1、01.10.2020,Page1,衛(wèi)道科技集團/深圳泰道科技有限公司,注射成型生產(chǎn)制程概述,Injection molding,01.10.2020,Page2,課程內(nèi)容,塑料主要成型方法概述 注射成型的應用與發(fā)展 螺桿注射機結(jié)構(gòu) 注射成型生產(chǎn)過程 特殊注射成型方法簡介,01.10.2020,Page3,塑料主要成型方法概述,01.10.2020,Page4,塑料主要成型方法,注射成型 擠出成型 熱成型 吹塑成型,塑料主要成型方法概述,01.10.2020,Page5,注射成型,注射成型(Injection Molding)是藉由在壓力之下將塑料壓進一個型腔(模穴Cavity)之內(nèi)以成型所需要

2、的形狀的循環(huán)過程。該形狀由冷卻凝固(對熱塑性塑料thermoplastics)或化學反應(對熱固性塑料 thermosets)達成。,塑料主要成型方法概述,01.10.2020,Page6,擠出成型,塑料擠出成型過程是將塑料在擠出機內(nèi)塑化至粘流狀態(tài)，在一定的壓力作用下，使之通過具有一定形狀的口模而成為截面與口模形狀相仿的連續(xù)體，而后通過定型裝置冷卻定型為具有一定形狀和尺寸的產(chǎn)品。,塑料主要成型方法概述,01.10.2020,Page7,熱成型,熱成型是各種熱塑性塑料片材的成型技術(shù)，如真空成型、壓力成型、對模成型及其組合的總稱，所有這些成型技術(shù)都需要用預熱的熱塑性塑料片材，這種片材經(jīng)壓緊、加熱并

3、在模具中或模具上成型，熱成型后一般再經(jīng)過修剪或二次加工（指孔和開口的加工）即成產(chǎn)品。,基本母模成型,塑料主要成型方法概述,01.10.2020,Page8,吹塑成型,吹塑成型是在閉合模具內(nèi)壓縮空氣將熔融狀態(tài)的塑料型坯吹脹，然后冷卻而得到中空薄壁產(chǎn)品的一種方法。,塑料主要成型方法概述,01.10.2020,Page9,注射成型的應用與發(fā)展,01.10.2020,Page10,注射成型產(chǎn)品,目前注射成型產(chǎn)品約占所有塑料產(chǎn)品總產(chǎn)量的32%，占工程塑料產(chǎn)品的80%。小巧的電子器件和醫(yī)療用品、大型的汽車配件或建筑構(gòu)件。,注射成型的應用與發(fā)展,01.10.2020,Page11,注射成型的優(yōu)缺點,優(yōu)點 1

4、、產(chǎn)品能以高生產(chǎn)率制造 2、可制造體積龐大的產(chǎn)品 3、很容易實現(xiàn)自動化，所需人工相當少 4、產(chǎn)品不太需要再經(jīng)修飾 5、可擁有很多不同的表面、色彩和飾邊，產(chǎn)品可得到很好的裝飾效果 6、對復雜形狀的產(chǎn)品，注射成型是最經(jīng)濟的制造方法 7、注射成型適合制造式樣繁多的產(chǎn)品，其它加工方法幾乎不可能 8、廢料如流道、澆口等可回收再利用 9、更換塑料注射時無需更換機器 10、產(chǎn)品尺寸安定性好 11、產(chǎn)品可鑲?cè)虢饘倩蚍墙饘俚男×慵?12、產(chǎn)品可由塑料及填充劑一起注射 13、產(chǎn)品可繼承塑料本身的優(yōu)點，如高強度、重量輕、防腐性等,注射成型的應用與發(fā)展,01.10.2020,Page12,注射成型的優(yōu)缺點,缺點 1、

5、高度工業(yè)上的競爭使得獲利降低 2、模具設(shè)計及制作成本昂貴 3、模具、機器及周邊設(shè)備成本很高 4、程序上的控制不是很好，且控制的結(jié)果常不能與最后的產(chǎn)品有一致性 5、品質(zhì)上很難由成型條件的調(diào)整而馬上得以解決 6、缺乏對整個程序上的基本了解很容易引起問題 7、必須了解塑料的長期性質(zhì)才能確保產(chǎn)品的長期使用,注射成型的應用與發(fā)展,01.10.2020,Page13,注射成型的主要里程碑,在歷史上，注射成型的主要里程碑包括往復式螺桿注射機(Reciprocating Screw Machine)的發(fā)明、各種新的特殊注射成型方式、以及對塑料產(chǎn)品設(shè)計和制造的電腦模擬的應用。,注射成型的應用與發(fā)展,01.10.

