注塑成型工藝注射模新技術(shù)的應(yīng)用

第十二章注射模新技術(shù)應(yīng)用熱固性塑料注射成型重點(diǎn)掌握注塑成型工藝注射模新技術(shù)的應(yīng)用第1頁(yè)一、發(fā)展概況

③制件含有變形小、耐高壓、抗老化、耐燃燒等一系列特點(diǎn)。

熱固性塑料優(yōu)點(diǎn)：①含有大量填料，價(jià)格低廉，僅為熱塑性塑料1/2～1/3。②制件外觀有熱塑性塑料制件不能相比光澤。④在水潤(rùn)滑條件下含有較低摩擦因數(shù)(0．0l～0．03)。

注塑成型工藝注射模新技術(shù)的應(yīng)用第2頁(yè)國(guó)外熱固性塑件加工方法：上世紀(jì)60年代前，熱固性塑料制件一直是用壓縮和壓注方法成型，工藝周期長(zhǎng)、生產(chǎn)效率低、勞動(dòng)強(qiáng)度大、模具易損壞、成本較高。60年代后，熱固性塑料注射成型得到快速發(fā)展，壓縮成型工藝在歐、美、日等工業(yè)先進(jìn)國(guó)家已逐步被注射工藝所取代。當(dāng)前，日本85％以上熱固性塑料制件都是以注射成型方法取得。注塑成型工藝注射模新技術(shù)的應(yīng)用第3頁(yè)

我國(guó)20世紀(jì)70年代開始推廣應(yīng)用熱固性塑料注射成型工藝，但當(dāng)前只有3％～4％熱固性塑料制件采取了注射成型方法，主要原因是用于熱固性塑料注射成型原料需要含有特殊工藝性能(流動(dòng)與固化特殊要求)，在這方面國(guó)內(nèi)還存在著一定差距。國(guó)內(nèi)熱固性塑料加工方法：

因?yàn)闊峁绦运芰现荒芤淮涡约訜嶙冘浂辛鲃?dòng)性，廢品和凝料不能回收再次利用，其原料利用率低。為此，熱固性塑件成型新技術(shù)注塑成型工藝注射模新技術(shù)的應(yīng)用第4頁(yè)②國(guó)外開發(fā)成功了熱固性塑料注壓成型新工藝。注壓成型將注射和壓縮成型二者優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來(lái)，熔體在不閉模時(shí)低壓注射，充模結(jié)束時(shí)模具完全閉合，型腔中物料在高壓、高溫下固化。①國(guó)外自20世紀(jì)70年代以來(lái)已開始研制應(yīng)用無(wú)流道凝料熱固性塑料注射成型工藝，并已取得了很好成績(jī)。當(dāng)前已經(jīng)有能夠快速固化無(wú)流道注射成型專用熱固性塑料原料出售。③20世紀(jì)80年代國(guó)外又在注壓工藝上深入發(fā)展為無(wú)流道注壓成型工藝。1982年美國(guó)Durez塑料企業(yè)已取得四項(xiàng)無(wú)流道注壓工藝專利。注塑成型工藝注射模新技術(shù)的應(yīng)用第5頁(yè)二、工藝關(guān)鍵點(diǎn)及模具介紹

熱固性塑料注射成型特點(diǎn)

需采取專門熱固性塑料注射機(jī)。成型時(shí)將粉狀或粒狀塑料加入注射機(jī)料斗內(nèi)，在螺桿推進(jìn)下進(jìn)入料筒，料筒外通熱水或熱油進(jìn)行加熱，加熱溫度在料筒前段為90℃左右，后段為70℃左右。物料經(jīng)過(guò)注射機(jī)噴嘴孔噴出時(shí)，因?yàn)槊土夷Σ?，料溫可達(dá)100～130℃。模具溫度通常保持在160～190℃(視塑料品種不一樣而異)，物料在此溫度下快速固化。注塑成型工藝注射模新技術(shù)的應(yīng)用第6頁(yè)注射工藝關(guān)鍵點(diǎn)

