产品造型中的金属与塑料
【中文摘要】材料与工艺是设计的物质技术条件,是产品设计的前提,它与产品的功能、形态构成了产品设计的三大要素,而产品的功能和造型的实现都建立在材料和工艺上.在诸多的造型设计中，各种材料都有自身的材料特性，并因加工性能和装饰处理各异而体现出不同的材质美，从而影响着产品造型设计。任何一种产品设计只有与选用材料的性能特点及其工艺特性相一致，才能实现设计的目标和要求。材料的不同，必然带来设计的不同，新的材料会产生新的设计，产生新的造型形式、给人们带来新的感受。
【关键字】材料
文】设计是人类所特有的一种造物活动,是指人们在生产中有计划、有意识地运用工具和手段，将材料加工塑造成可视的或可触及的具有一定形状的实体，使之成为具有使用价值或具有商品性的物质。人类这一造物活动满足了自身在物质上与精神上的需要，同时也达到与周围生存环境的协调。因此，材料早已成为人类赖以生存和生活中不可缺少的重要部分，它是人类文明和时代进步的标志，是社会科学技术发展水平的标志。
人类造物也有几百年的历史了，在这数百年的历史中，人们总是在不断的发现、发明新的材料，并用他们来创造我们周围的一切。从祖先们打造石器到现代人的掌上PDA。人们不禁感慨时光的变迁，我们所创造的一切都只不过是人类历史长河中的一滴水。材料正是构成水的水分子。
从原始时代起，人类使用材料时就注意到各种材料的基本特性，并经过无数次的失败和成功，积累和丰富了对材料的认识和加工技术，尽量针对不同的材料给予以不同的形态设计。科学技术的发展使现代新型材料不断出现和广泛应用，对工业造型设计有着极大的推动作用。每一种新材料的发现和应用，都会产生不同的成型加工方法和工艺制作方法，从而导致产品结果的巨大变化，给产品造型设计带来新的飞跃，形成新的设计风格，同时也给产品造型设计提出更高的要求。产品造型设计的过程实质上是对材料的理解和认识的过程，是“造物”与“创新”的过程，是应用过程。
产品造型设计是工业产品技术功能设计与美学设计的结合与统一，集现代科学技术与社会文化、经济和艺术为一体。是人们在一定文化艺术指导下，有意识、有目的地运用人类科学文化发展的优秀成果，用现代工业化生产方式将各种材料转变为具有一定使用价值或具有商品性的工业产品的创造活动。
产品，是由一定的材料经过一定的加工工艺而构成的。一件完美的产品必须是功能、形态和材料三要素的和谐统一，是在综合考虑材料、结构、生产工艺等物质技术条件和满足人类日益增长的物质和精神需求。
在产品造型设计中，材料是用以构成产品造型，且不依赖于人的意识而客观存在的物质，无论是传统材料还是现代材料、天然材料还是人工材料、单一材料还是复合材料，均是工业造型设计的物质基础。工艺是指材料的成型工艺、加工工艺和表面处理工艺，是人们认识、利用和改造材料并实现产品造型的技术手段。材料通过了工艺过程成为具有一定形态、结构、尺寸和表面特征的产品，将设计方案转变成具有使用价值和审美价值的实体。
工业设计对工业产品的形态、色彩、材料、结构等各方面进行设计处理，使产品既具有使用功能，又能满足人们审美的精神需要。其中材料在工业设计中也是占着很重要的比重，所以要让他们养成学会去挖掘材料、组合材料的习惯。
在工业设计范畴内，材料是指用于工业设计并且不依赖于人的意识而客观存在的所以物质，因此，设计材料所涉及的范围十分广泛，从气态、液态到固态、从单质到化合物，无论是传统材料还是现代材料，无论是天然材料还是人工材料，无论是单一材料还是复合材料，均是设计的物质基础。任何设计均须通过材料来创造内容，设计的结果由加工后的特定的材料得以保证，设计在很大程度上取决于材料的特性。然而材料所呈现出来的性能是材料内部结构的外在表现，受材料内部的微观结构所制约，这种内部结构只有用特殊的方法才能被观察到，它的变化通过材料性能变化被人们所感知，这就是我们对材料有“硬”与“软”、“脆”与“韧”、对某种环境“敏感”与“不敏感”的感性认识。材料的内部结构变化之多，甚至用“变化万千”都无法形容，因而材料的性能是多种多样的
工业产品的造型材料主要是指产品外观造型和结构所采用的材料。它包括金属材料、工程塑料、工业陶瓷和复合材料等四大类。金属材料能吸收并辐射出金属表面的光能，给人以坚硬、富丽的质感效果，具有良好的承受塑性变形的能力，易于加工成型。工程塑料质轻 比较度高，特别适用于需减轻自重或强度高的机械工业产品，其特有的弹性和韧度，往往给人以亲切柔和的触觉质感……
金属是现代工业的支柱，金属材料的工艺性能优良，金属材料能够依照设计者的构思实现产品的多种造型，广泛应用于工业产品造型设计中。金属的生产和使用，开创了人类文明新的历史，人类最早利用的是天然金属，如铜、金、铁等，但天然金属十分稀少，在人们掌握了冶炼技术以后，金属才对社会生产产生重要影响。
金属材料是指由纯金属或合金构成的材料，呈微笑的晶体结构。具有金属光泽，是热和电的良好导体，具有优良的力学性（强度、韧性和塑性等）和优良的可加工性（压力加工、焊接和铸造等。）金属材料的性质主要取决于它的化学成分、组织结构和制造工艺。金属的特性是由金属结合键的性质所决定的。
金属材料的自然材质美、光泽感、肌理效果构成了金属产品最鲜明、最富感染力并最具有时代感的审美特征，它对人的视觉、触觉给以直观的感受和强烈的冲击。黄金的辉煌、白银的高贵、青铜的凝重、不锈钢的亮丽……不同材质的特征属性，正是从不同色彩、肌理、质地和光泽中显示其审美个性与特征。同时金属材料其光洁的表面、闪烁的金属光泽、干净整洁却显得冷漠的外观给人一种高科技感，有时也会给人一种神秘、高贵感。塑料制品一般来讲可能让人感觉廉价、大众化。这也许可以解释为什麽很多塑料产品表面要喷涂成金属质感的原因。比如手机的金属外壳其实都是塑料制品。但是即使是塑料制品这种让人感觉廉价的材料通过技术手段也能显示高雅的质感，苹果公司的IMAC电脑机箱的半透明塑料材质就迷倒全世界，成为一种时尚。
不同的材料适合于不同的加工工艺从而形成不同的结构形态。金属板材适合冲压加工，但是冲压加工使产品的成型结构又受到一定的限制，20世纪初的流线型风格就是因为当时的冲压成型技术无法控制金属材料受压后的反弹而形成大弧面的流线型造型风格，而随着冲压成型技术的进步，金属能加工成平、薄、小弧面的结构形态，显示出整洁、精致的风格。塑料由于其本身的可热融性而采用注塑成型，特别是现在的CAD/CAM技术，使塑料制品的结构、形式具有了更加丰富多样的选择，能满足各种各样的审美需求。
现代工业产品的造型设计中愈来愈多的采用塑料材料，其主要原因是塑料可使产品的造型取得良好的艺术效果和经济效果。塑料制品可以通过一道工序，获得所需要任何复杂形状的产品，而且很少再需要进行进一步的加工和表面处理，使产品的造型设计不受或少受造型形式和加工技术的限制，能充分实现设计师对产品内外结构和造型的巧妙构思。此外，塑料的外观可变性大，易着色，可制成透明、半透明和不透明，可注塑出各种不同的表面肌理，并通过镀饰、涂饰、印刷等装饰手段，加工出近似金属、木材、皮革、陶瓷等各种材料所具有的质感。利用色彩效果、肌理效果以及表面加工的随意性，可大大提高产品外观造型的整体感和艺术质量。因此在产品造型设计中，设计师必须熟悉各种材料的性能特点和成型特性，从而设计生产出造型和使用性能优良的塑料制品。
塑料作为一种具有多种特性的使用材料,在世界各国获得迅速发展,其主要原因是塑料的原料广,性能优良(质轻、具有电绝缘性、耐腐蚀性、绝热性等)，加工成型方便，具有装饰性和现代质感，而且塑料的品种繁多，价格比较低廉，广泛应用于仪器、仪表、家用电器、交通运输、轻工、包装等各部门。因此，据有关部门推测，到2010年世界塑料的产量将与钢材的产量相等，“以塑代钢”、“以树代木”，使塑料迅速成为与钢铁、有色金属、无机非金属材料同步发展的基础材料。
美观的造型设计,必须通过各种工艺手段将其制作成为物质产品,此外,即使是同一种款式的造型设计,采用相同的材料,由于工艺方法与水平的差异,也会产生相差十分悬殊的质量效果.因此在造型设计中实现造型的工艺手段的重要因素。工业产品造型设计必须有一定的工艺技术来保证。造型设计应该依据切实可行的工艺条件、工艺方法来进行造型设计构思。同时要熟悉所选用材料的性能和各种工艺方法的特点，掌握影响造型因素的关系与规律，经反复实践，才能较好的完成造型设计。
任何材料都充满了灵性，任何材料都在静默中表达自己。无论人们是有意还是无意，都在不知不觉中感受到了它，并接纳了它。因此，材料的美感与材料本身的组成、性质、表面结构及使用状态有关，每种材料都有着自身的个性特色。材料的美感主要通过材料本身的表面特征，即色彩、光泽、肌理、质地、形态等特点表现出来。在造型设计中，应充分考虑材料自身的不同个性，对材料进行巧妙的组合，使其各自的美感得意表现，并能深化和相互烘托，形成符合人们审美追求的各种情感。
综上所述，产品的材质美，主要体现在科技，自然和人文社会因素中。在产品设计中材质的美感有着重要作用，材质的美感直接影响的产品的艺术风格和人对产品的感受。优秀的设计离不开优美的材质，但这不是说材质的美感可以凌驾于其它的设计要素之上，产品美感都是造型，材质，功能，风格的平衡于和谐。
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艺术设计美学
武汉大学出版社
