幾種注塑成型技術要點

1、河南機電高等?？茖W校先進制造技術課程論文論文題目：幾種注塑成型技術、技術特點、應用情況分析研究系 部： 機 械 工 程 系專業(yè)：機械制造與自動化班級：機制 113學生姓名學 號： 110114311指導教師：2013 年 10 月 10 日19緒論隨著塑料工業(yè)的迅速發(fā)展，塑料成型設備也得以相應的發(fā)展，塑料成型加工的方法很多，其中注射成型是最重要的成型方法之一，注塑成型占塑料制品占總量的30%以上。注射成型是使熱塑性或熱固性模塑料先在加熱機筒中均勻塑化。而后由柱塞或移動螺桿推擠到閉合模具的模腔中成型的一種方法。注塑成型具有一次能成型形狀復雜，尺寸精度高和帶有金屬嵌件等特點。第一章注塑成型技術介紹

2、1.1 引 言注塑成型即成注射成型或者注射模塑，使熱塑性塑料的一 種重要成型方法。迄今為止除氟塑料外，幾乎所有的熱塑性 塑料都可以采用此成型方法；它的特點是生產(chǎn)周期快、適應 性強、生產(chǎn)效率高自動化高，因此可以廣泛的應用與塑料制 品的生產(chǎn)中。從塑料產(chǎn)品的形狀來看。除了管、棒、板等型 材不能采用此方法生產(chǎn)外、其他都可以用此方法成型；它所 生 產(chǎn) 的 產(chǎn) 品 占 目 前 塑 料 制 品 生 產(chǎn) 的 20%30%。1. 1. 1 注 塑 成 型 技 術 的 發(fā) 展近 年 來 無 論 在 注 塑 理 論 和 實 踐 方 面 ，還 是 在 注 塑 工 藝 和 成 型 設備方面都有較深的研究和進展。注塑時，

3、首先遇到的是注塑的可成型性，這是衡量塑料能否 快 速 和容 易地 成 型 出 合 乎質(zhì) 量 要 求 的 品。并 希 望能 在滿 足 質(zhì) 量 要 求的前提下，以最短注塑周期進行高效率生產(chǎn)。不同的高分子材料對其加工的工藝條件及設備的感性別很大，材 料 性和 工 藝 條 件 將 最終 影 響 塑 料制 品 的 理 機械 性 能 ，因 此全面了 解 注塑 周 期 內(nèi) 的 工 作程 序 ，搞 清可 成 型 性 和成 型 工 藝 條 件及各種因素的相互作用和影響，對注塑加工有重要意義。在對充模壓力的影響實驗表明：高聚物的非牛頓特性越強， 則需要的壓越低；結晶型比非結晶型高聚物制品有更大的收收 縮，在相變中

4、比容變化較大。在對注塑過程中大分子取向的機理研究證明聚合物熔體受剪 切 變 形 時 ，大 分 子 由 無 規(guī) 卷 曲 狀 態(tài) 解 開 ，并 向 流 動 方 向 延 伸 和有規(guī)則的排列，如果熔體很快冷卻 到相變 溫 度以 下，則大分子沒有 足 夠的 時間 松 和 恢 復 到它 原 來 的 無 規(guī)則 卷曲 的 構 象 程 度，這 時 的聚合物就要處于凍結取向狀態(tài)，這種凍 結 取向 使注塑制品在雙折射熱傳導以及力學性質(zhì)方面顯示 出各向 導 性。由于流變學和聚合 物 凝固 過程 的 形 變 原 因，制 品 取向 可 能 在 一 個方 向占 優(yōu) 勢 形 成 單軸取向，也可能在兩個方向上占 優(yōu)勢，形成雙軸

