制品质量要求的不断提高,都对注射成型工艺提出了更高的要求。
正确选择注射设备,并合理地设定成型工艺、优化工艺条件,是提高制品质量的关键。 正确选择注塑机 注塑机的性能直接影响注塑制品的质量,不同规格及性能要求的注塑机,价格也会相差很多。
注塑机规格选择 在选择注塑机规格时,首先要考虑到生产模具的状况,因为同一台注塑机往往要满足大小不同的多副模具生产,应根据制件重量、模具尺寸等来确定注塑机规格,即注塑机最大锁模力和最大注射量,然后根据注塑机厂商所提供的规格型号选择合适的机型。大部分厂商都提供客制化服务,这给选购注塑机提供了极大的方便;其次要考虑是否需要一些特殊配置,如生产PA、PC等材料时需选用专用螺杆,成型带有进抽芯或脱螺纹的模具时需配备相应的装置;再次,要根据模具结构、产品质量等方面的因素来确定是否需要选用一些具有特殊功能的注塑机,如成型薄壁长流动制品(一般指L/D 300)时,需选用高注射速度注塑机,精密电子配件需选用精密全闭环控制注塑机等。
锁模力设定 理论上,锁模力可按下式进行计算 s Fcm>=K * P平均 * A制品*10 式中 sFcm C锁模力,(KN) K C安全系数,一般取1-1.2 P平均 C模腔平均压力(MPa) A制品 C制品在模具分型面上的最大投影面积(cm2) 在实际生产中,锁模力的调整还应考虑模具在生产中受热膨胀所产生的影响,一般应留有0.1-0.2mm的余量;锁模力的设定原则是在保证产品质量的前提下以低锁模力为宜。 注塑工艺参数设定 料筒温度、模具温度 根据不同塑料材料的性能来设定螺杆料筒温度,料筒设定温度一般高於塑料熔点10℃-30℃。
必须注意,不同厂商所提供的材料因合成方法或添加助剂类型的不同,它们的熔点和在料筒中允许停留时间也会有差异。如下页表1,对Solutia公司的PA66(牌号为21SPC)和Rhodia公司的PA66(牌号为25AE1),它们的熔点和各温度下允许停留时间进行对比。
模具温度在设定时一般使用循环水冷却,但在生产精密尺寸或表面质量要求较高的制品时,应根据工艺要求使用能够进行准确控制的模温机。注射保压时间、冷却时间 注射时间、保压时间和冷却时间须根据产品厚度、模具温度、材料性能等进行设定。
注射时间设定一般以略大於螺杆完成注射行程移动的时间即可,过长的注射时间不但会产生机械磨损、能耗增加等负面影响,同时也会延长成型周期。保压时间设定根据产品厚度来设定,薄壁产品在成型时可不用保压时间;在设定保压时间时,只要产品表面无明显凹陷即可,也可用称重法来确定,逐步延长保压时间直至产品质量不再变化的时间即可定为最佳保压时间。
冷却时间同样需根据产品厚度、模具温度、材料性能来确定,一般无定型聚合物所需冷却时间要比结晶型聚合物时间长。 注射压力、速度 注射压力设定要遵循宜低不宜高的原则,只要能提供足够动力达到所要求的注射速度、使熔体能够顺利充满型腔即可,过高的压力容易使制品内产生内应力;但在成型尺寸精度较高的制品时,为防止产品收缩过度,可以采用高压力注射以减少制品脱模后的收缩。
注射速度会影响产品的外观质量,其设定应根据模具的几何结构、排气状况等进行设定,一般在保证良好的外观前提下,尽量提高注射速度,以减少充填时间。在注射成型中,熔体在模具内流动时,模壁会形成固化层,因而降低了可流动通道的厚度,一般根据模具结构和注射速度不同,模壁会有0.2mm左右的固化层。
因此成型中通常采用较快的注射速度。 注射行程、多级注射参数 在成型中,首先须确定注射行程,理论上,注射行程可按下式计算 s S1=4(CVp+Va)/ρDs2 式中 sS1? C注射行程 Vp C产品体积 ρ C树脂密度 C C型腔数目 Va C浇口体积 Ds C螺杆直径 在实际生产中,若已知“产品+浇口”的总重量,则可用下式来计算注射行程 s S1=(M/Mmax)?Smax+(5~10)mm 式中 s S1---注射行程,mm M C“产品+浇口”总重量,g Mmax C注塑机最大注射量,g Smax C注塑机最大注射行程,mm 由於浇道系统及模具各部位几何形状不同,为满足产品质量要求,在不同部位对充模熔体的流动状态(主要指流动时压力、速度)有不同要求。
