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在本指南中，您將找到您需要了解的有關注塑成型的所有信息。掌握技術的基本原理并快速學習可操作的設計技巧，這將節省您的時間并降低成本。
第1部分基礎知識
什么是注塑成型？它是如何工作的，它的用途是什么？
在本節中，我們將回答這些問題并向您展示注塑件的常見示例，以幫助您熟悉該技術的基本原理和應用。
什么是注塑成型？
注塑成型是一種用于批量生產具有良好公差的相同塑料零件的制造技術。在注塑成型中，聚合物顆粒首先熔化，然后在壓力下注入模具中，液態塑料在模具中冷卻并固化。注塑成型中使用的材料是熱塑性聚合物，可以著色或填充其他添加劑。您周圍的幾乎所有塑料部件都是使用注塑成型制造的：從汽車部件到電子外殼，再到廚房用具。注塑成型之所以如此受歡迎，是因為在大批量生產時每單位成本極低。注塑成型提供了高重復性和良好的設計靈活性。注塑成型的主要限制通常歸結為經濟性，因為需要對模具進行高額初始投資。此外，從設計到生產的周轉時間很慢（至少 4 周）。
注塑成型工藝
注塑成型如今廣泛用于消費品和工程應用。您周圍的幾乎所有塑料制品都是使用注塑成型制造的。這是因為該技術可以以非常低的每件成本（通常為每件 1-5 美元）以非常高的產量（通常為 1,000 到 100,000 多個單位）生產相同的零件。
但與其他技術相比，注塑成型的啟動成本相對較高，主要是需要定制模具。模具的成本可能在 3,000 美元到 100,000 美元以上，具體取決于其復雜性、材料（鋁或鋼）和精度（原型、試運行或全面生產模具）。
所有熱塑性材料都可以注塑成型。某些類型的有機硅和其他熱固性樹脂也與注塑工藝兼容。注塑成型中最常用的材料有：
- 聚丙烯 (PP)：約占全球產量的 38%
- ABS：約占全球產量的 27%
- 聚乙烯 (PE)：約占全球產量的 15%
- 聚苯乙烯 (PS)：約占全球產量的 8%
即使我們考慮所有其他可能的制造技術，僅這四種材料的注塑成型就占全球每年生產的所有塑料零件的40%以上！
注塑機：它們是如何工作的？
注塑機由 3 個主要部分組成：注塑單元、模具– 整個過程的核心 – 以及鎖模/頂出單元。
在本節中，我們將檢查每個系統的用途以及它們的基本操作機制如何影響注塑成型過程的最終結果。
注射單元的目的是熔化原料塑料并將其引導到模具中。它由料斗、機筒和往復螺桿組成。
以下是注塑成型工藝的工作原理：
- 首先將聚合物顆粒干燥并放入料斗中，在那里它們與著色顏料或其他增強添加劑混合。
- 顆粒被送入機筒，同時被加熱、混合并通過可變螺距螺桿向模具移動。螺桿和機筒的幾何形狀經過優化，有助于將壓力提高到正確的水平并熔化材料。
- 然后柱塞向前移動，熔化的塑料通過流道系統注入模具，填充整個型腔。隨著材料冷卻下來，它會重新凝固并形成模具的形狀。
- 最后，模具打開，現在實心的零件被頂針推出。然后模具關閉并重復該過程。
整個過程可以非常快速地重復：周期大約需要30 到 90 秒，具體取決于零件的大小。
零件彈出后，將分配到傳送帶上或存放容器中。通常，注塑件可以立即使用，幾乎不需要后處理。
制造模具
模具就像照片的底片：它的幾何形狀和表面紋理直接轉移到注塑件上。
它通常占注塑成型啟動成本的最大部分：對于簡單的幾何形狀和相對較小的生產運行（1,000 到 10,000 件），典型模具的成本約為 2,000-5,000 美元，最高可達 100,000 美元適用于為全面生產（100,000 件或更多）而優化的模具。
