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1、注塑成型知识第1页，共51页，编辑于2022年，星期日一 射出机组件 典型的射出成形机如图1所示，主要包括了射出系统、模具系统、油压系统、控制系统、和锁模系统等五个单元。图图1 1第2页，共51页，编辑于2022年，星期日1.1 射出系统射出系统 射出系统包括了料斗(hooper)、回转螺杆与料筒(barrel)组合，和喷嘴(nozzle)，如图2。图图2 2第3页，共51页，编辑于2022年，星期日1.2模具系统模具系统 模具系统包括了导杆、固定模板、移动模板、和容纳模穴、竖浇道、流道系统、顶出销和冷却管路的范本.图图3第4页，共51页，编辑于2022年，星期日1.3射出成形系统射出成形系统
2、 通常包括：竖浇道、冷料井、主流道、分枝流道、浇口和穴位。如图4图图4 4第5页，共51页，编辑于2022年，星期日1.4 射出机操作顺序射出机操作顺序(a)关闭模具；(b)充填模穴；(c)保压；(d)螺杆后退；(e)顶出塑件；(f)关闭模具图图5 5第6页，共51页，编辑于2022年，星期日1.5 射出成形的周期射出成形的周期 射出成形的周期时间根据制程的塑件重量、肉厚、塑料性质、机器设定参数而改变。典型的周期时间可能从数秒钟到数十秒。1-1-充填（射出阶段）充填（射出阶段）2-2-保压与冷却保压与冷却3-3-开启模具开启模具4-4-顶出塑件顶出塑件5-5-关闭锁具关闭锁具图图6 6第7页，
3、共51页，编辑于2022年，星期日浇口浇口 料斗料斗 分枝流道分枝流道 主流道主流道 喷嘴喷嘴 竖浇道竖浇道 料筒料筒 回转式螺杆回转式螺杆 模穴模穴 二二 原料在注塑机里的路径原料在注塑机里的路径第8页，共51页，编辑于2022年，星期日2.1 回转式螺杆回转式螺杆回转式螺杆分为进料区、压缩区、和计量区回转式螺杆分为进料区、压缩区、和计量区，如图7图图7 7第9页，共51页，编辑于2022年，星期日2.1.1 螺杆旋转速度 螺杆旋转速度是塑化螺杆的转速，转速越快，塑料螺杆沟槽压缩得越激烈，产生更大量的剪切热。压缩比（TF/TM）：指进料段与计量段每节螺纹沟槽的容积比，TF/TM一般取2-3，
4、压缩比越大，剪作用越大。长径比（L/D）:是指杆的有效长L与直径D的比，这个比值越大就 能达到混好的树脂，L/D比一般取16-20。第10页，共51页，编辑于2022年，星期日2.1.2.2.1.2.射出压力射出压力（1）射出压力的作用克服塑料熔体从料筒流向模具型腔的流动阻力，给予熔体一定的充模速度及对熔体进行压实、补缩。（2）射出压力对注塑过程的影响 在一定程度上决定塑料的充模速率；适当提高充模阶段的注射压力，可提高充模速率、增加熔体的流动长度和制品的熔接痕强度，制品密实、收缩率下降，但制品易取向，内应力增加。射出压力较低时，塑料熔体呈铺展流动，流速平稳、缓慢，但延长了注射时间，制品易产生熔
5、接痕、密度不匀等缺陷；当注射压力较高，而浇口又偏小时，熔体为喷射式流动，这样易将空气带入制品中，形成气泡、银纹等缺陷，严重时还会灼伤制品。（3）射出压力的设定 流动比大，形状复杂，熔体流动阻力大，用较高射出压力；熔体粘度高、润滑性差，宜用较高的射出压力；第11页，共51页，编辑于2022年，星期日射出压力与设计、成形参数、材料的关系射出压力与设计、成形参数、材料的关系 第12页，共51页，编辑于2022年，星期日续表第13页，共51页，编辑于2022年，星期日2.1.3.保压压力保压压力（1）在模腔充满后，为了对模内熔体进行压实、补缩而通过螺杆继续施加的注射压力称为保压压力。（2）保压压力对注
