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注塑機注射成(chéng)型的核心過程是充模。塑料(liào)熔體充填模(mó)腔時的流動模型(流動狀態)決定著製件的凝聚態結構(gòu)和表觀結構(如結晶、分子取向、熔合均勻性等),最終影響製件的使用性能。
塑料熔體(tǐ)從澆口(kǒu)進入型腔(qiāng)的正常充模方式應該是後續熔體推進熔體(tǐ)前緣,逐漸擴展,橫跨型腔平麵直至抵達型腔內壁,充滿整(zhěng)個型腔。充模流動的非正常形式是噴射流和滯流充模形式(shì)。噴射流和滯流表現為充模開始時(shí)熔體以較大的動能,通過澆口噴射入型腔(qiāng),分別形(xíng)成熔體珠滴和細絲狀直接噴射(shè)到澆口對(duì)麵的型(xíng)腔壁(bì)麵上,後續的充模過程又如擴散流動(dòng)那樣。充模時發生不(bú)正常流動形式(shì)的流動(dòng)會使熔體(tǐ)產生分離和熔合,形成較多的熔體熔接縫,給製件性能帶來不利影(yǐng)響。
影響熔體充模流動形(xíng)式的因素有:熔體溫度、模具溫(wēn)度、注射壓力、注射速度以及模具型腔的空間大小、澆口尺寸和位置。
采用色料充模注塑法(fǎ)和透明模具觀察法,觀察不同工藝條件下熔體充模流動的形(xíng)式變化。色料充模注塑法是在(zài)透明原料樹脂中混入不同顏料,注射成型試樣,觀察製品上的流痕花紋,根據流痕花紋判斷是正常的鋪展式充模流動,還是非正(zhèng)常的充模流動(dòng)。透明模具觀察法是采用透明模具,直接觀察充(chōng)模流動特點的方法。
注塑機的工作原理:借助螺(luó)杆(或柱塞)的推力(lì),將已(yǐ)塑(sù)化好的熔融狀態(即粘流態)的塑料注射入閉合好(hǎo)的模腔內,經固化(huà)定型後取(qǔ)得製品的工藝(yì)過程。
注射成型是一個(gè)循環的過程,每(měi)一(yī)周期主要包括:定量加料—熔融(róng)塑化—施壓注射—充模冷卻—啟模取件。取出塑件後又再閉模,進行下一個循環(huán)。
注塑機的動作程序
噴嘴前進→注射→保壓(yā)→預塑→倒縮→噴嘴後退→冷卻→開模→頂出→退針(zhēn)→開門→關門→合模→噴嘴前進。
一般注(zhù)塑機包括注射裝置、合模裝置、液壓係統和電氣控製係統等部分(fèn)。
注(zhù)射成型的基本要求是塑化、注射和(hé)成型。塑化是實(shí)現和(hé)保(bǎo)證成型製品質量(liàng)的前提,而為滿足成型(xíng)的要求,注射必須保證有(yǒu)足夠的壓力和速度。同時,由於注射壓力很高,相應地在模腔中產生很高的壓力(模腔內的平均壓力一般在(zài)20~45MPa之(zhī)間),因此必須有足夠大的(de)合模力。由此可見,注射(shè)裝置和合模裝置(zhì)是注塑機的關鍵部件(jiàn)。
預塑動(dòng)作選擇
根據預塑加料前後注座是否後退,即噴嘴是否(fǒu)離開模具,注塑機(jī)一般設(shè)有三種選擇。
(1)固定加料:預塑前和預塑後噴嘴(zuǐ)都始終(zhōng)貼進模具,注座也不移動。
(2)前加料:噴嘴頂著模具進行預塑加料,預(yù)塑完畢,注座後退,噴嘴離開模具。選(xuǎn)擇這種方式的目的是:預塑時利用模具注射孔抵住噴嘴,避免熔料在背壓較高時從噴嘴流出,預塑後可以避免(miǎn)噴嘴和模具(jù)長時間接觸(chù)而產生熱量傳遞(dì),影響它們各自溫度的(de)相對(duì)穩定。
(3)後加料:注射完成後,注座後退(tuì),噴嘴離開模具然後預塑,預塑完注座再前進。該動作適(shì)用於加工成型溫度特(tè)別窄的塑料,由於噴嘴與模具接觸時間短,避免了熱(rè)量(liàng)的流失,也避免(miǎn)了熔料在噴嘴孔(kǒng)內的凝固。注射壓力選擇
注塑機的注(zhù)射壓力由調壓閥進行(háng)調節(jiē),在調定壓(yā)力的情況下,通過高壓和低壓油路的通斷,控製前後(hòu)期(qī)注射壓力的高低。
