有关模具、注塑机、塑料原料及其制品的基础知识

arrarpetahack

第一章 模具工程人门

模具工程》主要论述有关热塑性塑料注塑模具的工程问题。然而，这里所论及的大部分问题，对于其他各种塑料模具，如塑料吹塑模具以及对于某些热固性塑料的成型模具等都有应用价值。
第一篇·模具工程，所要达到的目的，不仅是对于初次接触模具的技术人员，而且对于有较丰富经验的模具设计师，使他们能用工程的观点去处理模具问题。
对于在塑料工业其他部门工作的人员，例如从事销售和售后服务的人员来说，在他们的工作中也需要了解有关塑料模具的知识，《模具工程》也是值得推荐的阅读资料。第一篇 模具工程，包括三部分。
第一部分 关于模具、注塑机、塑料原料和塑料制品的基础知识。第二部分 模具设计的一般指导原则。第三部分 针对模具设计者的问题。
模具设计方面还有不少好书，其中一部分列在本章结尾推荐的阅读资料。这些书的内容大部分是具有专门用途的塑料制品成型模具的设计实例。实际只是具有不同特点的许多完整的模具图纸的集合，没有这些特点应用原理的介绍。许多情况显示，模具技术距当今技术水
平的要求大约落后20～30年。这并不是说这些模具书没有价值，正相反，模具设计人员可能会从中找到许多解决模具设计难题的有意思的方法。但是这些模具设计案例所提供的不应仅仅是仿制，而应从中吸取反映当今技术水准的设计思想。
篇的内容与其说是模具设计知识的完整集合，倒不如说是把模具设计知识分解成了许多部分（单元），并以工程的观点分别加以论述，而且还对各种知识的应用场合给予分析说明。
1.1什么是注塑模

注塑模是用装配形成的空腔（一个或多个），成型制品所需的形状，生产（常是大批量的）塑料零件或产品的一种装置。
具的型腔是由称作模腔的阴模部件和称作模芯的阳模部件共同组成。模具安装在注塑机上，并按如下的时间顺序（通常是自动进的）充填模腔∶●合模;A
●注射（热的，近乎流动的）塑料进入模腔;●保持合模状态直到塑料冷却至能被顶出时为止;●开模;●顶出塑料制品;
●如果需要，注塑机可以延长开模（MO）时间做好下一个（注射）周期的准备工作。
周期（数秒钟）在全自动（FA）作业中被定义为一次注射的模瞬间到下一次注射的合模瞬间之间的时间长短。但通常、人们以每分钟（或每小时）注射次数来表示生产的生产率，而不用几秒钟的模塑周期的长短来表示。
1.2什么是注塑机

寸于模具设计人员来说，一件重要的事情是要首先弄清楚注射模塑工艺的过程及其术语。一台注塑机由四个作用不同的基本单元组成。
①合模机构;
②塑化装置;③注射装置;
④全部控制系统。
1.2.1合模机构

合模机构在模塑周期中完成开模和合模动作（尽快地），并提供必要的合模力以保持塑料注射时模具的闭合状态。因为作用在模具型腔内部表面（投影面）上的注射压力有打开模具缝口的趋势。这里的缝口即模具分型面也称作分模线（P/L）。
1.2.2 塑化装置

前采用的塑化装置几乎全部是螺杆挤出机式的塑化装置，该装将塑料原料加热到注射所要求的熔融状态。所需的热量大部分由挤出螺杆在机筒中作旋转运动的机械能转化生成，是由螺杆电机提供的。螺杆的旋转运动同时还将塑料原料推向螺杆顶端。
环绕机筒安装有加热器，一般分成3个或更多的加热段，提供补充热量。这主要在注塑机启动时需要，另一方面，单独由螺杆的机械运动来加热塑化每次注射所需的全部塑料原料也是不够的。
1.2.3 注射装置

注射装置通过压力将塑料熔体注入模具。所需压力的大小主要取决于制品的壁厚。
厚壁制品所需压力相对较低（49.0～98.1MPa），以致仅在挤出机三力下就足以将塑料熔体充满（流动成型）模腔。薄壁制品特别当L/t （见1.3.4.2节中定义）大于200时，需要相当高的注射压力（137.3~196.1MPa）才能在塑料熔体凝固之前使其充满模腔。
有两种注射方法∶一级注射和二级注射，所使用的注塑机类型介绍如下。
1.2.3.1 RS型注塑机