①注射原料在注射機(jī)料筒中應(yīng)處于黏度最低熔融狀態(tài)。熔融塑料高速流經(jīng)截面很小噴嘴和模具流道時(shí)，溫度從70～90℃瞬間提升到130℃左右，到達(dá)臨界固化狀態(tài)，這也是物料流動(dòng)性最正確狀態(tài)轉(zhuǎn)化點(diǎn)，此時(shí)注射壓力在118—235MPa之間，注射速度普通為3～4．5m／s。②熱固性塑料中含有40％以上填料，黏度與摩擦阻力較大，注射壓力也應(yīng)對(duì)應(yīng)增大，注射壓力二分之一要消耗在澆注系統(tǒng)摩擦阻力上。注塑成型工藝注射模新技術(shù)的應(yīng)用第7頁(yè)

③原料在固化反應(yīng)中，產(chǎn)生縮合水和低分子氣體，型腔須有良好排氣結(jié)構(gòu)，不然在注射制件表面會(huì)留下氣泡和流痕。經(jīng)典模具結(jié)構(gòu)如圖12—l。

與熱塑性塑料注射模類似，包含澆注系統(tǒng)、凹模、型芯、導(dǎo)向、推出機(jī)構(gòu)等，注射機(jī)上采取一樣安裝方法。熱固性塑料注射模溫度通常需要保持160—190℃高溫，模具多采取電加熱法。

注塑成型工藝注射模新技術(shù)的應(yīng)用第8頁(yè)

熱固性塑料注射模設(shè)計(jì)注意點(diǎn)

①因熱固性塑料成型時(shí)在料筒內(nèi)沒有加熱到足夠溫度，所以希望使主流道斷面積小一些以增加摩擦熱，因?yàn)槟喜荒芑厥?，減小主流道在經(jīng)濟(jì)上也有好處。

②熱塑性塑料注射模常利用分型面和推桿等配合間隙排氣即可，而熱固性塑料成型時(shí)排出氣體多，僅利用配合間隙排氣往往不能滿足要求，在模具上要開設(shè)專門排氣槽。

③因?yàn)槿廴跍囟缺裙袒瘻囟鹊?，在一定成型條件下熔料流動(dòng)性很好，能夠流入細(xì)小縫隙中成為毛邊，所以要提升模具分型面合模后接觸精度，防止采取推件板式結(jié)構(gòu)，盡可能少用鑲拼成型零件。注塑成型工藝注射模新技術(shù)的應(yīng)用第9頁(yè)

④注射工藝要求模具溫度高于注射機(jī)料筒溫度，輕易造成制件與型芯之間有較大真空吸力，使制件脫模困難，因而要提升模具推出能力。

⑤因填料沖刷作用，要求模具成型部位含有很好耐磨性及較低表面粗糙度。

⑥注射模在高溫、高壓下工作，應(yīng)嚴(yán)格控制模具零件尺寸精度，尤其是活動(dòng)型芯、推桿等一類零件。

⑦必要時(shí)應(yīng)能分別控制動(dòng)模和定模溫度，減小凹模與型芯溫差。為了防止散熱過(guò)多，還應(yīng)在注射模與注射機(jī)之間加設(shè)石棉墊板等絕熱材料。注塑成型工藝注射模新技術(shù)的應(yīng)用第10頁(yè)第二節(jié)無(wú)流道成型什么是無(wú)流道？

指在澆注系統(tǒng)中無(wú)流道凝料。怎樣實(shí)現(xiàn)無(wú)流道？

在注射模中采取絕熱或加熱方法，使從注射機(jī)噴嘴到型腔入口這一段流道中塑料一直保持熔融狀態(tài)，從而在開模時(shí)只需取出塑件，而無(wú)須清理澆道凝料。

無(wú)流道模具是注射成型工藝上一次革命，也是注射模具設(shè)計(jì)一次革新，這類模具在美國(guó)、日本等先進(jìn)國(guó)家應(yīng)用已很普遍，在注射模具中約占總數(shù)40％以上。我國(guó)現(xiàn)在處于研制推廣階段，它是今后注射模具澆注系統(tǒng)一個(gè)主要發(fā)展方向。

注塑成型工藝注射模新技術(shù)的應(yīng)用第11頁(yè)一、無(wú)流道成型優(yōu)缺點(diǎn)和模具設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)1．無(wú)流道成型優(yōu)點(diǎn)①基本可實(shí)現(xiàn)無(wú)廢料加工，節(jié)約原料。②省去除料把、修整塑件、破碎回收料等工序，因而節(jié)約人力，簡(jiǎn)化設(shè)備，縮短成型周期，提升了生產(chǎn)率，降低成本。③省去取澆注系統(tǒng)凝料工序，開模取塑件依次循環(huán)連續(xù)進(jìn)行生產(chǎn)，尤其是針點(diǎn)澆口模具，能夠防止采取三板式模具，防止采取次序分型脫模機(jī)構(gòu)，操作簡(jiǎn)化，有利于實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化。

