第6章注射成型.ppt

第六章注射成型概述注射制品的特点 注射成型工艺过程 注射成型特点 注射成型技术的发展 注射成型常用物料 6 1注射机的类型及基本结构6 2注射过程原理6 3注射成型工艺条件分析6 4常见注射制品缺陷及解决方案6 5新型注射成型工艺 注射成型工艺过程 物料 注射机料筒 加压高速充模 热塑性冷却硬化 加热熔融塑化 模具 由螺杆或柱塞 热固性 橡胶加热固化 开模 制品 注射成型工艺特点 成型周期短 自动化程度 生产效率高 材料的适应性宽 除PTFE 所有热塑性塑料 适用于热固性塑料 橡胶 一次成型外形复杂 尺寸精确的制品 间歇式的工艺过程 注射成型技术的发展 注射量 0 01g 100 注射精度 精密注射 尺寸精度0 01 0 001 超精密注射 尺寸精度0 001 0 0001 工艺技术 单组分 多组分 反应 结构发泡 夹芯 多色 气辅成型等 注射成型常用物料 多数热塑性塑料 Thermoplastics 热塑性弹性体 Thermoplasticelastomer 例如 80 PS及其共聚物 ABS AS MBS SBS 50 PP 35 HDPE 15 LDPE PVCU 及PMMA PA POM PC等 6 1注射机的分类及基本结构6 1 1注射机分类1 按外形特征分类 l 立式注射机见图合模与注射装置的运动轴线呈一线并垂直排列 特点 优点 占地少 拆装方便 安放嵌件方便 缺点 制品顶出后不易自行脱落 全自动化操作困难 适于 小型注射机 2 卧式注射机 合模与注射装置的运动轴线呈一线水平排列 见图 特点 操作 维修方便 自动化程度高 最基本的形式 3 角式注射机合模和注射装置的运动轴线互成垂直排列 见图 适于 加工中心部分不允许留有浇口痕迹的平面制品 卧式注射机 立式注射机 角式注射机 卧式注射机 2 按加工能力分类表征 注射量 锁模力 1 注射量 在注射螺杆作一次最大注射行程时 所能达到的最大注射量 两种表示法 以PS原料为标准 用注射PS熔料的质量数 g 表示 以注射容积数 3 表示 用容积表示和原料的密度无关 使用方便 2 锁模力 合模机构所能产生的最大模具闭紧力 是注射机生产能力的另一个标志 作为注射机的系列规格的参数 宁波海泰机械制造集团HTJA2500注塑成型机理论注射容量cm3455550655注射重量g416503600合模力kN2500 3 按结构分类塑化方式不同 1 柱塞式注射机工作原理 塑化依靠导热和对流传热 柱塞将物料推进 由分流梭经喷嘴注入模具 特点 工艺简单但塑化效率低 适用 注射小型制品 2 螺杆预塑化柱塞注射成型机工作原理 预塑化 螺杆 注射 熔体由柱塞经单向阀入注射料筒 特点 提高塑化效果及生产能力 应用 高速 精密和大型及低发泡注射 3 移动螺杆式注射成型机工作原理 螺杆旋转 水平往复移动 螺杆旋转时后退 加料 塑化物料 输送熔体 加料和塑化完毕后螺杆停转 螺杆向前移动 注射 物料塑化 螺杆剪切 传导热及摩擦热 特点 结构严密 塑化效率高 生产能力大 注射成型最为常见的形式 6 1 2注射机的基本结构 移动螺杆式注射成型机组成 液压传动系统 注射系统 锁模系统及注射模具 1 注射系统作用 使物料受热 均匀塑化至粘流态 并以很高的速度注射入模成型 组成 加料装置 料筒 螺杆 喷嘴等 注射系统 锁模系统 液压及传动系统 注射模具 电动机驱动油泵打出高压油 高压油进入油缸推动活塞前进 高压油进入油缸推动活塞前进 高压油换向进入油缸推动活塞后退 高压油换向进入油缸推动活塞后退 电动机驱动齿轮传动 1 螺杆作用 输送 压实 塑化及传递注射压力 与挤出螺杆区别 长径比较小 l0 15 压缩比较小 2 2 5 均化短 但螺槽深度较深 以提高生产率 螺杆头尖 与喷嘴吻合 2 喷嘴 连接料筒和模具的通道 作用 引导熔体入模 并具一定射程 结构形式 通用式 结构简单 制造方便 注射压力损失小 但容易形成冷料和流延 应用 厚壁制品 PE PS PVC 喷嘴的内径较小 当熔体通过时 流速增大 剪切速率增加 使熔体进一步塑化 延伸式 可加热 注射压力降较小 适用 高粘度树脂 PMMA POM PSU PC等 弹簧针阀式 自锁式 适用 低粘度物料 尼龙 PET等 2 锁模系统塑料注射压力 40 130MPa 甚至200MPa 注射速度 很快 作用 避免模具受到熔体高速高压充模时动 定模分开 避免模具分型面离缝 制品溢边 锁模系统锁模力 F