高分子成型工艺学课件第四章注射成型.ppt
第4章 注射成型,4.1 概述,1、注射成型过程及特点1）注射成型的过程成型前的准备注塑过程制件的后处理,锁紧前移注射保压冷却后移开模顶出,闭模,闭模前移注射保压冷却后移开模顶出,锁紧,闭模锁紧注射保压冷却后移开模顶出,前移,闭模锁紧前移保压冷却后移开模顶出,注射,闭模锁紧前移注射冷却后移开模顶出,保压,闭模锁紧前移注射保压后移开模顶出,冷却,闭模锁紧前移注射保压冷却开模顶出,后移,闭模锁紧前移注射保压冷却后移顶出,开模,闭模锁紧前移注射保压冷却后移开模,顶出,注射成型机工作循环周期图,1、注射成型过程及特点2）注射成型过程 注射成型就是将塑料经加热熔化呈流动状态后，由柱塞或螺杆的推动，使其通过料筒前端的喷嘴注入闭合的模具中，充满模具的熔料在受压的情况下，经冷却（热塑性塑料）或加热固化（热固性塑料）后即可保持与注塑模型腔一致的形样，然后开启模具取得制品，完成一个模塑周期。3）成型过程对注射机应具备功能的要求（目标：制备出与模具模腔结构一致的塑料制品）对塑料实现熔融塑化、计量并将熔料射出的功能对成型模具实现开启、闭合和锁紧的功能实现在成型过程中所需能量的转化与传递的功能对工作程序及工艺条件的设定与控制的功能制件的后处理,4.1 概述,4.1 概述,1、注射成型过程及特点4）注射成型的特点成型周期短，劳动强度低可一步成型外形复杂，尺寸精确、带有嵌件的制品制品无需修整或仅需少量修整边角料、废料较少塑料种类广，注塑制品约占制品总量30%易于全自动化生产，生产效率高。,挤出成型和注射成型是塑料制品生产两种主要方式这两种工艺都要将塑料先进行熔融塑化、使其具有流动性，但挤出成型为连续性的生产工艺，没有周期性，而注射成型为间歇性的生产工艺，生产具有明显的周期性特征，一个周期内生产一件和一组（一模多腔）产品，每个周期中的生产作业由多个不同步骤的操作组成。,4.1 概述,4.1 概述,2、注射成型的发展历程 注射成型机是在金属压铸机的原理上逐渐形成的。1932年德国弗兰兹布劳恩厂生产出全自动柱塞式卧式注射成型机；随后出现了单螺杆定位预塑注塑机；1956年世界上出现了第一台移动螺杆式注射成型机。,金属压铸成型机,柱塞式注射机,4.1 概述,2、注塑成型的发展趋势向高速化方向发展向高度自动化方向发展注塑机的发展注塑工艺的发展注塑方法的发展,4.2 普通注塑成型原理,1、注塑成型设备 由注射机（包括注射系统和锁模系统）和模具组成。,4.2 普通注塑成型原理,1、注塑成型设备1）注塑成型机的形式与种类柱塞式注塑机塑料的塑化不够均匀注塑量受到一定限制注塑压力损耗大注塑速度低且不均匀,4.2 普通注塑成型原理,1、注塑成型设备1）注塑成型机的形式与种类螺杆式注塑机,注射装置,合模装置,液压传动系统,电气控制系统,4.2 普通注塑成型原理,1、注塑成型设备1）注塑成型机的形式与种类螺杆柱塞式注塑机,4.2 普通注塑成型原理,1、注塑成型设备2）螺杆式注塑机的基本结构及工作原理注塑系统注塑机螺杆螺杆螺杆头,4.2 普通注塑成型原理,4.2 普通注塑成型原理,1、注塑成型设备2）螺杆式注塑机的基本结构及工作原理注塑系统料筒加料装置料筒喷嘴,4.2 普通注塑成型原理,1、注塑成型设备2）螺杆式注塑机的基本结构及工作原理锁模系统机械式,4.2 普通注塑成型原理,1、注塑成型设备2）螺杆式注塑机的基本结构及工作原理锁模系统液压式,4.2 普通注塑成型原理,1、注塑成型设备2）螺杆式注塑机的基本结构及工作原理锁模系统液压-机械式,4.2 