1、第三章第三章 塑料注射模设计基础塑料注射模设计基础学习的目的和要求学习的目的和要求第一节第一节 注射机的基本结构、类型与选用注射机的基本结构、类型与选用第二节第二节 塑料注射成形原理与过程塑料注射成形原理与过程第三节第三节 注射成形的主要工艺参数注射成形的主要工艺参数第四节第四节 注射模的工作原理与基本结构组成注射模的工作原理与基本结构组成第五节第五节 注射模的典型结构注射模的典型结构第六节第六节 分型面的设计分型面的设计第七节第七节 注射模的排气注射模的排气第八节第八节 注射模与注射机的关系注射模与注射机的关系学习的目的和要求学习的目的和要求l 熟悉注射模具的分类、注射机的基本结构与类型l
2、掌握注射成形原理、了解注射生产过程l 熟悉注射成形主要工艺参数的选择和控制l 掌握注射模具的典型结构l 能够熟练地默画出图3-12所示的模具结构l 掌握分型面的选择方法l 掌握注射模型腔数量的确定方法l 掌握注射模与注射机之间的关系第一节第一节 注射机的基本结构、类型与选用注射机的基本结构、类型与选用 注射机是注射成形生产的主要设备，在注射机上，利用注射成形模具，采用注射成形工艺获取制品的方法，称作注射成形。注射成形技术能够一次成形形状复杂且质量高的制品，生产效率及自动化程度高、材料的加工适应性强，既可成形热塑性塑料，又可成形热固性塑料，因而在塑料制品加工业中被广泛应用，是塑料制品的主要成形工
3、艺方法之一。据统计，全世界注射机的产量在近10年来增加了10倍，产量占塑料机械产量的35%40%，成为塑料机械中增长最快、产量最多的机种。目前用注射机加工的塑料量约占塑料产量的30%，这个比例还在扩大。注射机正朝着大型、高速、高效、精密、自动化、小型、微型、节能的方向发展。3.1.1 注射机的基本组成注射机的基本组成 注射机全称塑料注射成形机,它由注射装置、合模装置、电气和液压控制系统、润滑系统、水路系统、机身等组成,图3-1和图3-2所示分别是普通柱塞式和螺杆式注射机的结构示意图。各组成部分的作用如下：注射装置注射装置 将固态塑料预塑为均匀的熔料,并以高速将熔料定量地注入模腔。合模装置合模装
4、置 使模具打开和闭合,并确保在注射时模具不开启。在合模装置内还设有供推出制品用的推出装置。液压、电气控制系统液压、电气控制系统 使注射机按照工序要求准确地动作,并精确地实现工艺条件要求(时间、温度、压力)。润滑系统润滑系统 为注射机各运动部件提供润滑。水路系统水路系统 用于注射机液压油的油温冷却、料斗区域冷却以及模具冷却。机机 身身 它是一个稳固的焊接构件。机身上方左边安置合模机构,右边安置注射装置。机身下方安置电气及液压控制系统。3.1.2 注射机的工作过程注射机的工作过程 各种注射机完成注射成形的动作程度可能不完全相同，但其成形的基本过程还是相同的。下面以最常用的螺杆式注射机为例，说明其工
5、作过程，如图3-3所示。1 合模合模 模具首先以低压高速进行闭合，当动模接近定模时，合模装置的液压系统将合模动作切换成低压低速(即试合模)，在确认模具内无异物存在时，再切换成高压低速从而将模具锁紧。2 注射装置前移注射装置前移 注射座移动油缸工作使注射装置前移，保证喷嘴与模具主流道入口以一定的压力贴合，为注射工序做好准备。3 注射与保压注射与保压 完成上面两项工作后，便可向注射油缸注入压力油，于是与注射油缸活塞杆相连接的螺杆便以高压高速将料筒内的熔料注入模腔。熔料充满模腔后，要求螺杆仍对熔料保持一定的压力，以防止模腔内的熔料回流，并向模腔内补充制品收缩所需要的物料，避免制品产生缩孔等缺陷。保压
6、时，螺杆因补缩会有少量的前移。4 冷却和预塑冷却和预塑 一旦浇口料固化即卸除保压压力。此时，合模油缸的高压也可卸除，制品在模内继续冷却定型。为了缩短成形周期，将预塑程序安排在制品冷却的时间段内进行。预塑是指注射装置对下一模用的塑料进行塑化。经过塑化，固态塑料变成有流动性的均匀的熔体，当塑化量达到预定值后，螺杆自动停止塑化。5 注射装置后退注射装置后退 成形时，为了避免喷嘴长时间与冷模具接触而使喷嘴端口处形成冷料，影响下次注射和制品质量，需要将喷嘴撤离模具，即安排注射装置后退程序。当模具温度较高时，可以取消此程序，使注射装置固定不动。6 开模和顶出制品开模和顶出制品 模内制品冷却定型后，合模装置
