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注射成型的原理

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1. 注射成型原理

将粒状或粉状的塑料加入到注射机的料斗,在注射机内塑料受热熔融并使之保持流动状态,然后在一定压力下注人闭合的模具,经冷却定型后,熔融的塑料就固化成为所需的塑件。

2. 注射成型特点

注射成型的生产周期短,生产率高,采用注射成型可以生产形状复杂,尺寸要求高及带有各种嵌件的塑件,这是其它塑料成型方法都难以达到的;其次,注射成型在生产过程容易实现自动化,如注射、脱模、切除浇口等操作过程都可实现自动化,因而注射成型得到了广泛的应用。

2.1 优点:

成型周期短、生产效率高、易实现自动化

能成型形状复杂、尺寸精确、带有金属或非金属嵌件的塑料制件 产品质量稳定

适应范围广

2.2 缺点:

注塑设备价格较高;

注塑模具结构复杂;

生产成本高、生产周期长、不适合于单件小批量的塑件生产。

3. 应用

除少数热塑性塑料(氟塑料)外,几乎所有的热塑性塑料都可以用注射成型方法生产塑件。注射成型不仅用于热塑性塑料的成型,而且已经成功地应用于热固性塑料的成型。目前,其成型制品占目前全部塑料制品的20-30%。为进一步扩大注射成型塑件的范围,还开发了一些专门用于成型有特殊性能或特殊结构要求塑件的专用注射技术.如高精度塑件的精密注射、复合色彩塑件的多色注射、内外由不同物料构成的夹芯塑件的夹芯注射和光学透明塑件的注射压缩成型等。 4. 注射成型工艺过程

4.1 成型前准备

原料外观检验及工艺性能测定:包括塑料色泽、粒度及均匀性、流动性(熔体指数、粘度)热稳定性及收缩率的检验。

塑料预热和干燥:除去物料中过多的水分和挥发物,以防止成型后塑件表面有

缺陷或发生降解,影响塑料制件的外观和内在质量。 物料干燥的方法:小批量生产,采用烘箱干燥;大批量生产,采用沸腾干燥或真空干燥。

料筒清洗:当改变产品、更换原料及颜色时均需清洗料筒。

嵌件预热:减少物料和嵌件的温度差,降低嵌件周围塑料的收缩应力,保证塑件质量。

脱模剂的选用:常用脱模剂包括硬脂酸锌、液态石蜡和硅油。

4.2 注射过程

加料:将粒状或粉状塑料加入注射机的料斗。

塑化:通过注射机加热装置的加热,使得螺杆中的塑料原料熔融,成为具有良好的可塑性的塑料熔体 。

充模:塑化好的塑料熔体在注射机柱塞或螺杆的推动作用下,以一定的压力和速度经过喷嘴模具的浇注系统进入并充满模具型腔。

保压补缩:从熔体充满型腔后,在注射机柱塞或螺杆推动下,熔体仍然保持压力进行补料,使料筒中的熔料继续进入型腔,以补充型腔中塑料的收缩需要,并且可以防止熔体倒流。

浇口冻结后的冷却:经过一段时间使型腔内的熔融塑料凝固成固体,确保当脱模时塑件有足够的刚度,不致产生翘曲或变形。

脱模:塑件冷却到一定的温度,推出机构将塑件推出模外。

4.3 塑件后处理

后处理原因及作用:

由于塑化不均匀或由于塑料在型腔内的结晶、取向和冷却不均匀;或由于金属嵌件的影响或由于塑件的二次加工不当等原因,塑件内部不可避免地存在一些内应力,从而导致塑件在使用过程中产生变形或开裂,因此,应该设法消除。 退火处理:将塑件在定温的加热液体介质(如热水、热油和液体石蜡等)或热空气循环烘箱中静置一段时间,然后缓慢冷却至室温的一种热处理工艺。 a) 温度:高于使用温度10°~15°或低于热变形温度10°~20°。

b) 时间:与塑料品种和塑件厚度有关一般可按每毫米约半小时计算。

c) 作用:消除塑件的内应力,稳定塑件尺寸,提高结晶度、稳定结晶结构,从

而提高其弹性模量和硬度。

调湿处理:将刚脱模的塑件放入加热介质(如沸水、醋酸钾溶液)中,加快吸湿平衡速度的一种后处理方法。(主要用于吸湿性很强且又容易氧化的塑料,如PA)

