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注塑工艺知识基础培训教材,2010年6月,提纲,一、注塑工艺简介二、注塑设备三、注塑工艺过程四、注塑制品的设计要点,注塑工艺简介,各种各样的塑料制品是怎么制成的呢？塑料的主要成型方法有挤出成型、注塑成型、吹塑成型、压延成型、浇铸成形等，其中注射成型因形状适应性广，是热塑性塑料成型主要工艺。注塑也称注射成型或注射模塑，是用注塑机将塑料粒子或塑料粉的原料熔融后，施加压力使其注入温度较低的模具内冷却固化形成与模腔形状一致的塑料制品的加工过程。注塑工艺可生产不同尺寸、形状、质量、满足各种使用要求的工程制件（如结构件、传动件、外观件、光学件等）和各种日用品。近年来，随着注塑工艺技术发展，部分热塑性塑料已成功地用注塑工艺制作，使注塑工艺运用更广泛。,注塑工艺特点：1.成型周期短，随着制件的形状、大小、厚度不同以及注塑机的类型、物料品种和成型工艺条件等不同，周期为几秒至几分钟不等。2.能一次成型外形复杂、尺寸精度高、表面质量好、带有金属或非金属嵌件的制作；制品的大小从钟表齿轮到大型储水箱，品种之多是其他任何塑料成型方法都无法比拟的。3.能适应各种塑料的成型，除聚四氟乙烯和超高分子量聚乙烯等极少数品种外，几乎所有的热塑性塑料（通用塑料、纤维增强塑料、工程塑料）、热固性塑料和弹性体都能用这种方法方便地成型制品。4.成型过程自动化程度高，生产率高，其成型过程的合模、加料、塑化、注射、开模和制品顶出等全部操作均由注塑机自动完成。5.模具的磨损小，体积不大，便于装卸。总体来说，注塑的优点很多，是较为优异的塑料成型加工方法之一。,注塑工艺简介,注塑工艺技术的发展,注塑技术已经历了大约125年的发展过程，由于各种各样的工艺方法及技术的引入、改进和提高，这种成型技术显得更具有经济性 近年来，随着塑料制品应用的日益广泛，为了不断满足注塑制品向高度集成化、高度精密化、高产量等方面发展的要求，以及实现对制品进行异质材料的聚集态、相形态组织形态等方面的控制，或实现对制品进行异材料的复合，最大程度地发挥聚合物的特性，达到制品高性能的目的，注塑技术有了很大的发展。从注塑工艺来说，气体辅助注射成型、结构泡沫成型、反应注射成型、共射成型、推-拉成型、注射-压缩成型、低压注射成型、交变注射成型、熔芯注射成型、动态保压注射成型等引入了模内反应、发泡、振动和气辅等关键技术，大大丰富了传统注塑工艺的内容，使塑料的流动特性、制品的力学性能、外观质量都得到有效的控制。,注塑设备注塑机概述,注射成型是利用注塑机，是将热塑性塑料或热固性塑料加工成制品的重要成型方法之一。注射成型能鸲加工出外形复杂、精度高的塑料制品，生产效率高，易于实现自动化。注射成型机也称注塑机，是19世纪中期在金属压铸机的原理基础上逐渐形成的。注塑机最初主要用来加工纤维素硝酸酯和乙酸纤维等塑料。1926年制造出用压缩空气推动的活塞式注塑机。1930年德国和美国已经生产出电力驱动的注塑机。由于石油化学工业的发展，促进了塑料工业的大发展，使得注塑成型工艺和注塑机也不断地得到发展。1948年在注塑机上开始使用螺杆塑化装置，并于1956年生产出世界上第一台往复螺杆式注塑机。这是注射成型工艺技术方面一大突破，从而使更多的塑料材料和各种塑料制件多采用注射成型制得。,注塑设备注塑机分类,近年来注塑机发展很快，类型不断增加，分类的方法也较多。