1、1第三章 塑料成型工艺塑料成型工艺：塑料原料、成型设备和成型所用模具等技术方法。表 31 常用的成型加工方法与模具 序号 成型方法 成型模具 用 途1 注射成型 注射模 如电视机外壳、食品周转箱、塑料盆、桶、汽车仪表盘等2 压缩成型 压缩模如电器照明用设备零件、电话机、开关插座、塑料餐具、齿轮等3 压注成型 压注模 适用于生产小尺寸的塑件。4 挤出成型 口模 如塑料棒、管、板、薄膜、电缆护套、异形型材（扶手等）5 中空吹塑 口模、吹塑模 适用与生产中空或管状塑件，如瓶子、容器、玩具等真空成型模具6 热成型压缩空气成型模具适合生产形状简单的塑件，此方法可供选择的原料较少第一节 注射成型原理与工艺
2、 一、注射成型设备 （一）注射机的基本结构组成和工作过程1注射机的基本结构组成4532678910图 31 卧式注射机示意图1锁模液压缸 2锁模机构 3移动模板 4顶杆 5固定板 6控制台7料筒 8料斗 9定量供料装置 10注射液压缸（1）注射装置：主要作用是熔融塑化；注射；保压定型。注射装置主要由塑化部件（螺杆、料筒、喷嘴）和料斗、计量装置、传动装置、注射及移动油缸等组成。（2）合模装置：是实现模具的闭合并锁紧，以保证注射时模具可靠地合紧及脱出制品的动作。合模装置主要由前后固定板、移动模板、连接前后固定用的拉杆、合模油缸、移动油缸、连杆机构、调模装置及塑料顶出装置等组成。（3）液压传动和电气
3、控制系统：是保证注射机按工艺过程的动作程序和预定的工艺参数（压力、速2度、温度、时间等）要求准确有效地工作。液压传动系统主要由各种液压元件和回路及其它附属设备组成。电气控制系统则主要由各种电气仪表等组成。注射机工作循环的工作过程如下：（）加热、预塑化；（）合模和锁紧；（）注射装置前移；（）注射、保压；（）卸压；（）注射装置后退；（）开模、顶出塑件。（二）注射机的分类与特点1按机器外形特征可分为卧式注射机、立式注射机、角式注射机。（1）卧式注射机（2）立式注射机 （3）角式注射机 21(a) 卧式 (b) 立式 (c) 角式图 33 注射机类型1合模系统 2注射系统 2按塑料在料筒的塑化方式不同
4、可分为柱塞式注射机、螺杆式注射机 （1）柱塞式注射机（2）螺杆式注射机3按设备加工能力可分为超小型注射机、小型注射机、中型注射机和大型注射机。 4按注射机的用途可分为通用注射机和专用注射机（热固性塑料注射机、发泡塑料注射机、多色注射机等） 。（三）注射机的规格型号 国内常用的型号编制方法有机械部标准(JB248578)，是由基本型号和辅助型号两部分组成，如图34 所示。基本型号 辅助型号 设计序号 主参数类型代号组型代号；类别代号图 34 国产注射机型号表示方法型号中的第一项代表塑料机械类，以大写汉语拼音字母“S” （塑）表示；第二项代表注射成型组，以大写汉语拼音字母“z” （注）表示；第三项
5、代表区别于通用型或是专用型组，通用型者省略，专用型3也用相应的大写汉语拼音字母表示。如多模注射机以“M” （模）表示，多色注射机以“S” （色）表示，混合多色注射机以“H” （混）表示。热固性塑料注射机以“G ”（固）表示；第四项代表注射容量主参数，以阿拉伯数字表示，单位为 cm3。卧式基本型主参数前不加注代号，立式的注“L” （立） ，角式注“J”（角） 。如果是不带预塑的柱塞式注射机时在代号之前加注“Z” （柱） 。如 SZZL30 表示注射容量为30cm3 的立式柱塞式塑料注射成型机。国际上比较通用的是注射容积与合模力共同表示法，注射容积与合模力是从成型塑件重量与合模力两个主要方面表示设
