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注塑機注射成型的核心過程是充(chōng)模(mó)。塑料熔體充填模腔(qiāng)時的流動模型(流動狀態)決定著製件的凝聚態結構和表(biǎo)觀結構(gòu)(如結晶、分子取向、熔合均勻性(xìng)等),最(zuì)終影響製件的使用性(xìng)能。
塑料熔體從澆(jiāo)口進入型(xíng)腔的正(zhèng)常充模方式應該是後續熔體推進(jìn)熔體前緣,逐漸擴展,橫跨型腔平麵(miàn)直至抵達型腔內壁,充滿整個型腔。充模流動的非正(zhèng)常形式是噴(pēn)射流和滯流充模(mó)形式。噴(pēn)射流和滯(zhì)流表現為充(chōng)模開始時熔體以(yǐ)較大的動(dòng)能,通過澆口(kǒu)噴射入型(xíng)腔,分別形成熔體珠滴和細絲狀直接噴射到澆口對麵的型腔壁麵上,後續(xù)的充模過程又如擴(kuò)散流動那樣。充模時發生不正常流動形式的流動會使熔體產生分離和熔(róng)合,形成較多的熔體熔接縫,給(gěi)製件性能帶(dài)來不利(lì)影(yǐng)響。
影響熔體充模流動(dòng)形式的因素有:熔體溫度、模具溫度(dù)、注射壓力、注射速度(dù)以及模具型腔的空間大小、澆口尺寸和位置。
采用色料(liào)充模注塑法和透(tòu)明模具觀察法,觀(guān)察不同工(gōng)藝條件下熔體充模流(liú)動的(de)形式變化。色料充模注塑法是在透明(míng)原(yuán)料(liào)樹脂中混入不同顏料,注射成型試樣,觀察製品(pǐn)上的流痕花紋,根據流痕花紋判斷是正常的鋪(pù)展式(shì)充模流動,還是非正常的充模流(liú)動。透明模具觀察法(fǎ)是采用透明模具,直接觀察充模流動特點的方法(fǎ)。
注塑機的工作原(yuán)理:借助螺杆(或柱塞)的推力,將已塑化好的熔融狀(zhuàng)態(即粘流態)的塑料注射(shè)入閉合好的模腔內,經固(gù)化定型後取得製品的(de)工藝過程。
注射成型是一個循環的過(guò)程,每一周期主要包括:定量(liàng)加料—熔融塑化(huà)—施壓注射—充模冷(lěng)卻—啟模取件。取(qǔ)出塑件後又再閉模,進(jìn)行下一個循環。
注塑機的動(dòng)作程序
噴(pēn)嘴前進→注射→保壓→預塑→倒縮→噴嘴後退→冷卻→開(kāi)模→頂出→退針→開門→關門(mén)→合模→噴嘴前進。
一般注塑機包括注射裝置、合(hé)模裝(zhuāng)置、液(yè)壓係統和電氣控製係統等部分。
注射成型的基本要求是塑化、注(zhù)射和成型。塑化是實現和保(bǎo)證成型製品質量的前提,而為滿足成型(xíng)的要求,注射必須保證有足夠的壓力(lì)和速度。同時,由於注射壓力(lì)很高,相應(yīng)地在模腔中產生(shēng)很高的壓力(模腔內的平均壓力一般在20~45MPa之間),因此(cǐ)必須有足夠大的合模力。由(yóu)此可見,注射裝置和合模裝置是注塑機的關鍵部件。
預塑動作選擇
根據(jù)預塑加料前(qián)後注座是(shì)否後退,即噴嘴是否離開模具,注塑機一般設有三種(zhǒng)選擇。
(1)固定加料:預(yù)塑前和預塑後噴嘴(zuǐ)都始終貼進模具,注座也不(bú)移(yí)動。