普通中型以上的(de)注塑機設置有三種壓力選擇,即高壓、低壓和先高壓後低壓。高壓注射是由注射(shè)油(yóu)缸通入高壓壓力油來實現。由於壓力高,塑料從一開始就在高壓、高速(sù)狀態下進入模腔。高壓注射時塑料入模迅速,注射油缸(gāng)壓(yā)力表讀數上升很快(kuài)。低壓注射是由注(zhù)射油缸通入(rù)低壓壓力油來實現的,注射過程壓力表讀數上升緩慢,塑(sù)料在低(dī)壓、低速下進入模腔。先高壓(yā)後低壓是根據塑(sù)料(liào)種類和模具(jù)的實際要求從時間上來控製通入油缸的壓力油(yóu)的壓力高低來實現的。
為了滿足(zú)不(bú)同塑料(liào)要求(qiú)有不同的注射壓力,也可以采用(yòng)更換不同直(zhí)徑的螺杆或柱塞的方法,這樣(yàng)既滿足了注射壓力,又充分發揮了機器(qì)的生產能力(lì)。在大(dà)型注塑機中往往具有多段注射壓(yā)力和多級注射速度控製功能,這(zhè)樣更能保證製品的質量和精度。
注射速度的選擇
一般注塑機控製板上都有快速—慢(màn)速(sù)旋鈕用來滿足注射速度的要求。在液壓係統中設有(yǒu)一個大流量油泵和一個小流量(liàng)泵同時運(yùn)行供油。當油路接通(tōng)大流(liú)量(liàng)時,注塑機實現快速開合模、快速注(zhù)射等,當液壓油路隻提供小流量時,注塑機各種動(dòng)作就(jiù)緩慢進行。
頂出形式的選擇
注塑機頂(dǐng)出形式有機械頂出和液壓頂出二種(zhǒng),有的還配有氣動頂出係統,頂出次數設有單次和多次二種。頂出動作可以(yǐ)是手動,也可以是自動。頂出動作是由開模停(tíng)止(zhǐ)限位(wèi)開關來啟動的。
合模控製(zhì)
合(hé)模是以巨大的機械(xiè)推力(lì)將模具合緊(jǐn),以抵(dǐ)擋注塑過程熔融塑料的高壓注射及填充模具而令模具(jù)發生(shēng)的巨大張開力。
注塑機的合模(mó)結構(gòu)有全液壓式和(hé)機械連杆(gǎn)式。不管是那一(yī)種結構形式,最後都是由(yóu)連杆完全伸直來實施合模(mó)力(lì)的。連杆的伸直過程是活動板和尾板撐開的過(guò)程,也是四根拉杆受力被拉伸的過程。
開模控製
當熔融塑料注射入模腔內及至冷卻(què)完成後,隨著便是開模動作(zuò),取出製品。開模過程也分三個階段。第一階段慢速開(kāi)模,防止製件在模腔(qiāng)內撕(sī)裂。第二階段快速開模,以縮短開模時間。第三階段慢速開模,以減(jiǎn)低開模慣性造成的衝擊及振動。
注塑工藝條件的控製(zhì)
注射速度的程序控製
注射速度的程序控製是將(jiāng)螺杆的注射行程分為3~4個階段(duàn),在每個階(jiē)段中(zhōng)分別使用各自適當的(de)注射速度。在熔融(róng)塑料剛開始(shǐ)通過澆(jiāo)口時減慢注(zhù)射速度,在充模過程中采(cǎi)用(yòng)高速注射,在充模結束時減慢速度。采用這樣(yàng)的方法,可以防止溢料(liào),消除流(liú)痕和減(jiǎn)少(shǎo)製品(pǐn)的殘餘應力等。
低速充模時流速平穩,製品尺寸(cùn)比較穩定,波動(dòng)較小,製品內應力低,製品內外(wài)各向應力趨於一致(例如將(jiāng)某聚碳酸(suān)脂製件浸入四氯化碳中,用(yòng)高速注(zhù)射成型的製件有開裂傾向(xiàng),低速的不開裂)。在較為緩慢的充模條件下,料流的溫差,特別是澆口前後料的溫差大,有助(zhù)於(yú)避免縮孔和(hé)凹陷的發生。但(dàn)由於充模時間延(yán)續較長容易使製件出現(xiàn)分層和結合不良的熔接痕,不但影響外觀,而且使機械強度大(dà)大降低。
高速注射時,料(liào)流速度快,當高速充模順利時(shí),熔料很快充(chōng)滿型腔,料溫(wēn)下降得少,黏度下降得也少,可以采用較低的注射壓力,是一種熱料充模態勢。高速充模能改進製件的(de)光澤度和平滑度,消除了接縫線現象(xiàng)及分層現(xiàn)象,收縮凹陷小,顏色均勻一致,對製件(jiàn)較大部分能保證豐滿。但容易(yì)產生製品發胖(pàng)起泡或製件發黃,甚(shèn)至燒傷變焦,或造成脫模困難,或出(chū)現充(chōng)模不均的(de)現象。對於高黏度塑料有可能導致熔體(tǐ)破(pò)裂,使(shǐ)製(zhì)件表麵產生雲霧斑。
