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注塑成型原理和注塑工艺准备条件
返回列表 来源: 发布日期: 2020.08.05

注塑机注射成型的核心过程是充模。塑料熔体充填模腔时的流动模型(流动状态)决定着制件的凝聚态结构和表观结构(如结晶、分子取向、熔合均匀性等),最终影响制件的使用性能。

塑料熔体从浇口进入型腔的正常充模方式应该是后续熔体推进熔体前缘,逐渐扩展,横跨型腔平面直至抵达型腔内壁,充满整个型腔。充模流动的非正常形式是喷射流和滞流充模形式。喷射流和滞流表现为充模开始时熔体以较大的动能,通过浇口喷射入型腔,分别形成熔体珠滴和细丝状直接喷射到浇口对面的型腔壁面上,后续的充模过程又如扩散流动那样。充模时发生不正常流动形式的流动会使熔体产生分离和熔合,形成较多的熔体熔接缝,给制件性能带来不利影响。

影响熔体充模流动形式的因素有:熔体温度、模具温度、注射压力、注射速度以及模具型腔的空间大小、浇口尺寸和位置。

采用色料充模注塑法和透明模具观察法,观察不同工艺条件下熔体充模流动的形式变化。色料充模注塑法是在透明原料树脂中混入不同颜料,注射成型试样,观察制品上的流痕花纹,根据流痕花纹判断是正常的铺展式充模流动,还是非正常的充模流动。透明模具观察法是采用透明模具,直接观察充模流动特点的方法。

注塑机的工作原理:借助螺杆(或柱塞)的推力,将已塑化好的熔融状态(即粘流态)的塑料注射入闭合好的模腔内,经固化定型后取得制品的工艺过程。

注射成型是一个循环的过程,每一周期主要包括:定量加料—熔融塑化—施压注射—充模冷却—启模取件。取出塑件后又再闭模,进行下一个循环。

注塑机的动作程序

喷嘴前进→注射→保压→预塑→倒缩→喷嘴后退→冷却→开模→顶出→退针→开门→关门→合模→喷嘴前进。

一般注塑机包括注射装置、合模装置、液压系统和电气控制系统等部分。

注射成型的基本要求是塑化、注射和成型。塑化是实现和保证成型制品质量的前提,而为满足成型的要求,注射必须保证有足够的压力和速度。同时,由于注射压力很高,相应地在模腔中产生很高的压力(模腔内的平均压力一般在20~45MPa之间),因此必须有足够大的合模力。由此可见,注射装置和合模装置是注塑机的关键部件。

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住喷嘴,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,预塑完注座再前进。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。注射压力选择

注塑机的注射压力由调压阀进行调节,在调定压力的情况下,通过高压和低压油路的通断,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。高压注射是由注射油缸通入高压压力油来实现。由于压力高,塑料从一开始就在高压、高速状态下进入模腔。高压注射时塑料入模迅速,注射油缸压力表读数上升很快。低压注射是由注射油缸通入低压压力油来实现的,注射过程压力表读数上升缓慢,塑料在低压、低速下进入模腔。先高压后低压是根据塑料种类和模具的实际要求从时间上来控制通入油缸的压力油的压力高低来实现的。

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,这样既满足了注射压力,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。

注射速度的选择

一般注塑机控制板上都有快速—慢速旋钮用来满足注射速度的要求。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。

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来启动的。

合模控制

合模是以巨大的机械推力将模具合紧,以抵挡注塑过程熔融塑料的高压注射及填充模具而令模具发生的巨大张开力。

注塑机的合模结构有全液压式和机械连杆式。不管是那一种结构形式,最后都是由连杆完全伸直来实施合模力的。连杆的伸直过程是活动板和尾板撑开的过程,也是四根拉杆受力被拉伸的过程。

开模控制

当熔融塑料注射入模腔内及至冷却完成后,随着便是开模动作,取出制品。开模过程也分三个阶段。第一阶段慢速开模,防止制件在模腔内撕裂。第二阶段快速开模,以缩短开模时间。第三阶段慢速开模,以减低开模惯性造成的冲击及振动。

