注塑工艺以及常见问题分析.ppt

注塑工艺介绍 2017 05 11 一 塑胶制品 塑胶制品特点1 重量轻塑料是较轻的材料 相对密度分布在0 90 2 2之间 2 优良的化学稳定性绝大多数的塑料对酸 碱等化学物质都具有良好的抗腐蚀能力 特别是俗称为塑料王的聚四氟乙烯 PTFE 它的化学稳定性甚至胜过黄金 放在 王水 中煮十几个小时也不会变质 由于PTFE具有优异的化学稳定性 是理想的耐腐蚀材料 如PTFE可以作为输送腐蚀性和粘性液体管道的材料 3 优异的电绝缘性能普通塑料都是电的不良导体 其表面电阻 体积电阻很大 用数字表示可达109一1018欧姆 击穿电压大 介质损耗角正切值很小 因此 塑料在电子工业和机械工业上有着广泛的应用 如塑料绝缘控制电缆 4 热的不良导体 具有消声 减震作用一般来讲 塑料的导热性是比较低的 相当于钢的1 75 1 225 泡沫塑料的微孔中含有气体 其隔热 隔音 防震性更好 如聚氯乙烯 PVC 的导热系数仅为钢材的1 357 铝材的1 1250 在隔热能力上 单玻塑窗比单玻铝窗高40 双玻高50 将塑料窗体与中空玻璃结合起来后 在住宅 写字楼 病房 宾馆中使用 冬天节省暖气 夏季节约空调开支 好处十分明显 5 机械强度分布广和较高的比强度有的塑料坚硬如石头 钢材 有的柔软如纸张 皮革 从塑料的硬度 抗张强度 延伸率和抗冲击强度等力学性能看 分布范围广 有很大的使用选择余地 因塑料的比重小 强度大 因而具有较高的比强度 与其它材料相比 塑料也存在着明显的缺点 如易燃烧 刚度不如金属高 耐老化性差 不耐热等 二 高分子的基本概念 什么是高分子 由许多相同的 简单的结构单元 unit 通过共价键 covalentbond 重复键接而成的相对分子质量很大的化合物 高分子 大分子 macromolecule 高聚物 highpolymer 聚合物 polymer 这些术语一般可以通用 单体 Monomer 聚合 例如 聚苯乙烯 单体 聚合物 缩写成 非晶体 晶体 高聚物试样 施一恒定外力 记录试样的形变随温度的变化 可得到温度形变曲线或热机械曲线 高分子聚合物的构成 分子链高聚物由高弹态转变为玻璃态的温度 指无定型聚合物 包括结晶型聚合物中的非结晶部分 由玻璃态向高弹态或者由后者向前者的转变温度 是无定型聚合物大分子链段自由运动的最低温度 通常用Tg表示 随测定的方法和条件有一定的不同 高聚物的一种重要的工艺指标 在此温度以上 高聚物表现出弹性 在此温度以下 高聚物表现出脆性 在用作塑料 橡胶 合成纤维等时必须加以考虑 如聚氯乙烯的玻璃化温度是80 但是 他不是制品工作温度的上限 比如 橡胶的工作温度必须在玻璃化温度以上 否则就失去高弹性 塑料按照熔融状态在其冷却凝固时 是否出现结晶现象可分为结晶性塑料和非结晶性塑料 或称无定形塑料 作为塑料使用时 非结晶塑料应用温度范围是脆化温度与玻璃化温度 Tg 之间 即Tg是最高使用温度 而对于结晶性塑料在Tg温度以上仍然不转变为高弹态 扩大了塑料应用温度范围 所以结晶塑料的应用温度范围在脆化温度与熔点之间 但离熔点越近其机械强度越低 一般应低于熔点20 40 下使用 聚乙烯属于结晶性塑料 使用温度范围是在脆化温度与熔点之间 如高密度聚乙烯使用温度 40 110 之间 材料使用的温度 塑料在长时间受热时 即使温度远低于热分解温度 也会引起材料的变化 比如降解 氧化 交联或水解等 这些变化将导致材料工作性能降低 所以塑料制品都是有寿命的 作为塑料的长期耐热性温度指标 应反映出塑料在该温度下仍可以长时间安全工作 一般认为塑料在该温度下仍能保持不低于初始性能值的50 或不低于某一要求的临界值 这样的温度 称为塑料的最高连续使用温度 可以通过设计热老化试验获得塑料最高连续使用温度 三 注塑机 15 注射成型工艺条件 具有三大工艺条件 温度 压力 时间 一 温度 注射成型过程中需要控制的温度有料筒温度 喷嘴温度等 塑化物料的温度 塑化温度 和从喷嘴注射出来的熔体温度 注射温度 