a) 温度:100~121℃(热变形温度高时取上限,反之取下限)。

b) 时间:保温时间与塑件厚度有关,通常取2~9h。

c) 目的:消除残余应力;使制品尽快达到吸湿平衡,以防止在使用过程中发生

尺寸。

5. 注射成型工艺参数

5.1 温度

a) 料筒温度

料筒温度应在粘流温度(或熔点)和热分解温度 之间。柱塞式料筒温度高于螺杆式料筒温度10~20℃。

塑料特性:热敏性塑料如聚甲醛、聚氟乙烯等要严格控制料筒的最高温度和在料筒中的停留时间;增加玻璃纤维的热塑性塑料由于流动性差而要适当提高料筒温度。热固性塑料为防止熔体在料筒时发生早期硬化,料筒温度趋向取小值。 塑件及模具结构:对于薄壁制件料筒温度高于厚壁制件;形状复杂或带有嵌件的制件料筒温度也应高一些。

料筒温度的分布,一般遵循前高后低的原则,即料筒后段(加料口)温度最低,喷嘴温度最高。对螺杆式注射机为防止因螺杆与熔料、熔料与熔料、熔料与料筒之间的剪切摩擦热而导致塑料热降解,可使料筒前段温度略低于中段。

判断料筒温度是否合适,可采用对空注射法观察或直接观察塑件质量的好坏。对空注射时,如果料流均匀、光滑、无泡、色泽均匀则说明料温合适;如果料流毛糙,有银丝或变色现象,则说明料温不合适。

b) 喷嘴温度

一般略低于料筒最高温度,以防止熔料在喷嘴处产生流涎现象。但不能过低,否则熔料在喷嘴处会出现早凝而将喷嘴堵塞,或者有早凝料注入模腔而影响塑件的质量。

c) 模具温度

模具温度的高低决定于塑料的特性、塑件尺寸与结构、性能要求及其它工艺条件。模具温度↑,流动性↑,密度和结晶度↑,收缩率和生产率↓。

模具温度通常是由通入定温的冷却介质来控制的;也有靠熔料注入模具自然升温和自然散热达到平衡的方式来保持一定的温度;在特殊情况下,也可用电阻丝和电阻加热棒对模具加热来保持模具的定温。但无论怎样,对塑料熔体来说,都是冷却的过程。

5.2 压力

(1)塑化压力(背压):指采用螺杆式注射机时,螺杆顶部熔体在螺杆旋转后退时所受的压力。

塑化压力增加,熔体的温度及其均匀性提高、色料的混合均匀并排出熔体中的

气体。但塑化速率降低,延长成型周期。

一般操作中,在保证塑件质量的前提下,塑化压力应越低越好,一般为6MPa左右,通常很少超过20MPa

(2)注射压力:指柱塞或螺杆顶部对塑料熔体所施加的压力。

作用:注射时克服熔体流动充模过程中的流动阻力,使熔体具有一定的充模速率;保压时对熔体进行压实和防止倒流。

大小:取决于注射机的类型、塑料的品种、模具结构、模具温度、塑件的壁厚及浇注系统的结构和尺寸等。

一般情况下:粘度高的塑料注射压力>粘度低的塑料;薄壁、面积大、形状复杂塑件注射压力高;模具结构简单,浇口尺寸较大,注射压力较低;柱塞式注射机注射压力>螺杆式注射机;料筒温度、模具温度高,注射压力较低。

5.3 时间

完成一次注塑过程所需的时间称为注塑成型周期。

充模时间(3~5s)

注射时间 保压时间(20~120s)

成型周期 合模冷却时间(30~120s)

其他时间 (开模、脱模、喷涂脱模

剂、安放嵌件、合模时间)

6. 塑料成型工艺规程的制订

根据塑件的使用要求及塑料的工艺特性,正确选择成型方法,确定成型工艺过程及成型工艺条件,合理设计塑料模具及成型设备的选择等,保证成型工艺的顺利进行是的塑件达到要求的这一系列工作通常称为制定塑件的工艺规程。它是塑料成型生产中的一种具有指导性的技术文件,是组织生产的重要依据,贯穿于生产工艺过程的各个阶段,必须严格执行。

6.1 塑件的分析

塑件的形状、结构决定了模具的结构,且对塑件能否顺利成型及成型后的质量有很大的影响。为了确保塑件质量,通常需要注意以下几点:

6.1.1 塑料的分析

(1) 塑料使用性能的分析

(2) 塑料工艺性能的分析

6.1.2 塑件结构、尺寸及公差、技术标准的分析

 

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