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注塑機注射成型的核心過程是充(chōng)模。塑料熔體充(chōng)填模腔時的(de)流動模型(流動狀態)決定著製件的凝(níng)聚態結構和表觀結構(如結晶、分子取向、熔合均勻性等),最終影(yǐng)響製件的使用性能(néng)。
塑料熔體從澆口進(jìn)入型腔(qiāng)的正常充模方式應該是後續熔體推進熔體前緣,逐漸(jiàn)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(liú)動的非正常形(xíng)式是噴射流和滯流充模形式。噴射流和滯流表現為充模開始時熔體以較大的動能,通過澆口噴射入型(xíng)腔,分別形成熔體珠滴和細(xì)絲狀(zhuàng)直接噴射到澆(jiāo)口對麵的型腔壁(bì)麵上,後續的充模過程又如擴散流動那(nà)樣。充模時發生不正常流動形式的(de)流動會使(shǐ)熔體(tǐ)產生分(fèn)離和熔合,形成較多的熔體熔(róng)接縫,給製件性能帶來不利影響。
影響熔體充模流動形式(shì)的(de)因素有:熔體溫度、模具溫度、注(zhù)射壓力、注(zhù)射速(sù)度以(yǐ)及模具型腔的空間大小、澆口尺寸和位置。
采用色料充模注塑法和透明模具觀察法,觀察不同工藝(yì)條件下熔體充模流動的形式變化(huà)。色料充模注塑(sù)法是在透明原料(liào)樹脂中混入不同顏料,注射(shè)成型試樣,觀察製品上的流痕花紋,根據流痕花紋判斷是正常的鋪展式充模流動,還是非正常的充模流(liú)動。透明模具觀察法是(shì)采用透(tòu)明模具,直接觀察充模流動特點的方法。
注塑機的工作原理:借(jiè)助螺杆(gǎn)(或柱塞)的推力,將已塑化好的(de)熔融狀態(即粘流態)的塑料注(zhù)射入閉合好的模腔內,經固化定型(xíng)後取得製品的工藝過程。
注(zhù)射成型是(shì)一個(gè)循環的過(guò)程(chéng),每一周期主要包括:定量加料—熔融塑化—施壓注射—充模冷卻—啟模取件。取出塑件後又再閉模(mó),進行下一個循環。
注塑機的動作程序
噴嘴前進→注射→保(bǎo)壓→預塑→倒縮(suō)→噴嘴後退→冷卻→開模→頂出→退針→開門→關門→合模→噴嘴前進。
一(yī)般注塑(sù)機包括注射(shè)裝置、合模裝置、液壓係統和電氣控(kòng)製係統等部分。
注射(shè)成型(xíng)的基本要求是塑化、注射和成型。塑化是實(shí)現和(hé)保證成型製品質量的前提,而為滿足成(chéng)型的要求,注射必須保證有足夠的壓力和速度。同時(shí),由於注射壓力很(hěn)高,相應地在模腔中產生(shēng)很高的壓力(模腔內的平均壓力一般在20~45MPa之間),因此必須有足夠大的合模力。由此可見,注射裝置和合模裝置是注塑機的關鍵部件。
預塑動作選擇
根據預塑加料前後注座是否(fǒu)後退,即噴(pēn)嘴是否離開模(mó)具,注塑機一般設有三(sān)種選(xuǎn)擇。
(1)固定加料:預塑(sù)前和預塑後噴(pēn)嘴都始終貼進模具,注座也不移動。
(2)前加(jiā)料:噴(pēn)嘴頂著模具進行預塑(sù)加料,預塑完畢,注座後退,噴嘴(zuǐ)離開模具。選擇(zé)這種方式的目的是:預塑(sù)時利用模具注射孔抵(dǐ)住噴嘴,避免熔料在(zài)背壓較高時從噴(pēn)嘴流出,預塑後可以避免噴嘴和模具長時間接觸而產生熱量傳遞,影響它們各自(zì)溫度的相對穩定。
(3)後加料:注射完(wán)成後,注座後退,噴嘴離(lí)開模具然後預塑(sù),預塑完注座再前進(jìn)。該動作(zuò)適用於加工成型溫度特別(bié)窄的塑料,由於噴嘴與模具接觸時間短,避免了熱量的流(liú)失,也避免了熔料在噴嘴孔內(nèi)的凝固。注(zhù)射壓力選擇
注塑機的注射壓力由調壓閥進行調(diào)節,在調定壓力的情(qíng)況下,通過高壓和低壓油路的通斷,控製前後期注射壓力的高低。
