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注塑機注射成型的核心過程是(shì)充模(mó)。塑料熔體充填模腔時的流動模型(流動狀態(tài))決定著製(zhì)件的凝聚態結構和表觀結構(如結晶、分子取向、熔合均勻(yún)性等),最終影響製件的使用性(xìng)能。
塑料熔體從澆口進入型(xíng)腔(qiāng)的正常充模方式應該(gāi)是後續熔體推(tuī)進熔體前緣,逐漸擴展,橫跨型腔平麵直至抵達型腔內壁,充滿整個型腔。充模流動的非正(zhèng)常形式是(shì)噴射流和滯流充模形式。噴射流和(hé)滯流表現(xiàn)為充模(mó)開始時熔體以較大的動(dòng)能,通過澆口噴射入型(xíng)腔(qiāng),分別形成熔體珠滴和細絲狀直接噴射到澆口對麵的型腔壁麵上,後續的充模過程又如擴散流動那樣。充模時發生不正常流動形式的流動會使熔(róng)體產生分離和熔合,形成較多的熔體熔(róng)接縫,給製件性能帶(dài)來不利影響。
影響熔體充模流動(dòng)形(xíng)式的因素有(yǒu):熔體溫度、模具溫(wēn)度、注射壓力、注射速度以及模(mó)具型腔的空間大小、澆口尺(chǐ)寸和位置。
采用色料充模注塑法和透明模具觀察法(fǎ),觀察不同工藝(yì)條件下熔體充模流動的形式變化。色料充模注塑法是(shì)在透明原料樹脂中(zhōng)混入不同顏料,注射成型試樣,觀(guān)察製品上的流痕花紋,根據流痕花紋判斷(duàn)是正常的鋪展式(shì)充模流動,還是(shì)非正常的(de)充模(mó)流動。透明模具觀察法是(shì)采用透(tòu)明(míng)模具,直接觀察充模流(liú)動特點的方法。
注塑機的工作原理:借助螺杆(或柱塞)的推力,將已塑(sù)化好的(de)熔融狀態(即粘流態)的(de)塑料注射入閉合好的模腔內,經固化定型後取(qǔ)得製品的工(gōng)藝(yì)過程。
注射成型是(shì)一個循環的過程,每一周期主(zhǔ)要(yào)包括:定量加料—熔融塑化—施壓注(zhù)射—充模冷卻(què)—啟模取件。取出塑件後又(yòu)再閉模,進行下一個(gè)循環。
注塑機的(de)動作程序
噴嘴前進→注射→保壓→預塑→倒縮→噴嘴後退→冷(lěng)卻→開模→頂(dǐng)出→退針→開門→關門→合(hé)模→噴嘴前進。
一般注塑機包括注射裝置、合模(mó)裝置、液壓係統和電氣(qì)控製係統等部分。
注射成(chéng)型的基本(běn)要求是塑化、注(zhù)射和成型。塑化是實現和保證成型製品質量的前提,而為滿足成型的要求,注射必須保證有足夠的壓力和速度。同時,由於注射壓力很高(gāo),相應地在模腔中產生很高的壓力(模腔內(nèi)的平均壓力一般在20~45MPa之間(jiān)),因此必須(xū)有足夠大的合模力。由此可見,注射裝置和合模裝置是注塑機的關鍵部件。
預塑動(dòng)作選擇
根(gēn)據預塑(sù)加料前後(hòu)注(zhù)座是否後(hòu)退,即(jí)噴嘴是否離開模具,注塑機一般(bān)設(shè)有三種選擇。
(1)固定加料:預塑前(qián)和預(yù)塑後噴嘴都始終貼進模具,注座(zuò)也不移動。
(2)前加料(liào):噴嘴頂著模具(jù)進行預塑加料,預塑完畢,注座(zuò)後(hòu)退(tuì),噴嘴(zuǐ)離開模具。選(xuǎn)擇這種方式(shì)的目的是:預塑時利用模具注射孔抵住(zhù)噴嘴,避免(miǎn)熔料在背壓較(jiào)高時從噴嘴(zuǐ)流出,預塑後可以避免噴嘴和模具長時間接觸而產生熱量(liàng)傳遞,影響它們(men)各自溫度的相對穩定。
(3)後加料:注射完成後,注座後退,噴嘴離開模具然後(hòu)預塑(sù),預塑完注座再前進。該動作適用於加工成型溫度特別窄(zhǎi)的塑料,由於噴嘴(zuǐ)與模具(jù)接觸時間短,避(bì)免了熱量的流失,也避免了熔料在噴嘴孔內的凝固。注射壓(yā)力選擇
注塑機的注射壓力由(yóu)調壓閥進行調節,在調(diào)定壓力的(de)情(qíng)況下,通(tōng)過高壓和低壓油(yóu)路的通斷,控製前後(hòu)期注射壓力的高低。
