注射成型过程分析及产品质量控制07-4.ppt

1、1.注塑成型工艺及产品质量分析，王岚，北京工商大学材料系，2，1。注射成型工艺分析1.1。注射填充过程和熔体流动分析1.2。保压过程和分析1.3。回流和冷却的设置过程和分析。注塑产品的质量控制。注塑产品的内应力2.2。产品质量控制因素分析2.3。注射成型缺陷和解决方案，3.1。分析注射成型过程，4、聚合物注射成型主要包括三个基本过程：塑化熔融、注射填充、冷却定型，它们与产品质量、生产效率、原材料、工艺性能等因素密切相关。/，料筒中的聚合物：料筒加热和螺杆剪切的双重作用，固态熔化，保压和冷却定型，产品，充模，高压高速推螺杆，5，1.1。注塑充模过程及熔体流动分析，注塑充模过程塑化良好的聚合物熔体

2、，在柱塞或螺杆的压力下，从料筒通过喷嘴和模具浇注系统进入，这是一个不连续的非等温系统，因此理论上较难进行定量分析，更多的人通过实验测量揭示了这一过程的影响因素及其内在规律。根据聚合物熔体注射的流动过程，简要分析了料筒和喷嘴内的物料流动以及充模的物料流动。/，6，塑料熔体流入模腔可分为四个阶段：充模、保压、回流和浇口冻结后冷却。压力保持阶段t2t3。回流阶段t3t4。冷冻后冷却阶段t4t5。充模阶段t0t2，空载周期t0t1，充模周期t1t2，7，1.1.1。物料通过料筒时的压力损失，柱塞注射机，当柱塞向前移动时，首先将未熔化的颗粒压缩，然后将熔化的物料注入喷嘴和模腔。前者有很大的阻力。压实粒料

3、的压降损失值Pg可通过以下公式近似计算：在注射过程中，熔融材料通过料筒的运动特性对熔体向模腔的供应和压力传递有重要影响。柱塞式，8，其中熔体通过料筒的体积流量为cm3/s，料筒的内壁半径为cm，牛顿流体的粘度为L2，熔体流经料筒的长度为cm。上述公式表明，熔体在料筒中的压力损失随熔体长度、熔体粘度和料筒中的体积流量而变化，熔体在料筒中流动的压力损失为：9，因此，柱塞注射装置料筒中物料的总压力损失应为前两者之和：螺杆注射装置在塑化过程中由于螺杆的旋转而将熔体推到螺杆的前面，注射时螺杆向前移动将熔体推到喷嘴。熔体在料筒中的压力损失主要来自熔体的摩擦阻力和喷嘴阻力，压力损失较小，主要取决于熔体的粘度

4、和流量。熔体的流速应与螺杆的平移速度基本同步。/，螺旋式，10，1.1.2。熔体在喷嘴中的运动。首先，熔体通过喷嘴孔的压力损失值仍可用于近似计算。因为喷嘴孔直径小，所以喷射压力损失值应该增加。当体积流量qv不变时，通过喷嘴的剪切速率将增加，当熔体通过喷嘴时，温度将明显升高。对于聚合物熔体，大多数属于假塑性流体。在高剪切和温度升高的作用下，它们的表观粘度将不可避免地降低，从而可以降低压力损失。/，可能是：11。从图中可以看出，主要的热效应发生在喷嘴的入口处。当喷嘴孔径和注射压力不变时，熔体的温升随着注射速率的增加而增加。为什么热稳定性差的塑料不能高速注射和填充细孔喷嘴？/，图：直径为1毫米、长度

5、为10毫米的喷嘴中的压力温度分布图：a-73兆帕、b-77兆帕、c-100兆帕、d-115兆帕1-离开喷嘴后，2-喷嘴孔中，3-喷嘴孔入口附近，49-沿喷嘴长度的不同点，10桶头、10桶头、10桶头。简述：充模过程中熔体流动的一般特征影响充模的各种因素。/，13，熔体在模具浇注系统中流动，就像流过喷嘴一样，当熔体流过主浇道、分支浇道和浇口时，也存在温度变化和压力损失，浇注系统的加热状态，熔体的流变性质，浇注系统的形状和尺寸，影响，14，当熔体流过过冷浇道时，浇道温度比熔体温度低得多，靠近壁的熔体迅速冷凝形成不动的壳。因此，熔体可以通过的横截面积减小，流动阻力增加，熔体的压力损失增加，并且用于模

