注塑工藝原理及各成型要素在工藝中的作用
注塑工藝原理實際就是「注塑過程」,「注塑過程」包預括預塑計量,注射充模,冷卻定型等過程,下面我們就這幾個過程原理進行講述:
一. 預塑計量過程
預塑計量過程是高分子物料在料筒中進行塑化的過程,是把固態粒料或粉料經過加熱、壓實、混合,從玻璃態轉變為均化的粘流態.所謂「均化」是指聚合物熔體溫度均化、粘度均化、密度均化和組分均化,在塑化過程中同時完成了計量程式..由於聚合物的熱機效能,因此影響預塑過程的重要因素是熱能輸入和轉換條件.
預塑計量過程的熱能**有三種輸入方式:
1. 料筒通過電熱元件從外部加熱,料筒內的物料能通過熱交換和熱傳導吸收外部的供熱,使其軟化和熔融,外加熱方式使料筒橫截面方向及長度方向上產生很大的溫度梯度.
2. 物料靠螺桿旋轉作用,通過剪下機理和摩擦機理使機械能轉化為熱能,加熱自身使其熔融.
3. 熱能輸入方式是1和2的結合,塑化時筒內物料一部分靠外部加熱,一部分靠螺桿旋轉通過機熱轉換供熱.通過加熱和機能轉換兩種輸入方式控制塑化過程和塑化質量.
預塑時能量平衡條件應滿足下式:
總熱量=對流熱量+傳導熱量+剪下熱量+摩擦熱量
在預塑階段影響聚合物熔體塑化質量的因素主要來自兩個方面:
1. 預塑過程有關的工藝引數,如料筒加熱溫度、螺桿行程、螺桿轉速、預塑背壓、計量時間等.
2. 聚合物熱物理效能和流變性能有關的引數.製品質量與儲料室的熔體有直接關係,並由預塑過程中的質量及計量精度所決定,塑化過程追求的主要指標是:塑化質量、計量精度、塑化能力.
二. 注射充模過程
注射充模過程是計量室中預塑好的熔體注入到模具型腔裡面去的過程,這是聚合物熔體經過噴嘴,流道和澆口向模腔流動的過程,從工藝程式上看分兩個階段,注塑階段與保壓階段,這兩個階段雖都屬於熔體流動過程但流動條件卻有較大區別.
注塑階段是從螺桿推進熔體開始,到熔體充滿型腔為止,注射時在其螺桿頭部的熔體所建立起來壓強稱注射速率,螺桿推進熔體的行程稱注射行程.在注射階段熔體速度表現是主要的,必須建立足夠的速度頭和壓力頭才能充滿模腔.
保壓階段是從熔體充滿模腔開始到澆口凍封為止.注塑階段完成後,必須繼續保持注射壓力,維持熔體的外縮流動,一直持續到澆口封凍為止,因此保壓階段的特點是壓力表現是主要的,保壓階段的注塑壓力稱保壓壓力,在保壓壓力作用下,模腔中的熔體得到冷卻補縮和進一步地壓縮和增密.
三. 冷卻定型過程
冷卻定型過程是從澆口「凍封」開始至製品脫模為止,保壓壓力撤除後模腔內的熔體繼續冷卻定型,使製品能夠承受脫模頂出時所允許的變形.
冷卻定型過程的特點:溫度表現是主要的,熔體溫度逐漸降低一直到脫模溫度為止,這一過程沒有熔體流動,熔體在溫度影響下比容和模腔壓力在發生變化,隨著溫度降低比容和模腔壓力減少.
研究注塑過程的目的是為了根據物料和製品調整好注塑工藝引數,控制好注塑製品量.
在製品模具確定的條件下,影響製品質量的因素主要是注塑工藝引數和注塑機的設計引數.下面我們就工藝引數中各要素及其在成型中的作用做簡單闡述.
一. 注塑引數
1. 注射量
注射量是指注塑機螺桿或柱塞在注射時,向模具內所注射的物體的熔體量(g).對已選定的注塑機來說,注射量是由注射行程來控制的.如果選用注塑量過小則會因注塑量不足而使製品產生各種缺陷,過大則造成能源浪費.
2. 計量行程(預塑行程)
每次注塑程式終止後,螺桿處在料筒的最前位置,當預塑程式到達時,螺桿開始旋轉,物料被輸送到螺桿頭部,螺桿在物料的反作用力作用下後退,直到碰到限位開關位止, 螺桿後退.螺桿後退的距離稱計量行程或預塑行程,如果計量行程調節太小會造成注射量不足,如果計量行程調整的太大,使料筒前部每次注射後的餘料太多,使熔體溫度不均或過熱分解,計量行程的重複精度的高低會影響注射量的波動.
3. 餘料量
螺桿注射完了之後,螺桿頭部留存的熔料量稱為餘料量,餘料量一方面可防止螺桿頭部和噴嘴接觸發生機械破損事故,另一方面通過餘料墊來控制注射量和重複精度.達到穩定注射製品品質的目的.
