【文章內(nèi)容簡介】 進(jìn)入溫度較低的閉合模具中，經(jīng)過一段時間的保壓冷卻以后，開啟模具便可以從模腔中脫出具有一定形狀和尺寸的塑料制件。一般分為三個階段的工作。 圖 31 注塑成型壓力 — 時間曲線 (1)物料準(zhǔn)備；成型前應(yīng)對物料的外觀色澤、顆粒情況，有無雜質(zhì)等進(jìn)行檢驗，并測試其熱穩(wěn)定性，流動性和收縮率等指標(biāo)。對于吸濕性強(qiáng)的塑料，應(yīng)根據(jù)注射成型工藝允許的含水量進(jìn)行適當(dāng)?shù)念A(yù)熱干燥，若有嵌件，還要知道嵌件的 熱膨脹系數(shù)，對模具進(jìn)行適當(dāng)?shù)念A(yù)熱，以避免收縮應(yīng)力和裂紋，有的塑料制品還需要選用脫模劑，以利于 脫模。 (2)注塑過程；塑料在料筒內(nèi)經(jīng)過加熱達(dá)到流動狀態(tài)后，進(jìn)入模腔內(nèi)的流動可分為注射，保壓，倒流和冷卻四個階段，注塑過程可以用如圖所示 。圖中 T0 代表螺桿或柱塞開始注射熔體的時刻；當(dāng)模腔充滿熔體（ T=T1）時，熔體壓力迅速上升，達(dá)到最大值 P0。從時間 T1到 T2，塑料仍處于螺桿（或柱塞）的壓力下，熔體會繼續(xù)流入模腔內(nèi)以彌補(bǔ)因冷卻收縮而產(chǎn)生的空隙。由于塑料仍在流動，而溫度又在不斷下降，定向分子（分子鏈的一端在模腔壁固化，另一端沿流動方向排列）容易被凝結(jié)，所以這一階段是大分子定向形成的主要階段。這一階 段的時間越長，分子定向的程度越高。從螺桿開始后退到結(jié)束（時間從 T2到 T3），由于模腔內(nèi)的壓力比流道內(nèi)高，會發(fā)生熔體倒流，從而使模腔內(nèi)的壓力迅速下降。倒流一直進(jìn)行到澆口處熔體凝結(jié)時為止。其中，塑料凝結(jié)時的壓力和溫度是決定塑料制件平均收縮率的重要因素。 (3)制件后處理；由于成型過程中塑料熔體在溫度和壓力下的變形流動非常復(fù)雜，再加上流動前塑化不均勻以及充模后冷卻速度不同，制件內(nèi)經(jīng)常出現(xiàn)不均勻的結(jié)晶、取向和收縮，導(dǎo)致制件內(nèi)產(chǎn)生相應(yīng)的結(jié)晶、取向和收縮應(yīng)力，脫模后除引起時效變形外，還會使制件的力學(xué)性能，光學(xué)性能及表觀 質(zhì)量變壞，嚴(yán)重時會開裂。故有的塑件需要進(jìn)行后處理，常用的后處理方法有退火和調(diào)濕兩種。 退火是為了消除或降低制件成型后的殘余應(yīng)力，此外，退火還可以對制件進(jìn)行解除取向，并降低制件硬度和提高韌性，溫度一般在塑件使用溫度以上的 10~20度至熱變形溫度以下 10~20度之間；調(diào)濕處理是一種調(diào)整制件含水量的后處理工序，主要用于吸濕性很強(qiáng)、而且又容易氧化的聚酰胺等塑料制件 .調(diào)濕處理所用的加熱介質(zhì)一般為沸水或醋酸鉀溶液（沸點為 121℃ ，加熱溫度為 100～ 121℃ ，保溫時間與制件厚度有關(guān)，通常取 2～ 9小時。 注塑成型工 藝條件 (1)溫度；注塑成型過程中需要控制的溫度有料筒溫度，噴嘴溫度和模具溫度等。噴嘴溫度通常略微低于料筒的最高溫度，以防止熔料在直通式噴嘴口發(fā)生 “ 流涎現(xiàn)象 ” ；模具溫度一般通過冷卻系統(tǒng)來控制；為了保證制件有較高的形狀和尺寸精度，應(yīng)避免制件脫模后發(fā)生較大的翹曲變形，模具溫度必須低于塑料的熱變形溫度。 PS料與溫度的經(jīng)驗數(shù)據(jù)如表 31所示。 表 31 溫度的經(jīng)驗數(shù)據(jù) 料筒溫度 /℃ 噴嘴溫度 /℃ 模具溫度 /℃ 熱變形溫度 /℃ 后段 中段 前段 150~210 170~230 190~250 240~250 5~75 65~96 —— (2)壓力；注射成型過程中的壓力包括注射壓力，保壓力和背壓力。