如何有效调整参数

  kevin_001 ·  2007-10-22 21:38  ·  55654 次点击
注塑工艺参数基础.最全.最详细!
一、注塑过程可以简单的表示如下:
上一周期完了——闭模——填充——保压——回胶——冷却——开模——脱模——开始下一周期
在填充保压降段,模腔压力随时间推移而上升,填充满型腔之后压力将保持在一个相对静态的状态,以补充由于收缩而产生的胶量不足,另外此压力可以防止由于注射的降低而产生的胶体倒流现象,这就是保压阶段,保压完了之后模腔压力逐渐下降,并随时间推移理论上可以降到零,但实际并不为零,所以脱模之后制品内部内存内应力,因而有的产品需经过后处理,清除残存应力。所谓应力,就是来傅高子链或者链段自由运动的力,即弯曲变形,应力开裂,缩孔等。
二、注塑过程的主要参数
1、注塑胶料温度,熔体温度对熔体的流动性能起主要作用,由于塑胶没有具体的熔点,所谓熔点是一个熔融状态下的温度段,塑胶分子链的结构与组成不同,因而对其流动性的影响也不同,刚性分子链受温度影响较明显,如PC、PPS等,而柔性分子链如:PA、PP、PE等流动性通过改变温度并不明显,所以应根据不同的材料来调校合理的注塑温度。
2、注塑速度是熔体在炮筒内(亦为螺杆的推进速度)的速度(MM/S)注射速度决定产品外观、尺寸、收缩性,流动状况分布等,一般为先慢——快——后慢,即先用一个较的速度是熔体更过主流道,分流道,进浇口,以达到平衡射胶的目的,然后快速充模方式填充满整个模腔,再以较慢速度补充收缩和逆流引起的胶料不足现象,直到浇口冻结,这样可以克服烧焦,气纹,缩水等品质不良产生。
3、注塑压力是熔体克服前进所需的阻力,直接影响产品的尺寸,重量和变形等,不同的塑胶产品所需注塑压力不同,对于象PA、PP等材料,增加压力会使其流动性显著改善,注射压力大小决定产品的密度,即外观光泽性。
4、模具温度,有些塑胶料由于结晶化温度高,结晶速度慢,需要较高模温,有些由于控制尺寸和变形,或者脱模的需要,要较高的温度或较低温度,如PC一般要求60度以上,而PPS为了达到较好的外观和改善流动性,模温有时需要160度以上,因而模具温度对改善产品的外观、变形、尺寸,胶模方面有不可抵估的作用。
三,注塑专业参数含义说明
1注射量
注射量是指注塑机螺杆在注塑时,向模具内所注射的熔体量.
注射量=螺杆推进容积*ρ*C
ρ为注塑物料密度
C对结晶型聚合物为0.85,对非结晶型聚合物为0.93
注塑机不可用来加工小于注射量1/10或超过注射量70%的制品
2计量行程(预塑行程)
每次注射程序终止后,螺杆处在料桶的最前端,当预塑程序到达时,螺杆开始旋转,物料被送到螺杆头部,螺杆在物料的反作用下后退,碰到限位开关为止,此过程为计量过程.
注射量的大小与计量行程的精度有关,太小,注射量不够,太大,使料桶前部每次注射后余料太大,使熔体温度不均或过热分解.
预塑后计量实中的熔体其纵向温度和径向温度都有温差,螺杆转数,预塑背压和料桶温度都将对熔体温度和温差有较大影响.
3防延量
防延量是指螺杆计量到位后﹐又直线地倒退一距离﹐使计量室的比容变大﹐内压下降﹐防止流体从计量室中流出﹒
防流延还有一目的是注射喷嘴不退后进行预塑时﹐降低喷嘴流道系统压力﹐降低内应力﹐并在开模时容易抽出料把﹐防延量大会使计量室中挟杂有气泡﹐对粘度大的物料可不设防延量
以上各参数通过合理调校可以得到符合品质要求的产品,如尺寸可以通过注塑压力,模温、注塑速度,背压来达到。
四,怎样调较注塑工艺参数
•温度的控制
热电偶也广泛应用作温度控制系统的感应器。在控制仪器上,设定需要的温度,而感应器的显示将与设定点上产生的温度相比较。在这最简单的系统中,当温度到达设定点时,就会关闭,温度下降后电源又重新开启。这种系统称为开闭控制,因为它不是开就是关。
•温度
温度的测量和控制在注塑中是十分重要的。虽然进行这些测量是相对地简单,但多数注塑机都没有足够的温度采点或线路。
在多数注塑机上,温度是由热电偶感应的。一个热电偶基本上由两条不同的电线尾部相接而组成的。如果一端比另一端热,将产生一个微小的电讯;越是加热,讯号越强。
•熔胶温度
熔胶温度是很重要的,所用的射料缸温度只是指导性。熔胶温度可在射嘴处量度或使用空气喷射法来量度。射料缸的温度设定取决于熔胶温度、螺杆转速、背压、射料量和注塑周期。
您如果没有加工某一特定级别塑料的经验,请从最低的设定开始。为了便于控制,射料缸分了区,但不是所有都设定为相同温度。如果运作时间长或在高温下操作,请将第一区的温度设定为较低的数值,这将防止塑料过早熔化和分流。注塑开始前,确保液压油、料斗封闭器、模具和射料缸都处于正确温度下。
•注塑压力
这是引起塑料流动的压力,可以用在射嘴或液压线上的传感器来测量。它没有固定的数值,而模具填充越困难,注塑压力也增大,注塑线压力和注塑压力是有直接关系。
•第一阶段压力和第二阶段压力
在注塑周期的填充阶段中,可能需要采用高射压,以维持注塑速度于要求水平。模具经填充后便不再需要高压力。不过在注塑一些半结晶性热塑性塑料(如PA及POM)时,由于压力骤变,会使结构恶化,所以有时无须使用次阶段压力。
