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1、第2章 注射成型工艺与模具结构,2.1 注射成型原理和工艺过程,2.1.1 注射成型原理和特点,注射成型原理如图2l所示，以螺杆式注射机为例，颗粒状或粉状塑料经料斗加入到外部料筒内，料筒安装有电加热圈，颗粒状或粉状的塑料在螺杆的作用下边塑化边向前移动，被加热预塑的塑料在转动螺杆作用下通过其螺旋槽输送至料筒前端的喷嘴附近；螺杆的转动使塑料进一步塑化，料温在剪切摩擦热的作用下进一步提高，塑料得以均匀塑化。,1注射成型原理,当料筒前端积聚的熔料对螺杆产生一定的压力时，螺杆就在转动中后退，直至与调整好的行程开关相接触，塑料预塑和储料（即料筒前部熔融塑料的储量）结束。接着注射液压缸开始工作，与液压缸活塞
2、相连接的螺杆以一定的速度和压力将熔料通过料筒前端的喷嘴注入温度较低的闭合模具型腔中；保压一定时间，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，在推出机构的作用下，将注射成型的塑料制件推出型腔。,2注射成型的特点,注射成型具有成型周期短，生产效率高，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件，易于实现生产自动化等优点。到目前为止，除了氟塑料以外，几乎所有热塑性塑料都可以用注射成型成型，另外，一些流动性好的热固性塑料也可以用这种方法成型。所以注射成型广泛用于各种塑料制件的生产，其产量约占塑料制品总量的30。,（1）原材料的检验与预处理 1）原材料的检验。2）原材料的预处理
3、。 （2）料筒的清洗 在生产过程中需要更换原料，当调换颜色或发现塑料中有分解现象时，都应对注射机料筒进行清洗或拆换。 （3）对带有嵌件塑料制件，应先对嵌件进行预热；对脱模困难的塑料制件，应选择适合脱模剂。,2.1.2 注射成型工艺过程,1成型前的准备,2注射过程,（1）加料 （2）塑化 （3）注射 注射过程可分为充模、保压、倒流、浇口冻结后的冷却和脱模等几个阶段。,（1）退火处理 是将注射塑料制件在一定温度的液体介质(如热水、热的矿物油、甘油、乙二醇和液体石蜡等)中或热空气循环烘箱中静置一段时间，然后缓慢冷却的过程。 （2）调湿处理 是将刚脱模的塑料制件放在沸水或醋酸钾水溶液中，以隔绝空气，防
4、止对塑料制件的氧化，加快吸湿平衡速度，尽快稳定塑料制件的颜色、性能、形状及尺寸的一种后处理方法。,3塑料制件的后处理,在注射成型过程中，需要控制的温度有料筒温度、喷嘴温度和模具温度等三种温度。其中料筒温度、喷嘴温度主要影响塑料的塑化和流动，模具温度则影响塑料的流动和冷却定型。,2.1.3 注射成型工艺条件,1温度,2压力,（1）塑化压力 塑化压力又称背压，它是指采用螺杆式注射机注射时，螺杆头部熔料在螺杆转动时所受到的压力。 （2）注射压力 注射压力是指注射机在注射时，柱塞或螺杆轴向移动时其头部对塑料熔体所施加的压力。 （3）保压压力 型腔充满后，继续对模内熔料施加的压力称为保压压力。,（1）合
5、模时间 是指注射之前模具闭合的时间。 （2）注射时间 是指注射开始到充满模具型腔的时间（柱塞或螺杆前进时间）。 （3）保压时间 是指型腔充满后继续施加压力的时间。 （4）模内冷却时间 是指塑件保压结束至开模以前所需的时间。 （5）其他时间 是指开模、脱模、喷涂脱模剂、安放嵌件等时间。,3时间（成型周期）,2.2 注射成型模具概述,注射成型生产中使用的模具称为注射成型模具，简称注射模，也称为注塑模。注射模主要适用于热塑性塑料的成型加工，近年来也逐渐用于加工部分热固性塑料塑料制件。注射模具有很多优点，如对塑料的适应性较广，塑料制件的外观质量较好，生产效率特别高，易于实现自动化生产等，广泛用于塑料制
