压塑和注塑工艺的交流（PPT50页).ppt

注塑工藝 塑膠是指以有機合成樹脂為主要成分 加入或不加入其它配合材料而構成的人造材料 這種材料通常在加熱 加壓條件下或者通過固化交聯作用製成具有一定形狀的器件 塑膠材料可根據不同的需要而添加不同添加劑 包括穩定劑 填充劑 增塑劑 潤滑劑 著色劑 固化劑等 現在都由改性材料廠加工完成 目前生產時最多加色粉或色母 一 塑膠材料的分類按塑膠或材料受熱後的性質區分 熱塑性塑膠熱塑膠性塑膠是指在特定溫度範圍內能反復加熱軟化和冷卻硬化的塑膠 如PE PP PVC PS ABS等 熱固性塑膠熱固性塑膠是指在受熱或其他條件下能固化或具有不溶 熔 特性的塑膠 如我們現在常用的BMC SMC 酚醛樹脂 膠木粉 酚醛樹脂 三聚氰胺甲醛樹脂 環氧樹脂等 二 熱塑膠按照用途區分 通用塑膠PE PP PVC 等工程塑料ABS 尼龍 PC PBT等特種塑膠氟塑料注塑機時將塑膠的熱加工特性和金屬的熔融壓鑄成型原理結合起來的一種專用設備 注塑機包括注塑系統 鎖模系統 頂出系統 電氣控制系統 液壓控制系統 注塑機分類方式按照注射裝置和鎖模裝置的排列方式區分為 1 立式注塑機 2 臥式注塑機 3 複合式注塑機 根據塑化方式區分為 1 柱塞式注塑機 柱塞式螺杆是過去的技術了 它的混煉性很差的 塑化性也不好 要加裝分流梭裝置 2 螺杆注塑機 往復式螺杆是現在最先進的技術 其混煉性和塑化性都要優於柱塞式螺杆 三 注塑成型原理 塑膠原料顆粒受到熱力及剪切力的塑化作用 溶化成流動狀態 在高溫 高壓 高速的條件下 通過一個狹小的噴嘴注射入溫度較低 切具有一定腔體形狀的閉合模具內 經過模具的散熱冷卻 熔融體凝固硬化 當開啟模具後得到與模腔形狀完全一致的塑膠製品 注塑機結構圖 1 注塑成型工藝過程 配料乾燥塑化鎖模注塑保壓預塑頂出取零件開模冷卻 2 注塑成型前的準備 配料根據零件的外觀顏色及其它加工要求對塑膠材料和各種輔料進行配製混合的過程稱之為配料 配料過程包括添加著色劑 色粉 色母 增塑劑 熱穩定劑 分散劑 白礦油 松節油 磷酸三甲苯酯 固體石蠟等 脫模劑 考慮到脫模劑對於噴塗塑膠件的外觀影響較大 要求外觀需噴塗處理的零件在配料時須使用乾性脫模劑 等塑膠助劑 拌料機進行攪拌 在配料前應對塑膠顆粒原料 色粉色母及其它輔料進行檢查 重量 顏色等均應符合正常生產需要 色粉 色母及其它輔料的添加量應符合其使用說明中的規定添加量 在配料過程中 對於非透明件 允許添加水口料 但水口料比例不得超過20 30 除非有特殊要求外 另外配色對要求高的色差難以控制 尤其是生產玻纖材料的配色更難 因為玻纖會顏色起干擾的作用 另外色粉來源批次的變化及基料的批次也會產生一定的色差 還有設備的溫度控制也會影響色差 因此要求高的顏色的生產一般由材料的生產廠家直接造好相應的顏色的材料 一般採購的材料量要求多一點 這樣可避免顏色批量生產的誤差 3 乾燥 在塑膠連續受熱而不變形的溫度下 排除塑膠原料中的水氣和其它易氣化物質 這個過程稱為乾燥 塑膠原料中殘存的水分在高溫下氣化成為蒸氣 留存在製件內部或者表面 形成銀絲 斑紋氣泡 麻點等缺陷 水分及其它易揮發的低分子化合物的存在 在高熱 高壓的加工環境下起催化作用 使某些敏感性大的塑膠如聚碳酸酯 尼龍 部分ABS發生交聯或者裂化降解 影響外觀品質和性能 對於螺杆式注塑機 過量的水氣在生產過程中朝料斗方向排 抵消了料斗內塑膠的自重 使落料困難 料筒內的水氣造成熔體起泡 降解 粘度下降後砲筒與螺桿間繫洩露增加 使得加料操作不穩定 尼龍 聚碳酸脂 PC 聚碸 PF 有機玻璃 PMMA ABS AS等塑膠容易吸濕 