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注塑機注射成型的核心過(guò)程是充模。塑料熔體充填模腔時的流動模型(流動狀態)決定著製件的(de)凝聚態結構和(hé)表觀(guān)結(jié)構(如結晶、分子取向、熔合均勻性等),最終影響製件的使用性能。
塑料熔體從澆口進入型腔的正常充模方(fāng)式應該是後續熔體(tǐ)推進熔體前緣,逐漸擴展,橫(héng)跨型腔平麵直至抵達型腔內壁,充滿整(zhěng)個型腔。充(chōng)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(kāi)始時熔體以較大的動能,通(tōng)過澆口噴射入型腔,分別形成熔體珠滴和細絲狀(zhuàng)直接噴射到澆口對麵的型(xíng)腔壁麵上,後續的充模(mó)過程又如擴散流動那樣(yàng)。充模時發(fā)生不(bú)正常流動形式的流動(dòng)會使熔體(tǐ)產生分離和(hé)熔合,形成較(jiào)多的熔體熔接縫,給製件性能帶來不利影響。
影響熔體充模流動(dòng)形式的因(yīn)素有:熔體溫度、模具溫(wēn)度、注射壓(yā)力、注射速度(dù)以及(jí)模具型腔的空間大小、澆(jiāo)口尺寸和位置。
采用(yòng)色料充模注塑法和透明模具觀察法,觀察不同工藝條件下(xià)熔體充模流動的形式變化。色料充模注塑法是(shì)在透明原料樹脂中混入不同顏料,注射成型試(shì)樣,觀察製品上的流痕花紋,根據流痕花紋判斷是正常的鋪展式充模流動,還是非正常(cháng)的(de)充模流動。透明模具觀察法是采用透明模具,直(zhí)接觀察充模流動特點的方法。
注塑(sù)機的工作原理:借助螺杆(或柱塞)的推力,將已塑化好的熔融狀態(即粘流態)的塑料注射(shè)入閉合好的模腔內,經固(gù)化(huà)定型後取(qǔ)得製品的(de)工藝過程。
注射成型是一個循環的過程,每一周期(qī)主(zhǔ)要包括(kuò):定量加(jiā)料—熔融塑化—施壓注射—充模冷(lěng)卻—啟模取件。取出塑件後(hòu)又再(zài)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(hòu)退→冷卻→開(kāi)模→頂出→退針→開門→關門→合模→噴嘴前進(jìn)。
一般注塑機包括注射裝置、合(hé)模裝置、液壓係統和電氣控製係統等部分(fèn)。
注射成型的基本要(yào)求是塑化、注射和成型。塑化是實現和(hé)保證成型製品質量的前提,而為滿足成型的要求,注射必須保證有足夠的壓(yā)力和速度。同時,由於注(zhù)射壓力很(hěn)高,相應地在模腔中(zhōng)產生很高的壓力(模腔內的平均壓力一般在20~45MPa之間),因(yīn)此(cǐ)必須有(yǒu)足夠(gòu)大的合模(mó)力。由此可見,注(zhù)射裝置和合模裝(zhuāng)置是注塑機的關鍵部件。
預塑動作選擇
根(gēn)據預塑加(jiā)料前後注座是否後退,即噴嘴是否離開模具,注塑機一般(bān)設有三種選擇。
(1)固定加料:預塑前和預塑後(hòu)噴嘴都(dōu)始終貼進模具,注座也(yě)不移動。
(2)前(qián)加料:噴嘴頂著模具(jù)進行預塑加料,預(yù)塑完畢,注座後退,噴嘴離開模具。選擇這種方式的(de)目的是:預塑(sù)時利用模具(jù)注射孔抵住噴(pēn)嘴,避免熔料在背壓較高時從噴嘴流(liú)出,預塑後可以避免噴嘴和模(mó)具長時間接觸而產生熱量傳遞,影(yǐng)響它們各自溫度的相對穩定。
(3)後加料:注射(shè)完成後,注座後退,噴嘴離開模具然後預塑,預塑完(wán)注座(zuò)再(zài)前進。該動作適(shì)用於加(jiā)工成型溫度特別窄的塑料,由於噴嘴與模具接觸時間短,避免了熱量的流失,也避免了熔料在噴嘴孔內的凝固。注射壓力選擇
注塑機的注射壓力由調壓閥進行調節(jiē),在調定壓力的情況下,通過高壓和低(dī)壓油路(lù)的通斷,控製前後期注射壓力(lì)的高低。