主要取决于料筒和喷嘴两部分的温度 为了保证制品有较高的形状的尺寸精度 应避免制品脱模后发生较大的翘曲变形 模具温度必须低于塑料的热变形温度 注射成型过程中的压力包括注射压力 保压力和背压力 1 注射压力 注射压力用以克服熔体从料筒向型腔流动的阻力 提供充模速度及对熔料进行压实等 2 保压力和保压时间 保压力的大小取决于模具对熔体的静水压力 与制品的形状 壁厚有关 一般来说 形状复杂和薄制品 由于采用的注射压力大 保压力可略低于注射压力 对于厚壁制品的保压力的选择比较复杂 保压力大时容易加大分子取向 使制品出现较为明显的各向向性 在保压力与注射力相等时 制品的收缩率可降低 批量产品中的尺寸波动小 但会使制品出现较大的压力 3 背压力与螺杆转速 背压力是指注射螺杆顶部的熔体在螺杆转动后退时所受到的压力 简称为背压 背压主要体现对物料的塑化效果及其塑化能力 故也称为塑化压力 增大背压除了可驱除物料中的空气 提高熔体密实程度之外 还可使熔体内压力增大 螺杆后退速度减小 塑化时的剪切作用增强 摩擦热量增大 塑化效果提高 但是 背压增大后若不提高螺杆转速 熔体在螺杆槽中将会产生较大的逆流和漏流 使塑化能力降低 二 压力 完成一次注射成型过程所需的时间称为成型周期 它包括以下几个部分 成型周期总冷却时间在保证塑料制品质量的前提下 应尽量缩短成型周期中的各段时间 以提高生产率 其中 最重要的是注射时间和冷却时间 它们对产品的质量有着决定性的影响 充模时间 螺杆前进时间 即注射时间 压实时间 螺杆停留时间 即保村时间 闭模冷却时间 螺杆后退时间也包括在这段时间内 其它时间 开模 脱模 涂脱模剂 安放嵌件和闭模等 三 时间 欠注飞边熔接痕气穴翘曲变形缩痕流痕条纹裂纹 四 产品缺陷及原因 欠注 熔料进入型腔后没有充填完全 导致产品缺料叫做欠注或短射 如图所示 二 故障分析及排除方法 1 设备选型不当 在选用注塑设备时 注塑机的最大注射量必须大于塑件重量 在验核时 注射总量 包括塑件 浇道及飞边 不能超出注射机塑化量的85 2 供料不足 可适当增加射料杆注射行程 增加供料量 3 原料流动性能太差 应设法改善模具浇注系统的滞流缺陷 如合理设置浇道位置 扩大浇口 流道和注料口尺寸以及采用较大的喷嘴等 5 冷料杂质阻塞流道 应将喷嘴拆卸清理或扩大模具冷料穴和流道的截面 6 浇注系统设计不合理 浇口位置大小等7 模具排气不良 8 模具温度太低 9 熔料温度太低 10 喷嘴温度太低 在开模时应使喷嘴与模具分离 减少模温对喷嘴温度的影响 使喷嘴处的温度保持在工艺要求的范围内 11 注射压力或保压不足 12 注射速度太慢 13 塑件结构设计不合理 当塑件厚度与长度不成比例 形体十分复杂且成型面积很大时 熔体很容易在塑件薄壁部位的入口处流动受阻 使型腔很难充满 因此 在设计塑件的形体结构时 应注意塑件厚度与熔料极限充模长度有关 在注射成型时 塑件的厚度应采用1 3mm 大型塑件为3 6mm 通常 塑件厚度超过8mm或小于0 5mm都对注塑成型不利 设计时应避免采用这样的厚度 飞边 当塑料熔料被迫从分型面挤压出模具型腔产生薄片时便形成了飞边 薄片过大时叫做批锋 二 故障分析及排除方法 1 合模力不足 应检查增压器是否增压过量 同时应验核塑件投影面积与成型压力的乘积是否超出了设备的合模力 成型压力为模具内的平均压力 常规情况下以40Mpa计算 如果计算结果为合模力小于乘积 则表明合模力不足或者注射定位压力太高 应降低注射压力或减小注料口截面积 也可缩短保压及增压时间 减小射料杆行程 或考虑减少型腔数及改用合模吨位大的注塑机 2 料温太高 应适当降低料筒 喷嘴及模具温度 缩短注射周期 对于聚酰胺等粘度较低的熔料 如果仅靠改变成型条件来解决溢料飞边缺陷是很困难的 应在适当降低料温的同时 尽量精密加工及研修模具 减小模具间隙 3 模具缺陷 模具缺陷时产生溢料飞边的主要原因 必须认真检查模具 应重新验核分型面 使东模预定模对中 并检查分型面是否贴合 型腔及模具型芯部分的滑动件磨损间隙是否超差 