有的按塑料塑化方式分为柱塞式和螺杆式；有的按锁模装置的传动方式分为液压式、机械式和液压机械式；也有按机器操作方式分为自动、半自动和手动等，至今尚未完全形成统一的分灯方法，目前使用较多的分类方法有以下几种：（1）按机器加工能力分 按加工能力可有大、中、小型之分。（2）按机器外形特征分 主要根据注塑装置和合模装置的排列方式进行分类。有卧式注塑机、立式注塑机、角式注塑机，其中大家常见的主要是卧式注塑机。（3）按注塑机的各系统的形式来分 比如按注塑装置的形式，根据料筒的数目可以分为单阶式、双阶式和多阶式注塑机；根据螺杆数量可分为单螺杆和双螺杆注塑机。（4）按使用特征分 随着塑料新产品的不断开发，注射新工艺的不断涌现，注塑机的适应范围也在不断地扩大。在机器使用上有通用型的，也有专用型的。目前主要有热塑性塑料通用型、热固型、排气型、多色型、精密型、高速型、发泡型等。,注塑设备注塑机的组成结构,一台通用注塑机主要由塑化注射系统、合模机构、液压传动（或气动）装置、电器控制系统等组成，如图所示：,注塑设备注塑机的组成结构,塑化注射系统 塑化注射系统的主要作用是使塑料加热塑化和熔融，并能以足够的压力和速度下将一定量的溶料注入模具型腔中。塑化注射系统主要由塑化部件（螺杆、机筒、喷嘴等组成）、料斗、计量装置、传动装置、注射油缸、注射座整体移动油缸等组成。,合模机构 合模机构的主要作用是固定模具，实现模具的启闭动作，在注射、保压时保证成型模具可靠地合紧以及脱出制品。合模机构主要由前后固定模板、移动模板、拉杆、合模油缸、移动油缸、连杆机构、调模机构、顶出机构和安全保护机构等组成。液压传动（或气动）装置 液压传动（或气动）装置主要作用是为了注塑机按工艺过程所需要的动作提供动力，满足机器工作时所需动力和速度的要求。液压传动（或气动）装置主要由各种液压元件、液压基本回路和其他附属装置所组成。电器控制系统 其作用是与液压传动装置相配合，正确无误地实现注射工艺过程要求的压力、速度、温度、时间和各程序动作。电器控制系统主要由各种电器元件、仪表、加热、测量、控制系统和微机控制系统等组成。,注塑工艺过程,注塑工艺过程是注射工艺规程的中心环节，它包括成型前的准备、注射过程、制品的后处理。,注塑工艺过程-注塑成型前的准备,为了使注射成型顺利进行，保证塑料制品质量，在注射成型之前应进行如下工作：1、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进行检验，内容包括色泽、粒度及均匀性、流动性（熔体指数、粘度）、热稳定性、收缩性、水分含量等。有的制品要求不同颜色或透明度，在成型前应先在原料中加入所需的着色剂，若在原料中加入颜色母料则效果更好。对于吸水性强的塑料（如聚碳酸酯、聚酰胺、聚甲基丙烯酸甲酯等），在成型前必须进行干燥处理，否则塑料制品表面将会出现斑纹、银丝和气泡等缺陷，甚至导致高分子在成型前产生降解，严重影响制品的质量。而对不易吸水的塑料（如聚乙烯、聚丙烯、聚甲醛等塑料）只要包装、运输、贮存良好，一般可以不必干燥处理。对于聚苯乙烯、ABS塑料往往也进行干燥处理。干燥处理的方法应根据塑料的性能和生产批量等条件进行选择。小批量生产用塑料，大多采用热风循环烘箱和红外线加热烘箱进行干燥；大批量生产用塑料，宜采用负压沸腾干燥或真空干燥，效果好，时间短。干燥效果与温度的时间关系很大，一般来说，温度高，时间长，干燥效果好，但湿度不宜过高，时间不宜过长，如果温度超过玻璃化温度或熔点，会使塑料结块，造成成型时加料困难，对于热稳定性差的塑料，还会导致变色、降解。干燥后塑料应马上使用，否则要加以妥善贮存以防再受潮。