第二节 塑料成型设备及工艺 1．塑料的组成 塑料是由多组分组成的，其主要成分是树脂，另外，根据不同的树脂或者制品的不同要求，加入不同的添加剂，从而获得不同性能的塑料配件。 （1） 树脂。合成树脂是塑料的主要成分，它在塑料中起粘结作用，也叫粘料。 （2）填料。填料在塑料中主要起增强作用，有时还可以使塑料具有树脂所没有的性能。 （3）增塑剂。增塑剂是为改善塑料的性能、提高柔软性而加入塑料中的一种低挥发性物质。 （4）稳定剂。稳定剂能阻缓材料变质。常用的稳定剂有二盐基性亚磷酸铅、三盐基性硫酸铅、硬脂酸钡等。 （5）着色剂。着色剂是为了使塑料附上色彩，起着美观和装饰的作用。 （6）润滑剂。润滑剂的作用是为了降低塑料内部分子之间的相互摩擦或者减少和避免对模具的磨损。常用的润滑剂有醇类、脂类、石蜡、硬脂酸以及金属皂类。润滑剂分为两类：内润滑剂和外润滑剂。 2．塑料的分类 塑料的种类很多，按其受热后所表现的性能不同，可分为热固性塑料和热塑性塑料两大类。 （1）热固性塑料。是指在初受热时变软，可以塑制成一定形状，但加热到一定时间后或加入固化剂后就硬化定型、再加热则不熔融也不溶解、形成体型（网状）结构物质的塑料。例如，酚醛塑料、环氧塑料、氨基塑料等。 （2）热塑性塑料。是指在特定温度范围内能反复加热和冷却硬化的塑料。这类树脂在成形过程中只发生物理变化而没有化学变化，所以，受热后可多次成型，其废料可回收和重新利用。常用的热塑性塑料有聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、ABS、有机玻璃、尼龙等。 一、常用塑料模具成型设备 对塑料进行模塑成型所用的设备称塑料模塑成型设备。按成型工艺方法不同，可分为塑料注射机、液压机、挤出机、吹塑机等。本书主要介绍塑料注射机（又称注塑机）。 1．注塑机的分类 注塑机类型的划分有不同的方法，采用以结构的特征来区别，分为柱塞式（如图2-40所示）和螺杆式（如图2-41所示）两类。最大注射量在60 g以上的注塑机多数为移动螺杆式。
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2．注塑机的型号和主要技术参数 （1）注射机规格型号。目前主要有注射量、合模力、注射量与合模力同时表示3种。我国允许采用注射量、注射量与合模力两种同时表示方法。 ① 注射量表示法。例如XS-ZY-500注射机，各符号的意义如下： XS—类别代号（XS为塑料成型机）； Z—组别代号（Z为注射）； Y—预塑方式（y为螺杆预塑）； 500—主参数（注射容量为500 cm3）。 ② 合模力与注射量表示法。例如SZ-63/50注射机，各符号的意义如下： S—类别代号（S为塑料机械类）； Z—组别代号（Z为注射）； 63/50主参数（注射容量为63 cm3，合模力为50 ? 10 kN）。 （2）注塑机的主要技术参数。 ① 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。 注射量有两种表示法，一种是以加工聚苯乙烯塑料为标准，用注射出熔料的重量（单位为g）表示；另一种是用注射出熔料的容积（单位为cm3）表示。我国注塑机规格系列标准采用前一种表示法。 ② 注射压力。为了克服熔料经喷嘴、浇注系统流道和型腔时所遇到的一系列流动阻力，螺杆或柱塞在注射时，必须对熔料施加足够的压力，此压力称为注射压力。 ③ 注射速率、注射时间与注射速度。注射时，为了使熔料及时地充满模腔，除了必须有足够的注射压力外，还必须使熔料有一定的流动速度。描述这一参数的量称为注射速率，也可用注射时间或注射速度表示。 ④ 塑化能力。塑化能力是指单位时间内塑化装置所能塑化的物料量。 ⑤ 锁模力（又称合模力）。指注塑机的合模装置对模具所能施加的最大夹紧力。 ⑥ 合模装置的基本尺寸。合模装置的基本尺寸包括模板尺寸、拉杆间距、模板间最大距、移动模板的行程、模具最大和最小厚度等。这些参数制约了注塑机所用模具的尺寸范围和动作范围。 3．注塑机的组成 注塑机主要由注射系统、锁模系统、模具3部分组成。 （1）注射系统。注射系统是注射机的主要部分，其作用是使塑料均匀地塑化并达到流动状态，在很高的压力和较快的速度下，通过螺杆或柱塞的推挤注射入模。注射系统包括：加料装置、料筒、螺杆及喷嘴等部件。 喷嘴。喷嘴是连接料筒和模具的桥梁。其主要作用是注射时引导塑料从料筒进入模具，并具有一定射程。所以，喷嘴的内径一般都是自进口逐渐向出口收敛，以便与模具紧密接触，如图2-42所示。
