聚合物成型加工原理06.ppt

14 Apr 20 1 第六章注射模塑 6 1概述6 2注射模塑设备6 3注射成型工艺过程6 4注射成型工艺条件的分析讨论6 5几种常用塑料的注射模塑特点6 6注射成型的发展 14 Apr 20 2 注射成型产品示例 14 Apr 20 3 14 Apr 20 4 6 1概述一 注射过程注射过程是三个条件 热量 压力 时间三个要素 模塑材料 注射机 注射模的有机结合过程 14 Apr 20 5 14 Apr 20 6 Process machineschematics 14 Apr 20 7 14 Apr 20 8 14 Apr 20 9 14 Apr 20 10 二 注射成型的特点1 生产周期短 自动化程度高 因此生产效率高 2 适应性强 几乎所有的热塑性塑料都可用这种方法成型 一些厂家还用此法成型热固性塑料 3 通过更换模具可以分别得到各种各样形状不同 大小不同的制品 其制品用途广泛 4 制品的三维尺寸可以一定确定 且制品的尺寸精度高 表面光洁度好 5 可成型形状复杂的制品以及带有嵌件的制品 缺点是初期投资大 14 Apr 20 11 三 注射机的规格与种类1 注射机的规格用一次所能注射出的聚苯乙烯的最大质量 克来表示 例如 注射机型号一般用下面的字母和数字表示 XS Z 6060 表示一次注射PS的最大注射量是60gZ 注射S 塑料X 成型又如 XS ZY 125Y 表示螺杆式注射机Z后没有字母就表示柱塞式注射机2 注射机的种类a 按塑化部件不同分为 螺杆式注射机 柱塞式注射机b 按动力来源分为 手工式 机械式 液压式 或者用锁模力表示如 G130T L35TG L 厂家的型号 14 Apr 20 12 14 Apr 20 13 c 按注射 合模方位分为 卧式 注射方向和开模方向是一致的 缺点是占地面积较大 安卸模具不方便 立式 注射方向和开模方向都垂直于地面 优点是占地面积小 放入嵌件稳定 缺点是重心高 不易实现自动化 角式 注射方向垂直于地面 开模方向与注射方向垂直 优缺点与立式相似 旋转式 模具是安放在可旋转的转盘上的 优点是适合成型大批量小制品 生产周期短 缺点是结构复杂 锁模力不高 14 Apr 20 14 根据排列方式不同分类 卧式 立式 角式 14 Apr 20 15 14 Apr 20 16 14 Apr 20 17 3 注射机的发展趋势a 专门化 b 超大型化 c 微型化 d 高速化 e 高度自动化 14 Apr 20 18 6 2注射模塑设备 注射系统由三大部分组成 注射系统 锁模系统 合模系统 模具 此外还有电器控制系统 液压系统 一 注射系统1 作用 a 使塑料均匀塑化并达到流动状态 b 将塑化好的塑料进行施压 使其在很高的压力和很快的流速下通过喷嘴充入模腔 14 Apr 20 19 2 组成 加料装置 料筒 螺杆 或柱塞 喷嘴等 14 Apr 20 20 加料装置 料筒作用 结构 要求与挤出机的基本相同 柱塞与分流梭a 柱塞作用 将注射油缸的压力传给塑料 并使熔体注射入模具 b 柱塞形状 表面硬度极高的坚实金属圆柱体 分流梭 14 Apr 20 21 14 Apr 20 22 c 分流梭作用 i 将圆柱形的物料流变成圆环形薄流层 使塑料产生分流和收敛流动 ii 缩短传热过程 加快热传递 iii 由于分流作用 分流梭表面流速 剪切力 产生较大的摩擦热 使料温升高 有利于塑料的混合与塑化 14 Apr 20 23 螺杆a 从作用上与挤出机螺杆相比注射机螺杆除了送料 压实 塑化外 还有注射作用 对于塑化能力 压力稳定以及操作连续性和对操作稳定性的要求没有挤出机螺杆的高 b 从螺杆运动形式比较挤出机的螺杆只在原位作连续旋转 而注射机除旋转外 还前后往复运动 并时转时停 当料筒前端料压大于螺杆背压时 螺杆边转边后退 这种情况工艺上称为予塑化 14 Apr 20 24 14 Apr 