注塑工艺条件的控制

注射速度的程序控制

注射速度的程序控制是将螺杆的注射行程分为3~4个阶段,在每个阶段中分别使用各自适当的注射速度。在熔融塑料刚开始通过浇口时减慢注射速度,在充模过程中采用高速注射,在充模结束时减慢速度。采用这样的方法,可以防止溢料,消除流痕和减少制品的残余应力等。

低速充模时流速平稳,制品尺寸比较稳定,波动较小,制品内应力低,制品内外各向应力趋于一致(例如将某聚碳酸脂制件浸入四氯化碳中,用高速注射成型的制件有开裂倾向,低速的不开裂)。在较为缓慢的充模条件下,料流的温差,特别是浇口前后料的温差大,有助于避免缩孔和凹陷的发生。但由于充模时间延续较长容易使制件出现分层和结合不良的熔接痕,不但影响外观,而且使机械强度大大降低。

高速注射时,料流速度快,当高速充模顺利时,熔料很快充满型腔,料温下降得少,黏度下降得也少,可以采用较低的注射压力,是一种热料充模态势。高速充模能改进制件的光泽度和平滑度,消除了接缝线现象及分层现象,收缩凹陷小,颜色均匀一致,对制件较大部分能保证丰满。但容易产生制品发胖起泡或制件发黄,甚至烧伤变焦,或造成脱模困难,或出现充模不均的现象。对于高黏度塑料有可能导致熔体破裂,使制件表面产生云雾斑。

下列情况可以考虑采用高速高压注射:(1)塑料黏度高,冷却速度快,长流程制件采用低压慢速不能完全充满型腔各个角落的;(2)壁厚太薄的制件,熔料到达薄壁处易冷凝而滞留,必须采用一次高速注射,使熔料能量大量消耗以前立即进入型腔的;(3)用玻璃纤维增强的塑料,或含有较大量填充材料的塑料,因流动性差,为了得到表面光滑而均匀的制件,必须采用高速高压注射的。

对高级精密制品、厚壁制件、壁厚变化大的和具有较厚突缘和筋的制件,最好采用多级注射,如二级、三级、四级甚至五级。

注射压力的程序控制

通常将注射压力的控制分成为一次注射压力、二次注射压力(保压)或三次以上的注射压力的控制。压力切换时机是否适当,对于防止模内压力过高、防止溢料或缺料等都是非常重要的。模制品的比容取决于保压阶段浇口封闭时的熔料压力和温度。如果每次从保压切换到制品冷却阶段的压力和温度一致,那麽制品的比容就不会发生改变。在恒定的模塑温度下,决定制品尺寸的最重要参数是保压压力,影响制品尺寸公差的最重要的变量是保压压力和温度。

螺杆背压和转速的程序控制

高背压可以使熔料获得强剪切,低转速也会使塑料在机筒内得到较长的塑化时间。因而目前较多地使用了对背压和转速同时进行程序设计的控制。例如:在螺杆计量全行程先高转速、低背压,再切换到较低转速、较高背压,然后切换成高背压、低转速,最后在低背压、低转速下进行塑化,这样,螺杆前部熔料的压力得到大部分的释放,减少螺杆的转动惯量,从而提高了螺杆计量的精确程度。过高的背压往往造成着色剂变色程度增大;预塑机构和机筒螺杆机械磨损增大;预塑周期延长,生产效率下降;喷嘴容易发生流涎,再生料量增加;即使采用自锁式喷嘴,如果背压高于设计的弹簧闭锁压力,亦会造成疲劳破坏。所以,背压压力一定要调得恰当。

随着技术的进步,将小型计算机纳入注塑机的控制系统,采用计算机来控制注塑过程已成为可能。

注塑成型前的准备工作

成型前的准备工作可能包括的内容很多,如:物料加工性能的检验(测定塑料的流动性、水分含量等);原料加工前的染色和选粒;粒料的预热和干燥;嵌件的清洗和预热;试模和料筒清洗等。

