注塑工艺培训课程.ppt

锦珂 注塑工艺课 一 注塑技术与工艺操作 锦珂 当原料以高压注入模穴内时会产生一个撑模的力量 因此注塑机的锁模单元必须提供足够的 锁模力 使模具不至于被撑开 一 锁模力 即是模具合模后所能受的最大分开力 一般塑机均有一个额定的锁模力 调得太大易使机器或模具产生变形 锦珂 一 锁模力的大小与零件投影面积大致成正比例关系 粗略计算方法如下 1 锁模力 吨 型腔的投影面积 cm 材料压力系数 额定锁模力的90 附 材料压力系数参数表 锦珂 例 一模出两个产品 其中 产品投影面 10 17 170cm 水口投影面 0 8 14 11 2cm 使用胶料为ABS材料压力系数平均值 0 39 所以 锁模力 170 11 2 181 2 0 39 70 67吨 70 67 90 78 5吨 锦珂 2 此外根据材料 计算模内压力方法求塑机的合模力 合模力 F 模内压力 P kg cm 成型品投影面积 S cm 锦珂 如何简单决定模内压力 答 一般PP PE PS ABS等低端简单产品 可用150kg cm 以上计算 粘度较高的工程塑料 及薄壁产品 一般以300kg cm 计算 高端精密产品 一般以300kg cm 上计算 锦珂 3 如果是说 按产品投影面计算所得的机型 锁模力虽然80吨已足够 即考虑产品毛重量是否超出机型最大容胶量 80吨机型最大容胶量为142g 另外锁模力大于 或等于 85吨 也要考虑容模尺寸关系和产品特性要求 是否使用80吨以上的机型 产品特性要求比较严格 机器容模尺寸无法装模 故一般要使用120吨以上机型 锦珂 不同种类产品的模腔内压力 锦珂 不同种类产品的模腔内压力 锦珂 二 注塑参数的设定 1 锁模参数 锁模参数有 4段锁模速度 4段锁模压力 各锁模阶段的位置 各锁模阶段的时间 锦珂 如前所述 锁模过程分4段 首先动模板以快的速度锁模 直到设定的快速锁模位置值结束 即转换为中速锁模阶段 此时锁模动作得到缓冲 便于保护模具且运动平稳 当锁模到达低压锁模位置值 就进入了低压锁模状态 此时锁模力立即下降到低压 如果模具间没有障碍物 可以顺利进入到高压锁模状态 如果模具间夹有异物或模具导柱导套配合不好 则因压力过低 锁模运动会停止 锦珂 当低压锁模保护时间到达模板还不能进入到高压锁模状态 则警报系统启动 机器自动报警且开模 这样可以达到保护模具目的 锁模过程如图所示 高压锁模至锁模终止过程中有一高压检测时间 如果机器在规定时间内未能锁模至终止确认 则发出报警 这样就需重新调模或者检查高压监控时间是否太小 锦珂 锦珂 2 在安装模具的调模过程中设置锁模动作的参数 要设置的参数有4段的速度和压力 以及控制锁模过程的位置和时间 现举例如表所示 锦珂 3 在快速和中速阶段主要以达到所设定的速度为目标 所设压力为最高工作压力 只有当速度未达到设定值时机器才会输出此压力 当速度达到速设定值后 锁模压力通常小于所设置的压力 快速转中速是用位置来控制的 即当模具达到相应位置后 锁模动作就由快速转为中速 中速转低压也同样是用位置来控制的 锦珂 4 在低压和高压阶段以压力达到设定值为主要控制目标 速度可大可小 低压转高压是通过时间来控制的 即正常情况下达到时间后就自动由高压阶段转入高压阶段 如果模具间夹有异物或模具导柱导套配合不好 则锁模运动会停止 此时输出压力锁定为零 所以即使时间达到也不能由低压转入高压阶段 高压锁模至锁模终止的转换也是由时间来控制的 如果机器在规定时间内未能锁模至终止确认 则发出报警 这样就需重新调模或者检查高压监控时间是否太小 锦珂 5 开模参数 开模参数有 4段锁模速度 4段锁模压力 各锁模阶段的位置 锦珂 开模过程分4段 前慢 快速 中速 后慢 前段慢速开模 避免拉裂塑件表面 消除开模时噪音 第二段快速开模有利于缩短生产周期时间 提高生产效率 第三段中速开模有利于动模板平滑过渡到慢速开模 消除机器震动 使机器动作更平稳 第四段慢速开模 可以使机器准确的停留在开模终止位置 从而保证顶针动作的正常输出 锦珂 开模过程如图所示 锦珂 6 开模参数也在调模过程中设置 要设置的参数有4段的速度和行程 应根据机台大小 以机台动作平稳为原则进行调整 前段慢速开模是为了避免拉裂塑件表面 所以此行程不必太长 第二段快速开模的行程应长 第三段中速开模与第四段慢速开模也不必太长 现举例如图所示 锦珂 锦珂 在开模过程中主要以达到所设定的速度为目标 所设压力为最高工作压力 只有当速度未达到设定值时机器才会输出此压力 当速度达到速设定值后 开模压力通常小于所设置的压力 锦珂 7 射台动作参数射台动作参数有 射台快进 慢进 快退 慢退的速度 射台快进 慢进 快退 慢退的压力 射台慢进到位的位置 射台快进 快退 慢退的时间 锦珂 在手动操作时 可设定射台射台前进及后退的位置和时间 这两个动作的速度及压力均是在广内设定 操作者是不能任意调节的 在射胶动作之前 射台会前进 使射嘴紧贴模具浇口 在射胶进行时 射台亦继续前进 使射嘴紧贴模具浇口 以防止漏胶 射台进动作分为快进与慢进2个阶段 在溶胶及倒索后 可选择令射台后退 以增加工模冷却效率及用以拉断浇口 射台退动作分为慢退与快退2个阶段 射台快进 快退 慢退三个动作都是由工作时间来控制的 即用时间来决定该动作的开始与结束 慢进由射台到位吉制控制 即由位置来控制慢进的结束 