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部品制造课成形技术教育---成形技术基础注塑加工行业的概述注塑成型加工的流程注塑原理•所谓热注塑性树脂的注塑,是指将树脂加热熔融后,在一定的压力和速度下使其注入模具内,经冷却定形而得到具有所要求形状/尺寸的成形品的过程.其原理和糖果的成型或金属的铸造没什么不同,但热塑性树脂在成型中,仅仅是把其熔融并使之自然地流入到模具中固化,是不可能制成完好的制品的.这是因为树脂的熔融粘度极高,靠其自然流入到模具中赋予形状是不可能的.•为了使熔融的树脂能充分地流入到模具型腔的各个角落,而获得具有复杂的形状,且其表面上没有缩痕、内部没有空的制品,必须在成型时对溶融树脂加上很高的压力才行.注塑是在料筒中加热树脂使之熔融,对熔融树脂加高压并使之注射到模具中,在模具中使之冷却、固化而成为制品的几个过程组成.•在图a所表示的注塑过程中,树脂将发生种种的变化,首先树脂在料筒中被加热和压缩、然后加脱去夹带的空气边熔融,熔融后的树脂经计量并用高压将其注射入模具中.注射时溶融树脂将急剧地从压缩状态变为膨胀状态,并高速地向模具中流动,在流动中树脂的大分子将随着流动方向取向.树脂进入模具经冷却固化后,将伴随着结晶化过程而产生收缩,因制品在形成过程中受到了较大的注射压力和急速的冷却,所以在大多数的情况下其内部将有内应力的发生.注塑工艺说明•下面介绍树脂在软化、熔融、流动、赋形及固化等阶段中的物理变化情况.软化和熔融•注塑机的料筒及螺杆结构,因料筒外部设有圆形加热器,在螺杆的转动下,树脂一边前进一边熔融,最后经喷嘴被注射到模具内.在这个过程中树脂将发生如下变化：•首先树脂从送料段（Ｌ１）进入压缩段（Ｌ２）时,因螺杆槽体积的变小而被压缩并发生脱气,在进入计量段（Ｌ３）前,树脂温度已达到溶融温度而成为熔融体.为了保证制品的质量,树脂就须充分脱气后再熔融,否则树脂如果在进入压缩段就已经溶融的话,其脱气效果将受到很大的影响.•H1•H2软化和熔融2•在计量段（Ｌ３）也称混炼段,由于螺杆槽深ｈ２更小，树脂将在螺杆旋转过程中受到较强的剪切力的混炼，因而熔融变得更加完全•下列三个有关螺杆的数值,将完全支配树脂脱气和熔融的程度•（１）螺杆的有效长度和直径比（长径比）：Ｌ/Ｄ２２－２５•（２）螺杆的压缩比：ｈ１/ｈ２２．０－３．０（一般为２．５）•（３）螺杆的压缩部分相对长度比：Ｌ１/Ｌ２４０％－６０％这三个值越大,材料的熔融也就越完全;螺杆旋转时熔融的树脂将被输送至螺杆的前端,与此同时树脂产生的反压力又将使螺杆后退至某一个位置而完成计量过程,然后螺杆将在机械力的作用下前进,使用权其前端的熔融树脂注射到模具中去.在树脂被射入模具前的瞬间内,其熔体将受到急剧的压缩(称之为绝热压缩),有时熔体会因此而发生结晶,使喷嘴口变窄(结晶化较完全,由于其熔点上升而发生固化).流动•熔体在高压高速下被注射入模具时，往往会发生两种现象：一上在料筒中处于受压熔融树脂会因突然的减压而膨胀，这种急剧地膨胀（称之为绝热膨胀）将引起熔融树脂本身的温度下降（其原理和冷冻机的绝热膨胀相同）。有实例表明，聚碳酸酯的这种温度降可达５０℃,聚甲醛树脂的温度可达３０℃。熔融树脂进入模具并接触到接触到冷壁面时，也将产生急剧的温度下降；二是熔融树脂的大分子将顺着其流动方向发生取向，图ｃ是描述这种现象的模式图。流动•从图c中可知,熔体在模腔的壁面附近流动极慢,而在模腔的中心部分流动较快,树脂的分子在流动较快的区域中被拉伸和取向。树脂在这样的状态下经冷却固化成为制品后，由于和流动的平行方向及垂直方向产生的收缩率之差，往往会造成制品的变形和翘曲。赋形和固化•熔融树脂在注射时，经喷嘴进入模具中被赋予形状，并经冷却和固化而成为制品。但熔融树脂被充填到模具中的时间实际上只有数秒钟，要想观察其充填过程是非常困难的。•美国人斯迪文森彩计算机模拟的方法，描绘了有两个浇口的热流道模具成型聚丙烯汽车门时的充填过程，并以此计算出注射时间（即充填时间）、熔接线及所需锁模力等，图ｄ是其模拟所得的模型。