如何选择注射成型工艺条件

2023-06-30 理论教育版权反馈

【摘要】：对于一定的塑件，当选择了适当的塑料品种、成型方法及成型设备，设计了合理的成型工艺过程和塑料模具结构之后，在生产中，工艺条件的选择和控制就是保证成型顺利和塑件质量的关键。注射成型最主要的工艺参数是温度、压力和时间。因此，注射压力和保压时间对熔体充模及塑件的质量影响极大。注射压力的大小取决于塑料品种、注射机类型、模具结构、塑件的壁厚和流程及其他工艺条件，尤其是浇注系统的结构和尺寸。

对于一定的塑件，当选择了适当的塑料品种、成型方法及成型设备，设计了合理的成型工艺过程和塑料模具结构之后，在生产中，工艺条件的选择和控制就是保证成型顺利和塑件质量的关键。注射成型最主要的工艺参数是温度、压力和时间。

1.温度

在注射成型中需要控制的温度有料筒温度、喷嘴温度和模具温度等。前两种温度主要影响塑料的塑化和塑料充满型腔，后一种温度主要影响充满型腔和冷却固化。

（1）料筒的温度关于料筒温度和选择，涉及的因素很多，主要应考虑以下几方面。

1）塑料的黏流温度或熔点。不同塑料，其黏流温度或熔点是不同的，对于非结晶型塑料，料筒末端温度应控制在它的黏流温度以上；对于结晶型塑料，则应控制在熔点以上。但不论非结晶型或结晶型塑料，料筒温度均不能超过塑料本身的分解温度。也就是说，料筒温度应控制在黏流温度（或熔点）与分解温度之间。

2）聚合物的相对分子质量及相对分子质量分布。同一种塑料，平均相对分子质量高的，相对分子质量分布较窄的，熔体黏度大，料筒温度应高些。而平均相对分子质量低，分布宽的，熔体黏度低，料筒温度可低些。玻璃纤维增强塑料，随着玻璃纤维含量的增加，熔体流动性下降，因而料筒温度要相应地提高。

3）注射机的类型。柱塞式注射机中，塑料的加热仅靠料筒壁和分流锥表面传热，而且料层较厚，升温较慢，因此，料筒温度要高些。螺杆式注射机中，塑料受到螺杆的搅拌混合作用，获得较多的剪切摩擦热，料层较薄，升温较快，因此，料筒温度可以低于柱塞式温度的10～20℃。

4）塑件及模具结构特点。对于薄壁塑件，其相应的型腔狭窄，熔体充型的阻力大，冷却快，为了提高熔体流动性，便于充满型腔，料筒温度应选择高些。反之，对于厚壁塑件，料筒温度可取低一些。对于形状复杂或带有嵌件的制件，或熔体充型流程较长，曲折较多的，料筒温度也应取高一些。

（2）喷嘴温度喷嘴温度通常比料筒温度低，以防止熔体在直通式喷嘴上可能发生的流涎现象。但喷嘴温度也不能太低，否则，喷嘴处的塑料可能产生凝固而将喷嘴堵死，或将凝料注入型腔成为零件的一部分而影响塑件的质量。

选择料筒和喷嘴温度需要考虑的因素很多，在生产中可根据经验数据，结合实际条件，初步确定适当的温度，然后通过对塑件的直观分析和熔体的“对空注射”进行检查，再对料筒和喷嘴温度进行调整。

（3）模具温度模具温度对塑料熔体充型能力和塑件的内在性能及外观质量影响很大。模具温度由通入定温的冷却介质来控制，也有靠熔体注入模具自然升温和自然散热达到平衡而保持一定模具温度的。一般情况下，根据不同塑料成型时所需模具温度，确定需要设置的冷却或加热系统。

模具温度的选定主要取决于塑料的特性、塑件的结构与尺寸、塑件的性能要求以及成型工艺条件。对于非结晶型的塑料，模具的温度主要是影响熔体黏度，从而影响熔体充满型腔的能力和冷却时间。在保证顺利充满型腔的前提下，采用较低的温度，可以缩短冷却时间，从而提高生产率。对于熔体黏度低的或中等的塑料（如聚苯乙烯、醋酸纤维塑料等），模具温度可以偏低些。而对于熔体黏度高的塑料（如聚碳酸酯、聚苯醚、聚砜等），可采用较高的模具温度。对于结晶型的塑料，其结晶度受冷却速率的影响，而冷却速率又受模具温度的影响，也就是说，模具温度直接影响到塑件的结晶度和结晶构造，从而影响到塑件的性能。因此对结晶型塑料，选择模具温度不仅要考虑熔体充满型腔和成型周期问题，还要考虑塑件的结晶及其对性能的影响。一般说来，模具温度高，冷却速率慢，为结晶充分进行创造了条件，因而得到的塑件结晶度较高，塑件的硬度高，刚度大，则耐磨性较好，但成型周期长，收缩率也较大，塑件较脆。当模具温度较低时，冷却速率大，塑件内结晶度较低。总之，对结晶型塑料，模具温度取中等为宜。模具温度还要根据塑件的壁厚选择。壁厚大的，模具温度一般应较高，以减小内应力和防止塑件出现凹陷等缺陷。