6、备的加工能力， 因此比较全面合理。如 SZ63/400，即表示塑料注射机（SZ） ，理论注射容积为 63cm3，合模力为 400kN。 （四）注射机的选用和注射模的关系注射机的选用就是根据所要生产的塑件确定注射机的型号，使塑件的注射模及注射工艺等所要求的注射机的规格参数在可调的范围内，同时调整注射机的技术参数至所需要的参数。、型腔数量的确定和校核（）按注射机的额定塑化量确定型腔数量n(KM/3600 -M1)/M （31）式中 n型腔数量；K注射机额定塑化量的利用系数，一般取0.8；M注射机的额定塑化量（g/h或cm 3/h） ；T成型周期（s） ；M1浇注系统所需塑料质量或体积（g或cm 3
7、） 。M单个塑件的质量或体积（g或cm 3）（2）按注射机的最大注射量确定型腔数量n(KM p-M1)/M （32）式中 M p注射机允许的最大注射量(g/h或cm 3/h)；K注射机最大注射量的利用系数，一般取 0.8。（3）按注射机的额定锁模力确定型腔数量n(F p-PA1)/PA （33）式中 F p注射机的额定锁模力（N） ；P塑料熔体对型腔的压力（MPa） ，一般取注射压力的80；A1浇注系统在模具分型面上的投影面积（ mm2） ；A塑件在模具分型面上的投影面积（ mm2） 。2、最大注射量的校核塑件和浇注系统凝料的总质量一般要小于注射机公称注射量的80。43、注射压力的校核注射机的
8、额定注射压力应大于塑件成型所需要的注射压力：P p （34）式中: P注射机公称注射压力（MP a） ；p塑料成型时所需的注射压力（MP a） 4锁模力的校核Fp(A+A 1) （35）5安装部分的尺寸校核（1）喷嘴尺寸R=R0+(12)mmd=d 0+(0.51)mm R喷 嘴上 流 道 衬 套 0-.1Rhd L8Dra) b)图35 喷嘴和浇口套的关系（2）定位圈尺寸 h:小型模具取（810)mm大型模具取（1015)mm H9/f图36 模具的定位圈和注射机定位孔的配合（3）模具的厚度 213SkHmaxin图37 注射机动、定模固定板的间距5一般情况下，实际模具厚度HM 与注塑机允许
9、安装的最大模厚H max及最小模厚H min之间必须满足下面条件，即： HminH MH max （36）其中： Hmax= Hmin+H 式中 H M模具闭合厚度（mm） ；H min注射机允许的最小模具厚度（ mm） ；H min注射机允许的最大模具厚度（ mm） ；H注射机调节螺母的长度（ mm） 。注塑机：出现H MH min的情况，可采用加设垫板以增大H M解决合模问题。（4)模具的安装和紧固常用的安装紧固方法：一般模具重量较轻采用压板固定，模具重量较重采用螺钉固定。a） b）图38 模具的安装紧固方式6开模行程和顶出机构的校核7模具推出装置和注射机顶出装置校核二、注射成型原理、特点
10、及应用（一）注射成型原理7654321图 313 螺杆式注射机注射成型原理图 1料斗 2螺杆转动传动装置 3注射液压缸 4螺杆 5加热器 6喷嘴 7模具 a)b)c)6注射成型原理：将粒状或粉状的塑料加入注射机料筒，经加热熔融后，由注射机的螺杆高压高速推动熔融塑料通过料筒前端喷嘴，快速射入已经闭合的模具型腔(图 a)，充满型腔的熔体在受压情况下，经冷却固化而保持型腔所赋予的形状(图 b)，然后打开模具，取出获得的成型塑件(图 c)。（二）注射成型特点、应用1注射成型技术具有生产周期短，生产率高，容易实现自动化生产；2能成型外形复杂的塑件，且能保证精度；3成型各种塑料的适应性强；设备价格高，模具
