项目三注射成型工艺分析概要

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1、项目三 注射成型工艺分析 能力目标 会编制注射成型工艺规程。 会初选注射成型设备。 知识目标 掌握注射成型工艺原理、成型工艺过程及特点。 掌握注射机的结构组成、主要工艺参数的分析。 一、任务引入 本项目以灯座塑件为载体，进行灯座零件的成型工艺 分析。 二、相关知识 1. 注射成型原理 注射成型是热塑性塑料一种重要的成型方法。到目 前为止，除氟塑料外几乎所有的热塑性塑料都可以采用 此法成型。它成型周期短，能一次成型外形复杂、尺寸 精度高、带金属或非金属嵌件的塑件，对各种塑料的适 应性强，生产效率高，产品质量稳定，易于实现自动化 生产等，因此广泛地用于塑件的生产中。另外，一些热 固性塑料也可以采用

2、注射成型。 图31所示是螺杆式注射机注射成型原理，它 是将颗粒状或粉状塑料从注射机的料斗送进加热的 料筒中，经过加热熔化呈流动状态后，在柱塞或螺 杆的推动下，熔融塑料被压缩并向前移动，进而通 过料筒前端的喷嘴以很快的速度注入温度较低的闭 合模腔中，充满型腔的熔料在受压的情况下，经冷 却固化后即可保持模具型腔所赋予的形状，然后开 模分型获得成型塑件。这样在操作上完成一个成型 周期，以后不断地重复上述周期的生产过程。 2.注射成型工艺过程 一个完整的注射成型工艺过程包括成型前准 备、注射过程及塑件的后处理。 （1）成型前的准备工作 为了使注射成型顺利进行，保证塑件质量，在 注射成型之前应进行一些准

3、备工作： 原料的检验和预处理。在成型前应对原料 进行外观和工艺性能检验，内容包括色泽、粒度 及均匀性、流动性、热稳定性、收缩性、水分含 量等。 嵌件的预热。为了满足装配和使用强度的 要求，塑件内常设置金属嵌件。由于金属与塑料 收缩率差别较大，嵌件周围的塑料容易出现收缩应 力和裂纹，因此成型前可对嵌件进行预热。 料筒的清洗。生产中如改变塑料种类、颜 色或者发现成型过程中出现了热分解或者降解反 应，则应对注射机的料筒进行清洗。 脱模剂的选用。为了使塑料之间易于从模 具内脱出，常需在模具型腔或型芯涂上脱模剂。 由于注射原料的种类、形态、塑件的结构、有 无嵌件以及使用要求的不同，各种塑料成型前的 准备

4、工作也不完全一样。 （2）注射过程 注射过程一般包括加料、塑化、充模、保压 、冷却定型和脱模几个步骤。 加料。将定量（定容）的粒状或粉状塑料 加入到注射机的料斗中。 塑化。对料筒中塑料进行加热，使其由固 体颗粒转变成熔融状态并具有良好可塑性的过程 。对塑化的要求是：在规定的时间内塑化出足够 数量的熔融塑料；塑料熔体进入模具型腔内之前 应达到规定的成型温度，而且熔体的温度应均匀 一致，避免局部温度过低或温度过高。 充模。塑化好的塑料在注射机的螺杆或柱 塞的快速推进作用下，以一定的压力和速度经注 射机喷嘴和模具的浇注系统进入并充满模具型腔 的过程称为冲模。 保压。在模具中熔体冷却收缩时，继续保 持

5、施压状态的柱塞或螺杆迫使浇口附近的熔料不 断补充入模具中，使型腔中的塑料能成型出形状 完整而致密的塑件，这一阶段称为保压。 倒流。保压结束后，柱塞或螺杆后退，型 腔中压力解除，这时型腔中的熔料压力比浇口前 方的高，如果浇口尚未冻结，就会发生型腔中熔 料通过浇口流向浇注系统的倒流现象，使塑件产 生收缩、变形及质地疏松等缺陷。如果保压结束之 前浇口已经冻结，那就不存在倒流现象。 浇口冻结后的冷却。这一阶段是从浇口处 塑料完全冻结起到制件脱模取出时为止。此时， 倒流不再继续进行，模腔内的塑料继续冷却并凝 固定型。脱模时，塑件应具有足够的刚度，不致 产生翘曲或变形。实际上冷却过程从塑料注入型 腔起就开