在一个注射过程中,螺杆向模具推进熔体时,要求实现在不同的位置上有不同的压力和速度,称之为多级注射成型。一般塑件在成型时至少设定三段或四段以上注射才是比较科学的,即主流道处为第一段,分流道至浇口处为第二段,产品充满型腔约90%为第三段,剩余部分为第四段,可用计算重量法来确定各段的切换位置点;实际生产中,应根据产品质量要求、流道结构、模具排气状况等对多级注射工艺参数进行科学分析,合理设定。
通常可采用调试观察法进行设定,将注射时所需找切换位置点的压力/速度设定为0,观察熔体的走向位置及产品缺陷状况,逐步进行调整,直至找出合理的位置点。但在调试观察的过程中必须注意欠注产品的脱模状况,以免在模具某些凹陷部位因欠注而发生粘模。
其它工艺参数 在注射成型中,除了成型温度、压力、速度、时间、多级注射切换位置等几个主要参数的设定以外,还有许多其它的。
注塑成型是一门工程技术,它所涉及的内容是将塑料转变为有用并能保持原有性能的制品。注射成型的重要工艺条件是影响塑化流动和冷却的温度,压力和相应的各个作用时间。
一、温度控制
1、料筒温度: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。前两程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。
2、喷嘴温度: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死,或者由于早凝料注入模腔而影响制品的性能
3、模具温度: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,以及其它工艺条件(熔料温度、注射速度及注射压力、模塑周期等)。
二、压力控制: 注塑过程中压力包括塑化压力和注射压力两种,并直接影响塑料的塑化和制品质量。
1、塑化压力:(背压)采用螺杆式注射机时,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系统中的溢流阀来调整的。在注射中,塑化压力的大小是随螺杆的转速都不变,则增加塑化压力时即会提高熔体的温度,但会减小塑化的速度。此外,增加塑化压力常能使熔体的温度均匀,色料的混合均匀和排出熔体中的气体。一般操作中,塑化压力的决定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20公斤/厘米2。
2、注射压力: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。
三、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。它实际包括以下几部分:
成型周期:成型周期直接影响劳动生间率和设备利用率.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约为3-5秒.
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,一般约为20-120秒(特厚制件可高达5~10分钟).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,塑料的热泪盈眶性能和结晶性能,以及模具温等.冷嘲热讽却时间的终点,应以保证制品脱模时不引起变动为原则,冷却时间性一般约在30~120秒钟之间,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.成型周期中的其它时间则与生产过程是否连续化和自动化以及两化的程度等有关.
