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1、第一章 塑料及模塑成型工艺3第1页，共66页，编辑于2022年，星期二一、注射成型原理及分类一、注射成型原理及分类 1 1 注射成型原理注射成型原理 注射成型是根据金属压铸成型原理发展而来的，注射成型是根据金属压铸成型原理发展而来的，其基本原理就是利用塑料的可挤压性与可模塑性，首其基本原理就是利用塑料的可挤压性与可模塑性，首先将松散的粒状或粉状成型物料从注射机的料斗送入先将松散的粒状或粉状成型物料从注射机的料斗送入高温的机筒内加热熔融塑化，使之成为粘流态熔体，高温的机筒内加热熔融塑化，使之成为粘流态熔体，然后在柱塞或螺杆的高压推动下，以很大的流速通过然后在柱塞或螺杆的高压推动下，以很大的流速通
2、过机筒前端的喷嘴注射进入温度较低的闭合模具中，经机筒前端的喷嘴注射进入温度较低的闭合模具中，经过一段保压冷却定型时间后，开启模具便可从模腔中过一段保压冷却定型时间后，开启模具便可从模腔中脱出具有一定形状和尺寸的塑料制品脱出具有一定形状和尺寸的塑料制品1.3 注射成型原理及工艺第2页，共66页，编辑于2022年，星期二注射成型(Injection Molding)，主要用于热塑性塑料的成型，也可用于热固性塑料的成型。注射成型原理注射成型原理 如下图所示。如下图所示。第3页，共66页，编辑于2022年，星期二注射成型特点：注射成型特点：注射成型特点：注射成型特点：成形周期短，能一次成型形状复杂、尺
3、寸精确、带有金属或成形周期短，能一次成型形状复杂、尺寸精确、带有金属或非金属嵌件的塑料制件；对成型各种塑料的适应性强，到目非金属嵌件的塑料制件；对成型各种塑料的适应性强，到目前为止，几乎所有的热塑性塑料（除氟塑料外）及一些热固前为止，几乎所有的热塑性塑料（除氟塑料外）及一些热固性塑料均可用此方法成型；生产效率高，易于实现自动化生性塑料均可用此方法成型；生产效率高，易于实现自动化生产。它广泛应用于各种塑料制件生产中，其产品占目前塑料产。它广泛应用于各种塑料制件生产中，其产品占目前塑料制件生产的制件生产的3030左右。应当注意的是，注射成型设备价格及左右。应当注意的是，注射成型设备价格及模具制造费
4、用较高，对于单件及小批量生产不宜采用此法。模具制造费用较高，对于单件及小批量生产不宜采用此法。第4页，共66页，编辑于2022年，星期二合模单元合模单元注射单元注射单元二、注射成型设备1.注射机的主要作用顶件开模与合模动作注射结束，进行保压与补缩在一定压力和速度下将塑料注入型腔加热熔融塑料，达粘流态第5页，共66页，编辑于2022年，星期二2.注射机的分类按外形外形可分为：卧式卧式、立式立式和角式注射机角式注射机。XS-ZY-500XS-ZY-500：表示最大注射量为500cm3 的注射机S：塑料 X：成型 Z：注射机 Y：螺杆式S-ZY-190/90S-ZY-190/90：注射量为190cm
5、3、锁模力为90tSYS-30SYS-30：表示最大注射量为30g的立式注射机第6页，共66页，编辑于2022年，星期二 注射机按塑化方式塑化方式分为：柱塞式注射机柱塞式注射机和螺螺杆式注射机杆式注射机。指塑料在料筒内经加热达到流动状态并具有良好的可塑性的过程。塑化塑化第7页，共66页，编辑于2022年，星期二3.柱塞式注射机第8页，共66页，编辑于2022年，星期二 很大一部分压力用在压实固体塑料和克服塑料与料筒摩擦。最大注射量取决于料筒的塑化能力（与塑料受热面积有关）与柱塞直径与行程。塑料靠料筒壁和分流梭传热，柱塞推动塑料无混合作用，易产生塑化不均的现象。塑化不均塑化不均：最大注射量受限最
