【文章內(nèi)容簡介】 腈 丁二 烯 苯乙烯共聚物（ ABS）。 注射成型是熱塑性塑料成型的一種重要方法 ,它具有成型周期短、能一次成型形狀復(fù)雜、尺寸精確、帶有金屬或非金屬嵌件的塑料制件。注射成型的生產(chǎn)率高，易實現(xiàn)自動化生產(chǎn)。因此，注射成型廣泛應(yīng)用于各種塑料制件的生產(chǎn)。根據(jù)塑件材料為 ABS 和塑件的外形特征和使用要求，選擇最佳的成型方法就是注射成型。 為使注塑成型過程順利進行和保證塑件質(zhì)量，成型前應(yīng)該對所用塑料原料和設(shè)備作好一些準(zhǔn)備工作。 了解塑料原料的顆粒大小、均勻性等；測 定塑料的工藝性能；如果來料是粉 數(shù)碼相機面殼模具設(shè)計 5 料，則有時還需要對其進行染色和造粒；設(shè)定干燥條件時，對易吸濕的塑料進行充分的干燥和預(yù)熱。 對料筒進行清洗或拆換。 塑件帶有金屬嵌件時，應(yīng)對嵌件進行預(yù)熱，防止嵌件周圍產(chǎn)生過大內(nèi)應(yīng)力。 脫模困難的塑件，要選擇合適的脫模劑。脫模劑是使塑料制件容易從模具中脫出而覆在模具表面的一種助劑。常用的脫模劑有硬脂酸鋅、液體石蠟、硅油等。 設(shè)定料筒溫度時，考慮塑料的玻璃化溫度、熔點、分解溫度。 設(shè)定模具溫度時，考慮塑料的成型收縮率及成型時模具溫度范圍。 塑料制品后加 工時，考慮塑料的吸濕性、結(jié)晶性、耐化學(xué)性、熱變形溫度等。 注塑是將顆粒狀態(tài)或粉狀塑料，從注塑機的料斗送進加熱的料筒中，經(jīng)過加熱熔融，塑化成為黏流態(tài)熔體，在注塑機柱塞或螺桿的高壓推動下，以很大的流速經(jīng)過噴嘴，注入模具型腔，經(jīng)一定時間的保壓冷卻定型后，開模分型獲得塑料制品。 注塑過程可簡寫為：加料 —塑化 —注射 —保壓 —冷卻 —脫模。具體如下。 加熱、預(yù)塑化：塑料芯塊（或粉末）被裝入進料斗，穿過一條在注射料筒中通過旋轉(zhuǎn)螺桿的作用下塑料芯塊（或粉末）被向前推進的通道。螺桿的旋轉(zhuǎn)迫 使這些芯塊在高壓下對抗使它們受熱融化的料筒加熱壁。加熱溫度在 265 至 500 華氏度之間。 塑化、注射：隨著壓力增強，旋轉(zhuǎn)螺桿被推向后壓直到積累了足夠的塑料能夠發(fā)射。注射活塞迫使熔融塑料從料筒，通過噴嘴、澆口和流道系統(tǒng)，最后進入 模具型腔。在注塑過程中，模具型腔被完全充滿。當(dāng)塑料接觸冰冷的模具表面，便迅速固化形成表層。由于型芯還處于熔融狀態(tài)，塑料流經(jīng)型芯來完成模具的填充。典型地，在注塑過程中模具型腔被填充至 95%~98%。 數(shù)碼相機面殼模具設(shè)計 6 保壓、冷卻： 然后模具成型過程將進行至壓緊階段。當(dāng)模具型腔充滿的時候，熔融的塑料便開 始冷卻。由于塑料冷卻過程中會收縮，這增加了收縮痕、氣空、尺寸不穩(wěn)定性等瑕疵。為了彌補收縮，額外的塑料就要被壓入型腔。型腔一旦被填充，作用于使物料熔化的壓力就會阻止模具型腔中的熔融塑料由模具型腔澆口處回流。壓力一直作用到模具型腔澆口固化。這個過程可以分為兩步（壓緊和定型），或者一步完成（定型或者第二階段）。在壓緊過程中，熔化物通過補償收縮的保壓壓力來進入型腔。固化成型過程中，壓力僅僅是為了阻止聚合物熔化物逆流。固化成型階段完成之后，冷卻階段便開始了。在這個階段中，部件在模具中停留某一規(guī)定時間。冷卻階段的時間長 短主要取決于材料特性和部件的厚度。典型地，部件的溫度必須冷卻到物料的噴出溫度以下。 脫模：模具型腔內(nèi)的塑料制品冷卻定型后，鎖模機構(gòu)開模，推出塑件。 