6、2020,Page14,注射機的發(fā)展,注射機(Injection Molding Machine)是將塑料的熱成型特性和金屬的熔融壓鑄成型原理結(jié)合起來的一種專用設(shè)備。注射機發(fā)明于1870 年代早期，自那以后，它經(jīng)歷了重大的改革和進步。特別是往復式螺桿注射機的發(fā)明，徹底改革了熱塑性注射成型生產(chǎn)過程的多功能性和生產(chǎn)力。 三種注射機： 1、柱塞式注射機 2、預塑化注射機 3、往復式螺桿注射機,注射成型的應用與發(fā)展,01.10.2020,Page15,柱塞式注射機,柱塞式注射機用柱塞將料筒內(nèi)的塑料向前推送，使之通過分流梭，再經(jīng)過噴嘴注入模具。塑料熔化成粘流態(tài)的熱量由料筒外的電熱器提供。這種柱塞式注射機

7、，由于結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，技術(shù)要求不高，能滿足一般小型產(chǎn)品或精度要求不太高的產(chǎn)品成型，目前塑料加工行業(yè)中仍在使用。,注射成型的應用與發(fā)展,01.10.2020,Page16,預塑化注射機,預塑化注射機將預塑加熱缸（將成型塑料加熱熔融）和注射加熱缸（將熔融塑料射出）相結(jié)合，依照加熱缸的形式可分為兩種：,注射成型的應用與發(fā)展,01.10.2020,Page17,往復式螺桿注射機,注射機除了重大的進步之外，在機器控制和機器功能中，主要的發(fā)展是從柱塞機構(gòu)變化到往復式螺桿。雖然柱塞式機器天性簡單，但是由於它單純通過傳導加熱的速度很慢而限制了它的普及。往復式螺桿卻可以用旋轉(zhuǎn)運動更快速而均勻地塑化塑料。此外

8、，它也能夠像柱塞一樣向前注射熔融的塑料。,注射成型的應用與發(fā)展,01.10.2020,Page18,典型的往復式螺桿,注射成型的應用與發(fā)展,01.10.2020,Page19,螺桿旋轉(zhuǎn)中塑料塑化過程,注射成型的應用與發(fā)展,01.10.2020,Page20,塑料在料筒中的三態(tài)變化,注射成型的應用與發(fā)展,進料,出料,粘流態(tài),高彈態(tài),玻璃態(tài),01.10.2020,Page21,往復式螺桿的優(yōu)缺點,優(yōu)點： 1、塑化時會產(chǎn)生高剪切率，降低高分子粘度，易于流動 2、有較佳的混合效果及融膠均勻度 3、比柱塞式有較短滯留時間，螺桿約3次射出量的滯留時間，而柱塞式約8-10次 4、塑料在螺桿溝道是二維乃至三維

9、的流動 5、料筒上的熱源直接有效地施加到塑料上 6、塑料更換、換色操作容易 7、可應用于熱敏感性塑料如PVC上 8、螺桿內(nèi)的流動較少有停滯不動的現(xiàn)象，因此材料裂解較少發(fā)生 9、螺桿較柱塞式易于清洗 缺點： 在注射時，熔融塑料易順著螺旋槽移往加熱缸后部，而造成塑料逆流。,注射成型的應用與發(fā)展,01.10.2020,Page22,注射成型的發(fā)展,注射成型方法一開始僅應用于熱塑性塑料。但隨著對塑料了解的進步、成型設(shè)備的發(fā)展和特殊工業(yè)部門的需求，使注射成型的應用大大擴展而超出了它原來的范圍。 特殊注射成型方法： Co-injection (sandwich) molding共注射（三明治）成型 Fus