锦珂 8 射胶参数射胶参数包括3部分 填充参数 保压参数 冷却参数 锦珂 1 填充参数填充参数有 各段射胶的注射压力 各段射胶的注射速度 多段射速的转化控制位置 当座台前进到位吉制被压下 电脑收到此信号随即发出射胶动作信号 目前很多机型可进行多段射速射胶 操作者可根据具体的产品形状 大小 结构 壁厚等因素来确定实行几段射胶 并确定相应的压力 速度等参数 锦珂 2 注射速度和注射压力 注塑制品的表面光洁度和质地均匀程度 主要取决于在填充过程中熔胶前沿的流动速度 所以 注塑机在注射过程中主要是比较精确的控制注射速度 注射压力只需控制在一个范围内 通常需根据不同的射速段设置该段的最大注射压力和最小注射压力 只有当速度未达到设定值或遇到阻力大于所设定的压力时机器才会输出此所设定的最大注射压力 此时如果注射速度仍不能达到所设定的速度注射压力不再增加 锦珂 所以 在填充阶段注射压力主要是通过影响注塑速度来间接影响注塑制品的质量 只有在填充完成前熔胶基本不流动时 熔胶受到的阻力急剧上升 此时注射压力也跟着上升到所设置的该段的最大输出值 起到压实熔胶并克服熔胶在填充模具边角时由于熔胶接触模具面积大而快速冷却造成的填充不足 锦珂 位置控制 多段射速的转换是用位置来控制的 即当螺杆达到一段射速的位置后 注射速度自动由一速转换为二速 报警时间 有些机器还需设定各注射段的控制时间 若未能在时间内完成各阶段的速度转换 则系统产生射出监控失败警报 此时除了调整切换位置也可以延长射出计时 锦珂 9 保压参数保压参数有 各段的压力 各段的注射速度 各段的保压时间 锦珂 当射胶螺杆前进终止 驱动射胶的液压缸仍继续输出向前推动的压力及速度 用以补偿制品的冷却收缩 起到补缩增密的作用 此时的注射压力叫做保压压力 影响制品尺寸公差的最重要的变量是保压压力和温度 而与充模压力无关 一般保压压力是塑料充模时最高压力的50 60 注塑机上的注射压力和保压压力都是通过调节注射系统油路压力来实现的 因此 在充模阶段和保压阶段任何影响油路系统压力稳定的因素都会引起注射压力和保压压力的波动 最终影响产品的完整性 锦珂 二 注塑部分的主要参数 一 注塑部分的主要技术参数及意义 1 理论注射容积Vi cm3 一一一次注射的最大理论容积 2 理论注射量Gi g 一一一次注射的最大理论质量 一般用PS料 3 注射压力pi MPa 一一 注射时螺杆头部熔料的最大压强 一般而言 螺杆直径D与最高注射压力成反比 与塑化能力成正比 4 注射速率qi cm3 s g s 一一 单位时间内 注射的最大理论容积或最大理论质量 PS 锦珂 5 注射功率Ni kW 一一 螺杆推进熔料的最大功率 6 塑化能力Qs cm3 s g s 一一 单位时间内 螺杆可塑化好的塑料量 PS 7 螺杆转速ns r min 一预塑时 螺杆每分钟最高转数 8 注座推力P kN 一一 注射喷嘴对模具主浇套的最大密封推力 9 料筒加热功率NT KW 一一 料筒加热圈单位时间供给料筒表面的总热能 锦珂 三 浅谈几种常用的注塑螺杆的选择与应用 众所周知 注塑机的 螺杆塑化组件 是注塑机主要核心单元 直接体现了注塑机性能的优劣 而有 心脏 之称的螺杆则是至关重要的零件 其性能决定着加工制品的质量 效率等指标的高低 锦珂 随着塑料工业的迅猛发展 特别是我国经过二十几年的发展 注塑设备已经成熟 作为注塑设备的设计者和使用者 需要清楚地了解哪些螺杆适用于哪些物料的加工 特别是在物料品种繁杂的今天 市场上螺杆种类也日异繁多 但在实际使用中却比较混乱 使用者经常把某根螺杆用来加工不适宜的物理特性的塑料 更有一个观念误区是 认为一根螺杆是万能的 其实不然 借此 简单介绍几种常用的主体结构的螺杆 以便加工制品时提供一些参考 一 普通螺杆 普通单头全螺纹螺杆 1 普通注射螺杆螺纹有效长度通常分成加料段 输送段 压缩段 塑化段 均化段 计量段 計量段混鍊 壓縮供給段 2 输送段 供給段 1 负责塑料的输送 進料供給作用 推挤与预热 应保证预热到熔点 2 结晶性塑料宜长 如 POM PA 非晶性料次之 如 PS PU ABS 热敏性最短 如 PVC 输送段 3 压缩段 混鍊 壓縮段 1 负责利用牙深產生剪熱壓塑料的混炼 压缩与加压排气 通过这一段的原料已经几乎全部熔解 但不一定会均匀混合 2 在此区域 塑料逐渐熔融 螺槽体积必须相应下降 以对应塑料几何体积的下降 否则料压不实 传热慢 排气不良 3 一般占25 以上螺杆工作长度 但尼龙 结晶性料 螺杆的压缩段约占15 螺杆工作长度 高粘度 耐火性 低传导性 高添加物等塑料螺杆 占40 50 螺杆工作长度 PVC螺杆可占100 螺杆工作长度 以免产生激烈的剪切热 4 计量段 1 一般占20 25 螺杆工作长度 确保塑料全部熔融以及温度均匀 混炼均匀 2 计量段长则混炼效果佳 太长则易使熔体停留过久而产生热分解 太短则易使温度不均匀 3 PVC等热敏性塑料不宜停留时间过长 以免热分解 可用较短的计量段或不要计量段 5 进料螺槽深度 计量螺槽深度 1 进料螺槽深度越深 则输送量越大 但需考虑螺杆强度 计量螺槽深度越浅 则塑化发热 混合性能指数越高 但计量螺槽深度太浅则剪切热增加 自生热增加 温升太高 造成塑料变色或烧焦 尤其不利于热敏性塑料 2 计量螺槽深度 KD 0 03 0 07 D D增大 