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北京化工大学 硕士学位论文 工艺参数对塑料制品外观质量影响的研究 姓名：咸峰 申请学位级别：硕士 专业：机械工程 指导教师：杨于光;方鸣正
北京化丁大学Ｔ程硕士研究生论文工艺参数对塑料制品外观质量影响的研究摘要塑料成型加工方法很多，包括注射成型、挤出成型、压制成型等；注射成型 能一次成型形状复杂、尺寸精确的制品，适合高效率、大批量的生产方式，已发 展成为热塑性塑料最主要的成型加工方法。注射成型是一个相当复杂的物理或化 学变化过程。一方面，非牛顿的高温塑料熔体在压力作用下，注入温度较低的型 腔；另一方面，由于熔体与模具型腔的温差致使注入的熔体快速冷却，同时伴随 固化、体积收缩及町能的结晶过程，所以注塑制品质量受材料性能、模具设计、 注塑工艺参数设置以及环境状况等因素的影响。在成型过程中，工艺参数直接影 响到模具内熔体的流动状态和产品的最终质量，因此获取最优的工艺参数成为提 高注塑制品质量的前提条件。 本文主要针对大连三洋家用电器有限公司正负零型号的电饭煲制品注 塑成型过程中工艺参数的优化和控制做了实验研究，对成型工艺参数与制品 质量之间的关系进行了探索。论文的主要工作包括： ｌ、实验分析了正负零型号电水瓶注塑制品的成型工艺过程及其主要的 工艺参数对制品外观质量的影响。 ２、总结了正负零型号电水瓶外观质量主要缺陷的产生原因以及改进Ｊ二艺参数 的方法。 ３、当塑料原材料、模具结构确定后，如何在生产过程中优化和控制工艺参数， 从而提高制品的质量。关键词注塑成型工艺参数外观质量注塑制品塑料制品/ＲｅｓｅａｒｃｈＯｎｏｎｔｈｅ ｉｍｐａｃｔ ｏｆ ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｔｈｅ ｑｕａｌｉｔｙ ｏｆ ｐＩａｓｔｉｃ ｐｒｏｄｕｃｔｓ Ａ ｂｓｔｒａｃｔＭａｎｙ ｐｌａｓｔｉｃ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ ｈａｖｅ ｂｅｅｎ ｕｓｅｄ ｉｎ ｐｌａｓｔｉｃ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｉｎｄｕｓｔｒｙ，ｆ．ｏｒ ｉｎｓｔａｎｃｅ，ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ，ｅｘｔｒｕｓｉｏｎｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ ｅｔｃ．， ｉｎ ｗｈｉｃｈ ｉ ｎｊｅｃｔｉｏｎ ｍｏｌｄｉｎｇ ｉｓ ｔｈｅ ｍｏｓｔ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｐｏｌｙｍｅｒ―ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｕｓｅｄ ｔｏ ｍａｋｅ ｐｌａｓｔｉｃ ｐｒｏｄｕｃｔｓ ｗｉｔｈ ｃｏｎｌｐｌｅｘ ｓｈａｐｅｓ ａｎｄ ｐｒｅｃｉｓｅ ｓｉｚｅ．Ｉｔ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｈａｓ ｂｅｅｎ 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法律结果由本人承担。学位论文作者签名：岳守２口口石年ｒ月上∥日塑料制品/北京化工大学工程硕士学位论文第一章绪论１．１注塑成型技术１．１．１前言 材料不仅是人类进化的标志，而且是社会现代化的物质基础与先导…。人类 社会的进步与材料的使用密切相关。材料、能源与信息被称为现代文明的三大支 柱，尤其是新型材料的研究、开发与应用反映着一个国家的科学技术与工业水平， 它关系到国家的综合国力与安全【ｌ】。塑料是２０世纪才发展起来的一大类新型材 料，是高分子材料中最大的一类，它是一个新兴的工业领域，也是一个发展迅速 的领域，塑料已经进入一切工业部门以及人们的日常生活当中。塑料以其材料本 身易得、性能优越、加工方便而广泛用于包装、日常消费品、农业、交通运输、 电子、电讯、机械化工、建筑材料等各个领域，并显示出其巨大的优越性和发展 潜力。正是由于企业生产和人们日常生活中对塑料制品的强烈需求，以及塑料制 品原材料来源也很丰富、廉价，极大的促进了塑料工业特别是塑料机械工业的不断发展与进步，促进了塑料加工技术和工艺的不断完善吼塑料的加工方法很多，主要包括挤出、注塑、压塑和吹塑成型等，其中注 塑成型技术在塑料制品生产中的应用最为广泛，注塑制品约占塑料制品总量的 ３０％左右，尤其是塑料作为工程结构材料的出现，注塑制品的用途已经扩大到国民 经济的各个领域，并有逐步代替传统金属和非金属材料的制品的趋势［３ｌ。注塑成 型中，成型材料被加热熔融成流动态，由柱塞或螺杆的推动，施以高压经过料筒 前端喷嘴注入闭合塑模中，保压结束后冷却定型，打开模具取得具有设定几何形 状和尺寸的制品。注塑成型具有成型周期短，能一次成型外形复杂、尺寸精确、 带有嵌件的制品，对各种塑料的适用性强，生产效率高，易实现全自动化生产等一系列优点，是一种比较经济、先进的成型技术，并将朝着高速化、自动化的方向发展。塑料制品/北京化工大学工程硕士学位论文 １．１．２注塑成型材料 合成树脂、合成橡胶与合成纤维三大类合成高分子材料已成为人类生存活动 离不开的新型材料，塑料已经与钢铁、木材、水泥一起构成现代社会中的四大基 础材料，是农业、工业、能源、交通运输、信息产业乃至宇宙空间和海洋开发等 国民经济各领域不可缺少的主要材料【８ｌ。在新世纪里，中国已加入ｗＴＯ，塑料工业的三大支柱――塑料制品、合成树脂和塑料机械都面临着机遇与挑战并存、困难与希望同在的发展新局耐叭。１．塑料的分类塑料是以树脂为主要成分，在一定的温度和压力下，可塑制成一定的形状， 并在常温下能保持既定形状的材料。塑料种类很多，也有多种分类方法，一般分 为热塑性塑料和热固性塑料两大类１４】。热塑性塑料是指在一定温度范围内可以软 化乃至熔融流动，冷却后又能固化成一定形状的塑料，如ＰＥ、ＰＰ、ＰＶＣ、ＰＳ、 ＰＡ、ＰＣ等，占塑料总量的９ｊ％以上［５Ｊ。热固性塑料是指树脂在加热过程中发生 化学变化，由线型高分子变成体型高分子结构，此后遇热不再熔融，也不溶于有 机溶剂，如酚醛塑料、脲醛塑料、环氧树脂、不饱和聚酯等。根据性能，热塑性 塑料又分为：通用塑料和工程塑料两大类，同一种塑料有均聚物和共聚物之分。 根据用途和加工方法，同一种塑料树脂又分为注塑级、挤出级、薄膜级、管材级、 中空成型（吹塑）级等。为准确和方便地选择树脂牌号，也有叫电线电缆料、瓶 缴料、洗衣机内桶专用料等。 ２．塑料注塑成型的应用与发展 现在世界工程塑料的销售量『Ｆ以１０％的速度增长。在工程塑料中８０％采用注塑成型，其产品虽然只占全部注塑制品产量的２０％，但总产值却占４０蝌…。如ＡＢＳ经共混改性后，如今已有４０多个品种，其中绝大部分用于注塑成型：聚苯乙 烯（ＰＳ）、聚碳酸酯（Ｐｃ）、聚砜（Ｐｓｕ）、聚酯等类经过共混改性后可注塑成各 种“塑料台余”制品，作各种结构零件，广泛地应用在汽车、机械、航空、宇航、 建筑等行业中。由热弹性体ＴＰＲ、ＴＲＥ和“亚加力”共混后，再加入不同的增塑剂 和阻燃剂，可注塑成各种电子工业零件；用玻璃纤维增强的聚对苯二甲酸乙二醇 酯（ＰＥＴＰ）、聚对本二甲酸丁二醇酯（ＰＢＴＰ）热塑性聚酯塑料可注塑成型各种轴 套、齿轮、滚轮等机械零件，使其热变形温度可达２２４℃，弯曲强度达１７６．５ＭＰａ。塑料制品/北京化工大学工程硕士学位论文 俗称“赛钢”、“夺钢”的缩醛塑料是一种由聚甲醛衍生出柬的甲醛环状三聚物， 再加上２５％玻璃纤维的增强填料，采用注塑法可加工出尺寸精度为Ｏ．１％的齿轮， 以及杠杆、弹簧、轴承和滚筒等精密零件；聚苯硫醚（ＰＰＳ）又称“雷腾”，经注 塑可成功地做发动机活塞的叶轮，能在２００℃高温条件下持续工作，并具有很高 的机械性能；用热弹性体ＴＢＲ改性的尼龙６６经注塑的制品，其机械强度可比原 来提高两倍，并在一２０℃的低温条件下有抗冲击能力；美国ＧＥ公司生产的聚碳 酸酯共混料，在一５０℃下也耐冲击，这种注塑制品广泛地应用在汽车制造业上。 不久前ＧＥ公司生产出聚苯醚（ＰＰ０）共混料，其注塑制品可在１５０℃高温下持续 工作‘”。 合成树脂与合成橡胶、合成纤维三大类合成高分子材料己成为人类生存活动 离不丌的新型材料，塑料已经与钢铁、木材、水泥一起构成现代社会中的四大基 础材料，是农业、工业、能源、交通运输、信息产业乃至宇宙空间和海洋丌发等 国民经济各领域不可缺少的主要材料ｆ８】ｏ在新世纪里，中国已加入ｗ１Ｄ，塑料工业的三大支柱――塑料制品、合成树脂和塑料机械都面临着机遇与挑战并存、困难与希望同在的发展新局面【９ｌ。 １．１．３注塑成型制品要求 从注塑技术所追求的实质性目的来看，其最终是为了取得优质制品。那么怎样 ／４＋能得到优质注塑制品呢？如何评价注塑制品质量昵？这是一个十分重要而又复 杂的问题，因为它几乎涉及到注塑成型技术所有的理论与实践【ｌ…。 当注塑条件与注塑制品要求不适应时，制品表面就会出现：凹陷、气孑Ｌ、缩 孔、流纹、颜色不均、烧焦、暗纹、暗斑、银纹、无光泽、泛白、剥层、白化、 浇口裂纹、应力开裂、龟裂、变形（翘曲、扭转）、溢边等表面缺陷。制品出现 上述表面缺陷是不允许的。 １．１．４注射成型工艺要求 １．注塑制品与工艺参数的选择 在制品及模具确定之后，注塑工艺参数的选择就成为决定制品质量的关键因 素。