10、ible core injection molding熔芯注射成型 Gas-assisted injection molding氣體輔助注射成型 Injection-compression molding注射壓縮成型 Lamellar (microlayer) injection molding薄片（微層）注射成型 Live-feed injection molding多動式喂料注射成型 Low-pressure injection molding低壓注射成型 Push-pull injection molding推拉注射成型 Reactive molding反應成型 Structural f

11、oam injection molding結(jié)構(gòu)發(fā)泡注射成型 Thin-wall molding薄壁成型,注射成型的應用與發(fā)展,01.10.2020,Page23,電腦模擬注射成型過程,因為注射成型以及特殊成型方法前景深遠，因此成型過程的電腦模擬（CAE模流分析）也已經(jīng)發(fā)展起來，而以前是完全跟據(jù)經(jīng)驗來預估模穴的充填流動?，F(xiàn)在，模流分析軟件產(chǎn)品模擬復雜的成型過程，包括使用兩種不同材質(zhì)或不同狀態(tài)的塑料共注射的整個過程、充填后的行為、反應動力學等。,CAE與共享的設(shè)計數(shù)據(jù)提供一個整合環(huán)境，它們使協(xié)同工程更加容易。,注射成型的應用與發(fā)展,01.10.2020,Page24,Moldflow全制程注射成型

12、模擬,著名電腦輔助工程分析(CAE)軟件制造與咨詢公司,改變?nèi)藗儗λ芰袭a(chǎn)品及塑料模具的設(shè)計、優(yōu)化及制造的分析方式與改善方式,注射成型的應用與發(fā)展,01.10.2020,Page25,Moldflow全制程注射成型模擬,Moldflow Plastics Advisers 產(chǎn)品及模具設(shè)計的生產(chǎn)成型性分析 Moldflow Plastics Insight 深入的產(chǎn)品及模具設(shè)計的最佳化分析 Moldflow Plastics Xpert 實際注射成型控制,注射成型的應用與發(fā)展,01.10.2020,Page26,Moldflow Plastics Advisers,Part Adviser（塑件顧

13、問） 針對產(chǎn)品設(shè)計者,Mold Adviser（模具顧問） 針對模具設(shè)計者,注射成型的應用與發(fā)展,01.10.2020,Page27,Moldflow Plastics Insight,注射成型的應用與發(fā)展,01.10.2020,Page28,Moldflow Plastics Xpert,注射成型的應用與發(fā)展,01.10.2020,Page29,往復式螺桿注射機結(jié)構(gòu),01.10.2020,Page30,螺桿注射機主要元件,往復式螺桿注射機結(jié)構(gòu),01.10.2020,Page31,注射系統(tǒng),注射系統(tǒng)(Injection System) 由漏斗(Hopper)、往復式螺桿(Reciprocati

14、ng Screw)、料筒(Barrel)和噴嘴(Nozzle)組成，如圖所示。系統(tǒng)前進時，通過喂料、壓縮、排氣、熔化、注射和保壓階段，使熔融的塑料以適當?shù)乃俣?、壓力從料筒中射入模穴中成型?往復式螺桿注射機結(jié)構(gòu),01.10.2020,Page32,漏斗、料筒,漏斗(Hopper) 小球狀固體塑料從漏斗進入注射機。 料筒(Barrel) 料筒被外圍電加熱器帶加熱，往復式螺桿安裝在料筒內(nèi)部。,往復式螺桿注射機結(jié)構(gòu),01.10.2020,Page33,往復式螺桿,往復式螺桿(Reciprocating Screw ) 往復式螺桿用來壓縮、熔化及傳送塑料，由三段幾何分區(qū)組成： 喂料區(qū) Feeding

15、Zone 壓縮（轉(zhuǎn)換）區(qū) Compressing(or Transition) Zone 計量區(qū) Metering Zone,往復式螺桿注射機結(jié)構(gòu),01.10.2020,Page34,噴嘴,噴嘴(Nozzle) 噴嘴連接料筒到模具的注道襯套，且在料筒和模具之間形成密封。噴嘴的溫度應該依據(jù)塑料供應商的建議值，設(shè)置到塑料的熔融溫度或僅低一點。如下圖，(a)當料筒正在最前端位置時，噴嘴的半徑應該隱匿且埋入注道襯套定位環(huán)的凹半徑中。(b)在料筒清理時，料筒后退離開注道口，清理混合物將從噴嘴流出落下。,往復式螺桿注射機結(jié)構(gòu),01.10.2020,Page35,模具系統(tǒng),模具系統(tǒng)(Mold System)

