CMF | 工业生产最常用的成型工艺-注塑成型

CMF设计军团 · 中国设计界最为专注的CMF原创型研究平台

 

 

 

 

 

注塑，其核心原理是注射成型，从名字上理解，就是把塑料流体注射到模具中，可以说是现代工业工艺中最重要的工艺之一。

 

注射成型成型快，生产灵活，是用于制造产品的常见工艺，是大批量生产相同产品的理想之选，备受各大厂商青睐。

而且注射成型的原料理论上来讲也不局限于塑料，包括金属，熔岩，水泥等流体均能进行注射成型。

但是由于各类材料本身特性不一，注射成型也就分为很多类别，比如金属注射成形，注塑成型等等。

 

之前咱们已经聊到了高分子成型的工艺的吹塑、热塑、旋转成型工艺了（感兴趣的童鞋可以点文末链接回顾一下），今天咱们继续沿着高分子成型的路线，过一遍注塑成型的基础工艺，以及在运用注射成型时候，设计师需要注意的小tips。

 

 

 

 

 

 

注塑成型历史

一种广泛使用且非常成熟的工艺。

 

▌ 先来翻一下注塑成型的历史

 

1872年，美国发明家JohnWesley Hyatt与他的兄弟Isaiah一起获得了第一台注塑机的专利。与目前使用的机器相比，该机器相对简单：它像一个巨大的皮下注射针，使用柱塞通过加热的圆筒将塑料注射到模具中。

该行业在19世纪末发展缓慢，生产的产品有衣领，纽扣和发梳。

 

1903年，德国化学家 Arthur Eichengrün 和 Theodore Becker 发明了第一种可溶高分子，醋酸纤维素，它比硝酸纤维素易燃。它最终以粉末形式提供，更容易注射成型。

 

1919年，Arthur Eichengrün 开发了真正意义的第一台注塑机。

 

1939年，Arthur Eichengrün 获得了塑化醋酸纤维注塑成型的专利。

之后，注塑成型在20世纪40年代迅速扩张，因为第二次世界大战对廉价，大规模生产的产品产生了巨大的需求。

 

1946年，美国发明家 James WatsonHendry 建立了第一个螺杆注塑机，可以更精确的控制注射速度和产品的质量。这种机器还允许材料在注射之前混合，使得颜料可以添加到原料中并在注射之前彻底混合。

 

20世纪70年代，Hendry开发了第一个气体辅助注塑成型工艺，可以生产复杂，中空的产品，并迅速冷却。这大大提高了设计灵活性以及制造部件的强度和光洁度，同时减少了生产时间，成本，重量和浪费。

 

塑料注塑工业多年来一直在发展，从生产梳子和纽扣到为汽车，医疗，航空航天，消费品，玩具，管道，包装和建筑等许多行业生产大量产品。注塑的产品我们可以在很多行业见到，特别是汽车，工业和家庭产品中。

 

 

 

注塑技术有几种不同的工艺，包括：一般注塑成型、气体辅助注塑成型、多射注塑成型、模内装饰工艺等。

 

 

 

 

注塑成型

一般注塑成型 / 气体辅助注塑成型 / 多射注塑成型 / 模内装饰工艺

 

 

 

一般注塑成型总体工艺（Injection Molding）

 

 

一般注塑成型总体工艺（Injection Molding）

 

 

 

首先将聚合物颗粒干燥至恰好正确的水含量并进料到料斗中，在该阶段加入稀释的颜料，然后材料进料到料筒中，其中它通过阿基米德螺杆的旋转作用同时被加热，混合并移向模具。熔融的聚合物暂时保持在桶中，随着压力增加，准备注入模腔中。达到设定的压力时，注塑口打开，压力将熔化的塑料注入模腔中。

 

循环生产的时间由部件的尺寸和聚合物重新固化所需的时间确定，通常在30至60秒之间。

 

注射后模具保持压力，以便在零件弹出后，弯曲程度和收缩率最小。最后弹出部件，工具移动分开，芯部缩回，并且通过顶杆施加力以将部件与工具的表面分离。

 

 

一般注塑的工艺流程很基础，但是随着注塑的不断发展，各类围绕注塑的高级工艺也被开发出来了，比如气体辅助注塑，多射注塑成型和模内装饰等。

 

 

 

 

 

 

气体辅助注塑（Gas-Assisted Injection Molding Process）

 

 