7、即可开模，顶出装置动作使制品顶离模具。清理模具，为下一模成形做好准备。图3-4所示为注射机工作过程循环框图。3.1.3 注射机的分类注射机的分类 随着注射成形工艺技术的发展与应用范围的不断扩大，注射机的类型不断增加。注射机的分类方法较多，常用的有以下几种:1按外形结构特征分类按外形结构特征分类 按照注射机的外形结构，注射机可分为卧式、立式和直角式三种类型。卧式注射机 卧式注射机是注射机产品中最基本、最普通的形式，其结构特征如图3-1和图3-2所示，它们的特点是注射系统与合模系统的轴线重合并与机器安装底面平行，因此机身较低、便于操作维修，且制品顶出脱模后可自动坠落，易于实现机械化或自动化。其缺点
8、是机床占地面积较大，向模内安放嵌件比较困难，而且模具安装比较麻烦。如图3-5所示即为卧式注射机的实例。（2）立式注射机 立式注射机的外形结构特征及实例如图3-6所示。它的特点是注射系统与合模系统的轴线重合并与机器安装底面垂直。它的优点是占地面积小，安装、拆卸模具方便，在下模安装嵌件时，嵌件不易倾斜或下落。其缺点是制品由模具中推出后，需人工取出，有碍于自动操作，若要实现全自动化，必须采用机械手进行取件。另外，还有机身高不稳定、加料不方便、对厂房高度有一定要求等缺点。目前，这类注射机主要用于生产注射量小于60cm3 的多嵌件制品，它们的结构也多为柱塞式结构，塑化效果不佳。（3）直角式注射机 直角式
9、注射机的外形结构特征及实例如图3-7所示。它们的特点是合模系统与注射系统的轴线垂直，使用和安装特点介于前面两类注射机之间，使用也较普遍，特别适用于生产形状不对称的制品和使用侧浇口的模具。目前国内角式注射机的生产量小，但它是一种不可缺少的重要形式。2 按注射机大小规格分类按注射机大小规格分类 按注射机规格可将注射机分为五种类别，如表3-1所示。3 按成形制品精度的高低分类按成形制品精度的高低分类 注射机分为普通(或通用)型、精密型和超精密型。普通注射机用于成形一般精度的制品。而精密和超精密型注射机不仅可以成形形状更加复杂、壁厚更薄、精度和质量更高的制品，并且能够稳定地控制制品的重复精度。但是精密
10、注射机的价格比普通注射机要昂贵得多。此外还有各种各样的为生产特定产品而设计的专用注射机，例如眼镜注射机。3.1.4 注射机的技术参数注射机的技术参数 1 公称注射量公称注射量 公称注射量是指在对空注射的条件下，注射螺杆或柱塞作一次最大注射行程时，注射装置所能达到的最大注射量。它通常用两种参数表示，即“注射质量”和“理论注射容量”，这两者均是以注射聚苯乙烯(PS)塑料作为标准。“注射质量”是指注射机的螺杆(或柱塞)作一次最大行程所注射出的熔料的质量(g)。“理论注射容量”则为注射机料筒的截面积与螺杆的最大行程的乘积，单位为cm3。公称注射量反映了注射机能够生产塑料制品的最大质量，常用作表征注射机
11、规格的主要参数。2 注射压力注射压力 注射时，料筒内的螺杆或柱塞对熔料施加足够大的压力，此压力称为注射压力。其作用是克服熔料从料筒流经喷嘴、流道和充满型腔时的流动阻力，给予熔料充模的速率以及对模内的熔料进行压实。注射压力大小对制品的尺寸和重量精度，以及制品的内应力有着重要影响。为了满足不同加工需要，许多注射机通过改变螺杆直径或调节注射系统的油压来改变最大注射压力。3 锁模力锁模力 锁模力又称合模力，是指熔料注入模腔时，合模装置对模具施加的最大夹紧力。当高压熔料充满模腔时，会在型腔内产生一个很大的力，力图使模具沿分型面胀开，因此必须依靠锁模力将模具夹紧，使腔内塑料熔料不外溢跑料。锁模力是保证制品
12、质量的重要参数，在一定程度上反映注射机生产制品的能力，因此，锁模力常用作表示注射机规格大小的主要参数。4 塑化能力塑化能力 塑化能力是指在一小时内，塑化装置所能塑化的熔料量。5 合模装置的基本尺寸合模装置的基本尺寸（1）模板尺寸和拉杆内距 模板尺寸是指模板外围的长度和高度尺寸。拉杆内距是指两拉杆之间(不包括拉杆本身)的距离，用“水平距离/mm垂直距离/mm”表示，这两个参数限制了模具外形尺寸和装模方向。（2）最大模厚和最小模厚 是指移动模板关闭模具，达到规定锁模力时，动模固定板与定模固定板间的最大和最小距离。由这两个参数可以了解设备允许容纳模具的厚度范围。（3）模板最大距离 是指动模固定板与定
13、模固定板台面之间的最大距离mm。（4）开模行程 是指动模固定板能够移动的最大行程。模具是依靠动模固定板的移动来实现合拢或打开，确定开模行程的需要量时，应以保证模具打开后能顺利取出制品为度。3.1.5 注射机的型号规格表示法注射机的型号规格表示法 注射机的型号规格有三种表示方法：锁模力、注射量/锁模力、注射量。锁模力表示法是用注射机的最大锁模力参数来表征该机的型号规格。此表示法直观、简单，可直接反映注射制品的面积大小。注射量/锁模力表示法是用理论注射容量与锁模力两个参数共同表示注射机的型号规格，这种表示方法能够比较全面地反映注射机加工制品的能力。注射量表示法是用注射机的理论注射容量参数来表征注射