此類材料能夠迅速從空氣中吸收水分 並快速滲入材料基體內部 因此成型前必須進行充份除濕乾燥 塑膠原料的乾燥方式有熱風料斗乾燥 熱風循環烘箱乾燥 遠紅外乾燥 通常使用熱風料斗乾燥方式進行 在使用熱風料斗乾燥應注意以下問題 a 熱風溫度不宜太高 熱風溫度過高 從而使料斗下部塑膠熔融結塊 影響熱風的均勻吹送 b 用乾混法著色的塑膠 顏料一定要選擇分散性高 粘附能力強的助染劑 或者色母粒等在長時間的熱風作用下不易與塑膠分離 c 轉換原料或顏色時 必須進行仔細清掃 必要時清掃熱空氣分配器內部 防止雜色混入 4 料筒的清洗 在生產中需要改變品種 更換原料 調整顏色或發現塑膠中有分解現象時 都需要對注塑機機筒進行清洗或拆換 機筒的清洗通常有兩種方法 a 用後面使用的材料直接清洗前面的材料 直到清洗乾淨為止 b 使用使用PE或PP清理機筒 四 注射製品的翹曲 變形是很棘手的問題 簡單的零件可從模具設計方面著手解決 而成型條件的調整效果則是很有限的 翹曲 變形的原因及解決方法可參照以下各項 a 由成型條件引起殘餘應力造成變形時 可通過降低注射壓力 提高模溫並使模具溫度均勻及提高樹脂溫度或採用退火方法予以消除應力 b 脫模不良引起應力變形時 可通過增加推杆數量或面積 設置脫模斜度等方法加以解決 c 由於冷卻方法不合適 使冷卻不均勻或冷卻時間不足時 可調整冷卻方法及延長冷卻時間等 例如 可盡可能地在貼近變形的地方設置冷卻回路 d 對於成型收縮所引起的變形 就必須修正模具的設計了 其中 最重要的是應注意使製品壁厚一致 有時 在不得已的情況下 只好通過測量製品的變形 按相反的方向修整模具 加以校正 收縮率較大的樹脂 般是結晶性樹脂 如聚甲醛 尼龍 聚丙烯 聚乙烯及PET樹脂等 比非結晶性樹脂 如PMMA樹脂 聚氯乙烯 聚苯乙烯 ABS樹脂及AS樹脂等 的變形大 另外 由於玻璃纖維增強樹脂具有纖維配向性 變形也大 五 目前給ABB配套的熱塑膠件以PC 尼龍為主 而尼龍件的產品都是要阻燃增強 增強的材料的收縮變形比較厲害 因此有部分的尺寸很難保證穩定 都通過定型的後工序來保證尺寸的要求 尤其是比較複雜的零件的尺以控制 如圖 的零件由於零件的結構開口比較多和大 造成尺寸變形收縮影響裝配 以前有些人說可以根據變形量的多少來設計模具的結構 如果是簡單結構的零件是可以這樣做的 當複雜的零件一旦改了角度和尺寸相關的尺寸會產生變化 保證A尺寸保證不了B尺寸 另外設備加工時的壓力和保壓的時間及料桶溫度 都會對尺寸的穩定起變化 因此在相關的工藝調整到位還不能解決變形情況下採用定型工藝是合理的 另外一方面也簡單講一下模具設計收縮的問題 塑膠材料的收縮率縱向和橫向的收縮是不一致的 而在設計模具的圖樣時收縮縮放一般是按一定比例統一設計 由於縱向和橫向的收縮不同會造成部分尺寸要求高的會超差 另外模具製造過程中機床加工的精度的誤差也會造成尺寸的偏差 因此塑膠模尺寸有部分超差是很正常 很難保證所有的尺寸都合格 一般是保證主要的功能尺寸合格 故產品更注重 料口設計 產品特點 品質控制點 六 另一種材料PC由於流動性能差 產品容易出現內應力和熔接痕的出現 在加工的時候工藝不到位情況很容易出現各種問題 在這裡介紹一下PC成型過程中的幾點注意事項 PC在高溫下對微量水分很敏感 水分會引起樹脂降解 故成型前必須進行充份乾燥 流動性差 流動比140 MI值3 6 故需要提高壓力 但壓力過高又可使塑膠製品應力過大開裂必需控制好成形膠量 熔融粘度對溫度十分敏感 溫度升高粘度下降 但粘度與剪切速率的關係不大 因此成型時溫度的調節比壓力的調節更為重要 融料較硬 對模具的磨損較大 應提高模具的硬度或對模具鍍鉻 