6、始了，它包括从充模完成、保压到脱模 前的这段过程。 脱模。塑件冷却到一定的温度即可开模， 在推出机构的作用下将塑料塑件推出模具的过程 即为脱模过程。 （3）塑件的后处理 由于塑化不均匀或由于塑料在型腔内的结晶、 取向和冷却不均匀，或因为金属嵌件的影响和塑 件的二次加工不当等原因，塑件内部不可避免地 存在一些内应力，从而导致塑件在使用过程中产 生变形或开裂，因此应该设法消除之。根据塑件 的特性和使用要求，可对塑件进行适当的后处理 ，其主要方法是退火和调湿处理。 退火处理可以消除塑件的内应力，稳定尺寸， 对于结晶型塑料还能提高结晶度、稳定结晶结构 ，从而提高其弹性模量和硬度，但却降低了断裂 伸长率

7、。 调湿处理是将刚脱模的塑件放入热水中，以隔 绝空气，防止对塑料制件的氧化，加快吸湿平衡 速度的后处理方法。其目的是使制件颜色、性能 以及尺寸保持稳定，防止塑件使用中尺寸变化， 制品尽快达到吸湿平衡。此外，调湿处理还可改 善塑件的韧度，使冲击韧度和抗拉强度有所提高 。调湿处理主要用于吸湿性强的聚酰胺等塑件。 当然，并不是塑件一定要经过后处理，有些塑 件如聚甲醛、氯化聚醚塑件，虽存在内应力，但 由于高分子本身柔性较大，玻璃化温度较低，内 应力能够自行缓慢消除，可以不必后处理。 3.塑件注射成型工艺参数分析 正确的注射成型工艺可以保证塑料熔体良好塑 化，顺利充模、冷却与定型，从而生产出合格的 塑料

8、制件。温度、压力和时间是影响注射成型工 艺的重要参数。 （1）温度 在注射成形中需控制的温度有料筒温度、喷 嘴温度和模具温度等。前两种温度主要影响塑料 的塑化和流动，模具温度主要是影响塑料的充模 和塑件的冷却定型。 料筒温度 料筒温度的分布按照后段、中段和前段三个不同 区域进行分别加热与控制。一般从料斗一侧（后段 ）起至喷嘴（前段）是逐步升高的，以利于塑料 逐步均匀塑化。料斗端（后段）所设置的温度主 要是对物料进行预备加热，若过热则会使物料粘 结，影响顺利加料；前段指靠近料筒内螺杆（或 螺杆）前端的一段区域，这段温度为最高；中段 即为前段与后段之间的区域，对该段温度的控制 介于前、后段温度之间

9、。 料筒温度的选择，主要与以下几个因素有关 ： （）塑料的黏流温度或熔点：料筒温度应控 制在黏流温度（ 或熔点）与分解温度之间。除 了严格控制最高温度外，还应控制塑料在加热筒 中 停留的时间，以免停留时间过长塑料发生降解。 （）注射机类型：在柱塞式注射机中，塑料 的加热仅靠料筒壁和分流梭表面传热，而且料层 较厚，升温较慢。因此，料筒温度应高些，以使 塑料内外层受热、塑化均匀。对于螺杆式注射机 ，由于螺杆转动的搅动，同时使物料受高剪切作 用，物料自身摩擦生热，使传热加快，因此料筒 温度可以低于柱塞式1020。 （）塑件及模具结构特点：对于薄壁制件， 其相应的模腔狭窄，熔体充模的阻力大，冷却快 ，

10、为了提高熔体流动性，使其顺利充模，料筒温 度应选择高一些。相反，注射厚壁制件时，料 筒温度可选择低一些。对于形状复杂或带有嵌件的 制件，或者熔体充模流程曲折较多、较长的，料 筒温度也应选择高一些。 喷嘴温度 喷嘴温度通常略低于料筒最高温度，这是为了 防止熔料在直通式喷嘴处产生“流涎”现象。喷嘴 低温产生的影响可从熔料注射时所产生的摩擦得 到一定程度的补偿。但是，喷嘴温度不能过低， 否则熔料在喷嘴处会出现早凝而将喷嘴堵塞，或 者有早凝料注入模腔而影响塑件的质量。 料筒温度和喷嘴温度的最佳值一般通过试模来 确定。通常在成型前采用“对空注射法”或者“塑 件 的直观分析法”来进行选择调整，以便确定最佳

11、的 料筒温度和喷嘴温度。对空注射时，若料温合适 ，料流则均匀、光滑、无泡和色泽均匀。 模具温度 与塑件接触的模具型腔表壁温度即为模具温度 。 模具温度对塑料熔体在型腔内的流动和塑料制 品的内在性能与表面质量影响很大。模具温度较 高，可以改善熔体在模内的流动性，增强塑件的 密度和结晶度，减少充模压力和塑件中的应力； 但塑件的冷却时间、收缩率和脱模后的翘曲变形 将延长或增大，从而影响生产率。反之，若模温 较低，虽可缩短冷却时间，但熔体在模内的流动 性能会变差，并使塑件产生较大的应力或明显的熔 接痕迹等缺陷。 模具温度的高低决定于塑料的特性、塑件尺寸 与结构、性能要求及其他工艺条件等。此外，还 要考

