注塑成型原理

1、以柱塞式注射機(jī)為例，注射成型原理如圖4-1所示。首先將粒狀或粉狀塑料從注射機(jī)的料斗送入配有加熱裝置的機(jī)筒中進(jìn)行加熱熔融塑化，使之成為粘流態(tài)熔體，然后在注射機(jī)柱塞的高壓推動(dòng)下，以很高的流速通過(guò)機(jī)筒前端的噴嘴注入溫度較低的閉合型腔中，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的保壓冷卻定型后，開(kāi)模分型即可從型腔（成型塑件的閉合空間）中脫出具有一定形狀和尺寸的塑件制件（塑件），這樣便完成了一個(gè)成型周期。

2、注塑成型的特點(diǎn)及應(yīng)用

注塑成型具有對(duì)塑料品種適應(yīng)性強(qiáng)，可一次成型形狀復(fù)雜、尺寸精確、帶有金屬或非金屬嵌件的塑料制件，生產(chǎn)效率高，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化等優(yōu)點(diǎn)，是熱塑性塑料成型的一種重要方法。注塑成型工藝發(fā)展很快，除了熱塑性塑料注射成型以外，一些熱固性塑料也可以成功地用于注塑成型，且具有效率高、產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定的特點(diǎn)；低反泡塑料（密度為0.2-0.9g/cm3）的注塑成型可以生產(chǎn)緩沖、隔聲、隔熱等性能優(yōu)良的塑料制件；雙色或多色注射成型可以生產(chǎn)多種顏色、美觀適用的塑料商品。此外，應(yīng)用熱流道注射成型工藝在獲得大型塑件、降低或消除澆注系統(tǒng)凝料等方面具有明顯優(yōu)點(diǎn)。注射成型還是獲得中空塑料制品型坯的重要工藝方法。

3、注射機(jī)與注射成型系統(tǒng)

注射機(jī)是注射成型生產(chǎn)的關(guān)鍵設(shè)備，注射成型系統(tǒng)是指注射機(jī)內(nèi)直接用于成型動(dòng)作的注射系統(tǒng)、合模系統(tǒng)以及安裝在注射機(jī)上的模具。

注射機(jī)的分類

1. 按規(guī)格大小分類

按注射機(jī)裝置分類

（1）柱塞式

其工作原理見(jiàn)4.1 節(jié) ，這種設(shè)備（圖4-1）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，塑料融化所需的熱量主要依靠機(jī)筒3外部的加熱器5以熱傳導(dǎo)方式提供，由于塑料導(dǎo)熱性差且機(jī)筒壁較厚，同時(shí)它在機(jī)筒中的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)似層狀流動(dòng)，從而形成了塑料的外層（靠近機(jī)筒內(nèi)壁）與內(nèi)層之間存在著較大的溫差，導(dǎo)致塑化均勻性差。雖然機(jī)筒內(nèi)設(shè)置了分流錐4，增加了塑化效果，但塑化均勻性仍教差，且物料滯留嚴(yán)重、壓力損失大，所需注射壓力約為 螺桿式的2-3倍，只適合于小型零件的成型。

（2） 螺桿式

螺桿式注射機(jī)以加熱筒和螺桿等實(shí)現(xiàn)成型物料的塑化及注射，如圖4-2所示。其合模、注射、保壓、冷卻及脫模過(guò)程與柱塞式注射機(jī)相同，不同的是，螺桿具有塑化及注射兩種功能。螺桿旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生強(qiáng)烈的攪拌混合與剪切作用，塑化均勻，物料滯留少，壓力損失小，成型塑件的殘余應(yīng)力較小，設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，是目前應(yīng)用較廣的機(jī)種。

（3） 螺桿預(yù)塑式 螺桿預(yù)塑式注射機(jī)以一套機(jī)筒和螺桿進(jìn)行塑化，另一套機(jī)筒和柱塞進(jìn)行注射，如圖4-3所示。這類注射機(jī)塑化均勻，計(jì)量準(zhǔn)確，壓力損失小，適合精密成型但物料滯留大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。

按外形結(jié)構(gòu)特征分類

（1）臥式注射機(jī)

臥式注射機(jī)是注射機(jī)產(chǎn)品中最基本、最普通的形式，其結(jié)構(gòu)特征是成型物料的注射系統(tǒng)與合模機(jī)構(gòu)的軸線重合并與地面平行(圖4-2)。其優(yōu)點(diǎn)是機(jī)身較低、穩(wěn)定。加料、操作及維修比較方便，且制品推出脫模后可自動(dòng)墜落，易于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化或自動(dòng)化，但存在模具拆裝不方便、安裝嵌件麻煩以及占地面積大等缺點(diǎn)。

（2）立式注射機(jī)