14、机的型号规格。这三种表示方法当中，锁模力法和注射量/锁模力法在国际上用的比较普遍。注射量法我国以前采用得较广，现在国产机用前两种方法的居多。国产注射机的型号规格及主要技术参数可参考其生产厂家的产品说明书。3.1.6 注射机的选用原则注射机的选用原则 随着工业的发展，生产中需注射成形的塑料制品不断增多，而注射成形必须用注射模在注射机上进行。因而在生产塑料制品、设计注射模具时，选用合适的注射机是一项必不可少的工作。所选择的注射机与塑件大小、模具结构、型腔数目、位置等因素有关。在准备塑料制品的生产、设计注射模的各阶段都要考虑选择注射机的问题。1.注射机的选用原则与方法注射机的选用原则与方法 注射机选
15、用的总原则是技术上先进，经济上合理，确保产品质量。以此来全面衡量机器的技术经济特性，并以下列因素为选择依据。机器的生产效率 包括注射机的注射量、循环时间和自动化程度。成形制品的质量 以注射制品的内在质量和外在质量来考核。内在质量包括成形制品的物理和化学性能及其均匀性；外在质量为制品的几何形状、尺寸、外观和色泽等。成形制品的质量主要取决于注射机的熔融性能、熔融作用过程、物料在机内的塑化以及混合和分散的机能。注射成形制品质量的好坏与选择的机型、螺杆以及工艺配方、原料质量、模具和加工工艺条件的控制都有直接关系。功率消耗 注射机的功率消耗主要由注射螺杆的驱动功率和加热功率构成。以高效、低能耗注射机为优
16、选机型。机器的使用寿命 主要取决于螺杆、料筒和减速器的磨损情况以及传动箱止推轴承的使用寿命。设计、选料和制造精良的塑化部件、传动减速系统和自控系统，虽然使机组投资增加，但机组使用寿命长，维修费用低，产品质量好。注射机的通用性和专用性 要求加工范围广，宜选用通用性强的注射机，如通用型螺杆注射机。如用户加工产品单一，宜选用专用注射机。如单注射多模位注射机等。专用注射机有可能使机器性能优异，产品质量提高，自动化程度高，造价也较便宜，因此经济性好。注射机的选用一般可按三步法进行：首先是注射机形式的选择，其次是注射螺杆形式的选择；然后再按照生产规模和产品质量要求确定注射机的主要技术参数 2.注射机形式的
17、选择注射机形式的选择 注射机按外形特征可分为卧式、立式、角式和特殊式等四大类。若工厂厂房较为宽敞，生产一般性的塑料制品，又要求具有较高的自动化程度，宜选用卧式注射机；若工厂车间面积受到一定限制，又加工尺寸较小的多嵌件制品，从嵌件的安装定位角度考虑，宜选择注射量小的立式注射机；对于一些小型的、又要求加工中心部分不允许留有浇口痕迹的平面制品。较多地选用角式注射机；有些塑料制品的冷却定型时间较长，或对于安放嵌件需要较长辅助时间的大批量塑料制品的生产，为了能充分发挥注射装置的塑化能力，一般选用特殊形式的注射机，如多模转盘式注射机。3.根据产品要求选择注射机的主要技术参数根据产品要求选择注射机的主要技术
18、参数 注射机生产厂家给出的产品样本上，有关的设备性能分别记载在注射装置、合模装置和各附属装置等功能类别内。当准备选用注射机时，应综合考虑以下几方面的性能，以最终决定是否可以使用该设备。根据成形制品的大小（尺寸、重量人），估算是否有足够的成形能力。是否有足够的位置来安装准备使用的模具。是否有足够快的操作速度以达到预定的成形周期。与塑料制品的大小有关的性能与塑料制品的大小有关的性能 注射量 根据塑件的尺寸和材料计算出塑件的最大质量mg,再加上浇注系统塑料的质量mj。即为一次注射到模具内所需的塑料量，考虑到注射系数，应增大25左右。因为注射机的注射量是以聚苯乙烯塑料为标准的，因此，若加工其他材料的塑
19、料制品，应根据其密度换算成聚苯乙烯料的质量。再根据型腔数N来选择注射量。即mmax=(Nmgmj)1.25 注射压力 不同尺寸和形状的塑料制品，以及不同的塑料品种，所需的注射压力是各不相同的。应根据塑料的注射成形工艺来确定塑件的注射压力。所选择的注射机其最大注射压力能满足一该制品的成形需要。合模力 注射成形时，熔体在模具型腔内的压力很高，其作用在模具上的压力也很大，易使模具沿分型面胀开。首先应根据加工条件，确定模腔压力，作用在分型面上力的大小等于塑件和浇注系统在分型面上投影面积之和乘以型腔内熔体的压力。所选的注射机的额定合模力应大于作用在分型面上的力。与模具大小有关的尺寸与模具大小有关的尺寸
