注塑

注射成型是制造塑料零件最常用的制造工艺。使用注射成型技术制造的产品种类繁多，在尺寸、复杂性和应用方面差异很大。注塑工艺需要使用一台注塑机、原始塑料材料和一个模具。塑料在注塑机中融化，然后注入模具，在那里冷却并凝固成最终部件。下一节将更详细地描述这一过程中的各个步骤。

	典型	可行的
形状	薄壁圆柱形 薄壁方形 薄壁立方体复杂的	平坦
零件尺寸	信封。0.01英寸³ – 80英尺³ 重量：0.5盎司-55磅
材料	热塑性塑料	复合材料 弹性体 热固性树脂
表面处理 – Ra:	4 – 16 μin	1 – 32 μin
公差	± 0.008 in.	± 0.002 in.
最大壁厚	0.03 – 0.25英寸。	0.015 – 0.5英寸。
数量	10000 – 1000000	1000 – 1000000
交付时间	几个月	几个星期
优势	可以形成复杂的形状和精细的细节 优良的表面处理 良好的尺寸精度 生产率高 劳动成本低 废料可以回收利用
劣势	只限于薄壁零件 工具和设备成本高 可能有较长的交货时间
应用	壳体、容器、盖子、配件

注射成型被用来生产薄壁塑料零件，应用广泛，其中最常见的是塑料外壳。塑料外壳是一种薄壁外壳，通常需要在内部设置许多肋骨和凸台。这些外壳被用于各种产品，包括家用电器、消费电子、电动工具，以及作为汽车仪表板。其他常见的薄壁产品包括不同类型的开放式容器，如水桶。注塑也被用来生产一些日常用品，如牙刷或小型塑料玩具。许多医疗设备，包括阀门和注射器，也是用注塑法制造的。

注塑成型的工艺周期非常短，通常在2秒至2分钟之间，由以下四个阶段组成。

锁模 – 在将材料注入模具之前，必须首先通过锁模装置将两半模具牢牢关闭。每一半的模具被连接到注塑机上，其中一半被允许滑动。以液压为动力的锁模单元将两半模具推到一起，并施加足够的力量，使模具在注射材料的同时牢牢关闭。关闭和夹紧模具所需的时间取决于机器–较大的机器（夹紧力较大的机器）将需要更多的时间。这个时间可以从机器的干循环时间来估计。
注射 – 通常以颗粒形式存在的塑料原料被送入注塑机，并由注射单元向模具推进。在这一过程中，材料被热和压力融化。然后，熔化的塑料被快速地注入模具，压力的积聚使材料被包裹和固定。被注入的材料量被称为注射量。由于熔融塑料进入模具的流向复杂多变，因此很难准确计算出注射时间。然而，注射时间可以通过注射量、注射压力和注射功率来估计。
冷却 – 模具内的熔融塑料一旦与模具内表面接触，就开始冷却。随着塑料的冷却，它将凝固成所需部件的形状。然而，在冷却过程中，零件可能会发生一些收缩。注射阶段的材料包装允许额外的材料流入模具并减少可见的收缩量。在所需的冷却时间过去之前，不能打开模具。冷却时间可以从塑料的几个热力学特性和零件的最大壁厚来估计。
顶出 – 在经过足够的时间后，冷却的零件可由顶出系统从模具中顶出，顶出系统连接到模具的后半部分。当模具被打开时，一个机构被用来将零件从模具中推出。由于在冷却过程中，零件会收缩并粘附在模具上，因此必须施加力才能将零件弹出。为了便于零件的弹出，在注射材料之前，可以在模腔的表面喷上脱模剂。打开模具和弹出零件所需的时间可以根据机器的干循环时间来估计，并应包括零件从模具中脱落的时间。一旦零件被顶出，就可以将模具夹住，以便进行下一次的注射。

注塑周期结束后，通常需要进行一些后处理。在冷却过程中，模具通道中的材料会凝固在零件上。这些多余的材料，以及任何已经发生的飞边，必须从部件上修剪下来，通常是通过使用切割机。对于某些类型的材料，如热塑性塑料，这种修剪产生的废料可以通过放入塑料研磨机（也称为再研磨机或造粒机）进行回收，将废料重新研磨成颗粒。由于材料特性的某些退化，再研磨物必须与原材料以适当的再研磨比例混合，以便在注塑过程中重新使用。

装备：注塑机有许多部件，有不同的配置，包括水平配置和垂直配置。然而，无论其设计如何，所有注塑机都利用动力源、注射单元、模具组件和锁模单元来完成工艺周期的四个阶段。

注射单元：注射单元负责加热和将材料注射到模具中。这个单元的第一部分是料斗，一个大容器，原料塑料被倒入其中。料斗有一个开放的底部，这使得材料可以进入料筒。桶内有加热和将材料注入模具的机构。这个机构通常是一个冲压式注射器或一个往复式螺杆。柱塞式注塑机通过一个通常由液压驱动的柱塞或活塞，迫使材料通过加热部分前进。今天，更常见的技术是使用一个往复式螺杆。往复式螺杆通过旋转和轴向滑动将材料向前移动，由液压或电动马达驱动。材料从料斗进入螺杆的凹槽，随着螺杆的旋转向模具推进。在推进过程中，材料在压力、摩擦和环绕往复式螺杆的附加加热器的作用下被熔化。然后，熔化的塑料在压力的积累和螺杆的前进作用下，通过料筒末端的喷嘴迅速注入模具。这种不断增加的压力使材料被包裹并强行固定在模具中。一旦材料在模具内凝固，螺杆就可以缩回，为下一次注射填充更多的材料。