•锁模压力
为了对抗注射压力,必须使用锁模压力,不要自动地选择可供使用的最大数值,而要考虑投影面积,计算一个适合的数值。注塑件的投影面积,是从锁模力的应用方向看到的最大面积。对大多数注塑情况来说,它约为每平方英寸2吨,或每平方米31兆牛顿。然而这只是个低数值,而且应当作为一个很粗略的经验值,因为,一旦注塑件有任何的深度,那么侧壁便必须考虑。
•背压
这是螺杆后退前所须要产生及超越的压力,采用高背压虽有利于色料散布均匀及塑料熔化,但却同时延长了中螺杆回位时间,减低填充塑料所含纤维的长度,并增加了注塑机的应力;故背压越低越好,在任何情况下都不能超过注塑机注塑压力(最高定额)的20%。
•注塑速度
这是指螺杆作为冲头时,模具的填充速度。注塑薄壁制品时,必须采用高射速,以便于熔胶未凝固时完全填充模具,生产较为光滑的表面。填充时使用一系列程序化的射速,避免产生喷射或困气等缺陷。注射可在开环式或闭环式控制系统下进行。
•射嘴压力
射嘴压力是射嘴里面的压力。它大约就是引起塑料流动的压力。它没有固定的数值,而是随模具填充的难度加大而增高。射嘴压力、线压力和注射压力之间有直接的关系。在螺旋式注塑机上,射嘴压力大约比注射压力少大约百分之十左右。而在活塞式注塑机时压力损失可达到百分之十左右。而在活塞式注塑机时压力损失可达到百分之五十。
注塑机功能介绍
注塑机具有能一次成型外型复杂、尺寸精确或带有金属嵌件的质地密致的塑料制品,被广泛应用于国防、机电、汽车、交通运输、建材、包装、农业、文教卫生及人们日常生活各个领域。注射成型工艺对各种塑料的加工具有良好的适应性,生产能力较高,并易于实现自动化。在塑料工业迅速发展的今天,注塑机不论在数量上或品种上都占有重要地位,从而成为目前塑料机械中增长最快,生产数量最多的机种之一。
我国塑料加工企业星罗其布,遍布全国各地,设备的技术水平参差不齐,大多数加工企业的设备都需要技术改造。这几年来,我国塑机行业的技术进步十分显著,尤其是注塑机的技术水平与国外名牌产品的差距大大缩小,在控制水平、产品内部质量和外观造型等方面均取得显著改观。选择国产设备,以较小的投入,同样也能生产出与进口设备质量相当的产品。这些为企业的技术改造创造了条件。
要有好的制品,必须要有好的设备。设备的磨损和腐蚀是一种自然规律,人们掌握了这种规律,就可以预防或减少设备的磨损和腐蚀,延长设备的使用周期,保证设备的完好率。
为加强塑料机械的使用、维护和管理工作,我国有关部门已制订了有关标准和实施细则,要求各设备管理部门和生产企业对设备的管理和使用做到“科学管理、正确使用、合理润滑、精心维护、定期保养、计划检修,提高设备完好率,使设备经常处于良好状态。
本文撰写了注塑机维护、保养的有关知识和技术资料可供设备管理部门和生产企业的管理人员和技术人员参考。
塑料注射成型技术是根据压铸原理从十九世纪末二十世纪初发展起来的,是目前塑料加工中最普遍采用的方法之一。该法适用于全部热塑性塑料和部分热固性塑料(约占塑料总量的1/3)。
1.1注塑成型机的工作原理
注塑机的工作原理与打针用的注射器相似,它是借助螺杆(或柱塞)的推力,将已塑化好的熔融状态(即粘流态)的塑料注射入闭合好的模腔内,经固化定型后取得制品的工艺过程。
注射成型是一个循环的过程,每一周期主要包括:定量加料—熔融塑化—施压注射—充模冷却—启模取件。取出塑件后又再闭模,进行下一个循环。
1.2注塑机的结构
注塑机根据塑化方式分为柱塞式注塑机和螺杆式注塑机;按机器的传动方式又可分为液压式、机械式和液压—机械(连杆)式;按操作方式分为自动、半自动、手动注塑机。
(1)卧式注塑机:这是最常见的类型。其合模部分和注射部分处于同一水平中心线上,且模具是沿水平方向打开的。其特点是:机身矮,易于操作和维修;机器重心低,安装较平稳;制品顶出后可利用重力作用自动落下,易于实现全自动操作。目前,市场上的注塑机多采用此种型式。
(2)立式注塑机:其合模部分和注射部分处于同一垂直中心线上,且模具是沿垂直方向打开的。因此,其占地面积较小,容易安放嵌件,装卸模具较方便,自料斗落入的物料能较均匀地进行塑化。但制品顶出后不易自动落下,必须用手取下,不易实现自动操作。立式注塑机宜用于小型注塑机,一般是在60克以下的注塑机采用较多,大、中型机不宜采用。
(3)角式注塑机:其注射方向和模具分界面在同一个面上,它特别适合于加工中心部分不允许留有浇口痕迹的平面制品。它占地面积比卧式注塑机小,但放入模具内的嵌件容易倾斜落下。这种型式的注塑机宜用于小机。
(4)多模转盘式注塑机:它是一种多工位操作的特殊注塑机,其特点是合模装置采用了转盘式结构,模具围绕转轴转动。这种型式的注塑机充分发挥了注射装置的塑化能力,可以缩短生产周期,提高机器的生产能力,因而特别适合于冷却定型时间长或因安放嵌件而需要较多辅助时间的大批量塑制品的生产,但因合模系统庞大、复杂,合模装置的合模力往往较小,故这种注塑机在塑胶鞋底等制品生产中应用较多。
一般注塑机包括注射装置、合模装置、液压系统和电气控制系统等部分。