分型面上有无粘附物或落入异物 模板间是否平行 有无弯曲变形 模板的开距有无按模具厚度调节到正确的位置 锁模块表面是否损伤 拉杆有无变形不均 排气槽孔是否太大太深 4 工艺条件控制不当 如果注射速度太快 注射时间过长 注射压力在模腔中分布不均 充模速率不均衡 以及加料量过多 润滑剂使用过量都会导致移料飞边 操作时应针对具体情况采取相应的措施 熔接痕 在塑料熔料填充型腔时 如果两股或更多的熔料在相遇时前沿部分已经冷却 使他们不能完全融合 便在汇合处产生线性凹槽 形成熔接痕 二 故障分析及排除方法 1 料温太低 2 模具缺陷 应尽量采用分流少的浇口形式并合理选择浇口位置选择浇口位置 尽量避免充模速率不一致及充模料流中断 在可能的条件下 应选用一点进胶 为了防止低温熔料注入模腔产生熔接痕 可在提高模具温度的同时 在模具内设制冷料穴 3 模具排气不良 4 脱模剂使用不当 在注塑成型中 一般只在螺纹等不易脱模的部位才均匀地涂用少量脱模剂 原则上应尽量减少脱模剂的用量 5 塑件结构设计不合理 如果塑件壁厚设计的太薄或厚薄悬殊以及嵌件太多 都会引起熔接不良 在设计塑件形体结构时 应确保塑件的最薄部位必须大于成型时允许的最小壁厚 此外 应尽量减少嵌件的使用且壁厚尽可能趋于一致 6 熔接角度太小 不同的塑料都有自己的极限熔接角度 两股料流汇合时如果汇合角度小于极限熔接角度 就会出现熔接痕 如果大于极限熔接角度 熔接痕便消失 极限熔接角度值一般在135度左右 7 其它原因 当使用的原料水分或易挥发物含量太高 模具中的油渍未清除干净 模腔中有冷料或熔料内的纤维填料分布不良 模具冷却系统设计不合理 熔料固化太快 嵌件温度太低 喷嘴孔太小 注射机塑化能力不够 柱塞或注射机料筒中压力损失大 都会导致不同程度的熔接不良 对此 在操作过程中 应针对不同情况 分别采取原料预干燥 定期清理模具 改变模具冷却水道设计 控制冷却水的流量 提高嵌件温度 换用较大孔径的喷嘴 改用较大规格的注射机等措施予以解决 气穴 在塑料熔料填充型腔时 多股熔料前沿包裹形成的空穴或者熔料填充末端由于气体无法排出导致填充不完全叫气穴 二 故障分析及排除方法 1 模具缺陷 浇口位置应设置在塑件的后壁处 直接浇口产生真空孔的现象比较突出 应尽量避免选用 如果浇口形式无法改变的情况下 可通过延长保压时间 加大供料量 减小浇口锥度等方法进行调节 缩短和加宽细长狭窄的流道 消除流道中的贮气死角 排除模具排气不良的故障 塑件形体上应尽量避免有特厚部分或厚薄悬殊太大 2 成型条件控制不当 适当降低注射速度 可通过调节调节注射和保压时间 改善冷却条件 控制加料量等方法一般情况下 应将熔料温度控制得略微低一些 模具温度控制得稍微高一些 翘曲变形 由于产品内部收缩不一致导致内应力不同引起变形 二 故障分析及排除方法 1 分子取向不均衡 为了尽量减少由于分子取向差异产生的翘曲变形 应创造条件减少流动取向及缓和取向应力的松弛 最有效的方法是降低熔料温度和模具温度 在采用这一方法时 最好与塑件的热处理结合起来 否则 减小分子取向差异的效果往往是短暂的 热处理的方法是 塑件脱模后将其置于较高温度下保持一定时间再缓冷至室温 即可大量消除塑件内的取向应力 2 冷却不当 设计塑件结构时 各部位的断面厚度应尽量一致 塑件在模具内必须保持足够的冷却定型时间 对于模具冷却系统的设计 必须注意将冷却管道设置在温度容易升高 热量比较集中的部位 对于那些比较冷却的部位 应尽量进行缓冷 是塑件各部分的冷却均衡 3 模具浇注系统设计不合理 在确定浇口位置时 不要使熔料直接冲击型芯 应使型芯两侧受力均匀 对于面积较大的矩形扁平塑件 当采用分子取向及收缩大的树脂原料时 应采用薄膜式浇口或多点式浇口 尽量不要采用恻浇口 对于环型浇塑件 应采用盘型浇口或轮辐式浇口 尽量不要采用恻浇口或针浇口 对于壳型塑件 应采用直浇口 尽量不要采用恻浇口 4 模具脱模及排气系统设计不合理 在模具设计方面 应合理设计脱模斜度 顶杆位置和数量 提高模具的强度和定位精度 对于中小型模具 