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如何控制開模和註塑工藝條件?

塑料機械註射成型的核心工序是充模。塑料熔體在填充模具型腔時的流動模型(流動狀態)決定了凝聚結構和表觀結構(如結晶、分子取向、熔融均勻性等。)的影響,最終影響零件的使用性能。

塑料熔體從澆口進入型腔的正常填充方式應該是後續熔體推動熔體前沿,逐漸擴展越過型腔平面,直至到達型腔內壁,充滿整個型腔。充型流動的異常形式有射流和滯流。射流和滯流表現為熔體在充型初期以巨大的動能通過澆口註入型腔,形成熔體珠和細絲並直接噴射在澆口對面的型腔壁上,隨後的充型過程如同擴散流動。當模具充滿時,異常流動會導致熔體分離融合,形成更多的熔體接縫,對零件的性能產生不利影響。

影響熔體充填流動形式的因素有:熔體溫度、模具溫度、註射壓力、註射速度、模具型腔空間尺寸、澆口尺寸和位置。

采用顏料填充註射法和透明模觀察法,觀察不同工藝條件下熔體填充流動的形態變化。顏料充模註射法是將不同的顏料混合到透明的原料樹脂中,註入樣品,觀察產品上的流痕圖案,根據流痕圖案判斷是正常鋪展充模流動還是異常充模流動。透明鑄型觀察法是利用透明鑄型直接觀察充型流動特性的方法。

註塑機的工作原理:借助螺桿(或柱塞)的推力,將熔融狀態(即粘性流體狀態)的塑化塑料註射到封閉的模腔內,固化成型後得到產品。

註塑成型是壹個循環的過程,每個循環主要包括:定量加料-熔體塑化-壓力註塑-充模冷卻-開模取件。取出塑料件,然後關閉模具進行下壹個循環。

註塑機的動作程序

噴嘴提前→註射→保壓→預成型→反向收縮→噴嘴後退→冷卻→開模→頂出→退針→開門→關門→合模→噴嘴提前。

壹般註塑機包括註射裝置、合模裝置、液壓系統和電氣控制系統。

註塑成型的基本要求是塑化、註射、成型。塑化是實現和保證成型制品質量的前提,而為了滿足成型的要求,註射必須保證足夠的壓力和速度。同時,由於註射壓力較高,相應地在模腔內產生較高的壓力(模腔內的平均壓力壹般在20 ~ 45 MPa之間),因此必須有足夠的鎖模力。可以看出,註射裝置和合模裝置是註塑機的關鍵部件。

預成型動作選擇

根據註射座在預成型加料前後是否後退,即噴嘴是否離開模具,註塑機壹般有三種選擇。

(1)固定進料:預成型前後噴嘴始終卡入模具,註射座不動。

(2)預加料:噴嘴壓在模具上進行預塑化加料。預塑化後,註射座後退,噴嘴離開模具。選擇這種方式的目的是在預成型時利用模具的註射孔壓向噴嘴,避免背壓高時熔融材料流出噴嘴。預成型後,可以避免噴嘴與模具長時間接觸產生的熱傳遞,影響各自溫度的相對穩定性。

(3)後補料:註射完成後,註射座後退,噴嘴離開模具後進行預成型,預成型後註射座前移。此操作適用於加工成型溫度特別窄的塑料。因為噴嘴和模具之間的接觸時間短,所以避免了熱量的損失和噴嘴孔中熔融材料的凝固。註射壓力選擇

註塑機的註射壓力由壓力調節閥調節。在設定壓力的情況下,前後期的噴射壓力由高壓和低壓油路的通斷控制。

普通中型及以上註塑機有三種壓力選擇,高壓、低壓、低壓前高壓。高壓註射是通過將高壓油註入註射缸來實現的。由於壓力高,塑料從壹開始就以高壓力和高速度進入模腔。高壓註射時,塑料快速進入模具,註射缸壓力表讀數快速上升。低壓噴射是通過向噴射缸內噴射低壓油來實現的。註射過程中,壓力表讀數上升緩慢,塑料以低壓低速進入模腔。先高壓後低壓是根據塑料的種類和模具的實際要求,通過控制不時進入油缸的壓力油的壓力來實現的。

為了滿足不同塑料對不同註射壓力的要求,也可以采用更換不同直徑螺桿或柱塞的方法,既滿足了註射壓力,又充分發揮了機器的生產能力。大型註塑機往往具有多級註射壓力和多級註射速度控制功能,可以更好地保證產品的質量和精度。

註射速度的選擇

壹般註塑機的控制面板上都有快慢旋鈕,以滿足註射速度的要求。液壓系統中安裝了大流量油泵和小流量泵同時供油。當油路接大流量時,註塑機可以實現快速開合模、快速註射等。當液壓油路只提供很小的流量時,註塑機的各種動作就會慢慢進行。

