塑料成型工艺与模具设计 教学课件 ppt 作者 杨永顺 第4章

1、普通高等教育“十二五”规划教材,杨永顺 主编,塑料成型工艺与模具设计,1,第四章 普通注射成型工艺,4.2 注射机与注射成型系统,4.3 注射成型工艺,4.1 注射成型原理,2,3,4,1）具有对塑料品种适应性强，除氟塑料外，几乎所有的热塑性塑料都可以成型； 2）可一次成型形状复杂、尺寸精确、带有金属或非金属嵌件的塑料制件； 3）生产效率高，易于实现自动化生产。,5,注射成型应用非常广泛，目前已约占塑料制件的1/3； 注射成型模具则占整个塑料模的90左右。,6,大部分热塑性塑料注射成型， 部分热固性塑料， 低发泡塑料的注射成型可以生产缓冲、隔音、隔热等性能优良的塑料制件； 是中空塑料制品制坯的重要方法。,7,注射成型的设备价格及模具制造费用较高，不适合单件及小批量塑件的生产。,8,9,注射成型系统：指注射机内用于成型动作的注射系统、合模系统以及安装在注射机上的模具。,10,11,（1）柱塞式注射机,12,特点： 1）结构简单。 2）塑化均匀性差。塑料内外层之间存在着较大的温差。 3）物料滞留严重、压力损失大，所需注射压力约为螺杆式的23倍。 只适合于小型零件的成型。,图4-2卧式螺杆式

2、注射机结构示意图 1合模油缸 2锁模机构 3动模固定板 4拉杆 5模具 6定模固定板 7喷嘴 8机筒 9加热器 10螺杆 11料斗 12液压马达 13注射油缸 14滑座 15油箱 16电动机及油泵 17机身,13,（1）螺杆式注射机,14,（2）螺杆式注射机,以加热筒和螺杆等来实现成型物料的塑化及注射。,概念,1）螺杆具有塑化及注射两种功能。 2）塑化均匀。螺杆旋转产生强烈的搅拌混合与剪切作用，物料滞留少。 3）压力损失较小，成型塑件的残余应力较小。 4）设备结构也较简单。 目前应用较广的机种。,特点,图4-3 螺杆预塑式注射机结构示意图 1预塑机筒 2单向阀 3注射机筒 4注射柱塞,15,（3）螺杆预塑式注射机,概念,以一套机筒和螺杆进行塑化，另一套机筒和柱塞进行注射。,1）塑化均匀，计量准确，压力损失小。 2）物料滞留大，结构复杂。 适合精密成型。,特点,结构特征：成型物料的注射系统与合模机构的轴线重合并与地面平行。 优点：机身较低，稳定，加料、操作及维修均较方便，且制品推出脱模后可自动坠落，易于实现机械化或自动化。 缺点：模具拆装不太方便，安放嵌件麻烦以及占地面积大。,16,（1

3、）卧式注射机,结构特征：注射系统与合模机构的轴线重合并与地面垂直。 优点：占地面积小、模具拆装较方便、安装嵌件较容易、料斗中的物料能均匀地进入机筒等。 缺点：需要人工取出制品，不易实现机械化或自动化操作。 机身高、不稳定、加料不方便、对厂房高度有一定要求等。 用于生产60 cm3以下多嵌件制品。,17,（1）立式注射机,图4-4a) 立式注射机示意图 1机身 2注射系统 3合模系统,结构特征：合模机构与注射系统的轴线相互垂直。 特点：介于前两类注射机之间。 用途：适用于生产形状不对称的塑件和使用侧浇口的模具。,18,（3）直角式注射机,图4-4 直角式注射机示意图 1机身 2注射系统 3合模系统,1）注射容量：注射机机筒内的柱塞或螺杆在一次注射行程中所能注射出的塑料的理论体积。 按照国际标准规定，注射机规格中标称的注射量，需要用定压条件（注射压力=100MPa）下的数值表示。 2）锁模力：注射机在其工作过程中，锁紧闭合模腔防止熔体向外溢出的力。锁模力的大小与注射机允许的成型面积有关。,19,1. 注射机的规格,3）其他主要参数： 塑化能力 注射速率 注射压力 4）其他技术参数： 开模行

