注塑成型工藝

1、第一章注塑成型 11.1 概述 11.2 注射成型的工藝過程 1第二章注射成型 32.1 加料 32.2 加熱塑化 32.3 注射成型 4第三章設(shè)備選型 63.1 設(shè)備選型總原則及要求 63.1.1 設(shè)備選型的原則63.1.2 設(shè)備選型的要求63.2 注塑機(jī)的選擇 7第四章 參考文獻(xiàn)8南京工業(yè)大學(xué)本科生課程設(shè)計(jì)第一章 注塑成型1.1 概述注塑是一種工業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)造型的方法。產(chǎn)品通常使用橡膠注塑和塑料注塑。注塑還可分注塑成型模壓法和壓鑄法。注射成型機(jī)（簡稱注射機(jī)或注塑機(jī)）是將熱塑性塑料或熱固性料利用塑料成型模具制成各種形狀的塑料制品的主要成型設(shè)備，注射成型是通過注塑機(jī)和模具來實(shí)現(xiàn)的。塑料注塑是塑料

2、制品的一種方法，將熔融的塑料利用壓力注進(jìn)塑料制品模具中，冷卻成型得到想要各種塑料件。有專門用于進(jìn)行注塑的機(jī)械注塑機(jī)。目前最常使用的塑料是聚苯乙烯。1.2 注射成型的工藝過程完整的注塑成型工藝過程包括成型前的準(zhǔn)備，注射成型和成型后的加工處理三個(gè)階段，歸納見圖1-1 ：塑料性能檢測丨丨切除流到貨物預(yù)熱、干燥丨制品初檢熱處理著色、造粒丨機(jī)械加工嵌件預(yù)熱、安放 注射成型丨熱處理涂脫模劑丨修飾試模丨丨裝配清洗料筒質(zhì)量檢驗(yàn)成型前準(zhǔn)備注射成型成型后的加工處理1-1 注塑成型工藝過程1.2.1 計(jì)量加料與預(yù)塑化 加料量應(yīng)等于制品的質(zhì)量與澆道內(nèi)料柱質(zhì)量之和。加料時(shí)由料斗口下端的計(jì)量裝置控制。當(dāng)注射保壓動(dòng)作完成后

3、，螺桿后退時(shí)，粒料均勻的落入機(jī)筒內(nèi)被預(yù)塑化。預(yù)塑化是當(dāng)加入機(jī)筒內(nèi)的粒料在一定溫度范圍內(nèi)被轉(zhuǎn)動(dòng)的螺桿推向機(jī)筒前端，在溫度作用下再加上螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)中的擠壓，剪切和摩擦力等綜合條件影響，原料塑化成熔融狀態(tài)，原料塑化質(zhì)量取決于螺桿的結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)速和加熱溫度。機(jī)筒的加熱溫度由加料部位開始至機(jī)筒前端逐漸提高，噴嘴部位的溫度略低于機(jī)筒的最高溫度；對于原料塑化溫度的選擇，應(yīng)依據(jù)不同塑料的性能決定。控制在原料即能均勻塑化并適合注射流動(dòng)又不分解的條件內(nèi)。而噴嘴的略低溫度是為防止注射時(shí)溫度升高原料分解和減少流延。螺桿的轉(zhuǎn)速和工藝溫度控制同等重要，對原料塑化有較大影響。在相等時(shí)間內(nèi)為提高塑化量，可提高螺桿的轉(zhuǎn)速，這時(shí)的工藝溫