6、大注射量受限：注射压力损失大：注射压力损失大：柱塞式注射机存在的缺点：柱塞式注射机存在的缺点：易产生层流现象且料筒难于清洗易产生层流现象且料筒难于清洗注射速度不均：注射速度不均：从柱塞开始接触塑料到压实塑料，注射速度逐渐增加。第9页，共66页，编辑于2022年，星期二4.螺杆式注射机第10页，共66页，编辑于2022年，星期二合合模模注注射射保保压压冷冷却却开开模模顶顶件件合合模模注注射射螺杆预热螺杆预热螺杆式注射机模塑工作循环螺杆式注射机模塑工作循环第11页，共66页，编辑于2022年，星期二加热缸內的材料滞留处少，热稳定性差的材料也很少因滞留而分解。由于加热缸的压力损失小，用较低的注射压力
7、也能成型。成型周期短、效率高，生产过程可实现自动化可成型形状复杂、尺寸精度要求高及带各种嵌件的塑件。螺杆式注射机的优点优点优点优点：借助螺杆的旋转运动，材料內部也发热，均勻塑化，塑化能力大。第12页，共66页，编辑于2022年，星期二 螺杆式较柱塞式多一旋转动作，产生分力(Ft)，可使材料在螺旋槽间产生混炼作用，增加了塑化能力。5.螺杆式注射机与柱塞式注射机的比较第13页，共66页，编辑于2022年，星期二三 注射机有关工艺参数的校核（一）最大注射量校核注射机每次实际注射机每次实际的的注射量应在最大注射量的注射量应在最大注射量的80%80%以内以内 注射量以容积表示:V0.8V机 V塑料K压V
8、 其中:V塑件的总体积(塑件+浇注系统)V机注射机的最大注射量(cm3)V塑料成型塑件所需塑料的体积 K压压缩比(查资料)第14页，共66页，编辑于2022年，星期二注射量以重量表示:G0.8G机 G=pV 其中:G塑件的总重量(塑件+浇注系统)G机注射机的最大注射量(g)p料筒温度和压力下塑料的密度(g/cm3)第15页，共66页，编辑于2022年，星期二（二）注射压力的校核校验注射机的额定注射压力能否满足塑件成型时所需的压力校验注射机的额定注射压力能否满足塑件成型时所需的压力P公P注其中:P注塑料成型时所需的注射压力(查资料)P公注射机公称注射压力P注受浇注系统、型腔内阻力、模具温度等因素
9、影响P注太大：毛边大、脱模困难、塑件表面质量差、内应力大P注太小：不能顺利充满型腔、无法成型第16页，共66页，编辑于2022年，星期二其中：F锁注射机的额定锁模力(N)A分塑件及浇注系统在分型面上的总投影面积(mm2)q型腔内塑料熔体的平均压力（查资料）(MPa)（三）锁模力的校核锁模力指的是锁模装置对模具施加的最大锁紧力锁模力指的是锁模装置对模具施加的最大锁紧力F锁qA分第17页，共66页，编辑于2022年，星期二（四）装模部分有关尺寸的校核喷嘴尺寸喷嘴尺寸定位孔尺寸定位孔尺寸拉杆间距拉杆间距模具闭合厚度模具闭合厚度安装螺孔尺寸安装螺孔尺寸第18页，共66页，编辑于2022年，星期二1.喷
10、嘴尺寸浇口套球面R和喷嘴前端球面半径R0喷嘴孔径d0和浇口套小端孔径d正确关系为：d=d0+(0.51)mm R=R0+(12)mm第19页，共66页，编辑于2022年，星期二2.定位孔尺寸h:小型模具取810)mm 大型模具取(1015)mm第20页，共66页，编辑于2022年，星期二（四）装模部分有关尺寸的校核3.拉杆间距 模具的外形尺寸应小于注射机的拉杆间距，以保证模具能安装到注射机工作台面上。第21页，共66页，编辑于2022年，星期二4.模具闭合厚度HmaxHmHmin第22页，共66页，编辑于2022年，星期二5.安装螺孔尺寸模具重量较轻用压板固定压板固定模具重量较重的用螺钉固定螺