普通中型(xíng)以上(shàng)的注塑機設(shè)置有三種(zhǒng)壓力選擇,即高壓、低壓(yā)和先高壓後低壓。高壓注(zhù)射是由注射油缸通(tōng)入高壓壓力油來實現(xiàn)。由於(yú)壓力高,塑料從一開始就在高壓、高速狀態下進入模腔(qiāng)。高壓注射時塑料入(rù)模迅速,注射油缸壓力表讀數上(shàng)升很快(kuài)。低壓注射是由注射油缸(gāng)通入低壓壓力油來實(shí)現的(de),注射過程壓力表讀數(shù)上升緩慢(màn),塑料在低壓、低(dī)速下進入模腔。先高壓後低壓是根(gēn)據塑料種類(lèi)和模具的實際要求從時(shí)間上來控製通入油缸的壓力油(yóu)的壓力高(gāo)低來實現的。
為了滿足不同塑料要求有不同的注射壓力,也可以采用(yòng)更換不同直徑的螺杆或柱塞的方法,這樣既滿足了注射壓力,又充分發揮了機器的(de)生產能力。在(zài)大型注塑機中往往(wǎng)具有多段注射壓力和(hé)多級注射速度控製功(gōng)能,這樣更能保(bǎo)證製品的質量和精度。
注射速度的選擇
一般注塑機控製板上都有快速—慢速(sù)旋鈕(niǔ)用(yòng)來滿足注射速度的要求。在液壓(yā)係統中設(shè)有一個大流量油泵和一個小流量(liàng)泵同(tóng)時運行(háng)供油。當油路(lù)接通大流量(liàng)時,注(zhù)塑機(jī)實(shí)現(xiàn)快速開(kāi)合模、快速注射等,當液壓油路隻提供小流(liú)量時,注塑機各種動作就緩慢進行。
頂出形式的選(xuǎn)擇
注塑機頂出形式有機械頂出和液(yè)壓頂出二種,有的還配有氣(qì)動頂出係統,頂出次數設(shè)有單次和(hé)多次二種。頂出動作可以是手動,也可以是自動。頂出動(dòng)作(zuò)是由開模停止限位開關來啟動的。
合模控製
合模是以巨大的機械推力將模具合緊,以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巨大張開力。
注塑機的合模結構有全液(yè)壓式(shì)和機械連杆(gǎn)式。不管是那一種結構形式(shì),最後都是由連杆完全伸直來實施合模力的。連杆的伸直過程是活動板和尾板撐開的過程,也是四根拉杆受力被(bèi)拉伸的過程。
開模控(kòng)製
當熔融塑料注射(shè)入模腔內及至(zhì)冷卻完成後,隨著便是(shì)開模動作,取出製品。開模過(guò)程也分三(sān)個階段。第一階(jiē)段慢速開模,防止製件(jiàn)在模腔(qiāng)內撕裂。第二階段快速開(kāi)模,以縮短(duǎn)開(kāi)模時間。第三階(jiē)段(duàn)慢速開模,以減低開模慣性造成的衝(chōng)擊及振動。
注塑工藝條(tiáo)件(jiàn)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(háng)程分為3~4個階段,在每個階段中(zhōng)分別使用各自適當的注射速度。在(zài)熔融塑料剛開始通過澆口(kǒu)時減慢注射速度,在充模過程中采用高速注射,在充模結束時減(jiǎn)慢速度。采用這樣的方法(fǎ),可以防止溢料,消除流(liú)痕和減少(shǎo)製品的殘餘應(yīng)力(lì)等。
低速充模時流速平穩,製品尺寸比(bǐ)較穩定,波動較小,製品內應(yīng)力低,製品(pǐn)內外各向應力趨於一致(例如將某聚碳酸脂製(zhì)件浸入(rù)四氯化碳中,用高速注射成型的製件有開裂傾向,低速的不開裂(liè))。在較為緩(huǎn)慢的充模條件(jiàn)下,料流的溫差,特別是澆口前後料的溫差(chà)大,有助於避免縮孔和凹陷(xiàn)的發生。但由於充模時間延續較長容易使製件(jiàn)出現分層和(hé)結合不良的熔(róng)接痕(hén),不但(dàn)影(yǐng)響外(wài)觀,而且使機械強(qiáng)度大大降低。
高(gāo)速注射時,料流速度快(kuài),當高(gāo)速充模順利時,熔料很(hěn)快充滿型腔,料溫下降得少,黏度(dù)下降得也少,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滑度,消除了接縫線現象(xiàng)及分層現象,收縮(suō)凹陷小,顏色均勻(yún)一致(zhì),對製件較大部分能保證豐滿。但容易產生製品發胖起泡或製件發(fā)黃,甚至(zhì)燒傷變焦,或造(zào)成脫模困難,或出現充模不均的現象。對於高黏度塑料有(yǒu)可能導致熔體破(pò)裂(liè),使製件表(biǎo)麵產生雲霧斑。
