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在塑料成型生产中，塑料原料、成型设备和成型所用模具是三个必不可少的物质条件，必须运用一定的技术方法，使这三者联系起来形成生产能力，这种方法称为塑料成型工艺。塑料种类有很多，其成型方法也有很多，表1-1列出了常用的成型加工方法与模具。
表1-1 常用的成型加工方法与模具
塑料的成型方法除了以上列举的6种，还有压延成型、浇注成型、玻璃纤维热固性塑料的低压成型、滚塑（旋转）成型、实型铸造成型及快速成型等。本书着重介绍应用最广泛的注射成型、压缩成型、压注成型、挤出成型等塑料成型工艺。
注射成型工艺过程的确定是注射工艺规程制订的中心环节。主要有成型前的准备、注射过程和塑件的后处理三个过程。
（1）注射成型前的准备 为了保证注射成型过程顺利进行，使塑件产品质量满足要求，在成型前必须做好一系列准备工作，主要有原材料的检验和工艺性能测定、原材料的着色、原材料的干燥、嵌件的预热、脱模剂的选用以及料筒的清洗等。
1）原材料的检验和工艺性能测定。在成型前应对原材料的种类、外观（色泽、粒度和均匀性等）进行检验，对原材料流动性、热稳定性、收缩性、水分含量等方面进行测定。
2）对原材料进行着色。为了使成型后的塑件更美观或要满足使用方面的要求，配色、着色可采用色粉直接加入树脂法和色母粒法。
色粉与树脂直接混合后，送入下一步制品成型工艺，这样工序短、成本低，但工作环境差、着色力差、着色均匀性和质量稳定性差。
色母粒是将着色剂和载体树脂、分散剂、其他助剂配制成一定浓度着色剂的粒料，制品成型时根据着色要求，加入一定量色母粒，使制品含有符合要求的着色剂量，以此达到着色要求。
3）原材料的干燥。对于吸湿性强的塑料（聚酰胺、有机玻璃、聚酞胺、聚碳酸酯及聚砜等），应根据注射成型工艺允许的水分含量要求进行适当的预热干燥，去除原材料中过多的水分及挥发物，以防止注射成型时发生降解或成型后塑件表面出现气泡和银纹等缺陷。
不易吸湿的塑料，如聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯及聚甲醛等，如果储存良好，包装严密，一般可不进行干燥。
干燥处理就是利用高温使塑料中的水分含量降低，方法有烘箱干燥、红外线干燥、热板干燥及高频干燥等。干燥方法的选用，应视塑料的性能、生产批量和具体的干燥设备而定。热塑性塑料通常采用前两种干燥方法。
影响干燥效果的因素有：干燥温度、干燥时间和料层厚度。一般情况下，干燥温度应控制在塑料的玻璃化温度以下，但温度如果过低，则不易排除水分；干燥时间长，干燥效果好，但生产周期会过长；干燥时料层厚度一般为20～50mm。干燥后的原材料要求立即使用，如果暂时不用，为防止再次吸湿，要密封存放；长时间不用的塑料使用前应重新干燥。
4）料筒的清洗。在注射成型之前，如果注射机料筒中原来残存的塑料与将要使用的新料不同或颜色不一致时，或发现成型过程中出现了热分解或降解反应，都要对注射机的料筒进行清洗。
通常，柱塞式注射机的料筒存料量大，又不易转动，必须将料筒拆卸清洗或采用专用料筒清洗设备。而对于螺杆式注射机通常采用直接换料、对空注射法清洗。
料筒的对空注射法清洗应注意以下几方面：
①新料成型温度高于料筒内残存塑料的成型温度时，应将料筒温度升高至新料的最低成型温度，然后加入新料或新料的回料，连续“对空注射”，直到残存塑料全部被清洗完毕，再调整温度进行正常生产。