16、 模具系統(tǒng)由拉桿、固定側(cè)夾板和可動側(cè)夾板、以及包含模穴、澆注系統(tǒng)、頂針和冷卻系統(tǒng)的模板組成，如右圖。模具本質(zhì)上是一個熔融熱塑性塑料凝固到所需要的形狀和被模穴定義的尺寸的熱交換器。模具系統(tǒng)在模穴內(nèi)塑造塑料及頂出成型品。,典型的三板模具,往復式螺桿注射機結(jié)構(gòu),01.10.2020,Page36,鎖模系統(tǒng),鎖模系統(tǒng)(Clamping System) 雖然是在操縱可動模板以達到開啟閉合模具的目的，但其主要作用則在于如何鎖緊塑模而不使射入的熔融塑料從分模面溢出。由于注射壓力很高，鎖模壓力也要與它相對應。開模閉模的方法可以分別采用液壓力（油壓式）或機械力（肘節(jié)式），也可兩者兼用（復合式）。,往復式螺桿注射

17、機結(jié)構(gòu),01.10.2020,Page37,油壓式與肘節(jié)式鎖模系統(tǒng),油壓缸鎖模動作原理,肘節(jié)連桿鎖模動作原理,往復式螺桿注射機結(jié)構(gòu),01.10.2020,Page38,肘節(jié)式鎖模系統(tǒng),單肘節(jié)式鎖模系統(tǒng),雙肘節(jié)式鎖模系統(tǒng),肘節(jié)式鎖模系統(tǒng)依構(gòu)造可分為單肘節(jié)式與雙肘節(jié)式。,往復式螺桿注射機結(jié)構(gòu),01.10.2020,Page39,復合式鎖模系統(tǒng),復合式鎖模系統(tǒng)組合肘節(jié)式機構(gòu)與油壓式鎖模缸，外觀為肘節(jié)式的一種，但鎖模力的產(chǎn)生接近于油壓式。其動作是肘節(jié)式機構(gòu)使模具的開閉高速化，而油壓式鎖模缸產(chǎn)生鎖模力，容易調(diào)整模厚及鎖模力。,往復式螺桿注射機結(jié)構(gòu),01.10.2020,Page40,控制系統(tǒng)與液壓系統(tǒng),

18、控制系統(tǒng)(Control System),往復式螺桿注射機結(jié)構(gòu),液壓系統(tǒng)(Hydraulic System),01.10.2020,Page41,螺桿注射機輔助設(shè)備,注射機主要的輔助設(shè)備包括樹脂干燥機、物料輸送設(shè)備、制粒機、模溫控制器和冷卻器、產(chǎn)品取出機械手和產(chǎn)品輸送設(shè)備等。,往復式螺桿注射機結(jié)構(gòu),01.10.2020,Page42,螺桿注射機主要規(guī)格,鎖模力(clamping tonnage)和注射量(shot size)是快速鑒別熱塑性塑料注射機規(guī)格的常用參數(shù)。其它參數(shù)包括注射速率(injection rate) 、注射壓力(injection pressure)、螺桿設(shè)計(screw d

19、esign)、模具厚度(mold thickness)、以及拉桿間距(distance between tie bars)等。,往復式螺桿注射機結(jié)構(gòu),01.10.2020,Page43,鎖模力與注射量,鎖模力(clamping force) 鎖緊模具的最大力，以噸數(shù)(ton)表示。產(chǎn)品的投影面積愈大所需鎖模力也愈大。產(chǎn)品的投影面積是指從注射機模座的關(guān)閉方向看模穴部分的面積。鎖模力應大于產(chǎn)品的投影面積模穴內(nèi)的平均壓力，才不會使塑料的壓力推開模具。 注射量(shot size) 以噴嘴一次注射塑料的最大量來表示，單位為盎司(oz)或克(g)。1盎司為28.3g。注射量等于注射體積熔融塑料密度。注射