普通中(zhōng)型以(yǐ)上的注塑機設(shè)置有三種壓(yā)力選擇,即高(gāo)壓、低壓和先高壓後(hòu)低壓(yā)。高壓注射是(shì)由注射油缸通入(rù)高(gāo)壓壓力油來實現。由於壓力高,塑料從一開(kāi)始就在高(gāo)壓、高速狀態(tài)下進(jìn)入模腔。高壓注射時塑料入模(mó)迅速,注射油缸壓力表讀數上升(shēng)很快。低壓注(zhù)射是由注射油缸通入低壓壓(yā)力油來實現的(de),注射過程壓力(lì)表讀數上升緩慢,塑料在低壓(yā)、低速下進入模腔。先高壓後低壓是根據塑料種類和模具的實際要求從(cóng)時(shí)間(jiān)上來控製(zhì)通入油缸的壓力油的壓力高低來實現的。
為了(le)滿足不同塑(sù)料要求有不同的注射壓力,也可(kě)以采用更換不同直徑的螺(luó)杆或柱塞的方法,這樣既滿(mǎn)足了注射壓力,又充分發揮了機器的(de)生產能力。在大(dà)型注塑機中往往具(jù)有多段注(zhù)射(shè)壓(yā)力和多級注射速度控製功能,這(zhè)樣(yàng)更能保證製品的質量(liàng)和精度(dù)。
注射速度的(de)選擇
一般注塑機控製(zhì)板上都有快速—慢速旋鈕用來滿足注射速度的要求。在液壓係統中設有一個大流量油泵和一(yī)個小流(liú)量泵同時運行(háng)供油。當油(yóu)路接通大流(liú)量時,注塑機實現(xiàn)快速開合模、快速注射等(děng),當液壓油路隻提供小(xiǎo)流量(liàng)時,注塑機各種動作就緩慢進行。
頂出形式的選擇
注(zhù)塑機頂出形式有機械頂出和液壓頂出(chū)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(èr)種。頂出動作(zuò)可以是(shì)手動,也可以是自動。頂出動作是由(yóu)開模停止限位(wèi)開關來啟動(dòng)的(de)。
合模控製
合模是以巨大的機械推(tuī)力將模具合緊,以(yǐ)抵擋注塑過程熔融塑料的高壓注射及填充模具而令模具發(fā)生的巨大張開(kāi)力。
注塑機的合模結(jié)構(gòu)有全液壓式和機械連杆式。不管是那一種結構形式(shì),最後都是(shì)由連杆完(wán)全伸直來(lái)實施合模(mó)力的。連杆的伸直過程是(shì)活動板和尾板撐開的過程,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(nèi)及至冷卻完成後,隨著便(biàn)是開模動作,取出製品。開模過程也分三個階段。第一階段慢速開模,防止製件在模腔內撕裂。第二階段快速開模(mó),以(yǐ)縮短開模時間。第三階段慢速開模,以減低開模慣性造成的衝擊及振動。
注塑工藝條件的控製
注射速度的程序控製
注射速度的(de)程(chéng)序控製是將螺杆的注射行程分為3~4個階段,在每個階段中(zhōng)分別使用各自適當的注(zhù)射速度。在熔(róng)融塑料剛開始通過澆口時減慢注射速度,在充模(mó)過程中(zhōng)采用高(gāo)速注射,在充模結束時減慢速度。采用這樣的方法(fǎ),可以防止溢料,消除流痕(hén)和減少(shǎo)製品的(de)殘餘應(yīng)力等。
低速充模(mó)時流速平穩,製品尺寸比較(jiào)穩定,波動較小,製品內應(yīng)力低,製品內外各向(xiàng)應力趨於一致(例如將某聚碳(tàn)酸脂製件浸入四氯(lǜ)化碳中,用高速注射成型的製件有開裂傾向,低速的不開裂)。在較為緩(huǎn)慢的充模(mó)條件下,料流的溫差,特別是澆口前後料的溫(wēn)差大,有助於避免(miǎn)縮孔和凹陷的發生。但由於充模時間延續較長容易使製件出現分層(céng)和結合不良的熔接痕,不但影響外觀(guān),而且使機(jī)械強(qiáng)度(dù)大大降低。