下列情況(kuàng)可以考慮采用(yòng)高速高(gāo)壓注射:(1)塑料黏度(dù)高,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(báo)的製件,熔(róng)料到(dào)達(dá)薄壁處易冷凝而滯留,必須采用一次高速注射,使熔料(liào)能量(liàng)大量消耗以前立即進入型腔的;(3)用玻璃纖維增強的塑料,或含有(yǒu)較大量填充材料的塑料,因流動性(xìng)差(chà),為了得到表麵光滑而均勻(yún)的製件,必須采用高速(sù)高壓注射的(de)。
對高級精密製品、厚壁製件、壁厚變化大的和具有較厚突緣和筋的製(zhì)件,最好采用多級注射,如二級(jí)、三級、四級甚至五(wǔ)級。
注射壓力的程序(xù)控製
通常將注射壓力的控(kòng)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力的控製。壓力切換時機是(shì)否(fǒu)適當,對於防止模內壓力過高(gāo)、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段澆口封閉時的熔料(liào)壓力和溫(wēn)度。如果每次從保壓切換到製品冷卻階段的壓力和溫度一致,那麽製品的比容就不會發生改變。在(zài)恒定的模塑溫度下,決定製品尺寸的最(zuì)重要(yào)參數是保壓壓力,影響製品尺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
高背壓(yā)可以使熔料(liào)獲得強剪切,低轉速也會使塑料在機筒內得到較長的塑化時間。因而目前(qián)較多地使用了對(duì)背壓和轉速同時進行(háng)程序設計的控製。例如:在螺杆計量全行程先高轉(zhuǎn)速、低背壓,再切換(huàn)到較低轉速、較高背壓,然後(hòu)切換成高背壓、低轉速,最後在(zài)低(dī)背(bèi)壓(yā)、低轉速下進行塑化,這樣,螺杆前部熔料的壓力得到大部分的(de)釋放,減少(shǎo)螺杆的轉動慣量,從而提高(gāo)了螺(luó)杆(gǎn)計量的精確程度(dù)。過(guò)高的背壓往往造(zào)成著色劑變色程度增大;預塑機構(gòu)和機筒螺杆(gǎn)機械磨損增大;預塑(sù)周期延長,生產效率下降;噴嘴容易發生(shēng)流涎,再生料量增加;即使采用(yòng)自鎖式噴(pēn)嘴,如果背壓高於設計的彈簧閉鎖壓力,亦會造成疲勞破壞。所以,背壓壓力一定要調得恰當。
隨著技術的進步,將小型計算機納入注(zhù)塑機的控製係統,采用計算機來控製注塑過程已成為可能。
注塑成型前的準備工作
成型前的準備工作可(kě)能(néng)包括的內容很多,如:物料加工性能的檢驗(測定塑料的(de)流動性(xìng)、水分(fèn)含量等);原料加工前的染色和選粒;粒料(liào)的預熱和幹燥;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(liào)的特性和供(gòng)料情況,一般在成型前應對原料(liào)的外觀和工藝性能進行檢測(cè)。如果(guǒ)所用(yòng)的塑料(liào)為粉狀,如:聚氯乙烯,還應進行配料和幹混;如果製品有著色要求,則可加入適量的著色(sè)劑或色母料;供(gòng)應(yīng)的粒料往往含有不同程度的水分、溶劑及其它(tā)易揮發的低分子物,特別(bié)是(shì)一些具(jù)有吸濕傾向的塑(sù)料含水量總是超過加(jiā)工所允許的限度。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(zhù)射成(chéng)型製品為了裝配及強度方麵的要求,需要在製品中嵌入金屬嵌件。注射(shè)成(chéng)型(xíng)時,安放在模腔中的冷金屬嵌件和熱(rè)塑(sù)料熔(róng)體一起冷卻時,由於金屬(shǔ)和塑料收縮率的顯著不同(tóng),常常使嵌(qiàn)件周圍產(chǎn)生很大的內應力(尤其是像聚苯乙烯等剛性鏈的高聚物更多顯著)。這種內應力的存在使嵌件周圍出現裂(liè)紋,導(dǎo)致製品的使用性能大大(dà)降(jiàng)低。這可以通過選用熱膨脹係數大的金屬(鋁(lǚ)、鋼等)作嵌件,以及將嵌件(尤其是大的金屬嵌件)預熱。同(tóng)時,設計製品時在嵌件(jiàn)周圍安排較大的厚壁等措施。