注射成型的基本要求是塑化、注射和成型。塑化是实现和保证成型制品质量的前提,而为满足成型的要求,注射必须保证有足够的压力和速度。同时,由于注射压力很高,相应地在模腔中产生很高的压力(模腔内的平均压力一般在20~45MPa之间,见表1),因此必须有足够大的合模力。由此可见,注射装置和合模装置是注塑机的关键部件。
1.4注塑机的操作
1.4.1注塑机的动作程序
喷嘴前进→注射→保压→预塑→倒缩→喷嘴后退→冷却→开模→顶出→退针→开门→关门→合模→喷嘴前进。
1.4.2注塑机操作项目:注塑机操作项目包括控制键盘操作、电器控制柜操作和液压系统操作三个方面。分别进行注射过程动作、加料动作、注射压力、注射速度、顶出型式的选择,料筒各段温度及电流、电压的监控,注射压力和背压压力的调节等。
1.4.2.1注射过程动作选择:
一般注塑机既可手动操作,也可以半自动和全自动操作。
手动操作是在一个生产周期中,每一个动作都是由操作者拨动操作开关而实现的。一般在试机调模时才选用。
半自动操作时机器可以自动完成一个工作周期的动作,但每一个生产周期完毕后操作者必须拉开安全门,取下工件,再关上安全门,机器方可以继续下一个周期的生产。
全自动操作时注塑机在完成一个工作周期的动作后,可自动进入下一个工作周期。在正常的连续工作过程中无须停机进行控制和调整。但须注意,如需要全自动工作,则(1)中途不要打开安全门,否则全自动操作中断;(2)要及时加料;(3)若选用电眼感应,应注意不要遮闭了电眼。
实际上,在全自动操作中通常也是需要中途临时停机的,如给机器模具喷射脱模剂等。
正常生产时,一般选用半自动或全自动操作。操作开始时,应根据生产需要选择操作方式(手动、半自动或全自动),并相应拨动手动、半自动或全自动开关。
半自动及全自动的工作程序已由线路本身确定好,操作人员只需在电柜面上更改速度和压力的大小、时间的长短、顶针的次数等等,不会因操作者调错键钮而使工作程序出现混乱。
当一个周期中各个动作未调整妥当之前,应先选择手动操作,确认每个动作正常之后,再选择半自动或全自动操作。
1.4.2.2预塑动作选择
根据预塑加料前后注座是否后退,即喷嘴是否离开模具,注塑机一般设有三种选择。(1)固定加料:预塑前和预塑后喷嘴都始终贴进模具,注座也不移动。(2)前加料:喷嘴顶着模具进行预塑加料,预塑完毕,注座后退,喷嘴离开模具。选择这种方式的目的是:预塑时利用模具注射孔抵助喷嘴,避免熔料在背压较高时从喷嘴流出,预塑后可以避免喷嘴和模具长时间接触而产生热量传递,影响它们各自温度的相对稳定。(3)后加料:注射完成后,注座后退,喷嘴离开模具然后预塑,预塑完再注座前进。该动作适用于加工成型温度特别窄的塑料,由于喷嘴与模具接触时间短,避免了热量的流失,也避免了熔料在喷嘴孔内的凝固。
注射结束、冷却计时器计时完毕后,预塑动作开始。螺杆旋转将塑料熔融并挤送到螺杆头前面。由于螺杆前端的止退环所起的单向阀的作用,熔融塑料积存在机筒的前端,将螺杆向后迫退。当螺杆退到预定的位置时(此位置由行程开关确定,控制螺杆后退的距离,实现定量加料),预塑停止,螺杆停止转动。紧接着是倒缩动作,倒缩即螺杆作微量的轴向后退,此动作可使聚集在喷嘴处的熔料的压力得以解除,克服由于机筒内外压力的不平衡而引起的“留涎”现象。若不需要倒缩,则应把倒缩停止开关调到适当位置,让预塑停止开关被压上的同一时刻,倒缩停止开关也被压上。当螺杆作倒缩动作后退到压上停止开关时,倒缩停止。接着注座开始后退。当注座后退至压上停止开关时,注座停止后退。若采用固定加料方式,则应注意调整好行程开关的位置。
一般生产多采用固定加料方式以节省注座进退操作时间,加快生产周期。
1.4.2.3注射压力选择
注塑机的注射压力由调压阀进行调节,在调定压力的情况下,通过高压和低压油路的通断,控制前后期注射压力的高低。
普通中型以上的注塑机设置有三种压力选择,即高压、低压和先高压后低压。高压注射是由注射油缸通入高压压力油来实现。由于压力高,塑料从一开始就在高压、高速状态下进入模腔。高压注射时塑料入模迅速,注射油缸压力表读数上升很快。低压注射是由注射油缸通入低压压力油来实现的,注射过程压力表读数上升缓慢,塑料在低压、低速下进入模腔。先高压后低压是根据塑料种类和模具的实际要求从时间上来控制通入油缸的压力油的压力高低来实现的。
为了满足不同塑料要求有不同的注射压力,也可以采用更换不同直径的螺杆或柱塞的方法,这样既满足了注射压力,又充分发挥了机器的生产能力。在大型注塑机中往往具有多段注射压力和多级注射速度控制功能,这样更能保证制品的质量和精度。
1.4.2.4注射速度的选择
一般注塑机控制板上都有快速—慢速旋钮用来满足注射速度的要求。在液压系统中设有一个大流量油泵和一个小流量泵同时运行供油。当油路接通大流量时,注塑机实现快速开合模、快速注射等,当液压油路只提供小流量时,注塑机各种动作就缓慢进行。
1.4.2.5顶出形式的选择
注塑机顶出形式有机械顶出和液压顶出二种,有的还配有气动顶出系统,顶出次数设有单次和多次二种。顶出动作可以是手动,也可以是自动。