20、量應考慮產(chǎn)品的重量加上噴嘴及澆注系統(tǒng)部分的塑料重量，否則會因成型能力不足而發(fā)生短射。產(chǎn)品的最大重量不可超過所用的注射機所能提供最大注射量的0.8倍。,往復式螺桿注射機結(jié)構(gòu),01.10.2020,Page44,注射速率與注射壓力,注射速率(injection rate) 指單位時間從噴嘴射出熔融塑料的最大體積，表示塑料通過噴嘴的速度，單位為cm3/sec。注射速率等于螺桿截面積x螺桿前進速度或注射體積/注射時間。 注射壓力(injection pressure) 是指注射螺桿的前端部作用于熔融塑料的壓力，單位為MPa或kg/cm3。注射壓力的大小會影響到產(chǎn)品的品質(zhì)。若壓力太小，則注射速率變慢，就

21、可能使部分先射入模穴的塑料發(fā)生固化，甚至不能充滿整個模穴。故高壓力與高速度是使塑料產(chǎn)品表面光亮的必要條件。,往復式螺桿注射機結(jié)構(gòu),01.10.2020,Page45,注射機規(guī)格表,往復式螺桿注射機結(jié)構(gòu),01.10.2020,Page46,注射成型生產(chǎn)過程,01.10.2020,Page47,注射成型生產(chǎn)過程概述,注射成型生產(chǎn)過程,01.10.2020,Page48,注射成型周期,注射成型是一個循環(huán)的過程。在注射成型過程中，注射機以循環(huán)方式進行一序列操作。 一個成型周期即是注射機的完全操作。,注射成型生產(chǎn)過程,01.10.2020,Page49,注射成型周期,22秒,1,9,10,2,周期時間

22、充填時間 保壓時間 冷卻時間 開模時間,注射成型生產(chǎn)過程,01.10.2020,Page50,充填Filling 模具閉合，螺桿快速向前移動，將熔融塑料射入模穴 保壓Packing (保持Holding) 模穴填滿，保壓開始，冷卻開始,注射成型過程,注射成型生產(chǎn)過程,01.10.2020,Page51,冷卻Cooling 保壓完成，澆口凝固關(guān)閉，冷卻繼續(xù) 螺桿快速后移，開始為下一次注射塑煉塑料 開模Opening 冷卻完成，模具打開,注射成型過程,注射成型生產(chǎn)過程,01.10.2020,Page52,充填Filling 保壓Packing與冷卻Cooling 開模Mold opening 頂出

23、Part ejection 閉模Mold closing,注射成型過程,注射成型生產(chǎn)過程,01.10.2020,Page53,壓力-體積-溫度(PVT),01充填Filling13保壓Packing34冷卻Cooling 45開模Mold opening56頂出Part ejection,注射成型生產(chǎn)過程,01.10.2020,Page54,粘度與剪切速率,高剪切速率導致低粘度,注射成型生產(chǎn)過程,01.10.2020,Page55,Filling，計量的充填模穴 Pressurization，建立模穴壓力 Compensation，擠入額外的塑料以減少收縮,成型各階段,注射成型生產(chǎn)過程,01.

24、10.2020,Page56,充填階段: 充填階段時塑料被射出機的螺桿擠入模穴中直到正好填滿。當塑料進入模穴時，塑料接觸模壁時會很快地凝固，這會在模壁和熔融塑料之間形成凝固層。 加壓階段: 雖然所有的流動路徑在充填階段都已經(jīng)充填完成，但其邊緣及角落都還有空隙存在。為了完全充填整個模穴，所以必須在這個階段加大壓力將額外的塑料擠入模穴。 補償階段: 塑料從熔融狀態(tài)冷凝固到固體時，大約會有25%的高收縮率，因此必須將更多的塑料注入模穴以補償因冷卻而產(chǎn)生的收縮。,成型各階段,注射成型生產(chǎn)過程,01.10.2020,Page57,特殊注射成型方法簡介,01.10.2020,Page58,Co-injec

25、tion (sandwich) molding,共注射（三明治）成型 共注射成型包括相續(xù)或同時注射兩種或多種不同塑料進入一個模穴內(nèi)，塑料形成薄板而凝固。塑料可以是相同材質(zhì)，只是顏色不同。若使用不同材質(zhì)的塑料，塑料間必須能相容，也就是接合性良好、熔融溫度相近等。共注射成型生產(chǎn)有疊片結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品，核心材料在皮層材料之間埋入。這種創(chuàng)新的成型方法提供使用每種塑料的最佳特性或更改成型產(chǎn)品性能的固有彈性。,共注射成型的四個階段：(a) 射入模具的皮層熔融塑料短射(以暗綠色顯示)；(b) 核心熔融塑料射入；(c) 直到模穴幾乎填滿；(d) 再一次射入皮層塑料，清除核心塑料遠離注道,特殊注射成型方法簡介,01.