②当新料的成型温度比料筒内残存塑料的成型温度低时，应将料筒温度升高至残存塑料的最佳流动温度后切断电源，用新料或新料的回料在降温状态下进行清洗。
③如果新料成型温度高，而料筒中残存塑料又是热敏性塑料（如聚氯乙烯、聚甲醛和聚三氟氯乙烯等），则应选流动性好、热稳定性高的塑料（如聚苯乙烯、低密度聚乙烯等）作为过渡料，先换出热敏性塑料，再用新料或新料的回料换出热稳定性好的过渡料。
④当两种材料成型温度相差不大时，则不必改变温度，先用新料的回料，后用新料连续“对空注射”即可。
由于直接换料清洗会浪费大量的清洗料，目前已经研制出一种新的料筒清洗剂，这种清洗剂的使用方法：首先将料筒温度升至比正常生产温度高10～20℃，放入净料筒内的存储料，然后加入清洗剂（用量为50～200g），最后加入新换料，用预塑的方式连续挤一段时间即可。可重复清洗，直至达到要求为止。
5）嵌件的预热。为了满足装配和使用强度的要求，成型前，金属零件先放入模具内的预定位置上，成型后与塑料成为一个整体。塑件内嵌入的金属零件称为嵌件。由于金属和塑料断面收缩率差别较大，在塑件冷却时，嵌件周围会产生较大的内应力，导致嵌件周围强度下降和出现裂纹。因此，在成型前要对金属嵌件进行预热，以减小嵌件和塑料的温度差。
对于成型时不易产生应力开裂的塑料，且当嵌件较小时，则可以不必预热。预热的温度以不损坏金属嵌件表面所镀的锌层或铬层为限，一般为110～130℃。对于表面无镀层的铝合金或铜嵌件，预热温度可达150℃。
6）脱模剂的选用。脱模剂是为使塑件容易从模具中脱出而喷涂在模具表面上的一种助剂。注射成型时，塑件的脱模主要依赖于合理的工艺条件和正确的模具设计，但由于塑件本身的复杂性和工艺条件控制的不稳定，可能会造成脱模困难，所以在实际生产中经常使用脱模剂。
常用的脱模剂有硬脂酸锌、液体石蜡（白油）和硅油等。除了硬脂酸锌不能用于聚酰胺，对于一般塑料，上述三种脱模剂均可使用。其中尤以硅油的脱模效果最好，只要对模具施用一次，即可长效脱模，但价格高昂、使用麻烦。硬脂酸锌通常用于高温模具，而液体石蜡多用于中低温模具。
使用脱模剂时，喷涂应均匀、适量，以免影响塑件的外观和质量。对于含有橡胶的软塑件或透明塑件不宜采用脱模剂，否则将影响塑件的透明度。
（2）注射过程 注射成型过程包括加料、塑化、充模、保压、倒流、冷却和脱模等几个步骤。但就塑料在注射成型中的实质变化而言，注射成型过程包括塑料的塑化和熔体充满型腔与冷却定型两大过程。
1）加料。注射成型时需定量加料，使塑料塑化均匀，以获得良好的塑件。加料过多、受热的时间过长，容易引起塑料的热降解，同时使注射机功率损耗增多；加料过少，料筒内缺少传压介质，使型腔中塑料熔体压力降低，难于补压，容易引起塑件出现收缩、凹陷、空洞甚至缺料等缺陷。
2）塑化。塑料在料筒中受热，由固体颗粒转换成黏流态，并变成可塑性良好的均匀熔体的过程称为塑化。塑化进行得好坏会直接影响塑件的产量和质量。对塑化的要求是在规定时间内能提供足够数量的塑料熔体，且塑料熔体在进入塑料型腔之前应达到规定的成型温度，而且熔体温度应均匀一致。
决定塑料塑化质量的主要因素是塑料的性能、受热状况和塑化装置的结构。通过料筒对塑料加热，使聚合物分子松弛，由固态向液态转变；而剪切作用则以机械力的方式强化了混合和塑化过程，使塑料熔体的温度分布、物料组成和分子形态都发生改变，并更趋于均匀；同时螺杆的剪切作用能在塑料中产生更多的摩擦热，促进了塑料的塑化，因而螺杆式注射机对塑料的塑化比柱塞式注射机要好得多。