6、具填充的模腔压力降低。/，当熔体流经热流道时，温度保持在熔点以上，温度变化和压力损失的影响因素与熔体流经喷嘴时相似。15。影响冷凝壳厚度的因素有：熔体的冷凝速度、聚合物的热物理性质、熔体温度、熔体流速、模具温度等。当温度低于熔点时，易于结晶的聚合物会迅速固化，如尼龙6。降低熔体温度和模具温度会使外壳增厚。/，16，浇口尺寸，压力损失，剪切速率，过大的剪切速率会使熔体流动不稳定，浇口越小，剪切速率越高，熔体温度越高，燃烧和降解越严重。当浇口尺寸固定时，提高熔体温度是防止不稳定流动的有效措施。当熔体温度不允许变化时，可适当降低注射压力以降低注射速度，从而避免不稳定流动。/，17，对于大多数塑料熔体

7、，当填充模具时，增加浇口的横截面积具有提高体积流速的极限值。当闸门的横截面积超过该值时，体积流量将会降低。在大多数情况下，横截面积小的浇口更有利于熔体的快速填充。/，18，在大多数情况下，当浇口的横截面积减小时，剪切速率随着流速的增加而增加，并且在高剪切速率下产生的摩擦热将提高熔体温度，这两者都将降低通过浇口的熔体的粘度，这将导致熔体体积流速的增加。/，大多数塑料熔体具有假塑性流体的流变特性，表观粘度与剪切速率之间的关系为a=Kn-1 (n1)。熔体在模腔中的流动和熔体的填充过程从聚合物进入模腔开始到模腔被填充。熔体填充的流动应该是层流。图：充填过程中熔体前沿变化的各个阶段，l-起始阶段2-过

8、渡阶段3-主阶段，起始阶段，熔体前沿为圆弧；在过渡阶段，前缘从圆弧逐渐过渡到线形；在主阶段，熔体主流和前缘线性移动，直到型腔被填满。/，20，典型型腔中熔体的流动模式，21，图3-30，模具填充沿圆周方向流动。如果对浇口位于产品中心且其轴线垂直于圆形件产品的型腔进行模具填充，则熔体流将以几乎与浇口为中心相同的速度在圆周方向上扩散和流动。/，图3-29，填充圆盘型腔时熔体前缘的位置相继出现，22，熔体遇到障碍物时的充模流动：流动方向一般分为两个分支，绕过障碍物后又汇合在一起，通常在汇合处形成熔合缝。当熔体流过不同截面形状的障碍物时，速度会发生变化，流动条件也会不同。较好的截面形状为圆柱形，熔点绕

9、过圆柱形障碍物的移动速度逐渐增大和减小，上升和下降幅度最小。形成一个闭合的三角形图3-31塑料熔体绕不同形状的障碍物流动时速度v的变化a)矩形b)圆柱体c)金刚石，23，熔体在模腔中的流动类型，24，流速太小：延长充模时间，降低温度导致熔体粘度增加，流动性降低，充模不完全，出现脱层和结合不良的焊缝。/，快速充模：湍流容易将空气带入模制产品，且模具中的空气难以排出。该产品内应力大。缓慢充模：层流可以避免上述缺陷。25.熔体流动的运动机理和熔体在模腔内的运动主要是熔体在流动中心高速运动，不断追赶并突破前缘薄膜，然后转向模壁并迅速冷却。这一过程是交替进行的，在充模过程中，这种流动模式很容易在产品表面

10、产生波纹。/，26，注射产品表面有时会出现小波纹的原因：根据熔体流动的运动机理，只有当熔体的冷却速率较高，但注射压力、注射速度和模具温度较低时，这种波纹才容易留在注射产品表面。只要注射成型工艺得到适当调整，在冷却和凝固之前，这种波纹不会出现在产品表面。较高的注射压力、注射速度和模具温度有利于获得表面光滑平整的产品。/，27，1.2，保压过程和分析，当熔体充满模腔时，模具中的压力仍然很低，图中T点的压力值，为了满足产品质量要求，柱塞或螺杆将继续移动，然后注入一些熔体。使充满的空腔压力迅速上升并达到最大值，如图中的t2t3。在此期间，柱塞或螺杆将缓慢地补充模腔，使得由于体积收缩而产生的空间能够继续

11、被填充。这种熔体流动称为保压流动。这个过程就是保压过程。它一直持续到大门被封住。/，28，当注射成型具有薄壁或小浇口的产品时，保压过程不明显，因为浇口或型腔流道被快速密封。当形成具有大浇口的厚壁产品时，在保压过程中，必须用材料填充形状完整且致密的产品。保压功能：熔体紧贴型腔壁，准确获得型腔图案，完成熔体在不同时间和不同流向的相互融合，使成型产品致密化，补充冷却造成的体积收缩。/，29，影响保压效果的因素：浇口处的压力决定了型腔可以达到的最大压力。在充模结束时，熔体的流动性决定了压力从浇口向外传递的难度。可以看出，p注入、喷嘴和流道处的阻力对p浇口有利；t型熔体、t型模具和v型注射模腔有利于改善