26、10.2020,Page59,Fusible core injection molding,熔芯注射成型 熔芯注射成型方法可用右圖的有復雜內(nèi)部幾何的中空產(chǎn)品舉例說明，該方法在塑料產(chǎn)品內(nèi)部形成一個核芯。在成型后，核芯將會自身熔化或者化學溶解，以它的外部幾何作為塑料產(chǎn)品的內(nèi)部形狀。,熔芯注射成型,特殊注射成型方法簡介,01.10.2020,Page60,Gas-assisted injection molding,氣體輔助注射成型 利用惰性氣體N2將模穴部分充填塑料推滿，且內(nèi)部中空并全面均勻保壓產(chǎn)品，產(chǎn)品冷卻后再將壓縮氮氣排出回收。由于產(chǎn)品中空，可使成型時間縮短，節(jié)省材料。達到“省工省料”。由于產(chǎn)

27、品厚度可全面打薄、局部加厚，可使產(chǎn)品“很輕很壯”。由于保壓氣體幾乎無壓力損失，壓力小而平均，可使產(chǎn)品“平滑方正”。,(1) 部分塑料充填；(2) 氣體輔助充填；(3) 氣體輔助保壓；(4) 排放回收氣體,特殊注射成型方法簡介,01.10.2020,Page61,Injection-compression molding,注射壓縮成型 壓縮注射成型方法是傳統(tǒng)的注射成型的延伸。將預先設(shè)定好體積的塑料熔體射入一個開放的模穴之后，隨即閉合模具，塑料即被壓縮，如右圖所示。當塑料要被注射的時候，壓縮也能發(fā)生。該方法的主要優(yōu)點是產(chǎn)品尺寸穩(wěn)定性好，基本無內(nèi)應力，所需鎖模力低（比常規(guī)注射成型方法低20% 50%

28、）。,注射壓縮成型,特殊注射成型方法簡介,01.10.2020,Page62,Lamellar (microlayer) injection molding,薄片（微層）注射成型 該方法使用一個雙注射料筒的喂料塊和層增殖器來結(jié)合熔融流體。它用不同的微層來生產(chǎn)多樹脂的產(chǎn)品，如右圖所示。用分層結(jié)構(gòu)結(jié)合不同的樹脂提高許多性能，例如氣體防護性能、尺寸穩(wěn)定性能、熱阻隔性能、光透明性能等。,薄片（微層）注射成型,特殊注射成型方法簡介,01.10.2020,Page63,Live-feed injection molding,多動式喂料注射成型 多動式喂料注射成型方法在多塑料入口處應用振動壓力引起熔膠振動，

29、如右圖所示。當在模具內(nèi)由于塑料凝固而使不同的分子層或纖維取向建立時，活塞的運動將留在澆口處的塑料熔化。該方法可被改進用于常規(guī)注射成型，主要用來消除縫合線、減少凹痕和大空隙的形成、控制大分子和纖維的取向。,多動式喂料注射成型,特殊注射成型方法簡介,01.10.2020,Page64,Low-pressure injection molding,低壓注射成型 低壓注射成型本質(zhì)上是傳統(tǒng)注射成型的最佳化延伸(如下圖)。以適當?shù)穆輻U每分轉(zhuǎn)速、背壓和螺桿前進速率達成低壓力來控制熔融溫度和注射速率。它也可用大澆口或多個相續(xù)開閉的閥澆口來減少流動長度。以一個通常慢而受約束的注射速率除去保壓階段。低壓注射成型的優(yōu)點在于成型產(chǎn)品所需的鎖模力和壓力降低、應力降低、模具費用減少。,低壓注射成型,特殊注射成型方法簡介,01.10.2020,Page65,Push-pull injection molding,推拉注射成型 推拉注射成型方法使用帶有兩