6、塑的影响 通常，保压压力较高时，制品的收缩率减小，密度增加；表面光洁度、熔接痕强度提高，缺点是：脱模时制品中的残余应力较大、易产生溢边。（3）保压压力的设定 可与注射压力相等，一般稍低于注射压力。第14页，共51页，编辑于2022年，星期日2.1.4背压（塑化压力）背压（塑化压力）螺杆头部熔料在螺杆转动后退时所受到的压力称背压或塑化压力。预塑时，只有螺杆头部的熔体压力，克服了螺杆后退时的系统阻力后，螺杆才能后退。（1）背压的作用及其对预塑的影响 有助于螺槽中物料的密实，驱赶走物料中的气体，减慢螺杆退回速度，延长物料在螺杆中的热历程与剪切历程，改善塑化质量，但过高背压会增加螺杆计量段熔体的反流与
7、漏流，延长预塑完成的时间；增加熔体内压力，加强剪切效果，形成剪切热，使大分子热能增加，从而有助于提高熔体温度及其均匀性。但过高背压易引起过热而使物料发生降解。（2）背压的设定 热敏性塑料、高粘度塑料、过低熔体粘度塑料都不宜用高背压；热稳定性较好、熔体粘度适中的塑料，可适当提高背压；背压高低的设定，还需视喷嘴类型与加料方式而作相应调整。第15页，共51页，编辑于2022年，星期日2.1.5.注射速率注射速率（1）单位时间内注入模腔中的塑料熔体的容积。（2）注射速率对注塑过程的影响 高速注射可以减少模腔内的熔体温差，改善压力传递 效果，可得到密度均匀、内应力小的精密制品；高速注射可采用低温模塑，缩
8、短成型周期，特别在成 型薄壁、长流程制品时能获得较优良的制品。注射速率过高，熔体流经喷嘴浇口等处时，易产生大 量的磨擦热，导致物料烧焦以及吸入气体和排气不良 等现象，影响到制品的表面质量，产生银纹、气泡。高速注射不易保证注射与保压压力稳定地切换，会因 过填充而使制品出现溢边。（3）注射速率的设定（应综合塑料品种、其它工艺条件、制品及模具状况而定）如熔体粘度的剪切变稀行为较强，宜用高速充模。对薄壁长流程制品，宜用高速充模。第16页，共51页，编辑于2022年，星期日2.1.6 缓冲量 缓冲量(cushion)是螺杆的最大允许前进位置与最末端的前进位置之间的差值。假如允许螺杆行程设为最大值，缓冲量
9、为零，螺杆将前进至碰到喷嘴后才停止。通常，缓冲量设定为36 mm（1/81/4英）。第17页，共51页，编辑于2022年，星期日2.1.7 2.1.7 流動比流動比 塑料在模穴中的流動性與黏度有密切關係，黏度 愈低、流動性愈佳，當然流動的距離(L)也越長。流動 的距離越長，阻力越大，越不易流動，成品的厚度越 薄，流動阻力也相對提高。流動比即指塑料流動的長度(L)與成品厚度(t)之比。塑料在模穴中的流動比應小於物性表之數值，否則會 有充填不良的現象。模溫、料溫高、模穴拋光度佳 時，流動比值可取高(上限)。第18页，共51页，编辑于2022年，星期日2.2 料筒料筒 注塑过程中需要控制的温度有：料