则K选小值 6 螺杆可以说是注塑机的心脏 螺杆的品质好坏决定制品的质量好坏 相关工艺介绍如下 1 ds一一 螺杆外径 螺杆直径大小直接影响着塑化能力的大小 也就直接影响到理论注射容积的大小 因此 理论注射容积大的注塑机其螺杆直径也大 2 L1 一加料段长度 加料段又称输送段或进料段度应保证物料有足够的输送长度 一般L1 9 10 ds 3 h1一一 加料段的螺槽深度 hl深 则容纳物料多 提高了供料量 但会影响物料化效果以及螺杆根部的剪切强度 一般hl 0 12 0 16 ds 4 L3一一 熔融段 均化段 计量段 螺纹长度 熔体在L3段的螺槽中得到进一步的均化 温度均匀 黏度均匀 组分均匀 分子量分布均匀 形成较好的熔体质量 L3长度有助于稳定熔体在螺槽中的波动 有稳定压力的作用 使物料以均匀的料量从螺杆头部挤出 所以又称计量段 一般L3 4 5 ds 5 h3一一 熔融段螺纹深度 h3小 螺槽浅 提高了塑料熔体的塑化效果 有利于熔体的均化 但h3过小会导致剪切速率过高 以及剪切热过大 引起大分子链的降解 影响熔体质量 反之 如果h3过大 由于在预塑时 螺杆背压产生的回流作用增强 会降低塑化能力 所以合适的h3应由压缩比 来决定 h1 h3 对于结晶型塑料 如PP PE PA以及复合塑料 3 3 5 对黏度较高的塑料 如VPVC ABS HIPS AS POM PC PMMA PPS等 1 4 2 5 对蒙自磨较高的塑料 如VPVC ABS HIPS AS POM PC PMMA PPS等 1 8 2 3 6 L2一一 塑化段 压缩段 螺纹长度 物料在此锥体空间中不断地受到压缩 剪切和混炼作用 物料从L2段入点开始 熔池不断地加大 到出点处熔池已占满全螺槽 物料完成从玻璃态 经过黏弹态向黏流态的转变 从固体床向熔体床的转变 L2长度会影响物料从固态到黏流态的转化历程 太短会来不及转化 固料堵塞 在L2段的末端 形成很高的压力 扭矩或轴向力 太长也会增加螺杆的扭矩和不必要的能耗 一般L2 6 8 ds 对于结晶型的塑料 物料熔点明显 熔融范围窄 所以L2可短些 一般为 3 4 ds 7 S一一 螺距 其大小影响螺旋角B 从而影响螺槽的输送效率 一般S ds 8 e一一 螺棱宽度 其宽窄影响螺槽的容料量 熔体的漏流以及螺棱耐磨损程度 一般为 0 05 0 07 ds 9 螺棱后角 螺棱推力面圆角R1和背面圆角R2的大小影响螺槽的有效容积 物料的滞留情况以及螺棱根部的强度等 一般a 25 30 R1 0 3 0 5 R2 7 普通螺杆各段长度如下所列 螺杆类型加料段 L1 压缩段 L2 均化段 L3 渐变型25 30 50 15 20 突变型65 70 15 5 20 25 通用型45 50 20 30 20 30 二 普通螺杆参数 1 螺杆长径比 L Ds 螺杆长径比大 可以实现低温 均质 稳定的塑化 螺杆长径比一般取18 22 2 压缩比 h1 h3 注射螺杆压缩比是指计量段螺槽深度 h1 与均化段螺槽深度 h3 之比 压缩比大 会增强剪切效果 但会减弱塑化能力 相对于挤出螺杆 压缩比应取得小些为好 以有利于提高塑化能力和增加对物料的适应性 对于结晶型塑料 如聚丙烯 聚乙烯 聚酷胺以及复合塑料 一般取2 6 3 0 对高黏度的塑料 如硬聚氯乙烯 丁二烯与ABS共混 高冲击聚苯乙烯 AS 聚甲醛 聚碳酸酯 有机玻璃 聚苯醚等 约为1 8 2 3 通用型螺杆可取2 3 2 6 在均化段螺槽深度和螺杆压缩比确定后 对于单头等距变深螺杆 可由式 0 93计算出加料段的螺槽深度 若h1 hs 2 实际压缩比为1 86 通常所说的压缩比 大于实际压缩比 3 螺杆材料与热处理 目前 国内常用的材料为38CrMoA1 或者日本进口的SACM645 国内螺杆的热处理 一般采取镀铬工艺 镀铬之前高频淬火或氮化 然后镀铬 厚度0 03 0 05mm 此种螺杆适于阻燃性塑料 如透明PC PMMA 但镀铬层容易脱落 防腐蚀性能差 所以大多采用不锈钢材料 三 普通单头全螺纹螺杆 1 该螺杆是常规的三段式单头全纹螺纹结构 即加料段 熔融段 均化段 一般它有三种结构形式 1 等距变深 2 等深变距 3 变深变距 2 由于从实用性能及加工角度考虑 后两种较少用 目前应用最多的是第一种结构形式 即等距变深结构 该种结构从加料段 熔融段至均化段螺距全部相等 螺棱宽度不变 熔融段是由加料段最后一个螺槽由深变浅至均化段第一个螺槽过渡而成 即形成了几何压缩比 在熔融段建立压力区 构造固体床和熔池以压缩 熔融物料 实现固相到液相的转变过程 是固液混合区 这种结构形式又分为两种 等距渐变型和等距突变型 前者主要是加料段和均化段各螺槽等深 而熔融段较长 一般占螺杆有效螺纹长度20 50 左右 如图 这类螺杆主要适用范围 1 熔融温度范围较宽的非结晶型聚合物 如 PS HPVC ABS PC PMMA PPO PPS CA等 2 成型加工温度范围较宽的结晶型聚合物 如 HDPE PP PET等 3 部份热塑性弹性体 如 PU TPU等 等距突变型螺杆则相反 其均化段较长 熔融段相对较短 一般占螺杆有效螺纹长度15 30 如图 这类螺杆主要适用范围 熔融温度范围较窄的结晶型聚合物 如 LDPE PA等 与其它结构形式比较 单头等矩变深螺杆的优点是 具有应用范围广的特点 