④因?yàn)闈沧⑾到y(tǒng)熔料在生產(chǎn)過(guò)程中一直處于熔融狀態(tài)，澆注系統(tǒng)通暢，壓力損失小，能夠?qū)崿F(xiàn)多點(diǎn)澆口、一模多腔和大型模具低壓注塑；還有利于壓力傳遞，從而克服因補(bǔ)塑不足所造成制作縮孔、凹陷等缺點(diǎn)，改進(jìn)應(yīng)力集中產(chǎn)生翹曲變形，提升了塑件質(zhì)量。

⑤因?yàn)闆]有澆注系統(tǒng)凝料，而縮短了模具開模行程，提升了設(shè)備對(duì)深腔塑件適應(yīng)能力。注塑成型工藝注射模新技術(shù)的應(yīng)用第12頁(yè)2．無(wú)流道成型缺點(diǎn)

①模具設(shè)計(jì)和維護(hù)較難，若沒有高水平模具和維護(hù)管理，生產(chǎn)中模具易產(chǎn)生各種故障。

②成型準(zhǔn)備時(shí)間長(zhǎng)，模具費(fèi)用高，小批量生產(chǎn)時(shí)效果不大。

③對(duì)制件形狀和使用塑料有標(biāo)準(zhǔn)。④對(duì)于多型腔模具，采取無(wú)流道成型技術(shù)難度較高。3．無(wú)流道成型模具設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

①原料：

a．適宜加工范圍寬，黏度隨溫度改變而改變很小，在較低溫度下含有很好流動(dòng)，在高溫下含有優(yōu)良熱穩(wěn)定性。注塑成型工藝注射模新技術(shù)的應(yīng)用第13頁(yè)b．對(duì)壓力敏感，不加注射壓力時(shí)熔料不流動(dòng)，但施以很低注射壓力即可流動(dòng)。這一點(diǎn)能夠在內(nèi)澆口加彈簧針形閥(即單向閥)控制熔料在停頓注射時(shí)不流延。c．熱變形溫度高，制件在比較高溫度下即可快速固化頂出，以縮短成型周期。②流道和模體必須實(shí)施熱隔離，在確保可靠前提下應(yīng)盡可能降低模具零件與流道接觸面積，隔離方式可視情況選取空氣絕熱和絕熱材料(或熔體本身)絕熱，也可二者兼用

③熱流道板材料最好選取穩(wěn)定性好、膨脹系數(shù)小材料。④合理選取加熱元件，加熱元件要經(jīng)過(guò)計(jì)算確定，熱流道板加熱功率要足夠。⑤在需要部位配置溫度控制系統(tǒng)，方便依據(jù)工藝要求，監(jiān)測(cè)和調(diào)整工作情況，確保熱流道工作在理想狀態(tài)。⑥熱流道模具增加了加熱元件和溫度控制裝置，模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜，所以發(fā)生故障概率也對(duì)應(yīng)增大，所以在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮裝折檢修方便。注塑成型工藝注射模新技術(shù)的應(yīng)用第14頁(yè)二、無(wú)流道模具分類

按保持流道溫度方式分為：絕熱流道模具和熱流道模具。

絕熱流道模具在生產(chǎn)停機(jī)后流道有凝料把，下次開機(jī)生產(chǎn)前需要折開模具清理凝料把，所以普通不采取，通常采取無(wú)流道模具是熱流道模具。1．熱流道模具分類(1)延伸式和井坑式噴嘴熱流道單型腔模具，屬于延長(zhǎng)了注射機(jī)噴嘴。圖12-2延伸式噴嘴，型腔形成噴嘴變型實(shí)例。

圖12-3井坑式噴嘴，保持注射機(jī)原噴嘴長(zhǎng)度不變，而使主流道盡可能縮短，在其井底部形成噴嘴，使在注射機(jī)噴嘴尖端與澆口之間空間里積滿熔融塑料，熔料外層因?yàn)榻佑|到冷模具，即使冷凝，但中心部位仍保持熔融狀態(tài)，若從注射機(jī)噴嘴增加注射壓力，則能夠沖破冷凝層進(jìn)行注射。注塑成型工藝注射模新技術(shù)的應(yīng)用第15頁(yè)井坑式噴嘴設(shè)計(jì)：

