第一章 塑料及注射的基本概念

一.            塑料的定義

1.    塑料是一種以合成或天然的高分子化合物為主要成份,在一定的溫度和壓力條件下,可塑制成一定形狀,當外力解除后,在常溫下仍能保持其形狀不變的材料.

2.    塑料的主要成份為樹脂,一般含有添加劑.

3.    塑料的兩個特征: a. 在一定的溫度下具有可塑性;  b. 全部或主要成份為高分子化合物.

二.            塑料的組成和分類

   可分為熱塑性塑料和熱固性塑料.

1.    熱塑性塑料-----

樹脂為線型或支鏈型大分子鏈的結構,受熱時分子間可互相移動,軟化溶融,冷卻后變硬定形,并可多次反復而始終具有可塑性.它可回收再次成型.

常見的熱塑性塑料有聚乙烯—PE ,聚丙烯----PP,  聚苯乙烯-----PS, 聚氯乙烯-----PVC, 聚甲醛----POM,  聚先胺----PA,  聚碳酸酯----PC, 丙烯晴-丁二烯-苯乙烯共聚物----ABS,        聚甲基丙烯酸甲酯---PMMA,    丙烯晴-苯乙烯共聚物----A/S,  

聚對苯二甲酸乙二醇酯---PETP, 聚對苯二甲酸丁二醇酯----PBTP

2.      熱固性塑料-------

樹脂加熱初期具有一定的可塑性,軟化后可制成各種形狀的制品,隨加熱時間的加長,分子逐漸交聯形成網狀体形結構,固化而失去塑性,冷卻后再加熱也不會再軟化,再受高壓即被分解破坏.

3.      通用工程塑料

一般指產量大,机械強度高,可代替金屬用作工程結構材料的塑料,包括聚先胺----PA, 聚碳酸酯-----PC,聚甲醛---POM, 聚對苯二甲酸丁二醇酯---PBTP.

三. 塑料的性能

优點:

1.      質輕,比強度高;

2.    耐腐蝕性好;

3.    絕緣性好;

4.    優良的消聲和減震性能;

5.    良好的透明,透光性;

6.    成型性好;

7.    价格便宜.

缺點:

1.    机械強度和耐熱性較低;

2.    導熱性差,熱收縮率大,一般容易燃燒;

3.    容易老化.

四.            注射成型原理與特點

從控制工藝條件來說: 注射成型三要素-----塑料,模具,注射机

注射成型三原則-----成型壓力,成型溫度,速度和時間

原理:將樹脂通過料斗進入熱料筒中,料筒中設有由注射油缸帶動的柱塞或螺杆,將物料送到料筒的加熱區,物料在加熱區軟化并被加熱到要求溫度.在柱塞或螺杆推移下,熱塑性塑料熔体被注入閉合的模具中.注模系統固定在注射机的裝模板上,鎖模系統保証注模的閉合,并提供注射机必要的鎖模力.注射机裝有時間調節系統,可以控制注射周期的操作程序.

第二章 塑料注射成型机

最初的注射机是借助于金屬壓鑄机的原理設計的.1948年,注射机的塑化裝置開始使用螺杆,1959年世界上第一台往復螺杆式注射机問世.

一 . 注射机的種類

 主要根据注射机的合模裝置和注射裝置的相對位置可分為:

1.      臥式注射机

2.      立式注射机

3.      角式注射机

4.      多模注射机

注射机的加工能力主要用注射量和合模力參數表示.

二. 注射机的功能

基本功能有兩個: 1. 加熱塑料,使其達到熔化狀態;

                2. 對熔融塑料施加高壓,使其射出而充滿模具型腔.

三. 注射机的組成

 注射机通常由注射系統,合模系統,液壓傳動系統,電氣控制系統組成.

1.    注射系統

 注射系統有3種主要形式: a . 柱塞式,   b.螺杆式,   c.螺杆預塑柱塞注射式,

其作用:在注射机的一個工作循環中,能在規定的時間內將一定數量的塑料加熱塑化后,在一定的壓力和速度下,通過螺杆或柱塞將熔融塑料注射到模具型腔中,注射結束后,對注射到模腔中的熔料保壓定型.

注射系統由塑化裝置和動力傳遞裝置組成.