注塑工艺主要包括温度（物料和模具温度）、压力（注射压力、保压压力）及塑料制品/北京化工大学工程硕士学位论文 时问（注射时间、保压时间）等。此外，预塑背压、螺杆转速、注射量和剩余料 量等对制品质量也有不可忽视的影响，图１．１为模塑面积图，可定性说明熔体温 度和注射压力的取值范围…Ｊ。图】．１的成型区域由四条曲线组成，低于底部曲线 时，物料呈固态，或者不能流动；高于顶部曲线时塑料发生分解：“缺料”线的左 侧，物料不能充满模腔；“溢料”线的右侧，熔体溢至模具零件之间的缝隙，彤成 毛刺。工艺参数只有在这四条曲线所包围的区域内，物料才能较好地成型。ｌ！盏ｌ热分■蟾ｌ镰压力幽１＿ｌ模塑面积幽２．注塑工艺参数与制品材料及设备的关系 塑料成型是一门工程技术，它所涉及的内容是将塑料转化为具有实用价值并 能保持原来性能的制品，但是在所有成型过程中，塑料都会发生物理或化学变化， 从而结构材料不同的形态表现出不同的性能“引。可见材料的性能和结构对成型后 的制品质量有很大的影响，因此必须对这些变化有足够的认识，才能够设计出合 理的原料配方，确定出合理的成型工艺和对设备提出台理的要求，在此基础上进 一步对材料进行结构和性能设计，构造出能满足不同场合需要的材料和制品。 生产出优质的注射制品所牵涉的因素很多，一般说来，当提出一种新制品的 使用性能和其它有关要求后，在经济合理和技术可行的原则下，选择最适合的原 材料、生产方式、生产设备、及模具结构以后，成型：［艺过程的选择和控制就是 主要的考虑因素，注塑过程中最主要的工艺条件是影响塑化流动和冷却的温度、 压力、和相应的各个作用对｜’日ＪＩＢｌ。对于不同的工艺要求，应对工艺参数做细致的 分析，从而确定出最佳控制参数。注塑成型过程中的工艺参数之间相互影响，密 切相关。因此不能仅仅对单个参数进行控制，而应找出对制件质量影响较大的几 个参数进行多参数控制，否则就会出现成型过程失去平衡的现象ｌｌ…。４塑料制品/北京化工大学工程硕士学位论文 １．１．５注射成型设备 １．注塑成型设备的组成 注射成型设备依其在成型过程中的使用顺序和作用可由下列设备组成： （１）前期准备设备：如干燥机、混色机等； （２）注射成型机：塑化与注射物料； （３）成型模具：模塑制品； （４）辅助设备：如取料把的机械手、抽芯装置、模温控制器等； （５）后处理设备：如后定型设备、去除应力设备、后加工设备（焊接机、喷 涂加工设备）等； ２．注塑成型机 注塑机具钉隧‘次成型外戳复杂、尺寸精确或带仃金城嵌件∞质地密致的耀料制?‰板，１‘泛应川予嘲防、射ｌ电、汽车、交通土薹输、建材、包装、农、【ｋ、文教ｆｉ生及人们Ｆ１常牛活各个领域１”】，成型各种不同类型年｝Ｉ不喇用途的翅＊：｝制６６，如 图ｌ一２和陶ｌ～３所叫ｉ。陶卜２注塑成１Ｉ！机塑料制品/北京化工大学工程硕士学位论文酬卜：；注塑成型制晶注封成型ｌ：艺对各种塑料的加［．具彳『良耍，的适Ｊ衄性，尘广：能力较高，ｊ｝易十实现自动化。存塑料ｊ：业迅速发展的今天，注塑机不论在数疑．｝：或ｔ５＾种ｉｉ都ｌ吁有熏要地他，其牛产总数占整个甥｝｝成犁没貉的２（）％３０％，从ｍｉ成为目前潮料机械中埭长最快．７Ｗ“数量最多的机种之１。掘有天资料统计，ｌ∞６１９㈨簪我困Ⅲｉ ｌ｝ｊ：塑机８３鼢ｆ｝（套），进Ｈ注塑机４２９５９台（套），其巾１９９８午我【誓注塑机，。‘量达到２∞０（｝台，其销售额占掣机总销售额的１２．９％ｆ１７１。注塑帆的上作埭理与钌钎划 的注利器训似，它是僻助螺杆（或柱塞）的推力，将Ｌ三塑化好的熔融状态（即｝＾流态）的塑｛：ｍ：射入闭合好的镆艋内，经嘲化定型衍】扳得制品的Ｔ岂过程。注射成理是?个循珂、的过程，每阍期＿｜三要包括：定量加｝：｝―熔融塑化…施压泣划…－充摸冷却一府模取件，取出塑件后义冉闭模，进行１７＋个循环【１８】。一般｝ｊ：攀机包括注射装置、合模装爱、液压系统和电气控制系统等部分。 注射装置：它的｛：要作，ｆ＝｜是使塑料均匀地塑化成熔融状态，片以足够的压力 和速度将熔料注射入模具ｑｔ。它．ｉ：娄由塑化部件（机简、螺样或柱皋、喷嘴等）、粒斗、螺ｆ｝：ｆ々动装簧（油ｔ５达等）、注射油缸、注射腾移动油缸等组成。台漠装置：它避保证成凰模具，ｑ‘靠的｝ｊｊ合和实现扁闭模动作以及取ｉｉｌ制＾§的 部件。由１：熔利以很高的压力注入模腔中，为ｒ锁紧模具而一：致使制品产：ｔｊ二１｛Ｉ边 或影响制品质量，就要对棋具旎加足够的锁紧力（即合模力）。合模装毳：ｔ餐包括 固定模皈、移动馍板、后墒板、连接ｆｊ｛『后模板ｊ｜ｊ的拉朴、合模油缸、顶出油缸、 调模装援等继成。 液匝系统和｝乜７诗＃制系统：它楚保证注翅机按］一艺过程预定的要求（如压力、速度、温度、叫ｎ；ｊ等）和动作程序准确有效的进ｊ¨‘作而设霞的动力和控制系统。般螺￥ｆＪ℃注塑桃的成颦工艺过程是：首先将粒ｊ汰或粉状塑料劫１入机簿内， 爿‘通过螺柯的旋转和机筒外壁加热波颦料成为熔融状态，然后机器进行合模和注６塑料制品/北京化工大学工程硕士学位论文 财库６Ｈ侈，使喷嘴贴紧模其的浇１１道，接着向注射缸通人玳力汕，使螺杆向前推 进．从而以很高的眍，ＪＪ和较快的速度将熔料注入温度较低的闭合模县内，经过… 定时问剥压力睬持（又称保压）、冷却．使其吲化成嫩，便ｒｔ，＂模取出刮＾６（保压 的目的足防ｌ｝。：模崆巾熔料的反漉、向模腕内补允物翱，以及保ｉｉＦ制黼贝铂…ｊ乏的 密度和】Ｊｔ、，公蔫）。注射成捌的基本要求是塑化、注剁‘和成，魁。塑化是实现和ｆ泶汪 成犁制，５＾质最的前提，ｍ为满足成援的要求，注射必颈保ｂＥ有足够的眼力和速度。吲时，卜＝ｊ ｊｊ汴射压乃撤高．十『｜应地存模腔中产牛很高的爪力（模腔内的甲均压力股存２（）、一４５ＭＰａ之川㈣），凶此必须宵足够人的合模力。由此?可见，注射装置和☆。模装胃是注塑机的火键部竹：。 注塑机的机械系统，主要由注塑部件和合模部件等组成，如图ｌ一４所示，根据这些部件的特点有多种结构型式【１５】。认识和熟悉这些不同类型注塑机的结构特点和主要技术性能，对于合理地选择和使用注塑机、提高制品质量具有重要意义。图１４注塑机的结构不慈图江帮机的动作稃序：关门一俞模一喷嘴６口进一；ｉ：刺一保胍一预翅一松遐一喷 嘴后巡一冷却一丌模一，顼…一遐针一开门。注增机操｛乍项ｍ泣塑机操怍项日包括拎制键盘操作、电器控制系统操作和液ＪＫ系统拱作～ｊ个方虹。分剐进行注射过程动｛１：、加｛：｝动作、注射习三力、浮射速 度、顶出韭！式的选择，料筒各段温度的监控，注射压力和背压压力的调｛，等［２０ｌ。 ３．新型注塑机的发展 （１）全电动注射机 美国米拉克隆（Ｍｉｌａｃｍｎ）有限公司早已开发出全电动注射机。１９８５年，该公７塑料制品/北京化工大学工程硕士学位论文 司和日本ＦａＩｌｕｃ公司共同开发全电动注射机，在１９９５年开发出大吨位大注射量注 射机，成为开发全电动注射机的先驱者，该公司的生产工艺技术成为主流，公司 还为大型制件模塑开发了一种两步式电动注射机。到１９９８年为止，米拉克隆公司 的出售了４００多台电动注射机，比１９９７年增加了５０％１２７】。 （２）混合电动注射机 Ｈｕｓｋｙ（赫斯基）公司出品配有Ｐｃ控制器的Ｈｙｌｅｃ仃ｉｃ小吨位混合电动注射机， 包括有９０吨和１６０吨和１０００吨３种，这是Ｐｃ控制器首次配置到这种注射机上，预计 Ｈｕｓｋｙ公司生产的注射机范围最终可从５０吨至８０００吨。 （３）气冷式液压注射机 美国ｓａＩｌｄｒｅｎｏ公司的ｓｅｒｉｅｓＮｉｎｅ型注射机，范围从７５～５５０吨，以组合结构和 每种机型配有四种注射装置为特色。副总裁兼经理Ｔｏｎｙ Ｆｉｒｄｌ称这种注射机耗能少、无噪音、用途广。他还说Ｓ嘶ｅｓＮｉＩｌｅ性能特性是根据水力发电厂设计方式而得来的。由２台可变量的主／辅泵按需供油，这可把能源损失降到了最低限度。三个最小的 注射装置可采用气冷的方式。 （４）生产超小型部件注射机 美国Ｂａｎｅｎｆｅｌｄ公司设计的全电动微型系统，可生产重量仅为１毫克的高精度微 型部件，已在北美地区推出市场销售。 （５）新型注射机 ＨＰＭ公司宣称已具有丌发新注射机的能力，满足美困和国际市场的新要求。新注射机具有操作简单、高速，而且可成型更大型部件，维修容易等特点。该公司主要对两种机器进行了改进，即６０～５６０吨肘杆式合模注射机的ｕｎｉｖｅｒｓａＪ ｌＩ系列 和较新的“ＡｍｅｒｉｃａｎｉｚｅｄＩ，Ｎｅｘｔｗａｖｅ收缩式拉杆压力系统（６００～５５００吨）。 Ｕｎｉｖｅｒｓａｌｌｌ系列肘杆式合模注射机的部件和元件最初源自世界各地，而且在国外 装配，但现在的装配工作已由加利福尼亚州和俄亥俄州的工厂完成。肘杆式合模 注射机增加了大约２５个新部件，但仍保持原有的价格并适应顾客新的需求保养工 作简易，增加可靠性和减少维护【２８１。当ＨＰＭ公司收购了德国的一家主要注射机制造 商后（公司名称现改为Ｈ蹦一Ｈｅｍｓｃｈｃｉｄｔ），其设计，装配和定制工作就全部集中 在俄亥俄州的工厂内进行。具体的３项主要改进是： ①ＨＰＭ的双料筒组合式 Ｅｎｇｅ功口拿大有限公司开发出市场需求注射装置，使注射机缩短了３英尺；８塑料制品/北京化工大学工程硕士学位论文 ②采用新的多个量泵液压定系统； ③Ｂａｒｂｅｒ Ｃｏｌｍａｎ似ＰＭＣｏｍｍａｎｄ４５００控制器。（６）无拉杆型注射机的系列产品（２８吨～６０００吨的注射机）和新的加工工艺应 用，包括多喷嘴注射、嵌件模塑、Ｍｕｃｅｌｌ和模内装潢。Ｅｎｇｅｌ公司己开发出电动无拉 杆型注射机，其合模力吨数的规格有６吨、１１０吨和１５０吨。