【正文】 第二篇 注射成型工藝及模具 第四章 注射成型工藝 一、 熱塑性塑料的工藝性能 二、 注射機的基本結構及規(guī)格 三、 注射成型原理及其工藝過程 四、 注射成型工藝條件的選擇與控制 五、 幾種常用塑料的注射成型特點 重點掌握 什么是注射成型工藝？ 注射成型生產中，運用一定的技術方法，將塑料原料、注射設備和注射所用的模具聯系起來形成生產能力，這種方法就叫做注射成型工藝。 第一節(jié) 熱塑性塑料的工藝性能 一、塑料的成型收縮 塑料的收縮性： 指塑料制件從模具中取出發(fā)生尺寸收縮的特性。 塑料的成型收縮： 與塑料本身的熱脹冷縮性質、模具結構及成型工藝條件等因素有關的塑料制件的收縮統(tǒng)稱為成型收縮。 成型收縮的大小：可用塑料制件的實際收縮率 S實 表示，即 （ 41） 式中 a—— 成型溫度時制件尺寸； b—— 常溫時制件的尺寸 成型溫度時的制件尺寸無法測量，故常采用常溫時的型腔尺寸取代，有 (42) 式中 c—— 常溫時型腔尺寸； S計 —— 塑料制件的計算收縮率。 %100??? b baS 實%100??? b bcS 計 收縮率選擇的原則： ①收縮率范圍較小的塑料品種，可按收縮率的范圍取中間值，此值稱平均縮率。 ②收縮率范圍較大的塑料品種，應根據制件的形狀，特別是根據制品的壁厚來確定收縮率，壁厚取上限 (大值 )，壁薄取下限 (小值 )。 當 S計 為已知時，可用 S計 來計算型腔尺寸，即 c=b(1+S計 ) (43) 收縮率 1． 5％乘以比值 0． 7，內徑取大 值 1． 6％，外徑取小值 1． 4％，以留有試模后修正的余地（對高精度塑件或對某種塑料的收縮率缺乏準確數據時，常用這種留有修模余量的設計方法）。 ③制件各部分尺寸的收縮率不盡相同，應根據實際情況加以選擇。 圖 4— 1塑件的材料為尼龍 — 1010，壁厚 4mm，查表4— 2得，高度方向的收縮小于水平方向的收縮，其百分比為 70％，收縮率范圍為 1． 4％～ 1． 6％，高度方向取平均 ④收縮量很大的塑料，可利用現有的或者材料供應部門提供的計算收縮率的圖表來確定收縮率。也可收集一些包括該塑料實際收縮率及相應的成型工藝條件等數據，然后用比較法進行估算。必要時應設計、制造一副試驗模具，實測在類似的成型條件下塑料的收縮率。 二、塑料的流動性 塑料的流動性： 比較塑料成型加工難易的一項指標，與黏度一樣，依賴于成型條件、聚合物的性質。 衡量塑料流動性的指標： 聚合物的相對分子質量、熔融指數、阿基米德螺旋線長度、表觀黏度以及流動比 (流程長度 /制品壁厚 )。相對分子質量小、熔融指數高、螺旋線長度長、表觀黏度小、流動比大則流動性好。 常用熱塑性塑料的流動性分為三類。 ①流動性好的，有尼龍、聚乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯、醋酸纖維素。 ②流動性一般的，有 ABS、有機玻璃、聚甲醛、聚氯醚。 ③流動性差的，有聚碳酸酯、硬聚氯乙烯、聚苯醚、聚砜、氟塑料。 塑料的流動性隨成型工藝條件的改變而變化，熔體成型溫度高則流動性好，注射壓力大流動性好。模具結構也影響流動性的大小。成型時還可通過控制溫度、模溫、注射壓力及注射速率等因素來調節(jié)注射成型過程以滿足對制件質量的要求。 三、塑料的結晶性 ①結晶形塑料須加熱至熔點溫度以上才能達到軟化狀態(tài)。結晶熔解需要熱量，結晶形塑料達到成型溫度要比無定形塑料達到成型溫度需要更多的熱量。 ②制件在模內冷卻時，結晶形塑料要比無定形塑料放出更多的熱量，因此結晶形塑料在冷卻時需要較長的冷卻時間。 ③結晶形塑料固態(tài)的密度與熔融時的密度相差較大，結晶形塑料的成型收縮率大，達到 ％一 ％ 。無定形塑料的成型收縮率一般為 ％一 ％。 ④結晶形塑料的結晶度與冷卻速度密切相關，在結晶形塑料成型時應按要求控制好模具溫度。 ⑤結晶形塑料各向異性顯著，內應力大。脫模后制品內未結晶的分子有繼續(xù)結晶的傾向，易使制品變形和翹曲。 熱敏性：指某些塑料對熱較為敏感，在高溫下受熱時間較長或澆口截面過小、剪切作用大時，料溫增高易發(fā)生變色、降解的傾向。 包括：熱敏性、水敏性、應力敏感性、吸濕性、粒度以及塑料的各種熱性能指標。 四、塑料的其他工藝性能 水敏性：指有的塑料 (如聚碳酸酯等 )即便含有少量水分，在高溫和高壓下也容易分解。 應力敏感性：指有的塑料對應力敏感，成型時質脆易裂。對應力敏感的塑 料，除在原料內加人添加劑提高抗裂性外，還應合理設計制件和模具，選擇有利的成型條件，以減少內應力。 粒度：指塑料粒料的細度和均勻度。根據技術要求，各種塑料應有一定的技術指標。 熱性能指標：塑料的比熱容、熱導率、熱變形溫度等。比熱容高的塑料熔融時需要更多的熱量，熱變形溫度高的塑料冷卻時間可縮短，熱導率低的塑料必須注意充分冷卻。 第二節(jié) 注射機的基本結構及規(guī)格 注射機為塑料注射成型所用的主要設備。 注射成型時注射模具安裝在注射機的動模板和定模板上，由鎖模裝置合模并鎖緊，塑料在料筒內加熱呈熔融狀態(tài)，由注射裝置將塑料熔體注入型腔內，塑料制品固化冷卻后由鎖模裝置開模，并由推出裝置將制件推出。 注塑機分以下幾部分： 1．注射裝置 主要作用：使固態(tài)的塑料顆粒均勻地塑化呈熔融狀態(tài)，并以足夠的壓力和速度將塑料熔體注入到閉合的型腔中。 組成：料斗、料筒、加熱器、計量裝置、螺桿 (柱塞式注射機為柱塞和分流梭 )及驅動裝置、噴嘴等部件。 2．鎖模裝置 作用：①實現模具的開閉動作，②在成型時提供足夠的夾緊力使模具鎖緊，③開模時推出模內制件。 鎖緊裝置類型：機械式，液壓式或者液壓機械聯合作用方式。 推出機構類型：機械式和液壓式推出。液壓式推出有單點推出、多點推出。 3．液壓傳動和電器控制 作用：保證注射成型按照預定的工藝要求 (壓力、速度、時間、溫度 )和動作程序準確進行。液壓傳動系統(tǒng)是注射機的動力系統(tǒng)；電器控制系統(tǒng)則是控制各個動力液壓缸完成開啟、閉合和注射、推出等動作的系統(tǒng)。 一、注射機分類 按外形特征可分為如下三類。 特點：注射裝置和定模板設置在設備上部，而鎖模裝置、動模板、推出機構均設置在設備的下部。 優(yōu)點：占地面積小，模具裝拆方便，安裝嵌件和活動型芯簡便可靠；缺點：不容易自動操作，只適用于小注射量的場合，一般注射量為 10— 60g。 特點：注射裝置和定模板在設備一側，而鎖模裝置、動模板、推出機構均設置在另一側。這是注射機最普通、最主要的形式。 優(yōu)點：機體較矮，容易操作加料，制件推出后能自動落下，便于實現自動化操作；缺點：設備占地面積大，模具安裝比較麻煩。 特點：注射裝置為立式布置，鎖模、頂出機構以及動模板、定模板按臥式排列，兩者互為直角，適用于中心部分不允許留有澆口痕跡的塑件。缺點：加料較困難，嵌件或活動型芯安放不便 ， 只適用于小注射量的場合，注射量一般為 20～ 45g。 按塑料在料筒中的塑化方式分為兩類。 工作原理： 示意圖 4— 4。柱塞是直徑約為 20～100mm的金屬圓桿，在料筒內僅作往復運動，將熔融塑料注人模具。分流梭是裝在料筒靠前端的中心部分，形如魚雷的金屬部件，其作用是將料筒內流經該處的塑料分成薄層，使塑料分流，以加快熱傳遞。同時塑料熔體分流后，在分流梭表面 流速增加，剪切速率加大，剪切發(fā)熱使料溫升高、黏度下降，塑料得到進一步混合和塑化。 