塑化裝置的類型:柱塞式塑化裝置,預塑式塑化裝置和往復螺杆式塑化裝置.

a.                    柱塞式塑化裝置的塑化方法是  -----  利用外加熱的熱傳導使塑料熔融塑化,這種成型机雖然結構上比較簡單,但由于存在對物料的塑化不夠均勻,塑化能力低,注射壓力損失大,注射速度不穩定,清洗料筒較因難等缺點,對成型較大型,質量要求高的制品或加工熱敏性塑料有因難.

b.                    預塑式塑化裝置 -------滿足注塑大型,精密制品和加工一些工程塑料和熱敏性塑料的要求.它是將預塑化用加熱料筒和注射用加熱料筒組合在一起而構成的.預塑化用加熱料筒用于加熱熔融成型材料,注射用加熱料筒則用來注射被熔融的材料.預塑式塑化裝置常有柱塞預塑化式和螺杆預塑化式兩種.由于熔融樹脂容易停滯在兩組加熱料筒結合部位的單向閥處,因而不能使用容易產生熱分解的材料,另外其結構使更換樹脂材料和改變顏色的操作都很費事,所以預塑式塑化裝置不常用,對于聚乙烯,聚苯乙烯等不易熱分解的材料,尤其是希望縮短成型周期時,可以使用此裝置.

c.                    往复螺杆式塑化裝置------- 主要由螺杆.料筒.螺杆頭,噴嘴,計量裝置,加熱裝置等組成,其工作過程為:螺杆在傳動裝置的配合下轉動,塑料則從料斗經螺杆不斷地向前輸送,在加熱裝置的加熱以及螺杆的剪切,混煉作用下,使塑料逐漸均勻地塑化熔融,同時,螺杆在螺杆頭部熔料壓力的作用下向后移動,退至一定的位置,計量裝置計量使螺杆停止轉動,為注射作好准備.注射時,螺杆端部直接作用于熔料上,并以一定的壓力和較高的速度將熔料注入模腔.為防止注射時熔料的回流,一般在螺杆頭處設置止逆環,保証制品所需的熔料量.此裝置塑化質量好,注射壓力損失小,計量穩定可靠,螺杆裝拆和清理方便,适用于大.中.小型注射机.

塑化裝置一般由5部份組成: a . 加料裝置  b. 料筒  c. 柱塞和分流梭  d. 螺杆 e. 噴嘴.

a. 一般小型注射机的加料裝置是一個錐形料斗,與料筒相連.料斗的下料口應足夠大,并設有冷卻裝置,以防止物料(架橋)過熱而結塊堵塞.

b. 料筒為塑料加熱和加壓的容器,其尺寸大小決定了注射机的注射量.有柱塞式和螺杆式.料筒內壁都應光滑,端部呈流線型,以避免死角,造成物料滯流而引起分解.料筒外部應設有加熱裝置,能分段加熱和控制,一般靠近料斗處溫度較低,靠近噴嘴處溫度較高.

c.       分流梭在料筒前端的中心部位,其作用是將料筒內通過該處的塑料分流成6-10毫米的薄層,以縮短傳熱時間,增加剪切,使塑化圴勻.分流梭上一般還附有緊貼料筒壁起定位作用的几條筋.能較快和較均勻地升高溫度.分流梭的設置縮短了塑化時間,提高了物料的流動性和均勻性.從而有效地提高了生產效率和制品的質量.

d.      螺杆的作用:輸送,壓實,塑化,施壓.

e.   噴嘴:起料筒和模具的連接作用并使物料具有很高的注射速度.頂部呈半球形.

2.      合模系統

其作用:保証模具閉合,開啟,或頂出制品,同時,在模具閉合后,要給模具足夠的合模力,以防止閉合的模具在注射過程中出現開縫的現象.塑料熔体通常以40-150兆帕的高壓注射入模.模板的移動速度要求合模時應先快后慢,開模時先慢,后快,再慢.

四.  注射机的工作過程

    1. 合模與鎖緊

       合模過程中動模板的移動速度需符合慢---快---慢要求,而且有低壓保護階段.低壓保護階段的作用:一方面保証模具平穩地合模,減小沖擊,縮短閉模時間,從而縮短成型周期;另一方面是當動模與定模快要接近時,避免模具內有異物或模內嵌件松動脫落損坏模具.最后為高壓低速鎖模階段,保証模具具有足夠的鎖緊力,以免在注射,保壓時產生溢邊現象.