20 25 背压 螺杆转动后退时螺杆顶部熔体物料所受到的压力 也就是阻力 可由液压系统中的溢流阀来调节 注射 当螺杆后退到碰到限位开关时 螺杆就停止运动 即料筒前端物料达到一次注射量时 螺杆就停止后退 然后向前移动 将塑料熔体推入模腔 14 Apr 20 26 c 从螺杆结构上比较 注射机螺杆的均化段长度较短 螺槽较深 加料段长度较长 约为螺杆长度一半 螺杆头部是尖头形 优点是可减少脉冲流动 不易积存物料 可减少塑料发生降解 对粘度低的塑料带有止逆环 注射螺杆的长径比和压缩比较小 L D 16 20 2 2 5 14 Apr 20 27 螺杆头部结构 要注意防止出现熔融塑料积存 回流现象 一般 大的塑料 用锥行尖头 小的塑料 必须装止逆环以防回流 14 Apr 20 28 14 Apr 20 29 14 Apr 20 30 喷嘴a 作用 引导物料从料筒进入模具 控制料流 防止物料流涎 使物料流积存在料筒前端 提高注射压力 使物料具有一定射程 进一步塑化 b 种类 按喷嘴分 通用式 延伸式 喷嘴孔径大 呈短管状 优点是阻力小 适用于粘度高的塑料 自锁式 用于注射粘度较低的塑料 杠杆针阀式 14 Apr 20 31 通用式 延伸式 14 Apr 20 32 自锁式 14 Apr 20 33 自锁式喷嘴的原理 14 Apr 20 34 杠杆针阀式 14 Apr 20 35 二 锁模系统1 组成 固定模板 活动模板 拉杆 油杆 连杆以及模具调整机构 制品顶出机构 2 功能 启闭模具 锁紧模具 调整模具 顶出制品 3 要求 要有足够锁模力F 单位 kN或吨 F P AP 注射压力A 制品在施压方向上的投影面积 14 Apr 20 36 14 Apr 20 37 14 Apr 20 38 14 Apr 20 39 要有足够的模板面积 模板行程和模板间的开距 以适应不同外型尺寸制品的成型要求 Sk H H1 H2 5 10Sk 模板间开距H 模具厚度H1 顶出距离H2 制品厚度 锁模系统运转灵活 安全 速度可调 运行平稳 闭模先快后慢 开模先慢后快 以防止模具的碰撞 按实现锁模力的方式分类 机械式 液压式 液压 机械组合式 应有足够的顶出力和顶出距离 调模要方便 14 Apr 20 40 三 模具1 种类 压制模具 压铸模 中空吹塑模 压力成型模 挤出模具 注射模具 其中主要的是挤出模具 注射模具 2 注射模具 组成 浇注系统 成型零件 结构零件a 浇注系统 塑料熔体从喷嘴流入型腔前的流道 包括主流道 分流道 冷料井 浇口 b 成型零件 指构成制品形状的各种零件 主要包括动 定模的型腔 型芯 排气孔 c 结构零件 指构成模具各种结构的零件 14 Apr 20 41 14 Apr 20 42 简介a 主流道 指连接喷嘴到分流道的一段流道 与喷嘴处于同一轴线上 一般是圆锥形 锥度2 6 进口直径一般为4 8mm b 冷料穴 设在主流道末端的一个空穴 作用 用来捕集喷嘴端部两次注射间所产生的冷料 拉出主流道的残余物料 使制品固定在动模一侧 便于脱模机构顶出制品 c 分流道 主流道和浇口间的过度部分 一般要对称分布 距离相等 长度尽量短一些 14 Apr 20 43 d 浇口 主流道连接型腔的通道 作用 控制料流的速度 在注射中 由于浇口部分的物料比较早的凝固 防止物料倒流 使通过的物料受到较强的剪切而升高温度 从而降低熔体粘度 提高流动性 便于制品与流道系统分离 优点 增加流速 可产生较大的摩擦热 小口径可控制和缩短补料时间 小口径 硬化快 防止倒流 缩短模塑周期 便于制件修饰和分离 14 Apr 20 44 e 型腔 赋予制品形状的部分 赋予制品外部形状的部分 凹模 阴模 赋予制品内部形状的部分 型芯或凸模 阳模 f 排气孔 一般设在型腔内料流的尽头或设置在模腔内料流的汇合处 也可利用分型面或顶出杆或顶出孔的配合间隙排气 g 结构零件 导向零件 脱模装置 