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      注塑成型之解


      注塑成型又稱注射模塑成型,它是一種注射兼模塑的成型方法。注塑成型方法的優點是生產速度快、效率高,操作可實現自動化,花色品種多,形狀可以由簡到繁,尺寸可以由大到小,而且制品尺寸精確,產品易更新換代,能成形狀復雜的制件,注塑成型適用于大量生產與形狀復雜產品等成型加工領域。


      在一定溫度下,通過螺桿攪拌完全熔融的塑料材料,用高壓射入模腔,經冷卻固化后,得到成型品的方法。該方法適用于形狀復雜部件的批量生產,是重要的加工方法之一。

      注塑過程

      溫度控制



      ⒈料筒溫度:

      注射模塑過程需要控制的溫度有料筒溫度,噴嘴溫度和模具溫度等。前兩種溫度主要影響塑料的塑化和流動,而后一種溫度主要是影響塑料的流動和冷卻。每一種塑料都具有不同的流動溫度,同一種塑料,由于來源或牌號不同,其流動溫度及分解溫度是有差別的,這是由于平均分子量和分子量分布不同所致,塑料在不同類型的注射機內的塑化過程也是不同的,因而選擇料筒溫度也不相同。


      ⒉噴嘴溫度:

      噴嘴溫度通常是略低于料筒最高溫度的,這是為了防止熔料在直通式噴嘴可能發生的"流涎現象"。噴嘴溫度也不能過低,否則將會造成熔料的早凝而將噴嘴堵塞,或者由于早凝料注入模腔而影響制品的性能。


      ⒊模具溫度:

      模具溫度對制品的內在性能和表觀質量影響很大。模具溫度的高低決定于塑料結晶性的有無、制品的尺寸與結構、性能要求,以及其它工藝條件(熔料溫度、注射速度及注射壓力、模塑周期等)。


      壓力控制


      注塑過程中壓力包括塑化壓力和注射壓力兩種,并直接影響塑料的塑化和制品質量。


      ⒈塑化壓力:

      (背壓)采用螺桿式注射機時,螺桿頂部熔料在螺桿轉動后退時所受到的壓力稱為塑化壓力,亦稱背壓。這種壓力的大小是可以通過液壓系統中的溢流閥來調整的。


      在注射中,塑化壓力的大小是隨螺桿的設計、制品質量的要求以及塑料的種類不同而需要改變的,如果說這些情況和螺桿的轉速都不變,則增加塑化壓力會加強剪切作用,即會提高熔體的溫度,但會減小塑化的效率,增大逆流和漏流,增加驅動功率。


      此外,增加塑化壓力常能使熔體的溫度均勻,色料的混合均勻和排出熔體中的氣體。一般




      操作中,塑化壓力的決定應在保證制品質量優良的前提下越低越好,其具體數值是隨所用的塑料的品種而異的,但通常很少超過20公斤/平方厘米。


      ⒉注射壓力:

      在當前生產中,幾乎所有的注射機的注射壓力都是以柱塞或螺桿頂部對塑料

      所施的壓力(由油路壓力換算來的)為準的。注射壓力在注塑成型中所起的作用是,克服塑料從料筒流向型腔的流動阻力,給予熔料充模的速率以及對熔料進行壓實。



      成型周期

      完成一次注射模塑過程所需的時間稱成型周期,也稱模塑周期。它實際包括以下幾部分:


      注塑成型周期

      成型周期:成型周期直接影響勞動生產率和設備利用率。因此,在生產過程中,應在保證質量的前提下,盡量縮短成型周期中各個有關時間。在整個成型周期中,以注射時間和冷卻時間最重要,它們對制品的質量均有決定性的影響。


      注射時間中的充模時間直接反比于充模速率,生產中充模時間一般約為3-5秒。注射時間中的保壓時間就是對型腔內塑料的壓力時間,在整個注射時間內所占的比例較大,一般約為20-120秒(特厚制件可高達5~10分鐘)。


      在澆口處熔料封凍之前,保壓時間的多少,對制品尺寸準確性有影響,若在以后,則無影響。保壓時間也有最惠值,已知它依賴于料溫,模溫以及主流道和澆口的大小。如果主流道和澆口的尺寸以及工藝條件都是正常的,通常即以得出制品收縮率波動范圍最小的壓力值為準。