    2. 注射裝置前移

       保証噴嘴與模具澆道貼合,作好注射准備.

    3. 注射與保壓

        螺杆在注射裝置的注射油缸工作推動下前移,使料筒前部的熔料以高壓高速注入模腔內,此時螺杆頭部作用于熔料上的壓力稱之為注射壓力,又稱一次壓力.熔料注入模腔后,由于模具的冷熱傳導,使模腔內物料產生体積收縮.為了保証塑料制品的致密性,尺寸精度,強度和剛度,必須使注射系統對模具施加一定的壓力進行補料,直到澆注系統,關鍵是澆中處的塑料凍結為止.此時螺杆作用于熔料上的壓力稱之為保壓壓力,又稱二次壓力.

    4. 制品冷卻和預塑化

        隨模具的進一步冷卻,模具澆注系統內的熔料逐漸趨于凍結,尤其當澆口凍結時,保壓已失去了補料作用,此時,可以卸去保壓壓力,使制品在模內充分冷卻定型.

        由于制品冷卻和預塑同時進行,一般要求預塑時間不超過制品冷卻時間,以免影響成型周期,且塑化之塑料為下次注射之塑料.

5. 注射裝置后退

        是否后退根据所加工塑料的工藝而定,如熱流道模具不退回.

        后退目的:避免噴嘴與冷模長時間接觸使噴嘴內料溫過低而影響下次注射和制品質量,有時為了便于清洗,也常使注射裝置退回.

    6.  開模和頂出制品

        模具內的制品冷卻定型后,合模机構就開扈模具,在注射机的頂出系統和模具的頂出机構聯合作用下,將制品自動頂落,為下次成型做好准備.

五.             注射机的基本參數

1.    注射量:是指机器在對空注量(無模具)條件下,注射螺杆或柱塞作一次最大注射行程時,注射裝置所能達到的最大注射量.它反映了注射机的加工能力.標志了机器所能生產的塑料制品的最大質量.以射出熔料的質量(g)或体積(立方厘米)表示.

2.    注射壓力:是指注射時,螺杆或柱塞端面處作用于熔料單位面積上的力,其單位為兆帕.注射時的實際注射壓力是由克服熔料流經噴嘴,澆道和模腔等處的阻力所決定的.因此,實際注射壓力均小于所用注射机的最高注射壓力.注射壓力過高,制品可能產生飛邊,脫模因難,影響制品的表觀質量,甚至因內應力較大而成為廢品,同時注射壓力過高還會影響机器的使用壽命.注射壓力過低,則會造成熔料難以充滿模腔,甚至不能成型.

3.   注射速度,注射速率和注射時間

注射時,熔料經噴嘴進入溫度較低的模腔內,隨時間的延長,熔料的流動性逐漸減弱,為確保熔料充滿模腔,必須縮短注射時間,也就是提高注射速度或注射速率.

注射速度是指注射時螺杆或柱塞移動速度;

注射速率是指單位時間內熔料從噴嘴射出的理論容量;

注射時間是指螺杆或柱塞作一次注射量所需的時間;

U = S/T    V=Q/T

       U ---- 注射速度   厘米/秒 

       S ---- 注射行程,厘米

       T ---- 注射時間, 秒

       V ---- 注射速率, 立方厘米/秒

       Q ---- 一次最大注射量  立方厘米

          此三者均為描述熔料流動速度的參數.注射速度慢,即注射速率低,注射時間長,制品易產生冷接縫,密度不均和制品內應力大等弊病.合理地提高注射速度,能減少熔料在模內的溫差,改善壓力傳遞效果,保持制品密度均勻和制品精度,縮短生產周期,特別是對于一些薄壁,流程較長的制品更為合适,但注射速度過高,熔料离開噴嘴后會產生不規則流動,產生大的剪切熱,易燒焦物料.在高速注射時,模內的氣体往往來不及排出,夾雜在物料中嚴重影響制品質量.

4.      塑化能力----是指注射机塑化裝置在1小時內所能塑化物料的能力,以標准聚苯乙烯為准.

