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注塑成型的工艺流程

注塑成型工艺流程主要包括塑化—合模—注入—保压—冷却定型—开模取出制品等过程,上述过程循环进行,如下图所示,注塑生产即可以连续进行。
 

上述工艺过程中,关键的环节包括以下部分。
 

(1)塑料的塑化
 

塑化与流动是注入模塑前的准备过程,对它的主要要求有:达到规定的成型温度;温度、组分应均匀一致并能在规定的时间内提供足够数量的熔融塑料;分解物控制在较低限度。

塑化螺杆在预塑时,一边后退一边旋转,把塑料熔体从均化段的螺槽中向前挤出,使之集聚在螺杆头部的空间里,形成熔体计量室并建立起熔体压力,此压力称为预塑背压。螺杆旋转时正是在背压的作用下克服系统阻力才后退的,后退到螺杆所控制的计量行程为止,这个过程叫做塑化过程。

塑料从料筒加料口到喷嘴由于热历程不同,物料也有三种聚集态:入口处的玻璃态,喷嘴及计量室处为黏流态,中间为高弹态。与之相对应的螺杆也分为固体输送段、均化段和压缩段。物料在螺槽中的吸热取决于传热过程,在此过程螺杆的转速起着重要作用,物料的热能来源主要是机械能转换和料筒的外部加热。采用不同背压和螺杆转数可改善塑化质量。

(2)熔体充填

塑料在注塑机料筒内加热、塑化达到流动状态后,螺杆将熔体经浇注系统注入模具的型腔,该过程称为熔体充填过程。

充填是整个注入过程的关键步骤,时间从模具闭合开始算起,到模具型腔充填到大约95%为止。理论上,充填时间越短,成型效率越高,但是实际中,成型时间或者注塑速度要受到很多条件的制约。

高速充填。高速充填时剪切率较高,塑料由于剪切变稀的作用而存在黏度下降的情形,使整体流动阻力降低;局部的黏滞加热影响也会使固化层厚度变薄。因此在流动控制阶段,充填行为往往取决于待充填的体积大小。即在流动控制阶段,由于高速充填,熔体的剪切变稀效果往往很大,而薄壁的冷却作用并不明显,于是速率的效用占了上。

低速充填。热传导控制低速充填时,剪切率较低,局部黏度较高,流动阻力较大。由于热塑料补充速率较慢,流动较为缓慢,使热传导效应较为明显,热量迅速为冷模壁带走。加上较少量的黏滞加热现象,固化层厚度较厚,又进一步增加壁部较薄处的流动阻力。

由于喷泉流动的原因,在流动波前面的塑料高分子链排向几乎平行流动波前。因此两股塑料熔体在交汇时,接触面的高分子链互相平行;加上两股熔体性质各异(在模腔中滞留时间不同,温度、压力也不同),造成熔体交汇区域在微观上结构强度较差。在光线下将零件摆放适当的角度用肉眼观察,可以发现有明显的接合线产生,这就是熔接痕的形成机理。熔接痕不仅影响塑料外观,同时由于微观结构的松散,易造成应力集中,从而使得该部分的强度降低而发生断裂。

(3)保压

保压阶段的作用是持续施加压力,压实熔体,增加塑料密度(增密),以补偿塑料的收缩行为。在保压过程中,由于模腔中已经填满塑料,背压较高。在保压压实过程中,注塑机螺杆仅能慢慢地向前作微小移动,塑料的流动速度也较为缓慢,这时的流动称为保压流动。由于在保压阶段,塑料受模壁冷却固化加快,熔体黏度增加也很快,因此模具型腔内的阻力很大。在保压的后期,材料密度持续增大,塑件也逐渐成型,保压阶段要一直持续到浇口固化封口为止,此时保压阶段的模腔压力达到高值。

在保压阶段,由于压力相当高,塑料呈现部分可压缩特性。在压力较高区域,塑料较为密实,密度较高;在压力较低区域,塑料较为疏松,密度较低,因此造成密度分布随位置及时间发生变化。保压过程中塑料流速极低,流动不再起主导作用;压力为影响保压过程的主要因素。保压过程中塑料已经充满模腔,此时逐渐固化的熔体作为传递压力的介质。模腔中的压力借助塑料传递至模壁表面,有撑开模具的趋势,因此需要适当的锁模力进行锁模。胀模力在正常情形下会微微将模具撑开,对于模具的排气具有帮助作用;但胀模力过大,易造成成型品毛边、溢料,甚至撑开模具。因此在选择注塑机时,应选择具有足够大锁模力的注塑机,以防止胀模现象并能有效进行保压。

(4)冷却定型

在注塑成型模具中,冷却系统的设计非常重要。这是因为成型塑料制品只有冷却固化到一定刚性,脱模后才能避免塑料制品因受到外力而产生变形。由于冷却时间占整个成型周期约70%~80%,因此设计良好的冷却系统可以大幅缩短成型时间,提高注塑生产率,降低成本。设计不当的冷却系统会使成型时间拉长,增加成本;冷却不均匀更会进一步造成塑料制品的翘曲变形。

根据实验,由熔体进入模具的热量大体分两部分散发,一部分有5%经辐射、对流传递到大气中,其余95%从熔体传导到模具。塑料制品在模具中由于冷却水管的作用,热量由模腔中的塑料通过热传导经模架传至冷却水管,再通过热对流被冷却液带走。少数未被冷却水带走的热量则继续在模具中传导,至接触外界后散溢于空气中。

注塑成型的成型周期由合模时间、充填时间、保压时间、冷却时间及脱模时间组成。其中以冷却时间所占比重大,大约为70%~80%。因此冷却时间将直接影响塑料制品成型

(5)制品脱模

制品脱模是一个注塑成型循环中的一个环节,即利用人工或机械的方式,将塑料件从模具上脱出。虽然制品已经冷固成型,但脱模还是对制品的质量有很重要的影响,脱模方式不当,可能会导致制品在脱模时受力不均,顶出时引起制品变形等缺陷。脱模的方式主要有两种:顶杆脱模和脱料脱模。设计模具时要根据制品的结构特点选择合适的脱模方式,以保证制品质量。

(来源:塑料机械网)
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