20、注射机型号繁多，安装模具的各种尺寸也不相同，在设计注射模和选择注射机时必须考虑喷嘴尺寸、定位圈大小、模厚、模板上安装螺钉孔的位置与尺寸等因素。一般来说，模具外形尺寸应在注射机动、定模板所规定的安装模具的尺寸范围内；模具厚度应在注射机规定的最大和最小模厚范围内。所选的注射机的开合模行程必须大于制品最大高度的二倍以上。与成形周期有关的性能与成形周期有关的性能 注射机动作快慢的表示方法常用空循环时间这一指标来表示。它是指不供给注射机原料，使机器以最高速度无负荷空运转时，每个循环所需要的实际动作时间。使用时可根据制品生产量的大小来选定。综上所述，选择注射机时要遵守以下原则：用户要依据生产规模选择注射机
21、的台数和型号。依制品结构、材料的性质选择注射机类型、螺杆形式和主要技术参数，两者需彼此相适应，以求确保产品的产量和质量。选择的注射机类型、型号和规格应符合注射机产品样本等技术资料的规定，否则按专用或特殊机处理。由于选择注射机时所需考虑的各项技术参数较多，它们之间又是互相制约的，要尽量同时满足各方面的要求。第二节第二节 塑料注射成形原理与过程塑料注射成形原理与过程 3.2.1 塑料的注射成形原理塑料的注射成形原理 注射成形是根据金属压铸成形原理发展而来的，其基本原理就是利用塑料的可挤压性与可模塑性，首先将松散的粒状或粉状成形物料从注射机的料斗送入高温的机筒内加热、熔融、塑化，使之成为粘流熔体，然
22、后在柱塞或螺杆的高压推动下，以很大的流速通过机筒前端的喷嘴注射进入温度较低的闭合模具中，经过一段保压冷却定型时间后，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，即可取出注射成形的塑料制件。注射成形原理如图3-8所示。注射成形是热塑性塑料成形的重要方法之一，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形的方法成形，广泛应用于各种塑料制件的生产。注射成形的优点是：成形周期短；能一次成形形状复杂、尺寸精确、带有金属或非金属嵌件的塑料制件；注射成形的生产率高，易实现自动化生产。注射成形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
23、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形，其原因是这种方法生产效率高，产品质量稳定。3.2.2 注射生产前的准备注射生产前的准备 为了使注射成形生产顺利进行和保证制品质量，在注射成形前应作一定的准备工作，如原料预处理、清洗机筒、预热嵌件和选择脱模等。1原料预处理原料预处理 生产前对成形原料进行的预处理包括分析检验成形原料的质量和预热干燥。（1）分析检验成形原料的质量 根据注射成形对原料的工艺特性要求，检验原料的含水量、色泽、细度及均匀度、有无杂质并测试其热稳定性、流动性和收缩率等指标。如果检验中出现问题，应及时采取措施加以解决。（2）预
24、热干燥 对于吸湿性强或粘水性强的塑料，如尼龙、聚碳酸酯、ABS 等，成形前应根据成形工艺允许的含水性要求，进行充分的预热干燥，目的是除去物料中过多的水分和挥发物，以防止成形后塑件出现气泡和银丝等缺陷，同时也可以避免注射时发生水降解。对于吸湿性强或粘水性不大的塑料，如果包装储存的好，也可以不进行预热干燥。如图3-9所示就是常用的热风干燥机。2 清洗料筒清洗料筒 生产中如需改变塑料品种、更换物料、调换颜色，或发现成形过程中出现了热分解或降解反应，则应对注射机料筒进行清洗。通常，柱塞式注射机料筒存量大，必须将料筒拆卸清洗。对于螺杆式料筒，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
25、的塑料的成形温度低于料筒内残料的成形温度时，应将料筒和喷嘴温度升高到欲换塑料的最高成形温度，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；若欲更换的塑料的成形温度高于料筒内残料的成形温度时，应将料筒和喷嘴温度升高到欲换塑料的最低成形温度，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。若欲更换的两种塑料成形温度相差不大时，不必变更温度，先用回料，然后用欲换之塑料对空注射即可。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。3 预热嵌件预热嵌件 对于有嵌件的塑料制件，由于金属与塑料的收缩率不同，