虽说具体加工不同的聚合物表现出不同性能 但基本上能实现上述多种物料的加工 故被称作通用型螺杆 再加上是单头螺纹 结构简单 加工制造容易 成本低 能耗小 驱动扭矩小 所以被广泛应用 缺点是 由于整体结构简单 导致加料段输送效率不高 在熔融段固液不能分离导致轴 径向温差大 熔融速度慢 气体排出不畅 末端未充分熔融的物料进入均化段时会引起熔融段的压力 温度 熔融速率的波动 特别是设计时为适应多种物料 对主要的几何参数作了不当设计折中 其通用型反而会更差 所以这种结构螺杆的塑化质量 熔胶能力一般不高 仅是相对意义上的通用型螺杆 如为提高产量和塑化质量 加大长径比和转速后对剪敏性 剪敏性 物料的有效粘度对剪切速率的敏感性 塑料有一定的效果 但对于热敏性塑料会有热分解的可能 故此类螺杆一般适合用于中 低质量和中小注射量的制品的加工 在中小直径螺杆上采用较多 四 双头全螺纹渐变型螺杆 图2 1 图2 2图2 3 1 该结构形式也是三段式螺杆 它是在一种分离型和等距变深螺杆的基础上演变而来 只在熔融段设有一段起分离屏障作用的副螺纹 结构见图2 1 2 2所示 而加料段和均化段与单头全螺纹螺杆相似 而与分离型螺杆不同的是其副螺纹的始端和终端与主螺纹不相交 螺距一般大于主螺纹螺距 副螺纹外径 螺棱宽度均小于主螺纹 副螺纹外径与机筒内径的径向间隙构成熔体流通的唯一通道 2 主螺纹推进面与副螺纹后缘构成的熔体槽宽由窄变宽 直至均化段尾部 而副螺纹的推进面与主螺纹的后缘构成固体槽宽由宽变窄 直至熔融段尾部 固液两槽槽深相同 如图2 2 此种结构螺杆主要是使固 液两相分离 固体床迫使熔池中的熔体通过副螺纹顶隙进入熔体槽 使得熔料及时分离 保护固体床不易破碎 当熔料通过顶隙时会受到一定的剪切作用 能提高熔体剪切 塑化效果 即使有一些未熔融的小颗粒进入熔体槽后也能与熔体进行热交换 塑化 混合 该结构螺杆与普通单头螺杆相比 几何压缩比小 均化段相对较长 它的优点是 1 由于固 液分离 熔料与熔膜热交换面积小 而固体床则反之 传热匀衡 2 能提高熔融速率和熔融稳定性 熔体温度低 3 固体床的气体能较好地排出 能减小压力波动 固体段压力建立较快 它的缺点是 1 由于副螺纹不与主螺纹相交 实际不能完全充分隔离固液两相 特别是在副螺纹起始处会有部分固体床被分散成碎片进入熔体槽与熔体混合 导致不完全熔融的固体碎片进入均化段 在相同熔胶周期内会降低均化效果 其最终塑化质量及熔胶能力不会太高 并且总体功耗偏大 加工工艺相对复杂 成本会偏高 3 这类螺杆主要适用范围 1 成型加工温度范围较宽的结晶型聚合物 如 PE PET PP POM等 2 熔融温度范围宽的非结晶型聚合物 如 PS ABS PPS等 3 熔融粘度高非剪敏性塑料 如 PC PMMA等 这种主体结构是普遍采用的形式 根据具体物料特性选择合适的螺杆头及止逆结构 均能应用于各种热塑性物料 适合于要求中 高塑化质量的制品的加工 在中 大直径螺杆中应用较多 五 分离屏障型螺杆 1 该螺杆同样设有常规三段结构 严格说它也是在分离型螺杆基础上演变而来的 主要是通过在熔融段和均化段改变螺距和槽深来实现功能 在熔融段设计成由主副螺纹构成的分离屏障型结构 如图 屏障结构的副螺纹始端和终端与主螺纹相交 形成完全各自独立的固 液两相螺槽 该段固体槽由加料段固体槽延伸逐渐变浅至结束端而成 槽宽由宽变窄 熔体槽在熔融段起始处由浅变深 由窄变宽延伸至均化段 2 该段主副螺矩较大 且副螺距一般大于主螺距 副螺纹外径 螺棱宽度小于主螺纹 副螺纹外径与机筒内径的径向间隙构成熔体流通的唯一通道 这种螺杆结构与上述双头螺纹渐变型螺杆相比 熔融工作原理基本相似 区别在于固 液两相螺槽深 宽不一致 固体槽采用正压缩比 而熔体槽采用负压缩比 且熔融段较长 长径比较常规螺杆大 是有着一个较长热历程的螺杆 这种结构追求的是高速 高质 高产目的 它的优点是 由于分离屏障型的结构 固 液两相完全分离 熔融 塑化充分 径向 轴向温差小 能实现低温塑化 熔融速率高 熔温 压力稳定 因螺距容积大 压力建立快 单位时间内产量高 它的缺点是 结构复杂 长径比大 因熔融热历程较长能耗大 需要较大的驱动扭矩 同时加工困难 成本较高 因螺槽较深螺杆强度会有所减弱 3 这类螺杆主要适用范围 1 成型温度范围宽 熔融粘度不高的结晶型聚合物 如PE PET PP等 2 部分熔融温度范围宽的非结晶型聚合物 如PPS PPO等 适合于要求中 高塑化质量和高产量的制品的加工 在中 大直径螺杆中应用较多 而对于成型温度窄 亲水性强和高粘度非剪敏性的塑料不太适合 如POM PA CA PC PMMA等 一般不推荐使用 六 屏障型混炼剪切元件 1 以上几种主体结构的注射螺杆是基本且常用的 如今高分子聚合物的种类 配方 添加剂 添加物及改良性材料已日新月异 各个注塑设备厂家为适用新物料制品的加工 投入了大量资源进行产品改进 开发 使得螺杆塑化技术也得到了相适应地发展 图4 3 图4 1 图4 2 图4 3 因此目前市场上出现了各种结构的专用螺杆 这些螺杆的设计不外乎是在上述几种主体结构中设置一些混炼和剪切元件进行排列组合 如图4 1 图4 2 图4 3 对于这些螺杆的应用 更需要明确加工物料的物理特性 从而才能更好地合理地应用并有效地节约能源 2 图4 1是螺旋槽屏障剪切元件 