G ＝ W/2T  G ＝ 塑化能力  W----物料質量    T ＝ 塑化全行程1/4---3/4處的塑化時間

5.      合模力----即鎖模力,是指注射机合模裝置對模具所能施加的最大夾緊力,注射壓力一部份損失在噴嘴,模具澆注系統,其余即為模腔內熔体壓力,常稱模腔壓力.要使模具不被模腔壓力所產生的脹模力頂開,就必須施加足夠的夾緊力,即合模力.

F = K*Pa*A  F----實際合模力(千牛)  Pa---模腔平均壓力(兆帕),一般為20—45兆帕      A----制品在分型面上的投影面積    K---安全系數 一般取1.1---1.6.

6.      合模裝置的基本尺寸

模板尺寸及拉杆尺寸---表示模具安裝面積的大小.

模板最大開距-----為成型制品最大高度的3-4倍

動模板行程-----一般大于制品最大高度H的2倍.

模具最大厚度Hmax和最小厚度Hmin------指動模板閉合后,達到規定合模力時,動模板與定模板之間所達到的最大和最小距離.這兩值之差就是調模机構的調模行程.如果模具厚度小于Hmin ,則必須設置模厚調整塊,使模厚尺寸大于Hmin,否則就不能實現正常的合模力.若模具厚度大于Hmax,則模具安裝后就不能正常合模,達不到規定的合模力.一般模具厚度設定在Hmax 和Hmin之間.

★ 注射机配套的輔机有: 干燥机, 送料机, 混合著色裝置,模溫控制机,模溫速冷机,粉碎机等.

   正確控制模溫可調整制品的冷卻速率,使之冷卻均勻一致,制品尺寸穩定,密度均勻,表面光澤,透明度高,可以避免制品產生縮孔,凹痕,銀紋,暗斑,溢邊等缺陷,有利于高分子松弛,減少內應力,降低分子取向效應,避免或減少應力開裂,龜裂,翹曲,扭轉,泛白,剝層等,對于結晶性塑料還可提高結晶度等.

第三章 塑料注射模具

一 .  注射模具的基本結構

注射模具均可分為動模與定模兩大部分.注射時動模與定模閉合構成型腔和澆注系統,開模時動模與定模分离,取出制品.定模安裝在注射机的固定模板上,是直接與噴嘴口或澆中套接觸,一般為型腔組成部份,動模則安裝在注射机的移動模板上,并隨模板移動,達到與定模部分分開或合攏,一般抽芯和頂出机構在這個部分內.

1. 模具型腔-------是模具中直接成型塑料制品的部分,它通常由凸模(成型制品內部形狀),凹模(成型制品外部形狀),型芯,或成型杆,鑲塊等組成.為保証塑料制品表面光洁美觀,和容易脫模,凡與塑料接觸的型腔表面,其粗糙度一般應很小,最好小于Ra0.2.

2. 澆注系統-------是指塑料熔体從注射机噴嘴進入模具型腔的流道部分,由主流道,分流道,澆口,冷料穴所組成.

主流道是模具中連接注射机噴嘴至分流道或型腔的一段通道.主流道頂部呈凹球面,以便與噴嘴銜接,進口直徑稍大于噴嘴直徑,一般為4—8毫米,以避免溢料,并沿進料方向逐漸增大,放大角度一般為3度—5度,便于流道贅物的脫模.                     

分流道是多模腔中連接主流道和各澆口的通道.為使熔料以等速度充滿各型腔,分流道在模具上應呈對稱,等距離的排列分布.常見的分流道是梯形或半圓形截面,并開設在帶有脫模杆的一半模具上.在滿足注射工藝和加工制造要求的前提下,應盡量減少流道的截面積和長度,以減少分流道贅物.

澆口是接通分流道或主流道與型腔的通道.常見的澆口有:直接澆口,側澆口,盤形澆口,環形澆口,輪輻澆口,扇形澆口,點澆口.潛伏澆口,護耳澆口等.澆口的作用是控制料流,使從流道注入的熔料充滿模腔后不倒流,便于制品與分流道分離.澆口截面積宜小不宜大,宜短不易長,澆口位置一般選定在制品最厚而又不影響外觀的地方.