目前，大部分注塑机的挤塑机构和注射机构被设计在一个装置中。当一次注射的塑料熔体备足时，挤出螺杆停止转动，然后螺杆被向前推移将聚集在螺杆顶端前部的塑料熔体射出。这一装置有几种叫法∶轴向柱塞螺杆、往复式（RS）螺杆或一级注射装置。
司造业界一般以每小时加工塑化的塑料原料的数量来评价螺杆的加工能力，然而起决定作用的是止推轴承的尺寸大小和强度极限，挤出螺杆仅在模塑周期非注射阶段起塑化作用，因此，事实上有效的塑之能力比标称的（注塑机说明书所标明的）要低。对于大注射量，采
既速注射，其注射时间要占到模塑周期的大部分，以致螺杆能够回复并完成的塑化能力往往只是其标称塑化能力的 60%～80%。
能够注入模具中的塑料的数量，在很大程度上还取决于螺杆顶部单向阀的效率（密封程度）。如果这只单向阀质量粗劣或已用损，那么在高压注射阶段就会有塑料通过单向阀产生泄漏现象。这将影响到进模腔空间的塑料的数量，并因此造成欠注或由于保压（过度充模）要，使模具的生产效率受到影响。泄漏现象还会对制品的质量（密度）、尺寸（由于收缩率的变化而引起的）和内在质量产生影响。
为了避免注射量变化所产生的影响，使用往复式注塑机时模塑人员通常选用比实际注射要求大的喷嘴尺寸，因此，推移运动不会十分期前到尽头，以致在螺杆的顶部大约5～10mm形成一个熔体的储料池。
1.2.3.2 P型注塑机

预塑化式注塑机系统把挤出机构的作用和注射装置的作用分开。挤出机构塑化原材料并使其充满注射装置的料简即料罐。这类注塑被称为预塑化、二级或P型注塑机。二级注塑系统的优点有以下几方面。
螺杆能够连续运转，因此可用时间（额定时间）能100%地用于塑化原料。这样，对于相同的注射量，P型注塑机可以使用比 RS型塑机小的挤塑机构。
②由于连续运转，P型注塑机比RS型注塑机熔体混合得更好，温度更低，对于某些热敏材料来说这可能是非常需要的。
③螺杆顶部不存在单向阀，而且注塑料筒中的注射容积机械计量，主射量的可重复性和精度比使用RS型注塑机要好。不需要储料池准备注射的塑料的体积能根据模腔体积精确地计算。
④由于塑料熔体从挤塑机构向注射料筒中的移送是在很低的压力下进行的，因而能较方便地在其路径上安置一有效的过滤器，以便除塑料中的杂质。这也不会影响（降低）从料筒到模具的注射压力。而这样的过滤作用在RS型注塑机中是不行的，因为其压力太大会损坏过滤器。
二级注射系统的缺点有∶
于需要更多的构件和控制装置，设备的造价较高。一系统不适用于热敏性很强的材料，如聚氯乙烯（PVC）塑料。
1.2.4 控制装置
空制系统掌握着注塑机的操作过程。注塑机的控制系统可分为四个基本要素。
①控制组件安装在合模安全门附近，在这里操作者能够观察模具犬况，能够方便地操纵按钮实现所要求的作业。有些注塑机把调节机器状态的按钮和开关都设计在安全门附近的控制面板上。
②逻辑控制掌握着机器状态，处理来自位置传感器和时间继电器等等的信号，使注塑机按照要求运行。目前注塑机的逻辑运行几乎全部由电子开关操纵或采用微机控制。（注意∶机械传动的开关和时间继电器使用寿命比电子的开关和时间继电器要短得多，可靠性和可重复性也差得多。然而，它们比较容易掌握和维修。电子开关需要更好的合格维护人员和更好的电子检测设备进行检测和维护。另一方面，电子元器件对温度的升高比较敏感，在一些炎热的地区就需要考虑工作环境的温度控制问题。）
③电力供应和电动机及加热器的分布。④注塑机和模具的温度控制。
为使用方便通常注塑机还具有其他一些特性，然而对于注塑机工艺过程的了解，以上关于基本要素的阐述是充分的。
1.3 模塑时间和技术术语
程周期 注塑机合模机构开合所需的全部时间，是模具开启过程时间和团合过程时间的总和。县前快速注塑机的空程周期有1～3s。