,注塑工艺过程-注塑成型前的准备,2、嵌件的预热 为了满足装配和使用强度的要求，塑料制品内常要嵌入金属嵌件。由于金属和塑料收缩率差别较大，因而在制品冷却时，嵌件周围产生较大的内应力，导致嵌件周围强度下降和出现裂纹。因此，除了在设计塑料制品时加大嵌件周围的壁厚外，成型前对金属嵌件进行预热也是一项有效措施。嵌件的预热应根据塑料的性能和嵌件大小而定，对于成型时容易产生应力开裂的塑料（如聚碳酸酯、聚砜、聚苯醚等），其制品的金属嵌件，尤其较大的嵌件一般都要预热。对于成型进不易产生应力开裂的塑料，且嵌件较小时，则可以不必预热。预热的温度以不损坏金属表面所镀的锌层或铬层为限，一般为110C-130C，对于表面无镀层铝合金或铜嵌件，预热温度可达150C。,注塑工艺过程-注塑成型前的准备,3、料筒的清洗 在注射成型之前，如果注射机料筒中原来残存的塑料与将要使用的塑料不同或颜色不一致时，一般都要进行清洗。对于螺杆式注射机通常采用直接换料清洗。换料清洗时，必须掌握料筒中的塑料和欲换的新塑料的特性，然后采用正确的清洗步骤。例如，新塑料成型温度高于料筒内残存塑料的成型温度时，应将料筒温度升高到新料的最低成型温度，然后加入新料（也可以是是新料的回料），连续对空注射，直到残存塑料全部清洗完毕，再调整温度进行正常生产。如果新塑料的成型温度比料筒内残存塑料的成型温度低，应将料筒温度升高到残存塑料的最好流动温度后切断电源，用新料的降温下进行清洗。如果新料成型温度高而料筒中残存塑料的最好流动温度后切断电源，用新料在降温下进行清洗。如果新料成型温度高，而料筒中残存塑料又是热敏性塑料（如聚氯乙烯，聚甲醛和聚三氟氯乙烯等，）则应选热稳定性的塑料（如聚苯乙烯，低密度聚乙烯等）作为过渡换料，先换出热敏性塑料，再用新料换出热稳定性好的过渡料。目前已研制出一种新的料筒清洗剂，适用于成型温度范围在180-280C的各种热塑性塑料的注射机机筒清洗。中小型注射机，清洗剂用量在50-200g左右,注塑工艺过程-注塑成型前的准备,4、脱膜剂的使用 注射成型时，塑料制品的脱模主要依赖于合理的工艺条件和正确的模具设计，但由于制品本身的复杂性或工艺条件控制不稳定，可能造成脱模困难，所以在实际生产中通常使用脱膜剂。常用的脱膜剂有三种：硬脂酸锌，除聚酰胺外，一般塑料均可用；液体石蜡（白油），用于聚酰胺塑料件的脱模效果较好；硅油，润滑效果良好，但价格较贵，使用麻烦，需用配制甲醛溶液，涂抹在模腔表面，还要加热干燥，使用脱模剂时，喷涂应均匀，适量，以免影响塑料制品的外观及性能，尤其注射成型透明塑料时更应注意。,注塑工艺过程-注射过程,塑料的注射成型是利用注射螺杆或注射柱塞的推力，将已塑化好的熔融物料注入到闭合好的模具内，经过一段时间的硬化定型，最终得到制品的工艺过程。各种注塑机的动作程序可能不完全一致，但所要完成的工艺内容即基本过程还是相同的。现以螺杆注塑机为例，按时间先后顺序予以说明，如图：,注塑工艺过程-注射过程,（1）闭模和锁紧 注塑机的成型周期一般从模具开始闭合时为起点。闭模动作由注塑机合模机构来完成，成型模具首先以低压快速进行闭合，当动模与定模快要接触时，合模机构的动力系统自动切换成低压（即试模压力）、慢速，此动作是为了保护模具不受损坏。在确认模内无异物存在或模内嵌件无松动时，再切换成高压而将模具锁紧。,注塑工艺过程-注射过程,（2）注射座前移和注射 在确认成型模具达到所要求的锁紧程度后，注射座整体移动油缸带动注塑装置前移，使喷嘴与模具主浇道口紧密贴合，于是就接通了喷嘴-模具-流道-成型模具型腔的通道，继而向注射油缸内提供高压油，推动与注射油缸活塞杆相连接的螺杆，将机筒前端的熔料以高压高速注入模具的型腔中，并将模具型腔中的气体从模具的分型面排除出去。