頂出形式的選擇

註塑機的頂出形式有機械頂出和液壓頂出兩種,有的還配有氣動頂出系統,頂出次數有單次和多次。頂出動作可以是手動或自動的。頂出動作由模具打開和停止的限位開關啟動。

夾緊控制

合模就是用巨大的機械推力來閉合模具,以抵抗註射過程中熔融塑料的高壓註射和模具的充填所產生的巨大開模力。

註塑機的合模結構有全液壓式和機械聯動式。無論是哪種結構形式,夾緊力最終都是通過完全伸直連桿來實現的。連桿的矯直過程是活動板和尾板展開的過程,也是四根拉桿拉伸的過程。

開模控制

當熔融塑料註入模腔並冷卻後,模具打開,產品取出。開模過程也分為三個階段。在第壹階段,模具緩慢打開,以防止零件在模腔中撕裂。第二階段,快速開模,縮短開模時間。第三階段,緩慢開模,減少開模慣性帶來的沖擊和震動。

註射成型工藝條件的控制

註射速度的程序控制

註射速度的程序控制是將螺桿的註射行程分為3~4個階段,在每個階段使用合適的註射速度。在熔融塑料剛通過澆口時放慢註射速度,在充模過程中采用高速註射,在充模結束時放慢速度。這種方法可以防止飛邊,消除流痕,降低產品的殘余應力。

低速充模時,流速穩定,制品尺寸相對穩定,波動小,制品內應力低,制品內外應力趨於壹致(如聚碳酸酯制品浸入四氯化碳中,高速註射成型的制品容易開裂,低速不開裂)。在慢充型條件下,材料流動的溫差,尤其是澆口前後的溫差較大,有助於避免縮孔和凹陷。但由於充模時間長,容易造成脫層和粘結焊痕不良,不僅影響外觀,而且機械強度也大大降低。

高速註射時,物料流動速度快。高速充型順利時,熔融材料會快速充滿型腔,材料的溫度和粘度下降較少,因此可以采用較低的註射壓力,這是壹種熱料充型情況。高速充模可以提高零件的光澤度和平滑度,消除接縫線現象和分層現象,收縮凹陷小,顏色均勻,對於大部分零件保證飽滿。但容易造成產品發油、起泡或發黃,甚至燒變焦,或造成脫模困難,或充模不均勻。對於高粘度塑料,它可能導致熔體破裂和零件表面上的濁點。

以下情況可考慮高速高壓註射:(1)塑料粘度大,冷卻速度快,長流程零件低壓慢不能完全充滿型腔的所有角落;(2)對於壁厚太薄的零件,熔融材料到達薄壁處容易凝結滯留,必須采用高速註射,使熔融材料在大量能量消耗之前立即進入型腔;(3)玻璃纖維增強的塑料,或含有大量填料的塑料,由於流動性差,為了獲得光滑均勻的表面,必須高速高壓註射。

對於先進的精密產品、厚壁零件、壁厚變化大的零件以及法蘭、筋厚的零件,最好采用多級註射,如兩級、三級、四級甚至五級註射。

註射壓力的程序控制

壹般註射壓力的控制可分為壹次註射壓力、二次註射壓力(保壓)或三次以上註射壓力的控制。壓力切換時機是否合適,對於防止模具內壓力過高、溢料或缺料非常重要。模塑制品的比容取決於保壓階段澆口關閉時的熔體壓力和溫度。如果每次從保壓階段切換到產品冷卻階段時壓力和溫度都相同,則產品的比容不會發生變化。在成型溫度不變的情況下,決定產品尺寸的最重要參數是保壓壓力,影響產品尺寸公差的最重要變量是保壓壓力和溫度。

螺桿背壓和轉速的程序控制

高背壓可以使熔體得到強剪切,低轉速也可以使塑料在機筒中得到更長的塑化時間。因此,目前廣泛采用的是同時控制背壓和轉速。例如,在螺桿的整個計量行程中,首先是高轉速低背壓,然後切換到低轉速高背壓,再切換到高背壓低轉速,最後在低背壓低轉速下塑化。這樣就釋放了螺桿前端熔體的大部分壓力,降低了螺桿的轉動慣量,從而提高了螺桿計量的精度。背壓過大往往會導致著色劑變色程度的增加;預成型機構和機筒螺桿的機械磨損增加;預成型周期延長,生產效率降低;噴嘴容易流涎,回收料量增加;即使使用自鎖噴嘴,如果背壓高於設計的彈簧鎖緊壓力,也會造成疲勞破壞。因此,必須適當調整背壓。

隨著技術的發展,將小型計算機納入註塑機的控制系統,用計算機控制註射過程成為可能。

註射成型前的準備

成型前的準備工作可能包括很多內容,如:材料加工性能的檢查(測量塑料的流動性和含水率等。);原料加工前的染色和顆粒選擇;顆粒材料的預熱和幹燥;插件的清潔和預熱;試模和桶清洗等。