总之，塑料的塑化是一个比较复杂的物理过程，它涉及固体塑料输送、熔化、塑料熔体输送等许多问题，涉及注射机类型、料筒和螺杆结构，涉及工艺条件的控制等。
3）充模。充模是注射机的柱塞或螺杆将塑化好的熔体推挤至料筒前端，经过喷嘴及模具浇注系统进入并充满型腔的过程。模具型腔内的熔体迅速增加，压力也迅速增大，当熔体充满型腔后，其压力达到最大值。
4）保压。熔体在模具中冷却收缩时，继续保持施压状态的柱塞或螺杆使浇口附近的熔体不断补充入模具中，使型腔中的塑料能成型出形状完整的致密塑件，这一阶段称为保压。直到浇口冻结时，保压结束。
5）倒流。如果浇口尚未冻结，柱塞或螺杆后退，卸除对型腔中熔体的压力，这时型腔中的熔体压力将比浇口处的高，就会发生型腔中熔体通过浇口流向浇注系统的倒流现象，使塑件产生收缩变形及质地疏松等缺陷。如果浇口处的熔体已凝固，柱塞或螺杆开始后退，则倒流阶段不会出现。
6）浇口冻结后的冷却。当浇注系统的塑料已经冻结，已不再需要继续保压，因此可退回柱塞或螺杆，卸除对料筒内塑料的压力，并加入新料，同时模具通入冷却水、油或空气等冷却介质，进行进一步的冷却。这一阶段称为浇口冻结后的冷却。实际上冷却过程从塑料注入型腔起就开始了，它包括从充模完成、保压到脱模前的这一段时间。
7）脱模。塑件冷却到一定的温度即可开模，在推出机构的作用下将塑件推出模外，脱模时，型腔内压力要接近或等于外界压力，可使脱模顺利，塑件质量较好。型腔内压力与外界压力之差称为残余压力。当残余压力为正值时，脱模较为困难，塑件容易被划伤或破坏；当残余压力为负值时，塑件表面容易产生凹陷或内部产生真空泡。
（3）塑件的后处理 塑件脱模后常需要进行适当的后处理，主要指退火和调湿处理。
1）退火处理。由于塑化不均匀或塑料在型腔中的结晶、定向和冷却不均匀，会造成塑件各部分收缩不一致，或由于金属嵌件的影响和塑件的二次加工不当等原因，塑件内部不可避免地存在一些残余应力，导致塑件在使用过程中产生变形或开裂，因此塑件常需要退火处理，以消除残余应力。
把塑件放在一定温度的烘箱中或液体介质（如水、热矿物油、甘油、乙二醇和液体石蜡等）中一段时间，然后缓慢冷却至室温。利用退火时的热量，加速塑料中大分子的松弛过程，从而清除或降低塑件成型后的残余应力。
退火的温度一般控制在高于塑件使用温度10～20℃或低于塑件热变形温度10～20℃。温度不宜过高，否则塑件会发生翘曲变形；温度也不宜过低，否则达不到后处理的目的。退火的时间取决于塑料品种、加热介质的温度、塑件的形状和壁厚、塑件的精度要求等因素。
2）调湿处理。将刚脱模的塑件（聚酰胺类）放在热水中隔绝空气，防止氧化，消除残余应力，以加速达到吸湿平衡，稳定其尺寸，称为调湿处理。聚酰胺类塑件脱模时，在高温下接触空气容易发生氧化变色，在空气中使用或存放又容易因吸水而膨胀。而调湿处理既能隔绝空气，又能使塑件快速达到吸湿平衡状态，使塑件尺寸稳定下来。
调湿处理还可以改善塑件的韧性，使冲击强度和抗拉强度有所提高。调湿处理的温度一般为100～120℃，热变形温度高的塑料品种取上限；反之，取下限。
调湿处理的时间取决于塑料的品种、塑件形状、壁厚和结晶度大小。达到调湿处理的时间后，塑件缓慢冷却至室温。
