注射成型

注射成型

所屬類別

科技 >> 材料 >> 塑料

作者：穆沙R.卡邁勒、阿芙拉姆J.伊薩耶夫、劉士榮 主編

叢書名：

出版日期：2014年1月

書號：978-7-122-17500-7

開本：16K　787×1092　1/16

裝幀：精

版次：1版1次

頁數：589頁

本書旨在傳遞注射成型工藝科學技術的相關信息，綜合了注射成型領域的實踐和理論研究成果。二十一個章節的作者們均為注射成型技術相關領域的專家和學術帶頭人。當然，本書不能涵蓋所有方面，特別是對這樣一個不斷發展的新領域。但我們還是希望讀者能夠從中獲得豐富的信息和技術背景資料，掌握注射成型關鍵技術。

第一部分背景與概況

第1章注射成型：序言和背景1

Musa RKamal

11範圍1

12引言1

121聚合物加工1

1211塑料加工過程1

1212聚合物及其混合物的加工

性質2

122注射成型2

1221引言2

1222一般的注射成型過程步驟3

13注射成型過程4

131塑化階段4

1311熔融段5

1312噴嘴中的溫度分佈6

132充模過程8

1321流線和熔接線8

1322噴流9

1323噴泉流動9

133模腔中的熱傳導12

1331模腔中溫度分佈的測量12

1332注射成型中熱傳導的數值

模擬15

1333結晶動力學16

14微結構注射成型17

141結晶18

1411結晶與取向對雙折射及拉伸

模量的影響18

142形態19

143殘餘應力21

1431殘餘應力計算23

144纖維增強熱塑性塑料的微結構25

1441纖維長度及其濃度分佈25

1442基體結晶度26

1443纖維與基體取向26

1444導電纖維複合材料27

145熱固性材料的固化分佈28

15注射成型材料及製品的性能29

符號列表33

參考文獻35

第二部分注射成型機器和系統

第2章注射成型機、模具和加工42

Tadmoto Sakai和Kenji Kikugawa

21注射成型機42

211注射成型機的類型42

2111卧式注射成型機42

2112立式注射成型機42

2113角式注射成型機43

212螺桿、機筒43

2121往複螺桿式注射成型機44

2122注射成型機的螺桿設計44

2123注射成型機的機筒45

213驅動原理46

2131液壓注射成型機46

2132電動注射成型機46

21321電動注射成型機的控

制系統46

21322電動注射成型機的注

射機理47

21323電動注射成型機的噴

嘴接觸裝置48

21324電動合模裝置48

21325電動頂出裝置48

2133人機界面和通信控制48

21331注射成型機的人機

界面48

21332通信控制49

214過程式控制制49

2141填充過程式控制制50

2142保壓壓力切換過程式控制制50

2143保壓過程式控制制50

2144計量過程式控制制51

2145模具開/合過程式控制制51

2146機筒和噴嘴的溫度控制51

2147注射壓縮過程式控制制51

22注射成型模具52

221模具各部分的作用52

222模具的分類53

2221冷流道模具系統53

22211二板模具53

22212三板模具54

2222熱流道模具系統55

223主流道、流道和澆口56

2231流道56

2232澆口56

2233澆口平衡58

2234排氣58

224頂出機構58

2241頂出桿59

2242襯套和推板59

2243空氣頂出59

225模具冷卻60

226溫度控制方法和機構60

2261流體介質控制60

2262電加熱器控制61

23注射成型工藝61

231模內注射成型61

232傳統工藝61

233DSI成型過程62

2331注射焊接機構機理62

2332DSI模塑工藝的優點62

2333DSI模塑工藝的產品實例62

234多物料注塑63

2341多物料模塑技術63

2342MDSI注射成型工藝應

用實例64

235超高速注射成型65

2351高速注射的影響65

2352高速注射成型機65

2353超高速注射成型的例子66

236模內塗層注射成型66

2361表面裝飾技術66

2362同步傳輸模塑67

237嵌件模塑成型過程68

2371嵌入式成型機68

238夾心注射成型68

2381工藝概述68

2382夾心噴嘴的搭建69

2383夾心成型法的特徵69

239塑料磁體注射成型70

2391成型系統和磁場產生方法70

2392注射成型塑料磁體的重

要事項71

2393磁性塑料成型設計的要點72

2310長玻璃纖維增強注射成型72

23101長纖維加強塑料注射

成型72

23102長玻璃纖維增強塑料的

特性73

23103長纖維成型在大型產品

上的應用73

參考文獻73

第3章注射成型機的塑化系統75

Mark ASpalding和Kun Sup Hyun

陶氏化學公司美國密歇根州米德蘭市聚合物加工研究所和新澤西理工學院

美國新澤西州紐瓦克

31前言75

32塑化系統76

33塑化螺桿的操作工藝77

331合理的工藝78

34熔融過程79

35基本螺桿的設計84

351PS的注射成型研究85

