塑料成型工艺02984.ppt

第4章注塑成型工艺 在各种塑料成型方法中 我们重点介绍注塑成 注塑成型可生产各种形状 尺寸精度 满足各种要求的制品 注射成型制品的重量从一克到几十公斤不等 视需要而定 注塑成型又称注射成型 几乎所有的热塑性塑料和部分热固性塑料 酚醛塑料 氨基塑料等 都可用注塑方法成型 注塑成型制品约占塑料制品总量的60 70 其制品主要是工业配件 各种零部件和壳体等 注塑成型原理 注塑成型是根据金属压铸成型原理发展而来的 其基本原理就是利用塑料的可挤压性与可模塑性 首先将松散的粒状或粉状成型物料从注塑机的料斗送入高温的料筒内加热 熔融 塑化 使之成为粘流熔体 然后在柱塞或螺杆的高压推动下 以很大的流速通过料筒前端的喷嘴注射进入温度较低的闭合模具型腔中 经过一段保压冷却定型时间后 开启模具 便可从模腔中脱出具有一定形状和尺寸的塑料制品 注塑成型原理及其对应的生产工艺过程可分别见下图 又称注射成型 InjectionMolding 主要用于热塑性塑料的成型 也可用于热固性塑料的成型 注射模塑原理 注射模塑 颗粒 粉状塑料 注射机料筒 加热熔融 充模 冷却固化 塑件 注塑成型生产工艺过程循环图返回 注塑成型的优 缺点 优点 成型周期短 生产效率高 易实现自动化 能成型形状复杂 尺寸精确 带有金属或非金属嵌件的塑料制件 产品质量稳定 适应范围广到目前为止 除氟塑料以外 几乎所有的热塑性塑料都可以用注射成型的方法成型 另外 一些流动性好的热固性塑料也可用注射成型 缺点 注塑设备价格较高 注塑模具结构复杂 生产成本高 生产周期长 不适合于单件小批量的塑件生产 注塑机和注塑工艺在近年来的发展主要体现在下几个方面 1 向高速化发展2 向高度自动化发展3 超大型和超小型注射机的发展4 注塑工艺的发展 加料塑化充模保压倒流冷却脱模 成型前的准备 注射过程 塑件的后处理 注射成型工艺 退火处理调湿处理 原料外观检验及工艺性能测定塑料预热和干燥料筒清洗嵌件预热脱模剂的选用 4 1注塑成型工艺过程一个完整的注塑成型工艺过程应包括成型前的准备 注塑成型过程 塑件的后处理三个过程 4 1 1成型前的准备为使注塑成型过程顺利进行和保证塑件质量 成型前应该对所用的塑料原料和设备作好一些准备工作 1 检验塑料原料的色泽 颗粒大小 均匀性等 测定塑料的工艺性能 如果来料是粉料 则有时还要对其进行染色和造粒 对易吸湿的塑料进行充分的干燥和预热 2 对料筒进行清洗或拆换 3 塑件带有金属嵌件时 应对嵌件进行预热 防止嵌件周围产生过大的内应力 4 脱模困难的塑件 要选择合适的脱模剂 脱模剂是使塑料制件容易从模具中脱出而覆在模具表面的一种助剂 常用的脱模剂有硬脂酸锌 液体石蜡 硅油等 4 1 2注塑成型过程首先将准备好的塑料加入注塑机的料斗 然后送进加热的料筒中 经过加热熔融塑化成粘流态塑料 在注塑机的柱塞或螺杆的高压推动下经喷嘴压入模具型腔 塑料充满型腔后 需要保压一定时间 使塑件在型腔中冷却 硬化 定型 压力撤消后开模 并利用注塑机的顶出机构使塑件脱模 最后取出塑件 这样就完成了一次注塑成型周期 注塑成型过程包括 加料 塑化 注射 脱模等几个步骤 1 塑化塑化是指颗粒状塑料在注塑机料筒中经过加热达到流动状态并且具有良好可塑性的过程 对塑料的塑化要求是 塑料熔体在进入型腔之前 既要达到规定的成型温度 