適用場合：塑料的導熱性差，若料筒內塑料層過厚，塑料外層熔融塑化時，它的內層尚未塑化，若要等到內層熔融塑化，則外層就會因受熱時間過長而分解。因此，柱塞式注射機的注射量不宜過大，一般為 30— 60g，且不宜用來成型流動性差、熱敏性強的塑料制件。 2．螺桿式注射機 工作原理：示意圖 45。螺桿的作用是送料、壓實、塑化與傳壓。當螺桿在料筒內旋轉時，將料斗中的塑料卷入，并逐步將其壓實、排氣、塑化，不斷地將塑料熔體推向料筒前端，積存在料筒前部與噴嘴之間，螺桿本身受到熔體的壓力而緩緩后退。當積存 螺桿式注射機中螺桿既可旋轉又可前后移動，因而能夠勝任塑料的塑化、混合和注射工作。 的熔體達到預定的注射量時，螺桿停止轉動，并在液壓油缸的驅動下向前移動，將熔體注入模具。 ①國際上趨于用注射容量／鎖模力來表示注射機的主要特征。這里所指的注射容量是指注射壓力為 100MPa時的理論注射容量。 ②我國習慣上采用注射量來表示注射機的規(guī)格，如 XSZY500，表示注射機在無模具對空注射時的最大注射容量不低于 500cm3的螺桿式 (Y)塑料 (S)注射 (Z)成型 (X)機。我國制定的注射機國家標準草案規(guī)定可以采用注射容量表示法和注射容量／鎖模力表示法來表示注射機的型號。 注射機的主要技術參數包括注射、合模、綜合性能等三個方面，如公稱注射量、螺桿直徑及有效長度、注射行程、注射壓力、注射速度、塑化能力、合模力、開模力、開模合模速度、開模行程、模板尺寸、推出行程、推出力、空循環(huán)時間、機器的功率、體積和質量等。 注射機的規(guī)格： 二、注射機規(guī)格及主要技術參數 第三節(jié) 注射成型原理及其工藝過程 基本原理：利用塑料的可擠壓性和可模塑性，將松散的粒料或粉狀成型物料從注射機的料斗送人高溫的機筒內加熱熔融塑化，使之成為黏流態(tài)熔體，在柱塞或螺桿的高壓推動下，以很大的流速通過機筒前端的噴嘴注射進入溫度較低的閉合模具中，經過一段保壓冷卻定型時間后，開啟模具便可從模腔中脫出具有一定形狀和尺寸的塑料制件。 注射成型原理圖 46 。 一、生產前的準備工作 (1)分析檢驗成型物料的質量 根據注射成型對物料的工藝特性要求，檢驗物料的含水量、外觀色澤、顆粒情況、有無雜質并測試其熱穩(wěn)定性、流動性和收縮率等指標。如果檢測中出現問題，應及時解決。對于粉狀物料，在注射成型前，經常還需要將其配制成粒料，因此其檢驗工作應放在配料后進行 生產工藝過程圖4— 7。 作用：往塑料成型物料中添加一種稱為色料或著色劑的物質，借助這種物質改變塑料原有的顏色或賦予塑料特殊光學性能。 (2)著色 著色劑按其在塑料中的分散能力分為：染料和顏料兩大類。 染料：具有著色力強、色彩鮮艷和色譜齊全的特點，但由于對熱、光和化學藥品的穩(wěn)定性比較差，在塑料中較少應用；當塑料成型溫度不高又希望制品透明時，可采用耐熱性較好的蒽醌類和偶氮類染料。 顏料：主要著色劑。按化學組成又分成無機和有機顏料。 無機顏料：對熱、光和化學藥品的穩(wěn)定性都比較高，且價格低廉，但色澤都不十分鮮艷，只能用于不透明塑料制件的著色。 有機顏料：著色特性介于染料和無機顏料之間，對熱、光和化學藥品的穩(wěn)定性一般不及無機顏料，但所著色制件色彩較鮮艷，用這種顏料的低濃度著色可得到彩色的半透明制件。 粉狀或粒狀熱塑性塑料著色的工藝實現方法：直接法和間接法兩種。 對于吸濕性或粘水性不強的成型物料，如果包裝貯存較好，也可不必預熱干燥。 目的：為了除去物料中過多的水分及揮發(fā)物，防止成型后制品出現氣泡和銀紋等缺陷，同時也可以避免注