并不是所有塑件都要进行后处理。通常只是对于带有金属嵌件、使用温度范围变化较大、尺寸精度要求较高、壁厚大和残余应力又不易自行消除的塑件才进行必要的后处理。
（1）压缩成型前的准备工作 热固性塑料比较容易吸湿，储存时易受潮，加之质量体积较大，一般在成型前都要对其进行预热，有些还要进行预压处理。
1）预热。预热就是成型前为了去除塑料中的水分和其他挥发物、提高压缩时塑料的温度。在一定的温度下，将塑料加热一定的时间，这个时期塑料的状态与性能不发生任何变化。
预热的作用有两个：一是去除塑料中的水分和挥发物，使塑料更干净，保证成型塑件的质量；二是提高原料的温度，便于缩短压缩成型的周期。
预热的方法包括加热板预热、电热烘箱预热，红外线预热及高频电热等，生产中常用的是电热烘箱预热，在烘箱内设有强制空气循环和控制温度的装置，利用电阻丝加热，将烘箱内温度加热到规定的温度，再用风扇进行空气循环。由于塑料的导热性差，因此在预热时，塑料要铺开，料层厚度不要超过2.5cm，并每隔一段时间翻滚一次。
2）预压。预压是将松散的粉状、粒状、纤维状塑料用预压模在压力机上压成重量一定、形状一致的型坯，型坯的大小以能紧凑地放入模具中预热为宜，多数采用片状和长条状，预压后的塑料密实体称为压锭或压片。
预压的作用如下：
①加料方便准确。采用计数法加料既迅速又准确，减少了因加料不准确而产生的废品。
②模具的结构紧凑。成型塑料经预压后体积缩小，相应地可以减小模具加料腔尺寸，使模具结构紧凑。
③缩短了成型周期。成型塑料经预压后，坯料中夹带的空气含量比松散塑料中的少，使模具对塑料的传热加快，缩短了预热和固化时间。
④便于安放嵌件和压缩精细塑件。对于带嵌件的塑件，由于可以预压成型出与塑件相似或相仿的锭料，因此便于压缩成型较大、凹凸不平或带有精细嵌件的塑件。
⑤降低了成型压力。压缩率越大，压缩成型时所需的成型压力就越大。采取预压之后，由于部分压缩率会在预压过程中完成，所以成型压力将降低。
⑥避免了加料过程塑料粉料飞扬，改善了劳动条件。
预压是在专门的压片机（压锭机）上进行的，主要有三种：偏心式压片机、旋转式压片机和液压式压片机。偏心式压片机用于尺寸较大的预压物，但效率不高；旋转式压片机用于尺寸小的预压物，效率高；液压式压片机用于松散程度较大的预压物，效率高。
预压需要专门的压片机，生产过程复杂，实际生产中一般不进行预压。
（2）压缩成型过程 压缩成型的工序有安放嵌件、加料、合模、排气、固化及脱模等。
1）安放嵌件。嵌件有金属制成的嵌件（如插件、焊片等）和塑料制成的嵌件（如按钮、琴键等），安放时位置要正确。为保证连接牢靠，埋入塑料的部分要采用滚花、钻孔等工艺加工或设有凸出的棱角、形状等；为防止嵌件周围的塑料出现裂纹，加料前对嵌件进行预热，使嵌件收缩率尽量与塑料相近，或采用浸胶布做成垫圈（用预浸纱带或布带编绕到芯模上）进行增强。
2）加料。在模具加料室内加入已经预热和定量的塑料。加料方法有重量法、容量法、计数法。重量法是加料时用天平称量塑料重量，该加料法准确，但操作麻烦。容量法根据所需要的塑料的体积制作专门的定量容器来加料，此方法加料操作方便，但准确度不高。计数法是以个数来加料，只适用于加预压锭。
为防止塑件局部产生疏松等缺陷，塑料加入模具加料型腔时，应根据成型时塑料在型腔中的流动和各个部位需要塑料量的大致情况合理堆放塑料，粉料或粒料的堆放要做到中间高四周低，便于气体排放。