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图2-42 喷嘴 （2）锁模系统。最常见的锁模机构是具有曲臂的机械与液压力相结合的装置，如图2-43所示，它具有简单而可靠的特点，故应用较广泛。 （3）模具。利用本身特定形状，使塑料成型为具有一定形状和尺寸的制品的工具称为模具。模具的作用在于：在塑料的成型加工过程中赋予塑料以形状，给予强度和性能，完成成型设备所不能完成的工件，使它成为有用的型材。 二、塑料成型工艺 1．塑料的工艺性能 塑料的工艺性能体现了塑料的成型特性，包括流动性、收缩性、结晶性、吸水性、固化速度、比容和压缩比、挥发物含量等。这里主要介绍塑料的流动性、收缩性、固化速度和挥发物含量。 （1）流动性。塑料在一定的温度与压力下充满模具型腔的能力称为流动性。 （2）收缩性。塑料自模具中取出冷却到室温后发生尺寸收缩的特性称为收缩性，其大小用收缩率来表示。 （3）固化速度。固化速度是指从熔融状态的塑料变为固态制件时的速度。 （4）挥发物含量。塑料中的挥发物包括水、氯、氨、空气、甲醛等低分子物质。 2．塑件的成型过程 （1）注射模塑成型过程。注射模塑成型过程包括加热预塑、合模、注射、保压、冷却定形、开模、推出制件等主要工序。现以螺杆式注射机的注射模塑为例予以阐述，如图2-44所示。 （2）压缩模塑件成型过程。压塑模塑件成型过程包括加料、闭模、固化、脱模等主要工序。 （3）压注模塑成型过程。压注模塑成型过程与压缩模塑成型过程基本相同。如图2-46所示 。
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3．塑件工艺性 塑件常用注射、压缩、压注等方法成型，其结构和技术要求都应满足成型工艺性的要求。 （1）形状。塑件的形状应尽量简单，结构上应尽量避免与起模方向垂直的侧壁凹槽或侧孔，以简化模具结构。 （2）壁厚。塑件的壁厚应大小适宜而且均匀。 壁厚不合理结构，如图2-47（a）所示，合理结构，如图2-47（b）所示。 图2-47 壁厚的均匀性 （3）圆角。塑件结构上无特殊要求时，转角应尽可能以半径为0.5～1 mm的圆角过渡，以避免出现清角（但在模具分型面处、型芯与型腔结合处或塑件使用性能上要求清角过渡时除外）。 （4）加强肋。加强肋能在不增加塑件壁厚的条件下提高塑件的刚度和强度，沿着料流方向的加强肋还能减小熔料的充模阻 力。设置加强肋时，应尽量减少或避免塑料的局部集中，否则容易产生缩孔或气泡。形式较差，如图2-48（a）所示；形式较好，如图2-48（b）所示。 图2-48 加强肋的形式 （5）孔。塑件上各种形状的孔应尽可能开设在不减弱塑件机械强度的部位，其形状也应力求不使模具制造工艺复杂化。孔与孔之间、孔与边缘之间应有足够的壁厚。小直径孔的深度不宜过深，一般为孔径的3～5倍。 （6）起模斜度。为了便于起模，避免擦伤和拉毛，塑件上平行于起模方向的表面一般都应具有合理的起模斜度，如图2-49所示。 （7）嵌件。塑件中镶嵌的金属或其他材料制作的零件称为嵌件，如图2-50所示。嵌件除应保证能与塑件可靠连接外，还应便于嵌件在模具内固定，并能防止漏料或产生飞边。嵌件周围的塑料层应有足够的厚度，以防止因嵌件和塑料的收缩不同而产生的内应力使塑件开裂。
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（8）花纹、标记和文字。塑件上的花纹、标记、文字应保证易于成型和起模，并且便于模具制造。 （9）螺纹。塑件上外螺纹的直径不宜小于4 mm，内螺纹的直径不宜小于2 mm，螺纹精度不高于IT8。 （10）尺寸精度。塑料收缩率的波动，成型工艺条件的变化，模具成型零件的制造精度、装配精度及磨损等都会影响塑件的精度。塑件的精度一般低于金属件切削加工的精度。塑件精度划分为1～8级，其中1级最高，8级最低。1～2级为精密技术级，只有在特殊条件下采用；7～8级的精度太低，一般也不用；常用的是3～6级。 三、成型零件的工作尺寸计算 成型零件工作尺寸是指成型零件上直接用来成型塑件部位的尺寸。它主要有型腔和型芯的径向尺寸（包括矩形和异形的长度和宽度尺寸）、型腔的深度和型芯的高度尺寸、型腔（型芯）与型腔（型芯）的位置尺寸等。在模具设计中，应根据塑件的尺寸、精度来确定模具成型零件的工作尺寸及精度。 1．影响塑件尺寸精度的因素 （1）成型收缩率。塑料成型后收缩率与塑件的原材料、塑件的结构、模具的结构，以及成型的工艺条件等因素有关，塑件尺寸的变化值为： ?S?(Smax?Smin)LS 式中：?S—塑料收缩波动而引起的塑件尺寸误差（mm）； LS—塑件尺寸（mm）； Smax—塑件的最大收缩率（%）； Smin—塑件的最小收缩率（%）。 （2）模具成型零件的制造误差。模具成型零件的制造精度是影响塑件尺寸精度的重要因素之一。模具成型零件的制造误差越小，塑件的尺寸精度越高，但是模具零件加工困难，制造成本和加工周期也会加大加长。 （3）模具成型零件的磨损。模具在使用过程中，由于塑料熔体流动的冲刷、脱模时与塑料的摩擦、成型过程中可能产生的腐蚀性气体的锈蚀，由于上述原因，成型零件最大的磨损量应取塑件公差的1/6。而大型塑件，模具的成型零件最大磨损量应取塑件公差的 1/6以下。 （4）模具安装配合的误差。模具成型零件由于配合间隙的变化，会引起塑件的尺寸变化，模具的配合间隙误差应不影响模具成型零件的尺寸精度和位置精度。 2．成型零件工作尺寸的计算 工作尺寸计算包括型腔和型芯的径向尺寸、型腔深度及型芯高度尺寸、中心距尺寸的计算，计算公式，如表2-10所示。
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