顶出动作是由开模停止限位开关来启动的。操作者可根据需要,通过调节控制柜上的顶出时间按钮来达到。顶出的速度和压力亦可通过控制柜面上的开关来控制,顶针运动的前后距离由行程开关确定。
1.4.2.6温度控制
以测温热电偶为测温元件,配以测温毫伏计成为控温装置,指挥料筒和模具电热圈电流的通断,有选择地固定料筒各段温度和模具温度。表5列出了一些塑料的成型加工温度范围,可供参考。
料筒电热圈一般分为二段、三段或四段控制。电器柜上的电流表分别显示各段电热圈电流的大小。电流表的读数是比较固定的,如果在运行中发现电流表读数比较长时间的偏低,则可能电热圈发生了故障,或导线接触不良,或电热丝氧化变细,或某个电热圈烧毁,这些都将使电路并联的电阻阻值增大而使电流下降。
在电流表有一定读数时也可以简单地用塑料条逐个在电热圈外壁上抹划,看料条熔融与否来判断某个电热圈是否通电或烧毁。
1.4.2.7合模控制
合模是以巨大的机械推力将模具合紧,以抵挡注塑过程熔融塑料的高压注射及填充模具而令模具发生的巨大张开力。
关妥安全门,各行程开关均给出信号,合模动作立即开始。首先是动模板以慢速启动,前进一小短距离以后,原来压住慢速开关的控制杆压块脱离,活动板转以快速向前推进。在前进至靠近合模终点时,控制杆的另一端压杆又压上慢速开关,此时活动板又转以慢速且以低压前进。在低压合模过程中,如果模具之间没有任何障碍,则可以顺利合拢至压上高压开关,转高压是为了伸直机铰从而完成合模动作。这段距离极短,一般只有0.3~1.0mm,刚转高压旋即就触及合模终止限位开关,这时动作停止,合模过程结束。
注塑机的合模结构有全液压式和机械连杆式。不管是那一种结构形式,最后都是由连杆完全伸直来实施合模力的。连杆的伸直过程是活动板和尾板撑开的过程,也是四根拉杆受力被拉伸的过程。
合模力的大小,可以从合紧模的瞬间油压表升起之最高值得知,合模力大则油压表的最高值便高,反之则低。较小型的注塑机是不带合模油压表的,这时要根据连杆的伸直情况来判断模具是否真的合紧。如果某台注塑机合模时连杆很轻松地伸直,或“差一点点”未能伸直,或几副连杆中有一副未完全伸直,注塑时就会出现胀模,制件就会出现飞边或其它毛病。
1.4.2.8开模控制
当熔融塑料注射入模腔内及至冷却完成后,随着便是开模动作,取出制品。开模过程也分三个阶段。第一阶段慢速开模,防止制件在模腔内撕裂。第二阶段快速开模,以缩短开模时间。第三阶段慢速开模,以减低开模惯性造成的冲击及振动。
1.4.3注塑工艺条件的控制
目前,各注塑机厂家开发出了各式各样的程序控制方式,大致有:注射速度控制、注射压力控制、注入模腔内塑料充填量的控制、螺杆的背压和转速等塑炼状态的控制。实现工艺过程控制的目的是提高制品质量,使机器的效能得到最大限度的发挥。
1.4.3.1注射速度的程序控制
注射速度的程序控制是将螺杆的注射行程分为3~4个阶段,在每个阶段中分别使用各自适当的注射速度。例如:在熔融塑料刚开始通过浇口时减慢注射速度,在充模过程中采用高速注射,在充模结束时减慢速度。采用这样的方法,可以防止溢料,消除流痕和减少制品的残余应力等。
低速充模时流速平稳,制品尺寸比较稳定,波动较小,制品内应力低,制品内外各向应力趋于一致(例如将某聚碳酸脂制件浸入四氯化碳中,用高速注射成型的制件有开裂倾向,低速的不开裂)。在较为缓慢的充模条件下,料流的温差,特别是浇口前后料的温差大,有助于避免缩孔和凹陷的发生。但由于充模时间延续较长容易使制件出现分层和结合不良的熔接痕,不但影响外观,而且使机械强度大大降低。
高速注射时,料流速度快,当高速充模顺利时,熔料很快充满型腔,料温下降得少,黏度下降得也少,可以采用较低的注射压力,是一种热料充模态势。高速充模能改进制件的光泽度和平滑度,消除了接缝线现象及分层现象,收缩凹陷小,颜色均匀一致,对制件较大部分能保证丰满。但容易产生制品发胖起泡或制件发黄,甚至烧伤变焦,或造成脱模困难,或出现充模不均的现象。对于高黏度塑料有可能导致熔体破裂,使制件表面产生云雾斑。
下列情况可以考虑采用高速高压注射:(1)塑料黏度高,冷却速度快,长流程制件采用低压慢速不能完全充满型腔各个角落的;(2)壁厚太薄的制件,熔料到达薄壁处易冷凝而滞留,必须采用一次高速注射,使熔料能量大量消耗以前立即进入型腔的;(3)用玻璃纤维增强的塑料,或含有较大量填充材料的塑料,因流动性差,为了得到表面光滑而均匀的制件,必须采用高速高压注射的。
对高级精密制品、厚壁制件、壁厚变化大的和具有较厚突缘和筋的制件,最好采用多级注射,如二级、***、四级甚至五级。
1.4.3.2注射压力的程序控制
通常将注射压力的控制分成为一次注射压力、二次注射压力(保压)或三次以上的注射压力的控制。压力切换时机是否适当,对于防止模内压力过高、防止溢料或缺料等都是非常重要的。模制品的比容取决于保压阶段浇口封闭时的熔料压力和温度。如果每次从保压切换到制品冷却阶段的压力和温度一致,那麽制品的比容就不会发生改变。在恒定的模塑温度下,决定制品尺寸的最重要参数是保压压力,影响制品尺寸公差的最重要的变量是保压压力和温度。例如:在充模结束后,保压压力立即降低,当表层形成一定厚度时,保压压力再上升,这样可以采用低合模力成型厚壁的大制品,消除塌坑和飞边。
