注塑成型工艺技术指南

1、注塑成型原理

以柱塞式注射机为例，注射成型原理如图4-1所示。首先将粒状或粉状塑料从注射机的料斗送入配有加热装置的机筒中进行加热熔融塑化，使之成为粘流态熔体，然后在注射机柱塞的高压推动下，以很高的流速通过机筒前端的喷嘴注入温度较低的闭合型腔中，经过一段时间的保压冷却定型后，开模分型即可从型腔（成型塑件的闭合空间）中脱出具有一定形状和尺寸的塑件制件（塑件），这样便完成了一个成型周期。

2、注塑成型的特点及应用

注塑成型具有对塑料品种适应性强，可一次成型形状复杂、尺寸精确、带有金属或非金属嵌件的塑料制件，生产效率高，易于实现自动化等优点，是热塑性塑料成型的一种重要方法。

注塑成型工艺发展很快，除了热塑性塑料注射成型以外，一些热固性塑料也可以成功地用于注塑成型，且具有效率高、产品质量稳定的特点；低反泡塑料（密度为0.2-0.9g/cm3）的注塑成型可以生产缓冲、隔声、隔热等性能优良的塑料制件；双色或多色注射成型可以生产多种颜色、美观适用的塑料商品。

此外，应用热流道注射成型工艺在获得大型塑件、降低或消除浇注系统凝料等方面具有明显优点。注射成型还是获得中空塑料制品型坯的重要工艺方法。

3、注射机与注射成型系统

注射机是注射成型生产的关键设备，注射成型系统是指注射机内直接用于成型动作的注射系统、合模系统以及安装在注射机上的模具。

注射机的分类

1. 按规格大小分类

按注射机装置分类

（1）柱塞式

其工作原理见4.1 节 ，这种设备（图4-1）结构简单，塑料融化所需的热量主要依靠机筒3外部的加热器5以热传导方式提供，由于塑料导热性差且机筒壁较厚，同时它在机筒中的运动状态似层状流动，从而形成了塑料的外层（靠近机筒内壁）与内层之间存在着较大的温差，导致塑化均匀性差。

虽然机筒内设置了分流锥4，增加了塑化效果，但塑化均匀性仍教差，且物料滞留严重、压力损失大，所需注射压力约为 螺杆式的2-3倍，只适合于小型零件的成型。

（2） 螺杆式

螺杆式注射机以加热筒和螺杆等实现成型物料的塑化及注射，如图4-2所示。其合模、注射、保压、冷却及脱模过程与柱塞式注射机相同，不同的是，螺杆具有塑化及注射两种功能。螺杆旋转产生强烈的搅拌混合与剪切作用，塑化均匀，物料滞留少，压力损失小，成型塑件的残余应力较小，设备结构简单，是目前应用较广的机种。

（3） 螺杆预塑式 螺杆预塑式注射机以一套机筒和螺杆进行塑化，另一套机筒和柱塞进行注射，如图4-3所示。这类注射机塑化均匀，计量准确，压力损失小，适合精密成型但物料滞留大，结构复杂。

按外形结构特征分类

（1）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，其结构特征是成型物料的注射系统与合模机构的轴线重合并与地面平行(图4-2)。其优点是机身较低、稳定。加料、操作及维修比较方便，且制品推出脱模后可自动坠落，易于实现机械化或自动化，但存在模具拆装不方便、安装嵌件麻烦以及占地面积大等缺点。

（2）立式注射机

此注射机的结构特征是注射系统与合模机构的轴线重合并与地面垂直，如图4-4a所示。该结构具有占地面积小、模具拆装较方便、安装嵌件容易、料斗中的物料能均匀地进入机筒等优点。但制品推出脱模后需要人工取出，不易实现机械化或自动化操作。

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，这类注塑机主要用于生产60cm3 以下的多嵌件制品，其结构也多为柱塞式，塑化效果不佳。

（3） 直角式注射机

此注射机的结构特征是合模机构与注射系统的轴线相互垂直。使用和安装特点介于前面两类注射机之间，特别适用于生产形状不对称的塑件和使用侧浇口的模具。

目前国内使用较多的直角注射机为沿水平方向合模，沿垂直方向注射，如图4-4b所示，合模机构采用丝杠传动，使用普遍。图4-4c为水平方向注射，沿垂直方向合模的直角式注射机，用得较少。

此外还有偏心式注塑机、双机筒注射机、双色或多色注射机、双模系统注射机等。

注射机规格及主要技术参数

目前，注射机的规格通常用注射容量（即注射能力）与锁模力的大小来表征。

注射机机筒内的柱塞或螺杆在一次注射行程中说能注射出的塑料的理论体积，称为注射容量，是表征注射机能力的主参数。

按照国际标准规定，注塑机规格中标称的注射量，需要用定压条件（注射压力为100MPa）下的数值表示。注射机在其工作过程中，锁紧闭合型腔防止熔体向外溢出的力称为锁模力。锁模力的大小与注射机允许的成型面积有关。

国产SZ系列塑料注射机的型号编制标注方法如图4-5所示。

注射机的注射系统

注射系统是注射机工作是直接与成型物料和熔体接触的零部件，其主要作用是使固体成型物料均匀地塑化成熔体，并以足够的压力和速度将熔体注入模具型腔。注射系统包括加料装置、机筒、柱塞及分流锥（柱塞式注射机）、螺杆（螺杆式注射机）和喷嘴。

