注塑的关键参数及材料性质：造就优质产品

塑料注塑是生产制造塑料制品的一种方法，它是利用注塑成型机将熔融的塑料注进塑料制品模具中，冷却成型后得到各种想要的塑料件。

注塑所得的形状往往就是最后成品，在安装或作为最终成品使用之前不再需要其他的加工。许多细部，诸如凸起部、肋和螺纹，都可以在注射模塑一步操作中成型出来。

注射成型是通过注塑机和模具来实现的，注射成型机（简称注射机或注塑机）是将热塑性塑料或热固性塑料利用成型模具制成各种形状的制品的主要成型设备。

图3-2 钣金功能部件

注：钣金部件可以说是打印机内部最多而且最重要的部件，特别是机心的骨架基本是由钣金部件组成的。

图3-3 钣金外装部件

注：钣金部件的防护作用强于塑料部件，而且还有电磁屏蔽的作用，所以也常用于作外装部品。

1.材料种类

注塑工艺使用的材料为各种塑料。

工程塑料是指被用作工业零件或外壳材料的工业用塑料，是具有一定的强度、耐冲击性、耐热性、硬度及抗老化性均优的塑料。

（1）聚苯乙烯

聚苯乙烯树脂（Polystyrene，PS）是一种比较古老的树脂品种，由于它具有良好的性能，已经成为世界上应用最广的热塑性树脂，是通用塑料的五大品种之一。

聚苯乙烯为无色透明颗粒，无延展性，类似玻璃状材料，制品掉在地面或者敲打时具有清脆的声音，又俗称“响胶”。

聚苯乙烯易燃，离开火源后继续燃烧，火焰呈橙黄色并有浓烟，燃烧时起泡、软化，并发出特殊的苯乙烯单体味道。

聚苯乙烯的密度为1.04～1.09g/cm³；尺寸稳定性好，收缩率为0.4%；吸湿性低，约为0.02%；光学性能相当好，透明度能达到88%～92%，折光率为1.59～1.60，具有良好的光泽，对其施加压力就产生双折射类应力。聚苯乙烯无色无臭无毒，能自由着色，可以和任何颜料混合，热变形温度为70～98℃，导热系数不随温度发生改变，可以作为良好的冷冻绝缘体，在高真空或者330～380℃内剧烈降解，介电性能良好，耐水性能也极高，是一种优良的绝缘材料。聚苯乙烯在高频下也有很低的功率因数，耐紫外光性则较差。

高抗冲聚苯乙烯（HIPS）又称接枝型高冲击强度聚苯乙烯，是由本体-悬浮聚合与本体聚合两种方法制得。白色不透明珠状或颗粒；相对密度为1.04～1.06g/cm³；热变形温度为70～84℃；韧性好，耐冲击；耐油、耐水；吸水性（24h）为0.10%～0.14%；电绝缘性好，体积电阻率＞10¹⁶Ω·m；溶于苯、甲苯、醋酸乙酯、二氯乙烷等有机溶剂。

（2）丙烯腈-丁二烯-苯乙烯

丙烯腈-丁二烯-苯乙烯（Acrylonitrile Butadiene Styrene，ABS）由三种单体共聚合而成的，因此它具有三种组分的协同性能：丙烯腈使聚合物耐化学腐蚀，具有一定的表面硬度；丁二烯使聚合物呈橡胶状韧性；苯乙烯使聚合物具有刚性和流动性。总之，ABS树脂具有耐热、表面硬度高、尺寸稳定性好、耐化学性、电性能良好、容易加工成型等特点，此外，表面还可以镀铬。改变ABS中的三种组分的比例，可以得到不同性能的树脂。

（3）苯乙烯-丙烯腈

苯乙烯-丙烯腈共聚物简称AS或SAN，是一种坚硬、透明的材料。苯乙烯成分使AS坚硬、透明并易于加工；丙烯腈成分使AS具有化学稳定性和热稳定性。AS具有很强的承受载荷的能力、抗化学反应能力、抗热变形特性和几何稳定性。AS中加入玻璃纤维添加剂可以增加强度和抗热变形能力，减小热膨胀系数。AS的维卡软化温度约为110℃；载荷下挠曲变形温度约为100℃；AS的收缩率为0.3%～0.7%。

（4）聚乙烯

传统的低密度聚乙烯（Low Density Polyethylene，LDPE）是用聚合级的乙烯用氧或过氧化物为引发剂，在高温高压下进行游离基聚合而制得的，因此LDPE又称做高压聚乙烯。

相对密度为0.910～0.925的聚乙烯称为LDPE，而密度介于低密度与高密度之间的称为中密度聚乙烯（MDPE）。相反，相对密度低于0.910的聚乙烯，也已经问世，称为甚低密度聚乙烯（VLDPE），甚至还有相对密度小于0.900的，国外也称之为超低密度聚乙烯（ULDPE）。

LDPE是一种具有蜡感的白色树脂，其结构特点是非线形的，分子量一般在100000～500000之间，因此，与中密度聚乙烯（MDPE）、高密度聚乙烯（HDPE）相比，它具有较低的结晶度和软化点，有较好的柔软性、伸长率、电绝缘性、透明性以及较高的耐冲击强度，LDPE机械强度较差、耐热性差，此外另一个明显的弱点是耐环境应力开裂性较差。

LDPE大部分用做薄膜制品，而薄膜制品中大部分用做包装，另外一部分被用做农膜和建筑用膜，LDPE包装膜可用于糖果、蔬菜、冷冻食品等食品包装，也可以用做内衬膜、收缩包装膜、弹性包装膜、重包装膜等非食品包装膜。