5、取向。雙軸 取向會使制品得到綜合的機械特性，所以在注塑制品中總希望得 到雙軸取向制品。而在紆維抽絲過程中卻希望得到單軸取向。對于取向分布的試驗表明：取向最大是發(fā)生在距離制件表 面20%的 厚 度 處 ， 發(fā) 現(xiàn) 取 向 程 度 隨 熔 體 溫 度 與 模 溫 減 小 而 增 加 ， 而 提高注射壓力或延長注射時間會增加制品的取向程度。對聚苯乙烯試樣表明：拉伸強度在平行取向方向上隨取向 度增加而提高，在垂直方向上則下降。對聚甲醛的觀察表明：注射時間的加長會使過渡晶區(qū)的厚 度增加，注射壓力的提高會使制品斷裂伸長加大。測試表明：注塑的殘余應力與應變對制品質(zhì)量有著重要影響，一般注塑制品有三種殘余應變形

6、式；A伴 隨熱 應力而產(chǎn) 生 的應變，B與分子凍結取向相關的殘余應變， C形體 應變，對 一 般塑料而言注射壓力的增加會增加制品中的殘 余 應力 ，而對ABS 不十分明顯。對于制件拉伸特點的分布研究表明：一般聚合物的密度增 加會提高拉伸強度，斷裂伸長率和硬度，使沖擊強度降低。綜上所述，如何能把這些理論應用到生產(chǎn)實踐中去，改善工 藝 過 程 中 的 控 制 以 減 少 材 料 ，勞 動 量 ，達 到 縮 短 周 期 和 減 少 廢 品的目的。1. 2注 塑 成 型 工 藝 流 程注塑成型過程一般包括加料、塑化、注射、冷卻和脫模 幾個步驟。由于注射成型是一種間歇過程，因此保持定量加 料，以保證操作

7、穩(wěn)定、塑料均勻最終獲得良好制品。加料過 多、受熱時間過長等容易引起物料的熱降解，同時注塑機的 功率損耗增加；加料過少時，料桶內(nèi)缺少傳遞介質(zhì)，模腔內(nèi) 塑料熔體壓力降低，難于補塑，容易引起制品出現(xiàn)收縮、凹 陷、空洞等缺陷。加入的塑料在料筒中加熱，由固體粒子轉 變?yōu)槿垠w，經(jīng)過混合和塑化后，塑化好的熔體被柱塞或螺桿 推 到 塑 料 桶 前 端 ；經(jīng) 過 噴 嘴 、模 具 澆 注 系 統(tǒng) 進 入 并 填 滿 型 腔 ， 這 一 階 段 稱 為 “ 充 模 ”。 在 模 具 中 熔 體 冷 卻 收 縮 時 ， 繼 續(xù) 保 持施壓狀態(tài)的柱塞或螺桿，迫使?jié)部诤蛧娮旄浇娜垠w不斷 補充入模中。使模腔中的塑料能形

8、成完整而致密的的制品， 這 一 階 段 稱 為 “ 保 壓 ”。 當 澆 注 系 統(tǒng) 中 的 塑 料 硬 化 后 ， 繼 續(xù) 保壓以不再需要，因此可退回柱塞和螺桿，并加入新料；卸 除料桶內(nèi)塑料中的壓力，同時并通入冷水、油或空氣等冷卻 介 質(zhì) ， 對 模 具 進 行 進 一 步 冷 卻 ； 這 一 階 段 稱 為 “ 冷 卻 ”。 實 際上冷卻過程從塑料從注射入模腔就開始了，它包括從充模 完 成 ，保 壓 到 脫 模 前 這 一 段 時 間 。制 品 冷 卻 到 所 需 的 溫 度 后 ， 就可以人工或機械方式脫模。所以注塑過程通常由塑化、沖 模、保壓、冷卻和脫模等五個工序組成。1. 3注 塑

9、成 型 設 備注塑成型機是注塑成型的主要設備；注塑機的類型和規(guī) 格很多，目前其規(guī)格已經(jīng)統(tǒng)一，以用注塑機一次所能注射 的 聚 苯 乙 烯 ?？?為 標 準 。但 對 于 其 分 類 還 沒 有 統(tǒng) 一 的 意 見 。 有按外形特征分類的，分為立式、臥式、旋轉式；也有按塑 料在料筒中的塑化方式分類的；也有按結構分類的，分為主 賽事和螺桿式。目前多采用按結構特征來區(qū)分，并適當考慮 外形。所 以可 分為 柱 塞 式 和 螺 桿 式兩 類 。 最 大 注 射 量 在 60克以下的 注塑 機通 常 為 柱 塞 式 ， 60可 以 上 的 多 數(shù) 為 移 動 螺 桿式。 注塑機主要有注射系統(tǒng)、鎖模系統(tǒng)、模具