冷料穴是設在主流道末端的一個空穴,用以捕集噴嘴端部兩次注射之間所產生的冷料.從而防止分流道或澆口的堵塞,并避免因冷料進入型腔而形成制品中的內應力.冷料穴的直徑一般為8-10毫米,深6毫米,為了便于脫出主流道贅物,冷料穴底部常用具有曲折鉤形或下陷溝槽頭的脫模杆承托.

3.      導向部份-----導向零件通常有導向柱,導向孔和在動模定模上分別設置互相吻合的內外錐面.有的注射模具的頂出裝置為避免在頂出過程中頂出板歪斜,也設有導向零件,使頂出板保持水平運動.

4.      分型抽芯机構------帶有外側凹或側孔的制品,在被頂出以前,必須先側向分型,拔出側向凸模或抽出側型芯,然后方能順利脫出.

5.      頂出裝置 -----又稱脫模裝置.可在開模過程中將制品從模具中頂出,或在開模中頂出制品.

6.      冷卻加熱系統-----冷卻系統一般在模具內開設冷卻水道,加熱則在模具內部或周圍安裝加熱元件,如電熱棒,電熱板,電熱圈等.

7.      排氣系統 ---- 為了在注射過程中將型腔內原有的空氣排出,常在分型面處開設排氣槽.但小型制品排氣量不大,可直接利用分型面排氣,許多模具的頂杆或型芯與模具的配合間隙均可起排氣作用,故不必另外開設排氣槽.

8.     模具安裝部件 ----- 作用有二: a .可靠地把模具安裝在注射机的模板上;  b. 利用安裝部件調節模具厚度, 使模具厚度符合所用注射机要求.

二 . 注射模具的分類

按注射模具的總体結構特征可分為

1. 單分型面注射模具

   也叫兩(雙)板式注射模具,是注射模具中最簡單,最常用的一種標准結構形式的注射模具,主流道設在定模一側,分流道設在分型面上,開模后制品連同流道凝料一起留在動模一側.動模上設有頂出裝置,用以頂出制品和流道凝料.這種模具結構簡單,工作可靠,尤其是大型的盒類,殼類制品常被采用.

2.  雙分型面注射模具

   雙分型面注射模具是指澆注系統和制品由不同的分型面取出者,也叫三板式注射模具.與單分型面模具相比,增加了一塊可移動的中間板,也叫澆口板.該模具由固定不動的流道板,可活動并開有流道或型腔的中間板和設有頂出裝置, 芯型等部件的動模板組成.啟模時,中間板與固定模板和移動模板分离,制品與澆注系統冷料分別從中間板兩側取出.因此,這種注射模具有兩個平行的分型面.這種模具主要用于:     a . 中心進料的多模腔模,便于開設流道和冷料穴;  b . 中心進料的點澆口單模腔模或多模腔模,便于澆道料取出;  c . 制品表面進行复式點澆口注射模;  d . 邊緣進料的不平衡多模腔模.由于這種模具結構复雜,制造成本高,周期長,很少用于大型塑料制品上.

3.  帶有活動鑲件的注射模具

  由于制品的特殊要求,模具上設有活動的螺紋型芯或側向型芯以及哈夫滑塊.啟模時,這些部分不能簡單地沿啟模方向與制品分离,在脫模時必須連同制品一起移出模外,然后通過手工或簡單工具使它与制品分离.

4. 橫向分型抽芯注射模具

   當制品有側孔或側凹時,在自動操作的模具里設有斜導柱或斜滑塊等橫向抽芯机構.在啟模時,利用開模力帶動側型芯作橫向移動,使其与制品分离.

5. 自動卸螺紋注射模具

  對帶有內螺紋或外螺紋的制品要求自動脫模時,在模具上設有可轉動的螺紋型芯或型環.該模具用于角式注射机,主螺紋型芯由注射机開合模的絲杆帶動旋轉使其與制品脫离.

6.定模一側設頂出裝置

7. 無流道注射模具

  包括熱流道或絕熱流道注射模具,它們采用對流道進行加熱或絕熱(流道中冷凝的塑料外層對流道中心的熔融塑料起絕熱作用)的辦法來保持從噴嘴至澆口之間的塑料呈熔融狀態.在每次注射以后,只需取出制品而沒有澆注系統廢料,大大提高了勞動生產率和減少廢料的回收,同時也保証了壓力在流道中的傳遞,這樣的模具容易達到全自動操作.