注塑实用技术

厦门宏发电声有限公司注塑实用技术第1页共33页第一章概论第一节注塑机的发展过程注塑机是进行塑料注塑成型生产的专用设备，它利用塑料可以加热软化及金属的熔融压铸成型原理。简单的说，注塑机就是将塑料材料加热软化变成流体，然后射进要成型的模具里，冷却后变为人们所要的塑料产品的一种机械装置。19世纪70年代注塑机最初是由金属的熔融压铸机改进而来的，机床形状及功能也基本上和金属压铸机差不多，我们称为柱塞式注塑机，它的工作原理和金属压铸机很相似，使用柱塞将料筒内的热融塑料向前推送，通过分流梭，再经过射嘴注入模具。塑料软化成粘流态的热量由料筒外的供热装置提供，如蒸汽、高温油、电加热等，通常使用的是电加热。这种柱塞式注塑机，由于结构简单，操作方便，技术要求不高，能满足一般小型制品及精度要求不太高的塑料制品的成型要求，目前在塑料加工行业中仍有不少的企业在使用，特别是中小企业及个体私营企业。在柱塞式注塑机中，有待研究改进的是料筒内的分流梭。分流梭是柱塞式注塑机中一个非常重要的元件。塑料在未安置分流梭的料筒内受热软化后，粘度仍然很大，在柱塞的平移推动下，料流是一种平缓的滞流态势。因为料筒内同一横截面不同径距的质点，与料筒内壁距离不同，有着梯度变化式的流速，结果靠近料筒轴心的塑料向前流的快，停留时间短，而靠近料筒内壁的塑料向前流的慢，停留时间长；另外，这种料筒的温度分布状态也很差，靠近料筒内壁的塑料，由于流的慢，又直接受料筒外壁加热器的加热，所以温度特别高，而靠近料筒轴心的塑料，因为流动较快，又与料筒外壁加热器隔了一层导热性较差的塑料层，所以温度特别低。这样，在注塑出来的熔融塑料中同时并存着塑化程度不一的成分，俗称“夹生饭”。成型的制品的品质无法保证，甚至难以维持正常生产。分流梭正是为了克服空筒柱塞机的这种缺点而设。它是一个两端都呈流线型的圆锥体，以其凸出的棱片为支撑，固定在料筒内柱塞行程终点的前端，将熔料摊分成5~10mm厚的薄层，减少了料层之间的速度差异。同时，通过金属棱片的传热，使料筒中央部分亦有一定的热量供应，这样一来，穿过的塑料既能均匀受热，又缩短了升温时间。分流梭还有一个作用，就是增大对塑料的剪切力，使其粘度下降，提高塑化成度。不过，仔细考察分流梭功能之后就可以发现，分流梭亦不能完全克服柱塞机的固有缺点。首先，在柱塞行程内，实际上还存在着空筒的弊病，进入料筒的料粒受外热从玻璃态变为粘流态的过程，仍然缺乏有效的搅拌和混合，反而被推送的注塞压实，影响热的传递。其次，大部分分流梭的设计都或多或少的存在着滞流区及过热区，通过分流梭的熔料在轴向和径向上仍然存在着较大温差。所以使用柱塞机时，工艺参数的调整很重要，特别是对一些热敏感性塑料及粘度较大的塑料更是如此，如透明聚苯乙烯、聚碳酸脂等。随着塑料工业的发展，塑料制品的应用越来越广泛，特别是大型塑料制品越来越多，柱塞式注塑机就逐渐不能适应这种发展趋势了，研究人员于1948年开始在注塑机上使用螺杆塑化装厦门宏发电声有限公司注塑实用技术第2页共33页置，制造出预塑化螺杆式注塑机，此后，注塑机的发展重点主要是围绕着预塑化螺杆式注塑机进行，先后出现双螺杆式注塑机、排气式注塑机等多种先进形式。1956年制造出世界上第一台往复式螺杆注塑机，这是注塑成型技术的一大突破。从而使更多的塑料及制品采用注塑成型加工。1983年，日本制造出第一台全电动式注塑机，相对于普通液压驱动的注塑机来说，全电动式注塑机的突出特点为环保、省电节能、噪音低、射出速度高等。随着大容量交流伺服电动机性能的提升，价格降低，加之全球性能源紧张，世界环保的要求越来越高，电动机会越来越普遍。1）全液压与全电动的比较全电动注塑机是随着精密注射制品的发展而逐步走向人们的视野的。所谓全电动注塑机，是指采用伺服电机取代原来的液压装置，以完成螺杆的旋转、注射、开合模等动作过程的注塑机。全电动注塑机的机械原理与传统的液压注塑机是基本相同的，只是在控制部分采用伺服电机取代原来的液压装置，其注射装置也包括塑化和传动两个部分。