注塑成型工作原理

1注塑成型工作原理組織者：模具中心講述人：吳春益日期：2016年10月2一、注射成型原理二、注射成型工藝過程三、注射成型工藝條件四、注射成型的特點及應用五、注射成型過程的物理與化學變化六、影響注射成型塑膠成型收縮的因素七、影響注射成型塑膠成型流動的因素八、注射成型的幾個常見概念3常見的塑膠成型方法壓鑄成型半溢式壓縮成型吹塑成型注塑成型4一、注射成型工作原理及工藝特點注射成型又稱注塑成型，是熱塑性塑膠成型的主要方法。注射成型即將粒狀或粉狀的塑膠加入到注射機的料斗，在注射機內塑膠受熱熔融並使之保持流動狀態，然後在一定壓力下,經注射機噴嘴，模具的澆注系統，注入閉合的模具中，經冷卻定型後，熔融的塑膠就固化成為所需的塑件。注射成型工作原理5塑膠的充填模式熔融塑膠凝固層注塑是通過注塑機來實現的，注塑機的基本功能是：1、加熱塑膠，使其達到熔融狀態；2、對熔體施加高壓，使其射出而充滿模腔。充填動畫模擬1充填動畫模擬26注射成型工藝過程包括成型前準備、注射過程及塑件的後處理等。成型前的準備工作包括：對原料外觀的檢驗及工藝性能的測定、預熱和乾燥、注射機料筒的清洗、嵌件的預熱和脫模困難時脫模劑的選用等。有時還需對模具進行預熱。二、注射成型工藝過程7成型時，先交粉狀或粒狀物料從料斗送入高溫機筒內加熱熔融塑化使之成為粘流態熔體，然後在柱塞或螺杆的高壓推動下以很大的流速通過噴嘴注射進入溫度較低的閉合模具中。熔體在壓力作用下充滿型腔並被壓實，經過一段保壓後柱塞或螺杆回程。此時，熔體可能從型腔向澆注系統倒流。冷卻定型後開啟模具，製品便可從模腔中脫出。塑膠在注射機筒內經過加熱、塑化達到流動狀態後，由模具的澆注系統進入模具型腔，最終冷卻定形的過程稱為澆注過程。注射成型工藝過程8注射過程一般包括：加料、塑化、充模、保壓、倒流、冷卻和脫模等步驟。(1)、加料將粒關或粉狀塑膠加入到注射機的料斗中。(2)、塑化加入的塑膠在料筒中進行加熱，使其由固體顆粒轉變成熔融狀態並具有良好的可塑性，這一過程稱為塑化。(3)、充模塑化好的熔體被柱塞或螺杆推擠至料筒前端，經過噴嘴、模具澆注系統進入並充滿型腔，這一階段稱為充模。注射成型工藝過程9(4)、保壓在模具中熔體冷卻收縮時，柱塞或螺杆迫使料筒中的熔料不斷補充到模具中，從而形成形狀完整、質地緻密的塑件，這一階段稱為保壓。(5)、倒流保壓結束後，柱塞或螺杆後退，型腔中壓力解除，這時型腔中的熔料壓力將比澆口前方的高，如果澆口尚未凍結，型腔中的熔料就會通過澆口流向澆注系統，這一過程稱為倒流。倒流使塑件產生收縮、變形及質地疏鬆等缺陷。如果保壓結束時澆口已經凍結，那就不會存在倒流現象。注射成型工藝過程10(6)、冷卻塑件在模內的冷卻過程是指從澆口處的塑膠熔體完全凍結時起到塑件將從模腔內推出為止的全部過程。實際上冷卻過程從塑膠注入型腔起就開始了，它包括從充模完成、保壓開始到脫模前的這一段時間。(7)、脫模塑件冷卻到一定的溫度即可開模，在推出機構的作用下將塑件推出模外。決定製品成形品質的關鍵參數有：溫度、時間、壓力、速度和位置。注射成型工藝過程11塑件的後處理塑件在成型脫模後，尚不能直接投入使用，還需進行一些處理，因這種處理是在成型、脫模後進行的，故稱後處理，現分述如下：一、修整在塑件脫模後，塑件上總要帶有一些澆口飛邊等多餘物，它們對塑件的外觀和使用均帶來不利，因此需將之去除，這種去除較為簡單，一般可用手工操作一些簡單工具將之除去。12塑件的後處理二、熱處理（1）熱處理的目的。由於塑膠在料筒內塑化不均勻或在模腔內的冷卻速度不同，常使塑件產生不均勻的結晶、取向和收縮，使得塑件中產生內應力，這種內應力的存在對塑件的品質帶來極大危害，而消除這種內應力的最常用辦法就是對塑件施行熱處理。（2）熱處理消除內應力的機理。熱處理之所以能消除內應力，其機理主要有：①通過加熱，使被強迫凍結的大分子鍵得到鬆弛，凝固的大分子鍵轉向無規位置，從而消除這一部分內應力。②提高結晶度，穩定結晶結構，從而提高結晶塑膠製品的物理性能和降低內應力。