并要在规定的时间内提供足够的熔融塑料 塑化料各处的温度尽量均匀一致 不发生或极少发生热分解以确保生产能连续 顺利的进行 通常判定注射机塑化效果好坏应从塑化量和热均匀性两方面考虑 螺杆式注塑机对塑料的塑化能力比柱塞式注塑机好得多 1 塑化量单位时间内注射机熔化塑料的重量称为塑化量 2 热均匀性2 注射将塑化良好的熔体在柱塞 或螺杆 的推挤下注入模具型腔的过程称为注射 不论何种形式的注塑机 注射过程均可分为充模 保压 倒流 浇口冻结后的冷却四个阶段 充模阶段 是从柱塞或螺杆开始向前移动起 到塑料熔体经过喷嘴及模具浇注系统充满型腔为止 保压阶段 塑料熔体充满型腔后 熔体开始冷却收缩 但柱塞或螺杆继续保持施压状态 料筒内的熔料会向模具型腔内继续流入进行补缩 以形成形状完整而致密的塑件 倒流阶段 是柱塞或螺杆开始后退保压结束时开始的 这时型腔内的压力比流道内的压力高 因此会发生塑料熔体的倒流 从而使型腔内的压力迅速下降 直到浇口处熔料冻结倒流才结束 如果保压结束之前浇口已经冻结或者在喷嘴中装有止逆阀 则倒流阶段就不会存在 浇口冻结后的冷却阶段 是从浇口的塑料完全冻结时开始 这一阶段型腔内塑料继续进行冷却 没有塑料从浇口处流进或流出 但型腔内还可能有少量的流动 应该指出 塑料从注入型腔后即被冷却 直至脱模为止 3 脱模是塑件冷却到一定温度后开模 在推出机构的作用下将塑料制件推出模外的过程 注塑成型过程中塑料压力的变化 0 1 3 2 时间 压力 1 柱塞或螺杆在熔体充满模腔后停在原位不动2 没有倒流阶段3 补缩时间短 倒流的熔体多 4 1 3塑件的后处理为改善和提高塑件的性能和尺寸稳定性 塑件经脱模或机械加工后应进行适当的后处理 这里后处理主要是指退火和调湿处理 注塑制品在成型过程中 由于在料筒内塑化不均或在模内冷却不均 会产生不均匀的结晶 取向和收缩 使制品存在内应力 对厚壁且带有嵌件的结晶型塑料制品尤为突出 从而降低了制品的力学性能 光学性能和尺寸精度 表面出现银纹甚至开裂 解决这些问题的方法之一是对制件进行退火处理 退火处理 是将塑料制件放在室温的加热液体介质中 如热水 热的矿物油 甘油 乙二醇和液体石蜡 或热空气循环烘箱中静置一段时间 然后缓慢冷却的过程 目的是减少或消除塑件的内应力 冷却速度30 40 C h 调湿处理 是将刚脱模的塑件放在热水 100 120 中隔绝空气进行防止氧化的退火 同时加快达到吸湿平衡的一种后处理方法 调湿后缓冷至室温 目的是使塑件的颜色 性能 尺寸得到稳定 聚酰胺类塑料制件通常需要进行调湿处理 经过调湿处理不仅可减小制品内应力 提高结晶度 而且能加快达到吸湿平衡 使制品尺寸稳定 适量的水分还能对聚酰胺起着类似增塑剂的作用 从而改善制品的柔韧性 使抗拉强度和冲击韧度提高 4 2注塑成型工艺参数 温度压力时间 料筒温度喷嘴温度模具温度 控制塑料的塑化和流动 影响塑料的流动和冷却 塑化压力 背压 注射压力 重要参数 注塑成型最重要的工艺参数是温度 压力和时间等 1 温度在注塑成型时需控制的温度有料筒温度 喷嘴温度 模具温度等 料筒温度 料筒温度应控制在塑料的粘流温度 对结晶型塑料为熔点 和热分解温度之间 料筒温度直接影响到塑料熔体充模过程和塑件的质量 料筒温度高 有利于注射压力向模具型腔内传递 另外 使熔体粘度降低 提高流动性 从而改善成型性能 提高生产率 降低制品表面粗糙度 但料筒温度过高 