销售和营销副总裁Ｋｕｎ Ｆｅｎｓｋｅ说，Ｅｎｇｅｌ公司的１３０００台无拉杆机正在全球使用。一台６６０吨无拉杆机取代ＥｎｇｅＩ３００吨机，成为了北美销售市场中最大的无拉杆机：和ＧＥｓｔｍｃｔｕｒｅｄＰｒｏｄｕｃｔｓ合在一起的模内装潢（ＩＭＤ）系统把热塑性塑料薄的网印、成型、裁边和注塑结合起 来【２９１。该系统包括了向上移动薄膜的定型和裁边设备。Ｅｎｇｅｌ还用最大的Ｍｕｃｅｌｌ装 置进行微孔泡沫塑料加工。其它辅助技术包括借助因特网、采用新软件，这有助于 远程排除故障、产品管理和远程监控数据等。１．２注塑成型制品质量研究进展１．２．１注塑成型制品质量研究状况 １．研究的意义 在产品结构中，塑料制品地位同益提高，注塑制品作为结构零件和装饰零件得 到更加广泛地应用。注塑制品的表观质量之所以重要，不仅因为表面缺陷会影响 产品的美观，使顾主无法接受，而更重要的是注塑制品有表里如一的质量；很多 表面缺陷是注塑工艺条件、聚合物材料、模具选择不合理的反映，是制品内部质 量的一些表征。因此研究表面质量的生成原因和消除办法，无论对控制制品的外 观质量还是内部质量都有重要意义‘矧。 ２．研究的状况 概括的说，注塑制品的质量包括两方面的内容，即内部质量（性质质量）和 外部质量（表观质量）。内部质量是指与聚合物结构形态有关的结晶、取向、变 形、翘曲及内应力分布；与力学性质有关的拉伸、弯曲、冲击和熔合缝强度；与 变形、收缩有关的尺寸精度等等。总之，制品的内部质量将直接影响到制品使用 性能，影响制品的使用范围和应用领域。欲提高制品使用性能，除在高分子材料 领域里综合一些新材料外，必须在加工过程中注意研究高分子的结构形态并加以９塑料制品/北京化工大学工程硕士学位论文 解决。 外部质量，是指制品的表观质量又称表面质量。是首先和使用者（顾客）见面 的影响价值的最直接因素，特别对塑料制品而言，它的外观质量和内部质量有十 分密切的内在联系，注塑制品的表观质量是内部质量的必然反映。 １．２．２注塑成型过程的工艺优化 １．注塑成型工艺的研究进展 在传统注射成型技术基础上创新，或揉合其他先进技术，利用“杂交优势” 出新。多种新的注射成型技术己得以推广应用。新技术使新制品用料更省，性能 更高，如“水辅助注射成型”、“薄壁（壳）注射成型”、“金属粉末注射成型”等【２引。 下面介绍几种新型注塑工艺。 （１）气体辅助注射技术 气体辅助注射成型技术是由英国Ｃｊｎｐｒｅｓ公司首先研究开发的。主要是为了减轻 重量和（或）节省循环时间１２…。通常的共注射成型中，首先注射外层材料，并只部 分填充型腔。然后气体通过喷嘴注射或直接进入模腔内，模塑制件的芯层部位。 液化气体也可注射到待成型制件的芯层部分，一般而言，在芯层内气体压力推动 熔料向日Ｆ流动，直至完全充满型腔，并防止制件表层在固化阶段从模腔壁凹下。 相连的表皮层紧跟着模腔壁，气体则保存在模塑制件的芯层区间。由于注入气体 的压力高于大气压力，故此该气体的压力必须在制件顶出之前降低，以避免当起 限位作用的模腔壁移动时，造成制件变形。高度压缩的气体难于控制其形状及定 位气体芯的位置，但随着工艺及工序的不断改进，将可重复生产出合格的制件。 （２）水辅助注射技术 水辅助注射成型技术，是由世界著名的德国ＩＩ（Ｖ塑料研究所开发提出。这项技 术可成型厚壁截面、形状复杂的管状制品。Ｄｕｐｏｍ和Ｅｎｇｅｌ公司合作利用该技术生 产汽车发动机上的玻璃增强尼龙６６液体输送管道‘２５１。 水辅技术优于气辅技术的主要优点是制品冷却快、成型周期短。目前研究开发该项技术的公司还有Ｂａｙｅｒ、Ｒｈｏｄｉａ，ＰＭＥＦ硒ｄｔｅｃ公司等。（３）低压注射技术 低压注射成型已出现在最近的有关加工工艺报道中。其实这也并不是一种新塑料制品/北京化工大学工程硕士学位论文 的工艺，但采用的加工方法，可使设备工序能更好地与预料中的熔体响应相配。 常规的成型条件下，注射寝时熔体因过度受压而产生巨大的不稳定效应。由此引 起急剧增高，同时熔体由于受到压缩储存了弹性能量。而低压注射成型工艺与此 干Ｈ反，：瞎体流过喷嘴和流道。由于熔体粘度伴随压力增加而增大，而低压注射成 型熔体的粘度较低，从而可更好地控制熔体的粘流特性。另外，料筒内熔体压力增 大速度越快，将更呈现出类似固态的熔体响应。粘弹性塑料熔体从纯液态到纯固 态过程中，都具有宽频的响应特性。熔体的响应或松驰时间等具体特性是由聚合 物主链ｔ的化学成分所决定。避免流动条件的突然改变或瞬间大幅变动，更有利 于形成所需的类似液态特性。事实上，低压注射成型只是控制或调节塑料粘弹特 性的一种加工方法。树脂生产厂商一般把高流动性树脂的分子量降低，以求降低其 粘弹性，从而适合于生产薄壁制品等的需要。随着对加工环境认识的深入，采用 低压注射成型将使塑料熔体更能适应生产环境的要求。 （４）加压注射工艺 普通的加压注塑工艺一个循环包括以下４个阶段： ①注射阶段，聚合物被注射到模具型腔中。 ②压实加压阶段，向材料芯施加恒定压力，以补偿由于温度和压力效应导致 的聚合物收缩。温度效应是指注射时塑料熔料与零件之间的温度差（△Ｔ）；压力效 应是指在推出零件时模具型腔压力与环境压力之间的压力差（△Ｐ）。 ③冷却阶段，零件被冷却至某个温度，零件在这个温度从模具中推出时不会 变形。在冷却阶段，一些新的聚合物（注射量）由设备的螺杆塑化，用于下次 注射。 ④推出阶段，在模具打丌时间或打开后，零件被推出型腔。 增加流动距离与壁厚之比后，注塑机的夹紧力和注射压力也随之增加。此外 壁厚较大时，夹紧力取决于压实压力：而壁厚较薄时，决定因素是注射速度 产生的注射压力和强力。 加压注塑所需注塑机的类型主要取决需的设备央紧力、产品大小（注射量）、 设备注射压力和速度。设备的规模对产品的最终成本有显著影响。 所使用的聚合物类型对确定所需夹紧力也有影响。容易流动的材料所需的注 射压力和央紧力低于高粘度材料。非结晶性材料有软化温度区间，而半结 晶性材料有熔点，它们所需的夹紧力也会不同。Ｕ塑料制品/北京化工大学工程硕士学位论文 所施加的注射压力也决定了产品的内应力大小。例如，材料的内应力影响光 学产品的双折射率，也可导致零件翘曲。内应力还可由于环境影响导致开裂或龟 裂。 （５）粉末注射技术 金属和陶瓷粉末注射成型技术（ＰⅡｖＩ），是以材料的混合开始而以完全的烧结过 程结束。比传统的塑料注射成型范围更广也更复杂。 （６）高比重塑料注射工艺技术 高比重塑料有比普通塑料制品大得多的紧密度，其比重范围在１１８～１５之间， 主要由含有矿物填料或金属粉末填充热塑性塑料组成，可降低制造、装卸和处理 等步骤的成本，使这种制品给人以有份量，有金属般的感觉，主要用在高档消费 用品上。 （７）多组分注射机 多组分注射机应用越来越广泛。法国ＢＩＬｕ０Ｎ公司的多组分注射机锁模力为 １００～２２００吨，可以广泛用丁二双色，多组分材料的注射成型。德国Ｆｏｂｏｈａ公司４工 位双机注射成型６４件双色注射机，对提高小型塑料制件的生产效率、降低成本有 积极意义。 ２．注塑成型工艺与成型制品质量的关系 综上所述，由于各种注塑成型新技术已经被广泛地应用于各种塑料制品的成 型加工中，成为一种主要的成型技术，因此，大大地促进了塑料注塑制品的发展 和质量的提高，满足了各行各业的迫切需求。反过来各行各业对塑料制品质量的 要求越来越高，必将推进材料行业、模具制造行业、设备制造行业、塑料制品加 工行业技术的更快发展。 注塑成型制品的质量主要取决于三个方面： ①模具的设计与加工技术： ②材料的性能和结构； ③成型工艺过程。 当制品、材料、模具、设备确定的情况下，注塑成型制品的质量主要取决于注塑 成型工艺过程参数及其选择，所以，研究制品成型工艺过程参数与制品质量之间 的联系，找到两者之间的匹配关系，对提高注塑制品质量、促进注塑制品发展具 有重大的现实利益。吐塑料制品/北京化工大学工程硕士学位论文 １．２．３注塑成型技术的发展趋势随着市场的变化和技术的进步，不同的应用领域对塑料制品的功能、造型、 精度和成本等有了更新和更多的要求。正是这种市场需求推动着传统的注射设备 和加工技术不断创新，新型注射机和先进的成型工艺频频现身于近年各种展览会 和研讨、推介会０６。 近：年来，为了不断满足高分子制品向高度集成化、高度精密化、高产量等方面 发展的要求，实现对制品材料的聚集态、相形态、组织形念等方面的控制，或实现 对制品进行异质材料的复合，最大程度地发挥聚合物的特性，达到制品高性能的目 的。注射成型技术的发展主流一般以多种方式的组合为基础，具有如下技术特征： （１）以组合不同材料为特征的注射成型方法，如镶嵌成型、夹心成型、多材 质复合成型、多色复合成型等； （２）以组合惰性气体为特征的注射成型方法，如气辅注射成型、微孔泡沫塑 料注射成型等； （３）以组成化学反应过程为特征的注射成型方法，如反应注射成型、注射涂 装成型等； （４）以组合压缩或压制过程为特征的注射成型方法，如注射压缩成型、注射压制成型、表面贴合成型等； （５）以组合混合混配为特征的注射成型方法，如直接（混配）注射成型等；（６）以组合取向或延伸过程为特征的注射成型方法，如磁场成型、注拉吹成型、剪切场控制取向成型、推拉成型、层恻正交成型等；（７）以组合模具移动或加热等过程为特征的注射成型方法，如自切浇口成型、模具滑合成型、热流道模具成型等。１．３本文主要研究对象及思路１．３．１研究对象 本课题以日本“正负零公司”委托大连三洋家用电器有限公司设计生产的电 热水瓶的主要外观塑件上护架为研究对象（以下简称为正负零水瓶）。