第一章 塑料及模塑成型工艺-3.ppt

1、目的和要求：,1.了解注射成型原理及工艺； 2.掌握工艺条件对塑件质量的影响； 3.掌握塑料成型制品结构工艺性。,重点难点：,难点：工艺条件与各个因素之间的关系 重点：成型时间 成型温度 成型压力 塑料成型制品结构工艺性,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

2、尺寸的塑料制品,1.3 注射成型原理及工艺,注射成型(Injection Molding )，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。,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。,合模单元,注射单元,二、注射成型设备,1.

3、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,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90t SYS-30：表示最大注射量为30g的立式注射机,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,3.柱塞式注射机,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

4、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。,塑化不均：,最大注射量受限：,注射压力损失大：,柱塞式注射机存在的缺点：,易产生层流现象且料筒难于清洗,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。,4.螺杆式注射机,螺杆式注射机模塑工作循环,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

5、，材料內部也发热，均勻塑化，塑化能力大。,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,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: V0.8V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),注射量以重量表示: G0.8G机 G=pV 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(

6、g/cm3),（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,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qA分,（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,

7、安装螺孔尺寸,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+(0.51)mm R=R0+(12)mm,2.定位孔尺寸,h:小型模具取810)mm 大型模具取(1015)mm,（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。,4.模具闭合厚度,HmaxHmHmin,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,（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

8、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+(510)mm 双分型面模具：S=H1+H2+a+(510)mm,单分型面模具： S0=Hm+H1+H2+(510) 双分型面模具： S0=Hm+H1+H2+a+(510),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。,侧面分型抽芯机构的最大开模程（S）,当H4H1+H2时: S= H4+（510）mm 当H4H1+H2时: S= H1+H2+（510）mm,（六）顶出装置的校核,中心顶杆机械顶出 两侧双顶杆

9、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：,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,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,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,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

10、冷却。,将刚从模具中脱出的塑件放在热水中(100120)，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1020，低于热变形温度1020。,四、注射成型工艺条件,温度,压力,时间 （成型周期）,1.温度,料筒温度：,喷嘴温度：,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

11、证塑料熔体正常流动，不发生变质分解；,2.压力,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。,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40130MPa，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。, 完成一次注射模塑过程所需的时间。,3.成型时间,成型周期

12、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35S，保压时间一般为20120S，冷却时间一般为30120S,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。,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（

13、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 ）,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）,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,尺寸精度的确定：,会根据SJ/T106281995 （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

14、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。,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。,3.塑件的表面质量,一般模具表面粗糙度要比塑件的要求高 12级,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,应避免塑件表面横向凸台，以便于脱模,塑件内侧

15、凹，抽芯困难,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,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，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30 130。,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,脱模斜度表示方法：,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,脱模斜度设计要点：,3.塑件的壁厚,壁厚过小,壁厚过

16、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,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,改善壁厚典型实例：,平板类零件加强筋方向与料流方向平行,4.塑件的加强筋,加强筋的作用：,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

17、过渡，以防外力作用时，产生应力集中而被破坏。,加强筋厚度小于壁厚,加强筋与支承面间留有间隙,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,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,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,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。,支承面结构形式,是用来增强孔或装配附件、或为塑件提供支撑的截锥台或支撑块,7.塑件的凸台与角撑,凸台 ,凸台设计要点：,凸台一般应位于边角部位,其高度不应超过直径的两倍,其几何尺寸应小,凸台设计实例,角撑 ,塑件上边角或凸台的支撑部分,T制品壁厚 DT C2T A0.8T B2A,8.塑件上的孔（槽）,塑件的孔有三种成型加工方法：,常见孔的设计要求：,直接模塑出来,模塑成盲孔再钻孔通,塑件成型后再钻孔,模塑通孔要求孔径比（深度度与孔径的比值）要小些,常见孔的设计要求：,一般为h （35）d 当d1.5mm时， h 3d,肓孔的深度：,紧