此时螺杆头部作用于溶料上的压力称为注射压力，又称为一次压力。,注塑工艺过程-注射过程,（3）保压 当熔料充满模具型腔后，为防止模具型腔内的熔料反流和因低温模具的冷却作用而使模具型腔内的溶料产生体积收缩，保证制品的致密性、尺寸精度和力学性能，螺杆还需对模具型腔内的熔料保持一定的压力进行补缩。此时，螺杆作用于熔料上的压力称为保压压力，又称二次压力。在保压时，螺杆因补充模内熔料而有少量的前移。,注塑工艺过程-注射过程,（4）制品冷却和预塑化 当保压进行到模具型腔内的熔料失去了从浇口回流的可能性时（即浇口处熔料冷凝封口），注射油缸内的油压力就可以卸去，制品在模具型腔内充分冷却定型；与此同时，注射螺杆在螺杆传动装置的驱动下转动，把从料斗落入机筒中的塑料随着螺杆的转动而向前输送，进行塑化。因制品冷却和螺杆预塑化同时进行，为了缩短成型周期，在一般情况下希望螺杆预塑化计量时间不超过制品的冷却时间。,注塑工艺过程_注射过程,（5）注射座后退 这只是对部塑料品种而言。目的是为了不使喷嘴长时间与冷模具接触而形成冷凝料，影响下一次的注射操作以及制品的质量，而装喷嘴撤离模具，即注射座后退。（6）开模和顶出制品 模具型腔内的制品经冷却定型后，合模装置就开始打开模具。在注塑机的顶出装置和模具的顶出机构共同作用下从模具内顶出制品。完成（6）以后，注塑机又可以从（1）开始，进行下一个注塑成型过程。习惯上把一个注射成型过程称为注塑机的一个工作循环。,注塑工艺过程-制品后处理,由于塑化不均匀或由于塑料在型腔中的结晶、定向和冷却不均匀，造成制品各部分收缩不一致，或因为金属嵌件的影响和制品的二次加工不当等原因，塑料制品内部不可避免地存在一些内应力。而内应力的存在往往导致制品在使用过程中产生变形或开裂，因此，应该设法消除之。根据塑料的特性和使用要求，塑料制品可进行退火处理和调湿处理。退火处理的方法是把制品放在一定温度的烘箱中或液体介质（如热水、热矿物油、甘油、乙二醇和液体石蜡等）中一段时间，然后缓慢冷却。退火的温度一般控制在高于塑料制品的使用温度10-20。温度不宜过高，否则制品会产生曲变形；温度也不宜过低，否则达不到后处理的目的。退火的时间决定于塑料品种、加热介质的温度、制品的形状和壁厚、塑料制品精度要求等因素。退火处理的结果，消除了塑料制品的内应力，稳定了尺寸。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。,注塑工艺过程-制品后处理,调湿处理主要是用于聚酰胺类塑料的制品。因为聚酰胺类塑料制品脱模时，在高温下接触空气容易氧化变色，另外，这类塑料制品在空气中使用或存放又容易吸水而膨胀，需要经过很长时间尺寸才能稳定下来，所以，将刚脱模的这类塑料制品放在热水中处理，不仅隔绝空气，防止氧化，消除内应力，而且还可加速达到吸湿平衡，稳定尺寸，故称其为调湿处理。经过调湿处理，还可以改善塑料制品韧性，使冲击强度和拉伸强度有所提高。调湿处理的温度一般为100-120，热变形温度高的塑料品种取上限；相反，则取下限。调湿处理的时间取决于塑料的品种、制品形状与壁厚和结晶度大小。达以调湿处理时间后，应缓慢冷却至室温。当然，并非塑料制品一定要经过后处理，像聚甲醛和氯化聚醚塑料制品，虽然存在内应力，但由于高分子本身柔性较大和玻璃化温度较低，内应力能够自行缓慢消除，如果制品要求不严格时，可以不必后处理。,