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注塑機注射成(chéng)型的核心過程是(shì)充模。塑料熔體充填模腔時的流動模型(流動狀態)決定著製件的凝聚態結構和表觀結構(如結晶、分子取向、熔合均勻(yún)性等),最終影響製件的使用性(xìng)能。
塑料(liào)熔(róng)體從澆口進入型腔的正常(cháng)充模方式應該是後續熔體推進熔體前緣,逐漸擴展,橫跨型腔平麵(miàn)直至抵達型腔內壁,充滿整(zhěng)個型(xíng)腔。充(chōng)模流動的非正常形式是(shì)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體以較大的動(dòng)能(néng),通過澆口噴射入型腔,分別形成(chéng)熔體珠滴和細絲狀直接噴射到(dào)澆口對麵的型腔壁麵上,後續的充模過(guò)程又如擴散流動那樣(yàng)。充模時發生不正常流動形式的流動會使熔體產生分離和熔合,形成較多的熔體熔(róng)接縫,給製件性(xìng)能帶來不利影響(xiǎng)。
影響熔體充模流動形式的因素(sù)有(yǒu):熔體溫度、模具溫度、注射壓力、注射速度以及模具型腔的空間大小、澆口(kǒu)尺寸和位置。
采用色(sè)料充模注塑法和(hé)透明模具觀察法,觀察不同工藝條件下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(zhù)射(shè)成型試樣,觀(guān)察製品上的流痕花紋,根據(jù)流痕花紋判斷是正常的鋪展(zhǎn)式充模流動,還是非正常的充模流動。透明模具觀察法是采用透明模具,直接觀察充(chōng)模流動特點的方法。
注塑機的(de)工作原理:借助螺杆(或柱塞)的推力,將(jiāng)已塑化好的熔融狀態(即粘流態)的塑(sù)料注射入閉合好的模腔內,經固化定型後取得(dé)製品的工藝過(guò)程。
注射成型是一個循環的過程,每(měi)一周期主要包括:定量加料—熔融塑化—施(shī)壓注射—充模冷卻—啟模取件。取(qǔ)出塑件後(hòu)又再閉(bì)模,進行下一個循環。
注(zhù)塑機的動作程序
噴嘴前進→注射→保(bǎo)壓→預塑→倒縮(suō)→噴嘴後退→冷卻→開模→頂出→退針→開門→關(guān)門→合(hé)模→噴(pēn)嘴前進。
一般注塑機包括注(zhù)射裝置、合模裝(zhuāng)置、液壓係統和電氣控製係統等部分。
注射成型的基本要求是塑化(huà)、注射和成型。塑化是實現和保證成型(xíng)製品質量的(de)前提,而為滿(mǎn)足成(chéng)型的(de)要求,注射必須保(bǎo)證有足夠的壓力和速度。同時,由於注射壓(yā)力很高,相應地在模腔(qiāng)中產生很高的壓力(lì)(模腔內的平(píng)均壓力一般在20~45MPa之間),因此必須有足夠大(dà)的合(hé)模力。由(yóu)此可見,注射裝置和合模(mó)裝置是注塑機的關(guān)鍵部件。
預塑動作選(xuǎn)擇
根據預塑加料前後注座是否後退,即噴嘴是否離開模具,注塑機一般設有三種選擇。
(1)固定加料:預塑前和(hé)預塑後噴嘴都始終貼進模具,注座也不移動。
(2)前加料:噴嘴頂(dǐng)著模具進行預塑加料,預塑完(wán)畢,注(zhù)座後退,噴嘴離開模(mó)具。選(xuǎn)擇這種方式的目(mù)的是:預塑時利用模具注射孔抵(dǐ)住噴嘴,避免熔料在背壓(yā)較高時從噴(pēn)嘴流出,預塑後可以避免噴嘴和模具(jù)長時間接觸(chù)而產生熱量傳遞,影響它們各自溫度的相對穩定。
(3)後加(jiā)料:注射完成後,注(zhù)座後退(tuì),噴嘴離開模具然後預塑,預塑完注座再前進(jìn)。該動(dòng)作適用於加工成型(xíng)溫度特別窄的塑料,由於噴嘴(zuǐ)與模具接觸時間短,避免了熱(rè)量的流失(shī),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(diào)節,在調定壓力的(de)情況(kuàng)下,通過高壓和低(dī)壓(yā)油路的通斷,控製前後期注射壓(yā)力的高低。