普通注塑成型原理,1、注塑成型设备2）螺杆式注塑机的基本结构及工作原理辅助系统供料系统吸式供料系统压式供料系统螺旋管式供料系统干燥系统热风式干燥料斗加压热风干燥料斗抽湿干燥料斗,4.2 普通注塑成型原理,1、注塑成型设备2）螺杆式注塑机的基本结构及工作原理辅助系统加料系统强制加料系统混合加料系统温控系统,4.2 普通注塑成型原理,1、注塑成型设备3）注塑成型机的调整和安装（略）注塑机的调节注塑压力调节锁模力注射速度合模速度循环时间,4.2 普通注塑成型原理,1、注塑成型设备3）注塑成型机的调整和安装注塑机的安装地面水平，地基要有一定承载能力车间墙壁及厂房顶部与机器之间应保持一定距离应考虑冷却水流量、水管、气管的排放口安装时，一般首先安装合模部分，当机身稳固后，再安装合模部件与注射部件之间的各种管路最后安装注射料斗,4.2 普通注塑成型原理,2、注塑成型模具1）塑模的分类按塑料材料类别：热塑性塑料塑模和热固性塑料塑模按模具型腔数：单型腔塑模和多型腔塑模按模具的安装方式：分为移动式塑模和固定式塑模按模具的浇注系统：分为冷流道模具、绝热流道模具、热流道模具、温流道模具,4.2 普通注塑成型原理,2、注塑成型模具1）塑模的分类按模具的结构特征，可分为8类单分型面模具双分型面模具带有活动镶件的模具横向分型侧抽芯模具自动卸螺纹模具定模设顶出装置的模具无流道模具叠式型腔模具,4.2 普通注塑成型原理,2、注塑成型模具2）塑模的基本结构及工作原理,4.2 普通注塑成型原理,2、注塑成型模具2）塑模的基本结构及工作原理成型零件：直接形成塑料制品形状和尺寸的部分，包括凹模、凸模、型芯、镶块、成型杆、排气口等。浇注系统：是将塑料由注射机喷嘴引向型腔的流道部分，包括主流道、冷料穴、分流道、浇口等。结构零件：构成模具结构的各种零件，包括实现定位、导向、顶出、抽芯、分型等动作的各种零件。其它零件：加热和冷却系统、测量系统等,注射成型工艺过程动画演示,4.2 普通注塑成型原理,2、注塑成型模具2）塑模的基本结构及工作原理热流道或冷流道系统：注射过程中，流道内塑料一直保持熔融或流动状态，脱模时不与制品一同脱出，无流道赘物。热塑性塑料：热流道热流道模具绝热流道模具带加热探针的绝热流道热固性塑料：冷流道,4.2 普通注塑成型原理,4.2 普通注塑成型原理,2、注塑成型模具3）塑模的设计要点分析制品结构和技术要求了解注塑机的技术规格了解塑料的性能，特别是成型加工性能了解不同塑料品种的加工性能考虑塑料在模具内的结晶、取向及导致的内应力问题考虑塑料的收缩率及其补偿问题考虑塑料对模具温度的要求,4.2 普通注塑成型原理,2、注塑成型模具3）塑模的设计要点分析制品结构和技术要求了解注塑机的技术规格了解塑料的性能，特别是成型加工性能了解不同塑料品种的加工性能考虑塑料在模具内的结晶、取向及导致的内应力问题考虑塑料的收缩率及其补偿问题考虑塑料对模具温度的要求,4.2 普通注塑成型原理,2、注塑成型模具3）塑模的设计要点考虑模具的结构与制造问题正确选择分型面、排气隙、浇口位置及模腔的布置等。成型零件结构形式、结构及位置的选择，对成型零件的工作尺寸及受力状况进行精确校核，以保证塑料制件的尺寸及形状的精度。考虑采用何种脱模机构和侧抽芯、分型机构，并对脱模力进行核对。模具总体结构和零件形状应简单合理、容易加工。详细分析模具的受热情况，计算冷却水输道功率，设计好冷却水通道。合理选择制造模具的材料。