时间过长时 塑料的热降解量增大 塑件的质量会受到很大影响 2020 3 15 23 可编辑 柱塞式料筒温度高于螺杆式料筒温度10 20 塑件及模具结构特点 对于薄壁制件料筒温度高于厚壁制件 形状复杂或带有嵌件的制件料筒温度也应高一些 料筒温度的分布 一般遵循前高后低的原则 即料筒后端温度最低 喷嘴温度最高 对螺杆式注射机为防止因螺杆与熔料 熔料与熔料 熔料与料筒之间的剪切摩擦热而导致塑料热降解 可使料筒前段温度略低于中段 判断料筒温度是否合适 可采用对空注射法观察或直接观察塑件质量的好坏 对空注射时 如果料流均匀 光滑 无泡 色泽均匀则说明料温合适 如果料流毛糙 有银丝或变色现象 则说明料温不合适 选择料筒温度时 应考虑以下几方面的影响因素 1 塑料的特性热敏性塑料如聚甲醛 聚氯乙烯等要严格控制料筒的最高温度和在料筒中的停留时间 玻璃纤维增强的热塑性塑料由于流动性差而要适当提高料筒温度 对于热固性塑料 为防止熔体在料筒内发生早期硬化 料筒温度倾向于取小值 2 注塑机类型螺杆式注塑机由于螺杆转动时的剪切作用能获得较大的摩擦热 促进塑料的塑化 因而料筒温度选择比柱塞式注塑机低10 20 C 3 塑件及模具结构特点薄壁塑件的型腔比较狭窄 塑料熔体注入时的阻力大 冷却快 料筒温度应选择高一些 反之则低一些 对于形状复杂或带有嵌件的制件 或者熔体充模流程曲折较多或较长时 料筒温度也应选择高一些 料筒温度并不是一个恒温 而是从料斗一侧开始到喷嘴为止是逐步升高的 这样可使塑料温度平稳上升达到均匀塑化的目的 喷嘴温度 选择喷嘴温度时 考虑到塑料熔体与喷孔之间的摩擦热能使熔体经过喷嘴后出现很高的温升 为防止熔体在直通式喷嘴可能发生的 流涎现象 通常喷嘴温度略低于料筒的最高温度 但对于热固性塑料一般都将喷嘴温度的取值高于料筒温度 这样一方面使其自身具有良好的流动性 另一方面又能接近硬化温度的临界值 即保证了注射成型 又有利于硬化定型 料筒温度和喷嘴温度主要影响塑料的塑化和流动 由于其影响因素很多 一般都在成型前通过 对空注射法 或 塑件的直观分析法 来进行调整 以便从中确定最佳的料筒温度和喷嘴温度 模具温度 主要影响塑料在型腔内的流动和冷却 它的高低决定于塑料的结晶性 塑件的尺寸与结构 性能要求以及其他工艺条件 熔料温度 注射压力及注射速度 成型周期等 如对于熔体粘度高的非结晶型塑料应采用较高的模温 塑件壁厚大时模温一般要高 以减小内应力和防止塑件出现凹陷等缺陷 对于热固性塑料模具温度一般较高 通常控制在150 220 C范围 另外动模温度有时还需要比定模高出10 15 C 这样会更有利于塑件硬化定型 模具温度根据不同塑料的成型条件 通过模具的冷却 或加热 系统控制 对于要求模具温度较低的塑料 如聚乙烯 聚苯乙烯 聚丙烯 ABS塑料 聚氯乙烯等应在模具上设冷却装置 对模具温度要求较高的塑料 如聚碳酸酯 聚砜聚甲醛 聚苯醚等应在模具上设加热系统 2 压力塑料熔体自料筒经喷嘴 主 分 流道 浇口进入型腔需克服一系列的流动阻力 产生很大的压力损失 约有30 70 的注射压力降在此消耗掉 为了能对进入型腔的熔料保持足够的压力使之压实 需设定相当高的注射压力 注塑成型过程中的压力包括塑化压力和注射压力两种 塑化压力 又称背压 是注塑机螺杆顶部熔体在螺杆转动后退时受到的压力 增加塑化压力能提高熔体温度 并使温度分布均匀 