注射壓力用以克服熔體從料筒向型腔流動的阻力，提供充模速度及對熔料進(jìn)行壓實等。保壓力的大小取決于模具對熔體的靜水壓力，與制件的形狀，壁厚及材料有關(guān)。對于像 PS流動性好的料，保壓力應(yīng)該小些，以避免產(chǎn)生飛邊，保壓力可取略低于注射壓力。背壓力是指注塑機(jī)螺桿頂部的熔體在螺桿轉(zhuǎn)動后退時所受到的壓力，背壓力除了可驅(qū)除物料中的空氣，提高熔體密實程度之外，還可以使熔體內(nèi)壓力增大，螺桿后退速度減小，塑 化時的剪切作用增強(qiáng)，摩擦熱量增大，塑化效果提高，根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗，背壓的使用范圍約為 ~。 (3)時間；完成一次注塑成型過程所需要的時間稱為成型周期。包括注 射時間，保壓時間，冷卻時間，其他時間（開模，脫模，涂脫磨劑，安放嵌件和閉模等），在保證塑件質(zhì)量的前提下盡量減小成型周期的各段時間，以提高生產(chǎn)率，其中，最重要的是注射時間和冷卻時間，在實際生產(chǎn)中注射時間一般為 3~5秒，保壓時間一般為 20~120秒，冷卻時間一般為 30~120秒（這三個時間都是根據(jù)塑件的質(zhì)量來決定的，質(zhì)量越大則相應(yīng)的時間越長） 。確定成型周期的經(jīng)驗數(shù)值如表 32所示。 表 32 成型周期與壁厚關(guān)系 制件壁厚 /mm 成型周期 / s 制件壁厚 / mm 成型周期 / s 10 35 15 45 22 65 28 85 經(jīng)過上面的經(jīng)驗數(shù)據(jù)和推薦值，可以初步確定成型工藝參數(shù)，因為各個推薦值有差別，而且有的與實際注塑成型時的參數(shù)設(shè)置也不一致，結(jié)合兩者的合理因素，初定制品成型工藝參數(shù)如表 33所示。 表 33 制品成型工藝參數(shù)初步確定 特性 內(nèi)容 特性 內(nèi)容 注 塑機(jī)類型 螺桿式 螺桿轉(zhuǎn)速（ r/min） 48 噴嘴形式 直通式 模具溫度 50 噴嘴溫度 (℃) 230 后段溫度 (℃) 150~210 中段溫度 (℃) 170~230 前段溫度 (℃) 190~250 注射壓力 MPa 90 保壓力 MPa 80 注射時間 s 保壓時間 s 5 冷卻時間 s 20 其他時間 s 3 成型周期 s 30 成型收縮 (%) 干燥溫度 (℃) 60~80 干燥時間 (℃) 1~3 后處理溫度 70℃ ，保溫時間 2小時。 注塑機(jī)簡介 1956年制造出世界上第一臺往復(fù)螺桿式注塑機(jī) ,這是注塑成型工藝技術(shù)的一大突破 ,目前注塑機(jī)加工的塑料量是塑料產(chǎn)量的 30%。注塑機(jī)的產(chǎn)量占整個塑料機(jī)械產(chǎn)量的 50%.成為塑料成型設(shè)備制造業(yè)中增長最快 ,產(chǎn)量最多的機(jī)種之一 . 注塑機(jī)的分類方式很多 ,目前尚未形成完全統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的分類方法 .常用的說法有 : ① 按設(shè)備外形特征分類 :臥式 ,立式 ,直角式 ,多工位注塑機(jī)； ② 按加工能力分類 :超小型 ,小型 ,中型 ,大型和超大型注塑機(jī)。 此外還有按用途分類和按合模裝置的特征分類 ,但日常生活中用的較少。 注塑機(jī)基本參數(shù) 注塑機(jī)的主 要參數(shù)有公稱注射量 ,注射壓力 ,注射速度 ,塑化能力 ,鎖模力 ,合模裝置的基本尺寸 ,開合模速度 ,空循環(huán)時間等 .