注射成形工艺优化

2023-06-24 理论教育版权反馈

【摘要】：表6-3注射工艺过程3. 塑件后处理由于塑化不均匀等因素会在塑件内部不可避免地出现一些内应力。注射模具的结构6.2.1.3注射成形模具基本结构塑料注射成形所用的模具称为注射成形模具，简称注塑模。

注射成形又称注塑成形，是将粉状或粒状的塑料原料经料斗装入料筒，并在料筒内加热至熔融状态，在注射机柱塞或螺杆作用下，以较高的速度和压力注入封闭的模具型腔内，待冷却固化后脱模取出得到所需塑料制件的加工工艺。它是目前塑料加工中最普遍采用的方法之一，注射成形制品约占塑料制品总量的20%～30%。

到目前为止，除氟塑料外，几乎所有的热塑性塑料都可以用注射成形，一些热固性塑料也可以采用注射成形。其成形周期短、制件尺寸稳定、花色品种多、生产可自动化、高速化，具有极高的经济效益。

6.2.1.1　注射成形设备及工作原理

注射成形所用的设备为注射成形机和注射模具。模具结构依据产品的特点决定，没有统一的标准。注射成形机按注射方式不同可分为柱塞式和往复螺杆式注塑机，其中往复螺杆式注塑机用得最多。其基本作用有两个：其一是加热熔融塑料，使其达到黏流状态；其二是对黏流态的塑料施加高压，使其注入模具型腔内。

螺杆式注射机注射成形过程如图6-1所示。

首先是将颗粒状或粉末状塑料原料加入到料斗内，在重力和螺旋推送作用下，原料进入料筒，在料筒内被加热至黏流状态。然后液压缸活塞带动螺杆以一定的压力和速度，将已经塑化好并积存于机筒端部的熔体经注射机喷嘴注射入模具型腔内，此时螺杆保持不动，如图6-1（a）所示。

经一定时间的保压后，注射液压缸活塞的压力消失，螺杆开始转动。此时由料斗落入的塑料随螺杆向前输送，其中受到加热器加热和螺杆剪切摩擦热的作用而逐渐升温熔融成黏流状态，并建立一定的压力。当螺杆头部压力达到能克服液压缸活塞退回的阻力时，螺杆边转动边回退，机筒前端的熔体逐渐增多。当螺杆退回到与事先调整好的行程开关接触时，即停止转动和后退，具有模具一次注射量的塑料预塑与储料结束。预塑过程与保压于同一时间内完成，如图6-1（b）所示。

在保压过程中，已成形的塑件在模具内冷却定形。当塑件完全冷却定形后开模，在推出机构作用下，塑件被推出模外，完成一个循环，如图6-1（c）所示。

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图6-1　螺杆式注射机注射成形的工作原理图

1—料斗；2—螺杆等问题装置；3—注射液压缸；4—螺杆；5—加热器；6—喷嘴；7—模具。

6.2.1.2　注射成形工艺过程

注射成形工艺过程的确定是注射工艺规程制定的中心环节，它包括成形前的准备、注射过程和塑件后处理。

1. 注射成形前的准备

注射成形前的准备包括原料检验和预处理、嵌件的预热、机筒的清洗、脱模剂的选用等。

2. 注射过程

完整的注射过程包括加料、塑化、注射、保压、倒流、冷却和脱模等几个阶段，见表6-3。

表6-3　注射工艺过程

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3. 塑件后处理

由于塑化不均匀等因素会在塑件内部不可避免地出现一些内应力。内应力的存在会导致塑件在使用过程中产生变形或开裂，因此要设法消除。根据塑件的特性和使用要求，塑件可进行退火处理和调湿处理。

退火处理就是把塑件放在一定温度的烘箱中或液体介质（如热水、甘油、热矿物油等）中一段时间，然后缓慢冷却。退火的温度一般控制在高于塑件的使用温度10～20 °C或低于塑料热变形温度10～20 °C。