10、三部分組成。1. 4注 塑 成 型 工 藝 的 主 要 影 響 因 素1. 4. 1 料 溫塑料的溫度是由料筒控制的，多以料筒溫度關系到塑料塑化質(zhì)量。選定料筒的溫度是，主要著眼于保證塑料塑化 好，能順利實現(xiàn)注射而又不一起塑料局部降解等。1. 4. 2 模 具 溫 度塑料充模后在模腔中冷卻 的溫度影響物料熔體充滿時的 性能。模具的溫度實際上決定 具溫度是有冷卻介質(zhì)控制的！1. 4. 3 注 射 壓 力注射壓力推動塑料熔體向 而成形，所以它是塑料充滿和 個 方 面 的 作 用 ：（1） 推 動 料 筒料混合和塑化，柱塞必須提供 筒和噴嘴中流動是所引起的阻 克服澆注系統(tǒng)和型腔對塑料的 的充模速度及流

11、動長度，使塑 保壓階段注射壓力能壓實模腔 產(chǎn)生的收縮進行補料，時從不 融為一體，從而使制品保持形1. 4. 4 注 射 周 期 和 注 射 速 度僵化而得到所需的形狀。模具 流動行為，并影響塑料制品的 了塑料熔體體的冷卻速度，模料筒前端流動，塑料充滿模腔 成型的重要因素。它主要有三 中塑料箱前端移動，同時使塑 克服固體塑料粒子和熔體在料 力；（ 2）充模階段注射壓力 應流動阻力，并使塑料獲得足夠 料在 冷 卻前能充滿型腔；（3）中的塑料，并對塑料因冷卻而 同方向先后進入模腔中的塑料 狀精確，獲得所需要的性能。完成一次注射成型所需的時間稱注射周期。它由注射、 保壓時間、冷卻和加料時間以及開模、輔

12、助作業(yè)和閉模時間 組成。注射速度常用單位時間內(nèi)柱塞移動的距離表示，有時也 用重量或容積流率表示；注射速度主要影響塑料熔體在模腔流動的行為，并影響模腔內(nèi)壓力、溫度以及制品的性能第二章注塑成形的特點與研究概況2. 1 氣 體 輔 助 注 射氣體輔助注射成型是從注射成型發(fā)展而來的。這一工藝 克服了注射成型的一個重要的缺限：縮痕。由于塑料固有的絕緣性， 部件腔壁的冷卻速度不均勻，導致了縮痕的產(chǎn)生。氣體輔 助射 出成型的 工作 原理 是通 過“欠料 注射法”將 樹脂注入模腔中，接著將氣體注入熔化的樹脂。由于低壓高 溫度，氣體能夠沿阻力最小的路徑進入鑄件的各個部分。當 氣體穿過成型件時，它會將壁厚部分的樹

13、脂熔液均勻地推向 鑄件的其他部分。氣輔設備包括氣輔控制單元和氮氣發(fā)生裝置。它是獨立 于注塑機外的另一套系統(tǒng)，其與注塑機的唯一接口是注射信號連接線。注塑機將一個注射信號注 射開始或螺桿位置傳遞給氣輔控制單元之后，便開始一個注 氣過程，等下一個注射過程開始時給出另一個注射信號，開 始另一個循環(huán)，如此反復進行。氣 輔 注 塑 所 使 用 的 氣 體必須是 隋性 氣 體 （ 通常 為 氮 氣 ），氣 體 最 高 壓 力 為 35MPa，特殊者 可達 70MPa，氮 氣 純 度 98。氣輔控制單元是控制注氣時間和注氣壓力的裝置，它具 有多組氣路設計，可同時控制多臺注塑機的氣輔生產(chǎn)，氣輔 控制單元設有氣體