（1）加料装置

也成为料斗，通常为倒圆锥形或方锥形金属容器，安装在注射机的较高部位并与机筒相连。

（2）机筒

即成型物料的塑化室，主要用来加热熔融物料。

（3）柱塞及分流锥

柱塞及分流锥是安装在柱塞式注射机筒内的注射和塑化零部件。柱塞在机筒内做往复直线运动，推挤和压缩塑料熔体通过喷嘴注入模具。分流锥是安装在机筒前端中心部位的一个分流部件，如图4-6所示。

其工作原理为：熔料在经过分流锥时，被分劈成薄层，并产生收敛流动，以此缩短了机筒对物料的传热距离，提高了传热效果；同时物料在分流锥与机筒的间隙中产生加速运动，剪切作用增强，从而 生成一定量的摩擦热。两方面共同作用提高了物料的塑化与均衡效果。

设置分流锥后，可以缩短物料塑化时 间，改善塑料熔体的流动性能和塑件的成 型质量，同时使生产效率有所提高。

（4）螺杆

是螺杆式注射机的重要部件，通过螺杆在机筒内的旋转和轴向移动，实现对成型物料的塑化和注射动作。

（5）喷嘴

安装在机筒前部，其内部的喷孔是连接机筒和模具的通道，起引导塑料熔体从机筒进入模具的作用。

注塑机的合模系统

合模系统的作用一是实现模具的开合动作，二是注射时锁紧模具，三是开模时推出模内塑件。

注塑成型对合模系统最基本的要求是：合模时为模具提供可靠的锁模力，以免模具在塑料熔体的压力作用下沿分型面胀开，使制品产生分边，影响精度。

目前，注射机上使用的合模系统结构可大体分为液压式和液压—机械式两大类。

（1）液压式

一般采用大直径活塞和液压缸进行模具的开合动作。优点是运动机构简单，能够适应不同模具的闭合高度，随时都可达到最大压力并保压；缺点是锁模力大时液压缸体积庞大，能量消耗大，系统的刚性较差。

（2）液压—机械式

以液压力驱动曲肘连杆机构进行开合模动作，具有自锁功能（图4-2）。锁模刚性大，产品不易出飞边；模具的开合时间比较短，并有缓冲作用，可以获得较佳的合模运动方式；但结构复杂，机械部分容易磨损，需要经常保养。

注射成型工艺

注射成型的生产工艺流程如图4-7所示，按其先后顺序包括：成型前的准备、注射过程、塑件后处理等，下面分别讨论。

1.成型前的准备

为使注射过程顺利进行和保证塑料制件质量，一般在注射之前要进行一些必要的准备工作。如对原料的外观（如色泽、颗粒大小及均匀度）与工艺性能（流动性、热稳定性、收缩性）进行检验和测定，判断原料的各项性能与要求的参数是否相符；

对原料的各项性能与要求的参数是否相符；对原料进行染色；进行含水量检测，对于某些易吸湿的塑料（如聚酰胺、ABS等）进行充分干燥，以防产品表面出现银丝、斑纹、气泡和降解等缺陷；成型不同种类塑料前或发现塑料中有分解现象时，应对机筒进行清洗；

在成型带有嵌件的塑件时，应对嵌件进行预热，以防嵌件周围的塑料因应力而开裂；对脱模困难的塑件，应选好脱模剂。由于注射原料的种类、形态、塑件的结构、有无嵌件以及使用要求的不同，各种塑件成型前的准备工作也不完全一样。

2.注射过程

注射过程一般包括加料、塑化、注射充型和脱模几个步骤。

1）加料

由于注射成型是一个间歇的生产过程，因而需定量加料以保证操作稳定、塑料塑化均匀，最终获得良好的塑件。加料过多、受热时间过长等容易引起物料的热降解，并增加注射机的功率损耗；加料过少，机筒内缺少传压介质，型腔中塑料熔体压力降低，难于补缩（即补压），容易引起塑件出现收缩、凹陷、空洞等缺陷。

2）塑化

对机筒中的塑料进行加热，使其由固态（颗粒状或粉状）转变成粘流态并具有良好可塑性的过程称为塑化。决定塑化质量的主要因素是物料的受热情况和所受到的剪切作用。

对塑料塑化的要求是：塑料熔体在进入型腔之前要充分塑化，既要达到规定的成型温度，又要熔体温度均匀一致，还要使热分解物的含量达到最小值，并能提供足够的熔融塑料以保证加速了塑料的塑化，同时还强化了塑料的混合效果，使其扩展到聚合物分子的水平（而不仅是静态的熔融），它使塑料熔体的温度分布、物料组成和分子形态都发生了改变，并趋于更加均匀。因而螺杆式注射机的塑化效果比柱塞式注射机好得多。

3）注射充型

注射充型指用柱塞或螺杆推动塑化后的塑料熔体快速充满模具型腔，并使熔体在压力下冷却凝固定型的过程。注射过程可分为充模、保压、倒流和浇口冻结后的冷却等几个阶段。