其工作原理是在螺杆直径圆周上成对交替均布一定数量的进 出料槽 屏障螺棱设置于进出料槽之间 每一个屏障螺棱比螺杆直径小一径向间隙 这是熔体唯一的通道 对来自均化段未熔融的颗粒料进入进料槽后 通过屏障螺棱间隙对其进行强烈的剪切 塑化后 经出料槽推出 它的优点是 一方面使熔料与固体颗粒能得到进一步热交换 起到良好的混合 均化效果 另一方面可以提高物料的剪切速率 极大降低了物料的粘度 减小流动阻力增强熔体流动性能 从而可以较好的避免流动性较差的物料因滞留时间过长而分解的危险 它的缺点是 能耗大 结构复杂加工困难 设计不合理时 会导致因剪切过热熔体温度偏高 温升快且波动不稳定 也正因为如此 多数场合会与图4 3配套使用 对降低融体温度有明显效果 3 图4 2是直槽屏障剪切元件 其工作原理与螺旋槽屏障剪切元件大同小异 应用场合基本相同 区别在于其剪切速率的提高不如前者 且剪切热也比前者高 而混合效果稍强 这两者适用于高粘度剪敏性塑料和成型温度宽的结晶型塑料 效果明显 对于高粘度非剪敏性塑料和成型温度窄的塑料不推荐使用 这两者常设置于熔融端或均化端 一般设于均化段较多 4 图4 3是销钉混炼元件 主要对熔体起进一步混合 均化作用 能较好的降低剪切过热时熔体的温度 和提高着色剂的混色效果 它常与上述两种剪切元件配合使用 与图 三 分离屏障型螺杆配合使用也较多 常位于螺杆的尾部 以上只是简单的描述了注射螺杆的主体工作结构类型 一般还需配置螺杆头及止逆环 其结构及类型变化不大 千篇一律 具体选择与应用仍需考虑加工的聚合物的物理特性 只有这样才是合理 有效的 四 螺杆头及工艺 1 注塑螺杆和挤出螺杆之间重要区别 在于前者装有各种特殊结构形式的螺杆头 这是由螺杆工作特性所决定的 在注射螺杆中螺杆头的作用是预塑时 能将塑化好的熔体放流到储料室中 而在高压注射时 又能有效地封闭螺杆头前部的熔体 防止倒流 2 螺杆头分两大类 带止逆环的和不带止逆环的 带止逆环的螺杆头如图所示 预塑时 螺杆均化段的熔体将止逆环推开 通过与螺杆头形成的间隙 流人储料室中 注射时 螺杆头部的熔体压力形成推力 将止逆环退回将流道封堵 防止回流 3 对螺杆头的要求 止逆环要灵活 光洁 有的要求增强混炼效果等 又有多种形式 对有些高黏度物料如PMMA PC AC或都热稳定性差的物料PVC等 为减少剪切作用和物料的滞留时间 可不用止逆环 但这样在注射时会产生反流 延长建压时间 4 对螺杆头的其它一些要求 1 止逆环与料筒配合间隙要适宜 既要防止熔料回泄又要灵活 2 既有足够的流通截面 又要保证止逆环端面有回程力 使在注射时快速封闭 3 止逆环属易磨损件 应采用硬度高的耐磨 耐蚀合金材料制造 4 结构上应拆装方便 便于清洗 5 螺杆头的螺纹与螺杆的螺纹方向相反 防止预塑时螺杆头松脱 五 喷嘴及工艺 一 喷嘴功能 喷嘴是连接塑化装置与模具流道的重要组件 喷嘴有多种功能 预塑时 在螺杆头部建立背压 阻止熔体从喷嘴流出 注射时 建立注射压力 产生剪切效应 加速能量转换 提高熔体温度均化效果 保压时 起保温补缩作用 二 喷嘴形式 1 敞开式喷嘴结构形式 喷嘴可分为敞开式喷嘴 锁闭喷嘴 热流道喷嘴和多流道喷嘴 撇开式喷嘴 结构简单 制造容易 压力损失小 但容易发生流延 图 a 轴孔型 d 2 3mm L 10 15 d 适宜中低黏度 热稳定性好的如PE ABS PS等薄壁制品 图 b 长锥形 D 3 5 d 适宜高黏度 热稳定性差 如PMMA PVC等厚酒壁刷品 喷嘴与浇口套的关系 2 自锁喷嘴结构形式有多种 1 此种结构主要用于加工某些低黏度塑料 如PA类 防止预塑时发生流延 自锁原理基本一致 在预塑时 靠弹簧力通过挡圈和导杆将顶针压住 用其锥面将喷嘴孔封死 注射时 在高压作用下 用熔体压力在顶针锥面上所形成的轴向力 通过导杆 档圈将弹簧压缩 高压熔体从喷嘴孔注入模具流道 此种喷嘴 注射时压力损失大 结构复杂 清洗不便 防流延可靠性差 容易从配合面泄露 2 结构的动作原理是借助注射座的移动力将喷嘴打开或关闭 预塑时 喷嘴与模具主浇套脱开 熔料在背压作用下 使喷嘴芯前移封闭进料斜孔 注射时 注射座前移 主浇套将喷嘴芯推后 斜孔打开 熔体注入模腔 3 液压控喷嘴 液压控喷嘴结构形式 喷嘴顶针在外力操纵下在预塑时封死 注射时打开 此种喷嘴钉针的封口动作参加注射机的控制程序 需设置喷嘴控制油缸 此种结构喷嘴顶针和导套之间的密封十分重要 在较大的背压作用下 熔体有泄漏可能 为此需与防延程序配合 4 热流道喷嘴 1 由于喷嘴流道很细 并与模具主浇套接触 容易散热 经过保压 冷却后 喷嘴中的余料变冷料而封堵 影响下一次注射程序 且冷料也会影响制品质量 所以近代注射成型常采用热流道喷嘴 并与热流道模具配合 形成一套完整的热流道注塑系统 保证了制品质量 缩短了注射成型周期 节约了原料 降低了能耗 4 热流道喷嘴 2 喷嘴要求 喷嘴安装 喷嘴头与模具的浇套要同心 两个球面应配合紧密 否则会溢料 一般要求两个球面半径名义尺寸相同 而取喷嘴球面为负公差 其口径略小于浇套口径 0 5 lmm为宜 二者同轴度公差0 25 0 3 3 喷嘴口径 喷嘴口径尺寸关系到压力损失 剪切发热以及补缩作用 与材料 注塑座及喷嘴结构形式有关 如下表所示 七 塑化过程理论 料筒温度 模溫控制 模溫控制 八 注射工艺过程 九 注塑过程分析 一 九 注塑过程分析 