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注(zhù)塑機注射成型的核心過程是充(chōng)模。塑料熔體充填模腔時的流動模型(流(liú)動(dòng)狀態)決定著製件的凝聚態結構和表觀結構(如結晶、分子取向、熔合均(jun1)勻(yún)性(xìng)等),最終影響(xiǎng)製件的使用性能。
塑料熔體(tǐ)從澆口進入型腔的正(zhèng)常充模方式應該是後續熔(róng)體推進熔體前緣,逐漸擴展,橫跨型腔平麵(miàn)直至(zhì)抵達型腔內壁,充滿整個(gè)型腔。充模流動的非正常形式是噴射流和滯流充模形式。噴射流和滯流表現為充模開始時熔(róng)體以較大(dà)的動能,通過澆口噴(pēn)射入型腔,分別形成(chéng)熔體珠滴和細絲狀直接噴射到澆(jiāo)口對麵的型腔壁(bì)麵上,後續的充模過程(chéng)又如擴散流動那樣。充模時發生不正常(cháng)流動形(xíng)式的(de)流動會使熔體產生(shēng)分離(lí)和熔合,形成較多(duō)的(de)熔體熔接縫,給製件性(xìng)能帶來不利影(yǐng)響。
影響(xiǎng)熔體充模流(liú)動形式(shì)的(de)因(yīn)素有:熔體溫度、模具溫度、注射壓力、注射速度以及模具型腔(qiāng)的空間大小、澆口尺寸和位置。
采用色料充模(mó)注塑法(fǎ)和透明模具觀察法,觀察不同工藝(yì)條件下熔體充模流動的(de)形式變化。色料充模注塑法是在透明原料樹脂中混入不同(tóng)顏料,注(zhù)射(shè)成型試樣,觀察製(zhì)品上的流痕(hén)花紋(wén),根據流痕花紋判斷是正常的鋪展式充模流動(dòng),還是非正常的充模流動。透明模具觀察(chá)法是采用透明(míng)模具,直(zhí)接觀察充模流動特點的(de)方法。
注塑機的工作原理:借助(zhù)螺杆(或(huò)柱(zhù)塞)的推力,將已(yǐ)塑化好的熔融狀態(即粘流態)的塑料注射入(rù)閉合好的模腔內,經固化定型後取得(dé)製品的工藝過程。
注射成型是一個循環的過程,每一周期主要(yào)包括:定量加料—熔融塑化—施壓(yā)注射—充模冷卻—啟模取(qǔ)件。取出塑件後又再閉模,進行下一個循環。
注塑機的動作程序
噴嘴前進→注射→保壓→預塑→倒縮→噴嘴後退→冷卻→開模→頂出→退針→開門(mén)→關門→合模→噴嘴前進。
一般注塑機包括注射裝置、合模(mó)裝置、液壓係統和(hé)電氣(qì)控(kòng)製係統等部分(fèn)。
注(zhù)射成型的基本要求是塑化、注射和(hé)成型。塑化是實現和保證(zhèng)成型製品質量的前(qián)提(tí),而為滿足成型的要求(qiú),注射必須保證有足夠的壓力和速度。同時,由於注射壓力很高,相應地在模腔中產生很高的壓力(模腔內(nèi)的平均(jun1)壓(yā)力一(yī)般在20~45MPa之間),因此必須有足夠(gòu)大的合模(mó)力。由此(cǐ)可見,注射裝置和合(hé)模裝置是注(zhù)塑機的關鍵部件。
預塑動作選擇
根據預塑加料前後注座是否後退,即噴嘴是否離開模具,注塑(sù)機一般設有(yǒu)三種選擇。
(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)移動。
(2)前加料:噴嘴(zuǐ)頂著模(mó)具進(jìn)行預塑加(jiā)料(liào),預塑完畢,注座後退,噴嘴離開模具。選擇這種(zhǒng)方式(shì)的(de)目的是:預(yù)塑時利用模具注(zhù)射孔抵住噴嘴,避免熔料在背壓較高時從噴嘴流出,預塑後可以避免(miǎn)噴嘴和模具長時(shí)間接觸而產生熱(rè)量傳遞,影響它們各自溫度的相對穩定。
(3)後加料:注(zhù)射完成(chéng)後,注座後退,噴嘴離開模具然後預塑,預塑完注座再前進。該動作適用(yòng)於加工成型溫(wēn)度特(tè)別窄的(de)塑料,由於噴嘴與模具接觸時間(jiān)短(duǎn),避免了熱量的流失,也避免了熔料(liào)在噴嘴孔內的凝(níng)固。注射壓力選擇
