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塑料注射模具设计CAI系统,塑料及其工艺特性塑料制品的设计原则塑料注射成型原理注射成型模具设计概述浇注系统的设计成型零部件的设计结构零件的设计脱模机构的设计分型抽芯机构的设计温度调节系统排气系统,攻略学习本章主要掌握以下内容：塑料的概念，组成，分类，性质和用途塑料的概念，组成，分类，性质和用途塑料的加工性能塑料主要的成型方法热塑性塑料的工艺性能注射的工艺性能,目录,绪论第一节塑料材料及应用第二节塑料的可加工性能第三节 塑料的主要的成型方法第四节 热塑性塑料的工艺性能,绪论,上个世纪初以来，塑料由于原料来源广泛，综合性能优良，成型方便，性能价格上占有优势，已成为原四大材料(钢铁、木材、煤、水泥)之后的又一大新型材料。迄今，塑料的体积产量已超过了金属材料。在短短的80多年内，走过了金属材料两千多年的发展历程。塑料广泛应用于汽车、机械、宇航、舰船、电子电气、化工、纺织、医药卫生、建筑、军工、包装、家具、文体用品以及生活用品等各个领域。特别是近年来，具有光、电、磁、生物等功能的高分子材料的出现，使得塑料的应用领域扩大到信息民、生物等新兴产业。塑料科技的高速发展，带动了塑料工业的蓬勃发展。,汽车工业,世纪初许多国家汽车工业重要改革措施之一是提高汽车速度、降低能耗，其主要对策是更多地采用塑料件以减轻车体重量。为此，塑料件在汽车中的用量迅速增长。据预测，年各类汽车中将有一半用可回收的塑料复合材料制造。,航空航天工业,世纪初，航空航天工业技术进步着眼点也是减轻机体总重量，以加快飞行速度，降低能耗。如美国洛克希德航空公司复合材料中心采用新型热塑性树脂为母体的增强复合材料制造的飞机，前体结构质量可减轻，紧固件减轻。欧洲国家在航空航天发展规划上都非常重视使用高性能新型复合材料和高级复合材料，在宇宙空间站、人造卫星和航天飞船上用于制造蜂窝式结构的外壳、机体外板及其他结构件。,电子电气工业,目前，电子电气产品结构正向短、小、轻、薄方向发展，对高电磁性塑料合金、超导电塑料、电磁波屏蔽材料、光学性能材料、高性能复合料等，在量和质方面都提出了更高要求。另外，高性能电线、电缆，通信用塑料，光学纤维，新型传感器用塑料以及信息处理中用的各类记录、存贮材料，用静电记录膜，缩微用胶片等在信息化社会中需求量日益增大，这些又大大促进了塑料材料的发展。,包装工业,人们对包装材料除了在性能方面（高阻透性、高耐热性、保鲜、无菌等）有更高要求外，还要求节省原料、降低能耗。塑料包装材料与传统包装材料比较具有较多优越性。如生产同规格的制品，纸的能耗是塑料的倍，生产过程中释放的二氧化碳及氮氧化物均比塑料高。世纪初，塑料包装材料仍将成为塑料的主要应用领域。,建材工业,塑料在建材工业中获得广泛应用。从材料生产能耗比较，如聚氯乙烯为，则钢材为，铝材为。从应用中节能效果比较，塑料管比金属管可减少输水能耗，塑料窗比铝窗节省采暖能耗约。由此可见，世纪初塑料建材作为节能材料，在许多国家中的需求量将持续增长。,农业,世纪末开发的功能性农用地膜、新型塑料温室材料、高性能保鲜材料、塑料微喷滴灌系统、大型功能性复合防渗材料等作为农业增产、节水的材料将会有更大的需求，如园艺中微喷灌溉系统的应用，节水效率可达到以上，从而加速了塑料在农业中的应用。,第一节塑料材料及应用,一 塑料的定义,塑料是指以高分子合成树脂为主要成份、在一定温度和压力下具有塑性和流动性，可被塑制成一定形状，且在一定条件下保持形状不变的材料。,高分子结构,高分子最普通、最重要的结构是长链状的，这就是人们发现的高分子的线型结构（上图）。例如，聚乙烯、聚氯乙烯的长链就是由CC键,连接的，淀粉和纤维素的长链则是由CC键和CO键相连接的。