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粉末注射成型网CNPIM-注塑成型基础知识讲解

粉末注射成型-CNPIM
2017-02-16
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注塑成型材料

一.塑料的定义

塑料(plastics)是一种简单的单体(monomers)经由化学聚合反应(polymerization)而成的长链状高分子聚合物(polymers)。

根据美国塑料工业协会对于塑料的定义:「将全部或部分由碳、氧、氢和氮及其它有机或无机元素使用加热、加压、或两者并用的方式聚合而成,在制造中的阶段是液体,在制造的最后阶段成为固体,此庞大而变化多端的材料族群称为塑料。」高分子聚合物加工成为塑件的制程主要包括热塑性塑料之熔化与凝固的物理相态变化或热固性塑料之固化的化学反应两种。

塑料的分类

根据塑料受热后表现的不同行为,塑料可以区分为热塑性塑料(thermoplastics)和热固性塑料(thermosets)。

(1)热塑性塑料

热塑性塑料受热软化、熔融,当温度降低时,能变硬定形,若再次受热,仍能软化熔融,冷却软化熔融,冷却变硬定形,这一过程能反复的多次进行;

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(2)热固性塑料

热固性塑料受热后,开始软化并具有一定的可塑性,在更高的温度及压力下,固化成型。此后,不再具有可塑性,若在继续加热,也不能熔化,而只能分解碳化,热固性塑料不溶于任何溶剂,热固性塑料在成型过程中,不仅有物理变化,还有化学变化。

塑料的力学三态

在自然界中,我们将所有的物质在常温下聚集的状态分为三种:即液态,气态和固态。

以非晶态线形高聚物为代表的高分子聚合物,由于分子结构的连续性以及其巨大的分子量,所以他们的聚集态不同于一般低分子化合物,而是在不同的热力条件下,以其独特的三种形态存在, 即玻璃态、高弹态、和粘流态

高分子聚合物是不存在气态的,在受热而可能气化之前,分子结构已受到彻底的破坏,成为低分子的气化物或碳化物

高分子聚合物的玻璃态实际上是固态的一种表现形式,特点是在一定的温度范围内,呈现出固态物质普遍的具有的性质,在某些力学特性上类似于普通的玻璃

高分子聚合物的粘流态是一种独特的液态,在某个温度范围内,具有既可以流动又有别于普通的低分子液体的力学性质

高分子聚合物的高弹态时介乎玻璃态和粘流态温度范围的独有的形态

高分子聚合物的和其他的物质一样,在特定的温度压力下有一个相对稳定的形态,比如,在普通的使用条件下,可以将有机玻璃视为玻璃态的代表,而将液体树脂视为粘流态的代表

(1)玻璃态

处于玻璃态的塑料分子链段运动基本上处于停止的状态,分子在自身的位置上震动,分子链缠绕成团状或卷曲状,互相交错,紊乱无序;

当受到外力作用时,分子链段将作瞬时间微小的伸缩和键角改变,整个塑料形体具有一定的刚性和强度,在这种形态下,塑胶件可以被使用或进行机械加工

一般非结晶形塑料,其玻璃化温度高于室温,我们可以将塑料原料颗粒,定形了的制件视为玻璃态。

(2)高弹态

处于高弹态下的塑料分子,动能增加,链段展开成网状,但分子的运动仍维持在小链段的选装,链与链之间不发生位置移动,受外力作用时可产生缓慢性变,当外力除去后,又是慢慢恢复原状,在这种状态下,塑料具有一种类似橡胶的弹性,所以又称橡胶态,通常称为弹性或橡胶体的高聚物,便是之在室温下处于高弹态的高聚物,

高弹态有两个特点

a.在较小的作用力下可以产生较大的变形,外力接触后能恢复原状

b.高弹态性变并非瞬间发生,而是随时间逐渐发展,与普通的弹性形变不同,在同样的外力作用下,形变要延迟一段时间才能完成,而且形变量达,松弛性也较明显-塑料的高弹态其实只有在热加工过程中才出现

(3) 粘流态

处于粘流态下的塑料分子,网状结构已经解体,大分子链与链之间,连段与链段之间都有能够自由移动,这是塑料的液体存在的形式,只是粘度大,物理构成不同,力学性质不同,当给与外力时,分子间很容易相互滑动,造成塑性体的变形,除去外力便不再恢复原状

塑料热成型过程中可以这样描述,通过热和力的作用,让塑料从室温的玻璃态,经历高弹态状便为粘流态,注射入具有一定形状的密闭模腔,然后再模腔内逐渐冷却,从粘流态转回玻璃态,最后形成与模腔形状一致的制品