可根据翘曲规律来设计和制作反翘模具 在模具操作方面 应适当减慢顶出速度或顶出行程 5 工艺操作不当 应针对具体情况 分别调整对应的工艺参数 缩痕 产品壁厚不均匀引起表面收缩不均匀从而产生缩痕 二 故障分析及排除方法 1 成型条件控制不当 适当提高注射压力及注射速度 增加溶料的压缩密度 延长注射和保压时间 补偿熔体的收缩 增加注射缓冲量 但保压不能太高 否则会引起凸痕 如果凹陷和缩痕发生在浇口附近时 可以通过延长保压时间来解决 当塑件在壁厚处产生凹陷时 应适当延长塑件在模内的冷却时间 如果嵌件周围由于熔体局部收缩引起凹陷及缩痕 这主要是由于嵌件的温度太低造成的 应设法提高嵌件的温度 如果由于供料不足引起塑件表面凹陷 应增加供料量 此外 塑件在模内的冷却必须充分 2 模具缺陷 结合具体情况 适当扩大浇口及流道截面 浇口位置尽量设置在对称处 进料口应设置在塑件厚壁的部位 如果凹陷和缩痕发生在远离浇口处 一般是由于模具结构中某一部位熔料流动不畅 妨碍压力传递 对此 应适当扩大模具浇注系统的结构尺寸 最好让流道延伸到产生凹陷的部位 对于壁厚塑件 应优先采用翼式浇口 3 原料不符合成型要求 对于表面要求比较高的塑件 应尽量采用低收缩率的树脂 也可在原料中增加适量润滑剂 4 塑件形体结构设计不合理 设计塑件形体结构时 壁厚应尽量一致 若塑件的壁厚差异较大 可通过调整浇注系统的结构参数或改变壁厚分布来解决 流痕 成型制品表面的线状痕迹 此痕迹显示了熔料流动的方向 二 故障分析及排除方法 1 熔料流动不良导致塑件表面产生以浇口为中心的年轮状波流痕 可分别采取提高模具及喷嘴温度 提高注射速率和充模速度 增加注射压力及保压和增压时间 也可在浇口处设置加热器增加浇口部位的局部温度 还可适当扩大浇口及流道面积 而浇口和流道截面最好采用圆形 这种截面能够获得最佳充模 但是如果在塑件的薄弱区域设置浇口 应采用正方形截面 此外 注料口底部及分流道端部应设置较大的冷料穴 料温对熔料流动性能影响越大 越要注意冷料穴尺寸的大小 冷料穴的位置必须设置在熔料沿注料口流动方向的端部 2 熔料在流道中流动不畅导致塑件表面产生螺旋状波流痕 当熔料从流道狭小的截面流入较大截面的型腔或模具流道狭窄 光洁度很差时 料流很容易形成湍流 导致塑件表面形成螺旋状波流恨 对此 可适当降低注射速度或对注射速度采取慢 快 慢分级控制 模具的浇口应设置在厚壁部位或直接在壁侧设置浇口 浇口形式最好采用柄式 扇形或膜片式 也可适当扩大流道及浇口截面 减小料流阻力 3 挥发性气体导致塑件表面产生云雾状波流痕 当采用ABS或其它共聚型树脂原料时 若加工温度较高 树脂及润滑剂产生的挥发性气体会使塑件表面产生云雾状波流痕 对此 应适当降低模具及机筒温度 改善模具的排气条件 降低料温及充模速率 适当扩大浇口截面 还应考虑更换润滑剂品种或减少其用量 条纹 成型制品表面沿着流动方向形成的喷溅状线条 也叫银丝或水花 二 故障分析及排除方法 1 熔料塑化不良 适当提高料筒温度和延长成型周期 尽量采用内加热式注料口或加大冷料井及加长流道 2 熔料中含有易挥发物 主要种类有降解银丝和水气银丝 原材料选用及处理 对于降解银丝 尽量选用粒径均匀的树脂 对于水气银丝 必须充分干燥原料 工艺操作 对于降解银丝 应降低料筒及喷嘴温度 缩短熔料在料筒中的滞留时间 也可降低螺杆转速及前进速度 缩短增压时间 对于水气银丝 应调高背压 降低螺杆转速 模具设计和操作 对于降解银丝 应加大浇口 主流道及分流道截面 扩大冷料井 改善模具的排气条件 对于水气银丝 应增加模具排气孔或采用真空排气装置 并检查模具冷却水道是否渗漏 防止模具表面过冷结霜及表面潮湿 裂纹 成型制品表面开裂形成裂缝叫做裂纹 二 故障分析及排除方法 1 残余应力太高 在模具设计和制作方面 可以采用压力损失最小 而且可以承受较高注射压力的直接浇口 可将正向浇口改为多个针形点浇口或侧浇口 并减小浇口直径 设计侧浇口时 可采用成型后可将破裂部分除去的凸片式浇口 在工艺操作方面 通过降低注射压力来减少残余