塑料模具设计教程_2-1注射成型原理及工艺特性

    注射成型主要应用于热塑性塑料。以螺杆式注射机为例，图2-1所示注射成型原理是将颗状或粉状塑料从注射机的料斗送进料筒中，在料筒内经加热熔化呈流动状态后，在柱塞或螺杆的推动下，通过料筒前端的喷嘴以较快的速度注入温度较低的闭合模具型腔中，经冷却固化后获得成型塑件。当料筒前端的熔料堆积造成对螺杆产生一定的压力时（称为螺杆的背压），螺杆就在转动中后退，直至与调整好的行程开关接触，具有模具一次注射量的塑料预塑和储料（即料筒前部熔融塑料的储量）结束。接着注射液压缸开始工作，与液压缸活塞相连接的螺杆以一定的速度和压力将熔料通过料筒最前端的喷嘴注入温度较低的闭合模具型腔中，保压一定时间，熔融塑料冷却固化即可保持模具型腔所赋予的形状和尺寸。开合模机构将模具打开，在推出机构的作用下，即可取出注射成型的塑料制件。

图2-1  注射成型原理

1－动模；2－塑件；3－定模；4－料斗；5－传动装置；6－油缸；7－螺杆；8－加热器

  注射成型是热塑性塑料成型的一种重要方法，成型周期短，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。注射成型的生产率高，易实现自动化生产。到目前为止，除氟塑料以外，几乎所有的热塑性塑料都可以用注射成型的方法成型，因此，注射成型广泛应用于各种塑件的生产。注射成型的缺点是所用的注射设备价格较高，注射模具的结构复杂，生产成本高，生产周期长，不适合于单件小批量的塑件生产。除了热塑性塑料外，一些流动性好的热固性塑料也可用注射方法成型。

二 注射成型工艺

    注射成型工艺包括成型前的准备、注射成型过程和塑件的后处理。

1. 成型前的准备

    为了保证注射成型的正常进行和保证塑件质量，在注射成型前应做一定的准备工作，如对塑料原料进行外观检验，即检查原料的色泽、细度及均匀度等，必要时还应对塑料的工艺性能进行测试。对于吸湿性强的塑料，如尼龙、聚碳酸酯、ABS等，成型前应进行充分的预热干燥，除去物料中过多的水分和挥发物，以防止成型后塑件出现气泡和银纹等缺陷。

    生产中，如需改变塑料品种、调换颜色，或发现成型过程中出现了热分解或降阶反应，则应对注射机料筒进行清洗。通常，柱塞式注射机的料筒存量大，必须将料筒拆卸清洗。而螺杆式注射机的料筒，可采用对空注射法清洗。采用对空注射法清洗螺杆式料筒时，若欲更换的塑料的成型温度高于料筒内残料的成型温度时，则应将料筒和喷嘴温度升高到欲换塑料的最低成型温度，然后加入欲换塑料或其回料，并连续对空注射，直到将全部残料排除为止。若欲更换的塑料的成型温度低于料筒内残料的成型温度时，应将料筒和喷嘴温度升高到欲换塑料的最高成型温度，切断电源，加入欲换塑料的回料，并连续对空注射，直到将全部残料排除为止。当两种塑料的成型温度相差不大时，则不必变更温度，先用回料，然后用欲换塑料对空注射即可。残料属热敏性塑料时，应从流动性好、热稳定性好的聚乙烯、聚苯乙烯等塑料中选择粘度较高的品级作为过渡料对空注射。

    对于有嵌件的塑件，由于金属与塑料的收缩率不同，嵌件周围的塑料容易出现收缩应力和裂纹，因此，成型前可对嵌件进行预热，以减少它在成型时与塑料熔体的温差，避免或抑制嵌件周围的塑料容易出现的收缩应力和裂纹。在嵌件较小时，对分子链柔顺性大的塑料也可以不进行预热。

为了使塑料制件容易从模具内脱出，有的模具型腔或模具型芯还需要涂上脱膜剂，常用的脱模剂有硬酯酸锌、液体石蜡和硅油等。在成型前，有时还需对模具进行预热。

2. 注射成型过程

   完整的注射过程包括加料、塑化、充模、保压、倒流、冷却和脱模等几个阶段。

（1）加料    将颗粒状或粉状塑料加入注射机料斗，由柱塞或螺杆带入料筒进行加热。

（2）塑化    成型塑料在注射机料筒内经过加热、混料等作用以后，由松散的粉状颗粒或粒状的固态转变成熔融状态并具有良好的可塑性，这一过程称为塑化。

（3）充模    塑化好的塑料熔体在注射机柱塞或螺杆的推进作用下，以一定的压力和速度经过喷嘴和模具的浇注系统进入并充满模具型腔，这一阶段称为充模。

（4）保压    充模结束后，在注射机柱塞或螺杆推动下，熔体仍然保持压力进行补料，使料筒中的熔料继续进入型腔，以补充型腔中塑料的收缩，从而成型出形状完整、质地致密的塑件，这一阶段称为保压。

（5）倒流    保压结束后，柱塞或螺杆后退，型腔中的熔料压力解除，这时，型腔中的熔料压力将比浇口前方的压力高，如果此时浇口尚未冻结，型腔中熔料就会通过浇口流向浇注系统，使塑件产生收缩、变形及质地疏松等缺陷，这种现象称为倒流。如果撤除注射压力时，浇口已经冻结，则倒流现象就不会发生。由此可见，倒流是否发生或倒流的程度如何，均取决于浇口是否冻结或浇口的冻结程度。

（6）冷却    塑件在模内的冷却过程是指从浇口处的塑料熔体完全冻结时起到塑件将从模具型腔内推出为止的全部过程。在此阶段，补缩或倒流均不再继续进行，型腔内的塑料继续冷却、硬化和定型。实际上冷却过程从塑料注入模具型腔起就开始了，它包括从充模完成、保压开始到脱模前的这一段时间。

（7）脱模    塑件冷却到一定的温度即可开模，在推出机构的作用下将塑件推出模外。

3. 塑件的后处理

    由于塑化不均匀或塑料在型腔内的结晶、取向和冷却及金属嵌件的影响等原因，塑件内部不可避免地存在一些内应力，从而导致塑件在使用过程中产生变形或开裂。为了解决这些问题，可对塑件进行一些适当的后处理。常用的后处理方法有退火和调湿两种。

（1）退火处理    退火处理是将塑件放在定温的加热介质（如热水、热油、热空气和液体石蜡等）中保温一段时间然后缓慢冷却的热处理过程。利用退火时的热量，能加速塑料中大分子松弛，从而消除塑件成型后的残余应力。退火温度一般在塑件使用温度以上10~20℃至热变形温度以下10~20℃之间进行选择和控制。保温时间与塑料品种和塑件的厚度有关，一般可按每毫米约半小时计算。退火处理时，冷却速度不应过快，否则会产生应力。

（2）调湿处理    调湿处理是一种调整塑件含水量的后处理工序，主要用于吸湿性很强且又容易氧化的聚酰胺等塑件。调湿处理除了能在加热条件下消除残余应力外，还能使塑件在加热介质中达到吸湿平衡，以防止在使用过程中发生尺寸变化。调湿处理所用的介质一般为沸水或醋酸钾溶液（沸点为121℃），加热温度为100~121℃。热变形温度高时取上限，反之取下限。保温时间与塑件的厚度有关，通常取2~9h。