4、度要降低些。如果塑化條件需高溫時(shí)，則螺桿的速度應(yīng)適當(dāng)降低，在調(diào)整變化螺桿轉(zhuǎn)速時(shí)；同時(shí)要注意某些原料對螺桿剪切速率變化的影響。對于不同塑料塑化時(shí)螺桿轉(zhuǎn)速選擇，應(yīng)在開始生產(chǎn)時(shí)，觀察原料質(zhì)量情況，逐漸提高變化。1.2.2 螺桿預(yù)塑時(shí)的背壓力螺桿預(yù)塑時(shí)的背壓力是指螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)塑化物料被推入計(jì)量腔中熔融料的壓力強(qiáng)度。這個(gè)壓力強(qiáng)度的大小與注射油缸活塞退回阻力（即回油阻力）及機(jī)筒與螺桿間原料的摩擦阻力之和有關(guān)。后者的阻力越大，熔融料的壓強(qiáng)越大，則螺桿的背壓力也相應(yīng)增大。螺桿的背壓力大，原料塑化質(zhì)量好。但功率消耗大，傳動(dòng)零件磨損加快。對于螺桿背壓力的選擇應(yīng)是在保證制件質(zhì)量的前提下越小越好。螺桿的背壓力，一般在2M

5、Pa 以下。1.2.3 注射充模注射充模程序中分兩個(gè)步驟：一個(gè)是注射過程，另一個(gè)是保壓過程。注射過程是螺桿在油缸活塞推動(dòng)下，迅速前移，推動(dòng)計(jì)量腔內(nèi)熔融料經(jīng)噴嘴進(jìn)入模具空腔的過程。為保證充模質(zhì)量，注射時(shí)應(yīng)有一定的注射壓力，這個(gè)注射壓力也是螺桿前移時(shí)對物料的推力。注射的壓力與原料的性能，模具結(jié)構(gòu)及制品形狀有關(guān)。一般控制在70160MPa 之間。注射壓力過大時(shí)，制品脫模困難。有時(shí)會(huì)出現(xiàn)制品飛邊，制品成型內(nèi)應(yīng)力較大；而較小的注射壓力，又容易使制品外形質(zhì)量差。制件不密實(shí)，收縮變形大，不同塑料制品的注射壓力在注射工藝中應(yīng)給出一定壓力范圍。保壓階段是指模腔被熔融料充滿時(shí)至流道澆口固化開始，這段時(shí)間為保壓過程

6、。所謂保壓，即把注射壓力（或稍低于此注射壓力）恒定一段時(shí)間，目的是防止注入模腔內(nèi)熔融料外溢；另一方面是為補(bǔ)充模腔內(nèi)制品成型收縮量。保壓時(shí)間和注射壓力的決定因素相同。一般在2090s 內(nèi)。第二章 注射成型注射成型在注射機(jī)上的成型操作過程包括加料、加熱塑化、加壓注射、冷卻定型和 脫模等步驟。2.1 加料為了保證塑化質(zhì)量穩(wěn)定，減小向模具型腔傳遞壓力的波動(dòng)，應(yīng)使每次加進(jìn)料筒的塑料量相等。由于料筒內(nèi)粒料區(qū)段的長度對注射壓力的損失有明顯的影響。所以對柱塞式注射機(jī)的加料量尤其要嚴(yán)格控制。螺桿式注射機(jī)一般沒有專門的計(jì)量加料裝置，螺桿在轉(zhuǎn)動(dòng)著后退的同時(shí)，即能輸送加料。加料量由螺桿后退的行程來控制。2.2 加熱塑

7、化塑化階段是指塑料在料筒內(nèi)經(jīng)加熱熔化為流動(dòng)狀態(tài)，并具有良好的可模塑性的過程。對該過程的要求是塑化質(zhì)量良好和塑化能力較高。塑化質(zhì)量主要取決于塑料在料筒內(nèi)的受熱情況和所受到的剪切作用。料筒對塑料加熱是使塑料熔融塑化的必要條件，而剪切作用則以機(jī)械力的方式強(qiáng)化混合和塑化過程。旋轉(zhuǎn)著的螺桿對塑料有較強(qiáng)的攪拌混合和清除停滯料的作用，因此螺桿式注射機(jī)的塑化質(zhì)量和塑化能力都高于柱塞式注射機(jī)。由螺桿式注射機(jī)塑化出的熔體溫度，一般都高于料筒溫度10 20 。塑化時(shí)，注射機(jī)料筒內(nèi)塑料溫度上升情況如圖2-1 所示。圖 2-1 注射機(jī)料筒內(nèi)的塑料升溫曲線螺桿式：1-剪切作用強(qiáng)烈2-剪切作用平緩柱塞式：3-靠近料筒處4-