F XKpA 103式中 F 锁模力 KN X 安全系数 1 1 3 K 压力损耗系数 0 3 0 6 p 注射压力 MPa A 与施压方向垂直的制品投影面积 m2 取决于 注射压力 p 施压方向垂直的制品投影面积 A 6 2注射过程注射成型过程 一个成型周期 定量加料 塑化 施压注射充模 保压冷却 开模取件1 加料预塑化见图螺杆转动 后退 输送物料 外加热和剪切热使其熔融塑化 2 注射见图塑化熔体达到规定注射量时 注射油缸推动螺杆前移 高速高压将熔体注入模腔 将模腔中的气体从模具分型面排出 3 保压见图熔体充满模腔后 在注射压力作用下螺杆继续向模腔补充熔体 保持一定压力至浇口冻结 作用 保证制品的致密性 尺寸精度和强度 模具的冷却使熔体产生收缩 4 冷却脱模熔体冻结及浇口封闭时 卸去保压压力 制品在模内充分冷却定型 同时螺转动后退 进行下一次塑化 制品冷却与螺杆预塑化同时进行 制品冷却定型后 合模装置即开启模具 并自动顶落制品 5 合模与锁紧 低压保护阶段 先低压快速闭合 动模与定模接近 合模的动力系统自动切换成低压低速 以免模具碰撞或模内嵌件松动 锁紧模具 切换成高压 充模阶段 保压阶段 倒流阶段 冷却阶段 6 3注射工艺的影响因素6 3 1注射过程的四个阶段 P0 型腔最大压力 近于注射压力 PS 封凝压力 Pr 残余压力 1 充模阶段0 t1见图 0 t1 慢速注射 顺利排出空气 0 t1 产生熔接痕 低温流动和较高的剪切应力产生流动取向 影响制品强度和热稳定性 0 t1 快速充模 内应力小 制品的熔接强度高 过快 产生湍流 喷射 材料烧伤及分解 使制品质量不均匀 表面常有裂纹 摩擦热使制品中分子取向程度减小 2 保压阶段t1 t2模内压力不变 作用 补缩 使熔体更好地融合 制品密实 强度提高 t1 t2 低温下 较高的外压使制品产生较大的内应力和大分子取向 使制品的性能降低 3 倒流阶段t2 t3从螺杆后退至浇口凝固时止 封凝压力Ps 浇口冷凝时的压力 保压时间过短 凝封温度高 Ps低 制品的密度小 保压时间过长 Ps增大 残余应力大 制品产生内应力 保压结束后 如果模腔浇口还没有冻结 螺杆后退使模腔中熔体产生倒流 使模腔压力下降 Pr 0 模内压力大于模外压力 制品收缩小 脱模难 开模时制品刮伤 涨模 保压时间长造成 Pr 0 模内压力小于模外压力 制品不均匀收缩 空洞 内在质量差 保压时间短造成的 Pr 0 模内压力与模外压力大致相同时 易开模 制品质量高 6 3 2工艺影响因素温度 压力 时间 影响塑化流动和冷却过程 1 温度料筒温度 喷嘴温度 塑化和流动 模具温度 制品的成型和质量 1 料筒温度 cylindertemperature 保证物料塑化 完成注射 不引起物料分解 Tf Tm Tc Td 热敏性物料 Tf Tm Td较为狭窄 M较低 M分布较宽的物料 Tc应选较低值 即Tc稍高Tf Tm Tf Tm Td较宽 M分布窄的物料可以选择较高值 制品尺寸 小尺寸 薄壁制品 料流通道小 阻力大 易冷却 适当提高Tc 改善充模条件 外形复杂或带有嵌件的制品 Tc可提高 料筒温度的分布 从料斗一侧起至喷嘴 由低到高 以利于物料逐步塑化 因料流路线长而曲折 阻力大 易冷却而丧失流动性 2 喷嘴温度防止熔体 流涎 温度略低于料筒的最高温度 过低 喷嘴堵塞 增大料流阻力 喷嘴处的冷料充模时带入模腔 影响制品的质量 3 模温模温影响注射成型和制品性能 如图模具温度由冷却介质控制 决定了制品的冷却速度 冷却速率的影响 结晶高聚物 缓冷骤冷中速冷却 非晶塑料 入模冷却时 不发生相转变 模温 影响 a 充模速度和冷却时间 a低或中等 选择较低的模温 例 PS a高 选择较高模温 PC PPO PSU 厚制品 模温过低 内外冷却不均匀 内部形成缩孔 或引起内应力 另外考虑的问题 冷却时间 使制件温度冷到模温 所需时间很长 可稍高于模温脱模 提高生产效率 避免过早封凝 模温低 封凝时间短 提高产率 但浇口过早封凝 缺料 充模不完全 模温对结晶 取向 内应力和物理机械性能的影响 2 注射压力和注射速度 1 注射压力P螺杆推动熔体向料筒前端流动并使熔体充满模腔所施加的压力 作用 克服熔体在料筒 喷嘴及浇注系统和型腔中流动阻力 给予熔体足够的充模速率 保压 补缩 以确保注射制品质量 注射P 充模速度 充模顺利 性能 但内应力 在注射过程中 熔体流经料筒 喷嘴 模具流道和浇口以及型腔中 