26、嵌件周围的塑料容易出现收缩应力和裂纹，因此，成形前可对嵌件进行预热，减小它在成形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预热。4 选择脱模剂选择脱模剂 注射成形生产中，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涂上脱膜剂，常用的脱模剂有硬脂酸锌、液体石蜡和硅油等。对于含有橡胶的软制品或透明制品不宜使用脱模剂，否则将影响制品的透明度。3.2.3 注射成形过程注射成形过程 完整的注射成形工艺过程可以分为加料、塑化计量、注射充模和冷却定型等阶段，如图3-10所示。下面分阶段阐述成形各个阶段的工作原理。1 加料加料
27、 将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塑化计量塑化计量 成形物料在注射机机筒内经过加热、压实以及混合等作用以后，由松散的粉状或粒状固态转变成连续的均化熔体之过程称为塑化。所谓均化包含四方面的内容，即物料经过塑化之后，其熔体内必须组分均匀、密度均匀、粘度均匀和温度分布均匀。所谓计量是指能够保证注射机通过柱塞或螺杆，将塑化好的熔体定温、定压、定量地输出机筒所进行的准备动作，这些动作均需注射机控制柱塞或螺杆在塑化过程中完成。3 注射充模注射充模 柱塞或螺杆从机筒内的计量开始，通过注射油缸和活塞施加高压，将塑化好的塑料熔体经过机筒前端的喷嘴和模具中的浇注系统快速送入封闭模腔
28、的过程称为注射充模。注射充模又可细分为流动充模、保压补缩和倒流三个阶段。（1）流动充模 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。很显然，熔体在注射过程中会遭到一系列的流动阻力，这些阻力一部分来源于机筒、喷嘴、模具浇注系统和模腔表壁对熔体的外摩擦，另一部分则来源于熔体自身内部产生的粘性内摩擦。为了克服流动阻力，注射机必须通过螺杆或柱塞向熔体施加很大的注射压力。（2）保压补缩 保压补缩阶段指从熔体充满模腔至柱塞或螺杆在机筒中开始后退为止的阶段为保压补缩阶段。其中，保压是指注射压力对模腔内的熔体继续进行压实的过程
29、，而补缩则是指保压过程中，注射机对模腔内逐渐开始冷却的熔体因成形收缩而出现的空隙进行补料之动作。保压补缩时间应适当，时间过长容易使塑料件产生应力，引起塑件翘曲或开裂。（3）倒流 倒流指柱塞或螺杆在机筒中向后倒退时，模腔内熔体朝着浇口和流道进行的反方向流动。很明显，整个倒流过程将从注射压力撤退开始，至浇口处熔体冻结时为止。引起倒流的原因主要是注射压力撤退后，模腔压力大于倒流压力，且熔体与大气相通所造成的结果。由此可见，倒流是否发生或倒流的程度如何，均与保压时间有关。一般来讲，保压时间较长时，保压压力对模腔内的熔体作用时间也越长，倒流较小，塑件的收缩情况会有所减轻。而保压时间短时，情况则刚好相反。
30、4 冷却定型冷却定型 冷却定型从浇口冻结时间开始，到制品脱模为止，是注射成形工艺过程的最后一个阶段。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。当脱模时，塑料制件具有足够的刚度，不致产生翘曲和变形。随着冷却过程的进行，温度继续下降，型腔内塑料收缩，压力下降，到开模时，型腔内的压力下降到最低值（但不一定等于外界大气压）。型腔内压力与外界大气压力之差值称为残余压力，残余压力大小与塑件保压阶段的长短有关。残余压力为正值时，脱模较困难，塑件易刮伤或崩裂；残余压力为负值时，塑件表面有缺陷或内部有真空泡。所以，只有在残余压力接近零时，脱模才较便利，并能获得满意的塑件。塑件冷却冷却
31、定型后即可开模，在推出机构的作用下，将塑料制件推出模外，完成注射成形过程。3.2.4 塑件的后处理塑件的后处理 由于成形过程中塑料熔体在温度和压力作用下的变形流动行为非常复杂，再加上流动前塑化不均以及充模后冷却速度不同，制品内经常出现不均匀的结晶、取向和收缩，导致制品内产生相应的结晶、取向和收缩应力，脱模后除引起时效变形外，还会使制品的力学性能、光学性能及表观质量变坏，严重时还会开裂。为了解决这些问题，可对制品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。退火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）中保温一段时间的热处理过程。利用退火时的热量，能加速塑料中大分子