可以想象，当这种多条高分子链聚集在一起时，相互间的缠绕使得许多分子间接触的地方以分子间作用力而紧密结合，这就使高分子材料的强度大大增加，相对分子质量越大，相互作用的分子间力就越强。线型结构的高分子，可以不带支链，也可以带支链（上图）。高分子链上如果还有能起反应的官能团，当它跟别的单体或别的物质发生反应时，高分子链之间将形成化学键，产生一些交联（上图），形成网状结构，这就是高分子的体型（网状）结构，硫化橡胶就是这样的例子。,二 塑料的组成,聚合物合成树脂（40-100%）由低分子化合物通过缩聚或聚合反应合成的高分子化合物，是塑料的主要组成，决定塑料的类型及基本性能。添加剂 改善材料的使用性能与加工性能，节约树脂材料（贵）,固化剂 促进发生交联反应而生成体型网状 结构，更坚硬，稳定增塑剂 提高树脂的可塑性和柔软性稳定剂 防止受热，光作用而过早老化润滑剂 防止成型过程中粘模着色剂 着色阻燃剂 阻燃填料等 增强，性能改造增强剂 石墨，三硫化钼，石棉纤维和玻璃 纤维等。,常用的添加剂,三 塑料的主要特性,优点：大多数塑料质轻，化学稳定性好，不会锈蚀；耐冲击性好；具有较好的透明性和耐磨耗性；绝缘性好，导热性低；一般成型性、着色性好，加工成本低；,缺点：大部分塑料耐热性差，热膨胀率大，易燃烧；尺寸稳定性差，容易变形；多数塑料耐低温性差，低温下变脆；容易老化；某些塑料易溶于溶剂。,四 塑料的分类及特点,塑料的分类体系比较复杂，各种分类方法也有所交叉，按常规分类主要有以下三种：按使用特性分类；按理化特性分类；按加工方法分类。,按使用特性分类,通用塑料 一般是指产量大、用途广、成型性好、价格便宜的塑料，如聚乙烯、聚丙烯、酚醛等。工程塑料 一般脂能承受一定外力作用，具有良好的机械性能和耐高、低温性能，尺寸稳定性较好，可以用作工程结构的塑料，如聚酰胺、聚砜等。,特种塑料 一般是指具有特种功能，可用于航空、航天等特殊应用领域的塑料。如氟塑料和有机硅具有突出的耐高温、自润滑等特殊功用，增强塑料和泡沫塑料具有高强度、高缓冲性等特殊性能，这些塑料都属于特种塑料的范畴。,按理化特性分类,根据各种塑料不同的理化特性，可以把塑料分为：热塑性塑料；热固性塑料。,热塑性塑料分子结构：分子成链状或树枝状结构。成型特点：加热时软化，可塑造成型，冷却后复硬，可反 复进行。优 点：加工成型简便，机械性能较好，是塑料中性 能较好的工程塑料。缺 点：耐热性和刚性较差。典型品种：聚乙烯，聚丙烯，聚苯乙烯及其共聚物ABS（丙烯腈，丁二烯和苯乙烯），聚甲醛，聚碳酸酯，聚苯醚等。,热固性塑料,分子结构：网状或树枝状成型特点：初加热时软化，可塑造成型，固化之后再加热将不再软化，不溶于溶剂。优 点：耐热性好，受压不易变形。缺 点：机械性能不好（可加入填料来提高强度）典型品种：酚醛，环氧，氨基，不饱和聚酯，聚硅醚树脂等。,按加工方法分类,根据各种塑料不同的成型方法，可以分为膜压、层压、注射、挤出、吹塑、浇铸塑料和反应注射塑料等多种类型。,膜压塑料：物性的加工性能与一般热固性塑料相类似的塑料；层压塑料：浸有树脂的纤维织物，经叠合、热压而结合成为整体的材料；注射、挤出和吹塑塑料：物性和加工性能与一般热塑性塑料相类似的塑料；浇铸塑料：能在无压或稍加压力的情况下，倾注于模具中能硬化成一定形状制品的液态树脂混合料，如MC尼龙等；反应注射塑料：用液态原材料，加压注入膜腔内，使其反应固化成一定形状制品的塑料，如聚氨酯等。,第二节塑料的可加工性能,一 塑料的加工适应性,热塑性塑料在恒定压力下，随着加工温度的变化呈现玻璃态、高弹态和粘流态三种状态。玻璃态：此时塑料是坚硬的固体。玻璃态塑料受外力作用有一定的变形能力，变形是可逆的，当外力消失后，其变形也随之消失。高弹态：此时塑料变形能力增大，但变形仍是可逆的。在该状态下可进行真空成形、压延成形、中空成形等。粘流态：测试塑料成形加工具有不可逆性，在成形和冷却后，形状永远保持下来。在该种状态下可进行注射、吹塑、挤塑等成形加工。