14、回收功能，盡可能降低氣體耗用量。今后 氣輔設備的發(fā)展趨勢是將氣輔控制單元內(nèi)置于注塑機內(nèi)，作 為 注塑機的一項新功 能。 氣 輔 注 塑 是 采用 所 謂的“短 射”方法 ， 即 先 在 模 腔 內(nèi) 注 入 一 定 量 的 料 （ 通 常 為 滿 射 時 的 70 95） ，然后再注入 氣 體， 實 現(xiàn) 全 充 滿過程 。熔膠 注 射量 與模具氣道大小及模腔結構關系最大。氣道截面越大，氣體越 易 穿透 ，掏空率越 高 ，適 宜 于 采 用 較 大的 “ 短射率 ”。這 時如果使用過多料量，則很容易發(fā)生熔料堆積，料多的地方會 出現(xiàn)縮痕。如果料太少，則會導致吹穿如果氣道與流料方向完全一致，那么最有利

15、于氣體的穿 透，氣道的掏空率最大。因此在模具設計時盡可能將氣道與 流料方向保持一致2. 2 粉 末 冶 金粉末冶金是最早用來制造金屬基復合材料的方法，早在 1961年 Kopenaal等 人 就 利 用粉 末 冶金 制 造纖維體積含量為20 %到40 %的 碳 鋁 復合 材 料 ， 但由 于 性能 很 低，也無有效措施加以提高，這種反方法已不再用來制造長纖維增強復合財 力，而主要用來制造顆?；蚓ы氃鰪娊饘倩鶑秃喜牧?。3. 2. 1 金 屬 粉 末 工 藝 流 程 圖顆粒（晶須）合金粉末粉末冶金法制造金屬基復合材料的工藝流程圖常 規(guī) 的 粉 末 冶 金 的 工 藝 流 程 事 先 將 混 合 粉

16、 末 冷 壓 成 型 ,在 經(jīng) 過 燒 結 完 成 復 合 ,其 特 點 是 設 備 要 求 相 對 較 低 ,便 于 大 批 生 產(chǎn) ,制 品 的 致 密 程 度 較 低 、空 隙 率 較 高 ，性 能 較 低 ，對 于 力 學 性 能 要 求 較 高 的 零 件 ，通 常 采 用 擠 壓 、軋 制 、鍛 壓 等 二 次 成 型 手 段 進 行 致 密 處 理 。但 對 于 有 潤 滑 的 耐 磨 零 件 ，適 當 的 空 隙 存 在 對 連 續(xù) 油 膜 的形成、減少摩擦系數(shù)有利，則無需進行致密處理。常用機械粉碎、霧化、物理化學法制取粉末。制取的粉末經(jīng)過 篩分 與混 合，混 料 均勻 并 加

17、 入 適 當?shù)?增塑 劑 ，再進 行壓 制 成 型，粉粒間的原子通過固相 擴散 和機械咬 合作 用，使制件結 合為具有一 定 強 度 的 整 體 。 壓 力 越 大 則 制 件 密 度 越 大 ，強 度 相 應 增 加 。有 時為減小壓力合增加制件密度，也可采用熱等靜壓成型的方法將壓制成型的制件放置在采用還原性氣氛的閉式爐中進行燒結，燒 結溫 度約為基 體金屬 熔 點的2/33/4倍 。由 于高溫下不同種類原子的擴散，粉末表 面 氧化物的被還 原以及變形粉末的再結晶，使粉 末顆粒相 互結合 ，提高 了粉末冶 金制 品的 強度，并獲得 與 一 般 合 金 相 似 的 組 織 。經(jīng) 燒 結 后 的

18、 制 件 中 ，仍 然 存 在 一 些 微 小的孔隙，屬于多孔性材料。一 般 情 況 下 ，燒 結 好 的 制 件 能 夠 達 到 所 需 性 能 ，可 直 接 使 用 。但有時 還需 進行必要的 后處 理。如 精壓處理，可提高 制件的密度和尺寸 形狀 精度；對鐵 基粉 末冶金 制件進行淬火 、表面淬火等處理可改善其機械性能；為達 到潤滑或耐蝕目的而進行浸油或浸漬其它液態(tài)潤滑劑；將低熔點金屬滲入制件孔隙中去的熔滲處理， 可提高制件的強度、硬度、可塑性或沖擊韌性等。4. 2.2 粉末冶金的應用1、 、 在汽車行業(yè)的應用。據(jù) 文獻報 道，2003年， 北美粉末冶金機械零件在轎車中的使 用 為 12