36高性能螺桿的設計85

37二次混合過程及裝置90

371動態混合元件94

38間接與混合相關的螺桿設計問題96

39止逆閥97

符號說明98

參考文獻99

第4章非傳統注射模具101

António MCunha,António JPontes

41緒論101

42多組分注塑成型工藝使用的模具102

421共注成型102

422二次注塑成型103

43注射裝置，排布和流道系統105

431設備105

432熱流道106

433材料的相互作用106

44注塑焊接模具107

45背面注塑成型技術模具108

451紡織品上的注塑成型108

452模內貼標技術110

453模內裝飾技術110

參考文獻112

第5章氣體輔助注射成型113

ShihJung Liu

51引言113

511氣體輔助注射成型113

512GAIM的優缺點115

513GAIM所用的材料116

52成型設備及過程116

521氣體注射單元和注射噴嘴116

522氣體注入製品116

523氣嘴117

524成型過程中的壓力變化118

525氣體在成型製品中的穿透現象118

526氣體的排放與回收120

527GAIM的成型性能圖120

53建模121

54製品/模具設計和成型準則122

541氣體通道形狀和尺寸122

542氣體通道的布置123

543重力效應124

544殘餘壁厚分佈124

545氣體在聚合物中的溶解124

546氣指125

547不穩定的氣體穿透126

548競流效應引起的熔接痕127

549纖維增強材料的成型128

55結論129

符號列表129

縮寫詞列表130

參考文獻130

第6章水輔注射成型技術(WIT)132

Walter Michaeli

61引言132

62加工技術133

621加工過程133

622工藝方法133

6221短射法133

6222足量注射法134

6223溢流的足量注射法134

6224熔體迴流法134

6225抽芯法135

6226漂洗/沖洗法135

623GAIM和WIT的對比135

6231GAIM的局限性135

6232循環周期136

6233製品特性136

62331殘餘壁厚136

62332收縮/彎曲136

62333流體一側的表面質量138

62334典型的製品缺陷138

63設備和注射技術138

631水壓生成單元的基本概念和

操作技術138

632水輔助注射成型技術的注射

器技術140

6321WIT注射器要求140

633不同WIT注射器的分類

和形式141

6331操作方法141

6332操作方向142

6333模具中的定位142

634WIT注射器的一般設計注意事項142

6341優異的加工過程可靠性143

6342明確的可控性143

64WIT相應的製品設計143

641注射器嵌入143

642WIT製品的一般設計準則144

643管狀製品144

6431橫截面144

6432長徑比144

6433彎曲和改道145

6434直徑的改變145

644厚截面的緻密製品145

縮寫詞列表145

符號列表146

參考文獻146

第三部分複合材料的注射成型

第7章纖維增強材料的注射成型中流動引起的微結構148

Michel Vincent

71引言148

72觀察148

721纖維長度分佈148

722纖維含量149

723纖維取向150

7231取向機理150

7232定量觀察150

7233定量工具：取向分佈函數，

取向張量151

7234實驗方法151

7235結果分析152

73纖維取向的計算153

731取向模型153

7311標準模型153

7312相互作用係數的選擇和

收斂近似154

73121相互作用係數的值154

73122收斂近似問題155

7313標準模型的討論155

7314應用於注射成型155

732流變學模型155

7321流變測量綜述155

7322行為定律的引言156

74結論156

符號列表157

參考文獻157

第8章注射發泡成型技術160

XXu，CBPark著何繼敏譯

81引言160

82注射發泡成型技術：背景160

821結構發泡成型160

8211低壓發泡成型161

822高壓發泡成型161

8221共注射發泡成型162

8222氣體反壓發泡成型162

8223順序注射發泡成型162

823微孔注射發泡成型163

8231微孔發泡成型的背景163

8232微孔注射發泡成型的進展164

82321間歇微孔加工164

82322半連續微孔加工164

82323連續微孔加工164

82324微孔注射發泡成型164

83發泡注射成型的基礎知識166

831發泡添加劑166

8311泡孔成核劑167

8312發泡劑167

83121化學發泡劑167

83122物理髮泡劑167

832聚合物/氣體混合物的熱物理

和流變性能167

8321溶解度與擴散率167

83211溶解度167

83212擴散率168

8322聚合物/氣體混合物的

黏度169

8323聚合物/氣體混合物的

表面張力170

833可發混合物的形成170