保压压力及速度通常是塑料充填模腔时最高压力及速度的50%~65%,即保压压力比注射压力大约低0.6~0.8MPa。由于保压压力比注射压力低,在可观的保压时间内,油泵的负荷低,固油泵的使用寿命得以延长,同时油泵电机的耗电量也降低了。
***压力注射既能使制件顺利充模,又不会出现熔接线、凹陷、飞边和翘曲变形。对于薄壁制件、多头小件、长流程大型制件的模塑,甚至型腔配置不太均衡及合模不太紧密的制件的模塑都有好处。
1.4.3.3注入模腔内塑料填充量的程序控制
采用预先调节好一定的计量,使得在注射行程的终点附近,螺杆端部仍残留有少量的熔体(缓冲量),根据模内的填充情况进一步施加注射压力(二次或三次注射压力),补充少许熔体。这样,可以防止制品凹陷或调节制品的收缩率。
1.4.3.4螺杆背压和转速的程序控制
高背压可以使熔料获得强剪切,低转速也会使塑料在机筒内得到较长的塑化时间。因而目前较多地使用了对背压和转速同时进行程序设计的控制。例如:在螺杆计量全行程先高转速、低背压,再切换到较低转速、较高背压,然后切换成高背压、低转速,最后在低背压、低转速下进行塑化,这样,螺杆前部熔料的压力得到大部分的释放,减少螺杆的转动惯量,从而提高了螺杆计量的精确程度。过高的背压往往造成着色剂变色程度增大;预塑机构合机筒螺杆机械磨损增大;预塑周期延长,生产效率下降;喷嘴容易发生流涎,再生料量增加;即使采用自锁式喷嘴,如果背压高于设计的弹簧闭锁压力,亦会造成疲劳破坏。所以,背压压力一定要调得恰当。
随着技术的进步,将小型计算机纳入注塑机的控制系统,采用计算机来控制注塑过程已成为可能。日本制钢所N—PACS(微型电子计算机控制系统)可以做到四个反馈控制(保压调整、模压调整、自动计量调整、树脂温度调整)和四个过程控制(注射速度程序控制、保压检验、螺杆转速程序控制、背压程序控制)。
1.4.4注塑成型前的准备工作
成型前的准备工作可能包括的内容很多。如:物料加工性能的检验(测定塑料的流动性、水分含量等);原料加工前的染色和选粒;粒料的预热和干燥;嵌件的清洗和预热;试模和料筒清洗等。
1.4.4.1原料的预处理
根据塑料的特性和供料情况,一般在成型前应对原料的外观和工艺性能进行检测。如果所用的塑料为粉状,如:聚氯乙烯,还应进行配料和干混;如果制品有着色要求,则可加入适量的着色剂或色母料;供应的粒料往往含有不同程度的水分、熔剂及其它易挥发的低分子物,特别是一些具有吸湿倾向的塑料含水量总是超过加工所允许的限度。因此,在加工前必须进行干燥处理,并测定含水量。在高温下对水敏感的聚碳酸酯的水分含量要求在0.2%以下,甚至0.03%~0.05%,因此常用真空干燥箱干燥。已经干燥的塑料必须妥善密封保存,以防塑料从空气中再吸湿而丧失干燥效果,为此采用干燥室料斗可连续地为注塑机提供干燥的热料,对简化作业、保持清洁、提高质量、增加注射速率均为有利。干燥料斗的装料量一般取注塑机每小时用料量的2.5倍。
1.4.4.2嵌件的预热
注射成型制品为了装配及强度方面的要求,需要在制品中嵌入金属嵌件。注射成型时,安放在模腔中的冷金属嵌件和热塑料熔体一起冷却时,由于金属和塑料收缩率的显著不同,常常使嵌件周围产生很大的内应力(尤其是象聚苯乙烯等刚性链的高聚物更多显著)。这种内应力的存在使嵌件周围出现裂纹,导致制品的使用性能大大降低。这可以通过选用热膨胀系数大的金属(铝、钢等)作嵌件,以及将嵌件(尤其是大的金属嵌件)预热。同时,设计制品时在嵌件周围安排较大的厚壁等措施。
1.4.4.3机筒的清洗
新购进的注塑机初用之前,或者在生产中需要改变产品、更换原料、调换颜色或发现塑料中有分解现象时,都需要对注塑机机筒进行清洗或拆洗。
清洗机筒一般采用加热机筒清洗法。清洗料一般用塑料原料(或塑料回收料)。对于热敏性塑料,如聚氯乙稀的存料,可用低密度聚乙烯、聚苯乙烯等进行过渡换料清洗,再用所加工的新料置换出过渡清洗料。
1.4.4.4脱模剂的选用
脱模剂是能使塑料制品易于脱模的物质。硬脂酸锌适用于除聚酰胺外的一般塑料;液体石蜡用于聚酰胺类的塑料效果较好;硅油价格昂贵,使用麻烦,较少用。
使用脱模剂应控制适量,尽量少用或不用。喷涂过量会影响制品外观,对制品的彩饰也会产生不良影响。
1.5注塑机操作过程注意事项
养成良好的注塑机操作习惯对提高机器寿命和生产安全都大有好处。
1.5.1开机之前:(1)检查电器控制箱内是否有水、油进入,若电器受潮,切勿开机。应由维修人员将电器零件吹干后再开机。(2)检查供电电压是否符合,一般不应超过±15%。(3)检查急停开关,前后安全门开关是否正常。验证电动机与油泵的转动方向是否一致。(4)检查各冷却管道是否畅通,并对油冷却器和机筒端部的冷却水套通入冷却水。(5)检查各活动部位是否有润滑油(脂),并加足润滑油。(6)打开电热,对机筒各段进行加温。当各段温度达到要求时,再保温一段时间,以使机器温度趋于稳定。保温时间根据不同设备和塑料原料的要求而有所不同。(7)在料斗内加足足够的塑料。根据注塑不同塑料的要求,有些原料最好先经过干燥。(8)要盖好机筒上的隔热罩,这样可以节省电能,又可以延长电热圈和电流接触器的寿命。