二 九 注塑过程分析 三 十 注射理论参考 十一 注射成型条件要素 一 时间要素 1 射出时间 2 保压时间 3 冷却时间 4 开关模时间 5 低压保护时间 6 周期时间 7 烘料时间 8 顶针时间 9 中子时间 二 压力要素 1 背压压力 2 射出压力 3 保压压力 4 顶出压力 5 低压保护压力 6 高压锁模压力 7 系统压力 8 顶针压力9 调模压力 10 储料压力 11 中子压力 三 速度要素 1 开关模速度 2 射出速度 3 顶出速度 4 储料速度 5 中子速度 6 调模速度 四 位置要素 1 计量位置 2 低压保护位置 3 开模位置 4 顶针位置 5 中子位置 6 储料位置 十二 多级注射成型工艺 一 多级注射成型工艺说明 1 近代注塑制品 由于浇道系统及各部位几何形状不同 不同部位对于充模熔体的流动 速度 压力 提出要求 否则就要影响熔体在这一部位的流变性能或高分子的结晶定向作用 以及制品的表观质量 在一个注射过程中 螺杆向模具推进熔体时 要求在不同位置上有不同注射速度和不同注射压力等工艺参数的控制 称这种注射过程为多级注塑 2 目前 大多数是注射速度进行多级控制的注塑机 通常可以把注射全冲分3个或4个区域 并把各区域设置成各自不同的适当注射速度 采用在注射的初期使用低速 模腔充填时使用高速 充填接近终了时再使用低速注射的方法 通过注射速度的控制和调整 可以防止和改善制品外观 如毛边 喷射痕 银条或焦痕等各种不良现象 二 多级注射控制程序形式 1 可以根据流道的结构 浇口的形式及注塑件结构的不同 来合理设定多段注射压力 注射速度 保压压力和熔胶方式 有利于提高塑化效果 提高产品质量 降低不良率及延长模具 机器寿命 通过多级程序控制注塑成型机的油压 螺杆位置 螺杆转速 能谋求改善成型件的外观不良 改善缩水 翘曲和毛边的对应措施 减少各模每次注射成型件的尺寸不均一 通过多级程序控制注塑成型机的油压 螺杆位置 螺杆转速 能谋求改善成型件的外观不良 改善缩水 翘曲和毛边的对应措施 减少各模每次注射成型件的尺寸不均一 然而 很多注塑技术人员仍然习惯使用过去一段射胶的方法 不懂得如何寻找多段射胶位置和方法 使具有多段射胶功能的机器发挥不了其优势 2 对于直浇口的产品 既可以采用单级注射的形式 也可以采用多级注射的形式 对于结构简单精度要求不高的小型塑料制件 可采用低于三级注射的控制方式 三 多级控制的效果 四 设定多级注射程序的方法 1 一般的塑件注塑时至少要设定三段或四段射胶才是比较科学的 2 对于结构简单且外观质量要求不高的胶件注塑时 可采用三段射胶的程序 但对结构比较复杂 外观缺陷多 质量要求高的胶件注塑时 需采用四段以上的射胶控制程序 3 设定几段射胶程序 一定要根据流道的结构 浇口的形式 位置 数量 大小 注塑件结构 产品质量状况及模具的排气效果等因素进行科学分析 合理设定 五 多级注射位置的选择方法 1 计算重量法 总重量 所有胶件部分的重量 流道部分的重量 2 注射时的射胶量即为总重量 1 一段射胶位置即为流道部分的射胶量 10 30 慢 中速 2 二段射胶位置即为产品走胶90 时的射胶量 80 90 中 快速 除直浇口 其余的几乎都采用中压 中速或者中压低速 第二级注射的终止位置是从浇口终点开始至整个型腔1 2 2 3的空间 第二级注射适宜采用高压 高速 高压 中速或者中压 中速 看制品结构和使用的材料而定 3 三段为末段的射胶量 98 100 慢速 最后一级注射属于增压相范围 保压切换点就在这级注射终止位置之间 2 调试观察法 根据自己的初步估计 将注射时所找位置点的压力 速度设为零 观察实际走胶的位置 再根据实际情况进行微调 直至找到你要选择的位置 3 基于对制品几何形状分析的基础上选择的多级注塑工艺 由于制品的型腔较深而壁又较薄 使模具型腔形成长而窄的流道 熔体流经这个部位时必须很快地通过 否则易冷却凝固 会导致充不满模腔的危险 在此应设定高速注射 但是高速注射会给熔体带来很大的动能 熔体流到底时会产生很大的惯性冲击 导致能量损失和溢边现象 这时须使熔体减缓流速 降低充模压力而要维持通常所说的保压压力 二次压力 后续压力 使熔体在浇口凝固之前向模腔内补充熔体的收缩 这就对注塑过程提出多级注射速度与压力的要求 六 注塑充模过程 1 注塑充模过程可分为以下几个阶段 1 注塑充模流动阶段 2 保压补塑流动阶段 3 保压 七 注射速度设定值 1 多级速度和多级压力解决排气只是其中一方面 对于很多产品控制尺寸 外观 翘曲 机械强度 离型粘模 等都很有用 射压一段为实际射压 后面的实际上为保压 似觉得太片面了 要看什么机 它的射出控制怎么设计的 象住友 发那克 日精 德马格等顶尖机就是只有一段射出监视压 后面保压再分段 再射出阶段设定的射压不起什么作用 由射速带起来机器会随机给个压力 只有在实际射压要接近或超过设定产值时 设定的射压才起作用 强制的降低射速以抑制射压的增大 2 注塑工艺是一个需要经验和理论结合工作 只有理论的人很多 只有经验的人更多 但真正作到用理论来指导实践的人不多 在要求越来越高的今天 只有突破自己的局限 去寻求更高的发展 但并不是文凭的高低决定你的发展 而是你的上进心和学习精神 八 注射保压位置切换点的选择方法 1 计时和位置两种方法 当射出开始时 同时射出计时 也同时计算各级射出终止位置 