普通中型以上(shàng)的注塑機設置有(yǒu)三種壓力選擇,即高壓、低壓和先高壓後低壓。高(gāo)壓注射是由注射(shè)油缸通入(rù)高壓壓力油來實(shí)現。由於(yú)壓力高,塑料從一(yī)開始(shǐ)就在(zài)高壓(yā)、高(gāo)速狀態下進(jìn)入模腔。高壓注射時塑料入模迅速,注射油缸壓力表讀數上升很快(kuài)。低壓注射是由注射油缸通入低壓壓力油來實現的(de),注射過程壓力表讀數上升緩慢,塑料在低壓、低速下進入模腔。先高壓後低(dī)壓是根據塑料種類和模具的實際要求(qiú)從時間上來控製通入油缸的(de)壓力油的(de)壓力高低來實現(xiàn)的。
為了滿足不同塑料(liào)要求有不同的注射壓力,也可以采(cǎi)用更換不同直徑的螺杆或柱塞的方法,這(zhè)樣既滿足了注射壓力,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注射(shè)速度控製功能,這樣更能保證製品的質量和精度。
注射速度的選擇(zé)
一般(bān)注塑(sù)機控製板上都有快速—慢速旋鈕用來滿足注射速度的要求。在液壓(yā)係統中設有一(yī)個大流量(liàng)油泵(bèng)和(hé)一個小流量泵同時運行供油。當油路接通大流量時,注塑機實現快速開合模(mó)、快(kuài)速注射等,當(dāng)液壓油(yóu)路隻提供小流量時,注塑機各種動作(zuò)就緩慢進行。
頂出形式的選擇
注塑機頂(dǐng)出形式有機械頂出和(hé)液壓頂出二種,有的還配有氣動頂出係(xì)統,頂出次數(shù)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(dòng)。頂出動作是由開模停止限位(wèi)開關來啟動的。
合模控製
合(hé)模(mó)是以巨大的機械推力將模(mó)具合緊,以抵擋注塑過程熔融塑(sù)料的(de)高壓注射及填(tián)充模具而令模具發生的巨大(dà)張開力。
注(zhù)塑機的合模結構有(yǒu)全液壓(yā)式和機(jī)械連杆(gǎn)式。不管是那一(yī)種結構形式,最後都是由連杆完全伸直(zhí)來實施(shī)合模力(lì)的(de)。連杆的伸直過程是活動板和尾板撐開(kāi)的過程,也(yě)是四根拉杆受力被拉伸的過程(chéng)。
開模控製
當熔(róng)融塑料注射入模腔內及至冷卻完(wán)成(chéng)後,隨著便是開模動作,取出(chū)製品(pǐn)。開模(mó)過程也分三個(gè)階段。第一階段慢速開模,防止製件在模腔內撕裂。第二階段快速開模,以(yǐ)縮短開模時間。第三階段慢速開模,以減低開模慣性造成的衝擊(jī)及振動。
注塑工藝(yì)條件的(de)控製
注射速度的程序控製
注射速度的程序控製是(shì)將螺杆(gǎn)的注射行程分為3~4個階段(duàn),在每個階段中分別使(shǐ)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(màn)注射速度,在充模過程中采用高速注射,在充模結束時減慢速度。采用這樣的方法,可以防止溢料,消除流痕和減少製品的殘餘(yú)應力等。
低速(sù)充模時流速平穩,製品尺(chǐ)寸比(bǐ)較穩定,波動較小,製品內應(yīng)力(lì)低,製(zhì)品內外各向應(yīng)力趨於一致(例如(rú)將某聚碳酸脂製(zhì)件浸入四氯化碳中,用高速注射成型的(de)製(zhì)件(jiàn)有開裂傾(qīng)向,低速的不開裂)。在較為緩慢的充模條件(jiàn)下,料流的溫差,特別是澆口前後料的溫差大(dà),有(yǒu)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(shǐ)製(zhì)件出現分層和結合不良的熔接(jiē)痕,不但影響外觀,而且使(shǐ)機械強度大大降低(dī)。