塑料制品/北京化工大学工程硕士学位论文 １．３．２本课题研究的主要思路图１ ４课题研究思路１．４本课题研究的主要内容和意义１．４．１本课题研究的主要内容 １．针对大连三洋家用电器有限公司正负零型号的电热水瓶主要外观部件进 行注塑成型工艺过程实验，研究其工艺过程及其主要的工艺参数对制品外观质量 的影响。 ２．从影响注塑成型制品质量的注塑成型工艺因素着手，分析常见的注塑成型制 品的质量缺陷产生的原因和克服缺陷的具体措施。总结制品主要缺陷的原因以及 改进工艺参数的方法。 ３．在塑料原材料、模具结构一定的情况下，对注塑成型过程中工艺参数（主 要是压力）的优化和控制进行研究，总结注射成型工艺参数的不同对制品质量的影 响，并总结规律来指导生产。．Ｌ４塑料制品/北京化工大学工程硕士学位论文 １．４．２本课题研究的主要意义 利用本公司家电产品生产过程中出现的问题，分析注塑工艺参数对注塑成型 制品的影响，归纳影响要素的种类和根源，对工艺参数（主要是压力）进行优化 从而尽最大可能的从根本上排除制品缺陷和引起的不良后果，以达到改善塑料制 品外观质量，并使整机产品的质量符合客户的要求的目的，从而实现降低成本、 提高效率、拓展市场。１．５本章小结本章阐述了注塑成型制品对原材料、制品、工艺参数和设备的要求，以及注 塑成型技术和注塑设备的发展。对注塑成型制品、注塑成型参数与制品质量关系 的研究状况进行了简单的总结，指出了注塑成型过程参数研究的重要性。塑料制品/北京化工大学工程硕士学位论文第二章注塑成型理论２．１引言注塑制品加工过程主要是在注塑机上完成的。“注塑过程”包括预塑、计量、 注射充模、冷却定型等过程。无论从制品加工程序角度还是从成型机理角度，“注 塑过程”一词较确切的表达了这一过程的实质；“注塑”即表示了预塑过程中的 塑化概念，又表达了注射充模时的模塑概念ｆ３０１。２．２塑化原理塑化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全过程。 塑料原料经料斗被注塑机的螺杆卷入料筒，在向前推进的同时与旋转的螺杆摩擦 产生热量，或者进入柱塞式注塑机料筒外部的加热器供给的能量作用下，高温均 匀熔融，为注射入模具型腔做好了准备，所以说塑化是注塑过程的准备阶段。为 保证塑料熔体在进入型腔之前达到规定的成型温度，并能在规定的时间内提供足 够数量的熔融塑料，必须使熔料的各个部分的温度是均匀一致，不发生和极少部 分由于温度过热而使原料发生分解以确保生产的继续进行【３”。 ２．２．１塑化的基本要求 １．熔体温度均匀一致 熔料在进入模腔之｜ｊ｛『应达到规定的成形温度，且温度应均匀一致。每一种塑 料均有自己最适合的成形温度，超出了这个范围，成形质量将大受影响。因此， 让熔料以均匀一致的规定温度进入模腔，是塑化操作的主要要求、 ２．避免发生过热分解现象 不同塑料品种的耐热性不一样，当温度过高，超出塑料的耐热范围时，它即 会分解，产生挥发性气体，这些气体大量充斥于模腔中，若排之不及，极易引起 塑件质量问题，另外，熔料过热使其分解，将使熔料品质变坏，也会影响质量。北京化工大学工程硕士学位论文 ３．影响速滑质量的主要因素 熔料塑化质量的好坏，对制品质量有极大的影响，因此，我们要努力提高塑 化质量，一般来说，影响塑化的主要因素有以下几个。 （】）料筒温度 料筒温度是保证塑化质量的关键工艺参数之一，它的选择与所加工的塑料特 性有关。对于无定型塑料，料筒温度应控制在其粘流温度以上；对于结晶型塑料， 则应控制在熔点温度以上，但两者的最高料筒温度必须控制在它们的分解温度以 下。 （２）塑化压力 注塑机在塑化时，螺杆后退受到一定的阻力，螺杆端部熔料建立起一定的压 力，这种压力称为塑化压力，亦叫背压，其压力的大小可通过某溢流阀来调整。 在塑化过程中，背压的大小取决于螺杆结构、塑件质量要求、塑料种类及特性等。 ～般情况下，增加塑化压力会提高熔料的温度及均匀性，有利于熔料中的气体排 出及颜色的均匀，但会减小塑化速率，甚至延长模塑周期。 （３）螺杆转速 螺杆转速对塑化质量影响很大，调节螺杆的转速，可以改变原料在料筒中的 停留时间，熔料被剪切的程度也随着改变。对于热敏性或高粘度的塑料，如ＨＰｖｃ、 ＰＣ、ＰＰＯ等，螺杆转速应降低些。螺杆的转速是决定熔料剪切速率大小和内摩擦 热量多少的重要参数，熔料内由剪切摩擦所产生的热量，与熔料的粘度和剪切速 率有关。通常，转速与塑化能力有近似正比例关系。即塑化能力随转速增加而加 大。 （４）成形周期 成形周期对塑化过程也有影响。这是因为成形周期时间长短将改变塑料在料 筒内总的停留时间，延长这个时间虽然有利于提高熔料温度的均一性，但要受到 降低生产效率和熔料在料筒温度下允许停留时间两方面因素的限制。 ２．２．２塑化装置 在注塑成型中使用得设备主要是两类： 柱塞式注塑机和螺杆式注塑机。柱塞式注塑机中塑料的移动只能靠柱塞的推挤， 几乎没有混合作用，塑料在料筒内的北京化工大学工程硕士学位论文 流动处于层状流动，不利于热量的传导，也不利于减少温差。另外，塑料本身的 导热性差，塑料溶化所需要的热量主要依靠料筒的内部加热，这样就易使近料筒 壁处的温度高，中心部位温度低，形成温差。用这种热均匀性差的熔料成型的塑 件，其：外观质量、力学性能是不可能很好的，且塑件的内应力较大，变形也大。 由于柱塞式注塑机本身有许多难以克服的不足，故目前仅为部分小型注塑机所采用［３３】。螺杆式注塑机，这是目前各类注塑机中广泛采用的形式。其主要工作部件是 一根旋转的螺杆，它向ｄＵ推送塑料原料，在推送过程中，塑料原料被逐渐压实。 在料筒外的电加热和螺杆转动时剪切热的共同作用下，原料逐渐熔融成粘流态， 并在螺杆的搅拌、混合和剪切作用下，达到均匀塑化的目的。螺杆式注塑机可以 采用不同背压和螺杆转速来改善塑化情况，因此它的塑化能力高，效果好。 塑化能力是指单位时间内塑化装置所能提供达到质量要求的熔体量。在一个 成形周期中，对于塑化装置塑化的熔体量必须与注射量相平衡。即 Ｑ?，＝３．６∥ 或（２―１）Ｄ：塑ｆ（２―２）式中Ｑ一塑化能力，ｋｇ／ｈ； ∥一注射量ｇ ，一循环时间ｓ 因此对于塑化装置来说，塑化能力受到循环时间的限制。若循环时间短，则 物料与料筒接触时间短，塑化能力高。但是物料的热历程缩短，会影响塑化质量 【３４Ｊ。除与物料在料筒中停留时间有关外，塑化能力还与加热温度及聚合物的性质 有关。 ２．２．３塑化计量过程 塑化计量过程是高分子物料在料筒中进行塑化的过程；是把固体粒料或粉料 经过加热、压实、混合，从玻璃态转变为均化的粘流态。所谓“均化”是指聚合 物熔体温度均化、粘度均化、密度均化和组分均化。在塑化过程中同时完成了计 量程序。聚合物的热机性能是它的重要特性，因此影响塑化过程的重要因素是热．Ｌ８北京化工大学工程硕士学位论文 能输入和转换条件。 塑化计量过程的热能来源有三种输入方式： （１）料简通过电热元件从外部加热，料筒内的物料通过热交换和热传导吸收 外部的供热，使其软化和熔融。柱塞式注塑机的塑化，主要靠外加热实现。外加 热方式使料筒在横截面方向及长度方向上产生很大的温度梯度。 （２）料筒内没有外加热，物料只靠螺杆旋转作用，通过剪切机理和摩擦机理， 使机械能转化为热能，加热自身，使其熔融。物料所吸收的能量与外部供能之间 存在“自身反馈”，例如，一种称“动力熔化”注塑机的塑化装置就属此类。 （３）热能输入方式是（１）、（２）的结合。塑化时筒内物料一部分靠外部加 热，一部分靠螺杆旋转通过机热转换供热。近代广泛应用的螺杆预塑装置就属此 种取能方式，通过加热和机能转换两种输入方式控制塑化过程和塑化质量。 塑化时的能量平衡条件应满足下式‘“：Ｑ总热＝Ｑ对流＋Ｑ传导＋Ｑ剪切＋Ｑ摩擦（２―３）物料所吸收的总热能（Ｑ总热）为对流热交换所吸收的热能（Ｑ埘流）、热传导吸收能量（：Ｑ传＊）、剪切作用吸收热能（９剪切）、和摩擦作用吸收的热能（Ｑ孽攘）之总和。 ２．２．４塑化计量参数 在塑化阶段，影响聚合物熔体塑化质量的因素主要来自两个方面：（１）塑化 过程有关的工艺参数：如料筒加热温度、螺杆行程、螺杆转速、预塑背压、计量时 间等：（２）聚合物热物理性能和流变性能有关的参数。上述因素对温度的影响如 表２―１【３６１：北京化工大学工程硕士学位论文 影响因素 料筒温度 预塑行程 工艺参数 螺杆转速 预塑背压 计量时问 比热容 聚合物性质 粘度＋ ＋变化趋势＋ ＋ ＋＋熔体温度变化ＩＪ＿―Ｊ一――＋＋ ＋＋ ＋（＋号表示上升趋势；一表示下降趋势）表２一ｌ塑化过程参数与聚合物性质对熔体温度的影响２．３注射原理塑料注射成型是将粒状或粉状的塑料原料加进注射机料筒，塑料在热和机械剪切力的作用下塑化成具有良好流动性的熔体，随后在柱塞或螺杆的推动下熔体 快速进入温度较低的模具内，冷却固化形成与模腔形状一致的塑料制品。注射成型与其它塑料成型方法相比有一些明显优点ｐ＿７】：１．能一次成型夕｝形复杂、尺寸精 确可带有各种金属嵌件的塑料制品，制品的大小由钟表齿轮到汽车保险杠，用注射成型生产塑料制品的品种之多和花样之繁是其它任何塑料成型方法都无法比拟 的；２．可加工的塑料种类繁多，除聚四氟乙烯和超高分子量聚乙烯等极少数品种外，几乎所有的热塑性塑料（通用塑料、纤维增强塑料、工程塑料）、热固性塑料 和弹性体都能用这种方法方便地成型制品； ３．成型过程自动化程度高，其成型过程的合模、加料、塑化、注射、开模和制品顶出等全部操作均由注射机自动完成。