4. 防延量
防延量是指螺桿計量,預塑到位後,又直線地倒退一段距離使計量室中熔體的比容增加,內壓下降,防止熔體從計量室向外流出,這個後退動作稱防流延動作,後退距離稱防延量動作,後退距離稱防延量或防延行程.防流延還有乙個目的是在注射噴嘴不退回進行預塑時,降低噴咀流道系統的壓力,減少內應力,並在開模時容易抽出料把.過大的防延量會使計量室中的熔料挾雜氣泡,嚴重影響製品質量,對粘度大的物料可不設防延量.
5. 螺桿轉速
螺桿轉速影響注塑物料在螺桿中輸送和塑化的熱歷程及前切效應,因此它是影響塑化能力,塑化質量和成型週期等因素的重要引數.隨著螺桿轉速的提高,熔融溫度上公升,塑化質量下降,曳流量加大熔融溫度的均勻有所改善.
6. 背壓
預塑時螺桿頭部的熔體壓力,克服螺桿後退時的系統阻力後才能後退,在此系統阻力中除了螺桿與料筒中的阻力之處還有注射油缸的回油阻力,通過調節器節節流元件控制回油阻力在計量室中建立的熔體壓強稱為背壓.螺桿背壓對熔體溫度的影響效果與聚合物性質的密切關係,背壓提高有助於螺槽熔體的反流和漏流降低了熔體輸送能力,減少塑化量,增加功率消耗,過高背壓會使剪下熱過大,使高分子物料發生降解而嚴重影響產品質量.
7. 注射壓力和保壓壓力
定義參考前文
選擇注射製品的注射壓力,首先要考慮注塑機所允許的注射壓力,只有在注塑機額定的注射壓力範圍內,才能調整出具體製品所需求的注射壓力,如果注塑壓力調定過低會導致模腔壓力不足,熔體不能充滿模腔,反之如果調整過大,不僅會造成製品溢邊,脹模等不良現象.還會造成壓力波動,甚至系統過載.
保壓壓力和保壓時間對凝固點及製品的收縮率比容有明顯影響,提高保壓壓力,延長保壓時間會使凝固推遲,有助於減小製品收縮率.除錯時要注意指注射壓力到保壓壓力的切換點和保壓時間的長短,將影響成型產品的質量.
8. 注射速率和注射速度
注射速率指單位時間內注入模腔中熔體的容積,注射速度指注射時熔體注入模腔的速度.注射速率提高可以維持熔體有效高的溫度,流體粘度低,流道阻力損失小,可得到較高的模腔壓力,可使流動長度增加,製品質量均勻密實,但是過高的充模速率會增加壓力損失,會造成熔體的不穩定流動,發生彈性湍流,或由於熔體速度頭的衝擊造成脹模溢邊現象.
二. 合模引數
1. 合模力
在注射階段和保壓補縮階段,模腔壓力要產生使模具分開的脹模力,為了克服這種脹模作用,合模系統所必須對模具施以的緊閉力,稱為合模力,合模力的調整將直接影響製品的表觀質量和尺寸精度,合模力不足會導致模具離縫,發生溢料,但太大會使模具變形,製品產生內應力和不必要的能量消耗,注塑製品所需要的合模力簡稱工藝合模力,應根據模腔壓力和製品投影面積來確定pr≥pcp*fr/1000 pr---工藝合模力kn或t,pcp---模腔壓力,bar(kgf/cm2)fr---製品投影面積cm2,工藝鎖模力必須小於注塑機的額定鎖模力(ph)一般取pr≤(0.8-0.9)ph.
2. 頂出力
克服製品和模具的附著力,摩擦力使製品從模具上頂出的力稱為頂出力,過小的頂出力製品無法脫下,過大的頂出力和頂出速度會使製品發生翹曲變形,甚至斷裂破壞,頂出力,頂出速度和頂出行程要根據製品的結構,形狀與尺寸,製品材料性質以及成型工藝條件、模具表面溫度、粗糙度、脫模斜度以及頂出形式,面積、位置等來調整.
三. 溫控引數
1. 烘料溫度
根據不同的乾燥裝置及物料選取烘料溫度及時間,聚合物的含溼量直接影響製品質量.
2. 料筒溫度
料筒溫度指料筒表面的加熱溫度
根據不同的聚合物效能在加料段、壓縮段、均化段、計量及噴嘴上合理選用,工藝調整時,一般應從低溫向高溫調節,一直到合適溫度為止.
3. 模具溫度
指與製品接觸的模腔表面溫度,直接影響製品在模腔內的冷卻速度,模具溫度應根據聚合物性質,製品大小,形狀,模具結構和澆道系統,環境溫度等等設定,提高模溫會增加製品密度與光潔性延垂保壓時間和提高充模力.
四. 注塑成型週期
乙個完整的迴圈週期包括裝門---合模---注射保壓---螺桿計量---開模---頂出製品---開門取件,在全自動迴圈中不存在開門閉門的人為因素,是用時間間設定來控制的,成型週期中各階段直接影響到聚合物固體,熔體和製品所經過的熱歷程和受力作用的時間,影響到品質和生產效率.
注塑工藝卡片
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注塑機除錯注塑工藝
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