12、模腔内的压力传递。/，30。首先，当模腔充满后，料筒前端仍有一定量的熔体。第二，从料筒到模腔的通道允许熔体通过(即，流道系统尚未密封)。影响保压和送料效果的主要因素是型腔内的压力(称为保压或二次注射压力)和保压时间。/，实现保压和送料的必要条件是：31。保压时间对保压加料效果、密封压力和冷却设定有明显影响。采用柱塞式注射机和较大浇口模具成型聚苯乙烯盒形制品，加工温度为254，注射压力为112兆帕。在其他条件不变的情况下，空腔压力为零时的质量、收缩率、密封压力和时间数据如表37所示。32，如果在保压期间进料过量，当浇口被密封时，模腔中的残余压力将相对较大，这使得脱模困难。另外，产品的取向度也随着

13、保温时间的增加而增加。33、1.3、回流和冷却设定的过程和分析、1.3.1熔体回流和保压阶段后，螺杆或柱塞将后退，然后熔体进入模腔在密封点之后，模腔中的材料量不再改变，也就是说，比容是一个恒定值，因此温度和压力沿着EF线性下降。/，曲线1是在低型腔压力条件下的压实，浇口密封发生在柱塞或螺杆缩回之前，也就是说，在外部压力释放之后没有熔体回流。35，不难看出产品的密度很大程度上取决于密封过程中模腔内的温度和压力。通常，产品的密度或质量随着密封过程中压力的增加而增加。/，如果保持时间短，聚合物的密封温度会高，密封的空腔压力会低，产品的密度会小。36，在冷却过程中，温度下降到低于Tg(或热变形温度)，

14、压力下降到与大气压平衡(即模具中的残余压力pE=0)。产品脱模和抽芯的最佳条件：重要标志：pE=0如果在冷却过程的早期出现，型腔内的凝固层很薄，没有足够的强度抵抗内部冷却收缩产生的负压，产品表面会凹陷；如果pE=0出现在冷却过程的中间，内部未冷凝的熔体将在厚外壳的拉伸应力下产生缩孔；PE=0。只有当产品在冷却过程的后期内外固化时，上述缺陷才会发生。/幻灯片98，零残余压力是冷却过程的结束。37、塑料热扩散系数、产品壁厚、熔体温度、产品取出时允许的最高温度(Tg或热变形温度)等。式中：t最短冷却时间，s产品厚度，cm聚合物热扩散率，cm2/s T2产品脱模温度，t模具温度T1模具型腔中平均熔体温

15、度，/，在给定模具温度下，产品在模具中所需的最短冷却时间。产品在模具型腔中的冷却时间可由下式估算：38。当估计最短冷却时间时，应该注意的是，具有厚壁的产品在脱模之前不需要在内部和外部完全固化，而只需要外部固化层的厚度以确保在脱模期间足够的刚性。对于薄壁产品，在充型过程中应注意高分子高度取向对其热变形温度的影响，大部分熔体冷凝发生在充型过程中。/，39，密封压力和温度对产品的性能有很大影响，因此通常可以通过改变保温时间来调整这两个参数，以改善产品的性能。/，总而言之，40，2，注塑产品的质量控制，41，在注塑过程中，由于应力和温度梯度的存在，在冷却时或冷却后，产品的各个部分仍然存在不同的应力状态

16、，产品的内部材料分别受到拉伸或剪切作用。模制产品中分子之间仍然存在的应力是内应力。注塑产品普遍存在内应力，影响产品的机械性能和使用性能，并在外部环境应力和腐蚀介质的作用下导致产品翘曲和开裂。/，2.1。注射成型产品的内应力，42，2.1.1。内应力，首先是由温度梯度引起的体积温差应力。另一种是由于分子定向障碍被阻断而引起的定向应激。第三，结晶聚合物产生的内应力。第四，金属嵌件及脱模和顶出引起的内应力。可以看出，由于不同的原因，形成了各种可能的内应力，其中温度应力和取向应力是最重要的，对产品的物理机械性能影响最大。/，在注塑成型过程中，产品的内应力可能来自以下几个方面：43、2.1.2影响内应力的因素，温度应力是由充模过程中熔体与模壁之间的巨大温差引起的，材料的凝结和收缩顺序不同。当内部熔体被连续冷却时，它不能自由收缩，导致拉伸应力，而壳层相应地产生压缩应力。当闸门未被密封时，在保压期间补充材料可以拉伸固化/，45，取向应力、熔体温度的影响因素：高熔体温度、低粘度、低剪切应力和低取向度。同时，由于高熔化温度，应力松弛将加速，并且去取向将加强。/，取向应力是由分子去取向的阻碍引起的。它是由分子链的取向形成的。影响取向应力的因素如下。产品厚度：取向应力随着注塑产品厚度的增加而减小