LDPE的注塑制品是仅次于薄膜的第二大用途，这些制品包括小型容器、盖、生活用品、玩具等。

相当多的LDPE用于纸张、纸板、管材、用发泡法生产泡沫塑料、用滚塑法生产大型化工容器和贮槽等。

LDPE还可与其他聚合物共混以改进性能，通过共混可以改善性能的聚合物有PC、PA、PP、HDPE和LLDPE。

相对密度低于0.910的VLDPE或ULDPE是聚乙烯的新品种，它们实际上是一种线形短支链结构的聚合物，分子量分布窄，由于其短支链数目比线性低密度聚乙烯（LLDPE）还多，因此密度和结晶度比LLDPE和LDPE还低。

用VLDPE可以制得性能优越的包装薄膜，它还可以代替聚氨酯、EVA等生产软管、软瓶、盖子内衬和密封圈，它能取代PVC医用软管，取代PVC和LDPE作弹性薄膜和收缩薄膜。

VLDPE与其他聚烯烃共挤或共混，能赋予材料许多良好的性能。

LLDPE被认为是“第三代聚乙烯”的新品种。LLDPE与普通LDPE相比，耗能少、产量高，特别是其物理化学性能比普通LDPE要好得多，用途也相当广泛。

LLDPE是在有机金属催化剂存在的情况下，使乙烯和α-烯烃（如丙烯、丁烯、辛烯等）进行共聚而产生的。它的分子结构特点是在先行的乙烯主链上带有非常短小的共聚单体支链；支化程度比高压法聚乙烯少，但是比低压法聚乙烯多。因此，通过合理选择适当的催化剂和共聚单体的种类及用量来控制主链的长度和短支链的数量，以达到需要的分子形态。所以在一定程度上说，LLDPE树脂的结构是可以进行分子设计的。

MDPE应用不如LDPE和HDPE广泛，近几年，由于工艺上的改进，使得MDPE也赋予优良的性能，例如MDPE可以用做蒸煮袋内衬，包装和管材。

密度在0.941～0.965之间的聚乙烯称为HDPE。HDPE用低压法生产，因此有称为低压聚乙烯。生产方式有液相法、气相法两种，液相法又包括了溶液法和淤浆法。

HDPE有均聚物和共聚物之别，所谓共聚就是在聚合时渗入少量的α-烯烃，这些少量的α-烯烃的加入可以降低聚乙烯的密度和结晶度，因而相对于均聚物来说有更优良的耐环境应力开裂性能、较高的表面硬度和较好的尺寸稳定性。

HDPE比LDPE提高了耐热性和机械强度（如拉伸、弯曲、压缩和剪切强度等）并且提高了对水蒸气和气体的阻隔性。HDPE可使用挤出法加工成管材、板材、片材、型材以及单丝、扁丝、打包带等；用吹塑法可以生产大中型中空容器，如瓶、桶及大型工业用贮槽等；用注塑法可生产各种制件，包括一些日用品和工业用品。

（5）乙烯-醋酸乙烯酯

乙烯-醋酸乙烯酯共聚物（Ethylene Vinyl Acetate，EVA）是由乙烯和醋酸乙烯共聚而成，代号是E/VAC。

乙烯-醋酸乙烯酯的共聚反应，很早以来就有人加以研究，1956年，美国杜邦公司以ElVax的商品名称抛出市场，其柔软性、强韧性、耐应力开裂性和透明性都优于聚乙烯。

EVA是一类具有类似橡胶弹性体的热塑性塑料，它的性能与醋酸乙烯酯（VA）的含量有很大关系：VA含量越少就越像高压聚乙烯，而VA含量越多就越像橡胶。

EVA与填料、色料的相容性很好，通常用做聚氯乙烯和橡胶的改性剂。

EVA的性能取决于VA含量及分子量（熔融指数）。当MI一定，VA含量增高时，它的弹性、柔软性、粘合性、透明性、溶解性提高；VA含量降低，则接近聚乙烯的性能：刚性变大、耐磨及电绝缘性上升。若VA含量一定，MI增加，则软化点下降，而加工性及光泽性改善，但强度低；反之，MI降低，则分子量增大，能提高它的耐冲击性及应力开裂性。

EVA具有良好的弹性和低温可挠性、耐化学药品性、耐候性，但是耐油性能差，能溶于芳烃或氯代烃中。

VA含量低的EVA类似高压聚乙烯，柔软而抗冲击强度好，适宜制造重负荷包装袋和负荷材料。VA含量更大的EVA可以用做粘合剂、涂层、涂料，也可以制成EVA泡沫塑料，还可以制造各种管道、管材、板材、建材、薄膜、电器、电缆绝缘层和日用品。

EVA是易于加工成型的树脂，可以挤出成型、注射成型、吹塑成型和热成型。它的成型加工方法和设备与普通高压聚乙烯通用。

（6）聚丙烯

聚丙烯（Polypropylene，PP）是发展很快、应用很广的一种热塑性塑料。

聚丙烯以丙烯单体为主要组分聚合而成。工业生产方法有溶剂法、液相本体法、气相本体法和溶液法四种。但是普遍采用的是溶剂法，其次是本体法。

聚丙烯按照参加聚合的单体组成，可分为均聚级和共聚级两种。均聚级聚丙烯由单一丙烯单体聚合而成，因而有较高的结晶度，较高的机械强度和耐热性。共聚级聚丙烯是在聚合时掺混入少量乙烯单体共聚合而成。按照共聚的方式，又有嵌段共聚丙烯和无规共聚丙烯两种。共聚级聚丙烯有较高的冲击强度，而无规共聚丙烯除了有较高的冲击强度外，还有很好的透明度。