此注射機(jī)的結(jié)構(gòu)特征是注射系統(tǒng)與合模機(jī)構(gòu)的軸線重合并與地面垂直，如圖4-4a所示。該結(jié)構(gòu)具有占地面積小、模具拆裝較方便、安裝嵌件容易、料斗中的物料能均勻地進(jìn)入機(jī)筒等優(yōu)點(diǎn)。但制品推出脫模后需要人工取出，不易實(shí)現(xiàn)機(jī)械化或自動(dòng)化操作。另外，還有機(jī)身高、不穩(wěn)定、加料不方便、對(duì)廠房高度有一定要求等缺點(diǎn)。目前，這類注塑機(jī)主要用于生產(chǎn)60cm3 以下的多嵌件制品，其結(jié)構(gòu)也多為柱塞式，塑化效果不佳。

（3） 直角式注射機(jī)

此注射機(jī)的結(jié)構(gòu)特征是合模機(jī)構(gòu)與注射系統(tǒng)的軸線相互垂直。使用和安裝特點(diǎn)介于前面兩類注射機(jī)之間，特別適用于生產(chǎn)形狀不對(duì)稱的塑件和使用側(cè)澆口的模具。目前國(guó)內(nèi)使用較多的直角注射機(jī)為沿水平方向合模，沿垂直方向注射，如圖4-4b所示，合模機(jī)構(gòu)采用絲杠傳動(dòng)，使用普遍。圖4-4c為水平方向注射，沿垂直方向合模的直角式注射機(jī)，用得較少。

此外還有偏心式注塑機(jī)、雙機(jī)筒注射機(jī)、雙色或多色注射機(jī)、雙模系統(tǒng)注射機(jī)等。

注射機(jī)規(guī)格及主要技術(shù)參數(shù)

目前，注射機(jī)的規(guī)格通常用注射容量（即注射能力）與鎖模力的大小來(lái)表征。

注射機(jī)機(jī)筒內(nèi)的柱塞或螺桿在一次注射行程中說(shuō)能注射出的塑料的理論體積，稱為注射容量，是表征注射機(jī)能力的主參數(shù)。

按照國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，注塑機(jī)規(guī)格中標(biāo)稱的注射量，需要用定壓條件（注射壓力為100MPa）下的數(shù)值表示。注射機(jī)在其工作過(guò)程中，鎖緊閉合型腔防止熔體向外溢出的力稱為鎖模力。鎖模力的大小與注射機(jī)允許的成型面積有關(guān)。

注射機(jī)的注射系統(tǒng)

注射系統(tǒng)是注射機(jī)工作是直接與成型物料和熔體接觸的零部件，其主要作用是使固體成型物料均勻地塑化成熔體，并以足夠的壓力和速度將熔體注入模具型腔。注射系統(tǒng)包括加料裝置、機(jī)筒、柱塞及分流錐（柱塞式注射機(jī)）、螺桿（螺桿式注射機(jī)）和噴嘴。

（1）加料裝置

也成為料斗，通常為倒圓錐形或方錐形金屬容器，安裝在注射機(jī)的較高部位并與機(jī)筒相連。

（2）機(jī)筒

即成型物料的塑化室，主要用來(lái)加熱熔融物料。

（3）柱塞及分流錐

柱塞及分流錐是安裝在柱塞式注射機(jī)筒內(nèi)的注射和塑化零部件。柱塞在機(jī)筒內(nèi)做往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，推擠和壓縮塑料熔體通過(guò)噴嘴注入模具。分流錐是安裝在機(jī)筒前端中心部位的一個(gè)分流部件，如圖4-6所示。

其工作原理為：熔料在經(jīng)過(guò)分流錐時(shí)，被分劈成薄層，并產(chǎn)生收斂流動(dòng)，以此縮短了機(jī)筒對(duì)物料的傳熱距離，提高了傳熱效果；同時(shí)物料在分流錐與機(jī)筒的間隙中產(chǎn)生加速運(yùn)動(dòng)，剪切作用增強(qiáng)，從而 生成一定量的摩擦熱。兩方面共同作用提高了物料的塑化與均衡效果。設(shè)置分流錐后，可以縮短物料塑化時(shí) 間，改善塑料熔體的流動(dòng)性能和塑件的成 型質(zhì)量，同時(shí)使生產(chǎn)效率有所提高。

（4）螺桿

是螺桿式注射機(jī)的重要部件，通過(guò)螺桿在機(jī)筒內(nèi)的旋轉(zhuǎn)和軸向移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)成型物料的塑化和注射動(dòng)作。

（5）噴嘴

安裝在機(jī)筒前部，其內(nèi)部的噴孔是連接機(jī)筒和模具的通道，起引導(dǎo)塑料熔體從機(jī)筒進(jìn)入模具的作用。

注塑機(jī)的合模系統(tǒng)

合模系統(tǒng)的作用一是實(shí)現(xiàn)模具的開(kāi)合動(dòng)作，二是注射時(shí)鎖緊模具，三是開(kāi)模時(shí)推出模內(nèi)塑件。

注塑成型對(duì)合模系統(tǒng)最基本的要求是：合模時(shí)為模具提供可靠的鎖模力，以免模具在塑料熔體的壓力作用下沿分型面脹開(kāi)，使制品產(chǎn)生分邊，影響精度。