塑料只能在粘流态下才能注射充填成型,即是说,塑料的加工温度范围只能是从粘流温度(或结晶型塑料的熔点)到分解温度之间,如果这个范围宽,加工将比较容易,如果这个范围窄,可选择的加工温度限制就大,加工就较为困难,前者以聚乙烯为代表,后者以聚氯乙烯为代表,经常用的ABS也属于这类范围宽的

注塑机基础知识

塑料注射机是注射成型的主要设备,它可将热塑性塑料或热固性塑料在塑化料筒中加热,混炼,塑化,达到熔融状态,向已经塑化好的物料施加压力,射出并注入模具型腔,经冷却固化得到成型制品。

注塑机主要由注射系统,合模系统,液压系统,电气系统 4大系统组成,另外还包括加热冷却系统,润滑系统、安全及监测系统

1.合模系统

合模系统主要包括锁模装置,调模装置及其制品顶出装置等。

锁模系统的主要作用有:

(1)保证模具能快速、灵活、准确、安全地实现闭合、开启及制品顶出;

(2)模具闭合是。能提供足够的锁模力,抵抗注射熔体产生的模腔压力,防止模具涨开

2.注射系统

注射系统主要包括预塑装置及注射装置,故也称为预塑、注射系统。其主要作用:

(1)均匀加热,并在规定时间内将一定数量的熔融塑料塑化;

(2)在一定的压力和速度下,将定量的熔体注射到模具型腔内;

(3)在注射结束后,对模腔内的熔体进行保压

3.液压控制系统

注塑机的液压控制系统主要由各种液压元件、回路、液压辅助元件组成。其主要作用有:保证注塑机能够按照预定的工艺条件及动作程序,进行准确而有效的工作

4.电气控制系统

电气控制系统主要由各种电气和电子元件、仪表、加热器、传感器等组成。其主要作用有:与液压控制系统配合,准确的实现预定的工艺要求;为实现个动作程序提供动力

5.加热冷却系统

主要用于料筒及喷嘴的加热,冷却系统主要用于模具、液压油、料筒的加料段的冷却;

6.润滑系统

润滑系统是为了注射机有相对运动的部位,如调模板、调模装置、连杆机绞等处,提供润滑条件的回路;

7.安全与检测系统

注射机的安全保护装置,主要由安全门、行程阀、机械保护杆等组成。主要作用是保护操作工人的人身安全及设备的运行运行安全;

注塑成型基础知识

所谓注塑就是塑胶材料在注塑机的料筒中经过外部的加热和螺杆的旋转而产生的剪切热对树脂材料进行塑化成熔体后,通过施加一定的压力,把熔体注射到具有一定的形状的型腔中经过冷却定型后所产生的物品就为注塑。

1.注塑成型工艺

注塑成型工艺是成型塑料制品的一种常用方法,其工艺流程如下图所示。

从以上工艺流程可以看出,注塑成型是一个循环过程,完成注塑成型需要经过包括预塑计量、注射充模、保压补缩、冷却定型4大过程。

(1)预塑阶段

螺杆开始旋转,然后将从料斗输送过来的塑料向螺杆前端输送,塑料在高温和剪切力的作用下塑化均匀并逐步聚集在料筒的前端,随着熔融塑料的聚集,压力越来越大,最后克服螺杆背压将螺杆逐步往后推,当料筒前部的塑料达到所需的注塑量时,螺杆停止后退和转动,预塑阶段结束。

(2)注塑阶段

螺杆在注塑油缸的作用下向前移动,将储存在料筒前部的塑料以多级速度和压力向前推压,经过流道和浇口注入已闭合的模具型腔中。

(3)保压补缩过程

保压阶段的注射压力称保压压力,在此压力作用下,模腔中的熔体得到因冷却而补缩,制品得到压缩与增密。在此过程中,保压压力起主导作用。

保压阶段的特点是:熔体在高压下慢速流动,螺杆有微小的补缩位移,物料随冷却和密度增大使制品逐渐成型。在保压阶段,熔体流速成很小,不起主导作用,而压力却是影响过程的主要因素,在保压阶段,模内压力和比容是不断地变化的。

(4)冷却定型阶段

塑料在模具型腔中经过保压,防止塑料倒流直到塑料固化,型腔中压力消失。一个生产周期中冷却定型时间占的比例最大。

注塑工艺参数简介

注塑中控制的五大要素:

温度:包括烘料温度,料筒温度,模具温度以及机台油温

压力:包括锁模压力,开模压力,注射压力,保压压力,座进座退压力,顶进顶退压力,倒索压力,背压

速度:包括锁模速度,开模速度,注射速度,保压速度,座进座退速度,顶进顶退速度,倒索速度

时间:注射时间,保压时间,烤料时间,成型周期

位置:注射相关位置,开模相关位置,合模的相关位置,倒索位置

1.温度

(1)油温:对于液压机而言是由于机器的不停运作液压油运动摩擦而产生的热能,它是由冷却水来控制,在开机时要确认油温在45℃左右,若油温过高或过低均会影响压力的传递。

(2)料筒温度是指料筒表面的加热温度,料筒温度的作用是为了使固体颗粒状的塑胶原料转化成一个整体的流动性很好,通过机器的运转能使色粉色母等辅料充分地熔合在一起的半液体状态,达到能填充到模具内的需要。料筒分三段加热,从料斗到喷嘴依次从低到高,使塑料逐步熔融、塑化。

第一段是靠近料斗处的固体输送段,温度要低一些,料斗还要用冷却水冷却。第二段为压缩段,物料处于压缩状态并逐渐熔融。第三段为计量段,物料处于全熔融状态,在预塑终止后形成计量室,储存塑化好的物料,以保证处于熔融状态。

(3)喷嘴是具有加速熔体流动、调整熔体温度及物料均化的作用。喷嘴温度一般要低于料筒的最高温度,一方面是防止溢流,另一方面,是塑料发生分解,影响制品质量。

注意:料筒温度和喷嘴温度与成型的其它工艺参数有关。如当注塑压力低时,为保证物料的流动,应提适当高料筒和喷嘴温度,反之,应降低料筒和喷嘴温度。一般可以通过“对空注射法”和制品的“直观分析法”来调整工艺参数,确定最佳的料筒和喷嘴温度。

(4)模具温度

模具温度是指与制品、浇口、流道接触的模腔的表面温度。对制品的外观的气纹、夹线,尺寸和内在的性能影响很大。升高模具温度,能提熔体的流动性,加大制品的收缩率,释放、降低制品的内应力。模具温度通常是靠调整模温机的温来控制的。模温机是辅助设备,它不是注塑机的一部分,具有独立的升降温系统和使媒体循环的装置。

(5)热流道温

它分为保温型和加热型。热流道系统的特点是在每一个注射成型周期中保持主流道和分流道的主题的融体不凝固,使之不产生料把和冷胶。并能降低塑料的原材料消耗和成型中的能耗,缩短了成型周期。它的温度设定是依据所使用材料的加工工艺温度而定。一般比喷嘴温度偏高,并保持其熔融状态并不至于产生流涎。

2.速度

A、开合模的速度设定,开合模的设定一般是按慢—快—慢的原理,这样设定主要考虑机器、模具、周期去考虑。

B、顶出设定:可根据产品的结构来设定,结构复杂的最好用慢速顶出一些再用快速脱模,缩短周期。

C、射速:根据产品的大小,结构去设定,若结构复杂较为壁薄的可快速,若结构简单壁厚的可用慢速,还要根据材料的性能,由慢到快设定。

3.压力

(1)射出压力

注射溶体是通过射出压力从喷嘴流入模具主浇口经过分流道浇口而进入模腔,螺杆头部的注射压力必须在克服溶体在进入模腔后所遇到的阻力损失后保持一定的压力来充满模腔。

(2)保压压力

当高温溶体充满模腔后就进入保压补缩阶段,一直持续到浇口封冻为止。以补偿溶体由于温度下降而引起的体积收缩。因此,保压压力的设定将对溶体的定型过程及制品质量产生重要影响。

(3)溶胶背压

溶胶背压是控制料管内溶体密度的一个辅助压力。调整背压能有效地排料管内计量段内原料的气体,能使有颜色的原料颜色混合均匀,还能直接影响到制品的收缩,尺寸精度等。

(4)锁模压力

锁模力是指注塑机合模机构对模具所能施加的最大夹紧力,也叫合模力。注塑机在注射时,熔料经料管,喷嘴、浇口后进入模腔,其注射压力一部分损失在喷嘴和浇口,其余的为模腔内熔体压力,通常称模腔压力。锁模压力设定必须要保证大于充模时的模腔压力,以防止模具被撑开而产生披锋。锁模过大则会降低模具的精度和寿命。

4.时间

(1)射胶时间

是指螺杆向前推进,熔料向模腔填充这一动作过程的时间。根据制品的大小、厚薄和直接观察制品的外观来判断设定射胶时间的长短。注塑机射胶时间设置装置,不管是多段还是一段射出,只能设置一个时间。