与其他的通用热塑性塑料比较，聚丙烯具有比重小、刚性好、强度高、耐挠曲，以及有高于100℃的耐热温度和良好的耐化学腐蚀性等优点。聚丙烯的不足是低温耐冲击性较差，容易老化，成型收缩率大。

根据产品的要求和用途，聚丙烯可以用共混、填充、增强、添加助剂，以及共聚、共混、交联等方法加以改性。例如，可以添加碳酸钙、滑石粉、矿物质等，以提高硬度、耐热性、尺寸稳定性；添加玻璃纤维、石棉纤维、云母、玻璃微珠等，以提高拉伸强度，改善低温抗冲击性、耐蠕变性；添加橡胶、弹性体和其他柔性聚合物等，以提高冲击性能、透明性，添加各种特殊助剂可赋予聚丙烯诸如耐候性、抗静电性、阻燃性、导电性、可电镀性、成核性、抗铜害性等。

聚丙烯可以用注塑、挤塑、吹塑、热成型、滚塑、涂塑、发泡等加工方法生产出不同用途的制品。由于各种加工方法对聚丙烯的熔融性能有不同的要求，因而形成了注塑级、挤塑级、吹塑级、涂覆级、纤维级、薄膜级、滚塑级等适应不同加工要求的品级。

聚丙烯的用途相当广泛。通过注塑加工，聚丙烯可以制成各种工业部件、电器用品、建筑材料和日用品；用挤塑法生产管材、片材、形材、扁丝、纤维、绳索；用吹塑法生产各种小型容器、瓶；用吹膜法和平膜法生产IPP膜、CPP膜，经过拉伸可获得高强度、高透明性的OPP膜；用滚塑法生产大型化工储槽、容器等。

（7）聚酰胺

聚酰胺（Polyamide，PA）俗称尼龙（Nylon），是主链上含有酰胺基团的高分子化合物。尼龙可以由二元胺和二元酸通过缩聚反应制得，也可以通过自聚反应制得。分子结构中主要有一个酰胺基和若干个次甲基或其他环烷基、芳香基构成。

聚酰胺是最先发现的能够承受载荷的热塑性树脂。它的主要用途是用于制造纤维，同时还用于塑料制品。通常用于机械、电气、电子及日用工业品。

尼龙品种包括了尼龙4、5、6、7、8、9、11、12、13、66、610、1010等牌号品种。尼龙具有很好的综合性能：耐磨、坚韧、轻量、耐化学药品、耐热、耐寒、易成型、自润滑、无毒、易着色等。尼龙制品在使用时应该注意热膨胀和吸水性所导致的精度误差。尼龙耐酸性差、耐光性差，经过玻纤增强后可以提高刚性、耐磨性和强度，使用温度相应提高（121℃），芳香尼龙耐高温可达到260℃。

尼龙最大的特性是韧性好，而且随着分子量的增加而增加，耐疲劳性好、摩擦系数小、耐磨耗性好，能耐烃、酮、酯等化学药品。尼龙外观呈淡黄色至半透明固体物。大多数尼龙有自熄性，燃烧缓慢，火焰传播速率慢，离火后缓慢熄灭。燃烧时火焰下端黄色，上端蓝色，发出特殊的气味，在260～300℃开始分解。

（8）其他工程塑料

包括聚碳酸酯（PC）、聚甲醛（POM）、变性聚苯醚（PPE）、聚酯（PETP，PBTP）、聚苯硫醚（PPS）、聚芳基酯等，它们都是热塑性的塑料。此外，还包括较特殊的强度弱、耐热耐药品性优的氟素塑料，耐热性优的硅熔融化合物，以及聚酰胺酰亚胺、聚酰亚胺、Polybismaleimide、Polysufone（PSF）、PES、丙烯塑料、变性蜜胺塑料、BTResin、PEEK、PEI、液晶塑料等。

热硬化性塑料则有不饱和聚酯塑料、酚塑料、环氧塑料等。它们的基本特性为拉伸强度均超过50MPa，抗拉强度为500kgf/cm，耐冲击性超过50J/m，弯曲弹性率为24000kgf/cm，负载挠曲温度超过100℃，硬度、老化性优。

热硬化型工程塑料的耐冲击性较差，因此大多添加玻璃纤维。

各工程塑料的化学构造不同，所以它们的耐药品性、摩擦特性、电机特性等有所差异。由于各工程塑料的成型性不同，因此有的适用于任何成型方式，有的只能以某种成型方式进行加工，这样就造成了应用上的局限。

（9）塑料改性

塑料改性就是将石油化工企业生产出的大批量通用树脂通过物理的、化学的、机械的方法，改善或增加其功能，在电、磁、光、热、耐老化、阻燃、机械性能等方面达到特殊环境条件下使用的功能。

塑料改性主要有物理改性和化学改性两种。物理改性包括填充改性、增强改性和共混改性，所使用的填充材料包括玻璃纤维（GF）、玻璃微珠（GB）、碳纤维（CF）、矿物质（MR）、阻燃剂（FR）等；化学改性包括接枝共聚改性、嵌段共聚改性、辐射交联改性等。

填充改性是指在塑料成型加工过程中加入无机或有机填料，以满足一定的要求。填充改性能显著改善塑料的机械性能、耐摩擦性能、热学性能、耐老化性能等，例如能克服塑料的低强度、不耐高温、低刚硬性、易膨胀性、易蠕变等缺点。选用合适的填料既可以有增量作用，又有改性效果。但并非所有填料都能起这种作用。有些填料具有活性，起补强作用，可显著提高塑料强度，如木粉添加到酚醛树脂中，在相当大的范围内起补强作用；而有些填料添加后起到稀释作用，降低了机械强度，如普通轻质碳酸钙添加到聚氯乙烯中，这种填料称为惰性填料。