3）合模。加料完成之后即可合模。合模分两步：在型芯尚未接触塑料之前，要快速移动合模，借以缩短周期和避免塑料过早固化；当型芯接触塑料后改为慢速，防止因冲击对模具中的嵌件、成型杆或型腔的破坏。同时慢速也能充分地排出型腔中的气体。模具完全闭合之后即可增大压力对成型物料进行加热加压，合模所需时间从几秒到数十秒不等。
4）排气。压缩成型热固性塑料时，为了充分排出型腔外成型塑料中的水分、挥发物以及交联反应和体积收缩所产生的气体。一般在合模之后会进行短暂卸压，将型芯松动少许时间，排气可以缩短固化时间，有利于塑件性能和表面质量提高。排气的时间和次数应根据实际需要而定，通常排气次数为1～2次，每次时间为几秒到数十秒。
5）固化。固化是指热固性塑料在压缩成型温度下保持一段时间，分子间发生交联反应，进而硬化定型。固化时间取决于塑料的种类、塑件的厚度、物料形状以及预热和成型温度，一般由30s至几分钟不等；为了缩短生产周期，对于固化速率低的塑料，有时也可不必将整个固化过程放在模内完成，只要塑件能够完成脱模即可结束模内固化，然后将欠熟的塑件在模外采用后烘的方法使其继续固化。
6）脱模。固化后的塑件从模具上脱出的工序称为脱模。一般脱模是由模具的推出机构将塑件从模内推出。带有嵌件的塑件应先使用专用工具将其拧脱，然后再进行脱模。
对于大型热固性塑料塑件，为防止在脱模后的冷却过程中翘曲变形，可在脱模之后把它们放在与塑件结构形状相似的校正模上进行加压冷却。
（3）压缩成型后处理
1）模具的清理。正常情况下，塑件脱模后一般不会在型腔中留下黏料、塑料飞边等。如果出现这些现象，应使用一些比模具钢材软的工具（如铜刷）去除残留在模具内的塑料飞边，并用压缩空气吹净模具。
2）塑件后处理。塑料压缩成型过程完成之后，通常还需对塑件进行后处理，后处理能提高塑件的质量，热固性塑料塑件脱模后常在较高的温度下保温一段时间，使塑件固化达到最佳力学性能后的处理方法和注射成型的后处理方法一样，但处理的温度不同，一般处理温度比成型温降高10～50℃。
3）修整塑件。修整包括去除塑件的飞边、浇口，有时为了提高外观质量，消除浇口痕迹，还须对塑件进行抛光。
（1）压注成型工艺过程 压注成型工艺过程和压缩成型工艺过程基本类似，主要区别在于压注成型过程是先加料后闭模，而压缩成型过程是先闭模后加料。压注成型在挤塑的时候加料腔的底部留有一定厚度的塑料垫，以供压力传递。
（2）压注成型的工艺条件 压注成型的工艺条件包括成型压力、成型温度和成型时间等。
1）成型压力。成型压力是指压力机通过压注柱塞对加料腔内塑料熔体施加的压力。由于熔体通过浇注系统时有压力损耗，故压注时的成型压力一般为压缩成型的2～3倍。例如，酚醛塑料粉需用的成型压力常为50～80MPa，有纤维填料的塑料为80～160MPa，压力随塑料的种类、模具结构及塑件形状的不同而改变。
2）成型温度。成型温度包括加料腔内的塑料温度和模具本身的温度。为了保证塑料具有良好的流动性，料温必须适当低于交联温度10～20℃。压注成型时塑料经过浇注系统能从中获得一部分摩擦热，因而模具温度一般可比压缩成型时的温度低15～30℃。压注成型塑料在未达到固化温度以前要求塑料具有较大的流动性，而达到固化温度后又须具有较快的固化速率。