11、钉固定第23页，共66页，编辑于2022年，星期二（五）开模行程的校核1、注射机最大开模行程（S）与模具厚度（Hm）无关开模行程的校核分两种情况：当注射机采用液压机械联合作用的锁模机构时，最大开模行程（S）由连杆的最大行程决定，而不受模具厚度（Hm）的影响。单分型面模具：S=H1+H2+(510)mm 双分型面模具：S=H1+H2+a+(510)mm第24页，共66页，编辑于2022年，星期二单分型面模具：S0=Hm+H1+H2+(510)双分型面模具：S0=Hm+H1+H2+a+(510)2、注射机最大开模行程（S）与模具厚度（Hm）有关 对于采用全液压式锁模机构的注射机，其最大开模行程（S
12、）受模具厚度的影响。第25页，共66页，编辑于2022年，星期二侧面分型抽芯机构的最大开模程（S）当H4H1+H2时:S=H4+（510）mm当H4H1+H2时:S=H1+H2+（510）mm第26页，共66页，编辑于2022年，星期二（六）顶出装置的校核中心顶杆机械顶出两侧双顶杆机械顶出中心顶杆液压顶出与两侧双顶杆机械顶出中心顶杆液压顶出与其它辅助油缸联合作用顶出装置分类：第27页，共66页，编辑于2022年，星期二四、注射成型工艺注射过程注射过程成型后处理成型后处理成型前准备成型前准备原料的检验、染色和干燥模具清理嵌件预热料筒清理退火调湿第28页，共66页，编辑于2022年，星期二1.成型
13、前准备质量体积流动性水分及挥发物含量收缩率烘箱干燥红外线干燥热板干燥高频干燥原料检验原料检验原料染色原料染色原料干燥原料干燥第29页，共66页，编辑于2022年，星期二2.注射过程原料检验原料检验预处理预处理合合模模注注射射装入料斗装入料斗保保压压脱脱模模装入嵌件装入嵌件清理料筒清理料筒清理模具清理模具涂脱模剂涂脱模剂嵌件清理、预热嵌件清理、预热预塑化预塑化塑件后处理塑件后处理冷冷却却第30页，共66页，编辑于2022年，星期二3.注射成型后处理 放在一定温度一定温度一定温度一定温度的红外线或循环热风烘箱、液体介质中（矿物油，石蜡）一段时间，再缓慢冷却。将刚从模具中脱出的塑件放在热水中(100
14、120)，隔绝空气，进行防氧化处理，达到吸湿平衡。调湿后缓冷至室温。退火：退火：调湿：调湿：退火的温度退火的温度退火的温度退火的温度：高于使用温度1020，低于热变形温度1020。第31页，共66页，编辑于2022年，星期二四、注射成型工艺条件温度温度压力压力时间时间（成型周期）（成型周期）第32页，共66页，编辑于2022年，星期二1.温度料筒温度：料筒温度：喷嘴温度：喷嘴温度：模具温度：模具温度：成型周期长，脱模后翘曲变形，影响尺寸精度；产生较大内应力，开裂，表面质量下降。温度过高温度过高温度太低温度太低略低于料筒最高温度：防止熔料在喷嘴处产生“流涎”现象；但温度也不能太低，否则易堵塞喷嘴
15、。当Tf(Tm)Td范围窄时，料筒温度取偏低值。料筒后端温度最低，料筒前端最高；在Tf(Tm)Td之间，保证塑料熔体正常流动，不发生变质分解；第33页，共66页，编辑于2022年，星期二2.压力塑化压力：塑化压力：塑化压力：塑化压力：又称背压背压（螺杆头部熔体在螺杆转动后退时所受到的压力），由液压系统溢流阀调整大小。增加背压，能提高熔体温度并使温度均匀，但会降低塑化的速度。注射中，塑化压力的大小随螺杆的设计、塑件的质量要求以及塑件的种类不同而异。注射压力：注射压力：注射压力：注射压力：注射压力用以克服熔体从机筒流向型腔的流动阻力，提供充模速度以及对熔体进行压实。注射压力的大小一般为40130M
16、Pa，它的作用作用是克服熔体的流动阻力，保证一定的充模速率。注射压力与塑料品种、注射机类型、模具浇注系统结构尺寸、塑件壁厚流程大小等因素有关。第34页，共66页，编辑于2022年，星期二 完成一次注射模塑过程所需的时间。3.成型时间成型周期或总周期成型周期或总周期成型周期或总周期成型周期或总周期成型周期成型周期注射时间注射时间合模冷却时间合模冷却时间其它时间其它时间充模时间充模时间保压时间保压时间在生产中，充模时间一般为35S，保压时间一般为20120S，冷却时间一般为30120S第35页，共66页，编辑于2022年，星期二1.4 塑件的工艺性是塑件对成型加工的适应性塑件工艺性设计包括工艺性设