這些參數(shù)是設(shè)計 ,制造 ,購買和使用注塑機(jī)的主要依據(jù) . ① 公稱注塑量；指在對空注射的情況下 ,注射螺桿或柱塞做一次最大注射行程時 ,注射裝 置所能達(dá)到的最大注射量 ,反映了注塑機(jī)的加工能力 . ② 注射壓力；為了克服熔料流經(jīng)噴嘴 ,澆道和型腔時的流動阻力 ,螺桿 (或柱塞 )對熔料必須施加足夠的壓力 ,我們將這種壓力稱為注射壓力 . ③ 注射速率；為了使熔料及時充滿型腔 ,除了必須有足夠的注射壓力外 ,熔料還必須有一定的流動速率 ,描述這一參數(shù)的為注射速率或注射時間或注射速度 . 常用的注射速率如表 34所示。 表 34 注射量與注射時間的關(guān)系 注射量 /CM 125 250 500 1000 2021 4000 6000 10000 注射速率 /CM/S 125 200 333 570 890 1330 1600 2021 注射時間 /S 1 3 5 ④ 塑化能力；單位時間內(nèi)所能塑化的物料量 .塑化能力應(yīng)與注塑機(jī)的整個成型周期配合協(xié)調(diào) ,若塑化能力高而機(jī)器的空循環(huán)時間長 ,則不能發(fā)揮塑化裝置的能力 ,反之則會加長成型周期 . ⑤ 鎖模力；注塑機(jī)的合模機(jī)構(gòu)對模具所能施加的最大夾緊力 ,在此力的作用下模具不應(yīng)被熔融的塑料所頂開 . ⑥ 合模裝置的基本尺寸；包括模板尺寸 ,拉桿空間 ,模板間最大開距 ,動模板的行程 ,模具最大厚度與最小厚度等 .這些參數(shù)規(guī)定了機(jī)器加工制件所使用的模具尺寸范 圍 . ⑦ 開合模速度；為使模具閉合時平穩(wěn) ,以及開模 ,推出制件時不使塑料制件損壞 ,要求模板在整個行程中的速度要合理 ,即合模時從快到慢 ,開模時由慢到快在到停 . ⑧ 空循環(huán)時間；在沒有塑化 ,注射保壓 ,冷卻 ,取出制件等動作的情況下 ,完成一次循環(huán)所需的時間 . ① 由公稱注射量選定注射機(jī) 由注射量選定注射機(jī) .由 PRO/E建模分析得（材料密度取 ρ=） : 總體積 V=； 總質(zhì)量 M=； 流道凝料 V’= ( 流道凝料的體積 (質(zhì)量 )是個未知數(shù) ,根據(jù)手冊取 ()來估算 ,塑件越大則比例可以取的越小 )； 實際注射量為 :V 實 =179。= cm 3； 實際注射質(zhì)量為 M 實 ==179。= ； 根據(jù)實際注射量應(yīng)小于 , 即： 公 ≧ V 實 (3— 1) V 公 = V 實 /=247。= cm 3 ② 一次成型的塑料重量（塑件與流道凝料之和）應(yīng)在注塑機(jī)理論注射量的 10%80%之間；既能保證制品質(zhì)量，又可充分發(fā)揮設(shè)備的能力，則選 50%80%為最佳。 ③ 塑件的形狀較復(fù)雜，壁 厚不均，也無特別高的精度要求，但是塑件的材料為 PS，粘度為中等，一般選用的壓力為 100140Mpa， 查 [2]， PS的注射壓力在 60100Mpa，塑件的結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，取 P=80Mpa ① 塑件的投影面積計算 A== cm2 ② 型腔的壓力計算 P 腔 =2/3179。P= ③ 鎖模力的計算 F=AP 腔 ==22X104N 根據(jù)計算，查表 [2] 初選柱塞式注射機(jī) ： XSZ60 擇 (1) 模具閉合高度的校核 安裝模具的高度應(yīng)滿足： Hmin＜ H＜ Hmax 設(shè)計模具高度為 H總 =237mm 由于 XSZ60型注射機(jī)所允許模具的最小厚度為 Hmin70mm，最大厚度為 Hmax200mm,所以，模具閉合高度不能滿足安裝要求。 