3）成型时间（成型周期）。压注成型时间包括加料时间、充模时间、交联固化时间、塑件脱模和模具清除时间等，在一般情况下，压注成型时的充模时间为5～50s，由于塑料在热和压力的作用下，经过浇注系统，受热均匀，塑料化学反应也比较充分，塑料进入型腔时已临近树脂固化的最后温度，故保压时间较压缩成型的短。
挤出成型过程可分为如下三个阶段：
第一阶段为塑化。即在挤出机上进行塑料的加热和混炼，使固态塑料转变为均匀的黏性流体。
第二阶段为成型。利用挤出机的螺杆（柱塞）旋转加压，使黏流态塑料通过具有一定形状的挤出模具口模（机头），使其成为具有一定几何形状和尺寸的塑件。
第三阶段为定型。通过冷却等方法使熔体塑料已获得的形状固定下来，成为固态塑件。
（1）原料的准备 挤出成型用的大部分是粒状塑料，在成型前要去除塑料中的杂质、降低塑料中的水分、进行干燥处理。其具体方法可参照注射成型和压缩成型的原料准备工作。
（2）挤出成型 将挤出机预热到规定温度后，起动电动机的同时，向料筒中加入塑料，螺杆旋转向前，输送物料，料筒中的塑料在外部加热和摩擦剪切热的作用下熔化，由于螺杆转动时不断对塑料推挤，使塑料经过滤板上的过滤网进入口模，经过口模后成型为一定形状的连续型材。
口模的定型部分决定了塑件的横截面形状，但挤出口模后的塑料尺寸和口模的尺寸之间会存在偏差，主要原因是当塑料离开口模时，由于压力消失，会出现弹性恢复，从而产生膨胀现象；同时由于冷却收缩和牵引力的作用，又使塑件有缩小的趋势。塑料的膨胀与收缩均与塑料品种和挤出温度、压力等工艺条件有关。在实际生产中，对于管材，一般是把口模的尺寸放大，然后通过调节牵引的速度来控制管径尺寸。
（3）定型和冷却 热塑性塑件从口模中挤出时，具有相当高的温度，为防止其在自重的作用下发生变形，出现凹陷或扭曲现象，保证其达到要求的尺寸精度和表面粗糙度，必须立即进行定型和冷却，使塑件冷却固化。定型和冷却在大多数情况下是同时进行的，挤出薄膜、单丝等不需要定型，直接冷却即可；挤出板材和片材，一般要通过一对压辊进行压平，同时有定型和冷却作用；在挤出各种棒料和管材时，有一个独立的定径过程，管材的定径方法有使用定径套，定径环和定径板等，也有采用通水冷却的特独口模定径，其目的都是使其紧贴定径套冷却定径。
冷却分为急冷和缓冷，一般采用空气冷却或水冷却，冷却速度对塑件质量有很大影响。对于硬质塑料，为避免残余应力，保证塑件外观质量，应采用缓冷，如聚苯乙烯、硬聚氧乙烯、低密度聚乙烯等；对于软质或结晶型塑料，为防止其变形，则要求急冷。
（4）塑件的牵引、卷取和切割 挤出成型时，由于塑件被连续不断地挤出，其重量会越来越大，造成塑件停滞，妨碍了塑件的顺利挤出，因此，辅机中的牵引装置提供一定的牵引力和牵引速度，均匀地将塑件引出，同时通过调节牵引速度还可对塑件起到拉伸的作用，提高塑件质量。牵引速度与挤出塑料的速度有一定的比值（即牵引比），其值必须大于或等于1。不同塑件的牵引速度不同，膜、单丝的牵引速度一般较大，硬质塑料则不能大，牵引速度必须能在一定范围内实现无级平缓地变化，并且要十分地均匀，牵引力也必须可调。
通过牵引后的塑件，如棒、管、板、片等，可根据要求在一定长度后通过切割装置将其切断。切割装置有手动切割和自动切割两种。切断过程中，要求端面尺寸准确、切口整齐。如单丝、薄膜、电线电缆及软管等在卷取装置上绕制成卷，将成型后的软管卷绕成卷，并截取一定长度。需要注意的是，在牵引速度恒定不变的情况下，要维持卷取张力不变，即保持卷取线速度不变。