塑料熔體在成型過程中有時會存在不均勻結(jié)晶、取向和收縮應(yīng)力，導(dǎo)致塑料制品在脫模后變形，力學(xué)性能、化學(xué)性能及表觀質(zhì)量變壞，嚴(yán)重時甚至?xí)鹚芰现破烽_裂。為了解決這些問題，常常對塑件進行后處理，后處理的方法主要有退火處理和調(diào)濕處理。 退火處理 （ 1）退火目的 ① 消除或降低塑料制品成型后的殘余應(yīng)力 ② 降低塑料制品的硬度，提高塑料制品 的韌度。 （ 2）退火工具 烘箱或液體介質(zhì)（如熱水、熱油等）。 （ 3）退火溫度 塑件使用溫度加 10～ 20℃ ，或塑件變形溫度減 10～ 20℃ 。 （ 4）退火時間 退火時間與塑件壁厚有關(guān)，通?？砂疵亢撩缀穸燃s需半小時估算。 調(diào)濕處理 （ 1）調(diào)濕目的 調(diào)濕處理主要針對吸濕性很強，且易氧化的尼龍類制品，用于消除內(nèi)應(yīng)力，達到吸濕平衡，以穩(wěn)定尺寸。 （ 2）調(diào)濕介質(zhì) 一般為沸水或醋酸鉀溶液（沸點為 121℃ ）。 （ 3）調(diào)濕溫度 100～ 120℃ 。 （ 4）調(diào)濕時間 保濕時間與壁 厚有關(guān)，通常為 2～ 9h。 數(shù)碼相機面殼模具設(shè)計 7 要想獲得合格的塑件，除合理選用塑件的原材料外，還必須考慮塑件的結(jié)構(gòu)工藝性。只有塑件結(jié)構(gòu)設(shè)計滿足成型工藝要求，才能設(shè)計出合理的模具結(jié)構(gòu)，以防止成型時產(chǎn)生氣泡、縮孔、凹陷及開裂等缺陷，達到提高生產(chǎn)率和降低成本的目的。塑件結(jié)構(gòu)工藝性設(shè)計的主要內(nèi)容包括：尺寸和精度、表面粗糙度、塑件形狀、壁厚、斜 度、加強筋、支承面、圓角、孔、螺紋、齒輪、嵌件、文字、符號及標(biāo)記等。 壁厚 塑件壁厚不能過小，否則熔融塑料在模具型腔中的流動阻力加 大；塑件壁厚不能過大， 否則會造成用料過多而增加成本，也易產(chǎn)生氣泡、縮孔等缺陷而影響產(chǎn)品質(zhì)量。查相關(guān)手冊可知 ABS 的最小壁厚為 ，小型塑件的推薦壁厚為 ，本課題數(shù)碼相機面殼的壁厚為 ，屬于薄壁殼體類塑件。 塑件尺寸精度 對塑料制品的精度要求不能過高，應(yīng)在保證使用性能的情況下，盡可能選用低精度等級。本課題 采用一般精度 MT3。 塑件表面粗糙度 塑件的表面粗糙度主要取決于成型模具型腔表面的粗糙度。一般模具型腔表面的粗糙度要比成型制品的表面粗糙度低 12 級。本課題采用Ra（ ~） 181。m 。 圓角 塑 料制品的轉(zhuǎn)角處應(yīng)盡可能用圓弧過渡。其優(yōu)點有：避免應(yīng)力集中，可提高制品強度；改善流動狀況；利于成型，利于脫模。 在注射成型時應(yīng)控制的溫度有料溫和模具溫度，料溫是指料筒溫度和噴嘴溫度，料筒溫度又包括前段溫度、中段溫度和后段溫度。料溫影響塑件的塑化和填充，模具溫度則影響熔體的填充和冷卻固化。溫度要求具體如下： 料筒溫度 料筒溫度應(yīng)控制在塑料的粘流溫度 Tf（對結(jié)晶型塑料為熔點 Tm）和熱分解溫度 Td 之間。料筒溫度直接影響到塑料熔體充模過程和塑件的質(zhì)量。料筒溫度高 ，有利于注射壓力向模具型腔內(nèi)傳遞，另外，使熔體粘度降低，提高流動性，從而改善成型性能，提高生產(chǎn)率，降低制品表面粗糙度。但料筒溫度過高，時間過長時，塑料的熱降解量增大，塑件的質(zhì)量會受到很大影響。選擇料筒溫度時，應(yīng)考 數(shù)碼相機面殼模具設(shè)計 8 慮以下幾方面的影響因素： （ 1）塑料的特性 熱塑性塑料中流動性差的塑料要適當(dāng)提高料筒溫度。 （ 2）注塑機類型 螺桿式注塑機由于螺桿轉(zhuǎn)動時的剪切作用能獲得較大的摩擦熱，促進塑料的塑化，因而料筒溫度選擇比柱塞式注塑機低 10～ 20℃ 。 （ 3）塑件及模具結(jié)構(gòu)特點 薄壁塑件的型腔比較狹窄，塑料 熔體注入時的阻力大，冷卻快。料筒溫度應(yīng)選擇高一些，反之則低一些。 料筒溫度并不是一個恒溫，而是從料斗一側(cè)開始到噴嘴為止是逐步升高的，這樣可使塑料溫度平穩(wěn)上升達到均勻塑化的目的。 噴嘴溫度 選擇噴嘴溫度時，考慮到塑料熔體與噴孔之間的摩擦熱能使熔體經(jīng)過噴嘴后出現(xiàn)很高的溫升，為防止熔體在直通式噴嘴可能發(fā)生的 ―流涎現(xiàn)象 ‖，通常噴嘴溫度略低于料筒的最高溫度。但對于熱固性塑料一般都將噴嘴溫度的取值高于料筒溫度，這樣一方面使其自身具有良好的流動性，另一方面又能接近硬化溫度的臨界值，即保證了注射成型，又有利于硬化定型 。 模具溫度 模具溫度的高低決定于塑料的結(jié)晶性、塑件的尺寸與結(jié)構(gòu)、性能要求以及其他工藝條件（熔料溫度、注射壓力及注射速度、成型周期等）。模具溫度根據(jù)不同塑料的成型條件，通過模具的冷卻（或加熱）系統(tǒng)控制。對于要求模具溫度較低的塑料，如 ABS 塑料等應(yīng)在模具上設(shè)冷卻裝置；對模具溫度要求較高的塑料，如聚碳酸脂、聚砜、聚甲醛、聚苯醚等應(yīng)在模具上設(shè)加熱系統(tǒng)。 注射成型過程中的壓力包括注射壓力、塑化壓力（即背壓）和保壓壓力。 注射壓力 注射壓力是指柱塞或螺桿軸向轉(zhuǎn)動時，其頭部對塑料熔體所施加的 壓力。它的作用：一是克服塑料熔體從料筒流向型腔時的阻力，保證一定的充模速率；二是對塑料熔體進行壓實。注射壓力的大小，取決于塑料品種、注射機類型、模具澆注系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、尺寸與表面粗糙度、模具溫度、塑件的壁厚及流程大小等多種因素。注射壓力過低，則熔體難以充滿型腔，造成熔接痕、填充不滿等缺陷；注射壓力過高，可能造成飛邊、粘模、頂白等缺陷。當(dāng)注射壓力過大而澆口較小時，熔體在型腔內(nèi)將會產(chǎn)生噴射現(xiàn)象，造成氣泡和銀絲等缺陷。 近年來，采用注塑流動模擬的計算機分析軟件，可對注射壓力進行優(yōu)化設(shè)計。確定注射壓力的原則是： 數(shù)碼相機面殼模具設(shè)計 9 （ 1）對于熱塑性塑料，注射壓力一般在 40～ 130 MPa 之間。 （ 2）對于熱固性塑料，由于熔料中填料較多，粘度較大，且在注射過程中對熔體有溫升要求，注射壓力一般要選擇大一些，常用范圍約為 100～ 170 MPa。 （ 3）在其他條件相同的情況下，柱塞式注塑機作用的注塑壓力應(yīng)比螺桿式的大，因為塑料在柱塞式注塑機料筒內(nèi)的壓力損失比螺桿式的大。 塑化壓力 塑化壓力又稱背壓，是注塑機螺桿頂部熔體在螺桿轉(zhuǎn)動后退時受到的壓力。增加塑化壓力能提高熔體溫度，并使溫度分布均勻，但增加塑化壓力會降低塑化速率、延長成型周 期，甚至可能導(dǎo)致塑料的降解。一般操作中，塑化壓力應(yīng)在保證塑件質(zhì)量的前提下越低越好，具體數(shù)值隨所選用的塑料品種而變化，通常很少超過 6 MPa。如聚酰胺塑化壓力必須較低，否則塑化速率將很快降低。注射熱固性塑料時一般塑化壓力都比熱塑性塑料取的小，約為 ～ MPa，并在螺桿啟動時可以接近于零。但要注意的是，背壓力如果過小，物料易充入空氣，使計量不準(zhǔn)確，塑化不均勻。 保壓壓力 保壓壓力和保壓時間有關(guān)，它是在熔體充滿型腔后，熔體在冷卻收縮階段，注塑機持續(xù)作用在于熔體的力。它主要影響模腔的壓力及塑料制品最終的 成型質(zhì)量。