,玻璃态,在玻璃化温度以下，聚合物处于玻璃态(或结晶态)，是坚硬的固体。此时，由于分子运动能量低、链段运动被冻结，只能使主链内的键长和键角有微小的改变；在宏观上表现为聚合物在受力方向上有很小的普弹性变形，由于弹性模量高，形变值小，所以处于玻璃态的聚合物只能进行一些车、铣、削、刨等机械加工。这一聚集态也是聚合物的使用态，材料使用的下限温度称为脆化温度，低于脆化温度时，材料受力容易发生断裂破坏。,高弹态,此时，分子热运动能量增加；虽然，整个分子的运动仍不可能，但链段可以通过主链中的单键的内旋转而不断改变构象，甚至可使部分链段滑移。由于高弹性模量比普弹性模量小四到五个数量级，所以对某些材料可进行加压、弯曲、中空或真空成型。由于高弹形变比普弹型变大一万倍左右，且属于与时间有依赖性的可逆形变，所以在成型加工中为求得符合形状、尺寸要求的制品，往往将制品迅速冷却到玻璃化温度以下。对结晶型聚合物，可在玻璃化温度至熔点的温度区间内进行薄膜吹塑和纤维拉伸。,粘流态,继续升温至粘流温度(或熔点)以上，聚合物大分子链相互滑移而转变为粘流态。呈粘流态的聚合物熔体在粘流温度以上稍高的温度范围内，常用来进行压延成型和某些挤出、吹塑成型。比粘流温度更高的温度，使聚合物大分子热运动大大激化，产生不可逆粘性形变占绝对优势，这一温度范围常用于进行纺丝、注射、挤出、吹塑、贴合等成型加工。过高的温度使聚合物粘度降低会给成型带来困难并使产品质量变劣；当温度高到分解温度时，会引起聚合物的分解变质。,二 塑料的可挤压性,可挤压性：聚合物通过挤压作用形变时获得一定形状并保持这种形状的能力。在塑料成型过程中，常见的挤压作用有物料在挤出机和注射机料筒中、压延机辊筒间以及在模具中所受到的挤压作用。,衡量聚合物可挤压性的物理量：熔体的粘度(剪切粘度和拉伸粘度)。熔体粘度过高，则物料通过形变而获得形状的能力差(固态聚合物是不能通过挤压成型的)；反之，熔体粘度过低，虽然物料具有良好的流动性，易获得一定形状，但保持形状的能力较差。聚合物的可挤压性不仅与其分子结构、相对分子质量和组成有关，而且与温度、压力等成型条件有关。,熔融指数：评价热塑性塑料可挤压性的一种方法。在给定温度和剪切应力(定负荷)下，测定10min内热塑性塑料经出料孔挤出的质量以MFR表示。,由于实测的熔体流动速率其剪切速率仅为10-210-1s-1，远比实际注射或挤出成型中通常的剪切速率(10-210-4s-1)要低，因此 MFR不能说明实际成型时聚合物的流动情况。由于方法简便易行，对成型塑料的选择和适用性有参考价值。,三 塑料的可模塑性,可模塑性：聚合物在温度和压力作用下发生形变并在模具型腔中模制成型的能力。成型方法对可模塑性的要求：能充满模具型腔获得制品所需尺寸精度，有一定的密实度，满足制品合格的使用性能等。取决因素：聚合物本身的属性(如流变性、热性能、物理力学性能以及热固性塑料的化学反应性能等)，工艺因素(温度、压力、成型周期等)以及模具的结构尺寸。,螺旋流动试验：评价聚合物的可模塑性的好坏。聚合物熔体在注射压力作用下，由阿基米德螺旋形槽的模具的中部进入，经流动而逐渐冷却硬化为螺旋线，以螺旋线的长度来判断聚合物流动性的优劣。,螺旋流动实验的意义在于帮助人们了解聚合物的流变性质，确定压力、温度、模塑周期等最佳工艺条件，反映聚合物相对分子质量和配方中各助剂的成分和用量以及模具结构，尺寸对聚合物可模塑性的影响。,为求得较好的可模塑性，要注意各影响因素之间的相互匹配和相互制约的关系；在提高可模塑性的同时，要兼顾到诸因素对制品使用性能的影响。压力过高会引起溢料,过低充模不足,成型困难；温度过高会使制品收缩率增大，甚至引起聚合物的分解，过低则物料流动困难，交联反应不足，制品性能变劣。所以，图中四条曲线所构成的的面积，才是模塑的最佳区域。