普通中型以上的(de)注塑(sù)機設置有三(sān)種壓力選擇,即高(gāo)壓、低壓和先高(gāo)壓後低壓。高(gāo)壓(yā)注射是(shì)由注射油缸通入高壓壓力油來(lái)實現。由於壓力高,塑(sù)料從一開始就在高(gāo)壓、高速狀態下進入模腔。高壓注射時塑料入模迅速,注射油缸壓力表讀數上升很快(kuài)。低壓注射是由注射油缸通入低壓壓力油來實現的,注射過程壓力表讀數上升緩慢,塑料在低壓、低速下進入模腔(qiāng)。先高壓後低壓是(shì)根據塑料種類和模(mó)具的實際要求從時間上來控製通入油缸的壓力油的壓力高低來(lái)實現的。
為了滿足不同塑料要求有不(bú)同的注射壓(yā)力,也可以采用更換不同直(zhí)徑的螺(luó)杆或柱(zhù)塞的方法,這樣既滿足了注射壓力,又(yòu)充(chōng)分發揮了機器(qì)的生產能力。在大型注塑機中往往具有多段注射壓力和多級注射速度控製功能,這(zhè)樣更能保證製品的質量和(hé)精度。
注射速度的選擇
一般注塑機控製板上都有快速—慢速旋鈕用來(lái)滿足注射速度的要求。在液壓係統中設有一個大流量油(yóu)泵和一個小流量泵同時運行供油。當油路接通大流量(liàng)時,注塑機(jī)實現快速開合模、快速注射等(děng),當(dāng)液壓油路隻提供小流量時,注塑機各種動作就緩慢進行。
頂出形式的(de)選擇
注塑機頂出形式有機械頂出和液壓(yā)頂出二種,有(yǒu)的還配有氣動頂出係統,頂出次數設有單次和多次二種。頂出動作可以是手動,也可以(yǐ)是自動。頂出動作是由開模停止限位開關來啟動的。
合模控製
合模是以巨大(dà)的機械推(tuī)力將模具合緊,以抵擋注塑過程熔融塑料的高壓注射及(jí)填(tián)充模具而令模具發生的巨(jù)大張開力。
注塑機的合模結構有全液壓(yā)式和機械連(lián)杆(gǎn)式。不管是那一種結構形(xíng)式,最後都是由連杆完全(quán)伸(shēn)直來實施合模力的。連杆的伸直過程是活動板和尾板撐開的過程,也是四根(gēn)拉杆受力被拉伸的過(guò)程。
開模控製
當熔融塑料注(zhù)射入模腔內及至冷卻完成後,隨著便是開(kāi)模動作,取出(chū)製品。開模過程也(yě)分三個階段。第一階(jiē)段慢速開模,防止製件在模腔內撕裂。第(dì)二階段快速開模,以縮短開模時間。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(gōng)藝條件的控製
注射速度的(de)程序控製
注射速度的程序控製是將螺(luó)杆的注射行(háng)程分為3~4個階段,在每個(gè)階段中分別使用各自適當的注射速度。在熔融塑料剛開始通過澆口時減慢注射速度,在充模過程中采用高速注射,在充模結束時減(jiǎn)慢速度。采用這樣的(de)方法,可以(yǐ)防止溢料,消除(chú)流痕和減少製品的(de)殘餘應力等。
低速充模(mó)時流速平穩,製品尺寸比較穩定,波動較小(xiǎo),製品內應力低,製品內外各向應力趨於一致(例(lì)如將某聚碳酸脂(zhī)製件(jiàn)浸入四氯化碳中(zhōng),用(yòng)高(gāo)速注射(shè)成(chéng)型的製件有開裂傾向(xiàng),低速的不開裂)。在較為緩慢的充模條(tiáo)件下,料流的溫差,特(tè)別是澆(jiāo)口前後料的溫差大,有助於避免縮孔(kǒng)和凹陷的發生。但由於充模時間延續較(jiào)長容易使製件出現分層和結合不良的熔接痕,不但影響外觀,而且使機械強度大大降低。
高速注(zhù)射時,料流速(sù)度快,當高速充模順利時,熔料很快充滿型腔(qiāng),料溫下降得少,黏度下降得也少(shǎo),可以采用較低的注射(shè)壓力,是一種熱(rè)料充模態勢(shì)。高速充模能(néng)改進製件的光澤度和平滑度,消除了接縫線現象及分層現象,收縮凹陷小,顏色均勻一致,對製件較大部分能保證豐滿。但容易(yì)產生製品發胖起泡或(huò)製件發黃,甚至燒傷變焦(jiāo),或造成脫模(mó)困難,或出現充模不均的現(xiàn)象(xiàng)。對於高黏(nián)度塑料有可能導致熔體破裂,使製(zhì)件表(biǎo)麵產生雲(yún)霧斑。