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注塑机维护保养注塑机具有能一次成型外型复杂、尺寸精确或带有金属嵌件的质地密致的塑料制品,被广泛应用于国防、机电、汽车、交通运输、建材、包装、农业、文教卫生及人们日常生活各个领域。注射成型工艺对各种塑料的加工具有良好的适应性,生产能力较高,并易于实现自动化。在塑料工业迅速发展的今天,注塑机不论在数量上或品种上都占有重要地位,从而成为目前塑料机械中增长最快,生产数量最多的机种之一。
我国塑料加工企业星罗其布,遍布全国各地,设备的技术水平参差不齐,大多数加工企业的设备都需要技术改造。这几年来,我国塑机行业的技术进步十分显著,尤其是注塑机的技术水平与国外名牌产品的差距大大缩小,在控制水平、产品内部质量和外观造型等方面均取得显著改观。选择国产设备,以较小的投入,同样也能生产出与进口设备质量相当的产品。这些为企业的技术改造创造了条件。
要有好的制品,必须要有好的设备。设备的磨损和腐蚀是一种自然规律,人们掌握了这种规律,就可以预防或减少设备的磨损和腐蚀,延长设备的使用周期,保证设备的完好率。
为加强塑料机械的使用、维护和管理工作,我国有关部门已制订了有关标准和实施细则,要求各设备管理部门和生产企业对设备的管理和使用做到
注塑成型 zhù sù chéng xíng【Injection Molding】
注射成型过程大致可分为以下6个阶段 :
合模、射胶、保压、冷却、开模、制品取出。
上述工艺反复进行,就可批量周期性生产出制品。热固性塑料和橡胶的成型也包括同样过程,但料筒温度 较热塑性塑料的低,注射压力却较高,模具是加热的,物料注射完毕在模具中需经固化或硫化过程,然后趁热脱膜。
现今加工工艺的趋势正朝着高新技术的方向发展,这些技术包括:微型注塑、高填充复合注塑、水辅注塑、混合使用各种特别注塑成型工艺、泡沫注塑、模具技术、仿真技术等。
主要内容包括:塑料简介、注塑成型理论、注塑成型工艺、热塑性塑料注塑成型模具设计、热固性塑料注塑成型模具设计、注塑成型缺陷分析及预防措施、注塑成型计算机模拟。本书立足于反映注塑成型的前沿技术,将理论与实际相结合,在叙述上由浅入深,循序渐进,注重生产应用,使其更具有实用性。
本书可供大中专院校有关专业师生学习使用,也可供从事注塑成型技术方面的科技人员和管理人员使用、参考。
塑料电子零部件大都采用注射成型,由于这些塑料件本身具有较高的设计精度,使用特殊的工程塑料加工,对这些塑料件不能采用常规的注射成型,而必须采用精密注射成型工艺技术。
为了保证这些精密塑料件的性能、质量与可靠性及长期使用的稳定性,注射成型出质量较高、符合产品设计要求的塑料制品,必须对塑料材料、注塑设备与模具设计及注塑工艺以及注塑现场管理进行完善。 我们通常说的精密注塑成型是指注塑制品的外型精度应满足严格的尺寸公差、形位公差和表面粗糙度。
要进行精密注塑必须有许多相关的条件,而最本质的是塑料材料、注塑模具、注塑工艺和注塑设备这四项基本因素。设计塑料制品时,应首先选定工程塑料材料,而能进行精密注塑的工程塑料又必须选用那些力学性能高、尺寸稳定、抗蠕变性能好、耐环境应力开裂的材料。
其次应根据所选择的塑料材料、成品尺寸精度、件重、质量要求以及预想的模具结构选用适用的注塑机。在加工过程中,影响精密注塑制品的因素主要来自模具的温度、注塑工艺控制,以及生产现场的环境温度和湿度变化幅度及后天产品退火处理等方面。
就精密注塑而言,模具是用以取得符合质量要求的精密塑料制品的关键之一,精密注塑用的模具应切实符合制品尺寸、精度及形状的要求,模具材料应严格选取。但即使模具的精度、尺寸一致,其模塑的塑料制品之实际尺寸也会因收缩量差异而不一致。