塑化部件是由螺杆、机筒、喷嘴组成，传动部分是由滚珠丝杆、伺服电机、传动齿轮和离合器等组成。全电动注塑机的合模装置也有肘杆式和直压式两种，这一点也同传统的注塑机基本相同。图1-1液压注塑机通过对电动注塑机结构上的了解，我们可以比较一下电动注塑机与液压注射机在性能上的不同。由于电动注塑机的驱动系统不用液压油，因此排除了因液压油可能的泄漏和液压油特征参数随温度变化造成的工艺参数波动。滚珠丝杆的精度更高，重复性更好，有利于加工的稳定性。采用伺服电机控制螺杆的塑化，其计量精度更高，也更稳定，并且更有利于调速。电力直接传动也有利于节约能源。然而，此类注塑机是采用伺服电机带动滚珠丝杆驱动螺杆进行注射，由于滚珠丝杆负载大，高速旋转时磨损严重，因此一般全电动注塑机的注塑速率小于500mm/s，这是全电动注塑机的一个弱点。全液压式注塑机在成型复杂制品方面有许多独特的优势，如合模精度高、开模力大等。它的合模装置有多种结构，如单缸充液式、多缸充液式、两板直压式，种类很多，差异也比厦门宏发电声有限公司注塑实用技术第3页共33页较大。单缸充液式注射机体积庞大，液压油容易泄漏，升压速度慢，耗能也多。多缸充液式注射机在一定程度上缓解并改善了这些问题，其机身较短，体积也小了一些。两板直压式注塑机解决了上述的缺点，其开合模行程长，效率高，调模以及开合模精度高，锁模变形小，模具更换方便，但其控制技术的难度大，液压技术也难于掌握。图1-2全电动注塑机全液压与全电动可以说各具特点。全电动式注塑机在开合模精度以及使用寿命上不如全液压式注塑机，而全液压注塑机要保证精度就必须采用伺服阀，这必然带来成本的提高。如今，人们积极开发电动－液压式精密注塑机，计量塑化过程采用电力驱动以达到节能的效果；液压或者电动－液压复合的锁模机构也能有效地保持加工的精度以及稳定性。因此，综合了电动注塑机的节能以及液压注塑机的高性能的电动－液压式精密注塑机已经成为当今精密注塑发展的新动向。第二节注塑机的分类近年来注塑机发展很快，类型日益增多，而分类方法很多。绝大多数的注塑机都是由电动机驱动一个或一组液压泵，由液压泵及运行其中的压力油组成一套驱动系统，动作的产生由驱动器所担任，通常直线的往复运动是由压力油推动气缸或活塞产生的，而旋转运动是由压力油推动油压马达所产生的。注塑机的分类方法有许多种，例如：它们可以以注射单元形式作分类：分为活塞式和螺杆式两大类，目前大部分的注塑机都是螺杆式的。注塑机也可以按能源系统来分类，分为空气动力式、液压动力式、机械电动式、全电动式等，目前，市场上大部分注塑机都是液压动力式的。注塑机也可以按机上的控制系统来分类，分为继电器式、微电脑式；也可以分为开环式和闭环式两种。厦门宏发电声有限公司注塑实用技术第4页共33页目前，国内最常用的一类分类方法是按照机上的锁模机构及注射台相对于地面的布置形式来分类，分为卧式、立式、角式等。见图1-1、1-3、1-4图1-3立式注塑机图1-4角式注塑机随着注塑成型范围的扩大，近年来出现了许多新型注塑机，如DVD光碟注塑机，超薄手机壳体注塑机，嵌件复合注塑机等，我们把加工一般塑料及一般制品的注塑机称为通用注塑机，而把加工特殊材料及特定产品的注塑机称为专用注塑机，如上述提到的各类注塑机。一、几种新型注塑机1）双色注塑机近年来，随着汽车、电子、玩具等多色花纹制品的增加，科学家们研制出了双色注塑机（也有生产三色、四色等多色的注塑机）。目前，这种双色注塑机已经达到实质性的应用阶段，它是利用两个或多个注射单元，通过调整注射单元的注射时间及注射量来制得各种花纹的制品。双色注塑系统虽然复杂，但在装配工序的简单性以及整体效果方面却显出明显优势。例如眼珠便可以应用双色注塑方法。采用这种方式，注塑商可向顾客提供完整的产品，无须再进行装配。节省了许多加工工序。厦门宏发电声有限公司注塑实用技术第5页共33页图1-5双色注塑机2）全电动注塑机(见图1-2)过去的几年内，无可否认，越来越多的传统液压注塑机都更换上了电动装置。