32、松弛，从而消除或降低制品成形后的残余应力。生产中的退火温度一般都在制品的使用温度以上1020C至热变形温度以下1020C之间进行选择和控制。保温时间与塑料品种和制品厚度有关，如无数据资料，也可按每毫米厚度约需半小时的原则估算。退火冷却时，冷却速度不易过快，否则还有可能重新产生温度应力。调湿处理是一种调整制品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料制品，它除了能在加热和保温条件下消除残余应力之外，还能促使制品在加热介质中达到吸湿平衡，以防它们在使用过程中发生尺寸变化。调湿处理所用的加热介质一般为沸水或醋酸钾溶液（沸点为121C），加热温度为100121C（热变形温度高时
33、取上限，反之取下限），保温时间与制品厚度有关，通常约取29h。应该指出，并非所有塑料制品都要进行后处理，通常，只是对于带有金属嵌件、使用温度范围变化较大、尺寸精度要求高和壁厚大的制品才有必要进行后处理。第三节第三节 注射成形的主要工艺参数注射成形的主要工艺参数 在塑料原材料、注射机和模具结构确定之后，注射成形工艺条件的选择与控制，便是决定成形质量的主要因素。一般来讲，注射成形具有三大主要工艺参数，即温度、压力和时间。下面分别予以阐述。3.3.1 温度温度 注射成形时的温度条件主要指料温和模温两方面的内容，其中料温影响塑化和注射充模，而模温则同时影响充模与冷却定型。1 料温料温 料温指塑化物料的
34、温度和从喷嘴注射出的熔体温度，其中，前者称为塑化温度，而后者称为注射温度。因此，料温主要取决于料筒和喷嘴两部分的温度。使物料具有良好的流动性且不产生变质的温度为最佳料温。（1）料筒温度 使用注射机时，需对注射机的料筒按照后段、中段和前段三个不同区域进行分别加热与控制。后段指加料料斗附近，该段加热的温度要求最低，是对物料起始加热，若过热则会使物料粘结，影响顺利加料；前段指靠近料筒内螺杆（或螺杆）前端的一段区域，一般这段温度为最高；中段即指前段与后段之间的区域，对该段温度控制介于前、后段温度之间。总的来说，料筒加热是由后段至前段温度逐渐升高，以实现塑料逐渐升温达到良好的熔融状态要求。为了避免熔料在
35、料筒里过热降解，除必须严格控制熔体的最高温度外，还必须控制熔料在料筒里的滞留时间。通常，提高料筒温度以后，都要适当缩短熔体在料筒里的滞留时间。螺杆式和柱塞式注射机由于其塑化过程不同，因而选择的料筒温度也不同。在注射同一种塑料时，螺杆式料筒温度可比柱塞式料筒温度低。判断料筒温度是否合适，可采用对空注射法观察或直接观察塑件质量的好坏。对空注射时，如果料流均匀、光滑、无泡、色阵均匀，则说明料温合适；如果料流毛糙、有银丝或变色现象，则说明料温不合适。（2）喷嘴温度 为了防止喷嘴处的塑料熔体发生冷凝而阻塞喷嘴或冷料被注入模腔内影响制品质量，喷嘴温度不能过低，只可略低于料筒前段温度，否则会使熔体产生早凝，
36、其结果不是堵塞喷嘴孔，就是将冷料充入模具型腔，最终导致成品缺陷。喷嘴温度也不能过高，否则会发生“流涎”现象。2模具温度模具温度 模具温度指和制品接触的模腔表壁温度，它直接影响熔体的充模流动行为、制品的冷却速度和成形后的制品性能等。模具温度的高低取决于塑料是否结晶和结晶程度、塑件的结构和尺寸、性能要求和其他工艺条件（熔料温度、注射速度、注射压力和模塑周期等）。一般来讲，提高模具温度可以改善熔体在模内的流动性、增加制品的密度和结晶度，以及减小充模压力和制品中的应力。但制品的冷却时间、收缩率和脱模后的翘曲变形将延长或增大，且生产率也会因冷却时间延长而下降。反之，若降低模温，虽能缩短冷却时间和提高生产
37、率，但在温度过低的情况下，熔体在模内的流动性能将会变差，并使制品产生较大的应力或明显的熔接痕迹等缺陷。此外，除了模腔表壁的粗糙度之外，模温还是影响制品表面质量的因素，适当地提高模温，制品的表面粗糙度也会随之下降。模具温度通常是由通入定温的冷却介质来控制的，也有靠熔料注入模具自然升温和自然散热达到平衡的方式来保持一定的温度。在特殊情况下，也可用电阻加热丝和电阻加热棒对模具加热来保持模具的定温。但不管采用什么方法对模具保持定温，对塑料熔体来说，都是冷却的过程，其保持的定温都低于塑料的玻璃化温度或工业上常用的热变形温度，这样才能使塑料成形和脱模。采用较高模具温度的塑料品种有聚碳酸酯、聚砜和聚苯醚等，