高(gāo)速注射時,料流速度快,當高速充模順利時,熔料很快充(chōng)滿型腔,料溫下降得少,黏度下降得也少(shǎo),可以采(cǎi)用較低的注射壓力,是一種熱料充模態(tài)勢。高速充模能改進製件的光澤度和平滑度,消除了接(jiē)縫線現象及分層現象,收縮凹陷小,顏色均勻一致(zhì),對製件較大部分(fèn)能保證豐滿。但容易產生製品發胖起泡或製件發黃(huáng),甚至燒傷變焦,或造成脫模困難,或(huò)出現充模不均的現象。對於(yú)高黏度塑料(liào)有可能導致熔(róng)體(tǐ)破裂,使(shǐ)製件(jiàn)表(biǎo)麵(miàn)產生雲霧(wù)斑。
下列情況可以考慮采用高(gāo)速高壓注射:(1)塑料黏度高,冷卻速度快,長流程製件(jiàn)采用低(dī)壓慢速不能完全充滿型腔各個角落的;(2)壁厚太薄的(de)製件,熔料到達薄壁處易冷凝而(ér)滯留(liú),必須采用一次高速注射,使熔料能量大量消耗以前立即進入型腔的;(3)用玻璃纖維(wéi)增強的塑料,或含(hán)有較大量填(tián)充材(cái)料的塑料,因流動性差,為了得到表麵光滑而均勻的製件,必須采用高(gāo)速高壓注射的。
對高級精密(mì)製品、厚壁製件、壁厚變化大的和具有較厚(hòu)突緣和筋的製件,最好采用多級注射,如二級、三級、四級甚至五級。
注射壓力的程序控製
通常將注射壓力的控製分(fèn)成為一次注射壓力、二次注射壓力(保壓)或三(sān)次以上的注射壓力的控製。壓力切換(huàn)時機是否適當(dāng),對於防止模(mó)內壓力過高、防止溢料或缺(quē)料等都是非常重要(yào)的。模製品(pǐn)的比容(róng)取決於保壓階段(duàn)澆口封閉時的熔料壓(yā)力和溫度。如果每次從(cóng)保壓切換到(dào)製品冷(lěng)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。在恒定的模塑(sù)溫度下,決定製品尺寸的最重要參數是保壓壓力,影響製品尺寸公差的最重要的變量是保壓壓(yā)力(lì)和(hé)溫度(dù)。
螺杆背(bèi)壓和轉速的程序控製
高背(bèi)壓可以使熔料獲得強剪切,低轉速也會使塑(sù)料在(zài)機筒內得到較(jiào)長的塑化時間。因而目前較(jiào)多地使用了對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速、低背壓,再切換到較低轉(zhuǎn)速、較高背(bèi)壓,然(rán)後切換成高背壓(yā)、低轉(zhuǎn)速,最後在低背壓、低轉(zhuǎn)速下進行塑化,這(zhè)樣,螺杆前部熔(róng)料的壓力得到大(dà)部分的釋放,減少螺(luó)杆的轉動慣量,從(cóng)而提高了螺杆計量的精確程度(dù)。過高的背壓往往(wǎng)造(zào)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;噴嘴容易發生流涎,再生料量(liàng)增加;即使采用自鎖式噴嘴,如果背(bèi)壓高(gāo)於設計的彈簧(huáng)閉鎖壓力,亦會造(zào)成疲(pí)勞破壞。所以,背壓壓力一定要調得恰(qià)當。
隨著技術的進步,將小型計算(suàn)機納入注塑機的控製係(xì)統,采用計算機來控製注塑過程已成為可能。
注塑成型前的(de)準備工作
成型前的準備工(gōng)作可能(néng)包括的內容很(hěn)多,如:物料加工(gōng)性能的檢驗(測定塑(sù)料的流動性、水分含量等);原料加工前(qián)的染色和選粒;粒料的預熱和幹燥;嵌件的清洗和預熱;試模和料筒清洗(xǐ)等。
原料的預處理
根據塑料的特性和供料情(qíng)況,一般在成(chéng)型前應對原料的外觀和工藝性能進行檢測。如果所用的(de)塑料(liào)為粉狀,如:聚氯乙烯,還應進行配料(liào)和幹(gàn)混;如果製品有著色要求,則可加入適(shì)量的著色劑或色母料;供應的粒料往往含有不同程度的(de)水分、溶劑及其它易揮發的低分子物,特別(bié)是一些具有吸(xī)濕傾向的塑料含(hán)水量總是超過加(jiā)工(gōng)所允(yǔn)許的限度。因此,在(zài)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強度(dù)方麵的要求,需要在製品中嵌入金屬嵌件。注射成型時,安放在模(mó)腔中(zhōng)的冷金屬嵌件和熱(rè)塑(sù)料熔體一起冷卻時(shí),由於金屬和塑(sù)料收縮率的顯(xiǎn)著不同(tóng),常常使嵌(qiàn)件周圍產生很大的內應(yīng)力(尤(yóu)其是像聚苯乙烯等剛性鏈的高聚物更多顯(xiǎn)著)。這種內應力的存在使(shǐ)嵌件周圍出現裂紋,導致製品(pǐn)的使用性能大大降低。這可以通過選用熱膨(péng)脹係數大的金屬(鋁、鋼等)作嵌件,以及(jí)將嵌件(尤其是大的金屬嵌件)預熱。同時,設計製品時在嵌件周圍安排較大的厚壁等措施。