２．３．１充模过程从柱塞或螺杆开始向前移动起，将已被塑化的塑料熔体注入模具型腔，直至北京化工大学工程硕士学位论文 模具型腔被塑料熔体充满为止，为充模过程。在开始充模的时候，型腔中的压力 为零，随着型腔被塑料熔体填充，压力不断增大，待模腔充满后压力迅速上升而 达到最大值。模塑压力与充模的时间有很大关系，随着塑料熔体的填充，熔体一 方面与冷模壁的接触而迅速冷却，使得阻力增大；另一方面，由于较高的注射塑 料在熔体内产生较大的剪切力而产生剪切热，这两种效应的综合作用决定了注射 压力的大小。注射压力的大小和充模时间的关系如图２一１１４０Ｊ所示。 充模时间过长，先进入模内的塑料受到较多的降温，粘度增高，后面的塑料 需要更高的压力才能充入型腔，塑料熔体会受到较高的剪切应力，分子取向程度 比较大。由于料温较低，分子取向没有足够的时间松弛，制品固化，制品中冻结 的取向分子将使制品具有各向异性。这种制品在温度变化较大的使用过程中会出 现裂纹，裂纹的方向与分子取向方向是一致的。而且，制品的热稳定性很差，这 是因为塑料的软化点随着分子取向程度增高而降低。高速充模时，塑料熔体通过 喷嘴、主流道、分流道、和浇口时将产生较多的摩擦热而使料温升高，型腔充满 时，塑料熔体的温度就会保持较高的值，分子取向程度会有一定幅度的减少，制 品的熔接强度也会有一定的提高。充模过快时，在嵌件后部的熔接往往不好，致 使制品强度不高。压力对问ａ一充模时间与注射压力、注塑速率的关系ｂ一柱塞或螺杆的位置不变时压力变化曲线图２一ｌ注射压力与注射时间关系曲线充模过程是从熔体进入模腔到充满模腔阶段，此间高温熔体在模腔内的流 动情况在很大程度上决定着制品的表面质量和物理性能，是注射过程最为复杂而 又重要的阶段。其影响因素如下： （１）熔体在模腔内的充填形式主要与浇日位置和模腔形状及结构有关。图 ２―２为熔体经过四种不同位置的浇口进入不同形状模腔的典型充填模式，其中最卫１北京化工大学工程硕士学位论文 基本的充填模式为前三种，它们分别对应于熔体在圆管、带有模状浇口的矩形狭 缝模腔和中心开浇口的圆盘模腔中的流动。圆管模腔和矩形模腔内的流动特点是 熔体沿轴向流动，前锋面面积保持不变；圆盘模腔内流动的特点是熔体沿径向方 向以同样的速度辐射向四周扩展，熔体前锋面为一柱面，面积不断增大。一般说 来，熔体在复杂模腔内的流动都可以分解为以上三种基本流动模式。带有小扇行浇口的矩形模腔填充模式如图２―２（ｄ）…。整个填充模式可分为浇口段、过渡段和充分发展段。在浇口段，熔体沿径向向四周扩展，形成一弧形前锋面，类似与圆 盘径向流；在过渡段，随着流动的发展，弧形前锋不断扩大，直到与侧壁接触， 弧形前锋逐渐转为平直，同时具有圆盘径向流和带状流的特征；在充分发展段， 前锋面较为平直光滑地向前推进直至充满模腔，具有带状流地特点。纂横浇口《ｆＪ‘ｄ）ａ一圆管模腔中的流动ｂ～矩形狭缝模腔中的流动；ｃ一薄壁圆盘模腔中的流动ｄ一矩形模腔中的流动 图２―２熔体在模腔中的流动形式（２）熔体在模腔中的流动状态 熔体在模腔中的流动状态一般为稳态层流，从浇口向模腔终端逐渐扩展。但 当熔体以较高速度从狭窄的浇口进入较宽、较厚的模腔时，熔体不与上、狭模壁 接触而发生喷射，如图２―３所示，熔体首先射向对壁，蛇样的喷射流叠和很多次， 从撞击表面开始并连续转向浇口充模，即逆向充模。充模过程中熔体的这种流动丑北京化工大学工程硕士学位论文 状态会在叠合处形成微观的“熔接线”，严重影响塑料件表面质量合光学及力学性 能。喷射流的发生主要与浇口尺寸和熔体挤出胀大程度有关‘４翻。图２―３射流（３）充模过程的“喷泉”效应 熔体在模腔中流动时，前锋面由于和冷空气接触形成高粘度的前锋膜，膜后 的熔体由于冷却较差，故粘度较低，因而以比前缘更高的速度向前流动，到达前 缘的熔体受到前缘膜的阻碍，使熔体交替发生以下两个过程，一是熔体不能向前 运动而转向模壁方向，附着在模壁上被冷却固化形成了表层；二是熔体冲破原有 的前缘膜，形成新的前缘膜，如图２―４所示【４２１。这两个过程的交替进行，就形成 了熔体流动前锋的所谓喷泉效应。喷泉效应的存在对注塑过程的压力降、充填时 间等影响很小，但对熔体的温度分布、聚合物分子取向及残余应力等有重要的影珥；Ｉ。●＂一》垒麓区》｛唼鬟薹动｝塞ｊ｝幽２―４熔体充模过程的喷泉效应２．３．２冷却定型过程 冷却定型过程是从浇口“冻封”开始至制品脱模为止。保压压力撤出后，模 腔中的熔体，继续冷却定型，使制品能够承受脱模顶出时所允许的变形。 冷却定型过程的特点，温度表现是主要的。熔体温度逐渐降低，一直降到脱 模温度为止，这一过程没有熔体流动。熔体在温度影响下比容和模腔压力在发生 变化；随着温度的降低，比容和模腔压力减少。 １－冷却时的模腔压力２３北京化工大学工程硕士学位论文 当模腔流道入口被冻封之后，就进入冷却阶段。封闭在模腔星的熔体的模腔压 力随冷却时间的延长而进一步下降，直至开模为止，开模后在制品中保存残余压 力。如果模腔形状尺寸和熔体是一定的，那么从热传导方程中可以认为聚合物的 平均温度由冷却时间而决定，尽管这样忽略了一些实际的因素，简化了条件，但 是在大多数情况下，仍然是比较准确的。在注塑工艺循环中，可以用实验得到与 压力～时Ｉ－日Ｊ循坏曲线完全相似的压力一温度循环曲线如图２―５所示１４３ｌ。ｐｑｋ－， Ｖ１认； 薮鞭舀缆熬 嬲 露 趣 擞＼∥ ＞；： Ｋ 罗 ，Ｊ＝）ｌ／碟卜 ＼丽。 ‘ｆ＿攘串毖国２―５压力一温度循环曲线曲线ｌ是在模腔压力比较低情况下所描绘的情况。正常的模腔曲线为２。口、Ｄ， 为保压切换点；点，、Ｅ：为模腔入口封断点；曩、‘为脱模点。各点都对应着聚 合物的平均温度和模腔压力。曲线明显的示出：保压切换时的温度越高，则聚合 物的封断温度越高，封断的模腔压力越低；在脱模时，保证同样的模腔压力的条 件下，封断温度高，则脱模温度也高，温度低的则脱模温度也低。将封断温度相 连接的曲线，称凝固曲线，封断点巨、Ｅ：称凝固点。在正常稳定工艺条件下，凝 固曲线为～条直线。 （２）熔体在模腔的冷却速度 聚台物熔体在模腔中的冷却情况，如图２―６所示ｍ】。模腔深度为Ｈ，凝固层厚 度为ｈ并沿ｙ方向不断冷却加厚。料筒温度为瓦，凝固层内壁温度为乇，则冷却温 度曲线如ｒ（力所示。假如聚合物熔体是密实的，而且热传导是限定在固体层范围 内，壁厚ｈ增长速度相当的慢，可近似地满足于如图所表示地温度曲线，凝固层温 度按直线变化，用式２―３表示［４５】。“北京化工大学工程硕士学位论文｝．９ Ｈ，＾赡俸’孔峨）望Ｕ―＾’～警、～、’ｔ～～，ｎ～Ｉ、、ｎｕ、¨～Ｌ＾％一圈Ｚ＿６模妲冷到温崖分确图ｒ＝瓦十！互Ｌ云兰砬瓦是模腔边界温度，∞是单位表面凝固速度，则有下列方程：（。一ａ）咀黾（等＝等（ＬⅧ式中 Ｑ：是聚合物溶化潜热 丑，为固体层热传导系数 凝固层的凝固速度为：（２＿５）∞：ｐ，塑 棚２熊ｉ式中 见为聚合物密度，将（２―６）代入（２―５）得心＿０’ （２―６）＾警＝老ｃＬ圳将上式积分，且由初始条件ｈ＝０和ｔ＝０得＠１，拈老（瓦圳ｒ口．质量。（２＿８）研究注塑过程的目的是为了根据物料和制品调整好注塑工艺参数：控制好注塑制２．４本章小结本章介绍了注塑成型的基本理论，总结了对制品质量影响较大的基本工艺过 程参数变化的方向和要求，为针对大连三洋公司的Ｏ±型号的电水瓶注塑成型的 实验研究奠定了基础。２５北京化工大学工程硕士学位论文第三章成型工艺参数对制品影响的实验研究３．１实验制品３．１．１实验制品的结构与尺寸 １．研究对象的设计要求 本课题研究对象为为正负零水瓶产品上的主要部件一一上护架，该产品的设 计要求如表３．１所示。表３―１正负零水瓶的设计任务１０拈名／型号电热水瓶ＸＫＰ―Ｐ叭Ｏ（Ｗ）／（Ｂ） 日本 ５００００台／年定格■式样 区分 定格电力 电热水瓶销售地点企划台数ＡＣｌ００ｖ９８０Ｗ（烧水时）８０ｗ（保温时）２。２Ｌ特点：赊漂白粉、酸洗功能 一段保温 电泵出水、电泵自锁 内容器涂氟 上盖可拆卸 ３６０度旋转底座 水位红球指示容量 产品尺寸（ＩⅡｎ１）２４０（高）×２３８．５（长） ×１９８（宽） ９０度 按２次再沸腾键 约２．５ｋｇ１２００ｍｍ保温温度 去漂白粉产品重量电源线长度付属品 外观设计耍求：外观的分型线高度不高丁０．１且均 匀．并且保证加ｊ：后塑料制品，不能有 收缩、凹陷、毛刺、流痕、划伤等。 必须做到糌体上产品为竖直、水平的， 且所有配合缝隙均匀，且在要求范围之 内，外观颜色为纯白和纯黑两种！ 外观效果图如３一ｌ开发日程 日程２００５．２．２８～４．９项目 外观设计备注２００５．４．１０～６．１９ ２００５．６．２０～９３０结构设计 模具设计制造 技术试做 量试量产２００５．１０．１～“．１０２００５．儿．１１～２００６．Ｉ．９２００６．１．１０～北京化工大学工程硕士学位论文图３―１正负零电热水瓶外观效果闰２．研究对象的设计难点：研究对象一上护架是『Ｆ负零电热水瓶的主要外观件，上护架是顾客视觉最敏感的零件，正负零公司要求极其严格，不但要保证整个平面的平整度，而且不能 产生翘曲变形、缩痕、飞边、毛刺等表面缺陷。但因为确定的外观颜色为纯白和 纯黑，而且这个部件面积较大、形状不对称、内部的结构较复杂，很容易会造成 成型制品的缺欠。如何能克服这些难点，做出让客户满意的产品，就是本课题所 要研究的目的。 ３．１．