這是由于設計和制造可以精確生產數千（或數十萬）個零件的高質量模具所需的高水平專業知識。
模具通常是CNC加工的由鋁或工具鋼制成，然后按要求的標準完成。除了零件的負片外，它們還具有其他功能，例如有助于材料流入模具的流道系統，以及有助于和加速零件冷卻的內部水冷通道。
3D 打印材料的最新進展使得能夠以一小部分成本制造適用于小批量注塑成型（100 個零件或更少）的模具。由于傳統模具制造的成本非常高，這種小批量在過去在經濟上是不可行的。
最簡單的模具是直拉模具。它由兩部分組成：腔體（正面）和芯體（背面）。
在大多數情況下，首選直拉模具，因為它們設計和制造簡單，總成本相對較低。但是有一些設計限制：零件的每一側必須有 2.D 幾何形狀并且沒有懸垂（即下方不支持的區域）。
如果需要更復雜的幾何形狀，則需要可伸縮的側向芯或其他插件。
側向型芯是從頂部或底部進入模具的移動元件，用于制造帶有懸垂部分的零件（例如，型腔或孔）。不過，應謹慎使用副作用，因為成本會迅速增加。有趣的事實：大約 50% 的典型注塑周期專門用于冷卻和固化。最小化設計的厚度是加快這一步驟并降低成本的關鍵。
模具的2面：A面和B面
注塑件有兩個側面：A 面，面向型腔（模具的前半部分）和 B 面，面向型芯（模具的后半部分）。這兩個方面通常用于不同的目的：
A面通常具有更好的視覺外觀，通常被稱為美容面。根據您的設計規范，A 側的面將是光滑的或具有紋理。
B 面通常包含零件的隱藏（但非常重要）的結構元素（凸臺、肋、卡扣等）。出于這個原因，它被稱為功能方面。B 面通常會有較粗糙的光潔度，并且頂針上有明顯的痕跡。
將材料注入模具：流道系統
流道系統是引導熔融塑料進入模具型腔的通道。它控制液體塑料注入型腔的流量和壓力，并在彈出后將其移除（它會折斷）。流道系統通常由 3 個主要部分組成：
- 澆口是所有熔化的塑料在進入模具時最初流經的主要通道。
- 流道將熔化的塑料沿著模具兩半相交的面鋪開，并將支線連接到澆口。可能有一個或多個流道，將材料導向一個或多個零件。流道系統在頂出后與零件斷開。這是注塑成型中唯一的材料浪費，其中15-30%可以回收再利用。
- 澆口（是材料進入模具型腔的入口點。它的幾何形狀和位置很重要，因為它決定了塑料的流動。
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不同的澆口類型適用于不同的應用。注塑成型中使用的澆口有 4 種類型：
- 邊澆口在模具兩半的分型線上注入材料，是最常見的澆口類型。流道系統必須稍后手動拆除，在注射點留下一個小缺陷。
- 隧道澆口在分型線下方注入材料。當零件從模具中彈出時，流道系統會折斷，無需手動移除。這使得這種類型的門非常適合非常大的體積。
- 后澆口從型腔的背面注入材料，隱藏了因破壞其他澆口類型而留下的小缺陷。這些澆口用于需要出色視覺外觀的零件。
- 熱尖端直接連接到支線并從零件的頂部注入塑料。這種流道系統不會浪費任何材料，使其成為大規模生產的理想選擇，但在注射點會看到一個凹坑。
遺跡
在流道系統與零件連接的點上，通?？梢钥吹揭粋€小的缺陷，稱為痕跡。
如果出于審美目的不希望出現痕跡，那么也可以“隱藏”在零件的功
夾緊和頂出系統
注塑機的另一端是鎖模系統。鎖模系統有雙重用途：在注射過程中保持模具的兩個部分緊密閉合，并在打開后將部分推出模具。
零件彈出后，它會落到傳送帶或存儲桶上，然后重新開始循環。
然而，模具不同運動部件的對齊從來都不是完美的。這會導致產生 2 個常見缺陷，這些缺陷幾乎在每個注塑成型部件上都可見：