下列情況可以考慮采用高速高壓注射:(1)塑料黏度高(gāo),冷卻速度快,長流程製件采用低壓慢速不能(néng)完全充滿型腔各個角落的;(2)壁厚太薄的製件,熔料到達薄壁處易冷凝而滯留,必(bì)須采用一(yī)次(cì)高速注射,使熔料能量大量消耗以前立即進入型腔的;(3)用玻璃纖(xiān)維增強的塑料,或含有較大量填充材料的塑料,因(yīn)流動性差,為了得到表麵(miàn)光滑而均勻的製件,必須采用高速高壓注射的。
對高級(jí)精(jīng)密製品、厚壁製件(jiàn)、壁厚變化大的和具有(yǒu)較厚突緣和筋的製(zhì)件,最好采用(yòng)多級注射,如二級、三級、四級甚至五(wǔ)級。
注射壓(yā)力的程序控製
通常將注射壓力的控製分成為一(yī)次注射壓力、二次注射壓力(保(bǎo)壓(yā))或三次(cì)以(yǐ)上的注射壓力(lì)的控製。壓力切換時機是否適當,對於防止模內(nèi)壓力過高、防止(zhǐ)溢料或缺料等都是非常重要的。模製品的比容取決於保壓階段(duàn)澆口封閉時的熔(róng)料壓力和(hé)溫度。如果每次從保壓切換到製(zhì)品冷卻階段的壓力和(hé)溫度一致,那麽製品的比容就不會發生改(gǎi)變。在恒(héng)定的模塑(sù)溫度下,決定製品尺寸的最重要參數(shù)是保壓壓力,影響製品尺寸公差的最重要的變量是保壓壓(yā)力和溫度(dù)。
螺杆(gǎn)背壓和轉速的程序控製
高背(bèi)壓可以使熔料獲得強剪切,低轉速也會使塑料在機筒內得到較長的塑化時間。因而目前較(jiào)多地使用了對背壓(yā)和轉速同時進行程序設計的控製。例如:在螺杆計(jì)量全(quán)行程先高轉速、低(dī)背壓,再切換到較低轉速、較高背壓,然後切換成高(gāo)背壓、低轉速,最後在低背壓、低轉速下進行塑(sù)化,這樣,螺杆前部熔料的壓力得到大部分的釋放,減少螺(luó)杆的轉(zhuǎn)動慣量,從而提高了(le)螺杆(gǎn)計量的精確程度。過高的背壓往往造成著色劑變色程度增大;預塑機構和機筒螺(luó)杆機械磨損增大;預(yù)塑周期延長,生產效率下降;噴嘴容易發生流涎,再生(shēng)料(liào)量增加;即使采用自鎖式噴嘴,如果背壓高於設計的(de)彈(dàn)簧閉鎖壓力,亦會造(zào)成疲勞破壞。所(suǒ)以,背壓(yā)壓力一定要調得(dé)恰當。
隨著技術的進步,將小型(xíng)計算機納入(rù)注塑機的控製係統(tǒng),采用計算機來控製(zhì)注塑過程已成為可能(néng)。
注塑成型前的準備工作
成型前的準備工作可能包括的內容很(hěn)多,如:物料加工(gōng)性能(néng)的檢驗(測定塑料的流動性、水分含量等);原料加工前的染色和選粒;粒料的預熱和幹燥;嵌件的清洗和預熱;試模和料(liào)筒清洗等(děng)。
原料的預處理(lǐ)
根據塑料的特性和供料情況,一般在成型前應對原料的外觀和工藝性能進(jìn)行檢測。如果(guǒ)所用(yòng)的塑料為粉狀,如:聚氯乙烯,還應進行配料和幹混;如果製品有著色要求,則可加入適量的著色(sè)劑或色母料;供應的粒料(liào)往往(wǎng)含有不同程度的水分、溶(róng)劑及其它易揮發的低(dī)分子物,特別是一些具有吸濕傾向的(de)塑料含水量總是超過(guò)加工所允許的限度。因此,在加工前必須(xū)進行幹燥處理,並(bìng)測定含水(shuǐ)量。
嵌件的預熱
注射成型製品為了裝配及強度方麵的要求(qiú),需要在製品中嵌入金屬嵌件。注射成型時,安放(fàng)在模腔中(zhōng)的冷金(jīn)屬嵌件和(hé)熱塑料熔體一起冷卻時,由於金屬和塑料收縮率的顯著不同,常常使嵌件(jiàn)周圍產生很大的內應力(尤其是(shì)像(xiàng)聚苯乙烯等剛性鏈的高聚物更多顯(xiǎn)著(zhe))。這種內應力的存在使嵌件周圍出現裂紋,導(dǎo)致製品的使用性能大大降低。這可以通過選用熱膨脹係數大的金屬(鋁、鋼等)作嵌件,以及將嵌件(尤其是大的金屬嵌件)預熱。同時,設計製品時在嵌(qiàn)件周圍安排較(jiào)大的厚壁等措施。