色料的混合均匀并排出熔体中的气体 但增加塑化压力会降低塑化速率 延长成型周期 甚至可能导致塑料的降解 一般操作中 塑化压力应在保证塑件质量的前提下压力必须较低 一般为6MPa左右 通常很少超过20MPa 否则塑化速率将很快降低 注射热固性塑料时一般塑化压力都比热塑性塑料取的小 约为3 4 5 2MPa 并在螺杆启动时可以接近于零 但要注意的是 背压如果过小 物料易充入空气 使计量不准确 塑化不均匀 注射压力 是指柱塞或螺杆头部注射时对塑料熔体所施加的压力 它的作用 一是克服塑料熔体从料筒流向型腔时的阻力 保证一定的充模速率 二是对塑料熔体进行压实 注射压力的大小 取决于塑料品种 注塑机类型 模具浇注系统的结构 尺寸与表面粗糙度 模具温度 塑件的壁厚及流程大小等多种因素 一般情况下 粘度高的塑料注射压力 粘度低的塑料 薄壁 面积大 形状复杂塑件注射压力高 模具结构简单 浇口尺寸较大 注射压力较低 柱塞式注射机注射压力 螺杆式注射机 料筒温度 模具温度高 注射压力较低 确定注射压力的原则是 1 对于热塑性塑料 注射压力一般在40 130MPa之间 熔体粘度高 冷却速度快的塑料以及成型薄壁和长流程的塑件 采用高压注射有利于充满型腔 成型玻璃纤维增强塑料时采用高压注射有利于塑件表面光洁 其他均应选用低压慢速注射为宜 但要提醒的是 如果注射压力过高 塑件易产生飞边使脱模困难 另外使塑件产生较大的内应力 甚至成为废品 注射压力过低易产生物料充不满型腔 甚至根本不能成型等现象 2 对于热固性塑料 由于熔体中填料较多 粘度较大 且在注射过程中对熔体有温升要求 注射压力一般要选择大一些 常用范围约为 100 170MPa 3 在其他条件相同的条件下 柱塞式注塑机作用的注塑压力比螺杆式的大 因为塑料在柱塞式注塑机料筒内的压力损失比螺杆式的大 为了保证塑件的质量 对注射速度 熔融塑料在喷嘴处的喷出速度 常有一定的要求 一般高压注射时注射速度高 低压注射时速度低 塑件的壁厚对注射速度取值的影响很大 一般厚壁塑件采用较低的注射速度 反之则相反 型腔充满后 注射压力的作用在于对模内熔料的压实 在生产中 压实的压力等于或小于注射时所用的注射压力 如果注射和压实的压力相等 往往可使塑件的收缩率减小 尺寸波动较小 但会造成脱模时的残余应力较大 成型周期过长 对结晶型塑料如聚甲醛 压实压力大可以提高塑料的熔点 使脱模提前进行 因而成型周期不一定增长 如压实压力小于注射压力 则塑件的性能及脱模与上述情况相反 成型周期 注射时间模内冷却时间其他时间 充模时间保压时间 开模 脱模 喷涂脱模剂 安放嵌件 合模时间 3 时间 成型周期 完成一次注塑过程所需的时间称为注塑成型周期 注塑成型周期包括 注射时间 注射时间包括充模时间 保压时间和合模冷却时间 其中保压时间和冷却时间合计为总的冷却时间 充模时间直接反比于充模速率 生产中约为3 5s 保压时间就是对塑料的压实时间 在整个注射时间中所占比例较大 约为20 120s 冷却时间以保证塑件脱模时不引起变形为原则 一般约为30 120s 生产中注射时间一般在0 5 2min 厚大件可达5 10min 辅助时间 包括开模 脱模 涂脱模剂 安放嵌件 合模等时间 成型周期直接影响劳动生产率和设备的利用率 因此 在生产中 在保证塑件质量的前提下 应尽量缩短成型周期中各阶段的时间 其中 注射时间和冷却时间对