（3）熱處理的方法。將塑件置於一定溫度的液體介質（水、礦物油、甘油、乙二醇等）或熱空氣迴圈烘箱中，經過一段時間加熱後，再取出緩慢冷卻至室溫。13塑件的後處理①熱處理溫度。一般熱處理溫度應控制在高於塑件使用溫度10~20℃,或低於塑件的熱變形溫度10~20℃為宜。溫度過高會使塑件發生翹曲或變形，溫度過低又消除不了內應力。②熱處理時間。熱處理時間取決於塑膠品種、塑件形狀和成型工藝條件。通常，分子鍵的剛性越大，塑件壁越厚，熱處理時間越長。以達到消除塑件的內應力為原則。14塑件的後處理三、調濕處理（1）調濕處理的目的，使塑件隔絕空氣，防止氧化，加快吸濕平衡，使尺寸穩定。（2）調濕時間取決於塑件形狀、厚度和結晶度的大小，一般數小時即可。（3）調濕處理的溫度。調濕處理是將剛脫模的塑件放到熱水中進行處理，熱水溫度一般為80~100℃，熱變形溫度高者取大值，低者取小值。在進行調濕處理時，當達到所需要的溫度和時間後，一定要緩慢地冷卻到室溫，若速度過快則會產生新的內應力。15塑件的後處理四、表面印刷、電鍍、超聲波焊接等。超聲波在塑膠加工中的應用原理：塑膠加工中所用的超聲波，現有的幾種工作頻率有15KHZ、18KHZ、20KHZ、40KHZ等。其原理是利用縱波的波峰位傳遞振幅到塑膠件的縫隙，在加壓的情況下，使兩個塑膠件或其它件與塑膠件接觸位的分子相互撞擊產生融化，使接觸位塑膠熔合，達到加工目的。16注射成型工藝條件主要是指成形時的溫度、時間、壓力、速度及位置。(1)、溫度注射成型過程需控制的溫度有原料乾燥溫度、料筒溫度、噴嘴溫度和模具溫度等。料筒溫度是決定塑膠塑化品質的主要依據。料筒溫度低，塑化不充分；料筒溫度過高，塑膠可能會發生分解。料筒溫度的選擇與各種塑膠的特性有關，溫度的分佈一般應遵循前高後低的原則，即料筒後端溫度最低，噴嘴處的前端溫度最高。三、注射成型工藝條件17噴嘴溫度應控制在防止塑膠發生“流涎”現象。噴嘴溫度一般略低於料筒最高溫度。模具溫度對塑膠熔體的充型能力及塑件的內在性能和外觀品質影響很大。模具溫度高，塑膠熔體的流動性就好，塑件的密度和結晶度就會提高，但塑件的收縮率和塑件脫模後的翹曲變形會增加，塑件的冷卻時間會變長，生產率下降。模具溫度越低，因熱傳導而散失熱量的速度越快，熔體的溫度越低，流動性越差。當採用較低的注射速率時，這種現象尤其明顯。注射成型工藝條件18注射成型工藝條件定義：為保證成型品質而事先對聚合物進行乾燥所需要的溫度。作用：保證聚合物的含濕量盡量低而不致於起過允許的限度。設定原則：(1)聚合物不致於分解或結塊(聚合)；(2)乾燥時間儘量短,乾燥溫度盡量低而不致於影響其乾燥效果；(3)乾燥溫度和時間因不同原料而異。乾燥溫度19定義：為保證成型順利進行而設加在料管上之溫度。作用：保證聚合物塑化(熔膠)良好，順利充模，成型。設定原則：(1)不致引起塑膠分解碳化；(2)從加料段至噴嘴依次上升；(3)噴嘴溫度應比料筒前段溫度略低；(4)依材料種類不同而所需溫度不同；(5)不至對製品產生壞的質量影響。料筒溫度注射成型工藝條件20定義：製品所接觸的模腔表面溫度。作用：控制影響產品在模腔中的冷卻速度,以及製品的表觀質量。設定原則：(1)考慮聚合物的性質；(2)考慮製品大小和形狀；(3)考慮模具的結構，澆道系統。模具溫度注射成型工藝條件21(2)、時間(成型週期)完成一次注射成型過程所需的時間稱為成型週期。成型週期注射時間模內冷卻時間其他時間射出時間(柱塞或螺杆前進時間)保壓時間(柱塞或螺杆停留在前進位置的時間)(柱塞後撤或螺杆轉動後退的時間均在其中)(指開模、脫模、噴塗脫模劑、安放嵌件和合模時間)注射成型工藝條件22定義：利用乾燥機事先對原料進行乾燥所需要的時間。作用：(1)增進表面光澤，提高抗彎曲及拉伸強度,避免內部裂紋和氣泡；(2)提高塑化能力，縮短成型週期；(3)降低原料中水份及濕氣；設定原則：(1)乾燥時間因原料的不同而不同；(2)乾燥時間的設定要適宜,太長會使得乾燥效率降低甚至會使原料結塊，太短則乾燥效果不佳。