赋形和固化2•从上图中熔体的流动充填状态看，和我们想象的相差不是很大，可能是较正确地反映了汽车门的实际充填过程。•对注射过程的流动模拟已经有了很多种方法（如：FAN法、CAIM模拟系统、MoldFlow模拟系统等等。）现在，人们往往采用这些模拟手段来预测熔融树脂在模具中的充填过程，以期进行更合理的模具设计，选择浇口位置/形式。•熔融树脂被赋予形后就进入了固化过程，在固化过程中发生的主要现象是收缩，固化时因冷却引起的收缩和因结晶化而引起的收缩将同時进行。•图e表示三种不同结晶性的聚乙烯在温度下降时的收缩情况。赋形和固化3•材料在固化过程中其结晶性将对体积收缩产生较大的影响。在表f中给出了各种结晶性和非结晶性聚合物的成型收缩率，对非结晶性聚合物而言，其收缩率均在百分之零点几的范围，相比之下结晶性了聚合物的收缩率都较大，一般达百分之一以上。表中所示聚酰胺树脂（打＊号者）的下限值，如0.5%，是指在固化中采用急冷的方法将其结晶度控制在最小限度时所取的数值.•聚合物在固化过程中如果冷却不均,成型品中会因收缩的时间差而造成残留应力的蓄集.特别是对收缩率较大的结晶聚合物,这一点必须引起注意.在某些情况下,采用教慢的冷却速度以减少收缩中的时间差,也是一种改善和减少制品残留应力的方法.赋形和固化4塑胶材料的成型收缩率类别塑料名称成型收缩率(%)玻璃纤维增强聚苯乙烯(PS)苯乙烯-丁二烯共聚物(SB)苯乙烯-丙烯腈共聚物(SAN)0.1～0.3非结晶ABS树脂0.2～0.4有机玻璃(PMMA)性塑料聚碳酸酯(PC)0.2～0.5硬聚氯乙烯(HPVC)苯乙烯改性(PPO)0.2～0.4聚砜(PSF)0.2～0.5纤维素塑料(CAB)聚乙烯(PE)聚丙烯(PP)0.5～1.2结晶性聚甲醛(POM)0.2～0.8聚酰胺(尼龙6)0.7～1.2塑料聚酰胺(尼龙66)聚酰胺(尼龙610)聚酰胺(尼龙11)PET树脂0.3～0.6PBT树脂0.4～1.3注塑加工前的准备工作•注射成型的最终目的是更精密、更快、更便宜地生产出质量更好的制品,通过努力能实现这些目标,是我们从事注塑成型作者的最大欣慰.•塑件的成型取决于四大要素,即:树脂原料、模具、成型条件及注塑机.因此,从事注塑成型技术工作的人员必须精通上述各方面的知识,这样在出现次品时,能及时、正确地分析出原因,快速解决问题,减少损失.换句话说,在初期阶段能正确地判断出产生次品的原因,研究上述四种因素中哪一种因素都是十分重要的.注塑加工前的准备工作2•一了解所用树脂的性能•必须充分熟悉成型所用树脂的成型特性,特别是事前应对成型温度的范围(热稳定性)、熔融指数及成型性进行调查.此外,有的树脂事先必须进行干燥,因而需要做事前准备工作.•了解每种成型树脂的热稳定性、熔融指数及成型性等特性差异:•1、热稳定性•热稳定性较好的树脂--------聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯等•热稳定性差的树脂--------硬聚氯乙烯(HPVC)、软聚氯乙烯(SPVC)和聚甲醛(POM)、防火塑料等.•2、熔融指数(FMI)•熔融指数较低的树脂-------HPVC、ＳＰＶＣ、聚碳酸酯、PMMA等•熔融指数较高的树脂-------聚苯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、尼龙等各种塑料在不同成型条件下的合适壁厚三.塑料的含水量与干燥温度•a)干燥程度很差.树脂中水分多,熔融粘度急剧下降,熔体迅速淌出,喷嘴在劈啪响中不断喷出泡沫状、云球白烟或气体,制件的塑件无使用价值.•b)干燥程度稍差.喷嘴中缓慢注出的细条浑浊不清,表面不光亮,内部夹有少量小气泡,注塑的制件在浇口附近或其他部位表面粗糙失光,抗冲击强度较低.•c)干燥程度好.从喷嘴缓慢注出的细条晶莹透亮,光洁无泡,注塑的制件具有优良的性能.