注射溫度 多見用偏快的注射速度成型 背壓 8 10個左右的背壓 在沒有氣紋和混色的情況下可適當降低 PC材料熔接痕是由於來自不同方向的熔融樹脂前端部分被冷卻 在結合處未能完全融合而產生的 一般情況下 主要影響外觀 對塗裝 電鍍產生影響 嚴重時 對製品強度產生影響 特別是在纖維增強樹脂時 尤為嚴重 可參考以下幾項予以改善 調整成型條件 提高流動性 如 提高樹脂溫度 提高模具溫度 提高注射壓力及速度等 增設排氣槽 溢料井 溢料連接 後處理 在熔接痕的產生處設置推出杆等也有利於排氣 或者模內切 成型中內結構靠破 貳次合模 儘量減少脫模劑的使用 設置工藝溢料並作為熔接痕的產生處 成型後再予以切斷去除 若僅影響外觀 則可改變水口位置 以改變熔接痕的位置 或者將熔接痕產生的部位處理為暗光澤面等 予以修飾 以上是熔接痕工藝上的調整方法 但也只能對簡單的零件是從局部的改善而已 如圖樣ABB的零件在結構上有很多碰 靠 破的方孔的出現 造成很多不同方向的熔融樹脂冷卻熔接形成一條條線 通過以上的部分工藝是可以改善熔接痕的明顯程度 而不能完全消除的 主要是產品的結構和材料的性能造成 在這裡我就簡單介紹了一下注塑的工藝及生產的零件的情況 注塑的工藝所牽涉的範圍很廣內容很多 這裡由於個人的能力和時間關係就不仔細的多講了 壓塑工藝 熱固性材料包括酚醛樹脂 三聚氰胺甲醛樹脂 環氧樹脂等 及目前主要給ABB產品加工材料以BMC SMC 材料為主 材料是IDI公司 BMC 46 12 玻纖長度6MM 含量約20 G7B 玻纖長度6MM 含量約18 19 46 16 28 玻纖長度12MM SMC E206 玻纖長度24MM 含量約30 1 團狀模塑膠 BMC 也就是 DMC 團狀模塑膠 BMC 是由樹脂 纖維增強材料和幾種其它成份而合成的膠粘油灰狀物質 一般來說 BMC中有5 25 是纖維增強材料 它主要由一條條長度範圍為0 75到12 7毫米的短切玻璃纖維構成 在不同的應用領域時 BMC表現出多樣化的特性 嚴謹的外形控制 良好的阻燃性和抗電痕性 優越的介電強度和耐腐蝕 耐汙性 超卓的機械特性 極少的收縮和穩定的色澤 BMC有著繽紛的色彩 表面易於粉劑噴塗 上漆和其它塗層技術 2 片狀模塑膠 SMC 片狀模塑膠 SMC 雖然化學特性與團狀模塑膠 BMC 相似 其製造工藝卻大相徑庭 SMC做成片狀 這樣就更易於應用在各個領域中 而它的機械強度也比其熱固性家族的同伴突出許多 SMC中通常含有10 65 的纖維增強材料 由一條條長度範圍為12 7到50 8毫米的短切玻璃纖維構成 雖然也可用於壓塑和注塑工藝 但最適合片狀模塑膠 SMC 的仍然是壓塑成型 SMC可以模塑成各種複雜的形狀 報廢率卻極低 無論是其超卓的外觀還是機械性能 片狀模塑膠 SMC 都比團狀模塑膠 BMC 更勝一籌 因此用它來製造高強度電氣部件及各種各樣的結構件比較適合 就BMC和SMC的材料的加工工藝目前我們瞭解到有以下幾種 a 常規的模壓工藝 b 熱固性注塑工藝 c 柱塞傳遞成形工藝 a 常規的模壓工藝 1 熱固性材料的壓塑成型的明顯優點是系統簡單 將材料置入一加熱型腔 保壓至所要求固化時間 因工藝過程簡單 並能得到較好強度 由於無澆口和流道 不浪費材料 這是相對比於注塑工藝 零件的統一性好 無鑄口和流痕 比如 2 熱固性材料的壓塑成型的缺點設備簡單 也是壓塑設備的主要特點 一般的液壓設備有加熱電器系統就可操作 上下模壓板結合在一起 加溫 加壓 將材料製成預定形狀 多數壓塑過程採用液壓操作 也有採用氣動操作的 上下兩壓板在壓力之下在4個角柱上上下移動 根據壓塑設備的大小 壓力一般為20 1000噸 