機筒的清洗(xǐ)
新購進的注塑機初用(yòng)之前(qián),或者(zhě)在生產中需要改變(biàn)產品、更換(huàn)原料、調(diào)換(huàn)顏色或發現塑料中有分解現象時(shí),都需(xū)要對(duì)注塑機機(jī)筒進行(háng)清洗或拆洗。
脫模劑的(de)選用
脫模劑是能使塑料製品易於脫模(mó)的物質(zhì)。硬脂酸鋅適用於除聚酰胺外的一般塑料;液體石蠟(là)用(yòng)於聚酰胺類的塑料(liào)效果較好;矽油價格昂貴,使用麻煩,較少用。
使用脫模劑應控製適量,盡量少用(yòng)或不用。噴塗過量會影響製品外觀,對製品的彩飾也會產生不良影響。
注塑製品產生缺陷(xiàn)的原因及(jí)其處理方法
在注(zhù)塑成型加工過程中可能由於原料處理不好、製品(pǐn)或模具(jù)設計(jì)不合理、*作工沒有掌握合(hé)適的(de)工藝*作條件,或(huò)者因機械方麵的(de)原因,常常使製品產生注不滿、凹(āo)陷、飛邊(biān)、氣泡、裂紋、翹曲變形(xíng)、尺寸變化等缺陷。
對塑料製品的評(píng)價主要有三個方麵,第一是外(wài)觀質量,包括完整性、顏色、光澤等;第二是尺寸和相對位置間的準確性;第三是與用途相應的機(jī)械性能、化學性能(néng)、電性能等。這(zhè)些質量要求又根據製品使用場合的不同,要求的尺(chǐ)度也不同。
螺杆塑化能力是指(zhǐ)當背壓為零、螺杆轉速最大(dà)時(shí)單位時間內所能提供的熔料量。
評價螺杆設計水平,可以通過檢測其塑化能力以及螺杆轉(zhuǎn)速、背壓和(hé)功率消耗(hào)等對塑化能力的影響敏感程度。在設計(jì)螺杆時,希望螺杆直(zhí)徑能盡可能小,螺(luó)杆能(néng)承受的轉速盡可能高,從(cóng)而達到塑化能力高、塑化質量(liàng)好。
注塑機的塑(sù)化能力決定了注塑機的生產能力和生產效率。根據(jù)注射螺杆塑化機理(lǐ),由於螺杆間(jiān)歇性工作和塑化時螺杆軸向移動(dòng)以及注射時螺槽內物料的運動等作用,形成了塑料在螺槽內的熔融過程為非穩態過程,表現出熔料軸向溫差大、螺杆(gǎn)的塑化(huà)能力和功(gōng)率消耗不穩定。
螺杆塑化時,背壓對塑化能力的影響是顯著的,在螺杆塑化過程中(zhōng),當增大注射油缸的回泄阻力(背壓增大)時(shí),即增大螺杆均化段前部熔料的(de)壓力,使反向流量增加,塑化能力相應降(jiàng)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(yú)塑化能(néng)力,所以螺杆的驅動功率與(yǔ)螺杆轉(zhuǎn)速成正比。
模具溫(wēn)度均勻,提高模溫時,對注射(shè)成型工藝和製品性能有如下影響(xiǎng):
有利於熔體充模流動,充模壓力略微降(jiàng)低;
冷(lěng)卻時間延(yán)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(xìng)聚合物(wù)結晶度增高(製品密度提高),後(hòu)收縮減少,製品收縮率增大;
製品表麵光亮程度(dù)提高,製品內大分子定向程度減少,內(nèi)應力降低;
衝擊強度下降模具溫度不均勻(yún):製品(pǐn)收縮(suō)不均(jun1)勻,從而造成製品產生內應力,翹曲變形及應力開裂。模溫過低(dī)導致熔體流動(dòng)性降低,充模不滿或產生熔接痕強度低。製品內存(cún)在較大內(nèi)應力則易產生翹曲變形或應力開裂。
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