,第三节 塑料的主要的成型方法,一、注射成型,原理：借助螺杆或柱塞的推力，特已塑化的塑料熔体以一定的压力和速率注入闭合的棋具型腔内，经冷却固化定型后开模而获得制品。地位：注射成型在整个塑料制品生产中占有重要位置。除少数几种塑料外，几乎所有的塑料都可以注射成型。,适用：注射模应用十分广泛，且结构很复杂。注塑的优点是生产速度快、效率高，操作可自动化，能成型形状复杂的零件，特别适合大量生产。缺点是设备及模具成本高，注塑机清理较困难等。据估计，注塑制品占所有模塑件总产量的三分之一；注塑模具占塑料成型模具数量的二分之一以上。,二、中空成型,原理：吹塑又称中空吹塑或中空成型。吹塑是借助压缩空气的压力使闭合在模具中的热的树脂型坯吹胀为空心制品的一种方法，吹塑包括吹塑薄膜及吹塑中空制品两种方法。制品：用吹塑法可生产薄膜制品、各种瓶、桶、壶类容器及儿童玩具等。,三、压缩成型,原理：压缩模塑又称模压成型或压制。把上下（凸凹模）组成的模具安装在压力机上下模板之间，塑料粒料（预制坯料或粉料）在受热或受压作用下充满闭合型腔，固化定型得到塑料制品适用：主要用于热固性塑料。,四、压注成型,原理：塑料粒料/坯料装入模具的加料室，加热加压，熔融的塑料通过模具加料室底部的浇注系统充满闭合的模具型腔，固化成型。适用：热固性主要的成型方法之一。,五、挤塑成型,原理：挤塑成型又称挤出成型，是使用挤塑机（挤出机）将加热的树脂连续通过模具，挤出所需形状的制品的方法。适用：挤塑有时用于热固性塑料的成型，也可用于泡沫塑料的成型。特点：优点是可挤出各种形状的制品，生产效率高，可自动化、连续化生产；缺点是热固性塑料不能广泛采用此 加工，制品尺寸容易产生偏差。制品：管材、棒材、板材、片材以及单丝、薄 膜、电线电缆的包覆和涂层制品等。,六、固相成型,原理：在熔融温度下成型，没有明显的流动状态。多用于板材的二次成型加工，例如真空成型，压缩空气成型和压力成型。适用：薄壁制品的成型加工，现在也可用于厚壁制品。,此外还有压延成型，浇铸成型，滚 塑成型，泡沫成型等。本课程主要针对在机械，电子轻工业中应用最多的注射成型工艺和模具展开讨论,第四节 热塑性塑料的工艺性能,热塑性塑料品种每繁多，即使同一品种也由于树脂分子及附加物配比不同而使其使 用及工艺特性也有所不同。另外，为了改变原有品种的特性，常用共聚、交联等各种化学 方法在原有的树脂结构中导入一定百分比量的其它单体或高分子等，以改变原 有树脂的结构成为具有新的改进物性和加工性的改性产品。例如，ABS即为在聚苯乙烯分子 中导入了丙烯腈、丁二烯等第二和第三单体后成为改性共聚物，可看作称改性聚苯乙烯，具有比 聚苯乙烯优异综合性能，工艺特性。由于热塑性塑料品种多、性能复杂，即使同一类的塑料 也有仅供注塑用和挤出用之分，故本章节主要介绍各种注塑用的热塑性塑料。,收缩率,定义：塑料制品从模具中取出发生的尺寸收缩特性称为塑料的收缩性。收缩形式：线尺寸收缩由于冷却大分子链段运动困难、自由体积缩小所引起的收缩。方向性收缩由于熔体在充模过程中受到很大的切应力，致使大分子链段沿流动方向被“梳展”排列，冷却时大分子力图恢复其卷曲状态，致使流动方向的收缩率大子其垂直方向的收缩率。玻璃纤维增强塑料有其相反的效果。此外，多组分的复合塑料，由于某种原因亦有收缩异向的现象发生。,后收缩当塑件在贮存和使用条件下发生应力松弛致使塑件发生再收缩称为后收缩。一般塑件要经30一60天后尺寸才能最后稳定。通常热塑性塑件的后收缩比热固性大，压注及注射成形塑件的后收缩比压缩成形大。后处理收缩某些结晶性塑件让其自然失效，完成后收缩，往往需要很长时间，故通常采用热处理工艺，让其有充分条件完善其结晶过程，使之尺寸尽快稳定下来。在这一过程中塑件所发生的收缩称之为后处理收缩。,影响收缩因素：塑料品种塑料品种不同，其成形收缩值迥异。同一品种塑料，由于其分子量、填料及其配比的不同，则其收缩值及其各向异性的程度也不相同。热塑性塑料的收缩值比热因性塑料大，且收缩范围宽、方向性更明显。