(2)前(qián)加料:噴嘴頂著模具(jù)進行預塑加料,預塑(sù)完畢(bì),注(zhù)座後退(tuì),噴嘴離開(kāi)模(mó)具。選擇這種方式的目的是:預塑時利(lì)用模具(jù)注射孔抵住噴嘴,避免熔料在背壓較高時從(cóng)噴嘴流出,預塑後可以避免(miǎn)噴嘴和模具長(zhǎng)時間接觸而產生熱量傳遞,影響它們各自溫度的相對穩定。
(3)後加料:注射完成後,注座後退,噴嘴離開模具然後預塑,預塑(sù)完(wán)注(zhù)座再前進(jìn)。該動作適用於加工成型(xíng)溫度特別窄的塑料,由於噴(pēn)嘴與模具(jù)接觸時間短,避(bì)免(miǎn)了熱量的流失,也避免了熔料在噴(pēn)嘴孔內的凝固。注射(shè)壓力選擇
注塑(sù)機(jī)的(de)注射壓(yā)力(lì)由調壓閥進行(háng)調節,在調定壓力的情況下,通過高壓和低壓油路的通斷,控製前後期注射壓力的高低。
普通中型以上(shàng)的注塑機設置有三種壓(yā)力選(xuǎn)擇,即高壓、低壓和(hé)先高壓後低壓。高壓(yā)注射是由注射油缸通入高壓壓力油來實現。由於壓力高,塑料從一開始就在高壓、高速狀態(tài)下進入模腔。高壓注射時塑料入模迅速,注射油缸壓(yā)力表讀數上升很(hěn)快。低壓(yā)注射是(shì)由注射油缸通入(rù)低壓壓力油來實現(xiàn)的,注射過程壓力表讀數上升(shēng)緩慢,塑料在低壓、低速下(xià)進入模(mó)腔。先(xiān)高(gāo)壓後(hòu)低壓是根據塑料種類和模具的實際要求從(cóng)時間上來(lái)控製通入油缸的壓力油的壓力高低來實現的(de)。
為了滿足不同塑料要(yào)求(qiú)有不同的注射壓(yā)力,也可以采(cǎi)用更換不同直徑的螺(luó)杆或柱塞的方法,這樣既滿足了注(zhù)射壓力,又(yòu)充分發揮了機器的生產能力。在大(dà)型注塑機中往(wǎng)往具有多段(duàn)注射壓力和多級注射速(sù)度控製功能,這樣更能保證製品的質(zhì)量和精度。
注射速度的(de)選擇
一般注塑機控製板上都有快(kuài)速—慢速旋鈕用來滿足注射速度的(de)要求。在液壓係統中設有(yǒu)一個大流量油泵和一個小流(liú)量泵同時運行供油。當油路接通大(dà)流量時,注塑機實現(xiàn)快速開合模(mó)、快速注射等,當液壓油路隻提供小流量時,注塑機各種動作就緩(huǎn)慢進(jìn)行。
頂出形式的選擇(zé)
注(zhù)塑機(jī)頂出形式有機械頂出和液壓頂出二種,有的還配有氣動頂出係統(tǒng),頂出次數設有(yǒu)單(dān)次和(hé)多次二種。頂(dǐng)出動作可(kě)以是手動,也可以是(shì)自動。頂出動作是由開模停止限位開關來啟動的。
合模控(kòng)製
合模是以巨大的機械推力將模具合緊,以(yǐ)抵擋注塑過程熔融塑料的高壓注射及填充模具而令模具發生的(de)巨大張(zhāng)開力。
注塑機的合模結構有全液壓式和機械連杆式。不管是那一(yī)種結構形式,最後都是由連杆完全伸直來(lái)實施合(hé)模力的。連杆的伸直過程是(shì)活動板和尾板撐開的過程,也(yě)是四根拉杆受力被拉伸的過程。
開模控製