1.5.2操作过程中:(1)不要为贪图方便,随意取消安全门的作用。(2)注意观察压力油的温度,油温不要超出规定的范围。液压油的理想工作温度应保持在45~50℃之间,一般在35~60℃范围内比较合适。(3)注意调整各行程限位开关,避免机器在动作时产生撞击。
1.5.3工作结束时:(1)停机前,应将机筒内的塑料清理干净,预防剩料氧化或长期受热分解。(2)应将模具打开,使肘杆机构长时间处于闭锁状态。(3)车间必须备有起吊设备。装拆模具等笨重部件时应十分小心,以确保生产安全。
1.6注塑制品产生缺陷的原因及其处理方法
在注塑成型加工过程中可能由于原料处理不好、制品或模具设计不合理、操作工没有掌握合适的工艺操作条件,或者因机械方面的原因,常常使制品产生注不满、凹陷、飞边、气泡、裂纹、翘曲变形、尺寸变化等缺陷。
对塑料制品的评价主要有三个方面,第一是外观质量,包括完整性、颜色、光泽等;第二是尺寸和相对位置间的准确性;第三是与用途相应的机械性能、化学性能、电性能等。这些质量要求又根据制品使用场合的不同,要求的尺度也不同。
生产实践证明,制品的缺陷主要在于模具的设计、制造精度和磨损程度等方面。但事实上,塑料加工厂的技术人员往往苦于面对用工艺手段来弥补模具缺陷带来的问题而成效不大的困难局面。
生产过程中工艺的调节是提高制品质量和产量的必要途径。由于注塑周期本身很短,如果工艺条件掌握不好,废品就会源源不绝。在调整工艺时最好一次只改变一个条件,多观察几回,如果压力、温度、时间统统一起调的话,很易造成混乱和误解,出了问题也不知道是何道理。调整工艺的措施、手段是多方面的。例如:解决制品注不满的问题就有十多个可能的解决途径,要选择出解决问题症结的一、二个主要方案,才能真正解决问题。此外,还应注意解决方案中的辨证关系。比如:制品出现了凹陷,有时要提高料温,有时要降低料温;有时要增加料量,有时要减少料量。要承认逆向措施的解决问题的可行性。
1.6.1塑料成型不完整
这是一个经常遇到的问题,但也比较容易解决。当用工艺手段确实解决不了时,可从模具设计制造上考虑进行改进,一般是可以解决的。
一、设备方面:
(1)注塑机塑化容量小。当制品质量超过注塑机实际最大注射质量时,显然地供料量是入不敷出的。若制品质量接近注塑机实际注射质量时,就有一个塑化不够充分的问题,料在机筒内受热时间不足,结果不能及时地向模具提供适当的熔料。这种情况只有更换容量大的注塑机才能解决问题。有些塑料如尼龙(特别是尼龙66)熔融范围窄,比热较大,需用塑化容量大的注塑机才能保证料的供应。
(2)温度计显示的温度不真实,明高实低,造成料温过低。这是由于温控装置如热电偶及其线路或温差毫伏计失灵,或者是由于远离测温点的电热圈老化或烧毁,加温失效而又未曾发现或没有及时修复更换。
(3)喷嘴内孔直径太大或太小。太小,则由于流通直径小,料条的比容增大,容易致冷,堵塞进料通道或消耗注射压力;太大,则流通截面积大,塑料进模的单位面积压力低,形成射力小的状况。同时非牛顿型塑料如ABS因没有获得大的剪切热而不能使黏度下降造成充模困难。喷嘴与主流道入口配合不良,常常发生模外溢料,模内充不满的现象。喷嘴本身流动阻力很大或有异物、塑料炭化沉积物等堵塞;喷嘴或主流道入口球面损伤、变形,影响与对方的良好配合;注座机械故障或偏差,使喷嘴与主流道轴心产生倾侧位移或轴向压紧面脱离;喷嘴球径比主流道入口球径大,因边缘出现间隙,在溢料挤迫下逐渐增大喷嘴轴向推开力都会造成制品注不满。
(4)塑料熔块堵塞加料通道。由于塑料在料斗干燥器内局部熔化结块,或机筒进料段温度过高,或塑料等级选择不当,或塑料内含的润滑剂过多都会使塑料在进入进料口缩径位置或螺杆起螺端深槽内过早地熔化,粒料与熔料互相黏结形成“过桥”,堵塞通道或包住螺杆,随同螺杆旋转作圆周滑动,不能前移,造成供料中断或无规则波动。这种情况只有在凿通通道,排除料块后才能得到根本解决。
(5)喷嘴冷料入模。注塑机通常都因顾及压力损失而只装直通式喷嘴。但是如果机筒前端和喷嘴温度过高,或在高压状态下机筒前端储料过多,产生“流涎”,使塑料在未开始注射而模具敞开的情况下,意外地抢先进入主流道入口并在模板的冷却作用下变硬,而妨碍熔料顺畅地进入型腔。这时,应降低机筒前端和喷嘴的温度以及减少机筒的储料量,减低背压压力避免机筒前端熔料密度过大。
(6)注塑周期过短。由于周期短,料温来不及跟上也会造成缺料,在电压波动大时尤其明显。要根据供电电压对周期作相应调整。调整时一般不考虑注射和保压时间,主要考虑调整从保压完毕到螺杆退回的那段时间,既不影响充模成型条件,又可延长或缩短料粒在机筒内的预热时间。
二、模具方面
(1)模具浇注系统有缺陷。流道太小、太薄或太长,增加了流体阻力。主流道应增加直径,流道、分流道应造成圆形较好。流道或较口太大,射力不足;流道、浇口有杂质、异物或炭化物堵塞;流道、浇口粗糙有伤痕,或有锐角,表面粗糙度不良,影响料流不畅;流道没有开设冷料井或冷料井太小,开设方向不对;对于多型腔模具要仔细安排流道及浇口大小分配的均衡,否则会出现只有主流道附近或者浇口粗而短的型腔能够注满而其它型腔不能注满的情况。应适当加粗流道直径,使流到流道末端的熔料压力降减少,还要加大离主流道较远型腔的浇口,使各个型腔的注入压和料流速度基本一致。