      冷卻時間主要決定于制品的厚度,塑料的熱性能和結晶性能,以及模具溫等。冷卻時間的終點,應以保證制品脫模時不引起變動為原則,冷卻時間性一般約在30~120秒鐘之間,冷卻時間過長沒有必要,不僅降低生產效率,對復雜制件還將造成脫模困難,強行脫模時甚至會產生脫模應力。成型周期中的其它時間則與生產過程是否連續化和自動化以及連續化和自動化的程度等有關。


      參數


      ⒈注塑壓力

      注塑壓力是由注塑系統的液壓系統提供的。液壓缸的壓力通過注塑機螺桿傳遞到塑料熔體上,塑料熔體在壓力的推動下,經注塑機的噴嘴進入模具的豎流道(對于部分模具來說也是主流道)、主流道、分流道,并經澆口進入模具型腔,這個過程即為注塑過程,或者稱之為填充過程。


      壓力的存在是為了克服熔體流動過程中的阻力,或者反過來說,流動過程中存在的阻力需要注塑機的壓力來抵消,以保證填充過程順利進行。


      在注塑過程中,注塑機噴嘴處的壓力最高,以克服熔體全程中的流動阻力。其后,壓力沿著流動長度往熔體最前端波前處逐步降低,如果模腔內部排氣良好,則熔體前端最后的壓力就是大氣壓。


      影響熔體填充壓力的因素很多,概括起來有3類:

      ⑴材料因素,如塑料的類型、粘度等;

      ⑵結構性因素,如澆注系統的類型、數目和位置,模具的型腔形狀以及制品的厚度等;

      ⑶成型的工藝要素。


      ⒉注塑時間

      這里所說的注塑時間是指塑料熔體充滿型腔所需要的時間,不包括模具開、合等輔助時間。盡管注塑時間很短,對于成型周期的影響也很小,但是注塑時間的調整對于澆口、流道和型腔的壓力控制有著很大作用。合理的注塑時間有助于熔體理想填充,而且對于提高制品的表面質量以及減小尺寸公差有著非常重要的意義。


      注塑時間要遠遠低于冷卻時間,大約為冷卻時間的1/10~1/15,這個規律可以作為預測塑件全部成型時間的依據。在作模流分析時,只有當熔體完全是由螺桿旋轉推動注滿型腔的情況下,分析結果中的注塑時間才等于工藝條件中設定的注塑時間。如果在型腔充滿前發生螺桿的保壓切換,那么分析結果將大于工藝條件的設定。


      ⒊注塑溫度

      注塑溫度是影響注塑壓力的重要因素。注塑機料筒有5~6個加熱段,每種原料都有其合適的加工溫度(詳細的加工溫度可以參閱材料供應商提供的數據)。注塑溫度必須控制在一定的范圍內。


      溫度太低,熔料塑化不良,影響成型件的質量,增加工藝難度;溫度太高,原料容易分解。在實際的注塑成型過程中,注塑溫度往往比料筒溫度高,高出的數值與注塑速率和材料的性能有關,最高可達30℃。


      這是由于熔料通過注料口時受到剪切而產生很高的熱量造成的。在作模流分析時可以通過兩種方式來補償這種差值,一種是設法測量熔料對空注塑時的溫度,另一種是建模時將射嘴也包含進去。


      ⒋保壓壓力與時間

      在注塑過程將近結束時,螺桿停止旋轉,只是向前推進,此時注塑進入保壓階段。保壓過程中注塑機的噴嘴不斷向型腔補料,以填充由于制件收縮而空出的容積。


      如果型腔充滿后不進行保壓,制件大約會收縮25%左右,特別是筋處由于收縮過大而形成收縮痕跡。保壓壓力一般為充填最大壓力的85%左右,當然要根據實際情況來確定。


      ⒌背壓

      背壓是指螺桿反轉后退儲料時所需要克服的壓力。采用高背壓有利于色料的分散和塑料的融化,但卻同時延長了螺桿回縮時間,降低了塑料纖維的長度,增加了注塑機的壓力,因此背壓應該低一些,一般不超過注塑壓力的20%。注塑泡沫塑料時,背壓應該比氣體形成的壓力高,否則螺桿會被推出料筒。


      有些注塑機可以將背壓編程,以補償熔化期間螺桿長度的縮減,這樣會降低輸入熱量,令溫度下降。不過由于這種變化的結果難以估計,故不易對機器作出相應的調整。



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