高速注射時,料流速度快,當高速(sù)充模順利時,熔料很快充滿型腔,料溫下(xià)降得少,黏度下(xià)降得也少,可(kě)以采用較低的注射壓(yā)力(lì),是一種熱料充模態(tài)勢。高速充模能改進製件的光澤度和平滑度,消除(chú)了接縫線現象及分層現象,收縮凹陷小,顏色均勻一致,對製件較大部(bù)分能保證豐滿。但容易產生製品發胖起泡(pào)或製件發黃,甚至燒傷變焦,或(huò)造成(chéng)脫模困難,或出現充模不均的現象。對(duì)於高黏(nián)度塑料有可能導致熔體破(pò)裂(liè),使製件表麵產生雲霧(wù)斑(bān)。
下(xià)列情況可以(yǐ)考(kǎo)慮采用高(gāo)速高壓注射:(1)塑料黏度高(gāo),冷卻速度快(kuài),長流程製件采用(yòng)低壓慢速不能完全充滿型腔各個角落的;(2)壁(bì)厚太薄的製件,熔料到達薄壁處易冷凝而滯留,必須采用一次高速注射,使熔料能量大(dà)量消耗以前立即進入型(xíng)腔的;(3)用玻璃纖維增強的塑(sù)料,或含有較大量填充材料的塑料,因流動性差,為了得(dé)到表麵光滑而均勻的製件,必(bì)須采(cǎi)用高(gāo)速高壓注射(shè)的(de)。
對高級精密製品、厚壁(bì)製件、壁厚變化大(dà)的和具有較厚突緣和筋的製件(jiàn),最好采用多級注射,如二級、三級、四級(jí)甚至五(wǔ)級。
注射壓力的程序控製
通常將注射壓力的控(kòng)製分成為一次注射壓力、二次(cì)注射壓力(保壓)或三(sān)次以上(shàng)的注射壓力的控製。壓力切換時機是否適當(dāng),對於防止模內壓力過高、防止溢料(liào)或缺料等都是非常重要的。模製品的(de)比容取決於保壓階段澆口封閉時(shí)的熔料壓力和溫度。如果(guǒ)每次從保壓切換到製品冷卻(què)階段的壓力和溫度一致,那麽製品的比容就不會發(fā)生改變。在恒(héng)定的模塑溫度下,決定製品尺寸的最重要參數是保壓壓力,影響製品尺寸公差的最重要的變量是保壓壓力和溫度。
螺杆背壓和轉速的(de)程序控製
高背壓可以使熔料獲得強(qiáng)剪切,低轉速也會使塑料(liào)在機筒內得到較長的塑化(huà)時間。因(yīn)而目前較多地使(shǐ)用(yòng)了對背壓和轉速同時進行程序設計的控(kòng)製。例如:在(zài)螺(luó)杆(gǎn)計量全行程先高轉(zhuǎn)速、低背壓,再切換到較低轉速(sù)、較高背壓,然(rán)後(hòu)切換(huàn)成高背壓、低轉速,最後在(zài)低背壓、低轉速下進行塑化,這樣,螺杆前部熔(róng)料的壓力得到大部分的(de)釋(shì)放,減少螺杆的轉動慣量,從而提高了(le)螺杆計量(liàng)的(de)精確程度。過高的背壓(yā)往(wǎng)往造成著色劑變色程度增大;預塑機構和機筒螺杆機械磨損增大;預塑(sù)周期延長,生產效率下降;噴嘴容易發生流涎,再(zài)生料量(liàng)增加;即使采用自鎖式噴嘴,如果背壓高(gāo)於設計的彈簧閉鎖壓力,亦會(huì)造成疲勞(láo)破壞。所以,背壓壓力(lì)一定要調得恰(qià)當。
隨著(zhe)技術(shù)的進步,將小型計算(suàn)機納入注(zhù)塑機的控製係統,采(cǎi)用計算機來控製(zhì)注塑過程已成為可能。
注塑成型前的準備(bèi)工作
成型前的準備工作可(kě)能包括的內容很多,如:物料加工性能的檢驗(測定塑料的流動性、水分含量等);原料加工(gōng)前的染色和選粒;粒料的預熱和幹燥;嵌件的清洗和預(yù)熱;試模和料筒清洗等。
原料的預(yù)處理
根據塑料的特性和供料情況(kuàng),一般在成型前應對原料的外觀和工藝性(xìng)能進行檢測。如果(guǒ)所用的塑料為粉狀(zhuàng),如:聚氯乙烯(xī),還應進行配料和幹混;如果製品有著色(sè)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(bú)同程度的水分、溶劑及其它易揮發的低分子物,特別是一些具有吸濕傾向的塑料含(hán)水量總是(shì)超過加工所允許的限度。因此,在加工前必須(xū)進行幹燥處理,並測定含水量。
嵌件的預熱