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- 在模具兩半相交的零件側面可見的分型線。它們是由微小的錯位和模具略微圓潤的邊緣引起的。
-在零件隱藏的 B 側可見的噴射器（或見證）標記。它們的產生是因為頂針在模具表面上方略微突出或在模具表面下方縮進。
下圖顯示了用于制造遙控器外殼兩側的模具?？焖贉y驗：嘗試在此模具上定位型芯（A 側）、型腔（B 側）、流道系統、頂針、側動型芯和排氣孔。
注塑成型的好處
塑料的大批量生產注塑成型是制造大量相同塑料零件的最具成本競爭力的技術。一旦創建了模具并設置了機器，就可以非?？焖俚匾苑浅５偷某杀局圃祛~外的零件。
注塑成型的建議最小生產量為 500 件。此時，規模經濟開始發揮作用，相對較高的模具初始成本對單價的影響不那么顯著。
材料范圍廣幾乎所有熱塑性材料（以及一些熱固性塑料和有機硅）都可以注塑成型。這為設計提供了非常廣泛的具有不同物理特性的可用材料。
用注塑成型生產的零件具有非常好的物理性能。它們的性能可以通過使用添加劑（例如，玻璃纖維）或通過將不同的顆粒（例如，PC/ABS 混合物）混合在一起來實現所需的強度、剛度或抗沖擊性水平。
非常高的生產力典型的注塑成型周期持續 15 到 60 秒，具體取決于零件的尺寸和模具的復雜程度。相比之下，CNC 加工或 3D 打印可能需要幾分鐘到幾小時才能產生相同的幾何形狀。此外，一個模具可以容納多個零件，進一步提高了該制造工藝的生產能力。
這意味著每小時可以生產數百個（甚至數千個）相同的零件。
良好的重復性和公差注塑成型工藝具有高度可重復性，生產的部件基本相同。當然，隨著時間的推移，模??具會出現一些磨損，但典型的試運行鋁模具將持續 5,000 到 10,000 個循環，而由工具鋼制成的全面生產模具可以承受 100,000 多個循環。
通常，注塑成型將生產公差為 ± 0.500 mm (0.020”) 的零件。在某些情況下，更嚴格的公差低至 ± 0.125 mm (0.005”) 也是可行的。這種精度水平足以滿足大多數應用的需要，并且可以與 CNC 加工和 3D 打印相媲美。
出色的視覺外觀注塑成型的一個關鍵優勢在于它可以生產幾乎不需要額外精加工的成品。模具的表面可以拋光到非常高的程度，以創建像鏡子一樣的零件?；蛘呖梢詫λ鼈冞M行噴砂處理以形成紋理表面。SPI 標準規定了可以達到的精加工水平。
注塑成型的局限性
工具的高啟動成本注塑成型的主要經濟制約因素是模具的高成本。由于必須為每個幾何形狀制作定制模具，因此啟動成本非常高。這些主要與模具的設計和制造有關，通常成本在 5,000 美元到 100,000 美元之間。出于這個原因，注塑成型僅適用于 500 臺以上的生產在經濟上可行。
設計變更成本高昂模具制造出來后，修改起來非常昂貴。設計更改通常需要從頭開始創建新模具。因此，正確設計用于注塑成型的零件非常重要。
在第 2 部分中，我們列出了在設計注塑成型時要牢記的最重要的設計注意事項。在第 5 部分中，我們還將了解如何通過創建零件的物理原型來降低風險。
比其他技術更長的交貨時間注塑成型的典型周轉時間在 6-10 周之間。制造模具需要 4-6 周，另外還有 2-4 周用于生產和運輸。如果需要更改設計（這很常見），則周轉時間會相應增加。
相比之下，桌面 3D 打印機制造的零件可以在一夜之間交付，而工業 3D 打印系統的交貨時間通常為 3-5 天。CNC 加工零件通常在 10 天內或最快 5 天內交付。