２实验制品的使用要求 上护架对于电热水瓶产品来讲非常重要，它起到连接上盖和外壳的作用，整个水瓶的神经中枢一电路部分全部隐藏其中；所以该制品内部结构非常复杂（见图３―２），同时对制品的强度也有很高的要求；它和上盖之间的配合以及它和外壳之 间的配合状况直接影响到产品的外观质量，所以对于制品的尺寸精度的要求也十 分严格。上护架又处于人的视觉正前方，对于制品本身外观质量上的要求也近于 苛刻。北京化工大学工程硕士学位论文图３―２上护架结构图示意图３．１．３成型材料选择 针对正负零公司外观要求严格的客观条件，设计之初打算选用聚碳酸酯（Ｐｃ）。 聚碳酸脂材料的机械性能好，制品尺寸稳定，成型收缩率较小，容易得到精度高 的零件，但在成型过程中即使含有Ｏ．２％的水分也会使制品产生气泡、银丝和斑痕。 同时，因产品外观为黑白两种主体颜色，上述缺陷会很明显，并且Ｐｃ原材料价格 昂贵，经分析决定选用聚丙烯材料（ＰＰ）。 聚丙烯（ＰＰ）耐热性能好，制品可在１００―１２０℃下可长期使用，在没有外力作用 下，温度即使超过１５０℃也不变形，吸水性小，但收缩率大，成型后制品尺寸较难 控制，易产生缩孑Ｌ、凹痕、变形等缺陷，但成本比较低，而且在医药、食品、化 工等工业中以及人们的日常生活中得到广泛的应用。根据产品的使用要求、成本 上的要求、以及材料标准化、食品卫生等综合考虑，决定采用此材料。 ＰＰ材料选择的是广州金发生产的改性ＨＧ．ＰＰｌ６８Ａ１，其性能指标及物性如下：北京化工大学工程硕士学位论文表３―２ ＰＰｌ６８Ａｌ材料物性表性能 物理性能 熔体指数比重测试标准测试条件国际单位典型值Ｄ１２３８ Ｄ７９２ Ｄ９５５ Ｄ２５８４２３０℃，２．】６ｋｇ ２３℃ ２３℃ｇ／１０ｍｉｎ ｇ／ｃｍ３％ ％４０ Ｏ．９８ １．２一１．７ １０收缩率 灰份 机械性能 拉伸强度 伸长率 弯曲强度 弯曲模量 冲击强度热性能Ｄ６３８ Ｄ６３８ Ｄ７９０ Ｄ７９０ Ｄ２５６５０ｍＩｌｌ／ｍｉｎ ５０ｍｍ／ｍｉ ｎ ２【【Ｉｆｎ／ｍｉｎ ２ｍｍ／ｍｉｎ ３．２Ⅱ矾．２３℃ＭＰａ ％ ＭＰａ ＭＰａ３５ ３０ ４５ １８００Ｊ／Ｍ４０热变形温 度阻燃性Ｄ６４８Ｏ．４５ＭＰＡ℃１３５ＵＬ９４１．５ｍｍＣｌａｓｓＨＢ主要特征 ￥良好的光泽性； 掌良好的流动性； 书优异的综合性能，高结构强度； 术优良的耐热性能；主要应用 ｝注塑成型； 女气辅成型； ￥家电类产品外壳；３．２成型设备３．２．１注塑机的选择实验主要设备一注塑机，选用宁波海天集团股份有限公司生产的ＨＴＦ３６０ｘ１／Ｊ１注塑机，参数如表３―３所示。北京化工大学工程硕士学位论文表３―３海天注塑机性能参数表Ｉ序号】 ２ ３ ４ ５部什名称参数名称螺杆直径单位数值７０ ２０备注螺杆长径比Ｌ，Ｄ注射装置 理论容量ｃｍ３ｇ１２３９１１２７ １８０ ０～１８０ ３６００注射质量 注射压力 螺杆转速 合模力移模行程ＭＰａｒｐｍｋＮ６７ ８ ９ １０ ｌｌ６６０ ｍｍ７１０’７１０ ７１０拉杆内距台模装置摄人模厚 最小模厚顶山行程ｍｍ２５０ １６０１２ １３１４ １５顶出力顶山杆根数 最大油泵压力 油泵马达 电热功率ｋＮ１１０ １３ＭＰａ ｋＷ ｋＷｍｔ１７．５ ３７ １９．６５ ６．９×２．１×２．５ １５ １００ ９２２１６１７１８ １９ ２０２１其他外形尺寸 重量料斗容积 油箱容积蚝Ｌ３．２．２模具的要求 『Ｆ负零公司对产品外观要求极其严格，这就要求在设计时不仅要很好地把握 外观形状，配合间隙，而且要对外观倒角，缩痕及分型面的飞边，毛刺等都要作 详细要求和控制。为保证外观平整度，在结构设计时，将平面设计成弧面，克服 注塑冷却后的变形。因为试验制品是不对称的几何形状，会导致冷却不均匀和收 缩差异，产生翘曲变形，这样要求设计模具时，设置适当的浇口位置，加大水口， 束改善此类翘曲。为了考虑上护架的装配，结构设计中设鼍了加强筋，但考虑到 避免在外观出现缩痕，严格控制加强筋的厚度，并且采用点浇口，两点进浇，通 过模流分析得出合适的浇口位置，使熔融塑料先通过外观面，再流向加强筋，减 少缩。要保证浇口位置尽量使其处于倒角位置上，不影响外观。由于与上护架配 合零件多，增加了结构复杂性，在模具中不仅有斜顶，还同时出现了前模内行和 前模外行。为避免分型面飞边和错位，模具加工要采用整体配合加工再组装。凹北京化工大学工程硕士学位论文 模整体加工困难，不好抛光，要采用两体相拼，简化加工，如表３―４所示。表３～４上护架模具确认一览表 产品名称：电热水瓶 零件名称：上护架 零件编号：ｘＫＰ．Ｐ０ｌｏ．００５蛋于七盯：大琏＝洋豕用咀 器有限公司承制方：大连誉铭精密模 具有限公司 零件成形场所：大连誉铭精密模 具有限公司零件材料：ＰＰ１６８Ａｌ材料缩水率１．２％表面处理３Ｄ图√口无零件颜色黑色／白色提供资料：２Ｄ图口 模具构造样板口其它入水方式 腔位 模具材料 模具外形尺 模具表面 处理方式 零件取出方式大水口 潜口 一模一腔小水口√其它模具定位 方式 流道方式 模温控制 吊装方式 模具寿命 模具雕刻 模具标示内模自定位前模：ＮＡＫ８０后模：Ｐ２０ 斜顶： 行位ＮＡＫ８０５００＋５５０＋５６６水温机吊环镜面５０万次 口型腔号码， 口材料名称√ 由大连三洋家用电器有 限公司提供，模具厂刻印顶针、斜项见图纸分型面交付资料 试模地点模具图纸口√口电极试模时间 托运方式大连三洋家用电器有限公司３．３实验过程３．３．１初定工艺参数 根据分析，拟定成型工艺参数如表３畸所示。北京化工大学工程硕士学位论文表３―５上护架注塑工艺参数 开模设定 慢速开模 快速开模 减速开模 顶针设定 顶针前进 射胶设定 射胶一段 射胶二段 射胶三段 射胶四段 射胶五段 射胶六段 保压一段 保压二段 保压三段 速度（％） ３０ ６０ｌＯ压力 （ＭＰａ）４０ ４０ １５位置（ｍｍ） ２０ ４５ ５５锁模设定 快速锁模 慢速锁模 低压锁模 高压锁模 顶针后退４５ ２０ １０ ４０ ７０速度（％）压力 （ＭＰａ）３０位置（ｍｍ）１００ ２０ ５ ０ ０２０１０ １４０ ５０速度ｌＯ压力９０位置１０３速度５０ ４０压力９０ ９０９０ ９０ ８０ ８０ ３５ ４５ ３０位置５０ ４０ ３０２０ ２５时间设定（ｓ） 射胶时间 保压一段１１ ３０１．Ｏ保压二段４３０ ２５１５ １０ １０ １５ １０冷却方式 前摸 水冷 后模 水冷喷嘴温度（。ｃ） 一段 二段 三段 四段１９０ ２１０２０五段 六段１８０ １７０２００１９０３．３．２实验操作过程实验制品成型的工艺过程可以简单归纳为如图３―３所示。图３ ３注塑成型工艺流程图北京化工大学工程硕士学位论文３．４实验结果３．４．１实验制品照片图３―４第一批试验制品的照片‘３．４．２实验制品数据 １．实测尺寸 样件编号。ｌＡ（ｍｍ）２３７．９ ２３８．１ ２３７．７２３７．９ ２３７．９Ｂ（埘吼）１９７．６ １９７．７ １９７．５１９７．６ １９７．６Ｃ（ｍｍ）６８．９ ６８．８ ６８．８６８．９ ６８．８Ｄ（ｍｍ）２０．４ ２０．４ ２０．３２０．４ ２０．３重量（ｇ）２７６ ２７１ ２７０２７ｌ ２７０．５２；３４０６２３７．７ ２３８．５±０．２１９７．４ １９８±０．２６８．８ ６９．２±０．２２０．３ ２０．４±Ｏ．１２６９ ２９０±１０标准值表３―６实验部品尺寸表北京化工大学工程硕士学位论文图９０Ｃ图３―５上护架检奇标准２．外观质量 （１）缩痕严重； （２）制品表面有气纹： （３）溶解痕严重； （４）加强筋填充不满； （５）严重变形； （６）制品尺寸小；（７）表面无光泽：３．４．３外观缺陷分析与工艺参数的关系 １．缩痕 缩痕指产品壁厚不均匀引起表面收缩不均匀从而引起的缺陷。 原因分析及对策： （１）其它方面原因： 材料收缩率偏大；材料流动性不好，不能及时补上因为北京化工大学工程硕士学位论文 收缩而缺的料：材料吸湿性太大，干燥得不好，熔化后产生的气体形成阻隔使熔 体流不能与模具表面全部接触而出现缩痕；模具浇注系统不合理； 引起空气截留，使前端料流无法完成补料过程。 （２）成型工艺参数方面：由于模腔中的有效压力过低，产生物料热收缩， 造成制品表面出现凹陷与缩痕，注射和保压时间不够，制品因收缩而需要补入的 料量不够，使表面出现凹陷与缩痕。 对策是：Ａ．提高注射压力，增大保压压力；Ｂ．提高注射速度；延长注射和保压 时间，保证有足够的时间用来补料以补偿熔体的收缩。 ２．气纹 指由于物料过热降解或其他原因而在制品表面出现的暗条纹。 原因分析及对策： （１）其他方面原因：材料热稳定性差；材料中有回收料；料中有异物：模具 排气不良； （２）成型工艺参数方面：物料塑化不均匀，制品中有未熔化的料粒，出现暗 模具排气不足纹。由于烙体温度过高，模塑周期太长，使物料过热，导致塑料分解。注射速度太快，注射压力过高，使摩擦热升高，导致塑料降解。 对策是：Ａ．应提高背压，使塑化均匀： 降低最后一级注射速度、降低注射压力。 ３．溶解痕 熔接痕是在多点进浇的塑料制品中，塑料熔体在模腔中汇合时不能完全融合 而在汇合处形成线形凹槽。 原因分析及对策： （１）其他方面原因：材料流动性差，流速过慢，料流前锋温度较低，使几股 料流汇合时不能充分融合；模具排气不良，料流不畅，应该增设排气槽，适当降 低合模力或重新确定浇口位置；模具浇注系统设计不合理。 （２）成型工艺参数方面：模具温度过低，注射压力太低，注射速度太慢使料 流前锋温度降低加快，不能充分融合，适当增加这些工艺参数的数值。 ４．填充不满 填充不满指料流末端出现不完整现象或一模多腔中一部分填充不满。 原因分析及其对策： Ｂ．