下列情況可以考慮采用高速高壓注射:(1)塑料黏度高(gāo),冷卻速度快,長流程製件(jiàn)采用低(dī)壓慢速不(bú)能完全充滿型腔各個角落的;(2)壁厚太薄的製件(jiàn),熔料到達薄壁處(chù)易冷凝而滯留(liú),必須采用一次高速注(zhù)射,使熔料能量大量消耗以前立即進入型腔的;(3)用玻璃纖維增(zēng)強的塑料,或含有較(jiào)大量填充材(cái)料的(de)塑料,因流動性差,為了得到表麵光滑而均勻的製件,必(bì)須采用高速高壓注(zhù)射(shè)的。
對高級精密製品、厚壁製件(jiàn)、壁厚變化大的和(hé)具有較厚(hòu)突緣和筋的(de)製件,最好采用多級注射,如(rú)二級、三(sān)級、四級甚至五級。
注射壓力的程(chéng)序(xù)控製
通常將注射壓力的控製(zhì)分成為一次注射壓力、二次注射壓力(保壓)或(huò)三(sān)次(cì)以(yǐ)上的注射壓力的控製。壓力(lì)切換時機是否適(shì)當,對於防止模內壓力過高、防止溢料或缺料(liào)等都是非常重要的。模製品的比容取決於保壓階段澆口封閉時的熔料壓力(lì)和溫度。如果每次從保壓切換(huàn)到製品冷卻階段的壓力和溫度一(yī)致,那麽製品(pǐn)的比容就不會發生改變。在(zài)恒定的模塑溫度下,決定製品尺寸的最重要參數是保(bǎo)壓壓力,影響製品尺(chǐ)寸公(gōng)差的最重要的變量是保壓壓力和溫度。
螺杆(gǎn)背壓和轉速的程(chéng)序控製
高背壓(yā)可以使熔料獲得強剪切,低轉速也會(huì)使塑料在機筒內得到較長的塑化(huà)時間。因而目前較多地使用了(le)對背壓和轉速同時進行程序設(shè)計的控製。例如:在螺杆計量全行程先高轉速、低背壓,再切換到較低轉速、較高背壓,然後切換成高背壓、低轉(zhuǎn)速,最後在低背壓、低轉速下進行塑化,這樣,螺杆(gǎn)前(qián)部熔(róng)料(liào)的壓力得到大部(bù)分(fèn)的釋放,減少螺杆的轉動慣量,從(cóng)而提高了螺杆計量的精確程度。過高(gāo)的背壓往往造成著色劑變色程度增大(dà);預塑機構和機筒螺杆機(jī)械磨損增(zēng)大;預塑(sù)周期延長,生產(chǎn)效率下降;噴嘴容易發生流涎,再(zài)生料量增加;即使采用自鎖式(shì)噴嘴,如(rú)果背壓高於(yú)設計的彈(dàn)簧閉鎖壓力,亦會造成疲(pí)勞破壞。所以,背壓壓力一(yī)定要調得恰當。
隨著技術的進步,將小型計算機納入注塑機的控製係(xì)統(tǒng),采(cǎi)用計算機來控製注塑過程已成為可能。
注塑成型前(qián)的準備工作
成型(xíng)前的準(zhǔn)備工作可能包括的內容很多,如:物料加工性(xìng)能的檢驗(測(cè)定塑料的流動性、水分含(hán)量等);原料加工前的染色和選粒;粒(lì)料(liào)的預熱和幹燥;嵌件的清洗和(hé)預熱;試模和(hé)料筒清(qīng)洗(xǐ)等。
原料的預處(chù)理
根據塑料的特性和供料情況(kuàng),一般在成型前應對原(yuán)料的外觀和工藝性能進行檢測。如果所用(yòng)的塑料為粉狀,如:聚氯乙烯,還應進(jìn)行配料和幹(gàn)混;如(rú)果製品有著色要求,則可加入適量的著色劑或色母料;供應的粒料往往含有不同程(chéng)度的水分、溶劑(jì)及其它易揮(huī)發的低(dī)分子物,特(tè)別是一些具有吸濕傾向的塑料含水量(liàng)總是超(chāo)過加工所允許的限度。因(yīn)此,在加工前必須進行幹燥處理,並測(cè)定含水量(liàng)。
嵌件的預熱