(2)模具设计不合理。模具过分复杂,转折多,进料口选择不当,流道太狭窄,浇口数量不足或形式不当;制品局部断面很薄,应增加整个制品或局部的厚度,或在填充不足处的附近设置辅助流道或浇口;模腔内排气措施不力造成制件不满的现象是屡见不鲜的,这种缺陷大多发生在制品的转弯处、深凹陷处、被厚壁部分包围着的薄壁部分以及用侧浇口成型的薄底壳的底部等处。消除这种缺陷的设计包括开设有效的排气孔道,选择合理的浇口位置使空气容易预先排出,必要时特意将型腔的困气区域的某个局部制成镶件,使空气从镶件缝隙溢出;对于多型腔模具容易发生浇口分配不平衡的情况,必要时应减少注射型腔的数量,以保证其它型腔制件合格。
三、工艺方面
(1)进料调节不当,缺料或多料。加料计量不准或加料控制系统操作不正常、注塑机或模具或操作条件所限导致注射周期反常、预塑背压偏小或机筒内料粒密度小都可能造成缺料,对于颗粒大、空隙多的粒料和结晶性的比容变化大的塑料如聚乙烯、聚丙烯、尼龙等以及黏度较大的塑料如ABS应调较高料量,料温偏高时应调大料量。
当机筒端部存料过多时,注射时螺杆要消耗额外多的注射压力来压紧、推动机筒内的超额囤料,这就大大的降低了进入模腔的塑料的有效射压而使制品难以充满。
(2)注射压力太低,注射时间短,柱塞或螺杆退回太早。熔融塑料在偏低的工作温度下黏度较高,流动性差,应以较大压力和速度注射。比如在制ABS彩色制件时,着色剂的不耐高温性限制了机筒的加热温度,这就要以比通常高一些的注射压力和延长注射时间来弥补。
(3)注射速度慢。注射速度对于一些形状复杂、厚薄变化大、流程长的制品,以及黏度较大的塑料如增韧性ABS等具有十分突出的意义。当采用高压尚不能注满制品时,应可虑采用高速注射才能克服注不满的毛病。
(4)料温过低。机筒前端温度低,进入型腔的熔料由于模具的冷却作用而使黏度过早地上升到难以流动的地步,妨碍了对远端的充模;机筒后段温度低,黏度大的塑料流动困难,阻碍了螺杆的前移,结果造成看起来压力表显示的压力足够而实际上熔料在低压低速下进入型腔;喷嘴温度低则可能是固定加料时喷嘴长时间与冷的模具接触散失了热量,或者喷嘴加热圈供热不足或接触不良造成料温低,可能堵塞模具的入料通道;如果模具不带冷料井,用自锁喷嘴,采用后加料程序,喷嘴较能保持必需的温度;刚开机时喷嘴太冷有时可以用火焰枪做外加热以加速喷嘴升温。
四原料方面
塑料流动性差。塑料厂常常使用再生碎料,而再生碎料往往会反映出黏度增大的倾向。实验指出:由于氧化裂解生成的分子断链单位体积密度增加了,这就增加了在机筒和型腔内流动的粘滞性,再生碎料助长了较多气态物质的产生,使注射压力损失增大,造成充模困难。为了改善塑料的流动性,应考虑加入外润滑剂如硬脂酸或其盐类,最好用硅油(黏度300~600cm2/s)。润滑剂的加入既提高塑料的流动性,又提高稳定性,减少气态物质的气阻。
1.6.2溢料(飞边)
溢料又称飞边、溢边、披锋等,大多发生在模具得分合位置上,如:模具的分型面、滑块的滑配部位、镶件的缝隙、顶杆的孔隙等处。溢料不及时解决将会进一步扩大化,从而压印模具形成局部陷塌,造成永久性损害。镶件缝隙和顶杆孔隙的溢料还会使制品卡在模上,影响脱模。
一设备方面
(1)机器真正的合模力不足。选择注塑机时,机器的额定合模力必须高于注射成型制品纵向投影面积在注射时形成的张力,否则将造成胀模,出现飞边。
(2)合模装置调节不佳,肘杆机构没有伸直,产生或左右或上下合模不均衡,模具平行度不能达到的现象造成模具单侧一边被合紧而另一边不密贴的情况,注射时将出现飞边。
(3)模具本身平行度不佳,或装得不平行,或模板不平行,或拉杆受力分布不均、变形不均,这些都将造成合模不紧密而产生飞边。
(4)止回环磨损严重;弹簧喷嘴弹簧失效;料筒或螺杆的磨损过大;入料口冷却系统失效造成“架桥”现象;机筒调定的注料量不足,缓冲垫过小等都可能造成飞边反复出现,必须及时维修或更换配件。
二模具方面
(1)模具分型面精度差。活动模板(如中板)变形翘曲;分型面上沾有异物或模框周边有凸出的橇印毛刺;旧模具因早先的飞边挤压而使型腔周边疲劳塌陷。
(2)模具设计不合理。模具型腔的开设位置过偏,会令注射时模具单边发生张力,引起飞边;塑料流动性太好,如聚乙烯、聚丙烯、尼龙等,在熔融态下黏度很低,容易进入活动的或固定的缝隙,要求模具的制造精度较高;在不影响制品完整性的前提下应尽量安置在质量对称中心上,在制品厚实的部位入料,可以防止一边缺料一边带飞边的情况;当制品中央或其附近有成型孔时,习惯上在孔上开设侧浇口,在较大的注射压力下,如果合模力不足模的这部分支承作用力不够发生轻微翘曲时造成飞边,如模具侧面带有活动构件时,其侧面的投影面积也受成型压力作用,如果支承力不够也会造成飞边;滑动型芯配合精度不良或固定型芯与型腔安装位置偏移而产生飞边;型腔排气不良,在模的分型面上没有开排气沟或排气沟太浅或过深过大或受异物阻塞都将造成飞边;对多型腔模具应注意各分流道合浇口的合理设计,否则将造成充模受力不均而产生飞边。