塑料制品越大或壁厚越厚，要求保壓壓力越大和保壓時間越長。保壓壓力和保壓時間不夠時，易造成制品表面產(chǎn)生收縮凹陷、內(nèi)部組織不良、力學(xué)性能變差等缺陷。 成型周期決定模具的勞動生產(chǎn)率，因此越短越好。 成型周期是指完成一次注塑工藝全過程所用的時間，包括合模時間、注射時間、保壓時間、冷卻時間、開模時間、頂出時間及其他時間（如放嵌件、噴脫模劑等）。其中保壓時間和冷卻時間占的比例最大，有時可達 80%。而保壓時間和冷卻時間在很大的程度上取決于塑件的壁厚，因此可以根據(jù)塑件的壁厚來大致估算模具的成型周期（見表 23）。 表 23 成型周期的經(jīng)驗估算法 塑件壁厚 /mm 成型周期 /s 10 15 22 28 35 數(shù)碼相機面殼模具設(shè)計 10 第三章 數(shù)碼相機面殼模具設(shè)計 注射成型機通常由注射裝置、合模裝置、液壓傳動系統(tǒng)、電器控制系統(tǒng)等組成，如圖 31 所示。注射裝置使塑料均勻地塑化成熔融狀態(tài)，并以足夠的速度和壓力將一定量的熔料注射進模具型腔。合模裝置也稱鎖模裝置，保證注射模具可靠地閉合，實現(xiàn)模具開、合動作以及頂出制件。液壓和電器 控制系統(tǒng)保證注射機按預(yù)定工藝過程 的 要求 （如 壓力 、溫 度、 速度 和時 間） 和 動作 程序 準(zhǔn)確 有效 工作 。 注塑機的分類方法有三種：按外形分，按塑化方式分、按用途分和按傳動方式分。 按外形分 可分為立式、臥式和角式三種，應(yīng)用較多的是臥式注塑機。 （ 1） 臥式注塑機 合模系統(tǒng)與注射系統(tǒng)的軸線重合，并與機器底面平行，具有機器重心低、穩(wěn)定，操作維修方便，自動化程度高，生產(chǎn)效率高等優(yōu)點；缺點是占地面積大。它是最普遍、最主要的注塑機形式。 （ 2）立式注塑機 合模系統(tǒng)與注射系統(tǒng)的軸線重合，并與機器底面垂直，具有占地面積小、模具拆裝方便安裝嵌件和活動型芯簡便可靠等優(yōu)點；缺點是重心高、不穩(wěn)定，加料較困難，不易自動化生產(chǎn)等。 （ 3）直角式注塑機 合模系統(tǒng)和注射系統(tǒng)的軸線互相垂直，具有結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點；缺點是機械傳動無法準(zhǔn)確可靠的注射和保持壓力及鎖模力，模具受沖擊和振動較大。適合生產(chǎn)形狀不對稱及使用側(cè)澆口的模具。 圖 31 注塑機的基本組成 1合模 裝置 2注射裝置 3液壓傳動系統(tǒng) 4電器控制系統(tǒng) 數(shù)碼相機面殼模具設(shè)計 11 按塑化方式分 可分為柱塞式注塑機和螺桿式注塑機。立式注射機與直角式注射機結(jié)構(gòu)為柱塞式，不宜加工流動性差、熱敏性強的塑料制品；臥 式注塑機結(jié)構(gòu)多為螺桿式，螺桿可作旋轉(zhuǎn)運動，亦可作往復(fù)運動。 按用途分 可分為通用型和專用型。 按傳動方式分 可分為機械式、液壓式和機械液壓聯(lián)合式。 注塑機的規(guī)格是指決定注射機加工能力和適用范圍的一些主要技術(shù)參數(shù)，這些參數(shù)包括注射、合模和綜合性能，如額定注射量、額定注射壓力、額定鎖模力、模具安裝尺寸及開模行程等。 注塑機型號規(guī)格目前世界上尚無統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，它是用來表示注塑機加工能力的，而反映注塑機加工能力的主要參數(shù)是公稱注射量和鎖模力。因此常用額定注射容積數(shù)量和鎖模力大小 來表示注塑機型號規(guī)格。額定注射量是指注塑機在注射螺桿（或