如果射出参数不变 依照原料的流动性不同 流动性较佳的 则最后一级终止位置比计时先到达保压切换点 这时完成充填 增压两相充模 射出进入保压 补偿相 未达到的计时则不再计时直接进入保压 如果流动性较差的 计时完成而最后一级射出终止位置还未到达切换点 一样不等位置到达 直接进入保压 因此应注意以下几点 1 原料流动性较平均 可在测得保压点后 再把时间加几秒 作为补偿 2 原料流动性料佳 例如混合次料 低粘度材料 射出较不稳定 应使用计时较佳 将保压切换点减小 一般把终止位置设定为零 以计时来控制 自动切换进入保压 3 原料流动性较差 以位置来控制保压切换点较佳 将计时加长 到达设定切换点后进入保压 4 保压切换点即模具型腔已充填满的位置 射出位置已难再前进 数字变换很慢 这时必须切换压力才能使制品完全成型 该位置在操作画面上能观察到 计算机语言 至于三级保压的使用是这样确定的 骨位不多 无尺寸配合的制品及高粘度原料的制品使用一级保压 保压压力比增压相高 而保压时间短 凡骨位 加强筋 较多 要求有公差配合的制品 一定启用多级保压 5 分段减速掌握正确的保压切换点可以有效确保品质的稳定 九 多段注射应该注意的事项 1 成型塑胶流动太好时 以防止毛边产生采取低速射胶 但不得使原料冷却固化为原则 待熔融树脂通过肉厚处再提高射速快速充满模穴 流痕 是熔融脂逐渐以浇口为中心而呈现的条纹状模样 是最初流入模穴内的树脂冷却过快而与其次流入的树脂之间形成的交界所致 2 进胶口 即浇口 部位成型较厚的情况 射速太快会造成乱流 冷料易残留通道而形成流痕 故应慢速低压进胶推开冷料头 使后面的塑料顺利进入 3 射出成型工程中喷嘴部与模具接触因模具冷却水冷却模具温度较射嘴低 部分热被模具带走 喷嘴容易产生冷料头 这些冷料头射入模具中 会在浇口处阻塞而引起流纹或银条状痕迹 探取分段射出可以改善此不良 4 精密细小零件 浇口尺寸精细 且多数模穴之浇口平衡制作上极困难不易 将浇口开同一尺寸大小再利用多段射出技术就可克服 5 第一段低速射出与第二段高速射出之交界切换位置的改变 可以将熔接线局部位移修正 如在外观上明显的部位移至较不明显位置 如贴签处 6 凹陷与熔合不良现象在成型中是互相对立的 用此方法可同时改善 产品凹陷部位射速急降 充填表层至冷固后快速提高射速充填模穴 产生熔接线部位应采取快速射胶以防止熔合不良 一般成型品表面下陷均在肉厚处发生 它乃是熔融树脂冷却固化时的体积收缩所致 7 在保压过程中分段降低可使成型品残留应力减小 8 成型品薄而流动距离长的成型条件需高压力能顺利完成 但高速高压射胶容易造成浇口部残留应力 从而影响品质所以采取高速进胶 中速充填 低速保压消除残留应力 从而防止成品变形 9 模具冷却方面来改善 若动模温度低定模温度高成型品不会发生内向翘曲 若动模温度较高则成型品可能发生外向翘曲现象 10 烧焦 是由于模穴内气体压缩燃烧引起的现象 最容易发生在分模线或熔接处 树脂的表面呈现黑色碳化之痕迹 而需使空气瓦斯能顺利排出模穴 必须降低射速 11 流体表面的速度应该是常数 应采用快速射胶防止射胶过程中熔体冻结 射胶速度设置应考虑到在临界区域 如流道 快速充填的同时在入水口位减慢速度 应该保证模腔填满后立即停止以防止出现过填充 飞边及残余应力 12 设定速度分段的依据必须考虑到模具的几何形状 薄壁处需要最大的注射速度 厚壁零件需要慢 快 慢型速度曲线以避免出现缺陷 为了保证零件质量符合标准注塑速度设置应保证熔体前锋流速不变 熔体流动速度是非常重要的 因为它会影响零件中的分子排列方向及表面状态 当熔体前方到达交叉区域结构时 应该减速 对于辐射状扩散的复杂模具 应保证熔体通过量均衡地增加 长流道必须快速填充以减少熔体前锋的冷却 但注射高粘度的材料 如PC是例外情况 因为太快的速度会将冷料通过入水口带入型腔 其它流动限制和不稳定因素 速度的设定必须对注塑工艺和材料知识有较清楚的认识 否则 制品品质将难以控制 因为熔体流速难以直接测量 可以通过测量螺杆前进速度 或型腔压力间接推算出 确定止逆阀没有泄漏 13 材料特性是非常重要的 因为聚合物可能由于应力不同而降解 增加模塑温度可能导致剧烈氧化和化学结构的降解 但同时由剪切引起的降解变小 因为高温降低了材料的粘度 减少了剪切应力 无疑 多段射胶速度对成型诸如PC POM UPVC等对热敏感的材料及它们的调配料很有帮助 14 调整注塑速度可以帮助消除由于在入水口位出现的流动放慢而引起的缺陷 当熔体经过射嘴和流道到达入水口时 熔体前锋的表面可能已经冷却凝固 或者由于流道突然变窄而造成熔体的停滞 直到建立起足够的压力推动熔体穿过入水口 这就会使通过入水口的压力出现峰形 高压将损伤材料并造成诸如流痕和入水口烧焦等表面缺陷 这种情况可以通过刚好在入水口前减速的方法克服上述缺陷 这种减速可以防止入水口位的过度剪切 然后再将射速提高到原来的数值 因为精确控制射速在入水口位减慢是非常困难的 所以在流道末段减速是一个较好的方案 我们可以通过控制末段射胶速度来避免或减少诸如飞边 烧焦 困气等缺陷 填充末段减速可以防止型腔过度填充 避免出现飞边及减少残余应力 由于模具流径末端排气不良或填充问题引起的困气 也可以通过降低排气速度 特别是射胶末段的排气速度加以解决 15 短射是由于入水口处的速度过慢或熔体凝固造成的局部流动受阻等原因产生的 