回程杆 抽芯机构 扣模板等 h 加热冷却装置 冷却介质 冷水 热水 热油 14 Apr 20 45 14 Apr 20 46 14 Apr 20 47 14 Apr 20 48 6 3注射成型工艺过程 完整的注射成型工艺包括 成型前的准备 注射过程 制品的后处理 6 3 1成型前的准备一 原料的检验与处理1 原料外观与工艺性能的检验a 外观检验 指检查原料色泽 粒子大小及颗度分布情况 b 工艺性质检验 指检查原料流动性 熔体指数 收缩率 含水量 分子量 热性质等 2 原料的处理主要指原料的染色 造粒 干燥 预热等 14 Apr 20 49 二 设备的清洗1 方法 对于螺杆式注射机 通常是直接换料清洗 将所换物料直接加入注射机 对空注射几次 将原来积存在料筒中的物料赶走 2 对换料来说两种情况 a 当Tf新 Tf旧时 T料筒 T新料 然后加料 连续进行对空注射 b 当Tf新 Tf旧时 T料筒 T旧料 然后切断加热电源 在降温过程中用新料清洗 14 Apr 20 50 三 嵌件的预热与安装1 嵌件的安装 带有嵌件的塑料制品在注射前 必须将嵌件放进模具内的预定位置 2 预热原因 嵌件温度低于模具温度 使熔体在嵌件周围冷却快 收缩快 在模腔表面冷却慢 收缩慢 使制品内应力 强度 模具温度 PMMA 50 600C POM 80 1200C PA66 1000CPC 100 1200C ABS 60 700C 硬质PVC 500CPS 700C PP 500C 14 Apr 20 51 3 预热温度 以不损伤金属嵌件表面的镀层为限 有镀层 110 1300C 无镀层的铝合金或铜嵌件 1500C 14 Apr 20 52 四 脱模剂的选用种类 a 硬脂酸锌 除PA 一般塑料用b 石蜡 用于PAc 硅油 效果最好 但价格较贵 14 Apr 20 53 6 3 2注射过程加料塑化注射入模稳压冷却脱模塑化流动与冷却两个过程 14 Apr 20 54 一 加料注射成型是一间歇过程 在每一生产周期中 加入料筒的料量应保持一定 以便操作稳定 塑化均匀 a 柱塞式注射机 通过调节料斗下面的定量装置的调节螺帽来控制 b 螺杆式注射机 通过调节行程开关与加料计量柱的距离而得到控制 14 Apr 20 55 二 塑化1 塑化 塑料在料筒内经加热达到流动状态并有良好的可塑性的全过程 2 要求 a 塑料在进入模腔前必须达到规定的成型温度 b 在规定的时间内 必须提供足够数量的熔融物料 c 要求熔化的物料各点温度应均匀一致 不能发生降解 14 Apr 20 56 三 流动与冷却1 是指从螺杆开始推动具有流动性的熔融塑料注入模具起 直到制品从模具中脱出为止 2 流动过程分段 物料在料筒中的流动塑料在螺杆式注射机中所受阻力 a 螺杆顶部到喷嘴间的熔体阻力 P P 2 L R 3 m Q R3 1 m 14 Apr 20 57 b 螺杆区塑料与料筒内壁间的摩擦阻力FfFf P AFf 摩擦阻力P 压力 塑料与料筒间的摩擦系数A 塑料与料筒壁的接触面积 14 Apr 20 58 模具中的流动a 充模阶段 从螺杆开始向前移动起 到模腔被熔体充满为止 0 t1 温度变化 压力变化 14 Apr 20 59 快速充模原因 防止分子定向程度增大 引起制品出现裂纹 变形等现象 14 Apr 20 60 b 压实 保压 段 从熔体充满模腔起到螺杆撤回时止 t1 t2 保压原因 防止因热胀冷缩而引起制品内部出现空洞 大分子定向形成的主要阶段 14 Apr 20 61 c 倒流阶段 从螺杆开始回退起到浇口处熔体冻结时止 t2 t3 倒流原因 若保压时间短 浇口没有封冻 这时模腔内的压力就会比流道内压力高 会发生倒流现象 14 Apr 20 62 d 冷却阶段 从浇口处塑料完全冻结到制品从模腔中脱出为止 t3 t4 这一阶段 制品的温度 压力 体积继续下降 到制品脱模时 模内压力不一定比外界压力相等 