,4.2 普通注塑成型原理,2、注塑成型模具4）塑模的加工与调试塑模的加工塑模的调试试模工艺的制定与调整、流道修改、型腔处理5）计算机技术在塑料模具设计、制造中的应用CAD/CAE/CAMMoldflow、Polyflow附图,4.2 普通注塑成型原理,3、注塑成型制品设计（略）1）材料选择力学性能成型加工性能热性能物理性能,4.2 普通注塑成型原理,2）设计方法（略）设计方法根据经验设计根据实验设计根据分析设计（计算机技术在塑料制品设计中的应用）设计过程和步骤顺序设计法合作式设计法塑料制件的设计步骤确定塑料制件的使用性能材料选择生产初步的结构设计草图尺寸设计对性能进行校核试生产及定型,4.2 普通注塑成型原理,2）设计方法（略）设计过程和步骤塑料制件的设计步骤尺寸设计对性能进行校核试生产及定型,4.2 普通注塑成型原理,3、注塑成型制品设计（略）3）结构设计功能结构设计工艺结构设计脱模斜度塑料制件壁厚塑料制件的精度嵌件的设计造型结构设计造型顶出部位结构设计还需考虑模具的结构和制造,4.2 普通注塑成型原理,3、注塑成型制品设计4）样模设计及生产样模的手工二次加工和机加工塑料导热性较好塑料的耐热性要好避免引起局部高应力快速样模制造技术样模浇注技术,4.2 普通注塑成型原理,4.2 普通注塑成型原理,3、注塑成型制品设计5）注塑成型制件的组装压制组装搭配组装机械紧固组装焊接黏结,4.2 普通注塑成型原理,4、注塑成型过程的工艺控制1）注塑成型周期,注射成型工艺过程动画演示,4.2 普通注塑成型原理,4、注塑成型过程的工艺控制2）注射过程及其控制塑化作用与控制塑化过程,4.2 普通注塑成型原理,4、注塑成型过程的工艺控制2）注射过程及其控制塑化作用与控制塑化的特点固体床易破碎物料受热随时间变化料筒中停留时间长注射室内熔体温度分布不均匀,4.2 普通注塑成型原理,4、注塑成型过程的工艺控制2）注射过程及其控制塑化作用与控制影响注塑过程塑化的因素热均匀性 传导热、剪切热塑化量 螺杆参数、工艺条件决定了塑化量 重要的螺杆参数：长径比、压缩比、熔融段的长度,4.2 普通注塑成型原理,4、注塑成型过程的工艺控制2）注射成型过程（塑化、流动、冷却、定型）及其控制充模过程与控制塑料熔体的充模过程充模过程是塑料熔体在相对较冷的模具内的流动复杂而又重要制品平面内的浇口流动，分为三个阶段：开始阶段、过渡阶段、主流动阶段前缘膜、后进的熔体：被模壁冻结、或冲破前缘膜的膜壁而形成新的前缘膜,4.2 普通注塑成型原理,4、注塑成型过程的工艺控制2）注射成型过程（塑化、流动、冷却、定型）及其控制充模过程与控制塑料熔体的充模流动形式浇口厚度远小于制品厚度，且熔体流动速率很大的情况：不稳定、脉动浇口厚度小于制品厚度，且熔体流动速率较大的情况：滞流浇口厚度略小于制品厚度，且熔体流动速率适中的情况：铺展流，附图塑料熔体遇到障碍物的情况，p208,图4-33,4.2 普通注塑成型原理,4、注塑成型过程的工艺控制2）注射过程及其控制充模过程与控制关于塑料熔体充模过程的讨论压力损失 因素：粘度（温度、压力、速度），流道长度，熔体流动性，流道的几何形状热平衡 熔体温度决定于：沿流动方向传来的热量，剪切热，向模具传出的热量，绝热膨胀做功消耗的能量,4.2 普通注塑成型原理,4、注塑成型过程的工艺控制2）注射过程及其控制冷却定型过程与控制保压阶段冷却阶段注射过程中模腔或塑胶的压力变化分析注射过程中螺杆的运动状况及位置分析注射制品中的取向分析,4.2 普通注塑成型原理,4.2 普通注塑成型原理,4、注塑成型过程的工艺控制3）注射过程工艺控制因素温度料筒温度喷嘴温度模具温度压力塑化压力注射压力保压压力时间,4.2 