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注射成型的原理、特點(diǎn)、應(yīng)用及工藝過(guò)程

發(fā)布時(shí)間:2023-09-15  瀏覽:1420次

1. 注射成型原理

將粒狀或粉狀的塑料加入到注射機(jī)的料斗,在注射機(jī)內(nèi)塑料受熱熔融并使之保持流動(dòng)狀態(tài),然后在一定壓力下注人閉合的模具,經(jīng)冷卻定型后,熔融的塑料就固化成為所需的塑件。


2. 注射成型特點(diǎn)

注射成型的生產(chǎn)周期短,生產(chǎn)率高,采用注射成型可以生產(chǎn)形狀復(fù)雜,尺寸要求高及帶有各種嵌件的塑件,這是其它塑料成型方法都難以達(dá)到的;其次,注射成型在生產(chǎn)過(guò)程容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化,如注射、脫模、切除澆口等操作過(guò)程都可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化,因而注射成型得到了廣泛的應(yīng)用。

2.1 優(yōu)點(diǎn):

成型周期短、生產(chǎn)效率高、易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化 、能成型形狀復(fù)雜、尺寸精確、帶有金屬或非金屬嵌件的塑料制件、產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定、適應(yīng)范圍廣

2.2 缺點(diǎn):

注塑設(shè)備價(jià)格較高; 注塑模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜; 生產(chǎn)成本高、生產(chǎn)周期長(zhǎng)、不適合于單件小批量的塑件生產(chǎn)。


3. 應(yīng)用

除少數(shù)熱塑性塑料(氟塑料)外,幾乎所有的熱塑性塑料都可以用注射成型方法生產(chǎn)塑件。注射成型不僅用于熱塑性塑料的成型,而且已經(jīng)成功地應(yīng)用于熱固性塑料的成型。

目前,其成型制品占目前全部塑料制品的20-30%。為進(jìn)一步擴(kuò)大注射成型塑件的范圍,還開(kāi)發(fā)了一些專(zhuān)門(mén)用于成型有特殊性能或特殊結(jié)構(gòu)要求塑件的專(zhuān)用注射技術(shù).如高精度塑件的精密注射、復(fù)合色彩塑件的多色注射、內(nèi)外由不同物料構(gòu)成的夾芯塑件的夾芯注射和光學(xué)透明塑件的注射壓縮成型等。


4. 注射成型工藝過(guò)程

4.1 成型前準(zhǔn)備

原料外觀檢驗(yàn)及工藝性能測(cè)定:包括塑料色澤、粒度及均勻性、流動(dòng)性(熔體指數(shù)、粘度)熱穩(wěn)定性及收縮率的檢驗(yàn)。

塑料預(yù)熱和干燥:除去物料中過(guò)多的水分和揮發(fā)物,以防止成型后塑件表面有缺陷或發(fā)生降解,影響塑料制件的外觀和內(nèi)在質(zhì)量。 物料干燥的方法:小批量生產(chǎn),采用烘箱干燥;大批量生產(chǎn),采用沸騰干燥或真空干燥。

料筒清洗:當(dāng)改變產(chǎn)品、更換原料及顏色時(shí)均需清洗料筒。

嵌件預(yù)熱:減少物料和嵌件的溫度差,降低嵌件周?chē)芰系氖湛s應(yīng)力,保證塑件質(zhì)量。

脫模劑的選用:常用脫模劑包括硬脂酸鋅、液態(tài)石蠟和硅油。

4.2 注射過(guò)程

加料:將粒狀或粉狀塑料加入注射機(jī)的料斗。

塑化:通過(guò)注射機(jī)加熱裝置的加熱,使得螺桿中的塑料原料熔融,成為具有良好的可塑性的塑料熔體 。

充模:塑化好的塑料熔體在注射機(jī)柱塞或螺桿的推動(dòng)作用下,以一定的壓力和速度經(jīng)過(guò)噴嘴和模具的澆注系統(tǒng)進(jìn)入并充滿模具型腔。

保壓補(bǔ)縮:從熔體充滿型腔后,在注射機(jī)柱塞或螺桿推動(dòng)下,熔體仍然保持壓力進(jìn)行補(bǔ)料,使料筒中的熔料繼續(xù)進(jìn)入型腔,以補(bǔ)充型腔中塑料的收縮需要,并且可以防止熔體倒流。

澆口凍結(jié)后的冷卻:經(jīng)過(guò)一段時(shí)間使型腔內(nèi)的熔融塑料凝固成固體,確保當(dāng)脫模時(shí)塑件有足夠的剛度,不致產(chǎn)生翹曲或變形。

脫模:塑件冷卻到一定的溫度,推出機(jī)構(gòu)將塑件推出模外。

4.3 塑件后處理

后處理原因及作用:

由于塑化不均勻或由于塑料在型腔內(nèi)的結(jié)晶、取向和冷卻不均勻;或由于金屬嵌件的影響或由于塑件的二次加工不當(dāng)?shù)仍颍芗?nèi)部不可避免地存在一些內(nèi)應(yīng)力,從而導(dǎo)致塑件在使用過(guò)程中產(chǎn)生變形或開(kāi)裂,因此,應(yīng)該設(shè)法消除。