结晶性热塑性塑料，因存在有结晶过程引起体积的缩小，内应力增强，分子取向倾向增大，导致其收缩方向性差别增加。另外成形后的收缩、退火或调湿处理的后收缩，一般均比热固性塑料大。塑件特性塑件形状、尺寸、壁厚、有无嵌件、数量及其布局等对塑件的收缩值亦有重大影响。,模具的影响进料口形式、尺寸、分布这些因素直接影响料流方向、密度分布、保压补缩作 用及成型时间。直接进料口、进料口截面大（尤其截面较厚的）则收缩小但方向性大，进 料口宽及长度短的则方向性小。距进料口近的或与料流方向平行的则收缩大。成形条件的影响模温高收缩值大，反之收缩值减小。注射压力高、保压时间长，塑件收缩值降低，反之收缩值增大。就热固性塑料而言，随预热情况、成形温度、成形压力、保持时间、填料类型及硬化特性的不同，亦会对其收绪值及其收缩方向性造成影响。总之，成形条件不仅影响塑料的可横塑性，且对制品的力学性能、外观、收缩以及塑件中的结晶和取向等都有广泛的影响。,收缩率的计算：,塑料制品的实际收缩率 a成型温度时制品的尺寸；b常温时的制品尺寸；由于制品尺寸无法测量，因此常采用型腔尺寸取代：c常温型腔尺寸；S计塑料制品的计算收缩率；当S计已知时，可用S计来计算型腔的尺寸 c=b(1+S计),a-b b,S实=,S计=,c-b b,塑料收缩率的选取原则：,收缩率较小的塑料品种 按照收缩率范围取中间值，此值称为平均收缩率。收缩率较大的塑料品种 根据制品的形状，特别是根据制品的壁厚来确定，厚的取上限（大值），薄的取下限（小值）。各部分尺寸收缩率不同 根据实际情况选择。,收缩率很大的塑料 利用现有的或者材料部门提供的计算收缩率图表来确定收缩率。也可以搜集一些包括该塑料实际收缩率何相应的成型工艺条件等数据，然后用比较方法来评估。必要时应设计制造一个试验模具测出收缩率。,流动性,评价标准：热塑性塑料流动性大小，一般可从分子量大小、熔融指数、阿基米德螺旋线流动长 度、表现粘度及流动比（流程长度/塑件壁厚）等一系列指数进行分析。分子量小，分子量 分布宽，分子结构规整性差，熔融指数高、螺流动长度长、表现粘度小，流动比大的则流 动性就好，对同一品名的塑料必须检查其说明书判断其流动性是否适用于注塑成型。,按模具设计要求可将常用塑料的流动性分为三类：流动性好尼龙、聚乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯、醋酸纤维素、聚（4）甲基戍烯；流动性中等聚苯乙烯系列树脂（如ABS、AS）、有机玻璃、聚甲醛、聚苯醚；流动性差聚碳酸酯、硬聚氯乙烯、聚苯醚、聚砜、聚芳砜、氟塑料。,影响因素：,温度塑料温高则流动性增大，但不同塑料也各有差异，聚苯乙烯（尤其耐冲击 型及MFR值较高的）、聚丙烯、尼龙、有机玻璃、改性聚苯乙烯（如ABS、AS）、聚碳酸酯、醋 酸纤维素等塑料的流动性随温度变化较大。对聚乙烯、聚甲醛、则温度增减对其流动性影响 较小。所以前者在成型时宜调节温度来控制流动性。压力注塑压力增大则熔融料受剪切作用大，流动性也增大，特别是聚乙烯、聚 甲醛较为敏感，所以成型时宜调节注塑压力来控制流动性。,结晶,热塑性塑料按其冷凝时无出现结晶现象可划分为结晶型塑料与非结晶型（又称无 定形）塑料两大类。所谓结晶现象即为塑料由熔融状态到冷凝时，分子由独立移动，完全处于无次序 状态，变成分子停止自由运动，按略微固定的位置，并有一个使分子排列成为正规模型的 倾向的一种现象。,判别这两类塑料的外观标准：可视塑料的厚壁塑件的透明性而定。一般结晶性 料为不透明或半透明（如聚甲醛等），无定形料为透明（如有机玻璃等）。但也有例外情 况，如聚(4)甲基戍烯为结晶型塑料却有高透明性，ABS为无定形料但却并不透明。在模具设计及选择注塑机时应注意对结晶型塑料有下列要求及注意事项：料温上升到成型温度所需的热量多，要用塑化能力大的设备。冷却回化时放出热量大，要充分冷却。