普通注塑成型原理,4、注塑成型过程的工艺控制4）注塑制件的成型工艺要点制品收缩和翘曲收缩率注射压力和保压压力熔体温度模具温度注射速率翘曲,4.2 普通注塑成型原理,4、注塑成型过程的工艺控制4）注塑制件的成型工艺要点取向和结晶取向结晶料温及模温应力,4.2 普通注塑成型原理,4、注塑成型过程的工艺控制4）注塑制件的成型工艺要点熔接缝提高熔体温度和模具温度充模速率注射压力和保压压力退火处理材料的选择模具设计,4.2 普通注塑成型原理,4、注塑成型过程的工艺控制4）注塑制件的成型工艺要点表面光洁度凹陷、缩孔无光泽（或光泽不均）、暗纹银丝熔接痕颜色不均匀龟裂内应力分布,4.2 普通注塑成型原理,4、注塑成型过程的工艺控制5）注塑成型制品的常见缺陷及解决方法塑件填充不足（欠注）现象主要原因物料机械模具工艺条件措施改变塑件配方，调节塑料熔体的流动性改用更大型的注塑机提高物料的成型温度、注射压力和速率,4.2 普通注塑成型原理,4、注塑成型过程的工艺控制5）注塑成型制品的常见缺陷及解决方法飞边现象原因物料机械模具工艺条件措施调整塑件配方，降低塑料熔体的流动性增大锁模力适当减小注射压力、速率，降低成型温度,4.2 普通注塑成型原理,4、注塑成型过程的工艺控制5）注塑成型制品的常见缺陷及解决方法局部烧焦现象原因物料：热稳定性不好机械模具：料筒或螺杆结构有缺陷工艺条件料筒温度太高，注射速度太快，注射压力太大，成型周期太长措施调整塑件配方，适当加入更多，效果更好热稳定剂对螺杆料筒进行定期维修，消除熔料残存死角，模具结构中增设排气槽。适当降低成型温度，降低注射压力、速率，缩短成型周期，及时清理料筒,4.2 普通注塑成型原理,4、注塑成型过程的工艺控制5）注塑成型制品的常见缺陷及解决方法表面凹陷现象原因物料：塑料原料收缩性太大。机械模具：模具设计不合理，局部几何特征不良等。工艺条件：供料不足；注射压力和保压压力过低；保压时间和冷却时间太短；熔体和模具温度太高。措施使用收缩率较小的树脂原料；调整配方，添加无机填料等。模具上避免使用过小的浇口；增加排气孔数量；增加制品壁厚，使制品各处壁厚尽量一致；适当减小加强筋尺寸适当提高注射压力、保压压力；降低熔体和模具温度；延长冷却时间。,4.2 普通注塑成型原理,4、注塑成型过程的工艺控制5）注塑成型制品的常见缺陷及解决方法开裂现象原因物料：塑料分子链的刚性太大，塑料制件本身较脆。机械模具：模具设计不合理，使制件的残余应力过大工艺条件：成型温度（料温、模温）过低；注射速率和保压压力过大。措施采用强度大的树脂品种，在配方中加入增塑剂，使制件的韧性增加。改善模具浇口形式设计和浇口位置；增大脱模斜度，增大顶出面积。适当增加成型温度；降低注射压力和保压压力，降低顶出速率；延长冷却时间。对已经龟裂的制品进行热处理（退火）。,4.2 普通注塑成型原理,4、注塑成型过程的工艺控制5）注塑成型制品的常见缺陷及解决方法粘模及脱模不良现象原因物料：在包装和运输过程中混入杂质；原料的粒径过大或分布不均。机械模具：模具刚性不足；脱模斜度不够；模具（制品）结构设计不合理工艺条件：成型温度过高；注射压力和保压压力过高；注射保压时间过长。措施对原材料进行严格净化、筛选。增大脱模斜度；合理设计制品的浇注系统，如流道的长短、大小和位置分布，合理确定浇口的位置；合理设计顶出机构。适当降低成型温度，降低注射压力，保压压力，延长冷却时间。,4.2 普通注塑成型原理,4、注塑成型过程的工艺控制5）注塑成型制品的常见缺陷及解决方法气泡现象原因物料：物料的热稳定性不好，在高温下分解；物料中含有水分等低分子物质。