12、虑到塑件的壁厚。 模具温度由通入定温的冷却介质来控制，也 有的靠熔料注入模具自然升温和自然散热达到平 衡而保持一定的模温。在特殊情况下，可采用电 阻加热圈和加热棒对模具加热而保持定温。不管 是加热或冷却，对塑料熔体来说进行的都是冷却 降温过程，以使塑件成型和脱模。 常用塑料中，需要较高模具温度的有聚碳酸酯 、聚砜和聚苯醚等；采用较低模具温度的有聚乙 烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯和聚酰胺等。 （2）压力 注射成型过程中的压力包括塑化压力和注射压 力，它们关系到塑料的塑化和塑件的质量。 塑化压力 塑化压力是指采用螺杆式注射机时，螺杆顶部 熔体在螺杆旋转后退时所受的压力，亦称背压， 其大小可以通过

13、注射机液压系统中的溢流阀来调 整。 塑化压力大小对熔体实际温度、塑化效率及成 形周期等均有影响。在其他条件相同的情况下， 增加塑化压力，会提高熔体的温度及其均匀性， 使色料的混合均匀，易于排出熔体中的气体。但 增加塑化压力会降低塑化速率，从而延长成型周 期，而且增加了塑料分解的可能性。 所以，塑化压力应在保证塑件质量的前提下越 低越好，其具体数值是随所用塑料的品种而异的 ，通常不超过2MPa。 注射压力 注射机的注射压力指柱塞或螺杆顶部对塑料熔 体所施加的压力。其作用是克服熔体流动充模过 程中的流动阻力，使熔体具有一定的充模速率及对 熔体进行压实等。一般取值在40130 MPaa之 间。 注射

14、压力的大小取决于注射机的类型、塑料 的品种、模具结构、模具温度、塑件的壁厚及流 程的大小等，尤其是浇注系统的结构和尺寸。对 于熔体黏度高的塑料，其注射压力应比黏度低的 塑料高；对薄壁、面积大、形状复杂及成形时熔 体流程长的塑件，注射压力也应该高；模具结构 简单、浇口尺寸较大的，注射压力可以较低；对 于柱塞式注射机，因料筒内压力损失较大，故注 射压力应比螺杆式注射机的高；料筒温度高、模 具温度高的，注射压力也可以较低。 型腔充满后，模腔内需保压一段时间，其作用 在于对模内熔料的压实，进行冷却补缩。在生产 中，保压压力等于或小于注射压力。保压压力高 ，塑件的收缩率减小，尺寸稳定性及力学性能较 好，

15、但是易产生溢料，而且脱模时塑件内残余应 力较大，造成脱模困难。 （3）时间（成型周期） 完成一次注射模塑过程所需的时间称为成型周 期。成型周期直接影响到生产率和设备利用率， 在保证产品质量的前提下，应尽量缩短各阶段的 时间。 成形周期直接影响生产效率和设备利用率， 应在保证产品质量的前提下，尽量缩短成形周期 中各阶段的时间。在整个成形周期中，注射时间 和冷却时间是基本组成部分，注射时间和冷却时 间的长短对塑料制品的质量有决定性影响。注射 时间中的充模时间不长，一般不超过10s；保压 时间较长，一般为20120s（特厚塑件可达5 间较长，一般为20120s（特厚塑件可达5 10min）。通常以塑

16、料制品收缩率最小为保压时 间的最佳值。 冷却时间主要决定于塑料制品的壁厚、模具温 度、塑料的热性能和结晶性能。冷却时间的长短 应以保证塑料制品脱模时不引起变形为原则，一 般为30120s。此外，在成形过程中应尽可能 缩短开模、脱模等其他时间，以提高生产率。 常用热塑性塑料注射成形的工艺参数见表31 、表32。 完成一次注射模塑过程 所需的时间。 成型周期或总周期成型周期或总周期 成型周期 充模时间 注射时间 闭模冷却时间 其它时间 保压时间 表31 常用热塑性塑料注射成形的工艺参数 表32 常用热塑性塑料注射成形的工艺参数 4.注射成型设备初选 塑料成型设备依据成型工艺的不同而不同，注 射机是塑料注射成型所用的设备。注射机的基本 功能有两个，即：加热塑料，使其达到熔化状态 ；对熔融塑料施加高压，使其射出而充满模具型 腔。 （1）注射机的基本结构 通用的注射机主要包括注射装置、合模装置 、液压传动系统、电气控制系统；其它还包括润 滑系统、加热及冷却系统、安全保护监测系统和 机身