機筒的清洗
新(xīn)購(gòu)進的注塑機初用之前(qián),或者在生(shēng)產中需要改變產品、更換原料(liào)、調換顏色或發現(xiàn)塑料中(zhōng)有(yǒu)分解(jiě)現象時,都(dōu)需要對注塑機機筒進行清洗或拆洗。
脫模劑的選(xuǎn)用
脫模劑是能使塑料製品易於脫(tuō)模的物質。硬(yìng)脂酸鋅適用(yòng)於除聚酰胺外的一般塑料;液體石蠟(là)用於(yú)聚酰胺類的塑料效果較好;矽油價格昂貴,使用麻煩,較少用。
使用脫模(mó)劑應控製適量,盡量少用或不用。噴塗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(shēng)缺(quē)陷的原因及其處(chù)理(lǐ)方法(fǎ)
在注塑成型加工過(guò)程中可能由於(yú)原料處理不好、製品或模具(jù)設計(jì)不合理、*作工沒有掌握合適的工藝*作條(tiáo)件,或(huò)者因機械方麵(miàn)的(de)原因,常常使製品產生注不滿、凹陷(xiàn)、飛邊、氣泡(pào)、裂(liè)紋、翹曲變形、尺寸變化等缺陷。
對塑料製品的評價主要有三個方麵,第一是外觀質量,包括完(wán)整性、顏色、光澤等;第二是尺寸和(hé)相對位置間的準確性;第三是與用(yòng)途相應的機械性能、化學性能、電性能(néng)等。這些質量要求又根據製品使(shǐ)用場合的不同(tóng),要求的尺度也不同。
螺杆塑化能力是(shì)指當背壓為零、螺杆轉速最大時單位時間(jiān)內所(suǒ)能提供的熔料量。
評價(jià)螺杆設計水平,可以(yǐ)通過(guò)檢測(cè)其塑化能力以及螺杆轉速、背壓和功率消耗等對塑化能力的(de)影響敏感程度。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,從而達到塑化能力(lì)高、塑(sù)化質量好。
注塑機的塑化能力決定了注塑機(jī)的生產能力和生產效率(lǜ)。根據注射螺(luó)杆塑化機理,由於螺杆間歇性工作和塑化時螺(luó)杆軸向移動以及注射時螺槽內物料的運動等作(zuò)用,形成了塑料在螺槽內的熔融過程為非穩態過程,表現(xiàn)出熔料軸(zhóu)向(xiàng)溫(wēn)差大、螺杆的塑化能力和功率消耗(hào)不穩定。
螺杆塑化時,背壓(yā)對塑化能(néng)力的影響是顯著的,在螺杆塑化過程(chéng)中,當增大注射(shè)油缸的回泄阻力(背壓增大)時,即增大螺杆均化(huà)段前部熔料的壓力,使反向流量增加,塑化能(néng)力相應降低。
背壓增大,螺杆驅(qū)動功率也將增大,螺杆轉速(sù)與塑化能(néng)力成(chéng)正比,而螺杆的驅動功率又正比於塑化能力,所以螺(luó)杆的驅動(dòng)功率與(yǔ)螺杆(gǎn)轉速(sù)成正比。
模具溫度均勻,提高模溫時,對注射成(chéng)型工藝和製品性能有如下影響:
有利於熔體充模流動,充模壓力略微(wēi)降低;
冷卻時間延長,所需保壓時間延長,成型周期也延長;
製品脫模困難,結晶性聚合物結晶度增高(製(zhì)品密度提高),後收縮減(jiǎn)少,製品收縮率增大;
製品表麵光亮程度提高,製品內大分子定向(xiàng)程度減少,內應力降(jiàng)低;
衝(chōng)擊強度下降模具(jù)溫度不均勻:製品收縮不均勻,從(cóng)而造成製品產生內應力,翹曲變形及應力開裂。模溫過低導致熔體(tǐ)流動(dòng)性降低,充模不滿或產生熔接痕強度低。製品內存在較大(dà)內應力則易(yì)產生翹曲變形或應(yīng)力開裂。
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