工艺技术-塑胶加工工艺课件(ppt 48页)

塑胶加工工艺 第一部分：模具 第二部分：注塑 第一部分：模具 一、模具成本 模具价格 =材料费 +设计费 +加工费与利润 +增值税 +试模费 +包装运输费 各项比例通常为 : 材料费 :材料及标准件占模具总费用的 15%-30%; 加工费与利润 :30%-50%; 设计费 :模具总费用的 10%-15%; 试模 :大中型模具可控制在 3% 以内 ,小型精密模具控制在 5% 以内 ; 包装运输费 :可按实际计算或按 3% 计 ; 增值税 :17% 模具成本 模具成本的三个方面：材料费（模胚）、 加工费（线切割、电火花加工）、热处理 。 据统计分析，在模具失效的诸多因素中， 材料和热处理问题占 70%左右，可见材料 和热处理在模具工业中的地位。 1.模具钢（模胚） 1.模具选材的主要依据 模具的尺寸大小，形状的复杂程度； 模具被加工材料的特点、特性及生产批 量； 零件成形工艺及模具设计结构； 模具使用性能及寿命要求。 2.模具钢的分类 对于模具材料的分类（按照美国金属学会 工具委员会）根据模具服役条件分为冷作 模具钢（ 12小类）、热作模具钢（ 9小类） 、塑料模具钢（ 2小类）三大类。国内基本 按照此分类，也有增加一个分类为玻璃模 具材料。但这个并不是绝对的，并非专钢 专用，而大部分是 “一专多能 ”，有些钢可 以制作多种类型的模具 热作模具钢 热作模具钢必须具备耐磨性、韧性、硬度和红硬性几个 基本特征。 冷作模具钢 目前我国常用的冷作模具钢大致分为四类：碳素工具钢 、合金工具钢、高速钢、硬质合金。尺寸小、形状简单、轻负荷的冷 作模具通常用碳素工具钢制作，模具寿命不高；尺寸大，形状复杂， 轻负荷的冷作模具一般用低合金工具钢；尺寸大、形状复杂、重负荷 的冷作模具需采用中合金或高合金工具钢；受冲击负荷且模刃单薄的 冷作模具一般选用高韧性模具钢；尺寸精度要求高、寿命长的模具则 要选择粉末高速钢、硬质合金等高档材料。 塑料模具材料 近几年来塑料模具发展非常迅速，用钢量达模具钢用 量的 50%以上。主要用碳素结构钢制模，模具质量不是太理想。鉴于 此，国内对塑料模具钢进行了研制，并取得了一定进展，已纳入国家 标准的塑料模具钢牌号有两种： 3Cr2Mo,3Cr2MnNiMo,纳入行业标 准的有 20多个 ,已在生产中推广应用的有 10多个 ,初步形成了我国的塑 料模具钢体系。 什么是冷作模具钢和热作模具钢 冷作模具钢侧重硬度、耐磨性。含碳量高 ，合金元素以增加淬透性，提高耐磨性为 主。 热作模具钢对硬度要求适当，侧重于红硬 性，耐磨性。因此含碳量低，合金元素以 增加淬透性，提高耐磨性、红硬性为主。 红硬性是指材料在经过一定温度下保持一定时间 后所能保持其硬度的能力。如刀具材料中的高速 钢，应在 600摄氏度下保持 60分钟后空冷，连续 地重复进行 4次后去表面氧化层，然后得出的硬度 。 有些人把红硬性和热硬性混为一谈。热硬性应该 理解为在高温下保持其硬度的能力，即其检测应 该在高温下进行。这要求硬度标准块和硬度计都 能在高温下正常地工作，其误差也可以控制在可 接受的水平内。 2.热处理 在加工模具时，应该根据模具制作过程、模具的 材料和模具的使用性能及图样技术要求，通过选 择不同的预先热处理及最终热处理工艺来满足模 具的强度、硬度和韧性等要求，以提高模具的使 用寿命。 模具在金属切削加工过程中，为改善切削加工性 能及获得最终的综合力学性能，一般都要经过预 先热处理和最终热处理。金属切削加工前的热处 理称为第一热处理或预备热处理。金属切削加工 后，为达到模具的使用性能要求，需要进行热处 理，称为最终热处理或第二热处理。 预先热处理的作用：改变毛坯或原材料的 硬度以改善切削加工性能；消除毛坯或金 属切削加工中的应力；改善内部组织，使 组织均匀。模具钢的预先热处理一般采用 退火处理。 