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1、第三章 塑料成型工艺及塑料制件的结构工艺性,本章节重点掌握的内容： 1、注射成型原理、特点及工艺过程。 2、温度、压力、时间对注射成型工艺的影响。 3、压缩成型原理及工艺特性，压注成型原理及工艺特性，挤出成型原理及工艺特性，气动成型原理及工艺特性。 4、塑料成型制件的结构工艺性。,第三章塑料成型工艺及塑料制件结构工艺性,一、注射机的基本结构,1.注射装置,2.锁模装置,注射装置主要包括料斗，料筒、加热器、计量装置、螺杆及其驱动装置、喷嘴等部件。,锁模装置的作用有三点，第一是实现模具的开闭动作，第二是在成型时提供足够的夹紧力使模具锁紧第三是开模时推出模内制件。可以是机械式，也可以是液压式，或者式
2、液压机械联合式。,二、注射机的分类,（一）按外形特征分类,1.立式注射机,2.卧式注射机,立式注射机的注射装置和定模板设置在设备上部，而锁模装置、动模板、推出机构均设置在设备的下部只适用用小注射量的场合一般注射量为1060g.,卧式注射机的注射装置和定模板设置在设备上部，而锁模装置、动模板、推出机构均设置在设备的下部,3.直角式注射机 * * *,这种注射机的注射装置为立式布置，锁模、顶出机构以及动模板、定模板按卧式排列，两者互为直角。直角式注射机适用于中心部位不允许有浇口痕迹的塑件，缺点是加料困难，嵌件安装不方便，只用于小注射量的场合。,（二）按塑料在料筒中的塑化方式分类,1.柱塞式注射机
3、#,柱塞式注射机的注射量不宜太大，一般为3060g，而且不宜用来成型流动性差，热敏性强的塑料制件。,2.螺杆式注射机 #,螺杆的作用是送料，压实、塑化与传压。,二、注射机规格及主要技术参数,国际上趋于用注射容量/锁模力来表示注射机的主要特征。 注射容量为注射压力为100MPa时的理论注射容量。,注射机的主要技术参数包括公称注射量、螺杆直径及有效长度、注射行程、注射压力、注射速度、塑化能力、合模力、开锁力、开模合模速度、开模行程、模板尺寸、推出行程、推出力、控循环时间、机器的功率、体积和质量等。,我国习惯用注射量来表示注射机的规格，如XS-ZY500。,第一节 注射成型原理及其工艺特性,一、注射
4、成型的基本原理,塑料成型的基本原理：首先将松散的粒料或粉料成型物料从注射机的料斗送入高温的机筒中加热融化，使之成为黏流态熔体，然后在螺杆的作用下，以很大的流速通过机筒前端的喷嘴注射入模具，经过一段保压冷却时间后，开启模具取出塑件。,注射成型过程动画,完整的注射成型过程包括：成型前准备，注射过程和塑件的后处理。,二、注射成型工艺过程,一、生产前准备工作,对物料进行外观（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。如果来料为粉料，在注射成型前，还需要配制粒料等操作。,2)着色,1.原料的预处理,1)分析检验成型物料的质量,粉状或粒状热塑性的着色，可以用直接法和间接法两
5、种工艺实现。直接法着色也称为一步法着色，其主要特点是将细粉状的着色剂与本色塑料简单掺混后即可直接用于成型，或经塑炼造粒后在用于成型。间接着色法又称为二步着色法，主要特点是不直接用着色剂而用称作“色母料”的高颜色塑料于本色塑料按比例混合。,3)预热干燥,对于吸湿性强的塑料如聚酰胺等，为了防止出现气泡和银纹等缺陷，避免水降解，应进行适当的干燥。 小批量生产用塑料，一般采用红外线干燥和热风循环烘箱干燥。高温下受热时间长容易氧化变色的塑料，如聚酰胺，常采用真空烘箱干燥，大批量生产用塑料则通常采用负压沸腾干燥。已经干燥过的塑料，应注意保证成型前的干燥效果，以防塑料重新吸湿。,2.清洗料筒,在注射成型前，