三工艺方面
(1)注射压力过高或注射速度过快。由于高压高速,对模具的张开力增大导致溢料。要根据制品厚薄来调节注射速度和注射时间,薄制品要用高速迅速充模,充满后不再进注;厚制品要用低速充模,并让表皮在达到终压前大体固定下来。
(2)加料量过大造成飞边。值得注意的是不要为了防止凹陷而注入过多的熔料,这样凹陷未必能“填平”,而飞边却会出现。这种情况应用延长注射时间或保压时间来解决。
(3)机筒、喷嘴温度太高或模具温度太高都会使塑料黏度下降,流动性增大,在流畅进模的情况下造成飞边。
四原料方面
(1)塑料黏度太高或太低都可能出现飞边。黏度低的塑料如尼龙、聚乙烯、聚丙烯等,则应提高合模力;吸水性强的塑料或对水敏感的塑料在高温下会大幅度的降低流动黏度,增加飞边的可能性,对这些塑料必须彻底干燥;掺入再生料太多的塑料黏度也会下降,必要时要补充滞留成分。塑料黏度太高,则流动阻力增大,产生大的背压使模腔压力提高,造成合模力不足而产生飞边。
(2)塑料原料粒度大小不均时会使加料量变化不定,制件或不满,或飞边。
1.6.3凹痕(塌坑、瘪形)
因塑料冷却硬化而造成收缩凹陷,主要出现在厚壁位置、筋条、机壳、螺母嵌件的背面等处。
一设备方面
(1)供料不足。螺杆或柱塞磨损严重,注射及保压时熔料发生漏流,降低了充模压力和料量,造成熔料不足。
(2)喷嘴孔太大或太小。太小则容易堵塞进料通道,太大则将使射力小,充模发生困难。
二模具方面
(1)浇口太小或流道过狭或过浅,流道效率低、阻力大,熔料过早冷却。浇口也不能过大,否则失去了剪切速率,料的黏度高,同样不能使制品饱满。浇口应开设在制品的厚壁部位。流道中开设必要的有足够容量的冷料井可以排除冷料进入型腔使充模持续进行。点浇口、针状浇口的浇口长度一定要控制在1mm以下,否则塑料在浇口凝固快,影响压力传递;必要时可增加点浇口数目或浇口位置以满足实际需要;当流道长而厚时,应在流道边缘设置排气沟槽,减少空气对料流的阻挡作用。
(2)多浇口模具要调整各浇口的充模速度,最好对称开设浇口。
(3)模具的关键部位应有效地设置冷却水道,保证模具的冷却对消除或减少收缩起着很好的效果。
(4)整个模具应不带毛刺且具有可靠的合模密封性,能承受高压、高速、低黏度熔料的充模。
三工艺方面
(1)增加注射压力,保压压力,延长注射时间。对于流动性大的塑料,高压会产生飞边引起塌坑应适当降低料温,降低机筒前段和喷嘴温度,使进入型腔的熔料容积变化减少,容易冷固;对于高黏度塑料,应提高机筒温度,使充模容易。收缩发生在浇口区域时应延长保压时间。
(2)提高注射速度可以较方便地使制件充满并消除大部分的收缩。
(3)薄壁制件应提高模具温度,保证料流顺畅;厚壁制件应减低模温以加速表皮的固化定型。
(4)延长制件在模内冷却停留时间,保持均匀的生产周期,增加背压,螺杆前段保留一定的缓冲垫等均有利于减少收缩现象。
(5)低精度制品应及早出模让其在空气中或热水中缓慢冷却,可以使收缩凹陷平缓又不影响使用。
四原料方面:原料太软易发生凹陷,有效的方法是在塑料中加入成核剂以加快结晶。
五制品设计方面:制品设计应使壁厚均匀,尽量避免壁厚的变化,象聚丙烯这类收缩很大的塑料,当厚度变化超出50%时,最好用筋条代替加厚的部位。
1.6.4银纹、气泡和气孔
塑料在充模过程中受到气体的干扰常常在制品表面出现银丝斑纹或微小气泡或制品厚壁内形成气泡。这些气体的来源主要是原料中含有水分或易挥发物质或润滑剂过量,也可能是料温过高塑料受热时间长发生降解而产生降解气。
一设备方面:喷嘴孔太小、物料在喷嘴处流涎或拉丝、机筒或喷嘴有障碍物或毛刺,高速料流经过时产生摩擦热使料分解。
二模具方面:
(1)由于设计上的缺陷,如:浇口位置不佳、浇口太小、多浇口制件浇口排布不对称、流道细小、模具冷却系统不合理使模温差异太大等造成熔料在模腔内流动不连续,堵塞了空气的通道。
(2)模具分型面缺少必要的排气孔道或排气孔道不足、堵塞、位置不佳,又没有嵌件、顶针之类的加工缝隙排气,造成型腔中的空气不能在塑料进入时同时离去。
(3)模具表面粗糙度差,摩擦阻力大,造成局部过热点,使通过的塑料分解。
三工艺方面
(1)料温太高,造成分解。机筒温度过高或加热失调,应逐段减低机筒温度。加料段温度过高,使一部分塑料过早熔融充满螺槽,空气无法从加料口排出。
(2)注射压力小,保压时间短,使熔料与型腔表面不密贴。
(3)注射速度太快,使熔融塑料受大剪切作用而分解,产生分解气;注射速度太慢,不能及时充满型腔造成制品表面密度不足产生银纹。
(4)料量不足、加料缓冲垫过大、料温太低或模温太低都会影响熔料的流动和成型压力,产生气泡。
(5)用多段注射减少银纹:中速注射充填流道→慢速填满浇口→快速注射→低压慢速将模注满,使模内气体能在各段及时排除干净。
(6)螺杆预塑时背压太低、转速太高,使螺杆退回太快,空气容易随料一起推向机筒前端。

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