17、计包括:塑料材料选择塑料材料选择、尺寸精尺寸精度度和表面粗糙度表面粗糙度、塑件结构塑件结构塑件的工艺性塑件的工艺性塑件的工艺性塑件的工艺性 塑件工艺性设计的特点工艺性设计的特点：应当满足使用性能使用性能和成成型工艺型工艺的要求，力求做到结构合理结构合理、造型美观造型美观、便便于制造于制造。第36页，共66页，编辑于2022年，星期二一、塑料材料的选择(分析)塑料的选材包括：选定塑料基体聚合物（树脂）种类选定塑料基体聚合物（树脂）种类、塑料具体牌号塑料具体牌号、添加剂种类与用量等添加剂种类与用量等塑料原料选择方法：使用环境(不同的温度、湿度及介质条件、不同的受力类型选择不同的塑料)使用对象（根据
18、国别、地区、民族和具体使用者的不同选材）按用途进行分类（按应用领域、功能）第37页，共66页，编辑于2022年，星期二二、塑件的尺寸、精度和表面粗糙度1.塑件的尺寸 塑件的尺寸受下面两个因素影响：塑料的流动性（大而薄的塑件充模困难）设备的工作能力（注射量、锁模力、工作台面）第38页，共66页，编辑于2022年，星期二 塑件的尺寸精度是指所获得的塑件尺寸与产品图中尺寸的符合程度，即所获塑件尺寸的准确度。2.塑件的精度影响塑件尺寸精度的因素影响塑件尺寸精度的因素:塑件成型后的时效变化塑料收缩率的波动以及成型时工艺条件的变化模具的制造精度、磨损程度和安装误差第39页，共66页，编辑于2022年，星期
19、二尺寸精度的确定：会根据SJ/T106281995（塑件尺寸公差）选择塑件公差等级 模塑件公差共分为8个等级，对于每一种塑料制品，可选其中的3个等级（高精度、一般精度和低精度），目前一般不采用1、2级精度。第40页，共66页，编辑于2022年，星期二尺寸精度的确定：对于塑件上孔的公差孔的公差可采用基准孔，可取表中数值冠以（）号。对于塑件上轴的公差轴的公差可采用基准轴，可取表中数值冠以（）号。一般配合部分尺寸精度高于非配合部分尺寸精度。模具尺寸精度比塑件尺寸精度高2-3级。第41页，共66页，编辑于2022年，星期二3.塑件的表面质量表面质量表面质量表面质量表面质量表面粗糙度、光亮程度色彩均匀性
20、表面缺陷：缩孔、凹陷推杆痕迹对拼缝、熔接痕、毛刺等一般模具表面粗糙度要比塑件的要求高一般模具表面粗糙度要比塑件的要求高 1 12 2级级第42页，共66页，编辑于2022年，星期二二、塑件的几何形状塑件的几何形状 1.表面形状 避免了侧抽芯或瓣合分型的模具，有利于成型塑件的内外表面形状应尽可能保证有利于成型塑件外侧凹，必须采用瓣合凹模，使模具结构复杂，塑件表面有接缝第43页，共66页，编辑于2022年，星期二应避免塑件表面横向凸台，以便于脱模塑件内侧凹，抽芯困难第44页，共66页，编辑于2022年，星期二将横向侧孔改为垂直向孔，可免去侧抽芯机构改变制件形状，避免了侧抽芯第45页，共66页，编辑
21、于2022年，星期二2.脱模斜度 为了便于塑件脱模，防止脱模时擦伤塑件，必须在塑件内外表面脱模方向上留有足够的斜度，在模具上称为脱模斜度脱模斜度脱模斜度脱模斜度。脱模斜度取决于塑件的形状、壁厚及塑料的收缩率，一般取30 30 1 13030。第46页，共66页，编辑于2022年，星期二脱模斜度方向内形以小端为基准，斜度由扩大方向取得外形以大端为基准，斜度由缩小方向取得第47页，共66页，编辑于2022年，星期二脱模斜度表示方法：第48页，共66页，编辑于2022年，星期二脱模斜度设计要点：塑件精度高，采用较小脱模斜度尺寸高的塑件，采用较小脱模斜度塑件形状复杂不易脱模，选用较大斜度收缩率大，斜度