增强改性方便，某些填料，如玻璃纤维，填充时对塑料的机械强度影响很大，如玻璃纤维填充聚酯，弯曲弹性模量可由原来的2764MPa提高到9800MPa，提高近350%，增强效果极为明显，于是把这种填料改性的塑料称为增强塑料，这种方式称为增强改性。除玻璃纤维外，碳纤维、硼纤维、云母等填料都可明显提高塑料的机械强度。另外，由于碳纤维具有导电性和较强的自润滑性，填充碳纤维就可用于一些需要释放静电或无油润滑的场合。

共混改性是指在原来塑料基体中，再通过各种混合方法（如开放式炼塑机、挤出机等）混进另外一种或几种塑料或弹性体，以此改变塑料的性能。例如，ABS（丙烯氰-丁二烯-苯乙烯共聚物）就综合了丙烯氰（A）、丁二烯（B）、苯乙烯（S）三者的特性，其微观形态结构类似于金属中的合金。

接枝共聚改性是先将母体树脂溶解在所要接枝的塑料单体中，然后使要接枝的单体聚合，这时形成的树脂便接枝到母体树脂中去。

嵌段共聚改性指每一种单体单元以一定长度的顺序，在其末端相互连接，形成一种新的线性分子。根据单体单元的种类，可分为二嵌段、三嵌段、多嵌段共聚物。

辐射交联改性指采用电子射线或γ射线直接对树脂进行照射使分子发生交联。

工程塑料合金泛指工程塑料（树脂）的共混物，是利用物理共混或化学接枝的方法而获得的高性能、功能化、专用化的一类新材料。主要包括以PC、PBT、PA、POM（聚甲醛）、PPO、PTFE（聚四氟乙烯）等工程塑料为主体的共混体系，以及ABS树脂改性材料。近5年来，PC/ABS合金的产量每年都以10%左右的速度增长，其增速在塑料领域中排在前列。目前，PC/ABS合金化研究已经成为高分子合金研究热点。

（10）塑料阻燃性

UL94标准是美国安全检测实验室公司（Underwriter Laboratories Inc.）所制定的关于材料燃烧性能的试验方法标准，UL 746A是针对聚合材料的电器、机械、物理方面的测试方法。UL 746A与UL 746E、UL 746B相联系。UL 746B用于长期性能测试，对这种长期热老化试验，通常固定时间、固定温度。UL 746E用于工业层压板、印制线路基材、覆金属与未覆金属层压板测试，如FR4、CEM-3等材料。

UL 94用于可燃性项目测试，它用来评价材料在被点燃后熄灭的能力。这个标准测试方法分为UL94V-0、1、2（垂直燃烧），UL 94 HB（水平燃烧），UL94 VTM-0、1、2（薄材料的垂直燃烧）等多种，根据燃烧速度、燃烧时间、抗滴能力以及滴珠是否燃烧等，可有多种评判方法。每种被测材料根据颜色或厚度都可以得到许多值。

阻燃等级由HB、V-2、V-1向V-0逐级递增：

1）HB，UL 94标准中最低的阻燃等级。要求对于3～13mm厚的样品，燃烧速度小于40mm/min；小于3mm厚的样品，燃烧速度小于70mm/min；或者在100mm的标志前熄灭。

2）V-2，对样品进行两次10s的燃烧测试后，火焰在60s内熄灭。可以有燃烧物掉下。

3）V-1，对样品进行两次10s的燃烧测试后，火焰在60s内熄灭。不能有燃烧物掉下。

4）V-0，对样品进行两次10s的燃烧测试后，火焰在30s内熄灭。不能有燃烧物掉下。

当选定某个产品的材料时，其UL等级应满足塑料零件壁部分的厚度要求。UL等级应与厚度值一起报告，只报告UL等级而没有厚度是不够的。

美国保险商实验室是美国最有权威的、也是世界上从事安全试验和鉴定的较大的民间机构。它是一个独立的、非营利的、为公共安全做试验的专业机构，主要从事产品的安全认证和经营安全证明业务，其最终目的是为市场得到具有相当安全水准的商品，从而使人身健康和财产安全得到保证。就产品安全认证作为消除国际贸易技术壁垒的有效手段而言，UL为促进国际贸易的发展也发挥着积极的作用。

2.注塑模具

（1）注塑模具结构

注塑模具由动模和定模两部分组成，动模安装在注塑成型机的移动模板上，定模安装在注塑机的固定模板上。在注塑成型时，动模和定模闭合构成浇注系统和型腔。开模时，动模与定模分离以便取出塑料制品。一般可将注塑模具分为以下几个基本组成部分。

1）成型部件：成型部件由型芯和凹模组成。型芯形成制品的内表面形状，凹模形成制品的外表面形状。合模后型芯和凹模便构成了模具的型腔。按工艺和制造要求，有时型芯或凹模由若干拼块组成，有时做成整体，仅在易损坏、难加工的部件采用镶件。

2）浇注系统：浇注系统又称为流道系统，它是将塑料熔体由注塑机喷嘴引向型腔的一组进料通道，通常由主流道、分流道、浇口和冷料穴组成。浇注系统的设计十分重要，它直接关系到塑件的成型质量和生产效率。

3）导向部件：为了确保动模与定模合模时能准确对接，在模具中必须设置导向部件。在注塑模中通常采用四组导柱与导套来组成导向部件，有时还需在动模和定模上分别设置互相吻合的内、外锥面来辅助定位。为了避免在制品推出过程中推板发生歪斜现象，一般在模具的推出机构中还设有使推板保持水平运动的导向部件，如导柱和导套。