改選 XSZY125型，最大裝模高度 Hmax=300mm，最小裝模高度 Hmin=200mm H總 =237mm介于二者之間，滿足模具厚度安裝要求 (2) 注塑機(jī)的有關(guān)參數(shù) 表 35 XYZY125型注塑機(jī)的主要參數(shù) 注塑機(jī)型號 XSZY125 額定注射量 125cm3 螺桿（柱塞）直徑 42mm 注射壓力 120Mpa 注射行程 115mm 注射方式 螺桿式 鎖模力 900KN 最大成型面積 320cm2 最大開合模行程 300mm 模具最大厚度 300mm 模具最小厚度 200mm 噴嘴圓弧半徑 R12mm 噴嘴孔直徑 Φ4 mm 頂出形式 兩側(cè)設(shè)有頂桿，機(jī)械頂出 動、定模固定板尺寸 428X458mm 拉桿空間 260X290mm 合模方式 液壓、機(jī)械 液壓泵 流量 100、 12L/min 壓力 電動機(jī)功率 11KW 加熱功率 5 KW 機(jī)器外形尺寸 3340X750X1550mm .5模具開模行程校核 模具開模行程應(yīng)滿足： SmSZ p 其中： Sz為最大開模行程，查注射機(jī) XSZY125型 Sz=300mm， Sm為模具的開模行程； Sm=塑件的高度 +澆注系統(tǒng) 的高度 +頂件的頂出高度 +（ 510） mm =15+50+20+7=92mm 可見 Sm 根據(jù)以上計算，澆注系統(tǒng)的體積為 V型 = (1)最大注射量的校核計算 校核式： ()V公 ≥V 型 其中： V型 = cm3 () V公 ==100 cm3 可見滿足校核式，即所設(shè)計模具注射量滿足 XSZY125 最大注射量要求。 (2)注射機(jī)壓力的校核 P機(jī) ≥P 塑 P機(jī) —— 注射機(jī)的最大注射壓力， Mpa或 N/cm3 P塑 —— 成型塑件所需 的注射壓力， Mpa或 N/cm3 一般 PS取 100～ 140Mpa， XSZY125注射機(jī)的最大注射壓力 P機(jī) =150Mpa，可見XSZY125注射機(jī)滿足 PS注射壓力的要求。 綜合驗證， XSZY125型注射機(jī)完全能滿足此模具的注射要求蓋注塑模的結(jié)構(gòu)設(shè)計 第四章 模具設(shè)計 塑料配方說明 塑料配方設(shè)計是塑料制品成型加工中在加工設(shè)備和工藝參數(shù)確定之后所必須進(jìn)行的重要環(huán)節(jié) ,設(shè)計水平的高低直接關(guān)系到塑料制品的最終使用性能的優(yōu)劣 ,也是應(yīng)用現(xiàn)代技術(shù)對塑料進(jìn)行改性的過程 ,其技術(shù)含量極高 .一個成功配方的產(chǎn)生是 多年實踐經(jīng)驗與應(yīng)用高新技術(shù)的結(jié)局 .塑料是以高分子聚合物為主要成分 ,加入一定量添加劑而組成的一種混合物 ,添加劑是由一系列為改變塑料的某些性能而添加的混合物 ,通常為填充劑 ,增塑劑 ,穩(wěn)定劑 ,潤滑劑 ,著色劑等 .根據(jù) PS的特性及使用性能要求 ,配方中應(yīng)含有以下添加劑 . 填充劑 —— 玻璃微珠； PS成型后易產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力 ,添加玻璃微珠使塑料的流動性好 ,殘余內(nèi)應(yīng)力分布均勻 ,使光的漫反射率為 80%~88%。 增韌劑 —— SBS,ABS,EPR； PS的沖擊性能很差 ,是一種十分脆的材料 ,增韌改性是必須的。 光穩(wěn)定劑 —— 氧化鋅；塑料制品在日 光或強(qiáng)熒光下，由于吸收紫外光的能量，引發(fā)氧化反應(yīng)，導(dǎo)致聚合物降解，使制品的外觀或內(nèi)在性能變壞，這一過程稱為光氧化或光老化。 潤滑劑 —— 硬脂酸及其鹽類；對塑料的表面去潤滑作用 ,防止塑料在成型加工時黏模 ,同時提高塑料制品表面光潔度。 著色劑 —— 粉紅色；在塑料制品中，需要著色的大約占 80%左右，著色的目的有 1：增加制品美感，以吸引消費者的購買欲望 2：提高產(chǎn)品的耐候性，主要是通過著色劑防紫外線功能而實