11、制造费用较高，不适合单件及小批量塑件的生产。三、注射成型工艺（一）注射成型工艺过程主要有成型前的准备、注射过程和塑件的后处理三个过程： 1注射成型前的准备：主要有原材料的检验、原材料的着色、原材料的干燥、嵌件的预热、脱模剂的选用以及料筒的清洗等。（1）原料的检验和工艺性能测定 在成型前应对原料的种类、外观（色泽、粒度和均匀性等）进行检验以及流动性、热稳定性、收缩性、水分含量等方面进行测定 （2）对塑料原料进行着色 为了使成型出来的塑件更美观或要满足使用方面的要求。配色着色可采用色粉直接加入树脂法和色母粒法。 （3）预热干燥 对于吸湿性强的塑料(聚酰胺、有机玻璃、聚酞胺、聚程酗酯、聚讽等)，应根
12、据注射成型工艺允许的含水量要求进行适当的预热干燥，去除原料中过多的水分及挥发物，以防止注射时发生水降解或成型后塑件表面出现气泡和银纹等缺陷。（4）料筒的清洗通常，柱塞式料筒存料量大，又不易转动，必须将料筒拆卸清洗或采用专用料筒。而对于螺杆式注射机通常采用直接换料、对空注射法清洗。（5）嵌件的预热目的：加热嵌件，减小嵌件和塑料的温度差。 温度：一般为 110130C 。对于表面无镀层的铝合金或铜嵌件，预热温度可达 150C。（6）脱模剂的选用目的：脱模剂是使塑料制品容易从模具中脱出而喷涂在模具表面上的一种助剂。 常用的脱模剂：有硬朗酸锌、液体石蜡(白油) 和硅油等。2注射过程注射成型过程包括加料
13、、塑化、注射、保压、冷却和脱模等几个步骤。3塑件的后处理（）退火处理目的：消除残余应力，避免塑件在使用过程中产生变形或开裂。7退火的温度：一般控制在高于塑件的使用温度 10-200C 或低于塑料热变形温度 10-200C。温度不宜过高，否则塑件会产生翘曲变形；温度也不宜过低，否则达不到后处理的目的。表 35 常用热塑性塑料的热处理条件塑料名称 热处理温度（0C） 时间（h） 热处理方式ABS 70 4 烘箱110-135 4-8聚碳酸酯100-110 8-12红外灯、烘箱聚甲醛 140-145 4 红外线加热、烘箱聚酰胺 100-110 4 盐水聚甲基丙烯酸甲酯 70 4 红外线加热、烘箱聚砜
14、 110-130 4-8 红外线加热、烘箱、甘油聚对苯二甲酸丁二（醇）酯120 1-2 烘箱（）调湿处理将刚脱模的塑件（聚酰胺类）放在热水中隔绝空气，防止氧化，消除内应力，以加速达到吸湿平衡，稳定其尺寸。作用：经过调湿处理，还可以改善塑件的韧度，使冲击韧度和抗拉强度有所提高。调湿处理的温度：一般为 100120。调湿处理的时间取决于塑料的品种、塑件形状、壁厚和结晶度大小。达到调湿处理时间后，缓慢怜却至室温。 （二）注射成型工艺参数的选择注射成型最重要的工艺条件：温度、压力和作用时间。1温度 在注射成型中需要控制的温度有料筒温度、喷嘴温度和模具温度。料筒温度和喷嘴温度主要影响塑料的塑化和塑料的流
15、动性；而模具温度主要影响充满型腔和冷却固化。（1）料筒温度a）料筒温度均不能超过塑料本身的分解温度（T d） 。即料筒温度应控制在粘流温度（或熔点）与分解温度之间（T fTd 或 TmTd） 。b）平均分子质量高、分子量分布较窄、熔体粘度大时料筒温度应高些；而平均分子质量低、分布宽、熔体粘度小，料筒温度低些。c）螺杆式注射机的料筒温度可以低于柱塞式的 1020。d）对于薄壁塑件，其相应的型腔狭窄，熔体充模的阻力大、冷却快，为了提高熔体流动性，便于充满型腔，料筒温度应选择高些。相反，对于厚壁制品，料筒温度可取低一些。对于形状复杂或带有嵌件的塑件，或熔体充模流程较长，曲折较多的料筒温度也应取高一些