4）推出机构：在开模过程中，需要有推出机构将塑件及其在流道内的凝料推出或拉出。推出机构由推杆和推出固定板、推板及主流道的拉料杆组成。推出固定板和推板夹持住推杆。在推板中一般还固定有复位杆，复位杆在动模和定模合模时使推出机构复位。

5）调温系统：为了满足注塑工艺对模具温度的要求，需要有调温系统对模具的温度进行调节。对于热塑性塑料用注塑模，主要是设计冷却系统使模具冷却。模具冷却的常用办法是在模具内开设冷却通道，利用循环流动的冷却水带走模具的热量；模具的加热除可用冷却水通道引入热水或蒸汽外，还可在模具内部和周围安装电加热元件。

6）排气槽：排气槽用以将成型过程中的气体充分排除。常用的方法是在分型面处开设排气沟槽。由于分型面之间存在有微小的间隔，对于较小的塑件，因排气量不大，可直接利用分型面排气，不必开设排气沟槽，一些模具的推杆或型芯与模具的配合间隙均可起排气作用，有时可不必另外开设排气沟槽。

7）侧抽芯机构：有些带有侧凹或侧孔的塑件，在被推出以前必须先进行侧向分型，抽出侧向型芯后方能顺利脱模，此时需要在模具中设置侧抽芯机构。

（2）注塑模具分类

1）单分型面注塑模具：又称为两板式模具，它是注塑模具中最简单、最常用的一类。占全部注塑模具的70%。

2）双分型面注塑模具：以两个不同的分型面分别取出流道凝料和塑料件，与两板式的单分型面注塑模具相比，双分型面注塑模具在动模板与定模板之间增加了一块可以移动的中间板（又名浇口板），故称为三板式模具。

3）带有活动镶件的注塑模具：对于外形结构复杂的塑件，由于无法通过简单的分型从模具内取出塑料件，这时可在模具中设置活动镶件和活动的侧向型芯及板块（哈夫块）。

4）带侧向分型抽芯的注塑模具：当塑件上有侧孔或侧凹时，在模具内可设置出由斜销或斜滑块等组成的侧向分型抽芯机构，它能使侧型芯做横向移动。

5）自动卸螺纹的注塑模具：当要求能自动脱卸内螺纹或外螺纹的塑件时，可在模具中设置转动的螺纹型芯或型环，这样便可利用机构的旋转运动或往复运动，将螺纹制品脱出，或者用专门的驱动和传动机构，带动螺纹型芯或型环转动，将螺纹制件脱出。

6）推出机构设在定模的注塑模具：由于制件的特殊要求或形状限制，制件必须要留在定模内，这时就应在定模一侧设置推出机构，以便将制品从定模内脱出。定模一侧的推出机构一般由动模通过拉板或链条来驱动。

7）无流道凝料的注塑模具：简称为无流道注塑模具。通过采用对流道加热或绝热的办法来保持从注塑机喷嘴到浇口处之间的塑料保持熔融状态。这样在每次注塑成型后流道内均没有塑料凝料，这不仅提高了生产率，节约了塑料，而且还保证了注塑压力在流道中的传递，有利于改善制件的质量。此外，无流道凝料的注塑模具还易实现自动化操作。

（3）注塑模具设计步骤

1）确定型腔的数目：确定型腔数目的方法的根据有锁模力、最大注塑量、制件的精度要求、经济性等，在设计时应根据实际情况决定采用哪一种方法。

2）选定分型（PL）面：虽然在塑件设计阶段分型面已经考虑或者选定，在模具设计阶段仍应再次核对，从模具结构及成型工艺的角度判断分型面的选择是否最为合理。

3）确定型腔的配置：型腔的配置实质上是模具结构总体方案的规划和确定。因为一旦型腔布置完毕，浇注系统的走向和类型便已确定。冷却系统和推出机构在配置型腔时也必须给予充分的注意，若冷却管道与推杆孔、螺栓发生冲突，要在型腔布置中进行协调，当型腔、浇注系统、冷却系统、推出机构的初步位置确定后，模板的外形尺寸基本上就已确定，从而可以选择合适的标准模架。

4）确定浇注系统：浇注系统中的主流道、分流道、浇口和冷料穴的设计中，浇注系统的平衡及浇口位置和尺寸是浇注系统的设计重点。另外，需要强调的是浇注系统决定了模具的类型，如采用侧浇口，一般选用单分型面的两板式模具即可，如采用点浇口，往往就需要选用双分型面的三板式模具，以便脱出流道凝料和塑料制件。

5）确定脱模方式：在确定脱模方式时，首先要确定制件和流道凝料滞留在模具的哪一侧，必要时要设计强迫滞留的结构（如拉料杆等），然后再决定是采用推杆结构还是推件板结构。特别要注意确定侧凹塑件的脱模方式，因为当决定采用侧抽芯机构时，模板的尺寸就需要加大，在型腔配置时要留出侧抽芯机构的位置。

6）冷却系统和推出机构的细化：冷却系统和推出机构的设计计算详见有关的技术书籍。冷却系统和推出机构的设计同步进行有助于两者的很好协调。

7）确定凹模和型芯的结构和固定方式：当采用镶块式凹模或型芯时，应合理地划分镶块并同时考虑到这些镶块的强度、可加工性及安装固定。

8）确定排气方式：由于在一般的注塑模中注塑成型时的气体可以通过分型面和推杆处的空隙排出，因此注塑的排气问题往往被忽视。对于大型和高速成型的注塑模，排气问题必须引起足够的重视。

9）绘制模具的结构草图：在以上工作的基础上绘制注塑模完整的结构草图，在总体结构设计时切忌将模具结构搞得过于复杂，应优先考虑采用简单的模具结构形式，因为在注塑成型的实际生产中所出现的故障，大多是由于模具结构复杂化所引起的。结构草图完成后，若有可能，应与工艺、产品设计及模具制造和使用人员共同研讨直至相互认可。

