注塑工艺原理.doc

注塑工艺介绍
塑注工艺原理实际就是“注塑过程”,“注塑过程”包预括预塑计量,注射充模,冷却定型等过程,下面我们就这几个过程原理进行讲述:
一. 预塑计量过程
预塑计量过程是高分子物料在料筒中进行塑化的过程,是把固态粒料或粉料经过加热、压实、混合,从玻璃态转变为均化的粘流态.所谓“均化”是指聚合物熔体温度均化、粘度均化、密度均化和组分均化,在塑化过程中同时完成了计量程序..由于聚合物的热机性能,因此影响预塑过程的重要因素是热能输入和转换条件.
预塑计量过程的热能来源有三种输入方式:
1. 料筒通过电热元件从外部加热,料筒内的物料能通过热交换和热传导吸收外部的供热,使其软化和熔融,外加热方式使料筒横截面方向及长度方向上产生很大的温度梯度.
2. 物料靠螺杆旋转作用,通过剪切机理和摩擦机理使机械能转化为热能,加热自身使其熔融.
3. 热能输入方式是1和2的结合,塑化时筒内物料一部分靠外部加热,一部分靠螺杆旋转通过机热转换供热.通过加热和机能转换两种输入方式控制塑化过程和塑化质量.预塑时能量平衡条件应满足下式:
总热量=对流热量+传导热量+剪切热量+摩擦热量
在预塑阶段影响聚合物熔体塑化质量的因素主要来自两个方面:
1. 预塑过程有关的工艺参数,如料筒加热温度、螺杆行程、螺杆转速、预塑背压、计量时间等.
2. 聚合物热物理性能和流变性能有关的参数.制品质量与储料室的熔体有直接关系,并由预塑过程中的质量及计量精度所决定,塑化过程追求的主要指标是:塑化质量、计量精度、塑化能力.
二. 注射充模过程
注射充模过程是计量室中预塑好的熔体注入到模具型腔里面去的过程,这是聚合物熔体经过喷嘴,流道和浇口向模腔流动的过程,从工艺程序上看分两个阶段,注塑阶段与保压阶段,这两个阶段虽都属于熔体流动过程但流动条件却有较大区别.
注塑阶段是从螺杆推进熔体开始,到熔体充满型腔为止,注射时在其螺杆头部的熔体所建立起来压强称注射速率,螺杆推进熔体的行程称注射行程.在注射阶段熔体速度表现是主要的,必须建立足够的速度头和压力头才能充满模腔.
保压阶段是从熔体充满模腔开始到浇口冻封为止.注塑阶段完成后,必须继续保持注射压力,维持熔体的外缩流动,一直持续到浇口封冻为止,因此保压阶段的特点是压力表现是主要的,保压阶段的注塑压力称保压压力,在保压压力作用下,模腔中的熔体得到冷却补缩和进一步地压缩和增密.
三. 冷却定型过程
冷却定型过程是从浇口“冻封”开始至制品脱模为止,保压压力撤除后模腔内的熔体继续冷却定型,使制品能够承受脱模顶出时所允许的变形.
冷却定型过程的特点:温度表现是主要的,熔体温度逐渐降低一直到脱模温度为止,这一过程没有熔体流动,熔体在温度影响下比容和模腔压力在发生变化,随着温度降低比容和模腔压力减少.
研究注塑过程的目的是为了根据物料和制品调整好注塑工艺参数,控制好注塑制品量.
在制品模具确定的条件下,影响制品质量的因素主要是注塑工艺参数和注塑机的设计参数.下面我们就工艺参数中各要素及其在成型中的作用做简单阐述.
一. 注塑参数
1. 注射量
注射量是指注塑机螺杆或柱塞在注射时,向模具内所注射的物体的熔体量(G).对已选定的注塑机来说,注射量是由注射行程来控制的.如果选用注塑量过小则会因注塑量不足而使制品产生各种缺陷,过大则造成能源浪费.
2. 计量行程(预塑行程)
每次注塑程序终止后,螺杆处在料筒的最前位置,当预塑程序到达时,螺杆开始旋转,物料被输送到螺杆头部,螺杆在物料的反作用力作用下后退,直到碰到限位开关位止, 螺杆后退.螺杆后退的距离称计量行程或预塑行程,如果计量行程调节太小会造成注射量不足,如果计量行程调整的太大,使料筒前部每次注射后的余料太多,使熔体温度不均或过热分解,计量行程的重复精度的高低会影响注射量的波动.
3. 余料量
螺杆注射完了之后,螺杆头部留存的熔料量称为余料量,余料量一方面可防止螺杆头部和喷嘴接触发生机械破损事故,另一方面通过余料垫来控制注射量和重复精度.达到稳定注射制品品质的目的.