调湿处理是让塑件在一定的湿度环境中吸收一定的水分，使其尺寸稳定下来，以免在使用过程中因吸水而发生变形。它主要用于聚酰胺类塑料的塑件。

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注射模具的结构

6.2.1.3　注射成形模具基本结构

塑料注射成形所用的模具称为注射成形模具，简称注塑模。如图6-2所示，注塑模的结构与塑料的种类、塑件的结构和注射机的种类等很多因素有关，注塑模由定模和动模两部分组成。按各零件在模具中所起的作用不同，注射模具一般由成形零件、浇注系统、导向机构、推出机构、调温系统、排气系统和支撑零件组成，如果塑件有侧向的孔或凸台，注塑模还包括侧向分型和抽芯机构。

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图6-2　注射模具的结构

1—动模板；2—定模板；3—定模座板；4—冷却水道；5—主流道衬套；6—定位圈；7—凸模；8—导套；9—导柱；10—动模座板；11—垫块；12—支撑板；13—支撑柱；14—推板；15—推杆固定板；16—拉料杆；17—推板导套；18—推板导柱；19—推杆；20—复位杆；21—注射机顶杆。

1. 成形零件

成形零件是指直接与塑件接触、成形塑件内、外表面的模具部分。它主要由型芯（凸模）、型腔（凹模）、镶块和嵌件等零件构成。型芯（凸模）成型零件的内表面，型腔（凹模）成形零件的外表面。在模具的动、定模部分合模后成形零部件构成了模具的型腔，从而也决定了塑件的内、外轮廓尺寸。

2. 浇注系统

浇注系统是熔融塑料从注射机喷嘴进入模具型腔所经的通道，一般由主流道、分流道、浇口及冷料穴四个部分组成。浇注系统对塑料熔体在模具内的流动方向、形态、排气和压力传递等起到重要作用。

3. 导向机构

在注射模具中，用导向部件对模具的动、定模进行导向与定位，以便模具工作过程中能够准确闭合。一般有导柱、导套（或导向孔）等。

4. 推出机构

推出机构是指模具分型后，将塑件从型腔中推出来的装置。一般包括推板、推杆、推杆固定板、拉料杆、推板导柱、推板导套、支撑钉和复位杆等。

5. 调温系统

为了满足注射工艺对模具温度的要求，需要有调温系统对模具的温度进行调节。加热方式一般采用在模具内部或者四周安装加热元件的方法。一般热塑性塑料的注射模具大部分设置有冷却系统，采用开设冷却水道的方式。

6. 排气系统

为了在注射成形过程中将型腔内原有的空气和塑料熔体中逸出的气体排出，在模具分型面上常开设排气槽。当型腔内的排气量不大时，可直接利用分型面之间的间隙自然排气，也可利用模具的推杆与配合孔之间的活动间隙排气。对于大型注射模，则应预先设置排气槽。

7. 支承零件

指用来安装固定或支承成形零件及前述的各部分机构的零件。支承零件组装在一起，构成了注射模具的骨架。一般包括动模板、定模板、定位圈、支承板、垫块、定模座板等。

8. 侧向分型和抽芯机构

当塑件有侧向的凸凹形状的孔或凸台时，必须先把侧向的凸凹形状的瓣合模块或侧向的型芯从塑件上脱开或抽出。

6.2.1.4　注射成形模具种类（见表6-4）

表6-4　注射模具种类

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6.2.1.5　注射成形模具典型结构

1. 单分型面注射模具

动模与定模的接触表面，称为分型面；只有一个分型面的注射模称为单分型面注射模。单分型面注射模具也称为两板式注射模具，它是注射模具中最简单、最常用的一种结构形式。常用于直接浇口进料的注射模（大水口模）。图6-2所示即为典型的单分型面注射模具，适合于单型腔和多型腔注射模具。

