约等于塑料的Tg 中速冷 Tc塑料的Tg 缓冷,60,（1）结晶型塑料 温度降到熔点以下即结晶，故结晶速度受冷却速率的控制，模温影响制品的结晶度和结晶形态。 模温高，结晶速率大，有利于结晶； 模温低，不利于结晶，制品结晶度下降； 中等模温，冷却速率适中，分子的结晶与取向也适中。,61,（2）无定型塑料 无定型塑料注射充模后无相转变，故模温的高低主要影响熔体的黏度和充模速率，较低的模温，冷却快，生产效率高。 但应考虑物料在模具中的流动性： 对熔体黏度较低的塑料（PS等），采用较低的模温。 对熔体黏度较高的塑料（PC、PSF等），采用较高的模温。,62,二、压力 1、塑化压力（背压） 塑化压力移动式注射机成型过程中，预塑化时，塑料随螺杆旋转经螺槽向前输送并熔融塑化，塑化后堆积在料筒前部，螺杆顶端熔体所受到的压力。 塑化压力，剪切作用，熔体温度，塑化均匀性好。 热稳定性差或熔融黏度高的塑料，转速应低些。 热稳定性差或熔融黏度低的塑料，背压应低些。,63,2、注射压力 注射压力注射