10、筒温度、喷嘴温度、模具温度和油温。2.2.1.料筒温度料筒表面的加热温度料筒温度料筒表面的加热温度（1）料筒温度控制的初步规则 加料段用较低的温度，一般在熔点附近，并在料斗座处通冷却水，防止物料“架桥”，保证较高的固体输送效率。压缩段温度一般比所用塑料的熔点高1530；计量段温度一般比压缩段温度高1530；料筒最高温度区必须低于塑料的分解温度Td；对于TfTd 的范围较窄的塑料，料筒温度应偏低些，比Tf 稍高即可；而对于TfTd的范围较宽的塑料，料筒温度可适当高些，即比Tf 高得多一些。如PVC、POM塑料，受热后易分解，因此料筒温度设定低一些；而PS、PE塑料的TfTd 范围较宽，料筒温度应
11、可以相应设定得高些。第19页，共51页，编辑于2022年，星期日（2）料筒温度控制的进一步考虑 虽同一塑料品种，但牌号不同，分子量高、分子量分布窄者，宜用较高的料筒温度；填充、增强塑料，随填充剂、增强纤维的用量增加，宜用较高的料筒温度；加有增塑剂或提高流动性的助剂时，随着用量的增加，宜用较低的料筒温度；注塑薄壁长流程制品、形状复杂或带有金属嵌件的制品、其它充模时间较长或为需防止熔料进入模腔后过早冷凝以保证顺利充模的情况下，宜用较高的料筒温度；根据“对空注射法”料条，确定较佳的料筒的温度。根据制品的质量情况进行细调，如表面光洁度或其它外观状况、收缩率、取向程度、内应力大小等。第20页，共51页，
12、编辑于2022年，星期日2.3 喷嘴喷嘴（1）喷嘴的作用加速熔体流动、调整熔体温度和使物料均化。（2）控制喷嘴温度原因 在注射过程中，喷嘴与模具直接接触，由于喷嘴本身热惯性很小，与较低温度的模具接触后，会使喷嘴温度很快下降，导致熔料在喷嘴处冷凝而堵塞喷嘴孔或模具的浇注系统，而且冷凝料注入模具后也会影响制品的表面质量及性能。（3）喷嘴温度的设定 喷嘴温度通常要略低于料筒的最高温度。一方面可防止或减轻“流涎”现象，另一方面，部分抵消注射时熔体流经喷嘴收敛流道引起的摩擦温升，防止实际料温过高而使塑料发生分解。随喷嘴类型、喷嘴加热圈的安装状况、其它注塑工艺参数作相应调整。根据“对空注射”和对制品的“直
13、观分析”，确定较佳的喷嘴温度。第21页，共51页，编辑于2022年，星期日2.4 竖浇道竖浇道竖浇道尺寸主要决定于塑件尺寸，特别是塑件的肉厚。n图 8是建议的竖浇道设计规范。不具有锐角的系统有助于塑料的流动，所以，n应该将竖浇道根部设计成半径 r2的圆角。其它的设计规格如下列：nDco tmax+1.5(mm)nDs Dn+1.0(mm)n 1 2ntan()=(Dco D)/2L图图8 竖浇道根部的圆角可以改善熔胶的流动竖浇道根部的圆角可以改善熔胶的流动第22页，共51页，编辑于2022年，星期日2.5 流道系统流道系统 流道系统将熔胶从竖浇道引导到模穴内，要推动熔胶流过流道系统就需要额外的
14、压力。当熔胶流经流道系统时，产生的剪切热（摩擦热）使熔胶温度升高，有助于熔胶的流动。第23页，共51页，编辑于2022年，星期日良好的流道系统有下列好处：良好的流道系统有下列好处：n 可以决定最佳的模穴数目n 确定熔胶可以填饱模穴n 可以达成多模穴系统之平衡充填n 可以达成多浇口之模穴的平衡充填n 可以使废料最少化n 使塑件顶出较容易n 达成能源使用效率最佳化n 可控制充填时间保压时间成形周期时间第24页，共51页，编辑于2022年，星期日2.5.1模穴数目模穴数目 模穴数目的多寡取决于可应用的生产时间射出机射出量的大小、所需之塑件品质、射出机塑化能力、塑件形状与尺寸。（1）产品数量 一定量塑