6、如果料筒内残余塑料与将要使用的塑料不一致以及需调换颜色或发现塑料中有分解现象时，都需要对料筒进行清洗或更换。,3.预热嵌件,嵌件预热后可减少熔料与嵌件的温度差，从而在成型中，使嵌件周围的熔料缓慢冷却，均匀收缩，从而产生一定的热料补缩作用，防止嵌件周围产生过大的内应力。,嵌件是否需要预热，视塑料性质和嵌件种类及大小而定。对于分子链刚性大的塑料，如聚苯乙烯、聚苯醚、聚碳酸酯和聚砜等，一般均需预热嵌件；对于分子链柔顺性大的塑料，且嵌件较小时，可不预热。,预热温度以不损伤金属表面所镀层为限，一般为110130。对于表面无镀层的铝合金或铜嵌件，预热温度可达150。,4.选择脱模剂,对模腔进行清理或施加脱
7、模剂，两者的目的都是为了使成型后的零件容易从模中脱出，常用的脱模剂有硬脂酸锌、液体石蜡和硅油等。,二、注射成型原理与工艺过程,1.塑化计量,完整的注射成型工艺过程可分为塑化计量、注射充模和冷却定型三个阶段。,（1） 塑化的概念：成型物料在注射成型机筒内经过加热、压实以及混合等作用以后，由松散的粉状或粒状固体转变为连续的均化熔体的过程称为塑化。,（2）计量的概念：所谓计量是指能够保证注射机通过柱塞或螺杆，将塑化好的熔体定温、定压、定量的输出机筒所进行的准备动作。这些动作均需要注射机控制柱塞或螺杆在塑化过程中完成。,（3）塑化效果和塑化能力,塑化效果指物料转变成熔体之后的均化程度。塑化能力指注射机
8、在单位时间内能够塑化的物料质量或体积。塑化效果的好坏及塑化能力的大小均与物料受热方式和注射机的结构有关。,柱塞式注射机 的热量仅仅来自与高温机筒中，而螺杆式注射机 塑化时的热量同时来自与高温机筒和自身的摩擦热。所以螺杆式注射机塑化效果好。,螺杆式注射机一般比柱塞式注射机塑化能力大，所以柱塞式注射机一般成型小型塑料件。,2.注射充模,柱塞或螺杆从机筒的计量位置开始，通过注射油缸和活塞施加高压，将塑化好的塑料熔体经过机筒前端的喷嘴和模具中的浇注系统快速进入模腔的过程称为注射充模。又可细分为流动充模、保压补缩和倒流三个阶段。,（1）流动充模,在t0t1时期称为流动期，在t1t2时期称为充模期。在流动
9、期，注射压力和喷嘴处的压力急剧上升，而模腔的压力却近乎为零，注射压力主要用来克服熔体在模腔以外的阻力。在充模期，模腔压力急剧上升，注射压力和喷嘴压力也增加到最大值，然后停止变化，这时注射压力对熔体起两方面作用：克服阻力和压实。,流动过程,（2）注射压力与熔体温度、熔体流速的关系,从图可看出，在注射成型区内，温度升高有利于降低熔体黏度,注射压力可随之减小到一定程度，当温度一定时，随着剪切速度增大，注射压力也要增大。反推可以认为：当过大的注射压力引起较高的剪切速度时，熔体的剪切摩擦热会随之增大，因此有可能引起热降解或分解。所以在注射过程中要控制注射压力，避免过高或过低。过低容易充不足。,（2）保压
10、补缩,保压补缩阶段指从熔体充满模腔至柱塞或螺杆在机筒中开始后撤为止。其中保压是指对注射压力对模腔内的熔体继续进行压实的过程，而补缩则是指在保压过程中，注射机对模腔内逐渐开始冷却的熔体因成型收缩而出现的空隙进行补料动作。,由图可知，保压时间和保压压力会对冷却成型的制品密度、收缩及表面,缺陷等问题产生重要影响。所以在注射过程中要选择合适的保压压力和保压时间。,（3）倒流,倒流指柱塞或螺杆在机筒内向后倒退时，模腔内熔体朝着浇口和流道进行的反向流动。与图中t3t4相对应。,引起倒流的原因是注射压力撤除后，模腔压力大于流道压力，且熔体与大气相通所造成的结果。如果撤出压力时，浇口已经冻结或喷嘴带有止逆阀，
11、则倒流现象就不存在。由此可见，倒流是否发生或发生的程度如何，均与保压时间有关。保压时间长，倒流小，制品收缩小。,一般来说，倒流对注射成型不利，它将使制品内部产生真空泡或表面出现凹陷等成型缺陷。,3.冷却定型,冷却定型从浇口冻结开始，到制品脱模为止，与图4-11中的时间t4t5对应，是注射成型的最后阶段。,1.冷却定型时的模腔压力,冷却定型时的模腔压力与保压时间有很大关系，如图所示为温度压力曲线。,从图中看出，如果保压时间短，则保压作用终止时模内熔体温度较高，浇口冻结温度也高，但开始冷却定型时的模腔压力也低。,还可推论：保压时间不同时，若在模腔压力相同的的条件下脱模，,则保压时间短时，脱模温度高