6、件的生产中。,注射模具的结构由塑件的复杂程度及注射机的结构形式等因素决定。注射模具可分为动模和定模两大部分，定模部分安装在注射机的固定模板上，动模部分安装在注射机的移动模板上，注射时动模与定模闭合构成浇注系统和型腔，开模时动模与定模分离，由推出机构推出塑品。,2.2.1 注射成型模具的结构组成,注射模具的总体结构组成如图22所示。根据模具上各个零部件所起的作用，可以将其分为以下几个组成部分：1、成型零部件；2、浇注系统；3、导向机构； 4、侧向分型与抽芯机构； 5、推出机构； 6、温度调节系统； 7、排气系统； 8、标准模架。,1、按注射模具所用注射机的类型不同，可分为卧式注射机用模具、立式注
7、射机用模具和角式注射机用模具； 2、按塑料的性质分类，可分为热塑性塑料注射模具、热固性塑料注射模具。 3、按注射模具的典型结构特征分类，可分为单分型面注射模具、双分型面注射模具、斜导柱（弯销、斜导槽，斜滑块、齿轮齿条）侧向分型与抽芯注射模具、带有活动镶件的注射模具、定模带有推出装置的注射模具和自动卸螺纹注射模具等；,2.2.2 注射成型模具的分类,4、按浇注系统的结构形式分类，可分为普通流道注射模具、热流道注射模具； 5、按注射成型技术可分为低发泡注射模、精密注射模、气体辅助注射成型注射模、双色注射模、多色注射模等。,2.3 注射成型设备,2.3.1 注射机的分类,1、卧式注射机。 2、立式注
8、射机。 3、角式注射机。 4、多模注射机。,国家标准采用注射量表示法（XSZY一注射量改进型表示法），如：XSZY125型号的注射机，XS表示塑料成型机械；Z表示注射成型；Y表示螺杆式（无Y表示柱塞式）：125表示公称注射量，（cm3或g）。,2.3.2 常用注射机的规格及主要技术参数,1注射机的型号规格,2注射机主要技术参数,注射机应具有较完整的技术参数，供用户选择和使用。常用国产注射机主要技术规格见表22。,注射机的最大注射量是其额定注射量的80%。 注射机的额定注射量有两种表示方法，一是用容量（cm3）表示，二是用质量（g）表示。国产的标准注射机的注射量用容量（cm3）表示。 在一次注射
9、成型周期内，需要注射入模具内的塑料熔体的容量或质量，应为塑料制件和浇注系统凝料两部分容量或质量之和，即 n Vz + Vj 0.8 V g n mz + mj 0.8 m g,2.3.3 注射模与注射机的关系,1最大注射量的校核,2锁模力的校核,注射时高速塑料熔体进入型腔内，仍然存在较大的压力，它会使模具沿分型面分开，称为涨模力。涨模力等于塑件和浇注系统在分型面上不重合的投影面积之和与型腔内塑料熔体压力的乘积。为了平衡塑料熔体的压力，注射机必须提供足够的锁模力，否则在分型面处将产生溢料现象。因此，涨模力应小于注射机的额定锁模力F，即满足下式： p m（n Az + Aj ） F,3最大注射压力
10、的校核,注射机的最大注射压力必须大于塑料成型所需要的注射压力。注射机的最大注射压力是注射机料筒内柱塞或螺杆对熔融塑料所施加的单位面积上的力。塑料成型所需要的注射压力是由塑料品种、注射机类型，喷嘴形式、塑件形状以及浇注系统的压力损失等因素决定的。,4模具与注射机安装部分相关尺寸的校核,（1）喷嘴尺寸 （2）定位圈尺寸 （3）模具厚度 （4）安装模具的螺孔尺寸,5开模行程的校核,（1）注射机的最大开模行程与模具厚度无关的 校核 当注射机采用液压机械式锁模机构时，最大开模行程由连杆机构的最大行程所决定，并不受模具厚度的影响，当模具厚度变化时可由调模装置调整。因此，校核时只需使注射机最大开模行程大于模
11、具所需的开模距离即可。,（2）注射机最大开模行程与模具厚度有关的 校核 对于全液压式合模机构的注射机和带有丝杠开模合模机构的直角式注射机，其最大开模行程Smax受模具厚度的影响。此时最大开模行程等于注射机移动模板与固定模板之间的最大距离Sk减去模具闭合厚度Hm，即SmaxSk Hm,6推出装置的校核,各种型号注射机的推出装置和最大推出距离不尽相同，设计时，应使模具的推出机构与注射机相适应。通常是根据开合模系统推出装置的推出形式（中心推出还是两侧推出）、注射机的顶杆直径、顶杆间距和顶出距离等，校核模具推出机构是否合理、推杆推出距离能否达到使塑件顺利脱模的目的。,2.4 分型面,模具上用以取出塑料