注射成(chéng)型製品為了(le)裝配及強度方麵的要求,需要在製品中嵌入金屬嵌件。注射(shè)成(chéng)型時,安放在模腔中的冷金屬嵌件和熱(rè)塑料熔體一起冷卻時,由於金屬和塑料收縮率的顯著不(bú)同,常常使嵌件周圍產生很大的內應力(尤其是(shì)像聚苯乙烯等剛性鏈的高聚物更多顯著)。這種內應力的存在使嵌件周圍出現裂紋,導致製品(pǐn)的使用性能大大降低。這可以通(tōng)過選用熱膨(péng)脹係數大的金屬(鋁、鋼等)作嵌件,以及將(jiāng)嵌件(尤其是大的金屬嵌件(jiàn))預熱。同時,設計製品時(shí)在嵌件周圍安排較大的厚壁等措施。
機筒的清洗
新購進的注塑機(jī)初用(yòng)之前,或者在生產中需要改變產品、更換原料、調換顏色或發現塑料中有分解現象時,都需要對注塑機機筒(tǒng)進行清洗或拆洗。
脫模劑的選(xuǎn)用
脫模(mó)劑是能使塑料製品易於脫模的物質。硬脂酸鋅適用於除聚酰(xiān)胺外的一般塑料;液體(tǐ)石蠟用於聚酰胺類的塑料效果較好;矽油(yóu)價格(gé)昂貴,使用麻煩,較少用。
使用(yòng)脫模劑應控製適量,盡量少用或不用。噴塗過量會影響製品外觀,對製品的彩飾也會(huì)產生不良影響(xiǎng)。
注塑製品(pǐn)產生(shēng)缺陷的原(yuán)因及其處理方法
在注(zhù)塑成型加工過程中可能由於原(yuán)料處理不好、製品(pǐn)或模具設計不合理、*作工沒(méi)有掌握(wò)合適的工藝*作條件,或者因機(jī)械方麵的原因,常(cháng)常使製品產生注不滿、凹陷、飛邊、氣(qì)泡、裂紋、翹曲(qǔ)變形、尺寸變化等缺陷。
對塑料製品(pǐn)的(de)評價主要有三個方麵,第一是外觀質量,包括完整性、顏色(sè)、光澤等;第二是尺寸和相對(duì)位(wèi)置間(jiān)的準確性;第三是(shì)與用途相應的機械性(xìng)能、化學(xué)性能、電性能等。這些質量要求又根據製品使用場合的不(bú)同,要求的尺度也不同。
螺杆塑化能力是指當(dāng)背壓為零、螺杆轉速(sù)最大時單位時間內所能提供的熔料量(liàng)。
評價螺杆設計水平,可以通過檢測其塑化能力以及螺杆轉速、背壓和功率消耗等對塑化能力的影響敏感程度。在設計螺杆時,希望螺杆直徑能盡可能小,螺杆能承受的轉速盡可能(néng)高,從而達到塑化能力高、塑化質量好。
注塑(sù)機的塑化能力決(jué)定了(le)注塑機的生產能力和(hé)生產(chǎn)效率(lǜ)。根據注射螺杆塑化機理,由於螺杆間歇性工作和塑化時螺杆軸向移(yí)動以及注射時螺槽內物(wù)料的運動等(děng)作用,形成了塑料在螺槽內的熔融過程為(wéi)非穩態過程,表(biǎo)現(xiàn)出熔料軸(zhóu)向溫差大、螺杆的塑化能力和功率消耗不穩定。
螺杆塑化時,背壓對塑化(huà)能力的影響是顯著的,在螺(luó)杆(gǎn)塑化(huà)過程中,當增大注射油缸的回泄阻力(背壓增大)時,即增大螺杆均化段前部熔料的壓力(lì),使反向流(liú)量增加(jiā),塑化能力相應(yīng)降低。
背壓增大,螺杆驅動功(gōng)率也將增大,螺杆轉速與塑化(huà)能力成(chéng)正比,而螺杆的驅動功率又(yòu)正比於塑化能力,所以螺杆的驅動功率與螺杆轉速成正(zhèng)比。
模具溫度均勻,提高模溫時,對(duì)注(zhù)射成型工藝和製品性能有如(rú)下影響:
有利於熔體充模流動,充模壓力略微(wēi)降低;
冷卻(què)時間延長,所需保壓時間延長,成型周期(qī)也延長;
製品脫模困難,結晶性聚合物結晶度增高(製(zhì)品密度提(tí)高),後收縮減少,製品收縮率增大;
製品表麵光亮程度提高,製品內大分子定向程度(dù)減少,內應力降低;
衝擊強度下降模具溫度不(bú)均勻:製品收縮不均勻,從而造成製品產生內應力,翹曲變(biàn)形及應力開裂。模溫過(guò)低導致熔體流動性(xìng)降低,充模(mó)不滿或產生熔接痕強度低。製品內存在較大內應力則易產生(shēng)翹曲變形或應力開裂。
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