其差值称为残余压力 14 Apr 20 63 保压时间长 残余压力大 保压时间短 残余压力小 当其值为正时 脱模困难 当其值为负时 因保压时间短 制品表面易有陷痕或内部有真空泡 一般希望残余压力为零 14 Apr 20 64 6 3 3制品的后处理一 后处理原因由于塑料在料筒内可能塑化不均匀 或在模腔内冷却速度不同 因此常会产生不同的结晶 过多的定向和不均匀的收缩 使制品产生内应力 这使制品在贮存和使用中常会发生力学性能下降 光学性能变坏 表面产生银纹 甚至变形开裂 因此需要后处理 14 Apr 20 65 二 退火和调湿1 退火处理 将制品在定温的加热液体介质或热空气循环烘箱中静置一段时间 退火温度 在Tg Tf间或0 8Tm左右 在制品使用温度以上10 20 或低于塑料的热变形温度10 20 为宜 退火实质 a 使强迫冷冻的分子链得以松弛 消除内应力 b 提高结晶度 稳定晶体结构 从而提高结晶塑料制品的弹性模量和硬度 降低断裂伸长率 14 Apr 20 66 2 调湿处理 PA类 将刚脱模的制品放入热水中 加快达到吸湿平衡 且隔绝空气 以防氧化 调湿原因 PA类a 高温与氧接触易氧化 b 易吸水膨胀 得到稳定的尺寸要较长时间 c 适量的水份对PA起类似增塑剂的作用 14 Apr 20 67 6 4注射成型工艺条件的分析讨论 6 4 1温度一 料筒温度1 料筒温度的确定 Tf Tm Td之间 a 物料特性 b 设备 c 制品 d 工艺条件间关系 14 Apr 20 68 二 喷嘴温度1 略低于料筒最高温度 2 要求 调节灵活 方便 分开控制 14 Apr 20 69 三 模具温度1 模具温度的确定a 塑料性质 b 制品性能要求 14 Apr 20 70 c 制品的形状与尺寸 d 其它工艺条件 2 模温控制方式 a 定温冷却介质 b 自然升温法 c 电加热圈或加热棒来保持定温 14 Apr 20 71 6 4 2压力一 注射压力1 作用 克服流动阻力 给予充模速度 压实 2 注射压力与油缸表压关系 P表压 B P注 AP表压 P注 A BB 油缸活塞面积A 螺杆横截面积 14 Apr 20 72 3 注射压力选择 物料流动性 制品形状尺寸 模具 其它工艺条件 a 对熔体粘度大 玻璃化温度高的物料 采用较高注射压力 b 对薄壁制品要采用高压 此外 还要考虑料筒温度与注射压力的关系 14 Apr 20 73 二 塑化压力 背压 对注射工艺的影响 塑化压力高 塑化质量好 塑化量降低 易流涎 电机负荷大 保证制品质量优良的前提下越低越好 一般 2MPa 并在操作过程中很少调节背压 14 Apr 20 74 6 4 3时间 成型周期 注射时间充模时间保压时间总冷却时间成型周期闭模冷却时间辅助时间 14 Apr 20 75 一 充模时间注射速度1 注射速度对成型性能 制品质量的影响a 充模速度增大 流动长度增加 粘度降低 熔接缝强度高 b 速度过大 层流变湍流 使塑料局部烧伤及分解 c 过慢 模时间长 易充模不全 降低制品强度和表面质量 14 Apr 20 76 2 确定 试验确定 先以低压慢速注射 后根据成型情况调整 通常Tg高 粘度大 薄壁 长流程应采取较高的注射速度 14 Apr 20 77 二 保压时间1 保压时间是对型腔内塑料压实时间 在整个注射时间所占比例较大 一般为20 120s 2 封冻前 对制品尺寸准确性有影响 封冻后 则无影响 3 料筒温度低 模温低 浇口小 保压时间短 14 Apr 20 78 三 冷却时间冷却时间主要取决于制品的厚度 塑料的热性能和结晶性能 及模具温度 料筒温度 终点时间应保证制品脱模时不变形为原则 在模内 冷却时间可用下面式子估算 t 2 2 log Tc Tl 4 T Tl t 最小冷却时间 制品厚度 热扩散系数Tc 制品脱模时温度Tl 模具温度T 料筒加热温度 14 Apr 20 79 6 5几种常用塑料的注射