注射成型工藝條件乾燥時間23熔膠時間定義：注射終止後,螺杆到達計量終止位置所需要的時間。作用：保證熔膠充分。設定原則：(1)由螺杆轉速和背壓相互控制；(2)不要讓熔融塑膠體在螺杆中停留的時間過長，以免引起塑膠在長時間的高溫狀態下分解、碳化。注射成型工藝條件24注射成型工藝條件射出時間定義：熔體在充滿整個型腔所用的時間。作用：射出時間由射出壓力、射出速度以及製品的大小等因素來決定。設定原則：(1)在保證製品成型的條件下盡可能讓射出時間短；(2)射出時間受料溫、模溫等因素的影響。25注射成型工藝條件保壓時間定義：為防止注射後塑膠倒流以及冷卻補縮作用,在注塑完後繼續施加的壓力。作用：(1)防止注塑完後熔體倒流；(2)冷卻收縮的補縮作用。設定原則：(1)保壓時間因製品厚度不同而異；(2)保壓時間要因熔料溫度的高低而異，溫度高者所需時間長，低者則短；(3)為提高生產效率，在保證製品質量的前提下儘量可能使保時間短。26注射成型工藝條件冷卻時間定義：產品冷卻固化而脫模後又不致於發生變形所需的時間。作用：(1)讓製品固化；(2)防止製品變形。設定原則：(1)冷卻時間是週期時間的重要組成部分,在保證製品質量的前提下盡可能使其短；(2)冷卻時間因熔體的溫度，模具溫度，產品大小及厚度而定。27注射成型工藝條件注射時間對注塑過程的影響表現在三個方面：（1）縮短注射時間，熔體中的剪應變率也會提高，為了充滿型腔所需要的注射壓力也要提高。（2）縮短注射時間，熔體中的剪應變率提高，由於塑膠熔體的剪切變稀特性，熔體的粘度降低，為了充滿型腔所需要的注射壓力也要降低。（3）縮短注射時間，熔體中的剪應變率提高，剪切發熱越大，同時因熱傳導而散失的熱量少,因此熔體的溫度高，粘度越低，為了充滿型腔所需要的注射壓力也要降低。以上三種情況共同作用的結果，使充滿型腔所需要的注射壓力的曲線呈現“U”形。也就是說，存在一個注射時間，此時所需的注射壓力最小。28(3)、壓力注射成型過程中的壓力包括塑化壓力、注射壓力、保壓壓力、鎖模壓力及頂出壓力，它們直接影響塑膠的塑化和塑件品質。塑化壓力又稱背壓，是指採用螺杆式注射機時，螺杆頭部熔料在螺杆轉動後退時所受到的壓力。一般操作中，塑化壓力應在保證塑件品質的前提下越低越好，其具體數值隨所用塑膠的品種而異，但很少超過20MPa。注射壓力是指注射機柱塞或螺杆頭部對塑膠熔體所施加的壓力。其大小取決於注射機的類型、模具結構、塑膠品種和塑件壁厚等。注射成型工藝條件29注射成型工藝條件鎖模壓力定義：合模系統為克服在注射和保壓階段使模具分開的張模力而施加在模具上的閉緊力。作用：(1)保證注射和保壓過程中模具不致於被張開；(2)保證產品的表面品質；(3)保證產品的尺寸精度。設定原則：(1)合模力的大小依據產品的大小，機台的大小而定；(2)一般來說，在保證產品不出毛邊的情況下，合模力要求越小越好；(3)合模力的設定不應超出機台之額定壓力。30注射成型工藝條件射出壓力定交：螺杆先端射出口部位發生之最大壓力，其大小與射出油缸內所產生油壓緊密關連。作用：用以克服熔體從噴嘴--流道—澆口--型腔的壓力損失，以確保型腔被充滿，獲得所需的製品。設定原則：(1)必在注塑機的額定壓力範圍內；(2)設定時儘量用低壓；(3)盡量避免在高速時採用高壓，以免異常狀況發生。31注射成型工藝條件背壓定義：塑膠在塑化過程建立在熔腔中的壓力。作用：(1)提高熔體的比重；(2)使熔體塑化均勻；(3)使熔體中含氣量降低，提高塑化質量。設定原則：(1)背壓的調整應考慮塑膠原料的性質；(2)背壓的調整應參考制品的表面品質和尺寸精度。32注射成型工藝條件保壓定義：從模腔填滿塑膠，繼續施加於模腔塑膠上的注射壓力，直至落口完全冷卻封閉的一段時間，要靠一個相當高的壓力支持，這個壓力叫保壓。作用：(1)補充靠近澆口位置的料量，並在澆口冷卻封閉以前制止模腔中尚未硬化的塑膠在殘餘壓力作用倒流，防止製件收縮