气体辅助注塑（Gas-AssistedInjectionMoldingProcess）

 

 

气体辅助注射成型技术在1985年首次用于大规模生产。最初，它被开发以克服收缩导致的凹痕问题。在注射期间吹入一定量的气体，在聚合物在模具打开之前的冷却阶段施加内部压力。通过非常精确的计算机控制，现在可以对修长而复杂的模制品进行充气。每个生产时间将略有不同，因为计算机对材料性质和流量的轻微变化进行调整。

 

 

该工艺使用改进的注塑设备：

阶段1，将塑料注入模腔中，但不完全填充。

阶段2，注入气体，其在熔融塑料中形成气泡并迫使其贴合模具。塑料和气体同时注入，产生更均匀的壁厚度，因为随着更多的塑料被注入，空气压力推动它更加贴合模具。

阶段3，随着塑料冷却和固化，保持气体压力，这样，收缩率可以最小化。最终脱模取出产品。

 

 

 

多射注塑成型工艺（MultishotInjection Molding Process)

 

 

多射注塑成型工艺（MultishotInjectionMoldingProcess)

 

 

 

 

多射注塑成型工艺又称多色注塑，多料注塑，重叠注塑。此处以其直译称呼，即多射注塑成型工艺。

多射注塑成型工艺是将两种或更多种塑料一起注塑成型。下面是多射注塑成型与其他一些类似工艺的区别：

 

 

▌ 这里我们主要介绍一种典型的多射注塑成型工艺。

 

阶段1，同时将聚合物A和B注入到不同的模腔中，其中聚合物A注入下模腔中，同时，将聚合物B注入在上部空腔中的预先已经模制好的聚合物A上。在压力下，熔融聚合物形成牢固的粘合。

阶段2，模具分离，并且从模制的聚合物A中移除浇道。同时，完成的成品从上模腔排出。旋转台板旋转以使模制好的的聚合物A与上模腔对准。

阶段3，模具再次闭合，并且重复操作顺序。

 

 

 

 

 

模内装饰工艺（In-MoldDecorationProcess）

 

 

模内装饰工艺（In-MoldDecorationProcess）

 

简单的说，模内装饰工艺用于在注射成型期间，可以将印刷物添加到塑料产品中，从而减少诸如印刷和喷涂等二次操作。模内装饰工艺的注塑时间会略有增加。该工艺可以用于生产几乎所有需要艺术化美观的注塑产品。

 

 

阶段1，在注塑之前将印刷的PC膜装载到模腔中。打印面向内放置，以便在注塑时，打印件将被保护在PC的薄膜背后。

阶段2，当热塑料注入模腔中时，其与PC膜结合（这类似于多射注射成型）。

阶段3，膜与注射成型塑料成为一体并且具有带有印刷表面的无缝整理。当注射热塑料时，它在30到17,000N/cm2之间的压力下被压靠在模具表面上，如果模具的表面有纹理，则PC膜会因为热成型以精确配合模具。压力大小由材料的类型和需要的表面光洁度决定。

 

 

 

给设计师的tips

注塑设计是一项多元配合的技术，涉及设计师，聚合物专家，工程师，工具制造商和模具制造商。与不同领域的专家全面合作将有助于实现产品的生产。

 

注塑成型在实际生产中很常见。

 

使用简单的分体模具时，该方法是最便宜的，而造型越复杂，成本越高。

最便宜的注塑模具由两个半体组成，称为阳模和阴模。但是工程师和工具制造商不断地使用更复杂的工具，比如可伸缩的芯，多门和多次注射来对比产品成型效果，有时需要更多的尝试可以推动工艺的发展。

 

注塑过程中需要使用的高压来确保良好的表面光洁度以及精细的细节，最重要的是，高压后具有优异的重复生产性。但高压的缺点是再凝聚的聚合物具有收缩和弯曲的趋势，这些缺陷可以使用结构设计的筋骨细节和仔细的流动分析来避免。

 

表面缺陷包括凹痕，焊缝和颜料条纹。一般在与筋部细节相对的表面上会出现凹痕，并且在材料受力的地方出现焊缝线。

 

几乎所有的热塑性材料都可以注塑成型。也可以在聚合物基体中加入某些热固性塑料和金属粉末来获得需要的性能。

 

 

▌下面是一些注塑失败的经验总结给各位需要的童鞋作为参考：

 

 

 

 

在成型工艺系列中，军团曾陆续推出了吹塑成型、热塑成型、旋转成型工艺的文章，有兴趣的童鞋可以点下方图片回顾一下。

 

 

推荐阅读

点击下方链接即可阅读

 

 

 

 

图文：部分来源于网络，军团整理编辑。

参考文献：

1.Rob Thompson，《ManufacturingProcesses for Design Professionals》，出版社: Thames &Hudson，出版年: 2007-11-30

2.U.S. patent #133229, dated 19 November1872.