注塑(sù)機的注射壓力由(yóu)調壓(yā)閥進行調節,在調定壓力的情況下(xià),通過高壓(yā)和低壓油路的通斷,控製(zhì)前後期注射壓力的高低(dī)。
普通中型以上的注(zhù)塑(sù)機設置有三種壓力選擇,即高壓、低壓和先高壓(yā)後低壓(yā)。高(gāo)壓注射是由注射油缸通入高壓壓力(lì)油來實現。由於(yú)壓力高,塑料從一開始就(jiù)在(zài)高壓、高速狀態下進入模腔。高壓注射時塑料入模(mó)迅(xùn)速,注射油(yóu)缸壓力表讀數上升很快。低壓注射是由(yóu)注射(shè)油缸通入低壓壓力油來實(shí)現的,注射過程壓力(lì)表讀數上升緩慢,塑料在低壓、低速(sù)下進入模腔。先高(gāo)壓後低壓是根(gēn)據塑料種類和模(mó)具的實際要求從時間(jiān)上來控製通入油(yóu)缸的壓力油的壓力高低來實現的。
為(wéi)了滿足不同塑料要求有不同的注射(shè)壓(yā)力,也可以采用更換不同直徑的螺杆或柱塞的方法,這樣既滿足了注射壓(yā)力,又充分發揮了機器的生產能力。在大型注(zhù)塑機中往往具有多段注射壓力和多級(jí)注射速度控(kòng)製功能,這樣更能保證製品的質量和(hé)精度。
注射速度的選擇
一般注塑機控製板上都有快速—慢速旋鈕用來(lái)滿足注射速度的要求。在液壓係統中設有一個大流量油泵和一(yī)個小流量泵同時(shí)運行供油。當油路接通大流量(liàng)時,注塑機實現快速開合模、快速注(zhù)射等,當液壓油路隻提供小流(liú)量時,注(zhù)塑機(jī)各種動作(zuò)就緩慢進(jìn)行。
頂出形式的選擇
注塑機頂出形式有機械頂出和液壓頂出二種,有的還配有氣動頂(dǐng)出(chū)係統,頂出次數設有單次和多次二種。頂出動作(zuò)可以是手動,也可以是自動。頂出動作是由開模停止限位開關來啟動的。
合模控製
合(hé)模(mó)是以巨(jù)大的機械推力(lì)將模具合緊,以(yǐ)抵擋注塑過(guò)程熔融塑料的高壓注射及填充模具(jù)而令模具發生的巨大張開力。
注塑機的合模結構(gòu)有全液壓式和機械連杆式。不管是(shì)那一種結構形(xíng)式(shì),最後都是由連(lián)杆完全伸直來實施合模力的。連杆(gǎn)的伸直過程是活動板和尾板撐開的(de)過程(chéng),也是四根拉杆受(shòu)力被拉伸的過程。
開模控製
當熔融塑料注射入模腔內及至(zhì)冷卻(què)完(wán)成後,隨著便是開模動作(zuò),取出製品。開模過程也(yě)分(fèn)三個階段。第(dì)一階段慢速開模,防止製件在模(mó)腔內撕裂。第(dì)二階(jiē)段快速開模,以縮短開(kāi)模時間。第三階段慢速開模,以減低開模慣性造成的衝擊及振動。
注塑工藝條件的控製
注射速度的程序控製
注射速度的程序控製是將螺杆的注射行程分為3~4個階段,在每(měi)個階段中分別使用各自適當的注射速度。在熔融塑料剛開始通過澆口時減慢注射速(sù)度,在充模過程中采用高速注射(shè),在充模結束時減慢速度(dù)。采用這樣的方法,可以(yǐ)防止溢料,消除流痕和減少製品的殘餘應力等。
低速充模時流速平(píng)穩,製(zhì)品尺寸(cùn)比較(jiào)穩定,波動較小,製品內應力低,製品內(nèi)外(wài)各向應力趨於一致(例如將某聚(jù)碳酸脂製(zhì)件浸入四氯(lǜ)化碳中,用高速注射成型的(de)製件有開裂傾向,低速的不開裂)。在較為緩慢的充模(mó)條件下,料(liào)流的溫差,特別是澆口前(qián)後料(liào)的溫差大(dà),有助於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分層和結合不良的熔接痕,不但影響外觀,而且使機(jī)械強度大大(dà)降低。