2.压力

注射成型过程需要控制的压力有塑化压力和注射压力。

（1）塑化压力塑化压力又称背压，是指采用螺杆式注射机时，螺杆顶部熔体在螺杆转动后退时所受到的压力。塑化压力的大小可以通过液压系统中的溢流阀来调节。

塑化压力大小对熔体实际温度、塑化效率及成型周期等均有影响。在其他条件相同的情况下，增加塑化压力会提高熔体温度及温度的均匀性，有利于色料的均匀混合，有利于排除熔体中的气体。但塑化压力增高会降低塑化效率，从而延长成型周期，甚至可能导致塑料的降解。因此，塑化压力一般应在保证塑件质量的前提下，以低些为好，通常很少超过2MPa。

塑化压力大小应根据塑料品种而确定，对于热敏性塑料（如聚氯乙烯、聚甲醛和聚三氟氯乙烯等），塑化压力应低些，以防塑料过热分解。而对聚乙烯等热稳定性高的塑料，塑化压力高些不会有分解的危险。对于熔体黏度大的塑料（如聚碳酸酯、聚砜和聚苯醚等），塑化压力高，螺杆传动系统容易超载。注射熔体黏度很低的塑料（如聚酰胺）时，塑化压力要低些，否则塑化效率会很快降低。

料筒中熔体的实际温度除了与料筒温度直接有关外，还与塑化压力、螺杆转速、螺杆结构与长度等因素有关。塑化压力对熔体温度的影响如上所述，螺杆转速增高，熔体温度也会增高。采用长径比小的螺杆应选较高塑化压力和螺杆转速；反之，采用长径比大的螺杆时，可选用较低的塑化压力和螺杆转速。既然螺杆转速与熔体温度有关，因此应适当控制螺杆转速，一般来说，在不影响生产效率的前提下，螺杆转速以低为宜，对于热敏性塑料或熔体黏度大的塑料更应如此。

（2）注射压力注射压力是指柱塞或螺杆顶部对塑料熔体所施加的压力。其作用是克服熔体从料筒流向型腔的流动阻力，给予熔体一定的充满型腔的速率以及对熔体进行压实。因此，注射压力和保压时间对熔体充模及塑件的质量影响极大。在注射机上常用表压指示注射压力大小，压力大小可通过注射机的控制系统调节。对于一般性的工程塑料，其注射压力大都在40～130MPa范围内。

注射压力的大小取决于塑料品种、注射机类型、模具结构、塑件的壁厚和流程及其他工艺条件，尤其是浇注系统的结构和尺寸。在其他条件相同的情况下，柱塞式注射机因料筒内压力损失较大，故注射压力应比螺杆式注射机的高。对于壁薄、面积大、形状复杂及成型时熔体流程长的塑件，注射压力也应该高。对于模具结构简单、浇口尺寸较大的塑件，注射压力可能较低。对于料筒温度高、模具温高的塑件，注射压力也可以较低。

由于影响注射压力的因素很多，关系较复杂，在实际生产中可以从较低注射压力开始注射试成型，再根据塑件的质量，然后酌量增减，最后确定注射压力的合理值。

模具型腔充满之后，注射压力的作用全在于对模内熔体的压实。在生产中，压实时的压力有等于注射压力的，也有适当降低的。压力高，可得到密度较高、尺寸收缩小、力学性能较好的塑件。但压力高，脱模后的塑件残余应力较大，压缩强烈的塑件在压力解除后还会产生较大的回弹，可能卡在型腔内，造成脱模困难。因此压力应适当。

3.时间（成型周期）

完成一次注射成型过程所需的时间称为成型周期。它所包括的部分如图4⁃3所示。成型周期直接影响到生产效率和设备利用率，应在保证产品质量的前提下，尽量缩短成型周期中各阶段的时间。

图4⁃3 成型周期

在整个成型周期中，注射时间和冷却时间最重要，它们对塑件的质量有决定性的影响。注射时间中的充型时间与充型速率成正比，充型速率取决于注射速率，所以，为保证塑件质量，应控制好充型速率。对于熔体黏度高、玻璃化温度高、冷却速率快的塑件和玻璃纤维增强塑件、低发泡塑件应采用快速注射（即高压注射）。在生产中，充型时间一般不超过10s。注射时间中的保压时间（即压实时间），在整个注射时间内所占的比例较大，一般为20～120s，壁厚特别大的可达5～10min。其值不仅与塑件的结构尺寸有关，而且与料筒温度、模具温度、主流道及浇口大小有密切关系。如果工艺条件正常，主流道及浇口尺寸合理，通常以塑件收缩率波动范围最小的保压时间为最佳值。冷却时间主要取决于塑件的壁厚、模具温度、塑料的热性能和结晶性能。冷却时间的长短应以保证塑件脱模时不引起变形为原则，一般为30～120s。冷却时间过长，不仅增长了成型周期，有时还会造成塑件脱模困难，强行脱模会导致塑件应力过大而破裂。

成型周期中的其他时间与生产自动化程度和生产组织管理有关。应尽量减小这些时间，以缩短成型周期，提高劳动生产率。

如何选择注射成型工艺条件

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