最终热处理一般采用淬火和回火处理。淬 火的目的是提高模具材料硬度、强度和耐 磨性。回火是为了消除应力，提高韧性、 稳定组织和保证模具尺寸的目的。 3.电火花（线切割）加工 电火花加工是利用浸 在工作液中的两极间 脉冲放电时产生的电 蚀作用蚀除导电材料 的特种加工方法，又 称放电加工或电蚀加 工，英文简称 EDM 。 进行电火花加工时，工具电极和工件分别 接脉冲电源的两极，并浸入工作液中，或 将工作液充入放电间隙。通过间隙自动控 制系统控制工具电极向工件进给，当两电 极间的间隙达到一定距离时，两电极上施 加的脉冲电压将工作液击穿，产生火花放 电。 在放电的微细通道中瞬时集中大量的热能 ，温度可高达一万摄氏度以上，压力也有 急剧变化，从而使这一点工作表面局部微 量的金属材料立刻熔化、气化，并爆炸式 地飞溅到工作液中，迅速冷凝，形成固体 的金属微粒，被工作液带走。 这时在工件表面上便留下一个微小的凹坑 痕迹，放电短暂停歇，两电极间工作液恢 复绝缘状态。 紧接着，下一个脉冲电压又 在两电极相对接近的另一点处击穿，产生 火花放电，重复上述过程。这样，虽然每 个脉冲放电蚀除的金属量极少，但因每秒 有成千上万次脉冲放电作用，就能蚀除较 多的金属，具有一定的生产率。 4.薄壁注塑 薄壁注塑对注塑机、模具、塑胶原材料均 有要求。 何谓薄壁？ 简单的看法，当壁厚小于 1mm时称为薄壁 。更全面地，薄壁的定义与流程 /壁厚比、 塑料的粘度及传热系数均有关系。 从模具的主流道到成品最远一点的流程 L， 除以成品的壁厚 t，称为流程 /壁厚比。当 L/t 150时，称之为薄壁。如流程的厚薄不一 致，可分段计算。 薄壁充填的本质 模壁是冷的，在熔融充填模腔时，模壁会 成立固化层，因而降低可流动通道的厚度 。这个情况在壁厚越薄时越严重。 1mm壁 厚有 0.2mm厚的固化层，流动道通剩下 0.6mm厚。 0.5mm壁厚有 0.2mm厚的固化 层，流动道通剩下 0.1mm厚。当充填未完 成，流动通道因固化层过厚而消失的话， 成品便填不满。 高速充填 薄壁注塑因此要求注塑机高速注射，在固 化层不太厚时填满模腔。这不但增加了所 需锁模力，高的内应力因此在成品里形成 ，在脱模后成品便变形。通用注塑机的注 射速度在 100mm/s左右，不能应付薄壁注 塑。加大油泵能将注射速度提高 25%。双 泵注射则提高 70%。 塑胶模结构 1. 定模部分 2. 动 模部分 3. 頂出部分 4. 导 向部分 5. 冷 却 部分 6. 流道部分 7. 支撑 部分 顶出机构 开模时能使产品从动模上顺利而迅速地全部 顶出 塑胶模具的排气 4.1气体的来源 a.进料系统和型腔中存在的空气 b.塑胶原材料中所含的水分蒸发 c.塑胶分解产生的气体 d.塑胶中某些添加剂分解或化学反应产生 的气体 分型面排气 成型芯排气 中心顶杆排气 顶针排气 侧型芯排气 5.快速模具技术 快速模具技术中的 “快速 ”是指的是模具能 比传统加工快得多地被制造出来。在最近 几年中，快速模具技术发展成为了能提供 周期比传统技术快出 40%的制模技术。 第二部分：注塑 二 .注塑机 1.注塑成型机的工作原理 注塑机的工作原理与打针用的注射器相似，它是 借助螺杆（或柱塞）的推力，将已塑化好的熔融 状态（即粘流态）的塑料注射入闭合好的模腔内 ，经固化定型后取得制品的工艺过程。 注射成型是一个循环的过程，每一周期主要包括 ：定量加料 熔融塑化 施压注射 充模冷却 启模取件。取出塑件后又再闭模，进行下一个循 环。 2.注射成型的基本要求是塑化、注射和成型 。塑化是实现和保证成型制品质量的前提 ，而为满足成型的要求，注射必须保证有 足够的压力和速度。同时，由于注射压力 很高，相应地在模腔中产生很高的压力（ 模腔内的平均压力一般在 20-45MPa 之间， 同时可能在制件内产生内应力而变形）， 因此必须有足够大的合模力。