高速注射時,料(liào)流速度快,當高(gāo)速充模順利時,熔料很快充滿型腔,料溫下降得(dé)少,黏度下降得(dé)也少,可以采用較低的注射壓(yā)力,是一種熱(rè)料充模態勢。高速充模能改進製件的光澤度和平滑度,消除(chú)了接縫線現象(xiàng)及分層現象,收縮凹陷小,顏(yán)色均勻一致,對製件較大部分能保證豐滿。但容(róng)易產生製(zhì)品發胖起泡(pào)或(huò)製件發黃,甚至燒傷變焦,或造成脫模困難,或出現充模不均的現象。對於高黏度塑(sù)料有可能導致熔體破裂,使製件(jiàn)表麵產生(shēng)雲霧(wù)斑(bān)。
下列情況可以考慮采用高速高壓注射:(1)塑料黏度高,冷卻速度快,長流程製件采(cǎi)用低壓(yā)慢速不能完全充滿(mǎn)型腔各個(gè)角落的;(2)壁(bì)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,使熔料能(néng)量大量消耗以前立即進入(rù)型腔的(de);(3)用玻(bō)璃纖維增強的塑料,或含有(yǒu)較大量填充材料的塑料,因流動性差,為了得到表麵光滑而均(jun1)勻的製件(jiàn),必須(xū)采用高速高壓注射的(de)。
對高級精密製品、厚(hòu)壁製件、壁厚(hòu)變(biàn)化大的和具有較厚突緣和筋(jīn)的製件,最好采用多(duō)級注射,如二級、三級、四級甚至五級。
注(zhù)射壓力的程序控製
通常(cháng)將(jiāng)注射壓力的控製(zhì)分成為一次注射(shè)壓力、二次注射壓(yā)力(保壓)或三(sān)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(quē)料(liào)等都是非常重要的。模製品的比容(róng)取決於(yú)保壓階段澆口封閉時(shí)的熔料壓力和溫度。如果每次從保壓切換(huàn)到製品冷卻階段的(de)壓力和溫(wēn)度一致,那(nà)麽製品的比容就不會發生改變。在恒定的模塑溫度下,決定製品尺寸的最重要參數(shù)是保壓壓力(lì),影響(xiǎng)製品尺寸公差的最重要的變(biàn)量是保壓壓力和(hé)溫度。
螺杆背壓和轉速的程序控製
高背壓可以使熔料獲(huò)得強剪切,低轉速也(yě)會使塑料在(zài)機筒內得到較長的塑化時間。因而目前較多(duō)地使用了對背壓和轉速同時進行程序設計(jì)的控製。例如:在螺杆計(jì)量全行程先高轉速、低背壓(yā),再切換到較低(dī)轉(zhuǎn)速、較高背壓,然(rán)後切換成高背(bèi)壓、低轉速(sù),最後在(zài)低背壓、低轉(zhuǎn)速下(xià)進行塑化,這樣,螺杆前部熔料的壓力得到(dào)大部分的釋放,減少(shǎo)螺杆的(de)轉動慣量,從而提高了螺杆計量的精確程度。過高的背壓往往造成著色劑變色程度增大;預塑機構和機筒螺杆機械磨損增大;預塑周期延長,生產效率下降(jiàng);噴嘴容易發生流(liú)涎,再生料量增加;即使采用自鎖式噴嘴(zuǐ),如果背壓高於設計的彈(dàn)簧閉鎖壓(yā)力,亦會造成疲(pí)勞破壞。所以,背壓壓力一定要調得恰當。
隨著(zhe)技術的進(jìn)步,將小型計算機納入注塑機的控製係統,采用計算機來控(kòng)製注塑過程已成為可能。
注(zhù)塑成型前的準備工作
成型前的(de)準備工作(zuò)可(kě)能包括(kuò)的內容很多,如:物料加工性能的檢驗(測定塑料的流動性、水(shuǐ)分含量等);原料加工前的染色和選粒(lì);粒料的預熱和幹燥;嵌(qiàn)件的清洗和預熱;試模(mó)和料筒清洗(xǐ)等。
原料的預處理
根據塑料的特性和供料情況,一般(bān)在成(chéng)型(xíng)前應對原料的外觀和(hé)工藝性能進行檢測。如果(guǒ)所用的塑料為粉狀,如:聚氯乙烯,還應進行配料和幹混;如果製品有(yǒu)著色要求,則可加入適量的著(zhe)色劑或色母料;供應的(de)粒料往往含有不同程度的水分、溶劑及其它易揮發(fā)的低分子物,特別是一些具有吸濕傾(qīng)向的塑料含水量總是超過加工所允(yǔn)許的限度。因此,在加工前必須進行幹燥處理,並測定含水量。
嵌件的預熱