19、.3kg； 日 本 轎 車 平 均 每 輛 為6. 5kg；歐洲平均每輛車為7kg； 國 內(nèi) 上海普 通 桑 塔 納 轎 車 每 輛 為6kg；上海通用別克轎車為 12kg左 右。2、 在家電行業(yè)。隨著國內(nèi) 空調(diào)機 、冰箱等家電 迅速發(fā)展，粉末冶金在該領域得到了發(fā)展，其中壓縮機中活塞、連桿、缸體、缸 蓋等重要部件都采用粉末冶金。3、 在 電 動 工 具 行 業(yè) 。 由 于 電 動 工 具 中 存 在 大 量 齒 輪 ， 而 粉 末 冶金 齒 輪 的 制 造 成 本 低 、 噪 聲 低 、自 潤 滑 性 能 好 等 優(yōu) 點 ，不 少 電 動具 制造廠家 使 用 粉 末 冶金 替代 機 加 工 齒

20、 輪 ，擴 大 粉 末 冶 金 產(chǎn) 品 的應用范圍。2.3低壓結 構 發(fā) 泡 注塑 成型 技 術隨著高分子成型工藝技術的發(fā)展，結構發(fā)泡注塑與氣體輔助 注塑兩項成型工藝越加完善，應用領域不斷擴大。但是，隨著人們生活水平的日漸提高，對很多產(chǎn)品提出了更高的要求，比如在音響號筒領域大家越來越關注音質(zhì)效果以及產(chǎn)品的耐用 性、外觀效果等等。傳統(tǒng)的注塑已經(jīng)很難滿足這些塑件的需求，低壓結構發(fā)泡注 塑的 誕生填補了傳 統(tǒng)注塑技術的 空白 。最早是20 世 紀20年代初 期的 泡沫膠木，用 類似制造泡沫 橡膠 的方法制取 ； 30年代出現(xiàn)硬質(zhì)聚氨酯泡沫和聚苯乙烯泡 沫；40年代有聚乙烯、聚氯乙烯、環(huán)氧樹脂、酚醛泡

21、沫；50年代則有可發(fā)性聚苯乙烯泡沫和軟質(zhì)聚氨酯泡沫?，F(xiàn)在，基本上所有的塑料，包括熱塑性和熱固性的都可以發(fā)泡。工業(yè)上的制備方法有：擠出發(fā)泡、注塑發(fā)泡、模塑發(fā)泡、壓延發(fā)泡、粉末發(fā)泡和噴涂發(fā)泡等等。其中，注 塑發(fā)泡是最重要的成型方法之一，也是低壓結構發(fā)泡注塑的前 身。2. 3. 1 發(fā) 泡 工 藝 流 程1 、將 我 們 通 常用的材 料如：ABS、 HI PS、 PP 等 （ 注意必須是成型 溫度 與 AC發(fā)泡劑發(fā) 泡溫度接 近的 塑 料） ， 與 AC 進行一定比例的 混 合 ， 通 常 比 例 為 0. 5%- 5%。2 、混合均勻的材料通 過 注 塑 機 螺桿 共混，此 時噴嘴 的閥門關閉。

22、3 、氣體輔助設備運轉 向 密 封 模 具內(nèi) 打入低壓氮氣 ，抑制發(fā)泡劑在瞬間發(fā)泡。4、當模腔壓力達到0. 8- 2. 0MPA時 ，自鎖式噴嘴閥 門打開開始注 射 ，熔 融 塑 料 通 過 模 具 內(nèi) 的 熱 流 道 的 加 熱 ，讓 發(fā) 泡 劑 達 到 發(fā) 泡 溫 度。5、 塑 料 即 將 填 滿 模 腔 時 （ 通 常 在 90 %-9 5%左 右 ） ， 氣 體 輔 助 設 備 開 始 排 氣 ，與 此 同 時 塑 料 件 內(nèi) 部 也 充 分 進 行 發(fā) 泡 ，最 后 添 滿 整 個 模腔。2. 3. 2 常 見 的 缺 陷 及 解 決1 、 注 塑 件 縮 水 ： 由 于 填 充 過