8、料筒中心處2.3 注射成型塑化良好的塑料熔體，在螺桿的推壓作用下，由料筒經(jīng)過噴嘴和模具的澆注系統(tǒng)進(jìn)入并充滿型腔的過程，是注射成型全過程中最重要的階段。因?yàn)樗芰现破返男螤詈统叽绲韧庥^質(zhì)量，結(jié)晶、定向，內(nèi)應(yīng)力和熔接痕（指模具型腔內(nèi)兩股熔料的接合痕跡，也叫合料線）等內(nèi)在質(zhì)量在很大程度上都與這一階段的操作控制是否得當(dāng)有關(guān)。根據(jù)模具型腔內(nèi)物料壓力隨時(shí)間變化的特點(diǎn)，可將注射成型階段再劃分成以下幾個(gè)時(shí)期，見圖2-2。2-2 模腔壓力隨時(shí)間變化曲線t0-t1 引料進(jìn)模期t1-t2 充模期 t2-t3 擠壓增密期t3-t4 保壓期 t4 后倒流凝封和繼續(xù)冷卻期a.引料入模期在時(shí)間t0t1 內(nèi)，塑料在料筒中受熱塑

9、化。注射入型腔前，螺桿開始向前移動(dòng)，熔體受擠壓，并從料筒中經(jīng)噴嘴進(jìn)入模具流道。在這一很短的時(shí)間內(nèi)，向型腔輸送熔體并傳遞壓力。b.充模期到時(shí)間 t1 時(shí)，熔料開始進(jìn)入型腔，型腔內(nèi)壓力從常壓開始上升，直到t2時(shí)，型腔被充滿。t1t2 為充模時(shí)間。型腔充滿時(shí)，腔內(nèi)壓力還不足以平衡螺桿對熔體施加的壓力。為了使進(jìn)入型腔的熔體能精確地被模塑出具有型腔試樣和尺寸的制品，以及為了使制品更密實(shí)堅(jiān)強(qiáng)，有必要，也有可能在型腔充滿后再擠入一些熔體。t2t3 為擠壓增密時(shí)間。在生產(chǎn)中控制的柱塞或螺桿快速前進(jìn)的注射時(shí)間，實(shí)際上包括引料入模、充模和擠壓三部分時(shí)間。因?yàn)橐先肽：蛿D壓時(shí)間與充杖時(shí)便相比都很短，所以常把充模時(shí)間

10、視為注射時(shí)間。c.保壓期在注射成型壁較厚的制品和采用較大澆口的模具時(shí)，注射時(shí)間結(jié)束后，螺桿仍需要在前進(jìn)位置再維持施壓一段時(shí)間，即t3t4 這一段保壓時(shí)間。安排一定的保壓時(shí)間可望澆口被凝固塑料堵塞后再撤壓，以防止型腔內(nèi)的熔體流回流道中。在保壓期內(nèi)，熔體緩慢進(jìn)入型腔，以補(bǔ)充腔內(nèi)塑料因冷卻收縮造成的缺料，使制品更密實(shí)，形狀更精確。d.倒流凝封期螺桿從時(shí)間t4開始一邊旋轉(zhuǎn)一邊后移，即進(jìn)行預(yù)塑加料。這時(shí)，若型腔內(nèi)的塑料還具有一定的流動(dòng)性，而澆口處的熔體又未凝固，就會(huì)因?yàn)樾颓粌?nèi)的壓力高于流道中的壓力而出現(xiàn)倒流現(xiàn)象，使摸內(nèi)壓力很快下降。倒流將一直持續(xù)到澆口凝封為止。e.繼續(xù)冷卻期高溫熔體一進(jìn)入模具就開始冷卻