注射成型製品為了裝配及強度方麵(miàn)的要求,需要在製品中嵌入(rù)金屬嵌件。注射成(chéng)型時,安放在模腔中的冷金屬嵌件(jiàn)和熱塑料熔體一起冷卻時,由於金屬和塑料收縮(suō)率的顯著不同,常常使嵌件(jiàn)周圍產生很大的(de)內應力(尤其是像聚苯乙烯等(děng)剛性鏈的高聚物更多顯著)。這種內應力的存在使(shǐ)嵌件周圍出現裂紋,導致(zhì)製品的使用性能大(dà)大(dà)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,以及將嵌件(尤其是(shì)大的金(jīn)屬嵌(qiàn)件)預熱。同時,設計製品時(shí)在嵌件周圍安排較大的厚(hòu)壁等措施。
機(jī)筒的清洗
新購進的注塑機初用之前,或者在生產中需要改變產品、更換原料、調換(huàn)顏色或發現塑料中有分解(jiě)現象時(shí),都需要對注塑機機筒進(jìn)行清洗或拆洗。
脫模劑的選用
脫模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胺外的一般(bān)塑料;液體石蠟用於聚酰胺類的塑(sù)料效果較好;矽油價格昂貴,使用麻煩,較少用。
使(shǐ)用脫模劑應控製適量,盡量少用或不用。噴塗(tú)過量(liàng)會影響製品外觀(guān),對製(zhì)品的彩飾也會(huì)產生不良影響。
注塑製品產生缺陷的原因及(jí)其處理方法
在注塑成型加(jiā)工過程中可能由於原料處理不好(hǎo)、製品或模具設計不合理、*作工沒(méi)有掌握(wò)合適的工藝*作條件,或者因機械方麵的原因,常常使製品產生注不滿、凹陷(xiàn)、飛邊、氣泡、裂紋、翹曲變形、尺寸變化(huà)等缺(quē)陷。
對塑料製品的評價主要有三個(gè)方麵,第一是外觀質(zhì)量,包括完整(zhěng)性、顏色、光澤等;第二是尺寸和相對位置間(jiān)的(de)準確性;第三是與用途相應的機械性能(néng)、化學性能、電性能等。這些質量要求又根(gēn)據製(zhì)品使用場合(hé)的不同,要(yào)求的尺度也不同(tóng)。
螺杆塑化能力是指當背壓為(wéi)零、螺杆轉速最大時(shí)單位時(shí)間內所能提供的熔料量(liàng)。
評價螺杆設(shè)計水平,可以通過檢測其塑化能力(lì)以及螺(luó)杆轉(zhuǎn)速、背壓和功率消耗等對塑化能力的影響敏(mǐn)感程度。在設計螺杆時,希望螺(luó)杆直徑能盡(jìn)可能(néng)小,螺杆能承受的轉速盡可能高,從而達到塑化能力高、塑化質量好。
注(zhù)塑機(jī)的塑化能力決定了注塑機的生產(chǎn)能力和生產效率。根(gēn)據注射螺杆塑化機理,由於螺杆間歇性(xìng)工作和塑化時螺杆軸向移動以及注射時螺槽內物料的運動等作用,形(xíng)成(chéng)了塑料在螺槽內的熔融(róng)過程為(wéi)非穩態過程,表現出熔料軸向溫差大、螺杆的塑化能力和功率消耗不穩(wěn)定。
螺杆塑化時,背壓對塑化(huà)能力的影(yǐng)響是顯著的,在(zài)螺杆塑化過程中,當(dāng)增大注射油缸的回(huí)泄阻力(背壓增大)時,即(jí)增大螺杆均化段前部熔料的壓力,使反向流量增加,塑化能力相應降低。
背壓增大,螺杆驅動功率也將增大,螺杆轉速與塑化能力成正比,而螺杆(gǎn)的驅動功率又正比於塑化能力,所以螺杆的驅動功率(lǜ)與螺(luó)杆轉速(sù)成正比。
模具(jù)溫度(dù)均勻(yún),提高模(mó)溫時,對注射成型工藝和製品性能有(yǒu)如下影響:
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,成型周期也延長;
製品脫模困難,結晶性聚(jù)合物結晶度增高(製品密度提高),後收縮減少,製品收(shōu)縮率增大;
製品表麵光亮程度(dù)提(tí)高,製品內大分子定向程度減(jiǎn)少,內應力降低;
衝擊強度下降模具溫(wēn)度不均勻:製品收縮不均勻,從而(ér)造成製品產生內應力,翹曲變形(xíng)及應力開裂。模溫過(guò)低(dī)導致(zhì)熔體(tǐ)流動性降低(dī),充模不滿或產生熔接痕強度低。製品內存(cún)在較大內應力則(zé)易產(chǎn)生翹曲變形或應力開(kāi)裂。
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