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1、材料加工工程材料加工工程 材料科学与工程学院材料科学与工程学院 主讲教授：李远才、刘顺洪、周华民、王新云主讲教授：李远才、刘顺洪、周华民、王新云 HUAZHONG UNIVERSITY OF SCIENCE & TECHNOLOGY 第三讲第三讲 注塑成型注塑成型 主讲教授：周华民主讲教授：周华民 内容提要内容提要 注塑成型的应用注塑成型的应用 工作循环工作循环 注塑机结构与原理注塑机结构与原理 模具基本结构模具基本结构 注射压力注射压力 冷却过程冷却过程 成型中的取向成型中的取向 成型中的收缩成型中的收缩 残余应力与翘曲残余应力与翘曲 常见的注塑缺陷常见的注塑缺陷 成型过程模拟（成型过程模拟
2、（CAE） 注塑成型的应用注塑成型的应用 注塑塑料注射，注塑模、注射模注塑塑料注射，注塑模、注射模 原理：借助螺杆推力，将已塑化的塑料熔体以一原理：借助螺杆推力，将已塑化的塑料熔体以一 定的压力和速率注入闭合的模具型腔，经冷却固定的压力和速率注入闭合的模具型腔，经冷却固 化定型后开模而获得制品化定型后开模而获得制品 塑料成型的最主要方法：塑料成型的最主要方法： 50%的设备，的设备，80%的塑的塑 料制品料制品 最大优势：成型复杂制品的能力最大优势：成型复杂制品的能力 主要设备：往复式螺杆注塑机主要设备：往复式螺杆注塑机 工作循环工作循环 前期准备前期准备: 温度、物料、模具温度、物料、模具
3、合模合模 注射注射 保压保压 冷却冷却 开模开模 顶出顶出 塑化塑化 工作循环工作循环 周期、压力与功率曲线周期、压力与功率曲线 注塑机结构与原理注塑机结构与原理 注塑机仿真系统（演示版）注塑机仿真系统（演示版） 注塑机规格注塑机规格 锁模力、注射量、塑化率锁模力、注射量、塑化率 模具基本结构模具基本结构 双板模双板模 三板模三板模 热流道模热流道模 模具基本结构（略）模具基本结构（略） 浇注系统浇注系统 成型部分成型部分 导向与推出机构导向与推出机构 侧向分型与抽芯机构侧向分型与抽芯机构 温度调节系统温度调节系统 注塑质量的影响因素注塑质量的影响因素 塑料材料塑料材料 产品结构产品结构 模具
4、结构模具结构 工艺参数工艺参数 注塑机注塑机 影响因素之间的相关性影响因素之间的相关性 如工艺参数的材料相关性如工艺参数的材料相关性 Generic Name Melt Temperature (C) Mold Temperature (C) Min. Rec. Max. Min. Rec. Max. ABS 200 230 280 25 50 80 PA 6 230 255 300 70 85 110 PC 260 305 340 70 95 120 PET 265 270 290 80 100 120 PMMA 240 250 280 35 60 80 POM 180 225 235 50
5、 70 105 PP 200 230 280 20 50 80 PS 180 230 280 20 50 70 PVC 160 190 220 20 40 70 SAN 200 230 270 40 60 80 注射压力注射压力 注射压力降的路径注射压力降的路径 参数参数 需要高注射压力需要高注射压力 需要低注射压力需要低注射压力 产品设计产品设计 产品厚度产品厚度 产品表面积产品表面积 影响所需注射压力的因素（影响所需注射压力的因素（1） 模具设计模具设计 浇口尺寸浇口尺寸 流动长度流动长度 参数参数 需要高注射压力需要高注射压力 需要低注射压力需要低注射压力 工艺条件工艺条件 熔体温度熔体
6、温度 冷却介质温度冷却介质温度 注射速度注射速度 影响所需注射压力的因素（影响所需注射压力的因素（2） 材料选择材料选择 熔体流动指数熔体流动指数 冷却过程冷却过程 制品冷却制品冷却 模具温度（模具冷却）模具温度（模具冷却） 冷却设计的目标冷却设计的目标 冷却效率（冷却时间）冷却效率（冷却时间） 均匀冷却（模温分布）均匀冷却（模温分布） 冷却时间估计冷却时间估计 模型：半无限平板模型：半无限平板 傅立叶方程傅立叶方程 熔体温度熔体温度Tm, 模具温度模具温度Td, 脱模温度脱模温度Th, 壁厚壁厚2H, 导热系数导热系数K, 比热比热Cp, 密度密度p, 热扩散系数热扩散系数= K/ (p*C