38、采用较低模具温度的塑料品种有聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯和聚酰胺等。为了缩短成形周期，确定模具温度时可采用两种方法。一种方法是把模具温度取得尽可能低，以加快冷却速度缩短冷却时间。另一种方法则需要模温保持在比热变形温度稍低的状态下，以求在比较高的温度下将塑件脱模，然后由其自然冷却，这样做也可以缩短塑件在模内的冷却时间。具体采用何种方法，需要根据塑料品种和塑件的复杂程度确定。3脱模温度脱模温度 制品由模内脱出即测得的温度称为脱模温度，它应低于成形塑料的热变形温度。3.3.2 压力压力 注射成形时需要选择与控制的压力包括注射压力、保压力和塑化压力。其中，注射压力又与注射速度相辅相成，对塑料熔体
39、的流动和充模具有决定作用；保压力和保压时间密切相关，主要影响模腔压力以及最终的成形质量；背压力的大小影响物料的塑化过程、塑化效果和塑化能力，并与螺杆转速有关。1 注射压力注射压力 注射压力是指注射时在螺杆头部产生的熔体压强。其作用是克服塑料流经喷嘴、流道、浇口及模腔内的流动阻力，并使型腔内塑料受到一定压力的压实作用。注射压力不仅是熔体充模的必要条件，同时还影响制品质量，如制品成形尺寸、性能等，且对模具工作顺利和安全性方面造成影响。注射压力过高易产生溢料或使模具的强度或刚性不足。注射压力与料温又有紧密联系。料温高时需较低注射压力，料温低时需较高的注射压力，彼此经恰当的组合而获得满意的效果。注射压
40、力的大小取决于注射机的类型、塑料的品种、模具浇注系统的结构、尺寸与表面粗糙度、模具温度、塑件的壁厚及流程的大小等，关系十分复杂，目前难以作出具有定量关系的结论。在注射机上常用表压指示注射压力的大小，一般在MPa 之间，压力的大小可通过注射机的控制系统来调整。2 保压力保压力 在注射成形的保压补缩阶段，为了对模腔内的塑料熔体进行压实以及为了维持向模腔内进行补料流动所需要的注射压力叫做保压力。在保压阶段中，模腔内的塑料因冷却收缩而让出些许空间，这时若交口未冻结，螺杆在保压压力的作用下缓慢前进，使塑料可继续注入型腔进行补缩。一般取保压压力等于或略低于注射压力。保压力的大小取决于模具对熔体的静水压力，
41、并与制品的形状、壁厚有关。一般来讲，对形状复杂和薄壁的制品，为了保证成形质量，采用的注射压力往往比较大，即保压力稍低于注射压力。对于厚壁制品，保压力的选择比较复杂，需要根据制品使用要求灵活处理保压力的选择与控制问题。3塑化压力塑化压力 塑化压力（有称背压）是指采用螺杆式注射机生产时，注射机螺杆顶部的熔体在螺杆转动后退时所受到的压力。背压是通过调节注射液压缸的回油阻力来控制的。背压增加了熔体的内压力，加强了剪切效果，由于塑料的剪切发热，因此而提高了熔体的温度。背压的增加使螺杆退回速度减慢，延长了塑料在料筒中的受热时间，塑化质量可以得到改善。但背压不能过大，否则会产生熔体反流和漏流的现象，从而降低
42、了熔体的输送能力，减少塑化量，增加功率消耗。同时，背压过高可能造成物料剪切发热或切应力过大，以致熔体发生降解。一般操作中，在保证塑件质量的前提下，塑化压力应越低越好，其具体数值随所用塑料的品种而定，一般为MPa 左右，通常很少超过MPa。3.3.3 成形周期成形周期 注射成形周期指一次注射成形工艺过程所需的时间,它包含着注射成形过程中所有的时间问题,直接关系到生产效率的高低。注射成形周期的时间组成如图3-11所示，下面主要阐述成形周期中最重要的注射时间、保压时间和冷却时间，至于其他操作时间,可根据生产条件灵活掌握。1 注射时间注射时间 注射时间指注射活塞在注射油缸内开始向前运动至保压补缩结束为
43、止所经历的全部时间,它的长短与塑料的流动性能、制品的几何形状和尺寸大小、模具浇注系统的形式、成形所用的注射速度和其他一些工艺条件等许多因素有关。注射时间由流动充模时间和保压时间两部分组成,对于普通制品,注射时间大致为5-130s，特厚制品可长达10-15min，其中主要花费在保压上面，而流动充模时间所占比例很小，如普通制品的流动充模时间仅为2-10s。（1）流动充模时间 注射机螺杆完成一次推进动作，将塑料注满型腔所用的时间叫流动充模时间。在生产中流动充模时间极短，一般在35秒，大型塑件也不过在10秒以内结束。（2）保压时间 指从塑料充满型腔开始至注射螺杆后退时为止的这一段时间。保压时间应恰当，
44、过长对提高制品密度非但无效用，反而易使制品产生内应力，引起制品翘曲或开裂。过短会引起模腔的塑料倒流，从而使制品产生缩陷、中空等缺陷。保压时间一般取20120s，大型和厚壁制品可达15分钟，甚至更长。保压时间与料温、模温、制品壁厚以及模具的流道和浇口大小有关。合理恰当的保压时间应在保压力和注射温度条件确定以后，根据制品的使用要求试验确定。确定保压时间的具体方法为：先用较短的保压时间成形制品，脱模后检验制品的体积质量，然后逐次延长保压时间继续进行试验，直到制品体积质量达到制品的使用要求或不再随保压时间延长而增大时为止，然后就以此时的保压时间为最佳值进行选取。2 模内冷却时间模内冷却时间 模内冷却时