降低模具温度、缩短模塑周期；ｃ．北京化工大学工程硕士学位论文 （１）其它方面原因：材料流动性不好，料流不能充满整个型腔； 模具排气不良使空气或塑料降解时产生的气体无法排出，致使型腔末端压力过高，料流无 法充满型腔： 模具浇注系统设计不合理；（２）成型工艺参数方面：熔体温度、模具温度、注射保压压力、注射速度这 些工艺参数数值过低，会造成充模长度缩短，使型腔充填不足，对策是适当提高 这些参数数值。 ５．变形 变形指制品出现两头翘起的现象。 原因分析及其对策： （１）其它方面原因：充模速度过慢，易引起变形，制品过厚或厚薄相差悬殊 引起收缩率差异，也会引起变形；模具冷却不均匀使制品取向和结晶度产生差异 引起内应力不均匀，导致变形；浇口开设位置不合理： （２）成型工艺参数方面：Ａ．注射压力过小，注射和保压时间过短也易引起变 形，对策是：提高注射压力、延长注射和保压时间；Ｂ．料筒温度过高，冷却时间过 短，模具表面温度过高，使脱模时制品太热，产生热收缩，易引起翘曲变形，对 策是：降低料筒温度，降低模具温度，增加冷却时间。 ６．表面无光泽 表面无光泽指制品表面暗淡无光，光泽或色泽不一致。 原因分析及对策： （１）其他方面原因：材料热稳定性差，受热分解； 模具表面光洁度差； 模具温度过低，冷却速度过快：流道、浇口尺寸过小，排气不良。 （２）成型：［艺参数方面：注射速度过快，材料滞留时间过长也会引起制品表 面光泽下降，应该降低注射速度，减少滞留时间：料筒温度低会导致制品表面光 泽度下降，应该提高喷嘴温度，提高熔体温度。塑化时背压过小会使物料塑化不 均，物料与着色剂混合不好导致制品表面色泽不均匀。３．５本章小结本章分析了注射成型工艺参数对制品质量的影响，并介绍了实验制品和实验 条件。在塑料原材料、模具结构确定的情况下，拟定了实验制品的注塑成型工艺 参数，同时对实验结果出现的外观缺欠进行详细地分析。北京化工大学工程硕士学位论文第四章改进工艺参数来控制制品外观质量４．１工艺参数的调整方案４．１．１其它参数的调整其它参数的调整按表４―１所设定的参数调整。表４一ｌ参数调整表 序号ｌ调整参数 冷却时间 注射时间 模 温调整前２８ｓ ６．５ｓ调整后３０ｓ ７ｓ２３１０℃１５℃４．１．２注射压力和保压压力的调整注射压力和保压压力参数的调整按表４―２所设定的参数调整。表４―２注射压力和保压压力参数调整表 射胶设定 速度（％） 调整前 射胶～段 射胶二段 射胶三段 射胶四段 射胶五段 射胶六段 保压～段 保压二段 保压三段５０４０压力（ＭＰａ） 调整前７５位置（ｍｍ） 调整前５０调整后７５调整后８５调整后７０ ５０４０７５８５４０２５１５ １５３０２０７５８５３０４５７５７５８５ ８０２０３０ ２５１５１０２５ ２０ｌＯ７５８０２０１０ ｌＯＩＯ３３５ ４５１０ １０４０１０３０３０北京化工大学工程硕士学位论文 ４．１．３喷嘴温度的调整 喷嘴温度的调整按表４―３所设定的温度调整。表４―３喷嘴温度调整表（℃）一段 调整前２２０二段２３０三段２２０四段２１０１９０五段１７５调豁后１９０２１０２００１８０４．２改进实验过程４．２．１第一次改进实验 １．制品结构上的调整 制品结构上将内部的加强筋减薄。 ２．模具上的调整 （ｒ）通过模流分析，参考熔胶流动方向，将两板模换成三板模； （２）增加镶块，解决困气问题； （３）改变浇日位置及大小，使熔接痕放置于倒角处； （４）在后模增加倒扣，并局部蘑砂； （５）模具再次抛光。 ３．按照预先设定好的工艺参数调整方案调整工艺参数 调整方法：先调整其他参数，然后在其他参数不动的情况下，逐渐增大注射 压力和保压压力，直至设定的数值。 ４．２．２第一次改进实验结果 １．尺寸精度 第一次改进实验的制品尺寸实测结果如表４＿４所示。北京化工大学工程硕士学位论文表４―４实验部品尺寸表样件编号１Ａ（巾ｍ）２３８．１Ｂ（ｍ）１９７．８Ｃ（㈣）６９。１Ｄ（ⅡＩｌＨ）２０．４重量（ｇ）２８０２７９ ２７８２ ３４２３７，９２３７．９１９７．７６９．０６９ １２０．５ ２０．３１９７．８ １９７．９２３７．９ ２３８．２ ２３８．２ ２３８．５±Ｏ．２６８．９６８．９２０．４２８ｌ５１９７．８２０．５２８２ ２８５６１９７．９６８．９ ６９．２±Ｏ．２２０．４１标准值１９８±Ｏ．２２０．４±Ｏ．１２９０±１０２．外观质量 制品结构和模具结构修改完成后，在其它注射工艺参数按设定的方案调整好 的前提下，逐渐调整保压压力和注射压力，填充不足、气纹、变形、无光泽等缺 欠得到了很好的解决，随着保压压力和注射压力的提高，但制品还有轻微的缩痕 和熔接痕，如图４一ｌ所示。制品的尺寸还略小于设计尺寸。图４一ｌ试验制品图片３．缺欠分析 （１）缩痕 成型工艺参数上：调整保压速率、保压压力及时间；北京化工大学工程硕士学位论文 （２）熔接痕 模具结构上：后模增加排气； 成型工艺参数上：调整射胶速度 （３）尺寸小 调整射胶数度和压力；４．３注塑工艺参数的第二次调整４．３．１其他参数的谓整 其它参数的调整按表４―５所设定的参数调整。袁４―５参数调整表ｌ序号，调整参数 射胶时间 保压时间调整前７调整后８ ４．５｝２４４．３．２注射压力、保压压力的调整 注射压力和保压压力参数的调整按表４咱所设定的参数调整。表４―６参数调整表 射胶设定 速度（％） 调整前 射胶一段 射胶二段 射胶三段 射胶四段７５压力（ＭＰａ）位置（ｍｍ）调整前７０调整后９０调整静８５调整后９０调整后９５４０３５ ３０８５９０５０５０３０８５９０４５４０２０２０８５９０３０３０４．３．３第二次改进实验结果 １．实验制品照片 第二次改进实验后所成型的制品如图４一ｌ所示。北京化工大学工程硕士学位论文图４．２实验制品展终效果２．第二次改进实验后所成型制品的实验数据（尺寸精度，形状误差，外观质 量等） （１）实测尺寸 第＝次改进实验后所成型制品的尺寸如表４―７所示。表４―７第二次改进实验制品的尺寸 ｊ样什编号 １ｌＡ（ｍｍ）２３８．３Ｂ（ｍｍ）１９７．９Ｃ（ｍｍ）６９．３Ｄ（ｍｍ）２０．４重量（ｇ）２８７ｉｉ２３２３８．５１９７．ｇ １９８．１６９．４ ６９．４２０．５ ２０．３２８９ ２９６２３８，７２３８．４：４５６１９８．１６９．４２０．４２０．４ ２０．３２９８２３８．６ ２３８．５１９８．２ｉ９７．９６９．３ ６９．３２９６２９８标准值２３８．５±０．２１９８±Ｏ．２６９．２±Ｏ．２２０．４±０．１２９０±１０（２）外观质量 表面凹陷、溶解痕等缺欠基本消除。北京化工大学工程硕士学位论文４．３．４第二次改进实验结果分析 从实验的结果来看：注射压力对于塑件的外观质量有很大的影响。注射压力 在一定的程度上决定充模速率，并影响塑件的质量，提高注射压力，能在一定程 度上减小气纹、填充不足和溶解痕等缺欠；在一定的范围内提高注射压力，将会 提高制品的密度、减小收缩量从而减小缩痕。因此，第二次改进后的产品外观满 足日方要求，尺寸稳定，配合良好，功能实现，达到量产标准。４．４本章小结本章通过对成型制品缺欠产生原因的分析，在尽可能不动或少动制品结构和 模具结构的前提下，通过对注塑工艺参数尤其是压力的调整，最终达到制品的外 观质量要求。北京化工大学工程硕士学位论文第五章结论及展望５．１全文结论：该产品已于２００６年１月１０日正式投入生产，目前为止，出口总数已达到１３６００ 台，得到了日方的认可。 本文综合研究了正负零型号电热水瓶上护架在注塑成型中常常遇到的制品缺 陷问题，从生产实际中论证了注塑压力、保压压力与制品外观质量的关系。例如： ｆ】）缩痕严重；（２）制品表面有气纹；（３）溶解痕严重；（４）加强筋填充不满： （５）严重变形；（６）制品尺寸小：（７）表面无光泽等。通过理论和实验相结合的 方法控制制品的外观质量缺陷，得到了以下主要结论： １．分析实验过程中制品各缺陷产生的原因，通过理论指导找到了如何调整、 优化工艺参数来解决这些缺陷，如制品外观上的熔接痕是由于在多点进料的塑料 制品中，塑料熔体在模腔中汇合时不能完全融合而在汇合处形成线形凹槽。在注 塑成型工艺参数上是由于模具温度过低，注射压力太低，注射速度太慢使料流前 锋温度降低加快，不能充分融合，因此应适当增加这些工艺参数的数值。另外， 还分析总结了其它常见缺陷的产生原因和如何通过调整优化工艺参数使其缺陷消 失的方法。 ２．注塑压力和保压压力是非常重要的工艺参数。在相当程度上影响制品的 质量。在一定限度内，提高注塑压力，可改善熔体流动性，提高流动长度及充模 速率，而制品的熔接痕强度、密度提高，收缩率下降； ：ｊ．提高傈压压力时，会使制品的收缩率减小，制品表面光洁、密度增加、 熔接痕强度提高、制品尺寸稳定。５．３工作展望虽然此产品己满足日方的要求，达到量产的状态，但在生产过程中由于要求 严格，生产中的不良率还比较高，生产效率也不是很高，希望能在日后的实践当 中能够摸索出一套提高生产效率和提高制品合格率的方法。同时本课题仅研究工 艺参数单独作用时对制品外观质量的影响，在实际应用中各个工艺参数的作用与，４３北京化工大学工程硕士学位论文 调整是互为影响的，在今后的工作中还应努力找出工艺参数综合作用的变化规律。 注塑成型的质量控制是一个既有理论意义又有实际使用价值的研究方向，经 过近些年来的发展已经发现了很多有效的工艺控制规律和方法。本文是根据实验 和理论相结合的方法研究注塑成型工艺参数和制品外观质量的关系，总结了一定 的实际指导经验，这种方法耗时比较多成本也