10）校核模具与注塑机有关的尺寸：因为每副模具只能安装在与其相适应的注塑机上，因此必须对模具上与注塑机有关的尺寸进行校核，以保证模具在注塑机上正常工作。(www.xing528.com)

11）校核模具有关零件的强度和刚度：对成型零件及主要受力的零部件都应进行强度和刚度的校核。一般而言，注塑模具的刚度问题比强度问题显得更重要一些。

12）绘制模具的装配图：装配图应尽量按照国家制图标准绘制，装配图中要清楚地表明各个零件的装配关系，以便工人装配。当凹模与型芯镶块很多时，为了便于测绘各个镶块零件，还有必要先绘制动模和定模部装图，在部装图的基础上再绘制总装图。装配图上应包括必要的尺寸，如外形尺寸、定位圈尺寸、安装尺寸、极限尺寸。在装配图上应将全部零件按顺序编号，并填写明细表和标题栏。

13）绘制模具零件图：由模具装配图或部装图拆绘零件图的顺序为先内后外，先复杂后简单，先成型零件后结构零件。

14）复核设计图样：应按制品、模具结构、成型设备、图样质量、配合尺寸、零件的可加工性等项目进行自我校对或他人审核。

（4）塑料模具设计事项

设计塑料模具时，要注意如下事项：

1）塑件形状及壁厚应特别考虑有利于料流畅通填充型腔，尽量避免尖角、缺口。

2）脱模斜度应尽量取大一些，一般含玻璃纤维15%的可取1°～2°，含玻璃纤维30%的可取至2°～3°。当不允许有脱模斜度时，则应避免强行脱模，宜采用横向分型结构。

3）浇注系统截面宜大，流程平直而短，以利于纤维均匀分散。

4）设计进料口应考虑防止填充不足、异向性变形、玻璃纤维分布不匀、易产生熔接痕等因素。进料口宜取薄膜、宽薄、扇形、环形及多点形式进料口，使料流乱流，玻璃纤维分散，以减少异向性，最好不取针状进料口，进料口截面可适当增大，其长度应短一些。

5）模具型芯、型腔应有足够刚性及强度。

6）模具应淬硬、抛光并选用耐磨钢种，易磨损部位应便于修换。

7）顶出机构应均匀有力，便于换修。

8）模具应设有排气溢料槽，并宜设于易发生熔接痕部位。

（5）注塑模具材料选用

1）机械加工性能良好：要选用易于切削，且在加工后能得到高精度零件的钢种。为此，以中碳钢和中碳合金钢最常用，这对大型模具尤其重要。对需电火花加工的零件，还要求该钢种的烧伤硬化层较薄。

2）抛光性能优良：注塑模成型零件工作表面，多需要抛光到镜面，需要钢材硬度35～40HRC为宜，过硬表面会使抛光困难。钢材的显微组织应均匀致密，较少杂质，无针点。

3）耐磨性和抗疲劳性能好：注塑模型腔不仅受高压塑料熔体冲刷，而且还受冷热交变的温度应力作用。一般的高碳合金钢可经热处理获得高硬度，但韧性差，易形成表面裂纹，不宜采用。所选钢种应使注塑模能减少抛光修模的次数，能长期保持型腔的尺寸精度，达到批量生产的使用寿命期限。

4）具有耐腐蚀性能：对有些塑料品种，如聚氯乙烯和阻燃型塑料，必须考虑选用有耐腐蚀性能的钢种。

3.注塑机

注射成型机（简称注射机或注塑机）是将热塑性塑料或热固性料利用塑料成型模具制成各种形状的塑料制品的主要成型设备。

注射成型是通过注塑机和模具来实现的。

注塑机的类型有立式、卧式、立卧复合式三种，但是无论哪种注塑机，其基本功能有两个：

1）加热塑料，使其达到熔化状态；

2）对熔融塑料施加高压，使其射出而充满模具型腔。

注塑机的工作原理与打针用的注射器相似，它是借助螺杆（或柱塞）的推力，将已塑化好的熔融状态（即粘流态）的塑料注射入闭合好的模腔内，经固化定型后取得制品的工艺过程。

注射成型是一个循环的过程，每一周期主要包括定量加料→熔融塑化→施压注射→充模冷却→启模取件。取出塑件后又再闭模，进行下一个循环。

注塑机通常由注射系统、合模系统、液压传动系统、电气控制系统、加热及冷却系统、润滑系统、安全保护与监测系统等组成。

（1）注射系统

注射系统是注塑机最主要的组成部分之一，一般有柱塞式、螺杆式、螺杆预塑柱塞注射式三种主要形式。目前应用最广泛的是螺杆式。其作用是，在注塑料机的一个循环中，能在规定的时间内将一定数量的塑料加热塑化后，在一定的压力和速度下，通过螺杆将熔融塑料注入模具型腔中。注射结束后，对注射到模腔中的熔料保持定型。

注射系统由塑化装置和动力传递装置组成。

螺杆式注塑机塑化装置主要由加料装置、料筒、螺杆、射嘴等部分组成。动力传递装置包括注射油缸、注射座移动油缸以及螺杆驱动装置（熔胶马达）等。

（2）合模系统

合模系统的作用是保证模具闭合、开启及顶出制品。同时，在模具闭合后，供给予模具足够的锁模力，以抵抗熔融塑料进入模腔产生的模腔压力，防止模具开缝，造成制品的不良现状。