机械模具：模具设计不合理工艺条件：成型温度过高；成型周期过长。措施适当调整制品配方，加入热稳定剂；对物料进行彻底干燥，除去低分子物质。合理设计模具的结构（包括流道结构、浇口结构等）。适当降低成型温度；缩短成型周期。,4.2 普通注塑成型原理,4、注塑成型过程的工艺控制5）注塑成型制品的常见缺陷及解决方法表面白化现象原因外作用力措施降低注射压力、保压压力；缩短保压时间；适当提高脱模斜度。脱模机构的顶出装置要设置在塑件壁厚处或适当增加塑件顶出部位的厚度。,4.2 普通注塑成型原理,5、注塑制件的后处理 为改善和提高制件的性能及尺寸稳定性，需对注射制件进行适当的后处理。1）退火处理塑化不均匀，冷却速度不同等原因，均会使制品内存在不均的结晶、取向、收缩等现象，导致内应力的存在，从而使制品力学性能下降、光学性能变坏、表面银纹、变形、开裂等。退火的方法使制品在一定温度的加热液体介质（水、矿物油、甘油、乙二醇和液体石蜡等）或热空气循环烘箱中静置一段时间。,4.2 普通注塑成型原理,5、注塑制件的后处理 1）退火处理退火温度和时间：使用温度以上1020，或低于塑料热变形温度1020。退火的实质：使强迫冻结的分子链得到松弛，凝固的大分子链段 转向无规位置，消除内应力；提高结晶度、稳定结晶结构、提高制品的弹性模量和硬度，降低断裂伸长率。2）调湿处理聚酰胺类塑料在成型后在空气中存放易吸水膨胀。因此需将刚脱模的制件放在热水中进行处理（煮），称为“调湿处理”。,4.3 各种特殊的注射成型方法,4.3 各种特殊的注射成型方法,1、中空制件的注射成型 1）气体辅助注塑成型概述：优缺点气辅注塑成型的过程及原理分类成型原理,4.3 各种特殊的注射成型方法,1、中空制件的注射成型 1）气体辅助注塑成型气辅注塑成型的过程及原理气辅注射成型装备注射机氮气发生器控制单元模具2）水辅助注塑成型,4.3 各种特殊的注射成型方法,2、反应注射成型（RIM）1）概述概念氨基甲酸乙酯（PU）、尼龙6、苯乙烯类树脂、环氧树脂特点成型压力低成型温度低能耗低制品设计灵活性大,4.3 各种特殊的注射成型方法,2、反应注射成型2）反应注射成型设备原料储槽及循环管路高压计量泵撞击混合头模具,加料 两组分均匀混合 注模,4.3 各种特殊的注射成型方法,2、反应注射成型3）工艺过程储存计量混合充模固化,4.3 各种特殊的注射成型方法,2、反应注射成型4）产品缺陷及解决方法5）前景增强反应注射成型（RRIM）毡片模塑反应注射成型（MM-RIM）,4.3 各种特殊的注射成型方法,3、结构泡沫塑料的注射成型方法（TSG）1）单组分结构泡沫塑料的成型方法低压结构发泡成型UCC法TSG法GE法,4.3 各种特殊的注射成型方法,3、结构泡沫塑料的注射成型方法（TSG）1）单组分结构泡沫塑料的成型方法高压结构发泡成型USM法TFM法,4.3 各种特殊的注射成型方法,3、结构泡沫塑料的注射成型方法（TSG）2）双组分结构泡沫塑料的成型方法两种树脂的收缩率尽量相同或相近两种树脂的黏合力要强,4.3 各种特殊的注射成型方法,3、结构泡沫塑料的注射成型方法（TSG）3）故障及解决方法,4.3 各种特殊的注射成型方法,4、热固性塑料注塑成型1）物料的塑化2）注射冲模3）固化,4.3 各种特殊的注射成型方法,5、注塑-压缩成型1）概念2）工艺过程,4.3 各种特殊的注射成型方法,5、注塑-压缩成型3）特点降低冲模压力减小塑料制件的取向残余应力制品尺寸精度高注射压缩成型机的控制容易,4.3 各种特殊的注射成型方法,5、注塑-压缩成型4）种类Rooinx法刚性模型法注射-多级压制法,