可见注射装 置和合模装置是注塑机的关键部件。 注塑机的五大系统 1、射出系统 2、控制系统 3、模具系统 4、锁模系统 5、油压系统 注塑系统： 注：热塑性塑料的单螺杆射出成形机之塑化螺杆、料筒、 电热片、固定模板及移动模板 。 典型的射出成形机之动作循环和 各动作所占的时间比例 1- 充填（射出阶段） 2- 保压与冷却 3- 开启模具 4- 顶出塑件 5- 关闭锁具 4. 注射压力选择 注塑机的注射压力由调压阀进行调节，在调定压力的情况下，通过高 压和低压油路的通断，控制前后期注射压力的高低。普通中型以上的 注塑机设置有三种压力选择，即高压、低压和先高压后低压。高压注 射是由注射油缸通入高压压力油来实现。由于压力高，塑料从一开始 就在高压、高速状态下进入模腔。高压注射时塑料入模迅速，注射油 缸压力表读数上升很快。低压注射是由注射油缸通入低压压力油来实 现的，注射过程压力表读数上升缓慢，塑料在低压、低速下进入模腔 。先高压后低压是根据塑料种类和模具的实际要求从时间上来控制通 入油缸的压力油的压力高低来实现的。为了满足不同塑料要求有不同 的注射压力，也可以采用更换不同直径的螺杆或柱塞的方法，这样既 满足了注射压力，又充分发挥了机器的生产能力。在大型注塑机中往 往具有多段注射压力和多级注射速度控制功能，这样更能保证制品的 质量和精度。 5.注射速度的选择 一般注塑机控制板上都有快速 慢速旋钮 用来满足注射速度的要求。在液压系统中 设有一个大流量油泵和一个小流量泵同时 运行供油。当油路接通大流量时，注塑机 实现快速开合模、快速注射等，当液压油 路只提供小流量时，注塑机各种动作就缓 慢进行。 6. 合模控制 合模是以巨大的机械推力将模具合紧，以抵挡注塑过程熔 融塑料的高压注射及填充模具而令模具发生的巨大张开力 。关妥安全门，各行程开关均给出信号，合模动作立即开 始。首先是动模板以慢速启动，前进一小短距离以后，原 来压住慢速开关的控制杆压块脱离，活动板转以快速向前 推进。在前进至靠近合模终点时，控制杆的另一端压杆又 压上慢速开关，此时活动板又转以慢速且以低压前进。在 低压合模过程中，如果模具之间没有任何障碍，则可以顺 利合拢至压上高压开关，转高压是为了伸直机铰从而完成 合模动作。这段距离极短，一般只有 0.3-1.0mm，刚转高 压旋即就触及合模终止限位开关，这时动作停止，合模过 程结束。 注塑机的合模结构有全液压式和机械连杆式。不管是那一 种结构形式，最后都是由连杆完全伸直来实施合模力的。 连杆的伸直过程是活动板和尾板撑开的过程，也是四根拉 杆受力被拉伸的过程。 合模力的大小，可以从合紧模的瞬间油压表升起之最高值 得知，合模力大则油压表的最高值便高，反之则低。较小 型的注塑机是不带合模油压表的，这时要根据连杆的伸直 情况来判断模具是否真的合紧。如果某台注塑机合模时连 杆很轻松地伸直，或 “差一点点 ”未能伸直，或几副连杆中 有一副未完全伸直，注塑时就会出现胀模，制件就会出现 飞边或其它毛病。 7.注射速度的程序控制 注射速度的程序控制是将螺杆的注射行程分为 3-4 个阶段 , 在每个阶段中分别使用各自适当的注射速度。例如：在熔 融塑料刚开始通过浇口时减慢注射速度，在充模过程中采 用高速注射，在充模结束时减慢速度。采用这样的方法， 可以防止溢料，消除流痕和减少制品的残余应力等。 低速充模时流速平稳，制品尺寸比较稳定，波动较小，制 品内应力低，制品内外各向应力趋于一致（例如将某聚碳 酸脂制件浸入四氯化碳中，用高速注射成型的制件有开裂 倾向，低速的不开裂）。在较为缓慢的充模条件下，料流 的温差，特别是浇口前后料的温差大，有助于避免缩孔和 凹陷的发生。但由于充模时间延续较长容易使制件出现分 层和结合不良的熔接痕，不但影响外观，而且使机械强度 大大降低。 高速注射时，料流速度快，当高速充模顺利时， 熔料很快充满型腔，料温下降得少，黏度下降得 也少，可以采用较低的注射压力，是一种热料充 模态势。