4、程 模具定位孔直径 螺杆转速 成型面积 装模尺寸等,20,1. 注射机的规格,21,2. 注射机的型号编制标注方法,概念： 注射机工作时直接与成型物料和熔体接触的零件。 作用： 使固体成型物料均匀地塑化成熔体，并以足够的压力和速度将熔体注入模具型腔。,22,组成： 加料装置、机筒、柱塞、 分流锥、螺杆、喷嘴,也称料斗，通常为倒圆锥形或方锥形金属容器，安装在注射机的较高部位并与机筒相联。 要求： 1）有计量装置，从料斗向机筒间歇定量加料。 2）设置加热干燥装置和真空抽气装置，直接进 行干燥并抽去有害气体，还可以实现自动上料。,23,组成,（1）加料装置,用来加热熔融物料。 机筒外部设有加热和温控装置，能对机筒分段温控加热，其温度分布从料斗加料处到机筒前端喷嘴处逐渐升高。 对于柱塞式机筒，其容积约取注射量的48倍，以保证物料在机筒内有足够的停留时间并与机筒内壁有较大的接触传热面，以利于塑化。 螺杆式机筒因有螺杆在其内部旋转和推挤，传热和混合效果比柱塞式好，塑化效率高，因而容积只需要最大注射量的23倍。,24,（2）机筒,柱塞在机筒内作往复直线运动，推挤和压缩塑料熔体通过喷嘴注入模具。,25

5、,（3）柱塞,26,（4）分流锥,安装在机筒前端中心部位的一个分流零件。 作用: 加强对物料的塑化效果。,图4-6分流锥安装结构图 1喷嘴 2分流锥 3机筒,塑化原理： 熔料在经过分流锥时，被分劈成薄层，并产生收敛流动，以此缩短了机筒对物料的传热距离，提高了传热效果； 物料在分流锥与机筒的间隙中产生加速运动，剪切作用增强，从而生成一定量的摩擦热。 两方面共同作用提高了物料的塑化与均化效果。,27,（4）分流锥,通过螺杆在机筒内的旋转和轴向移动，实现对成型物料的塑化和注射等动作。 首先通过旋转将来自料斗的物料卷进机筒，并将其向前推送、压实、排气和塑化，并使塑化好的熔体逐渐汇集在螺杆头部与机筒上的喷嘴之间。 同时，在熔体的反压下不断后退，当积存的熔体达到一定的供料量后，螺杆停止转动； 当受到注射机提供的推动力时，螺杆向前做轴向运动，推挤熔体通过喷嘴注入模具，从而完成一次注射动作。,28,（5）螺杆,同时，在熔体的反压下不断后退（即螺杆承受背压），当积存的熔体达到一定的供料量后，螺杆停止转动； 当受到注射机提供的推动力时，螺杆向前做轴向运动，推挤熔体通过喷嘴注入模具，从而完成一次注射动作。,

6、29,安装在机筒前部，其内部的喷孔是连接机筒和模具的通道，起引导塑料熔体从机筒进入模具的作用。,30,（6）喷嘴,作用： （1）实现模具的开合动作； （2）注射时锁紧模具； （3）开模时推出模内塑件。,实现模具的开合动作 是注射时锁紧模具 是开模时推出模内塑件,31,合模系统的作用：,（1）合模时为模具提供可靠的锁模力，以免模具在塑料熔体的压力作用下沿分型面涨开，使制品产生飞边，影响精度。 （2）能保证模具启闭灵活、准确、迅速、安全，以及开启与闭合的瞬时要有缓冲作用。模具固定板的运动速度应在闭合时先快后慢，开启时先慢后快，以防模具及制品损坏或机器产生强烈振动，保证系统可靠工作。 （3）应有足够的模板面积、模板行程和模板间距，以适应不同形状尺寸制品的成型要求。,32,对合模系统的要求：,（1）液压式 采用大直径活塞和油缸进行模具的开合动作。 优点：运动机构简单，能够适应不同模具的闭合高度，随时都可达到最大压力并保压。 缺点：锁模力大时液压缸体积庞大，能量消耗较大，系统的刚性较差。,33,合模系统的分类：,（2）液压-机械式 以液压力驱动曲肘连杆机构进行开合模动作。 优点： 具有自锁功能；

7、 锁模刚性大，产品不易出飞边； 模具的开合时间比较短，并有缓冲作用，可以获得较佳的合模运动方式。 缺点：结构复杂，机械部分容易磨损，需要经常保养。,34,合模系统的分类：,35,图4-7 注射成型生产工艺过程图,36,（1）原料检验 成型前对原料进行外观和工艺性检验。 内容：色泽、粒度、均匀性、流动性、热稳定性、收缩率等。 （2）干燥处理 （除去水分子及挥发物 ） 作用：避免制件表面出现银丝、斑纹、气泡和物料降解。,37,（3）嵌件的预热 嵌件：为了满足装配和使用强度的要求，注射成型时镶嵌在塑料制品内部的金属件。 预热的原因：注射成型制件冷却时，制件与嵌件收缩量不一样，嵌件周围会产生较大的内应力，导致嵌件周围的强度下降或出现裂纹。 预热 温度差 内应力 （4） 料筒清理 除去残存废料,38,（5）脱模剂的选用 1）液体石蜡 用于聚酰胺（PA） 2）硬脂酸锌 用于聚酰胺以外的塑料 3）硅油 润滑效果好，但是价格较贵，使用不便。（需配甲苯溶液）,39,图4-8 注射过程,40,（1）加料 需定量加料，以保证操作稳定，塑化均匀，获得良好的塑件。 加料过多 热降解、功率损耗 加料过少 压力，难