因此,有效地控制塑料制品的收缩率在精密注塑技术中就显得十分重要。 注塑模具设计得合理与否会直接影响塑料制品的收缩率,由于模具型腔尺寸是由塑料制品尺寸加上所估算的收缩率求得的,而收缩率则是由塑料生产厂家或工程塑料手册推荐的一个范围内的数值,它不仅与模具的浇口形式、浇口位置与分布有关,而且与工程塑料的结晶取向性(各向异性)、塑料制品的形状、尺寸、到浇口的距离及位置有关,同时和模具冷却分布系统紧密相关。
影响塑料收缩率的主要有热收缩、相变收缩、取向收缩、压缩收缩与弹性回复等因素,而这些影响因素与精密注塑制品的成型条件或操作条件有关。因此,在设计模具时必须考虑这些影响因素与注塑条件的关系及其表观因素,如注塑压力与模腔压力及充模速度、注射熔体温度与模具温度、模具结构及浇口形式与分布,以及浇口截面积、制品壁厚、塑料材料中增强填料的含量、塑料材料的结晶度与取向性等因素的影响。
上述因素的影响也因塑料材料不同、其它成型条件如温度、湿度、继续结晶化、成型后的内应力、注塑机的变化而不同。 由于注塑过程是把塑料从固态(粉料或粒料)向液态(熔体)又向固态(制品)转变的过程。
从粒料到熔体,再由熔体到制品,中间要经过温度场、应力场、流场以及密度场等的作用,在这些场的共同作用下,不同的塑料(热固性或热塑性、结晶性或非结晶性、增强型或非增强型等)具有不同的聚合物结构形态和流变性能。凡是影响到上述"场"的因素必将会影响到塑料制品的物理力学性能、尺寸、形状、精度与外观质量。
这样,工艺因素与聚合物的性能、结构形态和塑料制品之间的内在联系会通过塑料制品表现出来。分析清楚这些内在的联系,对合理地拟定注塑加工工艺、合理地设计并按图纸制造模具、乃至合理选择注塑加工设备都有重要意义。
精密注塑与普通注塑在注塑压力和注射速率上也有区别,精密注塑常采用高压或超高压注射、高速注射以获得较小的成型收缩率。综合上述各种原因,设计精密注塑模具时除考虑一般模具的设计要素外,还须考虑以下几点:①采用适当的模具尺寸公差;②防止产生成型收缩率误差;③防止发生注塑变形;④防止发生脱模变形;⑤使模具制造误差降至最小;⑥防止模具精度的误差;⑦保持模具精度。
收缩率会因注塑压力而发生变化,因此,对于单型腔模具,型腔内的模腔压力应尽量一致;至于多型腔模具,型腔之间的模腔压力应相差很小。在单型腔多浇口或多型腔多浇口的情况下,必须以相同的注塑压力注射,使型腔压力一致。
为此,必须确保使浇口位置均衡。为了使型腔内的模腔压力一致,最好使浇口入口处的压力保持一致。
浇口处压力的均衡与流道中的流动阻力有关。所以,在浇口压力达到均衡之前,应先使流通均衡。
由于熔体温度和模具温度对实际收缩率产生影响,因此在设计精密注塑模具型腔时,为了便于确定成型条件,必须注意型腔的排列。因为熔融塑料把热量带入模具,而模具的温度梯度分布一般是围绕在型腔的周围,呈以主流道为中心的同心圆形状。
因此,流道均衡、型腔排列和以主流道为中心的同心圆状排列等设计措施,对减小各型腔之间的收缩率误差、扩大成型条件的允许范围以及降低成本都是必要的。精密注塑模具的型腔排列方式应满足流道均衡和以主流道为中心排列两方面的要求,且必须采用以主流道为对称线的型腔排列方式,否则会造成各型腔的收缩率差异。
由于模具温度对成型收缩率的影响很大,同时也直接影响注塑制品的力学性能,还会引起制品表面发花等各种成型缺陷,因此必须使摸具保持在规定的温度范围内,而且还要使模具温度不随时间变化而变化。
1) 注射过程动作选择: 一般注塑机既可手动操作,也可以半自动和全自动操作。
手动操作是在一个生产周期中,每一个动作都是由操作者转换操作按钮开关而实现的。一般在试机调模时才选用。
半自动操作时机器可以自动完成一个工作周期的动作,但每一个生产周期完毕后操作者必须拉开安全门,取下工件,再关上安全门,机器方可以继续下一个周期的生产。 全自动操作时注塑机在完成一个工作周期的动作后,可自动进入下一个工作周期。
在正常的连续工作过程中无须停机进行控制和调整。但须注意,如需要全自动工作,则(1)中途不要打开安全门,否则全自动操作中断;(2)要及时加料;(3)若选用电眼感应,应注意不要遮闭了电眼。