这足以证明其节省能源的优点。但目前售价很高。尽管其价格略高，但全电动式注塑机的好处有：良好的节能效益、清洁、宁静、精密度高，可重复性高等。所以，对于要求高精密的注塑制品而言，它比传统的液压注塑机有更好的表现。由于电动伺服不会受到油粘度、温度、压缩及变质等影响。所以电动伺服有高精度的感应器，能够加强运动位置的精确度。电力驱动应用到各种大小的压机上，目前市面上的电动机功率可高达１００kw,而如果较大型的压机需要较大功率的话，就可用两台电动机以主辅式工作。压机越大，节省成本的潜力也就越大。在大部分该种机中，所用的电动机都是三相类型，最新的类型是交流伺服电动机。这类电动机在加工工业中作心轴驱动，有良好的表现。据权威人士透露，电动机能够与液压驱动一样提供无级变速，也能在各速度段提供全部转矩，也能提供高达约２０％的直接及间接能量节省——冷却的时间越长，节省的程度越大。因为电动机在这段时间内关上，其它的好处包括更短的周期时间，更好的熔料品质，因为塑化过程可以在锁模装置打开和闭合期间继续进行。3）ＤＶＤ注塑机ＤＶＤ数码影像光碟可记录任何资料如电影、电子游戏及电脑数据等，俗称数字万能盘（ＤigitalverstileDisk）.DVD是显示时代镭射影碟及ＣＤ—ＲＯＭ的未来用品。ＤＶＤ和ＣＤ—ＲＯＭ市场在过去的几年里发展迅速，在不久的将来，３０～３５吨的注塑机将会用来生产ＤＶＤ，高精度时代的出现要求DVD的磁道更深，相应地对注射压力的要求更大。据有关人士介绍，２００4年制造了5亿台播放机，这为ＤＶＤ市场奠定了基础，并成为信息和影视界新一代的媒介。目前，世界上许多注塑机生产厂都有生产DVD注塑机,例如日本的东芝、住友、日精，德国的ARBURG；奥地利的恩格尔等。国内也有很多注塑机生产厂也在致力于开发生产这类设备，比较有成绩的应该算是广东省顺德市的泓利机器有限公司的DVD注塑机了，该公厦门宏发电声有限公司注塑实用技术第6页共33页司在2003年就成功开发出了国内首台DVD注塑机，主要性能已达到国外同类机器水平。ＤＶＤ机器可以加工出表面光洁度为５μm或更好的碟片，仅为ＣＤ的六分之一，充模时间小于十分之一秒，以保证精细的凹坑形状准确的重现，有较好的经济效益。4）精密注塑机环顾我们周围的世界，精密注塑成型制品已经渗透到了我们生活中的每个角落，手机、电脑、MP3、DV等等，即使是非专业的人士，也能够从身边这些眼花缭乱的产品推测到精密注射的光明前景。图1-6精密注塑机精密注塑成型是指制品的精度和表面质量均要求很高的一类塑料成型工艺。该技术对注塑机、注塑模具、工艺、物料等均有极高的要求。近十年来，手机、电脑、DV及微电子产品消费量的迅速增长，促进了精密注射技术的飞速发展，精密注塑成型开始向超高速、超精密及微型化的方向发展，未来的精密注塑成型将不断地发展和完善。计算机模拟与仿真技术的发展促进了模具技术的不断进步，不断涌现的新材料在提高自身物理性能的同时也改善了物料的加工性能，数字技术的进步也为注射设备的精确控制提供了可靠的保障。精密注射成型将何去何从，未来的发展方向又将如何，这是每一个塑料从业者所关注的问题。5）微型注射成型机市场需求推动了微型精密注塑成型机的发展。目前，可成型制件的件重达0.0003g，壁厚为0.01mm，尺寸公差达到±0.005mm。(图1-8小型制件产品)因此，成型这些制品对注塑机提出了更高的要求。要使熔体通过细小的喷嘴和流道，要求注塑机提供更高的注射压力；为确保材料在冷却前充满整个型腔，则要求极高的注射速度。此外，精密注射量计量以及快速反应能力都是对微型注塑机所提出的要求，因此，精确的螺杆和料筒设计以及精密的注射控制都是必需的。图1-8小型制件产品厦门宏发电声有限公司注塑实用技术第7页共33页微型注射成型机(图1-9)是注塑成型设备发展的一个新方向，开创了微细结构零件和系统制造研究的新途径，其突出优点就是能够实现高精度、高精细零件的大批量、低成本生产。对于螺杆式微注射成型机