熔融态与固态的比重差大，成型收缩大，易发生缩孔、气孔。,冷却快，结晶度低，收缩小，透明度高。结晶度与塑件壁厚有关，壁厚则冷却慢，结晶度高，收缩大，物性好。所以结晶性料应按要求必须控制模温。各向异性显著，内应力大。脱模后未结晶化的分子有继续结晶化倾向，处于 能量不平衡状态，易发生变形、翘曲。结晶化温度范围窄，易发生未熔粉末注入模具或堵塞进料口。,热敏性,热敏性系指某些塑料对热较为敏感，在高温下受热时间较长或进料口截面 过小，剪切作用大时，料温增高易发生变色、降解，分解的倾向，具有这种特性的塑料称 为热敏性塑料。如硬聚氯乙烯、聚偏氯乙烯、醋酸乙烯共聚物，聚甲醛，聚三氟氯乙烯等。热敏性塑料在分解时产生单体、气体、固体等副产物，特别是有的分解气体对人体、设备、模具都有刺激、腐蚀作用或毒性。因此，模具设计、选择注塑机及成型时都应注意，应,选 用螺杆式注塑机，浇注系统截面宜大，模具和料筒应镀铬，不得有死角滞料，必须严格控 制成型温度、塑料中加入稳定剂，减弱其热敏性能。,水敏性,有的塑料（如聚碳酸酯）即使含有少量水分，但在高温、高压下也会发生分解，这种性能称为易水解性，对此必须预先加热干燥。,应力敏感性,有的塑料对应力敏感，成型时易产生内应力并质脆易裂，塑件在外力作用下或 在溶剂作用下即发生开裂现象。为此，除了在原料内加入添加剂提高开抗裂性外，对原料应 注意干燥，合理的选择成型条件，以减少内应力和增加抗裂性。并应选择合理的塑件形状，不宜设置嵌件等措施来尽量减少应力集中。模具设计时应增大脱模斜度，选用合理的进料口及顶 出机构，成型时应适当的,调节料温、模温、注塑压力及冷却时间，尽量避免塑件过于冷脆 时脱模，成型后塑件还宜进行后处理提高抗开裂性，消除内应力并禁止与溶剂接触。当一定融熔体流动速率的聚合物熔体，在恒温下通过喷嘴孔时其流速超过某值后，熔 体表面发生明显横向裂纹称为熔体破裂，有损塑件外观及物性。故在选用熔体流动速率高的聚 合物等，应增大喷嘴、浇道、进料口截面，减少注塑速度，提高料温。,热性能及冷却速度,各种塑料有不同比热、热传导率、热变形温度等热性能。比热高的塑化时需要 热量大，应选用塑化能力大的注塑机。热变形温度高塑料的冷却时间可短，脱模早，但脱模后 要防止冷却变形。热传导率低的塑料冷却速度慢（如离子聚合物等冷却速度极慢），故必须充分冷 却，要加强模具冷却效果。热浇道模具适用于比热低，热传导率高的塑料。比热大、热传 导率低，热变形温度低、冷却速度慢的塑料则不利于高速成型，必须选用适当的注塑机及加 强模具冷却。,各种塑料按其种类特性及塑件形状，要求必须保持适当的冷却速度。所以模具 必须按成型要求设置加热和冷却系统，以保持一定模温。当料温使模温升高时应予冷却，以防止塑件脱模后变形，缩短成型周期，降低结晶度。当塑料余热不足以使模具保持一定 温度时，则模具应设有加热系统，使模具保持在一定温度，以控制冷却速度，保证流动性，改善填充条件或用以控制塑件使其缓慢冷却，防止厚壁塑件内外冷却不匀及提高结晶度等。对流动性好，成型面积大、料温不匀的则按塑件成型情况有时需加热或冷却交替使用或局 部加热与冷却并用。为此模具应设有相应的冷却或加热系统。,吸湿性,塑料中因有各种添加剂，使其对水分有不同的亲疏程度，所以塑料大致可分为 吸湿、粘附水分及不吸水也不易粘附水分的两种，料中含水量必须控制在允许范围内，不 然在高温、高压下水分变成气体或发生水解作用，使树脂起泡、流动性下降、外观及力学 性能不良。所以吸湿性塑料必须按要求采用适当的加热方法及规范进行预热，在使用时还 需用红外线辐照以防止再吸湿。,第四节注射的工艺过程,注射成型工艺过程主要包括以下三个过程：成形前的准备注射塑件后处理,成型前的准备,为了使注射成型生产顺利进行和保证制品质量，生产前需要进行：原料预处理清洗机筒预热嵌件选择脱模剂等一系列准备工作。