當熔融塑料注射入模(mó)腔內及至冷卻完成後,隨著便是開模動作,取(qǔ)出製品。開模過程也分三個階段。第一階段慢速開模,防止製件在模腔內撕裂(liè)。第二階段(duàn)快速開模,以縮短開模時間。第(dì)三階段(duàn)慢速開模,以減低開(kāi)模慣性造成的衝(chōng)擊及振動。
注塑工藝(yì)條件的控製
注射速度的程序控製
注(zhù)射速度的程序控製是將螺杆的注射行程(chéng)分為(wéi)3~4個階段,在每個階段中分別使用各自(zì)適當的(de)注射速度。在(zài)熔融塑料剛開始通過澆口時減慢(màn)注(zhù)射(shè)速度,在充模過程中(zhōng)采用高速注射,在充模結(jié)束時減(jiǎn)慢速度。采用這樣的方法,可以防止溢料,消除(chú)流痕和減少製品的殘餘應(yīng)力等。
低速充模時流速平穩,製品(pǐn)尺寸(cùn)比(bǐ)較穩定,波動較小,製品內應力低,製品內外各向應(yīng)力趨於一致(例如(rú)將某聚碳酸脂製件浸入四氯化碳中,用高速注射成型的製件有開裂傾(qīng)向,低速的不開裂)。在較為緩慢的充模條件下,料流的溫差,特別是澆口前後料的溫差大,有助於(yú)避免縮孔和凹陷的發生。但由於充模時間延續較長容易使製件出現(xiàn)分層和(hé)結合不良的熔接痕(hén),不但影響外觀,而且使機械強度大大降低。
高速注射時(shí),料流速度快,當高速(sù)充模順利時,熔料很快充滿型腔,料溫下降得少,黏度下降得也(yě)少,可以采用較低的注射壓力,是一種熱料充模態勢。高速充模能改進製件的光澤度和平(píng)滑度,消除了接縫線現象及分層現象,收縮凹陷小,顏色均勻一致,對製(zhì)件較大(dà)部分能保證豐滿。但容易產生製品(pǐn)發胖起(qǐ)泡或製件(jiàn)發黃,甚至燒傷變焦,或造成(chéng)脫(tuō)模困難,或出現充模不均的現象。對於高黏度塑料有可能導致熔體破裂,使製件表麵產(chǎn)生雲霧(wù)斑。
下列情況可以考慮采用高速高壓注射:(1)塑料黏度高(gāo),冷卻速度快,長流程製件采用低壓慢速不能完全充滿型腔各個角落的;(2)壁厚太薄的製件,熔料到達薄壁(bì)處易冷凝而滯留,必須采用一次高速注射,使熔(róng)料(liào)能量(liàng)大量(liàng)消耗以前立即進入型腔的;(3)用玻璃纖維增強的塑料(liào),或含有較大量填充材料的塑料,因流(liú)動性(xìng)差,為了得到表(biǎo)麵光滑而(ér)均勻的製件,必(bì)須采用高速高壓注射的。
對高(gāo)級精密製品、厚壁製件、壁厚變(biàn)化大的和具有較厚突緣(yuán)和筋的製件,最好采用多(duō)級注(zhù)射,如二級、三級、四級甚至五(wǔ)級。
注射壓力的程序控製(zhì)
通常(cháng)將(jiāng)注射(shè)壓力的控製分成為一次注射壓力、二次注射壓力(lì)(保壓)或三次以上的注射壓(yā)力的控製。壓力切換時機是否適當,對於防止模內壓力過高、防止溢料或缺料等都是非常重要的。模製品的比容取決於保壓階(jiē)段澆口封閉時的熔料壓力和溫度。如果每次從保壓切換到製品冷(lěng)卻(què)階段的壓力和溫度(dù)一致,那麽製品的比容就不會(huì)發生改變。在(zài)恒(héng)定的模塑溫度下,決定製(zhì)品尺寸的最重要參數是保(bǎo)壓壓力(lì),影響製品尺(chǐ)寸公差的最重要的變量是保(bǎo)壓壓力和溫度。