23、 于 飽 和 經(jīng) 常 會 造 成 發(fā) 泡 不 充 分 ， 因 而 造 成 筋 位 和 柱 位 的 縮 水 。 解 決 方 法 ：減 少 注 射 量 、降 低 注 氣 時 間、降低注氣壓力、提高噴嘴溫度。2 、注 塑 件 欠 注 ：由 于 注 塑 量 不 足 經(jīng) 常 會 有 欠 注 現(xiàn) 象 。解 決 方 法 ： 適當增加注塑量。3 、 熔 體 破 裂 、 氣 痕 ： 由 于 充 填 不 均 勻 或 者 發(fā) 泡 的 時 機 不 對 ， 在注塑件表面會有橘皮狀缺陷或者有類似于熔接痕的缺陷。解決方法：調(diào)整注塑件充填平衡，適當降低澆口位置填充速度、 降 低 氣 體 壓 力 ，適 當 提 高 氣 體 排

24、放 的 斜 率 、降 低 料 管 溫 度 ，避 免 材料在料管中提前發(fā)泡。 其他的缺陷處理辦法與傳統(tǒng)注塑比 較 接 近 ，在 此 不 再 重 復 說 明 。主 要 是 通 過 氣 體 輔 助 設 備 調(diào) 整 模 具 內(nèi)部的壓力，進而控制發(fā)泡劑發(fā)泡的時機4 .4 熱 固 塑 料 注 射 成 型2. 4. 1 熱 固 塑 性 成 型 發(fā) 展熱固性樹脂在受熱或在固化劑的作用下，能發(fā)生交聯(lián)而變成 不熔不溶狀態(tài)的樹脂。熱固性塑料在熱固性樹脂中加入增強材料、填料及各種助劑 所制得的制品稱為熱固性塑料熱固性塑料具有耐熱好、剛性大、價格低 等 優(yōu)點 ，隨 著 塑 料 工 業(yè) 的發(fā)展，熱 固 性塑 料制品的應用

25、也越來越廣泛。20 世紀60年代前，壓制和擠出工藝 加 工20 世紀60年代后，注射成型工藝。其 中日本已有85 的熱固性塑料制品是 用 注 射 成 型 方 法 獲 得 的 ，我國70 年代 開始 推 廣 應 用 熱 固性塑料注 射 成型 工藝，目前只占所 有熱固性塑料制品的34，可見熱固性塑料注射成型工藝技術在我國是大有發(fā)展空間。2. 4. 2 成 型 原 理 及 工 藝 過 程加熱熱固性塑料注射成型料筒低粘度塑性注射 模腔反應排氣冷卻熱固性塑料受熱成型過程中不僅發(fā)生物理狀態(tài)的變化，而且還發(fā)生不可逆的化學變化。這種歷程的快慢取決于溫度和經(jīng)歷的時間。為使注射過程順利進行，應控制使物料通過噴嘴時必須達到最好的流動性，物料進入模腔后，反應基團與加入的固化劑發(fā)生交聯(lián)反應，使線性樹脂逐漸變成體型結構。反應過程中，會逐漸釋放出低分子物（ 如氨、水等） ，必須及時排出，才能保證反應順利進行。當交聯(lián)反應進行到使模內(nèi)物料的物理力學性能達到最佳值時，即可以從模內(nèi)脫出，成為制品。2.4.3 熱固性材料加工的要求1、在工藝條件方面，對于溫度、壓力與時間的控制均要因料筒、模具內(nèi)物料的 運動與反應階段而進行選擇。2、在原料方面，不同塑料順利變成注射制品的難易程度是不同的。例如，酚