8、于补缩，出现凹陷、空洞,41,（2）塑化 概念：指塑料在料筒内经加热达到流动状态并且具有良好的可塑性的过程。 要求： 1）达到规定的成型温度； 2）熔料各点温度应均匀一致； 3）能提供足够数量的熔融塑料。 故应视塑料的成型特性，正确选择工艺参数和设备。,42,（3）注射 指用柱塞或螺杆推动塑化后的塑料熔体充满塑料模型腔，并使熔体在压力下冷却凝固定型，直止制品脱模的全过程。 1）充模： 从柱塞或螺杆向前推进，将熔体注入并充满型腔。 时间：0t1； 压力：0P0,43,2）保压： 柱塞或螺杆继续保持施压状态，迫使浇口附近的熔体不断流入型腔。 时间：熔体填满型腔开始，直到柱塞（螺杆）开始后退为止。 t1t2； 压力：P0,44,作用： 补缩，补充因熔体冷却收缩而引起的型腔压力下降与产生的空间，从而能够形成形状完整而致密的塑件。 若保压力不足，补缩会因浇口摩擦阻力限制不易进行。 若保压时间不足，也会因倒流造成模腔压力迅速下降的现象。,45,3）倒流：型腔内熔体会朝着浇口和流道进行反方向流动。 时间：从柱塞开始后退到浇口处熔料冻结为止。 原因与结果：柱塞后退浇注系统压力熔体从型腔中倒流型腔压力塑

9、件产生收缩、变形及质地疏松 （P0Ps） 影响因素： 保压时间短倒流严重 保压时间长浇口已经冻结无倒流,46,4）冷却定型：型腔内熔体在密封状态下继续冷却，固化为塑件，同时注射机重新塑化。 时间：t3t4 随温度塑件、p 残余压力r：开模时型腔与大气压力之差称。 影响因素：P0大小及保压与冷却时间长短。 Pr对质量的影响： Pr0 脱模较困难，制品易刮伤或破裂。 Pr0 制品表面易凹陷，内部有真空泡。 Pr0 脱模容易，质量好。,47,5）脱模 在推出机构的作用下将塑件脱出模外。 原因：塑化、冷却不均匀 收缩不均匀内应力使用中变形开裂。 作用：消除内应力，改善性能，提高尺寸稳定性。,48,（1） 原因：塑化、冷却不均匀 收缩不均匀内应力使用中变形开裂。 （2） 作用：消除内应力，改善性能，提高尺寸稳定性。 （3） 方法： 退火处理 调湿处理,49,1）退火处理：制品在定温的液体介质或热空气循环烘箱中静置一段时间，然后缓慢冷却。 作用：消除因熔体塑化不均匀或冷却收缩不均匀使塑件产生的内应力。 介质：热水、动物油、甘油、乙二醇和液体石蜡等。 温度：大于使用温度1020到小于热变形温度1020。 时间：取决于塑料品种、介质温度、制件形状、壁厚和精度。,50,2）调湿处理：将刚脱模的塑件放在热水中一段时间。主要用于聚酰胺类塑料。 原因：聚酰胺类塑料脱模时，高温下接触空气容易氧化变色。 在空气中存放或使用时容易吸水膨胀，使精度下降。 作用：隔绝空气，防止对塑件的氧化，加快吸湿平衡，稳定制品尺寸。 温度：100120。,51,3. 制品后处理：,（1） 料温：指塑化温度（塑化物料的温度）和注射温度（从喷嘴注射出的熔体温度）。 料温适当时，塑化好、粘度 流动阻力 压力损失 熔体在模内流动充模条件较好。 料温太低，不利于塑化物料粘度流动成型困难、制品易出现熔接痕、表面无光泽、缺料。 料温太高，易热降解 制品性能下降。 要求：喷嘴温度略低于料筒最高温度，以防止出现“流涎”现象。,52,图4-9 料温对塑件性能的影响,53,（2）模温： 概念：和制品接触的型腔表壁的

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