(2)保压时间

充模后要继续推进融体补缩,维持补缩流动阶段,一直持续到浇口封冻为止,以便获取致密制品。注塑机保压时间,是每一段必需设置一个时间。

(3)冷却时间

是指从浇口凝固开始至脱模的冷却阶段,可使模内刚好成型的制品具有一定钢性和强度,防止脱模时顶出变形,这时融体无法再进入模腔内,制品的重量无法再改变。冷却时间与熔胶(蓄料)大多是同步进行,一般是要长于是熔胶时间。

5.位置

(1)开合模位置

可根据开合模速度对应来设定,关键要把低压保护的起始位置时定好,即低压的开始位置应是最可能保护模具,又不影响周期的点,终止位置应为在慢速合模时模具前后模所接触的位置。

(2)顶出位置

此位置能满足产品完全脱模即可,首先由小到大递增来设定,注意装模时一定要把回退位置设为“0”,否则易损坏模具。

(3)熔胶位置

根据产品大小和螺杆大小算出其料量,再设定出相应的位置。

(4)V—P位置应由大到小即Short—Short法(即短射法)来找出V—P位置(即V—P切换点)。

成型前的准备工作

1.原料的检验

a 通过观察塑胶原料的外包装,颗粒形状,颗粒大小,外观色泽等判断是否与要生产的订单部品的物料需求表的种类,型号是一致的,防止用错原料。

b 检查包装是否有破损,原料是否有被污染的迹象。特别是透明的原料。

2.塑胶原料的着色和配料

塑胶原料出厂时的颜色多为原色(本色),白色,乳白色,淡黄色和透明的状态。为了满足制品对颜色的需要,使用前要加入色母、色粉等辅料。

一般情况,模具在前期试产阶段就已经对制品的颜色作好了调整,色粉色母的配比都已制订好,并且会制作一些颜色限度样板,量产阶段只需严格按物料需求表,对照作业指示书配料即可。配料操作重点:配料前混料机要用风枪和软布片将料斗内壁清洗干净,混过色粉料的要用洗模水或煤油清洗;装料的袋子最好是保存好的原装料袋,没有原装料袋时代用的料袋要干净,保证无灰尘无其它原料。

3.原料的干燥

原料中的水分超过一定的量后,使用生产的的制品表面会出现料花(银纹)、气泡、缩孔等到不良,严重时会引起降解,影响产品的外观和内在质量,因此,成型前必需对塑胶原料进行干燥处理。

不同种类的塑胶原料,其吸湿性有所不同,因此,可分为两大类:易吸湿和不易吸湿。易吸湿的有:ABS、PA、PC、PMMA等;不易吸湿的有:PE、PP、PS、PVC、POM等。

影响干燥效果的因素有三个,即干燥温度、干燥时间和料层壁厚。干燥后的原料离开干燥机后会再次吸湿,长时间不用的,使用前要用同样的条件重新干燥

4.设备的清洗

不同的模具、制品或订单会使用不同种类的塑料胶原料或不同颜色的塑胶原料。

不同种类,不同颜色的塑胶原料通过注塑机的料管塑化不能够达成充分混合,即使能混合在一起,生产出的制品也可能出现内在质量差,易断裂,没有弹性,整体或局部颜色偏差大、黑点黑纹等不良。也可能出现成型过程不稳定,有的甚至无法生产(如塞嘴等)。所以,在转模生产时,要清理干净上一模具或制品生产时机器内残留的不同颜色或种类的塑胶原料。

5.模具的准备工作

模具的清洗

注塑成型前,要将模具表面、型腔、镶件周围的缝隙、唧嘴、流道等部位上的防锈油都清洗干净,防止油污粘到制品上,或因油污堵塞模具的排气,影响成型的稳定性。镜面制品、电铸壳、后加工外观要求较严的模具严禁用药棉、碎布、旧手套擦拭,防止操作过程中造成模具表面损坏,导致制品表面出现划痕。一般是用洗模水冲洗,同时用风枪吹。

操作过程中要防止风枪或其它物品碰到模具表面。拆开模具清洗时要特别注意拆散的镶件、模壳要用专用胶盒放好,必要时要用珍珠棉片、软布片包好存放。拆开模具清洗非专业人员不得操作。清洗模具最好是在上机前进行,第一便于清洗,更能保证质量,第二能够节省转模的时间。

接运水

因制品外观和产能的需要,生产时要对模具接运水、模温机、冻水机,以便模具温度处于一个理想的,相对比较恒定的、受外界影响变化较小范围内。上机接好运水,开动模温机后,需要一段时间升温,一般需要15~30分钟。

接热流道电源

个别使用热流道的模具,上机后要接通热流道电源,预热15~30分钟后,观察热流道电箱的显示值达到设定值后才能试注塑成型。

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