3.About Injection Molding". XcentricMold & Engineering, Inc. Retrieved 30 January 2013.

4.朱世繁. 单机注射包覆成型技术[J].国外塑料, 2002, 20(1):20-21.

 

 

 

THE END

 

 

 

 

军团专注于CMF探索研究与分享传播，让模糊不清概念不明的行业逐渐清晰，让从事CMF的设计师有更好的环境成长，让需要CMF设计知识的人有资料可查，让产品创新更加便捷、价值更高、环境更加美好，为提升国内设计创新能力而努力。

 

汇聚国内外最为优秀的CMF人群与资源，打造专业度高、影响力强、最为真切的CMF平台。我们邀请到国内外产学研各界CMF设计师、工程师、教师、企业、平台、材料商、工艺资源等，组建专业CMF研究社群，欢迎各行业同仁加入到我们的研究之中，一起来探讨、分享、学习。我们今天的努力，或许就是行业未来发展的动力。

 

目前CMF设计军团&萨米工业云有成立汽车（内饰、智能、CMF等）、手机CMF、家电（CMF、智能等）、色彩（色彩、渐变色等）等产业交流群，有想加群的朋友可以加群主微信13714972649，备注要加入的微信群。

 

如果你是设计师

了解CMF行业动态、学习交流CMF设计

找创意、找材料、找工艺、找供应商、找CMF工作

反正军团这里可以帮到你

 

如果你是资源方

有好材料、好工艺、好产品、好设备

却不知道该用在哪？将产品资料、公司介绍发给军团

加入CMF设计军团优质供应商资源库就OK了

 

如果你是主机厂

有新品要设计研发、要进行色彩开发

需研究材料工艺、设计趋势、图案纹理

CMF项目遇到难题，又找不到专业设计团队解决

找军团做CMF设计顾问就可以了

 

如果你想加入军团

五年以上CMF设计工作经验，工作能力突出

可独当一面，对生活抱有激情，想挑战自己

愿意为中国CMF发展贡献一份力量，做份有意义事

那就将简历发给CMF设计军团吧

 

 

 

为探索CMF深度与广度，提升行业水平，军团邀请到：

海尔、美的、格力、西门子、奥克斯、小天鹅、海信、TCL、松下、奥马、长虹、飞利浦、创维、莱克、科沃斯、苏泊尔、九阳、紫米、云米、大米、青米、海派、仁宝、联宝、大华、视源、华为、小米、Apple、一加、传音、努比亚、OPPO、联想、中兴、vivo、奇酷360、美图、小辣椒、酷派、intel、大众、广汽、北汽、上汽、一汽、蔚来、泛亚、小鹏、宝沃、伊狄达、长城、潍柴、吉利、江淮、开云、陕汽、中车、奇瑞、同捷科技、佳普、老板、正大、模德、江南大学、东华大学、同济大学、天津科技大学、广东工业大学、华南理工大学、华南农业大学、安徽农业大学、哈尔滨理工大学、吉林大学、天津大学、五邑大学、北京服装学院色彩设计研究中心、中国流行色协会、中国色彩中心、爱色丽&潘通、新材料在线、艾邦高分子、江南大学&卡秀堡辉联合创新实验室、荣格、YANG DESIGN、等诸多业界同仁，分别来自家电、3C、汽车、家居、资源方、学术界、第三方平台、设计企业等，共同探索CMF，助力行业发展。

 

用心研究分享CMF

设计、材料、工艺、趋势、文稿、资讯

 

CMF设计军团免责说明：本文仅代表作者本人对于行业的个人看法，作为分享交流，对于文中观点的学术专业性、准确性，需要批判性阅读，文中内容不可作为CMF专业学术指导意见，仅做参考。本文引用的图文、数据等其它内容，来源于网络或公开资料，版权归原作者及原出处所有，仅用于学习之用。任何商业盈利目的均不得使用，否则产生的一切后果将由您自己承担。

 

如需转载，请与军团联系，尊重原创。