合模系统主要由合模装置、调模机构、顶出机构、前后固定模板、移动模板、合模油缸和安全保护机构等组成。

（3）液压传动系统

液压传动系统的作用是实现注塑机按工艺过程所要求的各种动作提供动力，并满足注塑机各部分所需压力、速度、温度等的要求。它主要由各种液压元件和液压辅助元件所组成，其中油泵和电机是注塑机的动力来源。各种阀控制油液压力和流量，从而满足注射成型工艺的各项要求。

（4）电气控制系统

电气控制系统与液压传动系统合理配合，可实现注塑机的工艺过程要求（压力、温度、速度、时间）和各种程序动作。它主要由电器、电子元器件、仪表、加热器、传感器等组成。一般有4种控制方式：手动、半自动、全自动、调整。

（5）加热及冷却系统

加热系统是用来加热料筒及注射喷嘴的，注塑机料筒一般采用电热圈作为加热装置，安装在料筒的外部，并用热电偶分段检测。热量通过筒壁导热为物料塑化提供热源；冷却系统主要是用来冷却油温，油温过高会引起多种故障出现，所以油温必须加以控制。另一处需要冷却的位置在料管下料口附近，防止原料在下料口熔化，导致原料不能正常下料。

（6）润滑系统

润滑系统是注塑机的动模板、调模装置、连杆机铰等处有相对运动的部位提供润滑条件的回路，以便减少能耗和提高零件寿命。润滑可以是定期地手动润滑，也可以是自动电动润滑。

（7）安全保护与监测系统

注塑机的安全装置主要是用来保护人、机安全的装置。它主要由安全门、液压阀、限位开关、光电检测元件等组成，实现电气—机械—液压的联锁保护。

监测系统主要对注塑机的油温、料温、系统超载，以及工艺和设备故障进行监测，发现异常情况进行指示或报警。

4.工艺

一般螺杆式注塑机的成型工艺过程是：首先将粒状或粉状塑料加入机筒内，并通过螺杆的旋转和机筒外壁加热使塑料成为熔融状态，然后机器进行合模和注射座前移，使喷嘴贴紧模具的浇口道，接着向注射缸通入压力油，使螺杆向前推进，从而以很高的压力和较快的速度将熔料注入温度较低的闭合模具内，经过一定时间的压力保持（又称保压）、冷却，使其固化成型，便可开模取出制品（保压的目的是防止模腔中熔料的反流、向模腔内补充物料，以及保证制品具有一定的密度和尺寸公差）。

注射成型的基本要求是塑化、注射和成型。塑化是实现和保证成型制品质量的前提，而为满足成型的要求，注射必须保证有足够的压力和速度。同时，由于注射压力很高，相应地在模腔中产生很高的压力（模腔内的平均压力一般在20～45MPa之间），因此必须有足够大的合模力。由此可见，注射装置和合模装置是注塑机的关键部件。

（1）温度

注射模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。前两种温度主要影响塑料的塑化和流动，而后一种温度主要是影响塑料的流动和冷却。

每一种塑料都具有不同的流动温度，同一种塑料，由于来源或牌号不同，其流动温度及分解温度是有差别的，这是由于平均分子量和分子量分布不同所致，塑料在不同类型的注射机内的塑化过程也是不同的，因而选择料筒温度也不相同。

喷嘴温度通常是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”。喷嘴温度也不能过低，否则将会造成熔料的早凝而将喷嘴堵塞，或者由于早凝料注入模腔而影响制品的性能。

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结晶性的有无、制品的尺寸与结构、性能要求，以及其他工艺条件（熔料温度、注射速度及注射压力、模塑周期等）。

（2）压力

采用螺杆式注塑机时，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，亦称背压。这种压力的大小是可以通过液压传动系统中的溢流阀来调整的。在注射中，塑化压力的大小并不随螺杆的转速而变化；增加塑化压力时即会提高熔体的温度，但会降低塑化的速度。

此外，增加塑化压力常能使熔体的温度均匀、色料混合均匀和排出熔体中的气体。一般操作中，塑化压力的数值应在保证制品质量优良的前提下越低越好，其具体数值是随所用的塑料的品种而异的，但通常很少超过20kg/cm²。

在当前生产中，几乎所有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（由油路压力换算来的）为准的。注射压力在注塑成型中所起的作用是，克服塑料从料筒流向型腔的流动阻力，给予熔料充模的速率以及对熔料进行压实。

（3）成型周期

完成一次注射模塑过程所需的时间称成型周期，也称模塑周期。

成型周期直接影响劳动生产率和设备利用率。因此，在生产过程中，应在保证质量的前提下，尽量缩短成型周期中各个有关时间。在整个成型周期中，以注射时间和冷却时间最重要，它们对制品的质量均有决定性的影响。注射时间中的充模时间直接反比于充模速率，生产中充模时间一般为3～5s。

注射时间中的保压时间就是对型腔内塑料的压力时间，在整个注射时间内所占的比例较大，一般为20～120s（特厚制件可高达5～10min）。在浇口处熔料封冻之前，保压时间的多少，对制品尺寸准确性有影响，若在以后，则无影响。保压时间也有最惠值，已知它依赖于料温、模温以及主流道和浇口的大小。如果主流道和浇口的尺寸以及工艺条件都是正常的，通常即以得出制品收缩率波动范围最小的压力值为准。冷却时间主要决定于制品的厚度、塑料的热性能和结晶性能，以及模具温度等。冷却时间的终点，应以保证制品脱模时不引起变动为原则，冷却时间一般在30～120s之间，冷却时间过长没有必要，不仅降低生产效率，对复杂制件还将造成脱模困难，强行脱模时甚至会产生脱模应力。