22、加大增强塑料采用较大的脱模斜度第49页，共66页，编辑于2022年，星期二脱模斜度设计要点：3.塑件的壁厚壁厚过小壁厚过大强度及刚度不足，塑料流动困难原料浪费，冷却时间长，易产生缺陷含润滑剂的塑料采用较小脱模斜度 从留模方位考虑:留在型芯，内表面脱模斜度外表面 留在型腔，外表面脱模斜度内表面第50页，共66页，编辑于2022年，星期二3.塑件的壁厚塑件壁厚设计原则：厚薄适中厚薄适中 壁厚均匀壁厚均匀满足成型时熔体充模所需的壁厚保证贮存、搬运过程中强度所需的壁厚制品连接紧固处、嵌件埋入处等具有足够的厚度能承受推出机构等的冲击和振动满足塑件结构和使用性能要求下取小壁厚第51页，共66页，编辑于20
23、22年，星期二改善壁厚典型实例：第52页，共66页，编辑于2022年，星期二平板类零件加强筋方向与料流方向平行4.塑件的加强筋加强筋加强筋的作用作用：加强筋设计要点设计要点：它能提高制件的强度、防止和避免塑料的变形和翘曲。加强筋的底部与壁连接应圆弧过渡，以防外力作用时，产生应力集中而被破坏。第53页，共66页，编辑于2022年，星期二加强筋厚度小于壁厚加强筋与支承面间留有间隙第54页，共66页，编辑于2022年，星期二 在满足使用要求的前提下,制件的所有的转角尽可能设计成圆角，或者用圆弧过渡。5.圆角圆角的作用：圆角的作用：圆角可避免应力集中，提高制件强度 圆角可有利于充模和脱模圆角有利于模具
24、制造，提高模具强度 第55页，共66页，编辑于2022年，星期二圆角的确定：圆角的确定：内壁圆角半径应为壁厚的一半外壁圆角半径可为壁厚的1.5倍一般圆角半径不应小于0.5mm壁厚不等的两壁转角可按平均壁厚确定内、外圆角半径第56页，共66页，编辑于2022年，星期二6.塑件的支承面通常塑件一般不以整个平面作为支承面，而是以底脚底脚或边框边框为支承面。因为塑件稍许翘曲或变形就会使底面不平。第57页，共66页，编辑于2022年，星期二支承面结构形式第58页，共66页，编辑于2022年，星期二是用来增强孔孔或装配附件、装配附件、或为塑件提供支为塑件提供支撑撑的截锥台或支撑块7.塑件的凸台与角撑凸台
25、凸台设计要点：凸台一般应位于边角部位其高度不应超过直径的两倍其几何尺寸应小第59页，共66页，编辑于2022年，星期二凸台设计实例第60页，共66页，编辑于2022年，星期二角撑 塑件上边角或凸台的支撑部分T制品壁厚DTC2TA0.8TB2A第61页，共66页，编辑于2022年，星期二8.塑件上的孔（槽）塑件的孔有三种成型加工方法：常见孔的设计要求：直接模塑出来模塑成盲孔再钻孔通塑件成型后再钻孔模塑通孔要求孔径比孔径比孔径比孔径比（深度度与孔径的比值）要小些 第62页，共66页，编辑于2022年，星期二常见孔的设计要求：一般为一般为h h（3 35 5）d d 当当d d1.5mm1.5mm时
26、，时，h h 3d 3d 肓孔的深度：紧固用的孔和其它受力的孔，应设凸台予以加强。当通孔孔径1.5mm，由于型芯易弯曲折断，不适于模塑成型。第63页，共66页，编辑于2022年，星期二异形孔设计实例异形孔设计实例第64页，共66页，编辑于2022年，星期二9.塑件上的螺纹 塑件中的螺纹可用模塑方法模塑方法成型出来，或切削方切削方法法获得。经常拆装或受力大的螺纹，要采用金属螺纹嵌件金属螺纹嵌件来成型。10.塑件上的花纹、文字及符号凹坑凸字凸字凹字注意：它们的设置不应引起脱模的困难第65页，共66页，编辑于2022年，星期二 在塑件内压入其它的零件形成不可拆卸的连接，此压入零件称为嵌件嵌件。嵌件可以是金属金属、玻璃玻璃、木材木材或已成形的塑件已成形的塑件。11.嵌件嵌件的作用：嵌件的作用：提高塑件力学性能和磨损寿命起导电、导磁作用提高塑件的尺寸稳定性、尺寸精度起紧固、连接作用第66页，共66页，编辑于2022年，星期二