,原料预处理,生产前对成型物料所要进行的预处理工作大体包括以下两项内容。分析检验成型物料的质量 根据注射成型对物料的工艺特性要求，检验物料的含水量、外观色泽、颗粒情况、有无杂质并测试其热稳定性、流动性和收缩率等指标。如果检测中出现问题，应及时采取措施解决。对于粉状物料，在注射成型前，经常还需将其配制成粒料，因此其检验工作应放在配料后进行。,预热干燥对于吸湿性或粘水性强的成型物料(聚酰胺等)，应根据注射成型工艺允许的含水量要求进行适当的预热干燥。目的是为了除去物料中过多的水分及挥发物，以防止成型后制品出现气泡和银纹等缺陷，同时也可以避免注射时发生水降解。对于吸湿性或粘水性不大的成型物料，如果包装贮存较好，也可不必预热干燥。,干燥成型物料,预热干燥成型物料的方法很多，通常可在空气循环干燥箱中进行，但要注意物料厚度以18一19mm左右为宜，最厚也不要超过30mm，以利于空气循环流通。对于多品种、小批量物料：循环热风、红外线及远红外线等较为简单的设备预热于燥。大批量物料：抽湿干燥机或采用负压沸腾干燥法。高温下易氧化变色的塑料(如聚酰脑等)，可采用真空干燥法。除了上述方法外，还可采用料斗干燥新工艺，这种方法不仅能使干燥设备与注射机相连，简化生产工序，而且还兼起除湿作用。,清洗机筒,原因：生产中如需改变塑料品种、更换物料、调换颜色，或发现成型过程中出现了热分解或降解反应，均应对注射机的机筒进行清洗。方法：通常，柱塞式机筒存料量大，必须将机筒拆卸清洗。对于螺杆式机筒，可采用对空注射法清洗。注意事项：欲换物料的成型温度高于机衙内残料的成型温度时，应将机筒和喷嘴温度升高到欲换物料的最低成型温度，然后加入欲换物料，并连续对空注射，直到全部残料除尽为止。,欲换物料的成型温度低于机筒内残料的成型温度时，应将机筒和喷嘴温度升高到欲换物料的最高成型温度，切断电源、加入欲换物料。残料属热敏性塑料时，应从流动性好、热稳定性高的聚乙烯、聚苯乙烯等塑料中选择粘度较高的品级作为过渡料对空注射。,预热嵌件,为了满足导电和强度的要求，塑件内常要嵌入镶嵌件。成形后镶嵌件周围由于镶嵌件与熔料之间的温差产生较大的内应力，导致镶嵌件四周强度下降，甚至出现裂纹。因此，成形前需对金属镶嵌件进行预热，以降低温差，减小内应力。对于成形时容易开裂的塑料，如聚碳酸酯、聚矾、聚苯醚等，其镶嵌件尤其需要预热。较大型镶嵌件也要预热。对于成形时不易产生裂纹的塑料，在镶嵌件较小时可以不预热。预热温度因不同材料而异，镀锌或镀铬件一般为110130，无镀层的铝合金、饲合金为150。,选择脱模剂,原因：在注射成形后，如果工艺条件合理，模具设计正确，塑件起模较顺利。如果工艺条件控制欠佳或塑件形状复杂，起模就更困难。为此，在实际生产中常使用起模剂，减小起模中的困难。常用的起模剂：硬脂酸锌，除聚酰胺外，一般塑料均可使用；液体石蜡(白泊)，用于聚酷胺塑件；硅泊，它的润滑效果良好，但价格较贵，使用较麻烦，需配制成甲苯溶液，涂抹在模腔表面，并且还要加热干燥。,注射,塑料在注射机料筒内经过加热，塑化达到流动状态后，由模具的浇注系统进入模具的型腔，其过程可以分为充型，压实，保压，倒流和冷却五个阶段。,充模准备期,由于注射成型是一个间歇过程，因而需定入模准备期也称柱塞或螺杆的空载期，相当于右图上的t0到tA这段时间。特点是：柱塞或螺杆在t0时刻虽已开始前进，但由于使料简前端的熔体升压并流过喷孔与模具的浇道系统需要一定的时间，故在tl时刻前熔体尚未进入模腔。由于熔体高速通过截面很小的喷孔和浇道受到很大的流动阻力并产生大量的剪切摩擦热，故在这一时期结束时物料温度明显升高而作用在柱塞上的压力和喷孔内的压力均迅速升高。,充模期,这一时期从tA时刻开始，至熔体到达模腔末端的时刻tB结束。在这一时期柱塞或螺杆继续快速前进，直至熔体完全充满模腔。由于充模期的时间很短，模具对热熔体的冷却作用不显著，加之充模速度很高的熔体在模腔内流动时仍有一定量的剪切摩擦热产生，故充模结束时物料温度有一定升高，达到成型周期内的最高值。