標籤:高分子

受熱融化的材料由高壓射入模腔,經冷卻固化后,得到成形品的方法。該方法適用於形狀複雜部件的批量生產,是重要的加工方法之一。

1基本信息

注塑成型 zhù sù chéng xíng【Injection Molding】
注射成型過程大致可分為以下6個階
注塑成型

  注塑成型

段 :
合模、射膠、保壓、冷卻、開模、製品取出。
上述工藝反覆進行,就可批量周期性生產出製品。熱固性塑料和橡膠的成型也包括同樣過程,但料筒溫度 較熱塑性塑料的低,注射壓力卻較高,模具是加熱的,物料注射完畢在模具中需經固化或硫化過程,然後趁熱脫膜。
現今加工工藝的趨勢正朝著高新技術的方向發展,這些技術包括:微型注塑、高填充複合注塑、水輔注塑、混合使用各種特別注塑成型工藝、泡沫注塑、模具技術、模擬技術等。

2歷史

在1868年,海雅特開發了一個塑料材料,他命名為賽璐璐。賽璐璐已經於1851年由亞歷山大・帕克斯發明。海雅特改善它,使它能夠被加工為成品形狀。海雅特同他的兄弟艾賽亞於1872年,註冊了第一部柱塞式注射機的專利權。這個機器比20世紀使用的機器相對地簡單。它運行起來基本地像一個巨大的皮下注射器針頭。這個巨大的針頭(擴散筒)通過一個加熱的圓筒注射塑料到模具裏。
在20世紀40年代第二次世界大戰做成了對價格便宜、大量生產產品的巨大需求。,價格低廉,大量生產的產品。
1946年,美國發明家詹姆斯沃森亨德利建造的第一個注塑機,這使得更精確地控制注射速度和質量產生的物品。本機還使材料混合注射前,使彩色或再生塑料可被徹底混合注入原生物質。1951年美國研製出第一台螺桿式注射機,它沒有申請專利,這種裝置仍然持續在使用。
在20世紀70年代,亨德利接著開發了首個氣體輔助注塑成型過程,並允許生產複雜的、中空的產品,迅速冷卻。這大大提高了設計靈活性以及力量和終點製造的部件,同時減少生產時間、成本、重量和浪費。

3注塑過程

壓力控制
注塑過程中壓力包括塑化壓力和注射壓力兩種,並直接影響塑料的塑化和製品質量。
⒈塑化壓力:(背壓)採用螺桿式注射機時,螺桿頂部熔料在螺桿轉動後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、製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
注塑成型中的壓力曲線

  注塑成型中的壓力曲線

操作中,塑化壓力的決定應在保證製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。
注塑成型

  注塑成型

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

  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,它們對製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於充模速率,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佔的比例較大,一般約為20-120秒(特厚製件可高達5~10分鐘)。在澆口處熔料封凍之前,保壓時間的多少,對製品尺寸準確性有影響,若在以後,則無影響。保壓時間也有最惠值,已知它依賴於料溫,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,通常即以得出製品收縮率波動範圍最小的壓力值為準。冷卻時間主要決定於製品的厚度,塑料的熱性能和結晶性能,以及模具溫等。冷卻時間的終點,應以保證製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,對複雜製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。

4參數

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(對於部分模具來說也是主流道)、主流道、分流道,並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。其後,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,則熔體前端最後的壓力就是大氣壓。
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製品的厚度等;⑶成型的工藝要素。
⒉注塑時間
這裡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。儘管注塑時間很短,對於成型周期的影響也很小,但是注塑時間的調整對於澆口、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於熔體理想填充,而且對於提高製品的表面質量以及減小尺寸公差有著非常重要的意義。
注塑時間要遠遠低於冷卻時間,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於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,那麼分析結果將大於工藝條件的設定。
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範圍內。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℃。這是由於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,以填充由於製件收縮而空出的容積。如果型腔充滿后不進行保壓,製件大約會收縮25%左右,特別是筋處由於收縮過大而形成收縮痕迹。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
背壓是指螺桿反轉後退儲料時所需要克服的壓力。採用高背壓有利於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。不過由於這種變化的結果難以估計,故不易對機器作出相應的調整。

5缺陷解決

注塑成型加工過程中是一個涉及模具設計、模具製造、原材料特性和原材料預處理方法、成型工藝、注塑機操作等多方面因素,並與加工環境條件、製品冷卻時間、后處理工藝密切相關的複雜加工流程。因此,製品質量的好壞就不單取決於注塑機的注塑精度、計量精度,或是僅僅由模具設計的優劣和模具加工的精度級別決定,通常,它還會受到上述的其他因素的影響和制約。
在如此眾多的複合因子約束下,注塑成型製品的缺陷的出現就在所難免,於是,尋求缺陷產生的內在機理以及預測製品可能產生缺陷的位置和種類,並用於指導模具設計和改進、歸納缺陷產生的規律、制訂更為合理的工藝操作條件就顯得尤為重要。我們將從影響注塑成型加工過程中的塑料材料特性、模具結構、注塑成型工藝及注塑設備三個主要因素來闡述注塑成型缺陷產生機理及解決辦法。

注塑成型

注塑成型
注塑成型製品常見缺陷分類
注塑成型加工過程中所用的塑料原料多種多樣,模具設計的種類和形式也是五花八門,另外,操作工人對於特定注塑機的熟悉程度以及工人之間的操作技能,實踐經驗的差異也各不相同,同時,客觀環境(如環境溫度、濕度、空氣潔凈程度)也會隨著季節變化而不同,這些客觀和主觀條件共同決定了注塑成型製品缺陷的產生。
一般來說,對於塑料製品性能優劣的評價主要有三個方面:
第一、外觀質量,包括完整性、顏色、光澤;
第二、尺寸和相對位置間的準確性,即尺寸精度和位置精度;
第三、與用途相應的力學性能、化學性能、電學性能等,即功能性
因而,如果由於上述三個方面中的任何一個環節出現問題,就會導致製品缺陷的產生和擴展。
注塑成型製品常見缺陷分類
外觀缺陷:銀紋變色、熔接痕
工藝問題:飛邊、縮水、缺膠
性能問題:翹曲、脆化
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