螺杆背壓和轉速的程序控製
高(gāo)背壓可以使熔料獲得強剪切,低轉速也(yě)會使塑(sù)料在機筒內得到較長的塑化時間。因而目(mù)前較多地使用了對背壓和轉速同時進行程序設計的控製。例如:在螺杆計量全行程先高轉(zhuǎn)速(sù)、低背壓,再(zài)切(qiē)換到較(jiào)低轉速、較高背(bèi)壓,然後切換成高背壓、低(dī)轉速,最後(hòu)在(zài)低背壓、低轉(zhuǎn)速下進(jìn)行塑化,這樣,螺杆前部熔料的壓力得到大部分的釋放,減少螺杆的轉動慣量,從而提高了(le)螺杆(gǎn)計量的精確程度。過高的背(bèi)壓往往造成著(zhe)色劑變色程度增大;預塑機構和機筒螺杆機械磨(mó)損增(zēng)大;預塑周期延長,生產效率下降;噴嘴容易發生流涎,再(zài)生(shēng)料量增加;即使采用(yòng)自鎖式噴嘴,如果背壓高於設計(jì)的彈簧閉鎖壓力,亦會造成疲勞破(pò)壞。所以,背壓壓力一定要調得恰當。
隨著技術的進(jìn)步,將小型計算機納入注塑機的控製係統(tǒng),采用計算(suàn)機來(lái)控製注塑過程已成為可(kě)能。
注塑成型(xíng)前的準備(bèi)工作
成型前的準備工作可能包括的內容很多,如:物料加工性能的檢驗(測定塑(sù)料(liào)的流動性、水分含量等(děng));原料加工前的染色和選粒;粒料的預熱和幹(gàn)燥;嵌件的清洗和預熱;試模和料筒清洗等。
原料的預處理
根據塑料的特性和供料情況,一(yī)般在成型前應對原料的外觀和工藝性能進行檢測。如果所用的塑料為粉狀,如:聚氯(lǜ)乙烯,還應進行(háng)配料和幹混;如果製品有著色要求,則可加入適量的著色劑或色母料;供應的粒料往往含(hán)有不同程度的水分、溶劑及其它易揮(huī)發的低分子物,特別(bié)是一些具有吸濕傾(qīng)向的塑料含水(shuǐ)量總是超過加工所允許的限度。因此,在加工前必須進行幹燥處理(lǐ),並測定含水量。
嵌件的預熱
注射成型製品為了裝配及強度方麵的要求(qiú),需要在(zài)製品中嵌入金屬嵌件。注(zhù)射成型時,安放(fàng)在模腔中的冷金(jīn)屬嵌件(jiàn)和熱塑料熔體一起冷卻時,由(yóu)於金屬(shǔ)和塑料收縮率的顯著不同,常常使嵌(qiàn)件周圍(wéi)產生很大的內應力(尤其(qí)是像聚苯(běn)乙烯等(děng)剛性鏈的高聚(jù)物更多顯著)。這種內應力的存在使嵌件周圍出現裂紋,導致(zhì)製品的使用(yòng)性能(néng)大大降低。這可以通過選用熱膨脹係數大的金屬(鋁、鋼等)作嵌件,以及將嵌件(jiàn)(尤其是大的金屬嵌件)預熱。同時,設計製品時在嵌件周圍安排較大的厚(hòu)壁等(děng)措施。
機筒的清洗(xǐ)
新購進的注塑機初用(yòng)之(zhī)前(qián),或者在生產中需要改變產品、更換原料、調(diào)換顏色或發現塑料中(zhōng)有分解現象時(shí),都需要對注塑機機(jī)筒進行清洗或拆洗。
脫模劑的選用
脫模劑是能使塑料製(zhì)品易於脫(tuō)模的物質。硬脂酸鋅適用於除聚酰胺(àn)外的一般(bān)塑料;液體石蠟用於聚酰胺類的塑料(liào)效果較好;矽油價格昂貴,使用麻煩,較少用。