機筒的清洗
新購進的注塑機初用之前,或者在(zài)生產中需要改變產品、更換原料、調換顏色或發現塑料中有分解現(xiàn)象時,都需要對注塑機機筒進行清洗或拆洗(xǐ)。
脫模劑(jì)的(de)選用
脫模(mó)劑是能使塑料製品易於脫(tuō)模的物質。硬脂酸鋅(xīn)適用於除聚酰胺外(wài)的一般塑料(liào);液體石蠟用於聚酰胺類的(de)塑料效果較(jiào)好;矽油價格昂(áng)貴,使用麻(má)煩,較少用(yòng)。
使用脫模劑應控製適量,盡量少用或不用。噴塗過量會影響(xiǎng)製品外觀,對製品的彩(cǎi)飾也會產生不(bú)良影響。
注塑製品產生(shēng)缺陷的(de)原(yuán)因(yīn)及其處理方法
在注塑成型加工過程中可能由於原(yuán)料處理不(bú)好、製品或模具設計不合理、*作(zuò)工沒有(yǒu)掌握合適的工藝*作條件(jiàn),或者(zhě)因機械方麵的原因,常常使製品產生注不滿、凹陷、飛邊、氣泡、裂紋、翹曲變形、尺寸變化等缺陷。
對塑料製品的(de)評價主要有三個方麵,第一是外觀質量,包括完整性、顏色、光澤等;第二是尺寸和(hé)相對位置間的(de)準確性;第三是與用途相應的機械性能、化學性能、電(diàn)性(xìng)能等。這些質量(liàng)要求又根據製品使用場合(hé)的不同,要求的尺(chǐ)度也(yě)不同(tóng)。
螺杆塑化能力是指(zhǐ)當背壓為零、螺杆轉(zhuǎn)速最(zuì)大時單位時間內所能提供的熔(róng)料量。
評價螺杆設計(jì)水平,可以通過檢測其(qí)塑化能力以及螺杆轉速、背(bèi)壓和功率消耗等對塑化(huà)能力的影(yǐng)響敏感程度。在設計螺杆時,希望螺杆直徑能盡可能小,螺杆能承受的轉速盡可能高,從而達到(dào)塑(sù)化能力高、塑化質量好。
注塑機的塑化能(néng)力決定了注塑機的生產能力和生(shēng)產效率。根據注射螺杆塑化機理,由於螺杆間歇性工作和塑化(huà)時螺(luó)杆軸向移動以及注射時(shí)螺槽內物料的運動等作用,形成了塑料在螺槽內的熔融過程為非穩態過程(chéng),表現出熔料軸向溫(wēn)差大(dà)、螺杆的塑化能力和功率消耗(hào)不穩定。
螺杆塑化時(shí),背壓對塑化能力的影響(xiǎng)是顯著的,在螺杆塑化過程中,當增(zēng)大注射油缸的回泄阻力(背壓增(zēng)大)時,即增大螺(luó)杆均化段前部熔料的壓力,使反向流量增加,塑(sù)化能力相應降低。
背壓增大(dà),螺杆驅動(dòng)功率也將增大,螺杆轉速與塑(sù)化能力成正比,而螺杆的驅動功(gōng)率又正比於(yú)塑化能力,所以螺杆的驅動功率與螺杆轉速成正比。
模具溫度(dù)均勻,提(tí)高模溫時,對(duì)注射成型(xíng)工藝和(hé)製品性能有如(rú)下影響(xiǎng):
有利於熔體充模流動,充模壓力略(luè)微降低;
冷卻時間延(yán)長,所需保壓時間(jiān)延長,成型周期也延長;
製品脫模困難,結晶(jīng)性聚(jù)合物結晶度增(zēng)高(製品密度提高),後收縮減少,製品收縮率增大;
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均(jun1)勻:製品(pǐn)收縮(suō)不均(jun1)勻,從而造成製品(pǐn)產生內應力,翹曲變形及應(yīng)力開裂。模溫過(guò)低導致熔體流動(dòng)性降低,充(chōng)模不滿或產生熔接痕強度低。製品內存在(zài)較大內應力則易產生翹曲變形或應力開裂。
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