8331在CBA加工中的可發混合物170

8332在PBA加工中的可發混合物171

8333氣體在聚合物中的溶解作用171

834泡孔成核171

8341均相和非均相成核171

83411均相成核171

83412非均相成核172

8342充模過程中的成核和壓力曲線173

835充模與泡孔生長175

8351幾何唯一性與熔合線175

8352孔隙率控制175

8353模內泡孔生長176

84發泡成型設備及應用176

841發泡成型設備176

842應用177

85未來發展178

符號與縮略語178

參考文獻179

第9章金屬粉末注射成型183

91機遇183

92工藝概述184

93給料185

931粉料185

932黏結劑187

933混合187

94零件和模具設計188

941零件設計188

942模具設計190

95成型192

951成型設備192

952操作過程192

96脫脂193

97燒結194

971基本原理194

972燒結爐197

973定型塊199

98燒結后處理200

981熱處理200

982熱等靜壓201

983輔助操作201

99材料特性201

符號說明202

參考文獻203

致謝204

第10章微注射成型205

101介紹205

102為什麼聚合物加工對微系統工程有如此的吸引力205

103微注射成型的工藝特點206

1031微型元件的類型207

1032微注射成型的設備技術207

1033微注射成型的微結構型芯加工209

1034微注射成型的特殊類型209

1035模擬210

104微反應注射成型211

1041反應樹脂聚合方法211

1042LIGA結構的熱引發反應注射成型212

1043光引發反應成型技術的發展213

1044光固化系統的紫外線壓印215

1045複合材料的光成型216

105微粉末注射成型(MicroPIM)217

1051MicroPIM簡介217

1052PIM用金屬陶瓷粉末218

1053商業用PIM原料和黏結劑219

1054粉末微注射黏結劑體系220

1055MicroPIM原料混合220

1056PIM原料的流變性測試221

1057MicroPIM機械222

1058MicroPIM成型模具223

1059注射成型微部件的圖形化過程223

10591微注射毛坯的脫脂224

10592微注射部件的燒結過程224

10510微注射成型的發展225

1061雙組分注射成型的機器226

1062雙組分微注射成型模具技術226

1063多組分注射成型模具的接觸強度226

1064雙組分注射成型工藝步驟227

1065雙組分注射成型的溫度控制227

1066多組分注射成型的應用227

10661插入式注射成型227

10662超模壓227

10663模具裝配227

10664三維MID技術228

10665雙組分粉末注射成型228

107總結和展望228

縮寫詞表229

參考文獻230

第四部分可視化過程，控制，最優化和模擬第11章模具型腔內部可視化和加熱筒235

111簡介235

112模腔內部的動態可視化技術235

1121動態可視化技術概述235

11211光傳播方法235

11212光反射方法236

11213光切法237

1122嵌入式玻璃模具（2D,3D）238

1123背光模具241

1124激光板模具242

1125流體交換系統243

1126高放大倍率的自動跟蹤系統244

1127用於高速注射成型的可視化技術247

113用於模腔內部的靜態可視化技術248

1131靜態可視化技術的概況248

11311有色材料堵漏248

11312彩色層壓材料249

1132流體交換系統和澆口磁化方法249

114加熱料筒的可視化252

1141加熱料筒內部可視化技術的概述252

1142玻璃插入式加熱料筒254

1143料斗喉內部的可視化系統，檢查環和儲料區256

1144層壓夾縫圖像的圖像處理

方法257

參考文獻259

第12章注射成型控制262

121引言262

122控制系統的基本概念和組成263

1221基本控制系統結構263

12211開環系統263

12212閉環系統263

1222控制系統的基本組成263

12221注射成型的可控變數264

12222注射成型的執行器264

12223輸出變數的測試265

12224控制器265

123控制應用265

1231機器順序控制265

1232自適應控制266

12321注射成型過程變數的動態分析266

12322適應控制背景269

12323RLS評估269

12324極點配置設計270

12325整係數多項式方程求解270

12326自適應極點配置控制的直接實施271

12327改進Ⅰ——抗飽和估計272

12328改進Ⅱ——自適應前饋控制274

12329改進Ⅲ——周期對周期調節275

123210不同條件測試276

123211小結277

1233模型預測控制277

12331MPC背景277

12332MPC基礎277

12333注射速度的GPC設計278