在模腔未完全充满之前，熔体在其中流动的阻力不大，故模腔内的压力仍比较低，但作用在柱塞上的压力和喷孔内的压力均上升到最高值。,压实期,这一时期从tB时刻开始，至柱塞到达其前进行程的最大位置的时刻tC结束。在此之前模腔虽已为熔体充满，但由于充模期结束时喷嘴内的压力远高于模腔内的压力，故进入这一时期后仍有少量熔体被挤进模腔，使模腔内熔体密度增大而压力急剧升高，压实期结束时模腔内压力达到成型周期内的最高值。因受到低温模具的冷却，物料温度在这一时期开始下降。,保压期,这一时期从tC时刻开始，到柱塞开始退回的时刻tD结束。压实期结束后校塞并不立即退回，而需要在最大前进位置再保持一段时间，在此期间作用在柱塞上的压力和喷孔内的压力保持最大值不变，而由于模具的冷却作用使模腔内料温下降和体积收缩，体积收缩又导致模腔内压力下降和浇道内熔体缓慢地流进模腔。,倒流与封口期,这一时期从tD时刻开始，到浇口内熔体凝固的时刻tE结束。保压期结束后，柱塞在t3时刻开始后退时，作用在其上的压力随之消失，喷孔和浇道内的压力也迅速下降；这时模腔内的压力会高于浇道内的压力，若浇口内的熔体仍能流动，少量熔体就会从模腔倒流入浇道并导致模腔内压力迅速降低。随模腔内压力下降倒流速度减慢，热熔体对浇口的加热作用减小，温度迅速下降，到t4时刻浇口内的熔体凝固倒流随之停止。通常将浇口熔体凝固的时刻称为“封口”，在模腔内压力与时间关系曲线上，对应于封口时刻t4的点称为“封口点”。,冷却期,这一时期从tE时刻开始，到模具开始开启的时刻tF结束。这一时期虽然外部作用的压力已经消失，但模腔内仍可能保持一定的压力，随冷却过程的进行这一时期内物料温度和压力逐渐下降，通常在启模时模腔内仍可能残留一定的压力。,当塑料熔体流入型腔时，温度稍微升高。当型腔压力迅速上升时候，熔体温度也上升到最高值。随着保压阶段的开始，融体逐渐冷却，温度下降。当熔体注入型腔时，型腔的表面温度升高，以后因受到冷却而逐渐降低。因此型腔表面温度在两个极限值之间变化，最低值出现在制品脱模后，最高值出现在熔体充满后。熔体与模具之间的温度差对于制品的冷时间和表面质量有很大的影响，因此模具的冷却系统设计十分重要。,下图为一个注射周期 内塑料熔体和模具温度时间的变化曲线。,制品的后处理,原因：由于成型过程中塑料熔体在温度和压力作用下的变形流动行为非常复杂，再加上流动前塑化不均以及充模后冷却速度不同，制品内经常出现不均匀的结晶、取向和收缩，导致制品内产生相应的结晶、取向和收缩应力，脱模后除引起时效变形外，还会使制品的力学性能、光学性能及表观质量变坏，严重时还会开裂。定义：为了消除塑件内的残余应力而对塑件所采取的处理方法叫塑件后处理。,方法：退火和调湿两种。,退火,适用：除聚酰胺以外的各类塑料。退火方法：将制件在一定温度的加热液体介质或热空气循环烘箱中静置一段时间，当制件内虽有内应力，但可以缓慢自消，或制件的使用要求不严格时，可以不必进行退火处理。退火温度：高于实际使用温度1020，或低于塑料热变形温度1020为宜。退火时间：塑料品种及塑件厚度而定，一般取424h。,适用：吸湿性很强，且又容易氧化的聚酰胺类等塑料制件。调湿处理：一种调整制件含水量的后处理工序，是将刚脱模的制件放在热水中进行处理。调湿处理能在加热和保温条件下消除残余应力，还能促使制件在加热介质中达到吸湿平衡，防止制件在使用过程中发生尺寸变化，改善与提高制件的抗冲、抗张、韧性等性能。加热介质：一般为沸水或醋酸钾溶液(沸点为12l)，加热温度为100120。热变形温度高的取上限，低的取下限。保温时间与制件厚度有关，通常为29小时。注意事项：凡退火或调湿的塑件，在达到所需温度和时间以后，一定要缓慢降温至室温。如果突然冷却或冷却速度太快，则塑件内部又会产生新的内应力。,调湿处理,