12、制件和凝料的可分离的接触表面称为分型面。分型面是决定模具结构形式的一个重要因素，分型面的类型、形状及位置与模具的整体结构、浇注系统的结构形式、塑件的脱模和模具的制造工艺等有关，不仅直接关系到模具结构的复杂程度，也关系到塑件的成型质量。,模具型腔的布置应根据塑料制件的形状和大小来确定排列方式，并注意以下几点： （1）型腔的布置和浇口的开设部位应力求对称，以防产生溢料现象； （2）型腔的排列应紧凑，以节约钢材，减轻模具重量； （3）型腔的排列要考虑加工的难易程度，圆形排列加工较困难，直线排列加工容易但平衡性能较差，H形排列平衡性能好，而且加工不太困难，所以使用较广泛。,2.4.1 分型面与型腔的相
13、对位置,1型腔数目及型腔排列方式的确定,2塑件在模具中的位置,对于单型腔模具，塑件在模具中的位置就是分型面与型腔的位置关系，如图212所示。 对于多型腔模具，型腔的排布应使每个型腔都能通过浇注系统从总压力中均等地分得所需足够压力，以保证塑料熔体能同时均匀地充填每一个型腔，从而使各个型腔的塑件内在质量均一稳定。,分型面的结构形式应尽可能简单，以便于模具的制造和塑料制件的脱模。分型面的结构形式如图213所示。在多个分型面的模具中，将脱模时取出塑件的那个分型面称为主分型面，其他的分型面称为辅助分型面。 表示分型面一般采用如下方法：当模具分型时，若分型面两边的模板都作移动，用“ ”表示；若其中一方不动
14、，另一方作移动，用“ ”表示，箭头指向移动的方向；多个分型面应按分型的先后次序，标出“A”、“B”、“C”等。,2.4.2 分型面的结构形式,1、分型面应选在塑件外形最大轮廓处。 2、分型面的选择应有利于塑件顺利脱模。 3、分型面的选择应保证塑件的精度要求和外观质量。 4、分型面的选择应有利于模具的加工。 5、分型面的选择应有利于排气 。 6、分型面的选择应考虑模具的侧向抽拔距,2.4.3 分型面的选择原则,2.5 浇注系统,浇注系统是熔融塑料从注射机喷嘴到型腔的必经之路，它直接关系到成型的难易和制件的质量。,浇注系统的作用是使熔融塑料平稳、有序地填充到型腔内，并在填充的过程中将注射压力传递到
15、塑件各部位，从而得到组织致密、外形清晰、美观的塑料制件。,2.5.1 浇注系统的作用、分类和组成,1浇注系统的作用,2浇注系统的分类,浇注系统通常分为普通流道浇注系统和无流道浇注系统两大类。按工艺用途可分为冷流道浇注系统和热流道浇注系统。普通流道浇注系统属于冷流道浇注系统，应用广泛。无流道浇注系统属于热流道浇注系统。热流道浇注系统与普通流道浇注系统的区别在于在整个生产过程中，浇注系统内的塑料始终处于熔融状态，压力损失小，没有凝料，省去了去除浇口的工序，节省人力、物力。,3浇注系统的组成,普通流道浇注系统一般由主流道、分流道、浇口和冷料穴等四部分组成。,4浇注系统的设计原则,1、浇注系统要有利于
16、型腔中气体的排出，防止产生凹陷等缺陷。 2、从型腔布局上应尽可能采用平衡式分布，型腔布置和浇口开设部位力求对称。,3、浇注系统的流程应尽量短、断面尺寸尽可能大，减少弯曲，降低流道表面粗糙度以减少热量和压力的损失。 4、在选择浇口位置时，浇口应去除方便，尽量避免或减少产生熔接痕，不影响塑料制件的美观和使用。 5、应尽量避免塑料熔体直冲细小型芯和嵌件，以防止熔体的冲击力使细小型芯变形或嵌件移动。 6、应考虑缩短生产周期，提高劳动生产率。,主流道通常位于模具的中心，是浇注系统中从注射机喷嘴与模具浇口套接触处开始到分流道为止的塑料熔体的流动通道，是熔体最先流经模具的部分。 主流道通常为圆锥形，锥角a为26，小端直径d比注射机喷嘴直径大0.5l mm。小端的前面是球面，其深度为35 mm，注射机喷嘴的球面在此处与浇口套接触并且贴合，因此要求浇口套上主流道前端球面半径比喷嘴球面半径大12 mm。流道的表面粗糙度Ra0.8 m。,2.5.2 主流道的结构形式,浇口套的结构形式如图219所示。 浇口套与模板间配合固定形式如图