11、，但對大多數(shù)制品來說，都需要在澆口凝封后，在無外壓的情況下繼續(xù)冷卻一段時(shí)間。當(dāng)模內(nèi)塑料溫度降到其玻璃化溫度或熱變形溫度以下時(shí)，開啟模具，脫出制品。2.4 注塑成型過程見圖 2-3 ：a）塑化階段b）注塑階段c）塑件脫模1 料斗 2 螺桿傳動(dòng)裝置3 注射液壓缸4 螺桿5 加熱器6 噴嘴7 模具圖 2-3 螺桿式注射機(jī)注射成型原理11第三章 設(shè)備選型3.1 設(shè)備選型總原則及要求工藝流程設(shè)計(jì)是塑料車間設(shè)計(jì)的核心，而設(shè)備選型及計(jì)算，則是工藝流程設(shè)計(jì)的重要部分。而且塑料成型加工方法很多，設(shè)備類型也較多，所以實(shí)現(xiàn)同一工藝要求，可選用不同的成型方法和不同的成型設(shè)備。設(shè)備的選型與計(jì)算要充分考慮工藝上的要求，盡

12、量選擇先進(jìn)設(shè)備。在物料衡算和熱量衡算基礎(chǔ)上進(jìn)行設(shè)備選型及計(jì)算。以確定車間內(nèi)生產(chǎn)設(shè)備的類型，規(guī)格尺寸和臺(tái)數(shù)，并為經(jīng)濟(jì)核算和工藝布置提供條件。3.1.1 設(shè)備選型的原則設(shè)備選型的原則，應(yīng)從技術(shù)、經(jīng)濟(jì)和我國具體情況等方面考慮。設(shè)備的選擇原則如下：1 . 技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理這是設(shè)備選型的總原則。體現(xiàn)在：（ 1）所選用設(shè)備要與設(shè)計(jì)的生產(chǎn)規(guī)模相適應(yīng)（ 2）設(shè)備適應(yīng)產(chǎn)品的品種要求，確保產(chǎn)品質(zhì)量（ 3）提高連續(xù)化、大型化程度，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率（ 4）降低能源消耗，注意保護(hù)環(huán)境（ 5）設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，操作及維修保養(yǎng)方便2 .設(shè)備的可靠性3.1.2 設(shè)備選型的要求1 . 按照產(chǎn)品規(guī)格完成生產(chǎn)任務(wù)，確保生產(chǎn)質(zhì)量；2 .

13、按工藝流程購置生產(chǎn)所需設(shè)備；3 .為進(jìn)行成本核算提供依據(jù)；4 .若成套設(shè)備有定型產(chǎn)品，則購置成套設(shè)備，沒有成套設(shè)備，則選擇主機(jī)，而對輔機(jī)進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)。3.2 注塑機(jī)的選擇查閱資料，根據(jù)生產(chǎn)需求初步估算采用一模兩腔的模具。確定成型周期為90s?？蛇x擇上海塑料機(jī)械廠生產(chǎn)的XS ZY 500 注射機(jī)作為本次設(shè)計(jì)的主要設(shè)備表 4-1 XS ZY 500 注射機(jī)主要規(guī)格參數(shù)注射裝置理論注射容積/cm 3500螺桿直徑/mm65注射壓力/MPa104注射行程/mm200注射時(shí)間/s2.7螺桿轉(zhuǎn)速/(r/min)080螺桿驅(qū)動(dòng)功率/kW7.5螺桿長徑比(L/D)20噴嘴球半徑(mm)18噴嘴口直徑(mm)7

14、.5最大成型面積/cm 21000注射方式螺桿式合模裝置合模方式液壓 機(jī)械鎖模力/kN3500模板行程/mm500模具最大厚度/mm450模具最小厚度/mm300模板尺寸(mm)700× 850拉桿間距/mm540× 440其 它電動(dòng)機(jī)功率/kW22加熱功率/kW14電源電壓/V380外形尺寸/m6.5×1.5×2第四章 參考文獻(xiàn)1 屈華昌 . 塑料成型工藝與模具設(shè)計(jì). 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1996.42 申開智 . 塑料成型模具. 北京：中國輕工業(yè)出版社，2011.13 馮炳堯 .韓泰榮 . 模具設(shè)計(jì)與制造簡明手冊. 上海：上海科技出版社，1998.

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