目前，注射機(jī)上使用的合模系統(tǒng)結(jié)構(gòu)可大體分為液壓式和液壓—機(jī)械式兩大類。

（1）液壓式

一般采用大直徑活塞和液壓缸進(jìn)行模具的開(kāi)合動(dòng)作。優(yōu)點(diǎn)是運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單，能夠適應(yīng)不同模具的閉合高度，隨時(shí)都可達(dá)到最大壓力并保壓；缺點(diǎn)是鎖模力大時(shí)液壓缸體積龐大，能量消耗大，系統(tǒng)的剛性較差。

（2）液壓—機(jī)械式

以液壓力驅(qū)動(dòng)曲肘連桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行開(kāi)合模動(dòng)作，具有自鎖功能（圖4-2）。 鎖模剛性大，產(chǎn)品不易出飛邊；模具的開(kāi)合時(shí)間比較短，并有緩沖作用，可以獲得較佳的合模運(yùn)動(dòng)方式；但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，機(jī)械部分容易磨損，需要經(jīng)常保養(yǎng)。

注射成型工藝

注射成型的生產(chǎn)工藝流程如圖4-7所示，按其先后順序包括：成型前的準(zhǔn)備、注射過(guò)程、塑件后處理等，下面分別討論。

1.成型前的準(zhǔn)備

為使注射過(guò)程順利進(jìn)行和保證塑料制件質(zhì)量，一般在注射之前要進(jìn)行一些必要的準(zhǔn)備工作。如對(duì)原料的外觀（如色澤、顆粒大小及均勻度）與工藝性能（流動(dòng)性、熱穩(wěn)定性、收縮性）進(jìn)行檢驗(yàn)和測(cè)定，判斷原料的各項(xiàng)性能與要求的參數(shù)是否相符；

對(duì)原料的各項(xiàng)性能與要求的參數(shù)是否相符；對(duì)原料進(jìn)行染色；進(jìn)行含水量檢測(cè)，對(duì)于某些易吸濕的塑料（如聚酰胺、ABS等）進(jìn)行充分干燥，以防產(chǎn)品表面出現(xiàn)銀絲、斑紋、氣泡和降解等缺陷；成型不同種類塑料前或發(fā)現(xiàn)塑料中有分解現(xiàn)象時(shí)，應(yīng)對(duì)機(jī)筒進(jìn)行清洗；

在成型帶有嵌件的塑件時(shí)，應(yīng)對(duì)嵌件進(jìn)行預(yù)熱，以防嵌件周圍的塑料因應(yīng)力而開(kāi)裂；對(duì)脫模困難的塑件，應(yīng)選好脫模劑。由于注射原料的種類、形態(tài)、塑件的結(jié)構(gòu)、有無(wú)嵌件以及使用要求的不同，各種塑件成型前的準(zhǔn)備工作也不完全一樣。

2.注射過(guò)程

注射過(guò)程一般包括加料、塑化、注射充型和脫模幾個(gè)步驟。

1）加料

由于注射成型是一個(gè)間歇的生產(chǎn)過(guò)程，因而需定量加料以保證操作穩(wěn)定、塑料塑化均勻，最終獲得良好的塑件。加料過(guò)多、受熱時(shí)間過(guò)長(zhǎng)等容易引起物料的熱降解，并增加注射機(jī)的功率損耗；加料過(guò)少，機(jī)筒內(nèi)缺少傳壓介質(zhì)，型腔中塑料熔體壓力降低，難于補(bǔ)縮（即補(bǔ)壓），容易引起塑件出現(xiàn)收縮、凹陷、空洞等缺陷。

2）塑化

對(duì)機(jī)筒中的塑料進(jìn)行加熱，使其由固態(tài)（顆粒狀或粉狀）轉(zhuǎn)變成粘流態(tài)并具有良好可塑性的過(guò)程稱為塑化。決定塑化質(zhì)量的主要因素是物料的受熱情況和所受到的剪切作用。

對(duì)塑料塑化的要求是：塑料熔體在進(jìn)入型腔之前要充分塑化，既要達(dá)到規(guī)定的成型溫度，又要熔體溫度均勻一致，還要使熱分解物的含量達(dá)到最小值，并能提供足夠的熔融塑料以保證加速了塑料的塑化，同時(shí)還強(qiáng)化了塑料的混合效果，使其擴(kuò)展到聚合物分子的水平（而不僅是靜態(tài)的熔融），它使塑料熔體的溫度分布、物料組成和分子形態(tài)都發(fā)生了改變，并趨于更加均勻。因而螺桿式注射機(jī)的塑化效果比柱塞式注射機(jī)好得多。

3）注射充型

注射充型指用柱塞或螺桿推動(dòng)塑化后的塑料熔體快速充滿模具型腔，并使熔體在壓力下冷卻凝固定型的過(guò)程。注射過(guò)程可分為充模、保壓、倒流和澆口凍結(jié)后的冷卻等幾個(gè)階段。