4. 防延量
防延量是指螺杆计量,预塑到位后,又直线地倒退一段距离使计量室中熔体的比容增加,内压下降,防止熔体从计量室向外流出,这个后退动作称防流延动作,后退距离称防延量动作,后退距离称防延量或防延行程防流延还有一个目的是在注射喷嘴不退回进行预塑时,降低喷咀流道系统的压力,减少内应力,并在开模时容易抽出料把.过大的防延量会使计量室中的熔料挟杂气泡,严重影响制品质量,对粘度大的物料可不设防延量.
5. 螺杆转速
螺杆转速影响注塑物料在螺杆中输送和塑化的热历程及前切效应,因此它是影响塑化能力,塑化质量和成型周期等因素的重要参数.随着螺杆转速的提高,熔融温度上升,塑化质量下降,曳流量加大熔融温度的均匀有所改善.
6. 背压
预塑时螺杆头部的熔体压力,克服螺杆后退时的系统阻力后才能后退,在此系统阻力中除了螺杆与料筒中的阻力之处还有注射油缸的回油阻力,通过调节器节节流元件控制回油阻力在计量室中建立的熔体压强称为背压.螺杆背压对熔体温度的影响效果与聚合物性质的密切关系,背压提高有助于螺槽熔体的反流和漏流降低了熔体输送能力,减少塑化量,增加功率消耗,过高背压会使剪切热过大,使高分子物料发生降解而严重影响产品质量.
7. 注射压力和保压压力
定义参考前文
选择注射制品的注射压力,首先要考虑注塑机所允许的注射压力,只有在注塑机额定的注射压力范围内,才能调整出具体制品所需求的注射压力,如果注塑压力调定过低会导致模腔压力不足,熔体不能充满模腔,反之如果调整过大,不仅会造成制品溢边,胀模等不良现象.还会造成压力波动,甚至系统过载.
保压压力和保压时间对凝固点及制品的收缩率比容有明显影响提高保压压力,延长保压时间会使凝固推迟,有助于减小制品收缩率.调试时要注意指注射压力到保压压力的切换点和保压时间的长短,将影响成型产品的质量.
8. 注射速率和注射速度
注射速率指单位时间内注入模腔中熔体的容积,注射速度指注射时熔体注入模腔的速度.注射速率提高可以维持熔体有效高的温度,流体粘度低,流道阻力损失小,可得到较高的模腔压力,可使流动长度增加,制品质量均匀密实,但是过高的充模速率会增加压力损失,会造成熔体的不稳定流动,发生弹性湍流,或由于熔体速度头的冲击造成胀模溢边现象.
二. 合模参数
1. 合模力
在注射阶段和保压补缩阶段,模腔压力要产生使模具分开的胀模力,为了克服这种胀模作用,合模系统所必须对模具施以的紧闭力,称为合模力,合模力的调整将直接影响制品的表观质量和尺寸精度,合模力不足会导致模具离缝,发生溢料,但太大会使模具变形,制品产生内应力和不必要的能量消耗,注塑制品所需要的合模力简称工艺合模力,应根据模腔压力和制品投影面积来确定Pr≥Pcp*Fr/1000 Pr---工艺合模力KN或T,Pcp---模腔压力,Bar(kgf/cm2)Fr---制品投影面积cm2,工艺锁模力必须小于注塑机的额定锁模力(Ph)一般取Pr≤(0.8-0.9)Ph.
2. 顶出力
克服制品和模具的附着力,摩擦力使制品从模具上顶出的力称为顶出力,过小的顶出力制品无法脱下,过大的顶出力和顶出速度会使制品发生翘曲变形,甚至断裂破坏,顶出力,顶出速度和顶出行程要根据制品的结构,形状与尺寸,制品材料性质以及成型工艺条件、模具表面温度、粗糙度、脱模斜度以及顶出形式,面积、位置等来调整.
三. 温控参数
1. 烘料温度
根据不同的干燥设备及物料选取烘料温度及时间,聚合物的含湿量直接影响制品质量.
2. 料筒温度
料筒温度指料筒表面的加热温度
根据不同的聚合物性能在加料段、压缩段、均化段、计量及喷嘴上合理选用,工艺调整时,一般应从低温向高温调节,一直到合适温度为止.
3. 模具温度
指与制品接触的模腔表面温度,直接影响制品在模腔内的冷却速度,模具温度应根据聚合物性质,制品大小,形状,模具结构和浇道系统,环境温度等等设定,提高模温会增加制品密度与光洁性延垂保压时间和提高充模力.
四. 注塑成型周期
一个完整的循环周期包括装门---合模---注射保压---螺杆计量---开模---顶出制品---开门取件,在全自动循环中不存在开门闭门的人为因素,是用时间间设定来控制的,成型周期中各阶段直接影响到聚合物固体,熔体和制品所经过的热历程和受力作用的时间,影响到品质和生产效率.
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