詳看設備圖片 由於液壓設備的自動化設置比較低 而壓塑的工藝生產的材料供給需人工稱料 根據產品重量的多少 把團狀的材料用手工撕開所需要的重量放在電子秤上 稱好相應的重量放在模具裡 加溫 加壓 固化成形 壓塑的工藝流程 裝模具模具加溫設置工藝參數適當吹冷模具稱料加料閉模排氣 根據材料的需要 固化脫模清理模具去毛刺自檢定型 根據產品的需要 3 由於人工作業的步驟比較多 自動化的程度比較少 因此會存在員工在稱料會過多或少的情況出現 如果多了會容易把模具模芯拉壞或漲大模腔 少了材料產品會出現缺料 而且像壓塑模的維修保養也麻煩 在模芯和模腔裡面配合的縫隙裡面很容易會出現鏽斑 因此每次重新生產前複雜的模具保養做不到位會浪費很多原材料 需生產好幾十模的產品才能把模具清潔乾淨 尤其是生產白色和淺色的產品 因此材料的損耗還是比較大的 尤其批量少批次多的情況 現在做的比較好的模具清洗保養有些公司採用超聲波洗模具 比較有效果能徹底洗清模具裡面的污垢 但設備的成本和費用比較高 目前正在籌劃進行試用 要有相應生產規模後應該可以配置 b 熱固性注塑工藝 熱固性注塑分三種工藝 1 加工酚醛樹脂 三聚氰胺甲醛樹脂2 DMC和SMC材料 3 環氧樹脂加工 熱固性注塑的設備和常規的熱塑性注塑的結構比較相似的 工藝上有些主要明顯的區別有以下幾點 1 料筒的設計 熱塑性的料筒需加溫把材料融化後用注射壓力注到模腔裡成形 而熱固性注塑的料筒必須保持常溫採用注射壓力注到模腔裡 利用模腔的高溫固化成形 因此熱固性注塑的料筒設計要有冷卻保溫的作用 2 設備的電器控制性能有所不同主要是體現在 熱固性的電器要控制模具的溫度 固化的時間控制要比注塑的長 還要增加一些輔助的壓料的液壓裝置 如圖 3 熱固性注塑的材料不可回收重複使用 材料的浪費比其他的幾種工藝都要多 但由於設備的自動化程度高 設備液壓可做到各種複雜的動作 適合製作結構比較複雜 批量大 抽芯比較多的產品 4 加工酚醛樹脂 三聚氰胺甲醛樹脂和加工DMC及SMC有所不同 酚醛樹脂 三聚氰胺甲醛樹脂的原材料是顆粒狀 在料斗裡顆產生自己往下掉的力 螺杆產生轉速後可自行下料加工 而DMC和SMC不行因是團狀和片狀的材料 不能進入料桶的口部 需要一個加壓的裝置擠壓材料進入料桶口部 讓螺杆轉動給進後加工 c 柱塞傳遞成形工藝 柱塞傳遞成形工藝的設備和常規現在常用的壓機大致是一樣的 主要是增加了下頂缸的設置 像做冷拉伸模一樣 增加電腦資料程式設計控制 如圖 1 柱塞傳遞成形藝的流程 裝模具模具加溫設置工藝參數適當吹冷模具稱料加料閉模下頂杆柱塞工作上頂後保壓固化下頂杆繼續上頂脫模清理模具去毛刺自檢定型 根據產品的需要 如圖 2 柱塞傳遞工藝和壓塑的最大區別在於 壓塑是把材料放在模腔裡靠壓力和溫度固化成形 而柱塞傳遞顧名思義的要在模具裡面開個柱塞孔 把料放在孔內 用相應配合的柱子利用設備的下頂杆的力做活塞運動把料注射到模腔裡面 當然模具設計必須和注塑的模具一樣需要有料口 柱塞成形的原理和熱固性注塑比較像 但為什麼會延伸出這樣的工藝 主要是從產品的強度方面有區別 因熱固性注塑要通過螺杆的轉速產生擠壓的力完成儲備材料的功能 螺杆的轉速會對材料有個剪切力對材料的玻纖會產生破壞性 再通過注射口和料口的剪切 材料的強度性能下降比較多 而注塞的工藝料是直接放在柱塞孔 柱塞只能做活塞的動作不會對材料有剪切的力產生 只有在注入到料口時會有剪切力的產生 相對熱固性的注塑工藝 減少了兩道工序剪切 因此柱塞工藝做的產品的強度會比熱固性的注塑工藝要高很多 模具結構 3 就這三種工藝來言加工材料強度最好的是壓塑 因為材料的剪切破壞幾乎沒有 熱固性的注塑工藝最