12334GPC與極點配置的階躍響應比較279

12335不同條件下自適應GPC實驗279

12336小結280

1234模糊模型的控制280

12341模糊干預系統280

12342注射速度的模糊多模型和應用281

12343模糊多模型預測控制284

12344規則結果模型參數的在線識別284

12345規則前提的成員函數參數的批次學習285

12346模糊多模型預測控制的實驗測試286

12347小結290

1235迭代學習控制290

12351迭代學習控制基礎290

12352P型學習控制演演算法291

12353優化迭代學習控制器292

12354魯棒性和適應性分析294

12355權重矩陣的選擇295

12356用優化ILC的注射速度控制296

12357小結298

1236注射成型的統計過程監測299

1237連續過程的統計過程監測299

1238批處理過程的統計監測300

1239注射成型的分階段統計

監測301

12391錯誤1：材料干擾303

12392錯誤2：檢查環失效303

124注射成型的控制發展和挑戰305

1241控制發展305

1242注射成型控制的主要挑戰306

12421魯棒控制演演算法實施306

12422新測試306

12423全面質量模型306

12424閉環質量控制306

12425過程和控制性能監測306

參考文獻306

第13章注射成型的優化設計310

131前言310

132充模問題基本方程311

1321數學模型：肖氏方程和能

量方程311

1322邊界條件312

1323數值離散化312

133最優化技術313

1331最優化概念313

1332最優化問題313

1333最優化問題的數值解313

13331零階方法314

13332一階和二階方法315

13333零階方法和梯度法

的聯合315

134梯度法和敏感性分析316

1341直接靈敏度方程法316

1342伴隨方程法317

1343求解方法比較318

1344方法選擇318

135注射成型的優化設計318

1351問題參數319

1352問題定義319

1353狀態方程的直接靈敏度319

1354目標函數的靈敏度公式320

1355注射壓力以及靈敏度的

參數化321

1356約束函數的靈敏度322

1357前沿流動追蹤及敏感度322

1358流動區域及敏感度的參數化322

136演演算法324

137應用範例324

1371汽車零件：單個澆口最優化324

1372車載鏡頭：複式澆口優化328

1373複式澆口最優化：多個

最優解330

138結論332

符號及縮寫說明332

參考文獻333

第14章注射成型模擬的發展337

Peter Kennedy

141簡介337

142注射成型過程337

143問題338

1431基本物理過程338

1432材料的性質338

1433模具及零件複雜的幾何性質339

1434過程穩定性339

144為什麼要模擬注射成型339

145早期模擬研究狀況339

1451邊界條件和固化340

146早期商業模擬341

14720世紀80年代的模擬342

14820世紀80年代的學術著作342

1481充模342

1482製品冷卻344

1483翹曲分析345

1484纖維取向345

14920世紀80年代以來的商業性模擬346

1491由大型企業開發不用於銷

售的模擬程序348

14911通用電氣348

14912Philips/Technical University

of Eindhoven348

1492編碼由大公司開發並銷售348

14921SDRC348

14922GRAFTEK348

1493致力於開發和銷售模擬軟

件的公司349

14931AC Technology349

14932Moldflow349

14933Simcon Kunststofftechnische

Software GmbH350

141020世紀90年代模擬的發展情況350

141120世紀90年代模擬方面的學術

工作350

141220世紀90年代商業化的發展351

14121SDRC351

14122Moldflow352

14123AC Technology/CMOLD354

14124Simcon354

14125Sigma Engineering354

14126Timon355

14127Transvalor355

14128CoreTech系統355

14132000年以來的模擬科學355

14142000年以來的商業發展357

14141Moldflow358

14142Timon358

14143Core Tech Systems358

1415當前的模擬軟體市場358

1416結論359

1417附錄：25D分析359

14171材料特性360

14172幾何約束361

14173數學分析演演算法的簡化361

1418致謝363

參考文獻363

第15章三維注射成型模擬368

151引言368

1511注射過程368

1512三維數值模擬的研究過程369

1513三維注射成型模擬概況369