15、件所需的时间（tm）、每批次的塑件数量（L）、生产一模塑件所需的时间（tc）、和淘汰因子（K）K=1/（1-不良率）模穴数=L K tc/tm第25页，共51页，编辑于2022年，星期日n(2)射出量能n射出机的射出量能也是决定模穴数目的一个重要因素，取射出量能的80为射n出重量(S)，再除以塑件重量（W），即可计算出模穴数目。n模穴数目=S/Wn(3)塑化能力n射出机的塑化能力是影响模穴数目的另一个重要因素。将射出机的塑化能力（P）n除以每分钟估计的射出次数(X)和塑件重量(W)，即可计算出模穴数目。n模穴数目=P/(X W)第26页，共51页，编辑于2022年，星期日2.5.2 流道配置流
16、道配置n标准流道系统（鱼骨形）nH形流道系统（H-bridge，或分枝形）n辐射流道系统（radial，或星形）图图9 9第27页，共51页，编辑于2022年，星期日各流道系统的特点：H形和幅射流道系统模穴相同的流动距离和流道尺寸相同的充填条件自然平衡鱼骨形流道系统非自然平衡相同的模具内塞进更多模穴改变流道直径与长度，浇口尺寸第28页，共51页，编辑于2022年，星期日改变流道直径与长度，浇口尺寸改变浇口尺寸影响浇口的冷凝时间太小的流道口径流道内的熔胶提前凝固影响塑件的均质造成短射快速充填熔胶黏滞性降低增加剪切热非标准规格的流道口径会增加模具的制作成本与维修成本第29页，共51页，编辑于202
17、2年，星期日 使用不同射出速度之不平衡流道系统的流动使用不同射出速度之不平衡流道系统的流动模式：模式：低进浇速率将先充饱远离竖浇道的模穴 高进浇速率则先充饱靠近竖浇道的模穴图图1010第30页，共51页，编辑于2022年，星期日2.5.3 流道截面流道截面n常见的流道截面如图 11，包括：n.圆形流道n.梯形流道n.改良梯形流道（圆形与梯形之组合）n.半圆形流道n.长方形流道图图11 11 常用的流道截面形状常用的流道截面形状圆形流道 优点：最大体积与表面积比值具；最小的压力降和热损失。缺点：须在两侧模板都进行加工，模具加工成本通常较高昂，而且合模时两侧的半圆也必须对齐。第31页，共51页，编
18、辑于2022年，星期日2.5.4 流道尺寸流道尺寸最初估算的流道直径为：其中，D=流道直径(mm)；W=塑件重量(g)；L=流道长度(mm)。大尺寸流道 可低压力 长冷却时间 较多废料 流道的直径和长度会影响流动阻力。流动阻力愈大的流道，充填就会造成愈大的压力降。长冷却时间降低流动阻力大尺寸流道较多废料小尺寸流道在使用原料和消耗能源等方面可以达到最高效率第32页，共51页，编辑于2022年，星期日流道设计的基本规范：（1）在流道尺寸方面，流道截面面积不应该小于竖浇道截面面积，以便熔胶可以快速流到浇口区域。（2）每当流道有分支，其分支流道的直径应该要小于主流道的直径，当主流分流到个分支流道时，主
19、流道直径和分支流道直径的关系为：（3）所有的流道必须在交接处设计一冷料井(cold slug well)，充填阶段，熔胶波前的较低温塑料不会进到模穴。图图12 12 冷料井冷料井第33页，共51页，编辑于2022年，星期日2.6 浇口浇口浇口是熔胶流进模穴处的小开口多浇口系统多浇口系统：熔胶的流动长度超过实用上的限制，通常会产生缝合线和熔合线的问题。单浇口系统单浇口系统：确保材料、温度的均匀分布和均匀的保压，以及较佳的分子链配向性。最初加工成本较高，但是废料少。小浇口截面：小浇口截面：容易去除大浇口截面：大浇口截面：低进浇速度，较高的保压压力进行较长时间的保压，以提高塑件的材料密度，须考虑塑件