高速充模能改进制件的光泽度和平滑度 ，消除了接缝线现象及分层现象，收缩凹陷小， 颜色均匀一致，对制件较大部分能保证丰满。但 容易产生制品发胖起泡或制件发黄，甚至烧伤变 焦，或造成脱模困难，或出现充模不均的现象。 对于高黏度塑料有可能导致熔体破裂，使制件表 面产生云雾斑。 下列情况可以考虑采用高速高压注射：（ 1）塑料 黏度高，冷却速度快，长流程制件采用低压慢速 不能完全充满型腔各个角落的；（ 2）壁厚太薄的 制件，熔料到达薄壁处易冷凝而滞留，必须采用 一次高速注射，使熔料能量大量消耗以前立即进 入型腔的；（ 3）用玻璃纤维增强的塑料，或含有 较大量填充材料的塑料，因流动性差，为了得到 表面光滑而均匀的制件，必须采用高速高压注射 的。对高级精密制品、厚壁制件、壁厚变化大的 和具有较厚突缘和筋的制件，最好采用多级注射 ，如二级、四级甚至五级。 8.注射压力的程序控制 通常将注射压力的控制分成为一次注射压力、二次注射压 力（保压）或三次以上的注射压力的控制。压力切换时机 是否适当，对于防止模内压力过高、防止溢料或缺料等都 是非常重要的。模制品的比容取决于保压阶段浇口封闭时 的熔料压力和温度。如果每次从保压切换到制品冷却阶段 的压力和温度一致，那麽制品的比容就不会发生改变。在 恒定的模塑温度下，决定制品尺寸的最重要参数是保压压 力，影响制品尺寸公差的最重要的变量是保压压力和温度 。例如：在充模结束后，保压压力立即降低，当表层形成 一定厚度时，保压压力再上升，这样可以采用低合模力成 型厚壁的大制品，消除塌坑和飞边。 保压压力及速度通常是塑料充填模腔时最高压力 及速度的 50%-65%，即保压压力比注射压力大约 低 0.6-0.8MPa。由于保压压力比注射压力低，在 可观的保压时间内，油泵的负荷低，固油泵的使 用寿命得以延长，同时油泵电机的耗电量也降低 了。 压力注射既能使制件顺利充模，又不会出现熔接 线、凹陷、飞边和翘曲变形。对于薄壁制件、多 头小件、长流程大型制件的模塑，甚至型腔配置 不太均衡及合模不太紧密的制件的模塑都有好处 。 9.螺杆背压和转速的程序控制 高背压可以使熔料获得强剪切，低转速也会使塑料在机筒 内得到较长的塑化时间。因而目前较多地使用了对背压和 转速同时进行程序设计的控制。例如：在螺杆计量全行程 先高转速、低背压，再切换到较低转速、较高背压，然后 切换成高背压、低转速，最后在低背压、低转速下进行塑 化，这样，螺杆前部熔料的压力得到大部分的释放，减少 螺杆的转动惯量，从而提高了螺杆计量的精确程度。过高 的背压往往造成着色剂变色程度增大；预塑机构合机筒螺 杆机械磨损增大；预塑周期延长，生产效率下降；喷嘴容 易发生流涎，再生料量增加；即使采用自锁式喷嘴，如果 背压高于设计的弹簧闭锁压力，亦会造成疲劳破坏。所以 ，背压压力一定要调得恰当。 背压是注塑成型工艺中控制熔料质量及产品质量 的重要参数之一，合适的背压对于提高产品质量 有着重要的作用。 背压的形成 在塑料熔融、塑化过程中，熔料不断移向料筒 前端（计量室内），且越来越多，逐渐形成一个 压力，推动螺杆向后退。为了阻止螺杆后退过快 ，确保熔料均匀压实，需要给螺杆提供一个反方 向的压力，这个反方向阻止螺杆后退的压力称为 背压。 背压亦称塑化压力，它的控制是通过调节 注射油缸之回油节流阀实现的。预塑化螺 杆注塑机注射油缸后部都设有背压阀，调 节螺杆旋转后退时注射油缸泄油的速度， 使油缸保持一定的压力（如下图所示）； 全电动机的螺杆后移速度（阻力）是由 AC 伺服阀控制的。 10. 原料的预处理 根据塑料的特性和供料情况，一般在成型前应对原料的外观和工艺性 能进行检测。如果所用的塑料为粉状，如：聚氯乙烯，还应进行配料 和干混；如果制品有着色要求，则可加入适量的着色剂或色母料；供 应的粒料往往含有不同程度的水分、熔剂及其它易挥发的低分子物， 特别