16、。8（2）喷嘴温度喷嘴温度通常略低于料筒最高温度，以防止熔料在喷嘴处产生“流涎”现象；但温度也不能过低，防止塑料在喷嘴凝固堵塞喷嘴或将凝料注入型腔影响塑件的质量。虽 （3）模具温度模具温度是指和塑件接触的模具型腔表壁温度，它决定了熔体的充型能力、塑件的冷却速度和成型后的塑件的内外质量等。模具温度一般是由通入定温的冷却或加热介质来控制的；对模温控制要求不严时，可以空气冷却而不用通入任何介质；在个别情况下，还有采用电阻丝和电阻加热棒对模具加热来保持模具的定温。2压力注射成型过程中的压力包括塑化压力和注射压力。 （1）塑化压力塑化压力大小影响塑料的塑化过程，塑化效果和塑化能力，在其他条件相同的情况下
17、，增加塑化压力，会提高熔体温度及温度的均匀性，有利于色料的均匀混合，有利于排除熔体中的气体。但塑化压力增大，会降低塑化速率，延长成型周期，严重时会导致塑料发生降解，一般在保证塑件质量的前提下，塑化压力越低越好，一般为 6MPa 左右，通常很少超过 20MPa。（2）注射压力注射压力是指柱塞或螺杆顶部对塑料熔体所施加的压力。其作用是注射时克服熔体流动充模过程中的流动阻力，使熔体具有一定的充模速率；充满型腔后对熔体进行压实和防止倒流。注射压力大小取决于注射机的类型、塑料的品种、模具结构、模具温度、浇注系统的结构和尺寸及塑件的形状等。在注射机上注射压力有压力表指示大小，一般在 40130MP 之间。
18、3时间（成型周期）注射成型周期指完成一次注射成型工艺过程所需的时间，它包括注射成型过程中所有的时间，成型周期直接影响到生产效率和设备利用率，注射成型周期的时间组成如表 37 所示。表 37 注射成型周期的时间组成充模时间（螺杆或柱塞前进时间）注射时间保压时间（螺杆或柱塞停留在前进位置上的时间）合模冷却时间 包括螺杆转动后退或柱塞后撤的时间总冷却时间成型周期其他时间 开模、脱模、喷涂脱模剂、安放嵌件、合模时间生产中，充模时间一般不超过 10s。注射时间中的保压时间，在整个注射时间内所占的比例较大，一般约为 20120s（厚壁塑件可达 510min） 。冷却时间一般约为 30120s。冷却时间过长
19、，不仅延长了成型周期，降低生产效率，对复杂塑件有时还会造成塑件脱模困难。 （三）注射成型对塑件质量的影响因素注射塑件的质量分为内部质量和外部质量，内部质量包括塑件内部的组织结构形态、塑件的密度、塑件的物理力学性能。外部质量就是塑件的表面质量，包括表面尺寸、表面粗糙度、和表面缺陷。9注射成型生产过程中塑件最常见的各种缺陷有水纹、缩孔、应力开裂、翘曲变形等，影响塑件质量的因素很多, 不仅取决于塑料原材料、注射机、模具结构，而且还取决于注射成型工艺参数的合理与否。表 39 列出了产生塑件缺陷的影响因素。四、注射成型新工艺 1气体(水)辅助注射成型；2模具滑动注射成型；3熔芯注射成型；4受控低压注射成
20、型；5注射-压缩成型；6剪切控制取向注射成型；7推拉注射成型；8层状注射成型；9微孔发泡注射成型。第二节 压缩成形工艺及原理一、压缩成型设备压力机是热固性塑料压缩成型的主要设备，主要作用是模具的开启或闭合以及提供成型所需的压力，有些还可以用来传递压缩过程中所需的热量及顶出塑件。压力机分为机械式和液压式两种。机械式压力机结构简单，但由于压力不准确，运动噪声大，容易磨损，只适用于一些小型设备；液压机能提供较大的压力和行程，工作压力可调，设备结构简单，操作方便，工作平稳，因此，目前所使用的大多数为液压机。液压机在锻压机械标准 ZBJ 6203090 中属于第二类，代号为“Y” ，故设备型号以 Y 字