20、的外观、低残留应力和较佳尺寸稳定性等因素。第34页，共51页，编辑于2022年，星期日2.6.1浇口位置浇口位置 浇口应远离塑件之薄截面区域或肉厚突然化区域。（避免迟滞现象或产生凹痕与空洞）；远离塑件承受来高应力的区域（熔胶流动的高压力和高流动速度使得浇口附近产生极高的残留应力）确保均匀快速地充填，而且将缝合线熔合线和排气孔安排到最不影响塑件外观或强度的区域。第35页，共51页，编辑于2022年，星期日2.6.2 浇口种类浇口种类 去除浇口方式方类可以区分为:人工去除式浇口和自动去除式浇口。1.1.人工去除式浇口人工去除式浇口 人工去除式浇口包括：直接浇口、凸片浇口、边缘浇口重迭式浇口、扇形浇
21、口、盘状浇口、环状浇口、辐状浇口、和薄膜浇口。其使用的原因包括：浇口太大，必须移到模具外面再予以剪除。对于剪切应力很敏感的塑料（例如PVC），应避免采用自动去除式浇口。来自不同方向的熔胶同时流过大的截面积，而且要求纤维的配向性时，应避免自动去除式浇口。第36页，共51页，编辑于2022年，星期日(1)直接浇口 直接浇口（direct gate）又称为竖浇道浇口（sprue gate）通常使用于单模穴模具，塑料以最小的压力降直接从竖浇道填入模穴。此类浇口于剪除后容易在塑件表面留下浇口痕迹。塑件在直接浇口区域的收缩不大，但在直接浇口处有大量的收缩，结果造成浇口处的大量拉伸应力。图图1313直接浇口
22、直接浇口第37页，共51页，编辑于2022年，星期日(2)凸片浇口 凸片浇口如图14，通常使用于扁平塑件或薄塑件，以减小模穴内的剪应力。浇口周遭的高剪应力只发生在辅助凸片，并且将于成形后剪除。凸片的最小宽度是6.4mm，最小厚度为模穴肉厚的75%。图图14 14 凸片浇口凸片浇口第38页，共51页，编辑于2022年，星期日(3)边缘浇口 边缘浇口又称为标准浇口如图15所示，通常位于模具的分模在线，而且从塑件的侧边、上方或下方充填。典型边缘浇口尺寸为塑件厚度的6%75%，或是0.46.4 mm，宽度为1.612.7 mm，浇口面长度不应超过1.0 mm，最佳值为0.5 mm。图图1515边缘浇口
23、边缘浇口第39页，共51页，编辑于2022年，星期日(4)重迭浇口 重迭浇口与边缘浇口类似，如图16所示，但是重迭浇口与塑件侧壁或表面有重迭。重迭浇口通常用来防止喷流效应。典型重迭浇口尺寸为0.46.4 mm厚，1.612.7 mm宽。图图16 16 重迭浇口重迭浇口第40页，共51页，编辑于2022年，星期日(5)扇形浇口 扇形浇口（fan gate）如图17，是厚度逐渐改变的宽边浇口，大充填面积，熔胶迅速和均匀地充填大型塑件，低翘曲问题和尺寸的稳定性。扇形浇口的最大厚度不超过塑件的肉厚的75。典型的扇形浇口厚度0.251.6mm，宽度从6.4 mm到模穴侧边长度的25%。图图17 17 扇
24、口浇口扇口浇口第41页，共51页，编辑于2022年，星期日(6)盘状浇口 盘状浇口（disk gate）如图18 所示，常用在内侧有开口的圆柱体或圆形，并且需要高度同轴性的塑件，或是不容许有缝合线的塑件。基本上，盘状浇口是在塑件的内缘使用毛边状的浇口，熔胶从同轴的竖浇道充填进入模穴，很容易获得熔胶均匀流动的塑件。盘状浇口厚度通常是0.251.27 mm。图图18 18 盘状浇口盘状浇口第42页，共51页，编辑于2022年，星期日(7)环状浇口 环状浇口（ring gate）如图19，也应用于圆柱体或圆形塑件，塑料先沿着模心环绕，然后再沿着圆管向下充填。环状浇口并不适用在所有的塑件。环状浇口的厚