会因产生流动阻力而引起压力损失 见图 p1注射机中的压力降 p2喷嘴处压力降 p3模具流道中的压力降 p4浇口处压力降 p5模腔中的压力降 pC注射系统总压力降 pM模具型腔总压力降 压力P选择 Tg高 a高 PC PSU 制品形状复杂 浇口尺寸小 流道长 簿壁制品 高速高压 适当高压 制品的取向程度 质量 熔接缝强度 料流速度等均增加 过高压力使料流方向的收缩率 内应力增大 用高压注射 制品应作退火处理 消除残余应力 注射压力与料温相互制约最佳成型区域 注射成型适宜的条件 料温高时 注射压力下降 料温低时 注射压力应加大 成型区中 适宜的料温 压力的组合都是最佳工艺条件 如何获得注射成型面积图 2 注射速度 充模 单位时间螺杆移动的距离 cm s 或 g s cm3 s注射速度影响熔体的流动行为 模腔压力 温度及制品的性能 前已述及 注射速度确定 Tg高 a高 簿壁 长流程制品 较高注射速度 并辅以较高模温和料温 模具 流道长 小浇口 制品形状复杂的模具 高速高压注射 工业生产常采用中速或较高的注射速度 3 注射周期完成一次注射成型所需的全部时间 影响劳动生产率和设备利用率 在保证质量的前提下 尽量缩短成型周期中各时间 成型周期确定 充模时间 约2 5s 大型和厚壁制品充模时间可达l0s以上 保压时间 约20 100s 大型和厚制品可达2 5min 在整个注射时间内所占比例较大 冷却时间 冷却时间以保证制品脱模时不变形翘曲 短时为原则 一般为30 120s 大型和厚制品可适当延长 取决于制品的厚度 塑料的热性能 结晶性能以及模具温度等 6 4常见注射制品缺陷及解决方案 1 黑点 黑纹制件表面棕黑色斑点或条纹 原因 材料降解 过热 在高温下停留时间过长 材料污染 料中存其它颜色料 易于降解的低分子材料 空气中粉尘等 解决方法 2 发脆制品某些部位现开裂 或折断 干燥温度过低 水解 断链 M 过高 降解 喷嘴温度过高 分解 降解 流道和浇口尺寸过小 过度剪切 降解 螺杆结构尺寸 L D H 三段长度 降解 熔体温度 模具温度过低 排气不良等 应对措施 降解发脆 3 熔接痕产生原因 壁厚不均 孔存在 有嵌件 多浇口 应对措施 6 5 1气体辅助注射成型6 5 2结构发泡注塑6 5 3反应注射模塑6 5 4共注射 6 5新型注射成型工艺 6 5 1气体辅助注射成型 Gas AssistedInjectionMolding GAIM 1 概述气体注塑 或中空注射成型 原理 熔体充模 利用注射压力 气体压力 保压 气体压力代替熔体注射压力 制品 中空 设备 增设供气装置 气体 一般为氮气 压力5 32MPa 6 5新型注射成型工艺 气体压力由成型材料和制品形状决定 2 GAIM工艺过程 熔体定量注入型腔 气体喷嘴注入高压气体 推展熔体 保压 冷却固化 排气并回收气体 开模取出制品 制品具有中空断面和完整外形 3 GAIM方法标准成型法熔体回流法副腔成型法活动型芯法 4 GAIM特点优势 注射压力低 气体非粘性 制品变形小 注射压力小 残余应力小 表面质量高 气体补缩 厚壁成可为中空 成型壁厚差异大的制品 较厚部分制成中空气道 制品质轻 成型周期短 气体压力传递不产生明显的压力降 熔体流长缩短 所需注射压力减小 锁模力小 气体保压制品不会出现凹陷 制品的较厚部分成为中空 制品消除的缩痕 普通注射成型 壁厚不均匀须分为几部分单独成型 不足 设备投资增加 注射量和注射压力高精度 质量对工艺参数敏感 5 应用 厚壁 偏壁及管状制件 大型平板制件仪表盘 踏板 保险杠及桌面 大型柜体 结构部件 高中空制品 气体掏空制件内部 消除缩痕 节材 气道引流 降低锁模力 6 5 2结构发泡注塑 夹心注射 结构发泡材料 0 010 0 060g cm3 表面 封闭的致密表层 芯部 发泡 适用 成型壁厚5mm以上 具有较大重量和尺寸的制品 制品特点 抗弯曲 高刚性 内应力 变形小 机械加工性能好 替代木材 1 低压结构发泡注塑模腔压力低 2 7MPa 锁模力较小 欠料注塑 充料量75 85 模腔容积 单组分 低压注塑 结构发泡注射高压注塑 双组分 夹心注塑 推向型腔壁 常用塑料 PS PE PP PC PA PU等发泡剂 化学发泡剂0 3 0 7 制品 较小 设备 2 高压结构发泡塑料增加二次锁模保压装置 熔体注入一定时间后 动模板后移 使模具型腔增大 利于发泡膨胀 缺点 模具费用高 二次锁模保压 夹