注塑成型基础知识《Moldflow模流分析 从入门到精通》第一章

注塑成型是一门工程技术，它所涉及的内容是将塑料转变为有用并能保持原有性能的制品。注射成型的重要工艺条件是影响塑料塑化、流动和冷却的温度、压力和相应的各个作用时间。

注塑成型过程从表面上看有加料、塑化、注射、冷却和脱模等几个步骤，但是从实质上看只有塑化和流动与冷却两个过程。下面就简单介绍一下这两个过程。

1．塑化过程

塑化就是指塑料在料筒内经加热达到流动状态并具有良好的可塑性的过程。它是注射成型的准备过程。由于塑料的导热性差，对热传递是不利的，容易引起塑料熔体的热均匀性差，也就是靠近料筒或螺杆壁的塑料温度偏高，而在这两者中间的塑料温度则偏低，从而形成温度分布的不均。如果塑料受到的剪切作用强时，就会产生大量的磨擦热，使塑料升温快，但是也容易引起塑料受到过多的热而降解。

2．流动与冷却过程

流动与冷却过程是指首先用螺杆或柱塞将具有流动性和温度均匀的塑料熔体注射到模具，然后注射到模具中并将型腔注满，塑料熔体在一定的成型工艺条件下冷却定型，最后制品从模具型腔中脱出，一直冷却到与环境温度一致的这一过程。这个过程所经历的时间虽然短，但是塑料熔体在其间所发生的变化很多，而且这些变化的对制品的质量影响很大。

这一过程需要很高的注射压力，因为塑料熔体从料筒注射到模具型腔需要克服一系列的阻力（主要有塑料熔体与料筒、喷嘴、浇注系统、型腔和塑料熔体之间的磨擦等），并且还需要对塑料熔体进行压实。塑料熔体一进入模具后立即被冷却，这个过程一直到塑料与所处的环境温度一致时为止。

在注塑成型中，主要的工艺参数是温度、压力、时间和速度等等，下面将分别介绍这些工艺参数。

1．温度控制

注塑过程需要控制的温度有料筒温度，喷嘴温度和模具温度等。下面主要介绍这三种温度：

（1）料筒温度：料筒温度主要影响塑料的塑化和流动。每一种塑料都具有不同的流动温度（熔化温度）和分解温度。即使是同一种塑料，由于来源或牌号不同，它的流动温度（熔化温度）及分解温度也是有差别的，因而设定的料筒温度也不相同。

（2）喷嘴温度：一般把喷嘴温度设置在略低于料筒最高温度的，这是为了防止熔料在直通式喷嘴可能发生的“流涎现象”和防止熔料过分受热而分解。但是喷嘴温度也不能过低，否则可能会造成熔料的冷凝而将喷嘴堵死，或者由于冷凝料注入模腔而影响制品的外观和性能。

（3）模具温度：模具温度对制品的内在性能和表观质量影响很大。模具温度的高低决定于塑料有无结晶性、制品的结构与尺寸、性能要求以及其它工艺条件（熔料温度、注射速度及注射压力、模塑周期等）。

2．压力控制

注塑过程中的压力主要包括塑化压力、注射压力和保压压力等三种，它们直接影响塑料的塑化和制品的质量。

（1）塑化压力（也称背压）：采用螺杆式注射机时，螺杆顶部熔料在螺杆转动后退时所受到的压力称为塑化压力。这种压力的大小一般是通过液压系统中的溢流阀来调整的。在注射中，增加塑化压力会提高熔体的温度，但也会减小塑化的速度。此外，增加塑化压力常能使熔体的温度均匀，色料的混合均匀和排出熔体中的气体。在注塑过程中，塑化压力的设置应在保证制品质量优良的前提下越低越好，一般都在10MPa以下，其具体数值是随所使用的塑料的品种的不同而不同的。

（2）注射压力：目前，大多数的注射机的注射压力都是以柱塞或螺杆顶部对塑料所施的压力为基准的。在注塑成型中，注射压力的作用是克服塑料从料筒流向型腔的流动阻力，并给予熔料充模的速率以及对熔料进行压实等。注射压力的大小设置主要取决于塑料的性能、制品的结构和大小、模具的结构和大小等综合因素。

（3）保压压力：保压压力是使塑料熔体在冷却的过程中不致产生回流，并且能够继续补充因塑料熔体冷却收缩而不足的空间，从而得到最佳的制品。在注塑过程中，保压压力值设定过高，就会容易造成制品毛边、过度充填、制品粘模、浇口附近的应力集中等不良现象；保持压力值设定过低，又会容易造成收缩太大、尺寸不稳定等制品缺陷的现象。

3．时间控制 

成型周期也称注塑周期，一般以完成一次注塑过程所需时间的总和来表示。成型周期直接影响劳动生产率和设备利用率。在整个成型周期中，主要有注射时间、保压时间、冷却时间和开模时间，它们对制品质量的影响很大，下面简要介绍这些时间。

（1）注射时间：注射时间（也叫充模时间）可以理解为反比于充模速率，在注射生产过程中，注射时间一般约为1～5秒。注射时间开始于模具合模，螺杆（或柱塞）向前推进，将材料挤入模具，这个过程一般非常快。塑料材料一接触冷的模具型腔壁，就粘在上面并凝固，流动通道在凝固层之间，注射时间对凝固层的厚度有很大影响，注射时间是影响产品品质的主要因素之一。

（2）保压时间：保压时间是对模具型腔内塑料施加压力的时间，在整个成型周期内所占的比例较大，一般约为5～120秒（特厚制件可高达3～10分钟）。在浇口处熔料完全封冻之前，保压时间的多少，对制品质量的影响较大，若在以后，则基本无影响。保压时间依赖于物料的性能、料温、模温以及主流道和浇口的大小。

（3）冷却时间：冷却时间一般指没有压力作用于材料，产品继续冷却凝固，直到冷却到可以顶出为止的时间。

（4）开模时间：开模时间为模具打开、顶出产品和再合模的时间。

4．速度控制

注塑过程中速度主要包括螺杆转速和注塑速度等两种。下面简要介绍这两种速度。

（1）螺杆转速

螺杆转速直接影响注塑物料在螺杆中输送、塑化和剪切效应，因此它是影响塑化能力、塑化质量和成型周期的重要参数。螺杆转速越高，塑化能力越强。但是，螺杆转速太快，就会容易引起塑料的热分解、使螺杆或料筒的磨损加速等。

（2）注塑速度

注塑速度的设定是控制塑料熔体充填模具的时间及流动模式，它是流动过程中的重要条件。注塑速度的设定正确与否对产品外观品质有很大的影响。注塑速度设定的基本原则是配合塑料在模穴内流动时，按其流动所经过的断面大小来升降，并且遵守慢→快→慢的原则和尽量快的要领。