（1）工作原理

型芯7固定在动模板1上，连接在注射机的移动模板上，而具有型腔的定模板2固定在定模座板4上，连接在注射机的固定模板上。开模时，模具从动、定模分型面打开，塑件包在型芯7上随动模部分一起向左移动而脱离型腔2，浇注系统的凝料在拉料杆16的作用下，同时和塑料制件连在一起也向左移动。移动一段距离后，当注射机的顶杆21接触推板14时，推出机构开始动作，推杆19推动塑件从凸模7上脱下来，浇注系统凝料同时被拉料杆16推出。

闭模时，在导柱9和导套8的导向定位下动、定模闭合。在闭合过程中，定模板2推动复位杆20使推出机构复位。

（2）结构特点

① 分流道位置的选择。分流道开设在分型面上，它可以单独开设在动模一侧或定模一侧，也可以开设在动、定模分型面的两侧。

② 拉料杆的设置。拉料杆的作用是在开模时拉出主流道的凝料。为了将主流道里面的凝料从浇口套里面拉出，避免下一次成形时堵塞流道，动模一侧必须设有拉料杆。

③ 塑件的留模方式。由于注射机的推出机构一般设置在动模一侧，为了便于塑件推出，塑件在分型后尽量留在动模一侧。

④ 导柱的设置。单分型面注射模的合模导柱既可以设置在动模一侧，也可以设置在定模一侧，可根据模具结构的具体情况确定，通常设置在型芯凸出分型面最长的那一侧。一般标准模架的导柱设置在动模一侧。

⑤ 推杆的复位。推杆的作用是将包在型芯上的塑件推出，推杆有多种复位方法，常用的机构有复位杆复位和弹簧复位两种形式。

2. 双分型面注射模具

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图6-3　弹簧分型拉板定距式双分型面注射模具

1—定距拉板；2—弹簧；3—限位钉；4—导柱；5—推件板；6—动模板；7—支撑板；8—模脚；9—推板；10—推杆固定板；11—推杆；12—导柱；13—中间板；14—定模板；15—浇口套。

与单分型面注塑模具相比较，双分型面注塑模具在定模部分增加了一块可以局部移动的中间板，所以也叫三板式注塑模具，具有两个分型面，如图6-3所示。图中A-A符号处为第一次分型面，B-B符号处为第二次分型面。它常用于点浇口进料的单型腔或多型腔的注塑模具。开模时，中间板在定模的导柱上与定模板作定距离分离，以便在这两个模板之间取出浇注系统凝料。

双分型面注塑模结构复杂，制造成本较高，零部件加工困难，一般不用于大型或特大型塑料制品的成形。

（1）工作原理

开模时，中间板13与定模板14在弹簧2的作用下沿着A面分型，将主流道的凝料从浇口套中脱出。待动模继续后退至定距拉板1，碰到固定在中间板13上的限位钉3时，沿B面分型，将塑件与浇口拉开，塑件与型芯一起后退，而浇注系统的凝料在A分型面上被取出。当动模继续后退，注射机的推杆接触推板9时，推件板5在推杆11的推动下，将塑件推出并落下。

（2）结构特点

① 浇口的形式。三板式点浇口注射模具的点浇口截面积较小，直径只有0.5～1.5 mm。由于浇口截面积小，塑件的外观好，有利于生产自动化。

② 导柱的设置。三板式点浇口注射模具在定模一侧必须设置导柱，用于对中间、板的导向和支承，如加长该导柱的长度，也可以对动模部分进行导向，因此动模部分可以不设置导柱。如果是推件板推出机构，动模部分也必须设置导柱。

③ 双分型面的分型形式。由于双分型面注射模在开模过程中要进行两次分型，必须采取顺序定距分型机构，即定模部分先分开一定距离，然后主分型面分型。除了上述的弹簧分型拉板定距式外，还有弹簧分型拉杆定距式、导柱定距式、摆钩分型螺钉定距式等。

注射成形工艺优化

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