12、，制件在模内冷却时间短，容易因刚度不足而变形；,（2）冷却定型后的制件密度,注射成型进入冷却定型阶段后，由于浇口冻结，不再会有任何熔体向模腔内流动，此时，可用聚合物状态方程描述模腔内的压力、温度和密度的关系。,对于确定的聚合物，比体积一定时，温度和压力成直线关系。这种关系反映在温度压力坐标系中，可得到许多比容不等的曲线。曲线斜率越大，比体积越大，而密度越小。,结论：1）保压时间长时，浇口冻结温度低，冷却定型开始时模腔压力比较高，冷却定型时的制件密度比较大。,2）保压时间一定时，若采用较高的脱模温度，虽然冷却定型时模腔压力比较大，但脱模后制件将进行较大的收缩，因此易产生较大残余应力。,（3）熔体
13、在模腔中的冷却情况,固化层厚度与冷却时间的关系：,（4）脱模条件,脱模时，脱模温度和模腔压力都要保持在一定的范围，否则，容易出现缺陷。,三、塑件的后处理,制件从模具中脱出后，常需要进行适当的后处理，借以改善和提高塑件的性能。,1.退火处理,塑件在一定温度的加热液体介质（如热水、甘油和液体石蜡）或热空气循环烘箱中静置一段时间，然后缓慢冷却的过程。,目的在于减少由于塑件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。对结晶型塑料调整结晶度，或加速二次结晶或后结晶的过程，另外退火处理还可以解取向，并降低制件硬度和提高韧度。,一般退火温度控制在塑件使用温度以上1020，或低于塑料的热变形温
14、度1020。,2.调湿处理,调湿处理是一种调整制件含水量的后处理工序，主要用于吸湿性很强且又容易氧化的聚酰胺等塑料制件，它除了能在加热和保温条件下消除残余应力以外，还能促使制件在加热介质中达到吸湿平衡，以防它们在使用过程中发生尺寸变化。,调湿介质一般为沸水或醋酸钾溶液，加热温度为1000C，保湿时间与制品厚度有关。通常对于带有金属嵌件、使用温度范围变化较大、尺寸精度要求高和壁厚大的制件才有必要。,第四节 注射成型工艺条件的选择与控制,一、温度,注射成型过程的温度条件主要指料温和模温。其中料温主要影响塑料的塑化和注射充模，而模温主要是影响塑料的注射充模与冷却定型。,1.料温,料温是指塑化物料的温
15、度和从喷嘴注射出的熔体温度，前者称为塑化温度，主要取决于机筒温度，后者称为注射温度，主要取决于喷嘴温度。,一般来讲，料温太低时不利于塑化，物料熔融后黏度也较大，故流动与成型比较困难，成型后的制件容易出现融接痕、表面无光泽和缺料等缺陷。但料温过高又容易出现降解，反而使制件的物理和力学性能变坏。,图所示曲线表示出了注射温度对塑化能力、充模能力、流动性能和制件性能的影响。,1)制件注射量大于注射机额定注射量75或成型物料不预热时，机筒后段温度应比中段、前段低510；对含水量偏高的物料，一般使后段温度偏高一些；对螺杆式机筒，为了防止热降解，可使机筒前段温度略低于中段。,机筒和喷嘴温度，除可参考表49或
16、表418外，可按下列原则选取：,4)必须严格控制机筒最高温度，并且应严格控制物料或熔体在机筒内的停留时间，以避免热降解。,5)为避免流涎现象，喷嘴温度应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。,6)利用“对空注射法”或“塑件直观分析法”可以判断料温是否合适，并由此确定最佳的料筒和喷嘴温度。,2)机筒温度应保持在塑料的黏流温度Tf（结晶型为Tm）以上，热分解温度Td以下适当范围。,3)机筒温度与注射机类型及制件和模具的结构特点有关。一般螺杆式机筒温度可比柱塞式低1020，薄壁制件或形状复杂以及带有嵌件的制品，机筒温度较高。,模温提高，熔体流动性改善，制件密度和结晶度加大，充模压力和制件中的压力减小，但冷却时间延长，制件收缩率加大，脱模后的翘曲变形加大，生产率降低。模具温度降低，流动性变差，制件易产生较大应力或明显熔接痕等缺陷，并且使制件表面粗糙度加大。,2.模具温度,模具温度指和制件接触的模腔表壁温度。模具温度会直接影响熔体的充模流动行为、制件的冷却速度和成型后制件的性