7、p) 成型中的取向成型中的取向 多层结构：表层、剪切层、芯层多层结构：表层、剪切层、芯层 成型中的取向成型中的取向 取向测量：双折射、回复试验、超声检测取向测量：双折射、回复试验、超声检测 取向对性能的影响取向对性能的影响 各向异性，取向方向各向异性，取向方向、垂直、垂直取向方向取向方向 翘曲翘曲 成型工艺对取向的影响成型工艺对取向的影响 注射速度注射速度 、注射温度、注射温度 、模温、模温 、保压、保压 压力压力 取向取向 成型中的收缩成型中的收缩 收缩的定义收缩的定义 注塑收缩较大，应在模具中考虑注塑收缩较大，应在模具中考虑 成型中的收缩成型中的收缩 收缩的影响因素收缩的影响因素 成型中的
8、收缩成型中的收缩 收缩的定量计算（收缩的定量计算（PVT） 残余应力与翘曲残余应力与翘曲 流动残余应力流动残余应力 残余应力与翘曲残余应力与翘曲 厚向非均匀冷却导致热残余应力厚向非均匀冷却导致热残余应力 残余应力与翘曲残余应力与翘曲 非对称残余应力导致翘曲非对称残余应力导致翘曲 残余应力与翘曲残余应力与翘曲 翘曲的可能原因：复杂翘曲的可能原因：复杂 尝试法：汽车保险杠工装模尝试法：汽车保险杠工装模 常见的注塑缺陷常见的注塑缺陷 喷射（喷射（Jetting） 气穴（气穴（Air Traps） 滞流（滞流（Hesitation） 熔合纹（熔合纹（Weld/meld lines） 凹陷凹陷/空洞（空
9、洞（Sink marks and voids） 飞边（飞边（Flash） 黑斑黑斑/黑纹（黑纹（Black specks/streaks） 脆化（脆化（Brittleness） 烧痕烧痕 （Burn marks） 鱼眼鱼眼 （Fish eyes） 流痕流痕 （Flow marks） 波纹（波纹（Ripples） 银线痕银线痕 （Silver streaks） 喷射（喷射（Jetting） 气穴（气穴（Air Traps） 加厚加厚 滞流（滞流（Hesitation） 熔合纹（熔合纹（Weld/meld lines） 熔合纹（熔合纹（Weld/meld lines） 凹陷凹陷/空洞（空洞（Sin
10、k marks and voids） 飞边（飞边（Flash） 黑斑黑斑/黑纹（黑纹（Black specks/streaks） 脆化（脆化（Brittleness） 烧痕烧痕 （Burn marks） 鱼眼鱼眼 （Fish eyes） 流痕流痕 （Flow marks） 波纹（波纹（Ripples） 银线痕银线痕 （Silver streaks） 成型过程模拟（成型过程模拟（CAE） 工业现状工业现状 不足不足 问题发生后才寻求问题发生后才寻求 解决办法解决办法 费用很高，生产延费用很高，生产延 时时 成型过程模拟（成型过程模拟（CAE） 在设计阶段引入在设计阶段引入CAE ，缩短产品研发和
11、设计周期，缩短产品研发和设计周期 产品设计产品设计/模具设计模具设计/注塑工艺的合理优化注塑工艺的合理优化 提高设计质量，通过细致的分析以及与生产相结合，提高设计质量，通过细致的分析以及与生产相结合， 减少出错的机会减少出错的机会 控制模具生产成本和开发周期，增强企业竞争力控制模具生产成本和开发周期，增强企业竞争力 成型过程模拟（成型过程模拟（CAE） 前置处理前置处理 浇注系统设计：浇注系统设计：多种浇口与流道形式多种浇口与流道形式 冷却系统设计：参数化，与冷却系统设计：参数化，与CAD集成集成 成型过程模拟（成型过程模拟（CAE） 模拟计算模块：覆盖成型全过程模拟计算模块：覆盖成型全过程 流动流动 保压保压 冷却冷却 应力应力 翘曲翘曲 气辅气辅 成型过程模拟（成型过程模拟（CAE）应用实例）应用实例 致谢致谢