原材料的預處理

根據塑料的特點和供應情況,成型前應對原材料的外觀和工藝性能進行檢測。如果用的塑料是粉狀的,比如PVC,也要混幹混;如果產品有顏色要求,可以加入適量的著色劑或色母;供應的顆粒往往含有不同程度的水、溶劑和其他揮發性低分子物質,特別是壹些有吸濕傾向的塑料總是超過加工允許的限度。因此,在加工前必須進行幹燥,並測定含水量。

嵌件預熱

為了滿足裝配和強度的要求,需要在註塑產品中嵌入金屬嵌件。在註射成型過程中,當放置在模具型腔中的冷金屬嵌件和熱塑料熔體壹起冷卻時,由於金屬和塑料之間收縮率的顯著差異,嵌件周圍往往會產生很大的內應力(特別是對於聚苯乙烯等具有剛性鏈的高聚物)。這種內應力的存在使得嵌件周圍出現裂紋,導致產品的使用性能大大降低。這可以通過選擇金屬(鋁、鋼等)來實現。)具有大的熱膨脹系數作為插入物並預熱插入物(特別是大的金屬插入物)。同時,在設計產品時,在嵌件周圍安排較大的厚壁等措施。

桶的清潔

新購買的註塑機在第壹次使用前,或需要更換產品、更換原料、改變顏色或發現塑料中有分解物時,需要對註塑機的機筒進行清洗或拆卸。

脫模劑的選擇

脫模劑是壹種可以使塑料制品容易脫模的物質。硬脂酸鋅適用於除聚酰胺以外的壹般塑料;液體石蠟對聚酰胺塑料有很好的作用;矽油貴,用起來麻煩,很少用。

脫模劑的使用要控制在適當的量,盡量少用或不用。過度噴塗會影響產品外觀,對產品的色彩裝飾有負面影響。

註塑制品缺陷的成因及處理方法

在註射成型過程中,會出現註射不足、凹陷、飛邊、氣泡、裂紋、翹曲、尺寸變化等缺陷。常因原材料加工不良,產品或模具設計不合理,或機械原因而發生。

塑料制品的評價主要有三個方面。首先是外觀質量,包括完整性、色澤。二是尺寸和相對位置之間的精度;三是與用途相對應的機械性能、化學性能和電氣性能。這些質量要求根據產品的應用場合有不同的尺度。

螺桿的塑化能力是指背壓為零、螺桿轉速最大時,單位時間內所能提供的熔融物料量。

通過檢測螺桿的塑化能力和螺桿轉速、背壓、功耗對塑化能力的敏感性,可以評價螺桿的設計水平。在設計螺桿時,希望螺桿的直徑盡可能小,螺桿所能承受的轉速盡可能高,以達到塑化能力高,塑化質量好的目的。

註塑機的塑化能力決定了註塑機的生產能力和效率。根據註射螺桿的塑化機理,由於螺桿的間歇運轉、塑化時螺桿的軸向運動和註射時螺桿槽內物料的運動,塑料在螺桿槽內的熔融過程是不穩定的,說明熔融物料的軸向溫差大,螺桿的塑化能力和功耗不穩定。

螺桿塑化時,背壓對塑化能力有顯著影響。在螺桿塑化過程中,當註射筒的回流阻力增大(背壓增大)時,即螺桿均化段前端的熔體壓力增大,使反向流量增大,塑化能力相應降低。

當背壓增加時,螺桿的驅動力也會增加。螺桿轉速與塑化能力成正比,螺桿驅動功率與塑化能力成正比,所以螺桿驅動功率與螺桿轉速成正比。

模具溫度是均勻的。當模具溫度升高時,註射成型過程和產品性能將受到如下影響:

有利於熔體充填流動,充填壓力略有降低;

冷卻時間延長,所需保溫時間延長,成型周期也延長;

制品脫模困難,結晶聚合物結晶度增加(制品密度增加),後收縮率降低,制品收縮率增加;

提高了產品的表面亮度,降低了產品中大分子的取向,降低了內應力;

沖擊強度下降,模具溫度不均勻:產品收縮不均勻,導致產品內應力,翹曲變形,應力開裂。模具溫度過低導致熔體流動性降低,充模不充分或熔接痕強度低。如果產品內應力大,容易產生翹曲變形或應力開裂。

在開模過程中,要求註塑機的變速順序為慢、快、慢,以避免模具沖擊,保證成型效率。

開模最初是機械生產或工藝生產的術語,指的是模具組的制造。現在工業設計這個術語指的是形成產品設計的工具集,包括機械設備和模具。同時,開模是壹個總投資很高的生產過程,生產工藝、材料等因素都可能增加開模成本,所以開模是壹個非常重要的生產過程。