夹持单元：在将熔化的塑料注入模具之前，模具的两半必须首先由锁模装置牢牢关闭。当模具连接到注塑机上时，每一半都被固定在一块大板上，称为压板。模具的前半部分，称为模腔，安装在固定的压板上，并与注射单元的喷嘴对齐。模具的后半部分，称为模芯，安装在一个可移动的模板上，沿着拉杆滑动。以液压为动力的锁模马达驱动锁模杆，将可移动压板推向固定压板，并施加足够的力量，在材料注入和随后的冷却过程中保持模具的安全关闭。在所需的冷却时间过后，合模电机将模具打开。连接到模具后半部分的顶出系统由顶出杆驱动，将凝固的部件从开放的模腔中推出。

	婴儿塑形器	权力线	寞子
夹具力（吨）	6.6	330	4400
射击容量（盎司）	0.13 – 0.50	8 – 34	413 – 1054
夹具行程（英寸）	4.33	23.6	133.8
最小模具厚度 (in.)	1.18	7.9	31.5
压盘尺寸（英寸	2.95 x 2.95	40.55 x 40.55	122.0 x 106.3

机器规格：

注塑机通常以其提供的锁模力的吨位为特征。所需的锁模力是由模具中零件的投影面积和注射材料的压力决定的。因此，一个较大的零件需要较大的锁模力。此外，某些需要高注射压力的材料可能需要更高的吨位机器。零件的尺寸还必须符合其他机器的规格，如射出量、夹紧行程、最小模具厚度和压盘尺寸。

注塑件的尺寸可能差别很大，因此需要这些措施覆盖非常大的范围。因此，注塑机的设计是为了适应这一较大范围的数值中的一个小范围。以下是辛辛那提Milacron公司生产的三种不同型号（Babyplast、Powerline和Maxima）的注塑机的规格样本。

工具：注塑工艺使用模具，通常由钢或铝制成，作为定制的工具。模具有许多部件，但可以分成两半。每一半都连接在注塑机内，后半部分可以滑动，这样模具就可以沿着模具的分模线打开和关闭。模具的两个主要组成部分是模芯和模腔。当模具关闭时，模芯和模腔之间的空间就形成了零件腔，它将被熔化的塑料填满，形成所需的零件。有时也使用多模腔模具，其中两半模具形成几个相同的零件腔。

模具底座：模芯和模腔分别安装在模座上，然后固定在注塑机内的压板上。模座的前半部分包括一个支撑板，模腔与之相连；浇口套，材料将从喷嘴流入；以及一个定位环，以使模座与喷嘴对齐。模座的后半部分包括顶出系统，模芯连接在该系统上，以及一个支撑板。当锁模单元将两半模具分开时，顶出杆驱动顶出系统。顶出杆将顶出箱内的顶出板向前推，而顶出板又将顶出针推入成型件。顶出针将凝固的部件从开放的模具腔中推出。

模具渠道：为了使熔融塑料流入模具型腔，在模具设计中集成了几个通道。首先，熔融塑料通过浇口进入模具。其他通道，称为流道，将熔融塑料从浇口输送到所有必须填充的型腔。在每个流道的末端，熔融塑料通过一个引导流动的浇口进入模腔。在这些流道内凝固的熔融塑料附着在零件上，在零件从模具中弹出后必须将其分离。然而，有时也使用热流道系统，该系统独立加热通道，使所含材料熔化并与零件分离。另一种内置在模具中的通道是冷却通道。这些通道允许水流过模具壁，与模腔相邻，并冷却熔化的塑料。

模具设计：除了流道和浇口外，在模具设计中还必须考虑许多其他设计问题。首先，模具必须允许熔化的塑料轻松地流入所有的模腔。同样重要的是将凝固的零件从模具中取出，因此必须在模具壁上设置一个拔模角。模具的设计还必须适应零件上的任何复杂特征，如底切或螺纹，这将需要额外的模具件。这些装置大多通过模具的侧面滑入零件腔，因此被称为滑块，或侧向作用。最常见的侧向动作是侧向模芯，它能使外部的底切成型。其他装置沿分模方向从模具末端进入，如内芯提升器，它可以形成内侧暗切。为了在零件中模塑螺纹，需要有一个脱模装置，它可以在螺纹形成后从模具中旋转出来。

材料：有许多类型的材料可用于注射成型工艺。大多数聚合物都可以使用，包括所有热塑性塑料、一些热固性塑料和一些弹性体。当这些材料被用于注射成型工艺时，其原始形式通常是小颗粒或细粉。此外，在加工过程中还可以添加着色剂，以控制最终部件的颜色。选择用于制造注塑件的材料并不仅仅是基于最终部件的理想特性。虽然每种材料都有不同的特性，会影响最终部件的强度和功能，但这些特性也决定了加工这些材料时使用的参数。每种材料在注射成型过程中都需要一组不同的加工参数，包括注射温度、注射压力、模具温度、顶出温度和循环时间。