21、母开头。液压机的工作介质主要有两种，采用乳化液作为工作介质的称之为水压机，其标称压力一般在 10000kN以上；采用油作为工作介质的称之为油压机，其标称压力一般小于 10000kN，两者统称为液压机。我国多采用油压机。 （一）液压机分类1按加压方式划分塑料成型用液压机可分为上压式液压机、下压式液压机和特种液压机。（1）上压式液压机 这种液压机的工作缸位于压机上部下部工作台固定不动（见图 314）模具在安装时，下模分别安装在滑块和工作台上，工作时，滑块带动上模下降进行压制。工作台下设有机械（手动或机动）或液压顶出系统：开模后，顶杆上升推动压缩模脱模机构而脱出塑件，该类压机一般进行半自动化工作，可
22、供各类压缩模进行批量生产时使用。由于这种液压机的装料工序可在固定的工作台亡进行，操作方便，所以应用最广。（2）下压式液压机 这种液压机工作缸压机下部，上部是固定工作台，如图 315 所示，当活塞杆上升时，带动活动工作台自下向上施压；下压式液压机因操作不便，很少用于压缩成型。（3）特种液压机 如直角式液压机、卧式液压机等。图 316 所示为一种直角式液压机的外形图。这种液压机中的主要零件用机架 3 固定垂直工作缸 1 和水平工作缸 5 互相垂直，垂直工作缸用于压制塑料，而水平工作缸用于用于模具的侧向分型抽芯，下部还设有顶出缸，用于顶出塑件。 750185426图 314 上压式框架型液压机 31
23、5 下压式立柱型液压机1机身 2工作缸 3滑块 1固定工作台 2立柱 4顶出缸 5电动机 6电气箱 3活动工作台 4活塞杆 5工作缸 10564321图 316 直角式液压机 1上压缸 2上活动板 3机架 4下活动板 5旁压缸 6下导轨 7上导轨2按机身结构分（1）立柱式液压机 液压机的上横梁与下横梁（工作台）采用立柱连接，并由锁紧螺母上下锁紧（参见图 315） ，机器稳定性好，多用于大、中型压机，常见的是四立柱结构形式。（2）框架式液压机 液压机机身为铸造整体或型钢焊接组合，一般为空心箱形结构（参见图 314） ，抗弯性能好，常用于中、小型压机。此外，塑料成型用液压机按传动形式分为泵直接传动
24、液压机（中小型液压机采用）和泵蓄能器传动液压机（中大型液压机采用） ；按操纵方式分为手动液压机、半自动液压机和全自动液压机。目前生产中的使用较多的是上压式泵直接传动、半自动和手动的立柱式或框架式液压机。 （二）液压机的结构组成液压机的结构一般由机身、操纵和动力三个基本部分组成。现以 YB32200 万能液压机为例加以介绍。图 317 为 YB32200 液压机总图。图 318 为 YB32200 液压机实物图。顶 出 杆行程70C1.5A-206?M4859X39057448图 317 YB32200 液压机总图 图 317 YB32200 液压机实物图YB32200 型液压机机身属于四立柱机身。机身由上横梁、下横梁和四根立柱组成。液压机的各个部件都安装在机身上，其中上横梁的中间孔安装工作缸，下横梁的中间孔安装顶出缸，工作台面上开有开有 T 型槽，用来安装模具。活动横梁的四个角上的孔套装在四立柱上，上方和工作缸活塞相连接，由其带动横梁上下运动。机身在液压机工作中承受全部的工作载荷。工作缸采用活塞式双作用缸，当压力油进入工作缸上腔，活塞带动横梁向下运动，其速度慢，压力