正常生产时,一般选用半自动或全自动操作。操作开始时,应根据生产需要选择操作方式(手动、半自动或全自动),并相应转换手动、半自动或全自动开关。
当一个周期中各个动作未调整妥当之前,应先选择手动操作,确认每个动作正常之后,再选择半自动或全自动操作。 (2) 预塑动作选择 根据预塑加料前后注座是否后退,即喷嘴是否离开模具,注塑机一般设有三种选择。
(1)固定加料:预塑前和预塑后喷嘴都始终贴进模具,注座也不移动。(2)前加料:喷嘴顶着模具进行预塑加料,预塑完毕,注座后退,喷嘴离开模具。
选择这种方式的目的是:预塑时利用模具注射孔抵助喷嘴,避免熔料在背压较高时从喷嘴流出,预塑后可以避免喷嘴和模具长时间接触而产生热量传递,影响它们各自温度的相对稳定。(3)后加料:注射完成后,注座后退,喷嘴离开模具然后预塑,预塑完再注座前进。
该动作适用于加工成型温度特别窄的塑料,由于喷嘴与模具接触时间短,避免了热量的流失,也避免了熔料在喷嘴孔内的凝固。 注射结束、冷却计时器计时完毕同时,预塑动作开始。
当螺杆退到预定的位置时(此位置由行程开关或电子尺确定,控制螺杆后退的距离,实现定量加料),预塑停止,螺杆停止转动。紧接着是射退(也叫抽胶)动作,射退即螺杆作微量的轴向后退,此动作可使聚集在喷嘴处的熔料的压力得以解除,克服由于机筒内外压力的不平衡而引起的“流涎”现象。
一般生产多采用固定加料方式以节省注座进退操作时间,加快生产周期。 (3) 注射压力选择 注塑机的注射压力由比例调压阀进行调节,在调定压力的情况下,通过高压和低压油路的转换,控制前后期注射压力的高低。
普通中型以上的注塑机设置有三种压力选择,即高压、低压和先高压后低压。 为了满足不同塑料要求有不同的注射压力,也可以采用更换不同直径的螺杆或柱塞的方法,则既满足了注射压力,又充分发挥了机器的生产能力。
在大型注塑机中往往具有多段注射压力和多级注射速度控制功能,这样更能保证制品的质量和精度。 (4)注射速度的选择 注塑机的注射速度由比例流量阀进行调节,有时在液压系统中设有一个大流量油泵和一个小流量泵同时运行供油。
当油路接通大流量时,注塑机实现快速开合模、快速注射、快速储料等,当液压油路只提供小流量时,注塑机各种动作就缓慢进行。 (5)顶出形式的选择 注塑机顶出形式有机械顶出和液压顶出二种,有的还配有气动顶出系统,顶出次数设有单次和多次二种。
顶出动作可以是手动,也可以是自动。 顶出动作是由开模停止限位开关(或电子尺)来启动的。
操作者可根据需要,通过调节顶出行程开关(或电子尺的刻度距离)来实现的。顶出的速度和压力亦可通过电脑中的数字量的设定来实现,顶针运动的前后距离由行程开关(或电子尺的设定位置)确定。
化学名称:聚苯乙烯 英文名称:Polystyrene 比重:1.05克/立方厘米 成型收缩率:0.6-0.8% 成型温度:170-250℃ 特点:电绝缘性(尤其高频绝缘性)优良,无色透明,透光率仅次于有机玻璃,着色性耐水性,化学稳定性良好,.强度一般,但质脆,易产生应力脆裂,不耐苯.汽油等有机溶剂. 用途:适于制作绝缘透明件.装饰件及化学仪器.光学仪器等零件. 成型特性: 1.无定形料,吸湿小,不须充分干燥,不易分解,但热膨胀系数大,易产生内应力.流动性较好,可用螺杆或柱塞式注射机成型. 2.宜用高料温,。
注塑的主要工艺参数包括: 1.料筒温度: 熔料温度是很重要的,所用的射料缸温度只是指导性。
熔胶温度可在射嘴处量度或使用空气喷射法来量度。射料缸的温度设定取决于熔胶温度、螺杆转速、背压、射料量和注塑周期。
您如果没有加工某一特定级别塑料的经验,请从最低的设定开始。为了便于控制,射料缸分了区,但不是所有都设定为相同温度。
如果运作时间长或在高温下操作,请将第一区的温度设定为较低的数值,这将防止塑料过早熔化和分流。注塑开始前,确保液压油、料斗封闭器、模具和射料缸都处于正确温度下。
2.熔料温度:熔体温度对熔体的流动。
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