可能存在的缺陷：

缺陷	原因
闪光灯	注射压力过高钳制力太低
翘辫子	非均匀的冷却率
气泡	注射温度过高材料中的水分太多非均匀的冷却率
未填写的部分	射击量不足材料的流速太低
水槽标记	注射压力太低非均匀的冷却率
弹射器标记	冷却时间太短弹射力太高

上述许多缺陷都是由不均匀的冷却速率引起的。冷却速率的变化可能是由不均匀的壁厚或不均匀的模具温度造成的。

设计规则，最大壁厚：减少零件的最大壁厚，以缩短循环时间（特别是注射时间和冷却时间）并减少零件体积。

均匀的壁厚将确保均匀的冷却并减少缺陷

均匀的壁厚将确保均匀的冷却并减少缺陷

角落：圆角，以减少应力集中和断裂；内半径应至少是墙壁的厚度

草案：在平行于分模方向的所有壁上施加1°-2°的拔模角，以方便从模具中取出零件。

肋骨：增加肋骨作为结构支撑，而不是增加壁厚

肋骨垂直于可能发生弯曲的轴线。

1.肋骨的厚度应该是它们所连接的墙壁的50-60%。
2.肋骨的高度应小于壁厚的三倍
3.在连接点上圆角
4.应用至少0.25°的拔模角

1.凸台的壁厚应不超过主壁厚的60%。
2.底部的半径应至少是主壁厚的25%。
3.应通过与相邻墙体连接的肋骨或底部的桁架来支撑。

如果一个老板必须放在靠近角落的地方，应该用肋骨将其隔离。

底部切口：

1.最大限度地减少外部切口的数量
2.外切需要侧切，增加了模具成本
3.一些简单的外侧下切可以通过重新定位分模线来成型。

重新设计一个特征可以消除外部的暗切面

1.最大限度地减少内部切口的数量
2.内部开槽通常需要内部取芯器，这增加了模具成本
3.在零件的侧面设计一个开口，可以让侧芯形成一个内部的下切面

重新设计一个零件可以去掉内部的凹槽

最大限度地减少侧面行动方向的数量
额外的侧面行动方向将限制模具中可能的型腔数量

缝纫机：

如果可能的话，有外螺纹的特征应垂直于分切方向。
与分模方向平行的螺纹特征将需要一个解旋装置，这大大增加了模具成本。

成本驱动因素

材料成本

材料成本是由所需材料的重量和该材料的单价决定的。材料的重量显然是零件体积和材料密度的结果；然而，零件的最大壁厚也会起作用。所需材料的重量包括填充在模具通道内的材料。这些通道的大小，以及由此产生的材料数量，在很大程度上由零件的厚度决定。

生产成本

生产成本主要由每小时费率和周期时间来计算。每小时费率与所使用的注塑机的大小成正比，因此，了解零件设计如何影响机器的选择非常重要。注塑机通常以其提供的锁模力的吨位来表示。所需的锁模力是由零件的投影面积和注射材料的压力决定的。因此，更大的零件需要更大的锁模力，因此需要更昂贵的机器。此外，某些需要高注射压力的材料可能需要较高吨位的机器。零件的尺寸还必须符合其他机器的规格，如夹钳行程、压盘尺寸和注射容量。

循环时间可以细分为注射时间、冷却时间和重新设定时间。通过减少这些时间中的任何一个，生产成本就会降低。注射时间可以通过减少零件的最大壁厚和零件体积来减少。对于较低的壁厚，冷却时间也会减少，因为它们需要较少的时间来全部冷却。材料的一些热力学特性也会影响冷却时间。最后，复位时间取决于机器尺寸和零件尺寸。一个较大的零件将需要机器做出较大的动作来打开、关闭和弹出零件，而较大的机器需要更多的时间来执行这些操作。

模具费用

模具成本有两个主要部分 – 模座和型腔的加工。模座的成本主要由零件包络的尺寸控制。一个更大的零件需要一个更大、更昂贵的模架。型腔加工的成本几乎受零件几何形状的各个方面影响。主要的成本驱动因素是必须加工的型腔的大小，由型腔的投影面积（等于零件的投影面积和投影孔）及其深度来衡量。任何需要额外加工时间的其他要素都会增加成本，包括特征数、分型面、侧壁、提升器、解旋装置、公差和表面粗糙度。

零件的数量也会影响到模具的成本。更大的生产量将需要一个更高级别的模具，它不会很快磨损。更强的模具材料会导致更高的模具基础成本和更多的加工时间。

最后一个考虑因素是侧向动作的数量，这可以间接影响成本。侧模的额外成本由使用多少个决定。然而，方向的数量会限制模具中可包含的型腔数量。例如，一个需要3个侧向的零件，其模具只能包含2个型腔。没有直接的成本增加，但有可能使用更多的型腔可以进一步节省成本。

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