25、度通常为0.251.6 mm。图图19 19 环状浇口环状浇口第43页，共51页，编辑于2022年，星期日(8)辐状浇口 辐状浇口如图20，也称为四点浇或者十字浇口它适用于管状塑件，具有容易去除浇口和节省塑料的优点。但是可能会造成缝合线，也无法获得完美的真圆度。辐状浇口通常是0.84.8 mm厚，1.66.4mm宽。图图20 20 辐状浇口辐状浇口第44页，共51页，编辑于2022年，星期日(9)薄膜浇口 薄膜浇口（film gate）如图21，又称为毛边浇口（flash gate），使用于边缘平直的塑件，它具有平直的浇口，浇口宽度可以跨接整个模穴边缘或是部份的模穴。薄膜浇口适用于压克力塑件，
26、而且常常用在又大又平整的塑件，以保持最小量的翘曲。薄膜浇口尺寸很小，厚度大约是0.250.63mm宽度大约为0.63 mm。图图21 21 薄膜浇口薄膜浇口第45页，共51页，编辑于2022年，星期日(B)自动式去除式浇口 自动去除式浇口与模具动作配合，在顶出塑件时剪断浇口。它们应用于：避免去除浇口的二次加工。维持均一的周期时间使浇口痕迹最小化。自动去除式浇口包括下列各类型：针状浇口、潜式浇口、热流道浇口、和阀浇口。第46页，共51页，编辑于2022年，星期日(1)针状浇口 针状浇口（pin gate）如图22，通常应用于三板模，其流道系统位于模板的一组分模在线，塑件模穴接在主要分模在线。具有
27、倒锥角的浇口在平行于模板运动方向穿透中间模板。当打开模穴主分模线时，针状浇口的小直径端从塑件撕离，再打开流道分模线即可顶出流道废料。针状浇口最常使用在单一塑件多点进浇，以确保对称的充填，或是缩短流道长度以确保整个塑件的保压操作。典型的针状浇口的直径 0.251.6 mm。图图22 22 针状浇口针状浇口第47页，共51页，编辑于2022年，星期日(2)潜式浇口 潜式浇口或称为隧道浇口、凿子浇口，如图23所示，使用于两板模，在分模线以下，流道末端与模穴之间加工一倾斜之锥状隧道。于顶出塑件和流道时，浇口会与塑件分离。典型的潜式浇口直径为0.25 2.0 mm，浇口由粗变细，直到成为球状端点。假如塑
28、件的非功能区具有大直径的针状特征，可以将它与潜式浇口连接，以减低加工成本。假如针状特征发生在隐藏面，亦可以不将他去除。将多重潜式浇口设计在圆柱体的内面，可以取代盘状浇口，并且具备自动去除浇口的功能，其获得塑件的外围真圆度虽然比盘状浇口塑件的真圆度差。图图23 23 潜式浇口潜式浇口第48页，共51页，编辑于2022年，星期日(3)热流道浇口 热流道浇口或称为热探针浇口如图24所示，通常从电热式竖浇道和加热流道直接传送熔胶进入模穴，以产生无流道的塑件。其保压周期受控制于塑件浇口附近的凝固情形。当模板打开时，相当高温的塑料将自模穴撕开。图图24 热流道浇口热流道浇口第49页，共51页，编辑于2022年，星期日(4)阀式浇口 阀式浇口（valve gate）如图25，在热流道浇口内增加一针杆，以便在浇口凝固之前关闭浇口。它可以应用在较大的浇口而不会产生浇口痕迹。因为保压周期受控于针杆，阀式浇口可以得到较佳的保压周期和较稳定的塑件质量。图图25 25 阀式浇口阀式浇口第50页，共51页，编辑于2022年，星期日第51页，共51页，编辑于2022年，星期日