圖12-4在注射機(jī)噴嘴和模具入口間裝置主流道杯，因?yàn)楸瓋?nèi)物料層較厚，且被噴嘴和每次經(jīng)過(guò)塑料不停地加熱，其中心部分保持其流動(dòng)狀態(tài)，允許物料經(jīng)過(guò)。因?yàn)闈部陔x熱源噴嘴甚遠(yuǎn)，這種形式僅適合用于成型周期較短(每分鐘注射3次或3次以上)模具，主流道杯詳細(xì)尺寸如圖12-5和表12—l。杯內(nèi)塑料質(zhì)量應(yīng)為制件質(zhì)量1／2以下。

注塑成型工藝注射模新技術(shù)的應(yīng)用第16頁(yè)(2)熱流道熱分流道模具(外加熱)

多腔熱分流道模具共同特點(diǎn)：①在模具內(nèi)設(shè)有加熱流道板，主流道和分流道截面多為圓形，其尺寸約Ф5～Ф12mm，均設(shè)在熱流道板內(nèi)。②熱流道板用加熱器加熱，保持流道內(nèi)塑料完全處于熔融狀態(tài)。③流道板利用絕熱材料(石棉水泥板等)或空氣間隙層與模具其余部分隔熱，④澆口型式有主流道澆口和針點(diǎn)澆口兩種。主流道型澆口如圖12-6，在澆口部分設(shè)計(jì)有外加熱線圈加熱。這一點(diǎn)對(duì)流動(dòng)性差塑料很有好處。注意：

即使是熱流道模具，當(dāng)成型周期過(guò)長(zhǎng)時(shí)，澆口處亦有發(fā)生凍結(jié)危險(xiǎn)。

處理方法：

①塑料黏度高、流動(dòng)性差，采取在給料噴嘴內(nèi)部安裝棒狀加熱器(即中心魚雷體)設(shè)計(jì)，如圖12-7。

注塑成型工藝注射模新技術(shù)的應(yīng)用第17頁(yè)

魚雷體尖端呈針形，延伸到澆口中心處，即使加工周期長(zhǎng)和流動(dòng)性差問題，也得到處理。圓錐形噴嘴頭部與型腔之間留有0．5mm絕熱層為塑料所充滿，加熱器尖端從噴嘴前端伸出，深入澆口中部離型腔約0．5mm。

圖12-8為該處局部放大圖。安裝在魚雷體中心是體積很小(Ф6．25～Ф9．42mm)、功率較大(150～600W)棒式加熱器。注塑成型工藝注射模新技術(shù)的應(yīng)用第18頁(yè)②彈簧閥式澆口，如圖12-9和圖12-10。這種結(jié)構(gòu)熱流道模具對(duì)塑料熔體黏度低能夠防止熔體流涎。在注射過(guò)程中澆口處針形閥不停開啟，能降低澆口處凍結(jié)，同時(shí)還能夠準(zhǔn)確控制補(bǔ)塑時(shí)間。這種針形閥式澆口能夠在高溫高壓下快速封閉澆口，能降低塑件內(nèi)應(yīng)力，降低內(nèi)應(yīng)力開裂和翹曲變形，增加塑件尺寸穩(wěn)定性。各種塑料適用熱流道澆注系統(tǒng)參考表12-20注塑成型工藝注射模新技術(shù)的應(yīng)用第19頁(yè)2．熱流道板設(shè)計(jì)

(1)熱流道板加熱功率計(jì)算

注塑成型工藝注射模新技術(shù)的應(yīng)用第20頁(yè)圖12—11為帶有四個(gè)噴嘴熱流道板加熱器配置情況。其熱流道板加熱功率可按下式進(jìn)行計(jì)算(12-1)式中P——所需電功率，kW；θ——熱流道板所需溫度，℃；設(shè)溫度基點(diǎn)為0℃；m——熱流道板質(zhì)量，kg；t——升溫時(shí)間(從0℃上升到θ℃)，h；η——效率，伴隨加熱器與熱流道板密貼程度和絕熱情況而改變，普通取0．2—0．3。注塑成型工藝注射模新技術(shù)的應(yīng)用第21頁(yè)(2)熱流道板質(zhì)量設(shè)計(jì)