注射成型製品為了裝配及(jí)強(qiáng)度方麵的要求,需要(yào)在(zài)製品中嵌入金屬嵌件。注射成型時,安放在(zài)模腔中的冷金屬嵌件和熱塑料熔體一起冷(lěng)卻時(shí),由(yóu)於金屬和塑(sù)料收(shōu)縮(suō)率的(de)顯著不同,常常使嵌件周圍產生很大的內應力(尤其(qí)是像聚苯(běn)乙烯等剛性鏈的高(gāo)聚物更多顯(xiǎn)著)。這種內應力的存在使嵌(qiàn)件周圍出現裂紋(wén),導致製品的使用性能大大降低(dī)。這可以通過選用熱膨(péng)脹係數大(dà)的金屬(shǔ)(鋁、鋼等)作嵌件,以及將(jiāng)嵌件(尤其是大的金屬嵌件)預熱。同時,設計製品時(shí)在嵌件周圍安排較大的厚壁等措施。
機筒的清洗
新購進的注(zhù)塑機初用之前,或(huò)者在生產中需要改變產品、更換原料、調換顏色或發現塑料中有(yǒu)分解現象時,都需要對注塑機機筒進行清洗或(huò)拆洗。
脫模劑的選用
脫(tuō)模劑是能使塑料製品易於脫模的(de)物(wù)質。硬脂(zhī)酸鋅適用(yòng)於除聚酰胺(àn)外的一般塑料;液體石蠟用(yòng)於聚酰胺類的(de)塑料效果較好;矽油價格昂貴,使(shǐ)用麻煩,較少用(yòng)。
使用脫模劑應控製(zhì)適量,盡量少用或不(bú)用(yòng)。噴塗(tú)過量會影響製品外觀,對製品的彩飾也會產生不良影響。
注塑製品產生缺陷的原因及其處理方法
在注塑成型(xíng)加工過(guò)程中可能由於原料處理不好、製品或模具設計不(bú)合理、*作(zuò)工沒有掌握合適的工藝*作條件,或(huò)者因機械(xiè)方麵的原因,常常(cháng)使製品產生注不滿、凹陷(xiàn)、飛邊、氣泡、裂紋、翹曲(qǔ)變形、尺寸變化等缺陷。
對塑料製品的評價(jià)主要有三個方麵,第一是外觀質量,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(xìng)能、化學性能、電性能等(děng)。這些質(zhì)量要求又根據製品使用場合的(de)不同,要求的尺度也不同。
螺杆塑化能力是指當(dāng)背壓(yā)為零、螺杆(gǎn)轉速最大時單位時間內所能(néng)提供的熔料量。
評價(jià)螺(luó)杆設計水平,可以(yǐ)通過檢測其塑化能力(lì)以及螺杆轉速、背壓和功率消耗等對塑化能力的影響敏感(gǎn)程度。在設計螺杆時,希望螺杆直徑能盡可能小,螺杆能承受的轉(zhuǎn)速盡可能高,從而達到塑化能力高、塑化質量好。
注塑機的塑化能力決定了注塑機的生(shēng)產能力和生產效率。根據注射螺杆塑化機理,由於螺杆間歇性(xìng)工作和(hé)塑化時(shí)螺杆軸向移動以(yǐ)及注射時螺槽內物料(liào)的運動等作用,形成了塑料(liào)在螺槽內的熔融過程為非穩態過程,表現出熔料軸(zhóu)向溫差大、螺杆的塑化能力和功率消耗不穩定。
螺(luó)杆塑化時,背壓對塑化能(néng)力的影響是顯(xiǎn)著的,在螺杆塑化過程中,當增大注射油缸的回泄阻(zǔ)力(背壓增大)時,即增大螺杆均化段前部熔料的壓力,使反向流量增加,塑化能力相應降低。
背(bèi)壓增大,螺杆驅動功率也將增(zēng)大,螺杆轉速與塑化能力成(chéng)正比(bǐ),而螺杆的驅動功率又正比於塑化能力,所以螺(luó)杆的驅動功率與螺杆轉速成正比。
模具(jù)溫度均勻,提高模溫時(shí),對注射成型工藝和製品性能有如下影響:
有利於熔體(tǐ)充模流動,充模壓力略微降低;
冷(lěng)卻時間延長,所需保壓時間延長,成型周(zhōu)期也延長;
製品脫模困難,結晶性聚合(hé)物結晶度增高(製(zhì)品密度提高),後收縮減少,製品收(shōu)縮率(lǜ)增大;
製品表麵光亮(liàng)程度提高,製品內大分子定向程度減少,內應力降低;
衝擊強度下降模具溫度不(bú)均勻(yún):製品收縮(suō)不均勻,從而造成製品產(chǎn)生內應力,翹曲變形及應力開裂。模溫過低導致熔體流動性降低,充模不滿或產生熔接痕強度低。製品內存在較大內應力則易(yì)產生翹曲變形或應力開裂。
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