使用脫模劑應控製(zhì)適量,盡量少用或(huò)不用。噴塗過量會影響製品外觀,對(duì)製品的彩(cǎi)飾也會產生不良影響。
注塑製品產生缺(quē)陷的原因及其處理方法
在注塑成型加工過程中可能由於原料(liào)處(chù)理不好、製(zhì)品或模(mó)具設計不合理、*作工沒有(yǒu)掌握合(hé)適的工藝*作條件,或者因機械方麵的原(yuán)因,常常使製品(pǐn)產生注不滿、凹陷、飛邊、氣泡、裂紋、翹曲變形、尺寸變(biàn)化(huà)等缺陷。
對塑料製品的評(píng)價主要有(yǒu)三(sān)個方麵,第一是外(wài)觀質量,包括完整性、顏色、光澤等;第二是尺寸和相對位置間的準確性;第三是與用途相應的機械性能、化學性能、電性能等。這些質量(liàng)要求(qiú)又根據製品使用場合的不同,要求(qiú)的尺度也不同。
螺杆(gǎn)塑化能力是指當背壓為零、螺杆轉速最大時(shí)單位時間內所能提供(gòng)的熔料量(liàng)。
評價螺杆設計(jì)水平,可(kě)以(yǐ)通過(guò)檢測其塑化能力以及螺杆轉速、背壓和功率消耗等對塑化能力的影響(xiǎng)敏感程(chéng)度。在設計螺(luó)杆時,希望螺杆直徑(jìng)能盡可能小,螺杆能承受的轉速(sù)盡(jìn)可能高,從而達到(dào)塑化能(néng)力(lì)高、塑化質量好。
注塑機的塑化(huà)能力決定了注塑機的生產能力和生產效率。根(gēn)據注射螺杆塑化機理,由於螺杆(gǎn)間歇性工作和塑(sù)化時螺杆軸(zhóu)向移動以及注射(shè)時螺槽內物(wù)料的運動等作用,形成了(le)塑料在螺槽內(nèi)的熔融過程(chéng)為非穩態(tài)過程,表現出熔料軸向溫差(chà)大、螺杆的塑化能力和功(gōng)率消耗不穩(wěn)定(dìng)。
螺杆塑化時(shí),背(bèi)壓對塑化能力的影響是顯著的,在(zài)螺杆塑化過程中,當增大注射油缸的回泄阻力(背壓增大)時(shí),即增大螺杆均化段前(qián)部熔(róng)料的壓力,使反向流量增加,塑化能力(lì)相應降低。
背壓增大,螺杆驅動功率也將增大,螺杆轉速與塑(sù)化能(néng)力(lì)成(chéng)正比,而螺杆的驅動(dòng)功(gōng)率(lǜ)又正比於(yú)塑化能力,所以螺杆的驅動功率與螺杆轉速成正比。
模(mó)具溫度均勻,提高模(mó)溫時,對注射成型工藝和製品性能有如下影響:
有利於熔體充模流動,充(chōng)模壓(yā)力略微降低;
冷(lěng)卻(què)時間延長,所需(xū)保(bǎo)壓時間延長,成型周期也延長;
製品脫模困難,結晶性聚合物結晶度增高(製品密度提高),後收縮減(jiǎn)少,製品收(shōu)縮率增大;
製品表麵光亮(liàng)程度提高(gāo),製品內大分子定(dìng)向程度減少,內應力降低;
衝擊強度下降(jiàng)模(mó)具溫(wēn)度不均勻(yún):製品收縮不均勻,從而造成製品產生內應力,翹曲變形及應力(lì)開裂。模溫過低導(dǎo)致熔體流(liú)動性降低,充模不滿或(huò)產(chǎn)生熔接痕強度(dù)低。製品內存在較大內應力則易產(chǎn)生翹曲變形或應力開裂。
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