退火處理:將塑件在定溫的加熱液體介質(zhì)(如熱水、熱油和液體石蠟等)或熱空氣循環(huán)烘箱中靜置一段時(shí)間,然后緩慢冷卻至室溫的一種熱處理工藝。

a) 溫度:高于使用溫度10°~15°或低于熱變形溫度10°~20°。

b) 時(shí)間:與塑料品種和塑件厚度有關(guān)一般可按每毫米約半小時(shí)計(jì)算。

c) 作用:消除塑件的內(nèi)應(yīng)力,穩(wěn)定塑件尺寸,提高結(jié)晶度、穩(wěn)定結(jié)晶結(jié)構(gòu),從而提高其彈性模量和硬度。

調(diào)濕處理:將剛脫模的塑件放入加熱介質(zhì)(如沸水、醋酸鉀溶液)中,加快吸濕平衡速度的一種后處理方法。(主要用于吸濕性很強(qiáng)且又容易氧化的塑料,如PA)

a) 溫度:100~121℃(熱變形溫度高時(shí)取上限,反之取下限)。

b) 時(shí)間:保溫時(shí)間與塑件厚度有關(guān),通常取2~9h。

c) 目的:消除殘余應(yīng)力;使制品盡快達(dá)到吸濕平衡,以防止在使用過(guò)程中發(fā)生尺寸變化。


5. 注射成型的工藝參數(shù)

5.1 溫度

a) 料筒溫度

料筒溫度應(yīng)在粘流溫度(或熔點(diǎn))和熱分解溫度 之間。柱塞式料筒溫度高于螺桿式料筒溫度10~20℃。

塑料特性:熱敏性塑料如聚甲醛、聚氟乙烯等要嚴(yán)格控制料筒的最高溫度和在料筒中的停留時(shí)間;增加玻璃纖維的熱塑性塑料由于流動(dòng)性差而要適當(dāng)提高料筒溫度。熱固性塑料為防止熔體在料筒時(shí)發(fā)生早期硬化,料筒溫度趨向取小值。

塑件及模具結(jié)構(gòu):對(duì)于薄壁制件料筒溫度高于厚壁制件;形狀復(fù)雜或帶有嵌件的制件料筒溫度也應(yīng)高一些。

料筒溫度的分布,一般遵循前高后低的原則,即料筒后段(加料口)溫度最低,噴嘴溫度最高。

對(duì)螺桿式注射機(jī)為防止因螺桿與熔料、熔料與熔料、熔料與料筒之間的剪切摩擦熱而導(dǎo)致塑料熱降解,可使料筒前段溫度略低于中段。判斷料筒溫度是否合適,可采用對(duì)空注射法觀察或直接觀察塑件質(zhì)量的好壞。

對(duì)空注射時(shí),如果料流均勻、光滑、無(wú)泡、色澤均勻則說(shuō)明料溫合適;如果料流毛糙,有銀絲或變色現(xiàn)象,則說(shuō)明料溫不合適。

b) 噴嘴溫度

一般略低于料筒最高溫度,以防止熔料在噴嘴處產(chǎn)生流涎現(xiàn)象。但不能過(guò)低,否則熔料在噴嘴處會(huì)出現(xiàn)早凝而將噴嘴堵塞,或者有早凝料注入模腔而影響塑件的質(zhì)量。

c) 模具溫度

模具溫度的高低決定于塑料的特性、塑件尺寸與結(jié)構(gòu)、性能要求及其它工藝條件。模具溫度↑,流動(dòng)性↑,密度和結(jié)晶度↑,收縮率和生產(chǎn)率↓。

模具溫度通常是由通入定溫的冷卻介質(zhì)來(lái)控制的;也有靠熔料注入模具自然升溫和自然散熱達(dá)到平衡的方式來(lái)保持一定的溫度;在特殊情況下,也可用電阻絲和電阻加熱棒對(duì)模具加熱來(lái)保持模具的定溫。但無(wú)論怎樣,對(duì)塑料熔體來(lái)說(shuō),都是冷卻的過(guò)程。

5.2 壓力

(1)塑化壓力(背壓):指采用螺桿式注射機(jī)時(shí),螺桿頂部熔體在螺桿旋轉(zhuǎn)后退時(shí)所受的壓力。塑化壓力增加,熔體的溫度及其均勻性提高、色料的混合均勻并排出熔體中的氣體。但塑化速率降低,延長(zhǎng)成型周期。一般操作中,在保證塑件質(zhì)量的前提下,塑化壓力應(yīng)越低越好,一般為6MPa左右,通常很少超過(guò)20MPa

(2)注射壓力:指柱塞或螺桿頂部對(duì)塑料熔體所施加的壓力。作用:注射時(shí)克服熔體流動(dòng)充模過(guò)程中的流動(dòng)阻力,使熔體具有一定的充模速率;保壓時(shí)對(duì)熔體進(jìn)行壓實(shí)和防止倒流。大小:取決于注射機(jī)的類(lèi)型、塑料的品種、模具結(jié)構(gòu)、模具溫度、塑件的壁厚及澆注系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和尺寸等。一般情況下:粘度高的塑料注射壓力>粘度低的塑料;薄壁、面積大、形狀復(fù)雜塑件注射壓力高;模具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,澆口尺寸較大,注射壓力較低;柱塞式注射機(jī)注射壓力>螺桿式注射機(jī);料筒溫度、模具溫度高,注射壓力較低。

5.3 時(shí)間

完成一次注塑過(guò)程所需的時(shí)間稱(chēng)為注塑成型周期。


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