在刚刚通过入水口或局部流动阻碍时加快射胶速度可以解决这个问题 流痕 入水口烧焦 分子破裂 脱层 剥落等发生在热敏性材料上的缺陷是由于通过入水口时的过度剪切造成的 16 光滑的制件取决于注塑速度 玻璃纤维填充材料尤其敏感 特别是尼龙 暗斑 波浪纹 是由于粘度变化造成的流动不稳定引起的 扭曲的流动能导致波浪纹或不均匀的雾状 究竟产生何种缺陷取决于流动不稳定的程度 当熔体通过入水口时高速注射会导致高剪切 热敏性塑料将出现烧焦 这种烧焦的材料会穿过型腔 到达流动前锋 呈现在零件表面 17 为了防止射纹 射胶速度设置必须保证快速填充流道区域然后慢速通过入水口 找出这个速度转换点是问题的本质 如果太早 填充时间会过度增加 如果太迟 过大的流动惯性将导致射纹的出现 熔体粘度越低 料筒温度越高则这种射纹出现的趋势越明显 由于小入水口需要高速高压注射 所以也是导致流动缺陷的重要因素 18 缩水可以通过更有效的压力传递 更小的压力降得以改善 低模温和螺杆推进速度过慢极大地缩短了流动长度 必须通过高射速来补偿 高速流动会减少热量损失 并且由于高剪切热产生磨擦热 会造成熔体温度的升高 减慢零件外层的增厚速度 型腔交叉位必须有足够厚度以避免太大的压力降 否则就会出现缩水 十三 注道 浇道 冷料井 浇囗 一 注道 1 直浇道 是接合注塑成型机喷嘴的部份 其末端连接於浇道 横浇道 注道浇套前端 的R半径应稍大於喷嘴的r半径 大1 2mm 以免在与喷嘴的接触部分溢漏料而不易剥脱注道 为了容易剥脱固化的注道 设计2 4度的斜度 2 横浇道 是自注道至成形品之通路 通常设在合模线两侧 浇道的剖面通常是园形 多模穴模具的成形品与浇道配置很重要 应使流进各模穴的成形材料同步而均匀 二 冷料井 1 射出成形机的喷嘴前端在射出后仍有少量熔融材料残留 此残留材料在下次射出前凝固 若直接进入成型品中会造成制品外观不良 为了防止如此设计冷料井 使射出材料前端的凝块积滞此处 三 浇囗 1 浇囗 是成型材料自浇道进成形品的入口 它与成形品设计有直接关系 浇口原则上设於成形品中央附近较厚部位 设计时需考虑产品尺寸 截面积尺寸 模具结构 成型条件及塑胶性能有关 浇口尽量短小 与產品分离容易 不造成明显痕迹 其类型多种多样 2 浇囗一般有直接 侧向 跳动 潜入式 隧道 针点 薄膜形 盘形 柄形 扇形 环形 热流道用等浇囗 成形品 豎澆道 分模線 潛道 料口 無段道長度 頂出梢 料口側打光平順 Min 20 FastenPinHeadToPreventTurning 潛道式料口 澆口設計 潛道設計之冷料區 R R 料口 腰果式料口 牛角式 澆口設計 L 0 5mm段道長度 1 27mm 900 澆口設計 針點式料口 加工空隙 0 05mm 頂出梢部份 模具排氣 分模面部份 深度0 03 0 06mm 料口 排風孔 1 5mmMin NoteStep 1 27mm 1 3mmMin 模具排氣 3 浇口位置的选择和应用 1 尽量短 减少弯曲 光洁度在Ra 1 6 0 8um之间 2 考虑模具穴数 按模具型腔布局设计 尽量与模具中心线对称 3 当产品投影面积较大时 避免单面开设浇口 以防注射受力不均 4 浇口位置应去除方便 在产品上不留明显痕迹 不影响产品外观 5 主流道设计时 避免塑料直接冲击小型芯或小镶件 以免产生弯曲或折断 6 主流道先预留加工或修正余量 以便保证产品精度 4 主流道設計 1 主流道是连接机台喷嘴至分流道入口处之间的一段通道 是塑料进入模具型腔时最先经过的地方 其尺寸 大小与塑料流速和充模时间长短有密切关系 太大造成回收冷料过多 冷却时间增长 包藏空气增多 易造成气泡和组织松散 极易产生过流和冷却不足 如流径太小 热量损失增大 流动性降低 注射压力增大 造成成型困难 一般情況下 主流道会制造成单独的浇口套 镶在母模板上 但一些小型模具会直接在母模板上开设主流道 而不使用浇套 5 主流道设计要点 1 浇口套內孔为圆锥形 2 6 光洁度Ra 1 6 0 8um 锥度须适当 太大造成压力减少 产生瀚流 易混进空气产生气孔 锥度过小会使流速增大 造成注射困难 2 浇口套口径应比机台喷嘴孔径大1 2mm 以免积存残料 造成压力下降 浇道易断 3 一般在浇口套大端设置倒圓角 R 1 3mm 以利于料流 4 主流道与机台喷嘴接触处 设计成半球形凹坑 深度常取3 5mm 特別注意浇口套半径比注嘴半径大1 2mm 一般取R 19 22mm之间 以防溢胶 5 主流道尽量短 以减少冷料回收料 减少压力和热量损失 6 主流道尽量避免拼块结构 以防塑胶进入接缝 造成脱模困难 7 为避免主流道与高温塑胶和射嘴反复接触和碰撞造成损坏 一般浇口套选用优质钢材加工 并热处理 8 其形式有多种 可视不同模具结构来选择 一般会将其固定在模板上 以防生产中浇口套转动或被带出 6 分流道设计 1 分流道是主流道的连接部分 介于主流道和浇口之间 起分流和转向作用 分流道必须在压力损失最小的情況下 将熔融塑胶以较快速度送到浇口处充模 因在截面积相等的条件下 正方形之周长最长 圆形最短 面积如太小 会降低塑料流速 延长充模时间 易造成产品缺料 烧焦 银线 缩水 如太大易积存过多气体 增加冷料 延长生产周期 降低生产效率 对于不同塑胶材质 分流道会有所不同 但有一个设计原则 必须保证分流道的表面