原料的预处理

根据塑料的特性和供料情况,一般在成型前应对原料的外观和工艺性能进行检测。如果所用的塑料为粉状,如:聚氯乙烯,还应进行配料和干混;如果制品有着色要求,则可加入适量的着色剂或色母料;供应的粒料往往含有不同程度的水分、溶剂及其它易挥发的低分子物,特别是一些具有吸湿倾向的塑料含水量总是超过加工所允许的限度。因此,在加工前必须进行干燥处理,并测定含水量。

嵌件的预热

注射成型制品为了装配及强度方面的要求,需要在制品中嵌入金属嵌件。注射成型时,安放在模腔中的冷金属嵌件和热塑料熔体一起冷却时,由于金属和塑料收缩率的显著不同,常常使嵌件周围产生很大的内应力(尤其是像聚苯乙烯等刚性链的高聚物更多显著)。这种内应力的存在使嵌件周围出现裂纹,导致制品的使用性能大大降低。这可以通过选用热膨胀系数大的金属(铝、钢等)作嵌件,以及将嵌件(尤其是大的金属嵌件)预热。同时,设计制品时在嵌件周围安排较大的厚壁等措施。

机筒的清洗

新购进的注塑机初用之前,或者在生产中需要改变产品、更换原料、调换颜色或发现塑料中有分解现象时,都需要对注塑机机筒进行清洗或拆洗。

脱模剂的选用

脱模剂是能使塑料制品易于脱模的物质。硬脂酸锌适用于除聚酰胺外的一般塑料;液体石蜡用于聚酰胺类的塑料效果较好;硅油价格昂贵,使用麻烦,较少用。

使用脱模剂应控制适量,尽量少用或不用。喷涂过量会影响制品外观,对制品的彩饰也会产生不良影响。

注塑制品产生缺陷的原因及其处理方法

在注塑成型加工过程中可能由于原料处理不好、制品或模具设计不合理、*作工没有掌握合适的工艺*作条件,或者因机械方面的原因,常常使制品产生注不满、凹陷、飞边、气泡、裂纹、翘曲变形、尺寸变化等缺陷。

对塑料制品的评价主要有三个方面,第一是外观质量,包括完整性、颜色、光泽等;第二是尺寸和相对位置间的准确性;第三是与用途相应的机械性能、化学性能、电性能等。这些质量要求又根据制品使用场合的不同,要求的尺度也不同。

螺杆塑化能力是指当背压为零、螺杆转速最大时单位时间内所能提供的熔料量。

评价螺杆设计水平,可以通过检测其塑化能力以及螺杆转速、背压和功率消耗等对塑化能力的影响敏感程度。在设计螺杆时,希望螺杆直径能尽可能小,螺杆能承受的转速尽可能高,从而达到塑化能力高、塑化质量好。

注塑机的塑化能力决定了注塑机的生产能力和生产效率。根据注射螺杆塑化机理,由于螺杆间歇性工作和塑化时螺杆轴向移动以及注射时螺槽内物料的运动等作用,形成了塑料在螺槽内的熔融过程为非稳态过程,表现出熔料轴向温差大、螺杆的塑化能力和功率消耗不稳定。

螺杆塑化时,背压对塑化能力的影响是显著的,在螺杆塑化过程中,当增大注射油缸的回泄阻力(背压增大)时,即增大螺杆均化段前部熔料的压力,使反向流量增加,塑化能力相应降低。

背压增大,螺杆驱动功率也将增大,螺杆转速与塑化能力成正比,而螺杆的驱动功率又正比于塑化能力,所以螺杆的驱动功率与螺杆转速成正比。

模具温度均匀,提高模温时,对注射成型工艺和制品性能有如下影响:

有利于熔体充模流动,充模压力略微降低;

冷却时间延长,所需保压时间延长,成型周期也延长;

制品脱模困难,结晶性聚合物结晶度增高(制品密度提高),后收缩减少,制品收缩率增大;

制品表面光亮程度提高,制品内大分子定向程度减少,内应力降低;

冲击强度下降模具温度不均匀:制品收缩不均匀,从而造成制品产生内应力,翘曲变形及应力开裂。模温过低导致熔体流动性降低,充模不满或产生熔接痕强度低。制品内存在较大内应力则易产生翘曲变形或应力开裂。

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