成型周期中的其他时间则与生产过程是否连续化和自动化以及连续化和自动化的程度等有关。

（4）零件结构设计

每个注塑产品在开始设计时首先要确定其开模方向和分型线，以保证尽可能减少抽芯滑块机构和消除分型线对外观的影响。

开模方向确定后，产品的加强筋、卡扣、凸起等结构尽可能设计成与开模方向一致，以避免抽芯减少拼缝线，延长模具寿命。

开模方向确定后，可选择适当的分型线，避免开模方向存在倒扣，以改善外观及性能。

适当的脱模斜度可避免产品拉毛（拉花）。光滑表面的脱模斜度应不小于0.5°，细皮纹（砂面）表面大于1°，粗皮纹表面大于1.5°。

适当的脱模斜度可避免产品顶伤，如顶白、顶变形、顶破等。

设计深腔结构产品时，外表面斜度尽量要求大于内表面斜度，以保证注塑时模具型芯不偏位，得到均匀的产品壁厚，并保证产品开口部位的材料强度。

各种塑料均有一定的壁厚范围，一般为0.5～4mm。当壁厚超过4mm时，将引起冷却时间过长，产生缩印等问题，应考虑改变产品结构。

壁厚不均会引起表面缩水。

壁厚不均会引起气孔和熔接痕。

加强筋的合理应用，可增加产品刚性，减少变形。

加强筋的厚度必须不大于（0.5～0.7）产品壁厚，否则引起表面缩水。

加强筋的单面斜度应大于1.5°，以避免顶伤。

圆角太小可能引起产品应力集中，导致产品开裂。设置合理的圆角，还可以改善模具的加工工艺，如型腔可直接用R刀铣加工，而避免低效率的电加工。不同的圆角可能会引起分型线的移动，应结合实际情况选择不同的圆角或清角。

孔的形状应尽量简单，一般取圆形。

孔的轴向和开模方向一致，可以避免抽芯。

当孔的长径比大于2时，应设置脱模斜度。此时孔的直径应按小径尺寸（最大实体尺寸）。

盲孔的长径比一般不超过4，以防孔针冲弯。

孔与产品边缘的距离一般大于孔径尺寸。

当塑件按开模方向不能顺利脱模时，应设计抽芯滑块机构。抽芯机构滑块能成型复杂产品结构，但易引起产品拼缝线、缩水等缺陷，并增加模具成本，缩短模具寿命。

设计注塑产品时，如无特殊要求，尽量避免抽芯结构。如孔轴向和筋的方向改为开模方向，利用型腔型芯碰穿等方法。

利用PP料的韧性，可将铰链设计成和产品一体。作为铰链的薄膜尺寸应小于0.5mm，且保持均匀，注塑一体铰链时，浇口只能设计在铰链的某一侧。

在注塑产品中镶入嵌件可增加局部强度、硬度、尺寸精度和设置小螺纹孔（轴），满足各种特殊需求，同时会增加产品成本。

嵌件一般为铜，也可以是其他金属或塑料件。

嵌件在嵌入塑料中的部分应设计止转和防拔出结构，如滚花、孔、折弯、压扁、轴肩等。

嵌件周围塑料应适当加厚，以防止塑件应力开裂。

设计嵌件时，应充分考虑其在模具中的定位方式（孔、销、磁性）。

产品标识一般设置在产品内表面较平坦处，并采用凸起形式，选择法向与开模方向尽可能一致的面处设置标识，可以避免拉伤。

由于注塑时收缩率的不均匀性和不确定性，注塑件精度明显低于金属件，不能简单地套用机械零件的尺寸公差应按标准选择适当的公差要求。我国也于1993年发布了GB/T14486—1993《工程塑料模塑塑料件尺寸公差》，设计者可根据所用的塑料原料和制件使用要求，根据标准中的规定确定制件的尺寸公差。

提高注塑产品结构的刚性，减少变形；尽量避免平板结构，合理设置翻边，凹凸结构；设置合理的加强筋。

将扣位装置设计成多个扣位同时共用，使整体的装置不会因为个别扣位的损坏而不能运作，从而增加其使用寿命，再是多考虑加圆角，增加强度。

倒扣位置过多容易形成扣位损坏；相反，倒扣位置过少则装配位置难于控制或组合部分出现过松的现象。解决办法是要预留改模容易加胶的方式来实现。

采用焊接（热板焊、超声波焊、振动焊等）可提高连接强度，简化产品设计。

设计注塑产品时，必须综合考虑产品外观、性能和工艺之间的矛盾。有时牺牲部分工艺性，可得到很好的外观或性能。

结构设计实在无法避免注塑缺陷时，尽可能让缺陷发生在产品的隐蔽部位。

支柱尽量不要单独使用，应尽量连接至外壁或与加强筋一同使用，目的是加强支柱的强度及使胶料流动更顺畅。

支柱高度一般是不会超过支柱直径的两倍半，因过高的支柱会导致塑胶部件成型时困气（长度太长时，会引起气孔、烧焦、充填不足等）。

支柱高度若超过支柱直径的两倍半，尤其是远离外壁的支柱，可使用加强筋的加强支柱的强度的方法。

支柱的形状以圆形为主，其他形状则加工不易，且流动性也不好。

支柱的位置不能太接近转角或外侧壁，应与产品外壁保持一段距离。

支柱周围可用除去部分肉厚（即开火山口）来防止收缩下陷。

支柱的拨模角度，通常外取0.5°，内取0.5°或1°。

5.部品

打印机里面有非常多的利用注塑加工的部品，其中很多还是起关键作用的部品（见图3-4和图3-5）。

图3-4 注塑功能部件

注：利用注塑生产的打印机的功能部件都是利用精密注塑工艺制造出来的，包括齿轮、轴套、字车等。

图3-5 注塑外装部件

注：由于注塑出来的零部件的外轮廓可以做到非常复杂，大量生产的成本却很低，所以绝大部分的打印机的外装都是注塑出来的。