常用塑料的注塑条件一览表（仅供参考）4、成型性成形性优良的树脂-------聚苯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、AS、HIPS、ABS等•成形性低劣的树脂-------HPVC、聚酰胺、聚碳酸酯、PMMA等•一般熔融指数高的塑料热稳定性和成型性都好,但聚甲醛尽管熔融指数较高,但其热稳定性及成型性却较差.因为其熔融所需温度范围窄,过高则树脂分解,过低则流动性急剧变差;其它对温度反映灵敏的树脂还有PVC,对其进行成型时必须慎重,料温过高极易分解并会放出氯化氢气体(毒性大),有危害.二、熟悉模具的结构特点•成型之前，需熟悉模具的构造，分清是一个分型面还是两个分型面，以及是滑动模芯（行位）还是螺纹旋脱结构，因为这些因素决定了有许多不同的动作顺序。此外，浇口位置/形式/大小、每模件数、流道形状等情况，亦需了解清楚。•为提高成型品的质量，缩短周期，需重视模具冷却水道及模具温度的调整。应在充分确认冷却水道的基础上，按照能得到良好冷却效率的方式，配置管理一般的模具温度范围如上表所示。•调机者应对所使用的注塑机的构造、功能及优缺点有充分了解，不熟悉机器特性及使用方法，是难以制做出优良的产品的。三、熟悉注塑机的性能及检查•调机者应对所使用的注塑机的构造、功能及优缺点有充分了解，不熟悉机器特性及使用方法，是难以制做出优良的产品的。三、熟悉注塑机的性能及检查2四、选定与所用模具相适应的注塑机型•假设成型品的重量（包括主流道、分流道）为G克；成型品的投影面积（包括主流道、分流道）为Acm2•1、选择合适的注塑机容量•若注塑机料筒的理论注射容积为V(cm3)•则注射量为：GV×树脂的比重×注射效率(注射效率因树脂不同，多少有些差异，约为0.8四、选定与所用模具相适应的注塑机型2•如下图所示，适当的注塑容量是根据1次注塑重量所相对的成型机容量的关系计算的。必须选择能满足下图斜线部分容量的成型机。下图是根据过去的成型实际以验部结的内容。一般最好以注塑容量的70ー80%的注塑重量进行成型。选择合适的锁模力选择合适的喷嘴和螺杆选择合适的注射压力和注射速度•根据成型品形状、浇口/流道形状、所用树脂及成型品的质量,来估算所需压力及注射速度,选定料筒.注塑成型工艺参数•所谓的注塑成型工艺参数,是指和温度、速度、位置、压力及时间有关系的参数.实际成形中应综合考虑,要在能保证制品的质量(如:外观、尺寸精度、机械强度等)和成形作业率(如:成型周期)的基础上来合理决定.•一、注射压力•1、注射过程中的压力分布•注射压力是为了克服熔体在流动过程中的阻力,流动过程中存在的阻力需要注塑机的压力来抵销,给予熔体一定的充填速度及对熔体进行压实、补缩,以保证充填过程顺利进行.注塑成型工艺参数2•如图一可以看出,在注塑过程中,注塑机喷嘴处的压力最高,以克服熔体全程中的流动阻力;其后,注射压力随着流动长度往熔体最前端逐步降低,如果模腔内部排气良好,则熔体前端最后的压力就是大气压.注塑成型工艺参数3•如图二所示,随着流动长度的增加,沿途需要克服的阻力也增加,注射压力也随着增大.为了维持恒定的压力梯度以保证熔料充填速度的均一,必须随着流动长度的变化而相应地增加注塑压力,因而必须相应增加熔体入口处的压力,以维持需要的注塑流动速度.影响注射压力的因素•影响熔体注射压力的因素很多，主要有三类：A类是材料因素，如塑料的类型、粘度等；B类是结构性因素，如浇注系统的类型、数目和位置、模腔形状以及制品的厚度等；C类是成型的工艺要素。注塑压力与制品/模具和工艺的关系注塑压力与制品/模具和工艺的关系2•模腔所需的注射压力与注塑流道系统（主流道、分流道、浇口）、材料的粘度、制品的厚度、熔体的流动长度以及流动速率有关，下图中显示注射压力随着上述参数变化的趋势。注塑压力与制品/模具和工艺的关系3•注射压力与熔体粘度成正比,和熔体的流动长度成正比,即熔体在模具型腔中的流动长度越长,则注射压力越大;和浇口或截面积成反比;与熔体的流动速度成正比.•注射压力与浇口位置和数目的关系•流动长度越长,熔体在流动过程中损失的压力也越大,熔体到达制品的末端需要的压力也越高,流动长度越短越好.•对于给定的制品,要想缩短熔体的流动长度,唯一的办法就是增加浇口数量,或者调整浇口的位置,使其流动心可能短的距离来完