45、间指注射结束到开启模具这一阶段所经历的时间，它的长短受注进模腔的熔体温度、模具温度、脱模温度和制品厚度等因素的影响，对于一般制品约取30120s。确定闭模冷却时间终点的原则为：制品脱模时应具有一定刚度，不得因温度过高发生翘曲和变形。在保证此原则的条件下，冷却时间应尽量取短一些。第四节第四节 注射模的工作原理与基本结构组成注射模的工作原理与基本结构组成 注射模的结构，与塑料品种、制品的结构形状、尺寸精度、生产批量、注射工艺条件和注射机的种类等许多因素有关，因此其结构可以千变万化，种类十分繁多。但是，在长期的生产实践中，我们为了掌握注射模的设计规律和设计方法，通过归纳、分析之后发现，无论各种注射模
46、结构之间差别多大，但在工作原理和基本结构组成方面都有一些普遍的规律和共同点。下面以图3-12所示的注射模典型结构为例，分析注射模的工作原理和基本结构组成。3.4.1 注射模的工作原理注射模的工作原理 任何注射模都可以分为定模和动模两大部分。定模部分安装固定在注射机的固定模板（定模固定板）上，在注射成形过程中始终保持静止不动：动模部分则安装固定在注射机的移动模板（动模固定板）上，在注射成形过程中可随注射机上的合模系统运动。开始注射成形时，合模系统带动动模部分朝着定模方向移动，并在分型面处与定模部分对合，其对合的精确度由合模导向机构，即由导柱8和固定在定模板2上的导套来保证。动模和定模对合之后，加
47、工在定模板中的凹模型腔与固定在动模板1上的凸模7构成与制品形状和尺寸一致的闭合模腔，模腔在注射成形过程中可被合模系统提供的合模力锁紧，以避免它在塑料熔体的压力下涨开。注射机从喷嘴中注射出的塑料熔体经由开设在浇口套6中的主流道进入模具，再经由分流道和浇口进入模腔，待熔体充满模腔并经过保压、补缩和冷却定型之后，合模系统便带动动模后撤复位，从而使动模和定模两部分从分型面处开启。当动模后撤到一定位置时，安装在其内部的顶出脱模机构将会在注射机顶杆21的推顶作用下与动模其他部分产生相对运动，于是制品和浇口及流道中的凝料将会被它们从凸模7上以及从动模一侧的分流道中顶出脱落，就此完成一次注射成形过程。3.4.
48、2 注射模的结构组成注射模的结构组成 通过分析图3-12可知，该模具的主要功能结构由成形零部件（凸、凹模）、合模导向机构、浇注系统（主、分流道及浇口等）、脱模机构、温度调节系统以及支承零部件（定、动模座，定、动模板和支承板等）组成，但在许多情况下，注射模还必须设置排气结构和侧向分型或侧向抽芯机构。因此，一般都认为，任何注射模均可由上述八大部分功能结构组成。下面主要结合图3-12简介这些结构在注射模的作用。1 成形零部件成形零部件 成形零部件是指定、动模部分中组成模腔的零件。通常由凸模（或型芯）、凹模、镶件等组成，合模时构成模腔，用于填充塑料熔体，它决定塑件的形状和尺寸，如图3-12所示的模具中
49、，动模板1和凸模7成形塑件的内部形状，定模板2成形塑件的外部形状。2浇注系统浇注系统 浇注系统是熔融塑料从注射机喷嘴进入模具模腔所流经的通道，它由主流道、分流道、浇口和冷料穴组成。3导向机构导向机构 导向机构分为动模与定模之间的导向机构和顶出机构的导向机构两类。前者是保证动模和定模在合模时准确对合，以保证塑件形状和尺寸的精确度，如图3-12中导柱8、导套9；后者是避免顶出过程中推出板歪斜而设置的，如图3-12中推板导柱16、推板导套17。4脱模机构脱模机构 用于开模时将塑件从模具中脱出的装置，又称顶出机构。其结构形式很多，常见的有推杆脱模机构、推板脱模机构和推管脱模机构等。图3-12中推杆13
50、、推杆固定板14、拉料杆15、推杆18和复位杆19组成顶杆脱模机构。5加热和冷却系统加热和冷却系统 为了满足注射工艺对模具的温度要求，必须对模具温度进行控制，所以模具常常设有冷却系统并在模具内部或四周安装加热元件。冷却系统一般在模具上开设冷却水道（图3-12冷却水道3）。6 排气系统排气系统 在注射成形过程中，为了将型腔内的空气排出，常常需要开设排气系统，通常是在分型面上有目的地开设若干条沟槽，或利用模具的推杆或型芯与模板之间的配合间隙进行排气。小型塑件的排气量不大，因此可直接利用分型面排气，而不必另设排气槽。7 侧向分型与抽芯机构侧向分型与抽芯机构 当塑件上的侧向有凹凸形状的孔或凸台时，就需