為了降低加熱器熱容量，在強(qiáng)度允許范圍內(nèi)應(yīng)盡可能降低熱流道尺寸，從而減輕熱流道板質(zhì)量。(3)筒式加熱器裝配

①加熱器越長(zhǎng)越易彎曲，所以不得不增加裝配間隙。為了取得更高熱效率，裝配孔與加熱器徑向間隙最好在0．2mm以下。②為了便于更換，加熱器安裝孔應(yīng)該是通孔，因鉆頭加工孔壁較粗糙，其傳熱效率低，所以應(yīng)該再用鉸刀加工后使用。

③為取出燒壞加熱器而擴(kuò)大裝配孔，不但增大了徑向間隙，而且會(huì)縮短新更換加熱器使用壽命。④因?yàn)樘间搨鳠嵯禂?shù)較低，鋼制熱流道板用筒式加熱器功率密度最好限定在20W／cm2以下。注塑成型工藝注射模新技術(shù)的應(yīng)用第22頁(yè)⑤加熱器裝在運(yùn)動(dòng)著模板上時(shí)，應(yīng)牢牢地夾固引出線。⑥應(yīng)去除加熱器安裝孔內(nèi)油污，這么熱傳導(dǎo)才完全不受妨礙。

⑦應(yīng)注意出售加熱器容量有±10％誤差。為了取得熱平衡，必須使用實(shí)測(cè)熱容量相同加熱器。(4)使熱流道板溫度均勻一致

必須把加熱器配置得能均勻加熱各流道，確保熱流道板溫度均勻一致，不然即使塑料滯留時(shí)間比在注射機(jī)料筒內(nèi)短，局部高溫也會(huì)使塑料發(fā)生分解。詳細(xì)方法：

熱流道板和加熱器孔最好與流道軸線對(duì)稱，加熱器孔不要過(guò)于靠近流道，加熱器數(shù)量多些為好。對(duì)于熱流穩(wěn)定性差且黏度高塑料，設(shè)計(jì)熱流道板時(shí)，必須注意預(yù)防產(chǎn)生局部過(guò)熱現(xiàn)象。注塑成型工藝注射模新技術(shù)的應(yīng)用第23頁(yè)(5)溫度控制

測(cè)量溫度熱電偶安裝位置非常主要，測(cè)量點(diǎn)盡可能設(shè)在較深部位，普通設(shè)在距加熱器和流道二者都靠近位置上，不要設(shè)在壓圈和防泄漏環(huán)附近，以及靠近熱流道外側(cè)等有熱損失部分。(6)熱流道板絕熱和安裝絕熱：

必須充分考慮注射機(jī)模板與模具座板、模具座板與熱流道板、熱流道板與成型模板之間絕熱問題。

注射機(jī)模板與模具座板之間隔熱普通用6～10mm厚石棉板，而模具座板與熱流道板、熱流道板與成型模板之間大多數(shù)留有3～8mm空氣層間隙隔熱。通常兩平板之間熱對(duì)流在3mm氣隙中大致為零，但熱輻射依然存在，為提升絕熱效果應(yīng)預(yù)防熱輻射。安裝：

①緊固螺釘，但數(shù)目應(yīng)盡可能少，且熱流道板與成型模板接觸面積也應(yīng)在強(qiáng)度允許情況下盡可能縮小，使用材料最好采取導(dǎo)熱系數(shù)低不銹鋼，當(dāng)然必須充分復(fù)核其抗壓強(qiáng)度。

注塑成型工藝注射模新技術(shù)的應(yīng)用第24頁(yè)②使熱流道板與成型模板保持同心，在主流道另一側(cè)應(yīng)設(shè)置同心圓盤，使之在承受注射壓力情況下，熱流道板與成型模板依然保持同心。③各噴嘴應(yīng)設(shè)有對(duì)應(yīng)澆口套，或者裝設(shè)能承受作用于噴嘴塑料成型壓力承壓零件。假如這些承壓零件位置及接觸狀態(tài)不均衡，則將使流道板變形，造成熔料泄漏，所以必須絕對(duì)預(yù)防熱流道板變形。

(7)熱流道板流道內(nèi)不允許滯留熔料不論哪一個(gè)斷面形狀流道都必須一直保持熔料暢流無(wú)阻，不然滯留熔料將發(fā)生過(guò)熱分解，造成塑料褪色或形成黑色條紋。處理方法：

①絕對(duì)防止流道斷面發(fā)生急劇改變。不論流道怎樣長(zhǎng)，都必須從一端進(jìn)