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      注塑成型工藝過程

      注塑成型工藝過程

      塑件的注塑成型工藝過程主要包括填充——保壓——冷卻——脫模等4個階段,這4個階段直接決定著制品的成型質量,而且這4個階段是一個完整的連續過程。

      填充階段

      填充是整個注塑循環過程中的第一步,時間從模具閉合開始注塑算起,到模具型腔填充到大約95%為止。理論上,填充時間越短,成型效率越高,但是實際中,成型時間或者注塑速度要受到很多條件的制約。

      高速填充

      高速填充時剪切率較高,塑料由于剪切變稀的作用而存在粘度下降的情形,使整體流動阻力降低;局部的粘滯加熱影響也會使固化層厚度變薄。因此在流動控制階段,填充行為往往取決于待填充的體積大小。

      即在流動控制階段,由于高速填充,熔體的剪切變稀效果往往很大,而薄壁的冷卻作用并不明顯,于是速率的效用占了上風。

      低速填充

      熱傳導控制低速填充時,剪切率較低,局部粘度較高,流動阻力較大。由于熱塑料補充速率較慢,流動較為緩慢,使熱傳導效應較為明顯,熱量迅速為冷模壁帶走。加上較少量的粘滯加熱現象,固化層厚度較厚,又進一步增加壁部較薄處的流動阻力。

      由于噴泉流動的原因,在流動波前面的塑料高分子鏈排向幾乎平行流動波前。因此兩股塑料熔膠在交匯時,接觸面的高分子鏈互相平行;加上兩股熔膠性質各異(在模腔中滯留時間不同,溫度、壓力也不同),造成熔膠交匯區域在微觀上結構強度較差。

      在光線下將零件擺放適當的角度用肉眼觀察,可以發現有明顯的接合線產生,這就是熔接痕的形成機理。熔接痕不僅影響塑件外觀,同時由于微觀結構的松散,易造成應力集中,從而使得該部分的強度降低而發生斷裂。

      一般而言,在高溫區產生熔接的熔接痕強度較佳,因為高溫情形下,高分子鏈活動性較佳,可以互相穿透纏繞,此外高溫度區域兩股熔體的溫度較為接近,熔體的熱性質幾乎相同,增加了熔接區域的強度;反之在低溫區域,熔接強度較差。

      保壓階段

      保壓階段的作用是持續施加壓力,壓實熔體,增加塑料密度(增密),以補償塑料的收縮行為。在保壓過程中,由于模腔中已經填滿塑料,背壓較高。在保壓壓實過程中,注塑機螺桿僅能慢慢地向前作微小移動,塑料的流動速度也較為緩慢,這時的流動稱作保壓流動。

      由于在保壓階段,塑料受模壁冷卻固化加快,熔體粘度增加也很快,因此模具型腔內的阻力很大。在保壓的后期,材料密度持續增大,塑件也逐漸成型,保壓階段要一直持續到澆口固化封口為止,此時保壓階段的模腔壓力達到最高值。

      在保壓階段,由于壓力相當高,塑料呈現部分可壓縮特性。在壓力較高區域,塑料較為密實,密度較高;在壓力較低區域,塑料較為疏松,密度較低,因此造成密度分布隨位置及時間發生變化。保壓過程中塑料流速極低,流動不再起主導作用;壓力為影響保壓過程的主要因素。

      保壓過程中塑料已經充滿模腔,此時逐漸固化的熔體作為傳遞壓力的介質。模腔中的壓力借助塑料傳遞至模壁表面,有撐開模具的趨勢,因此需要適當的鎖模力進行鎖模。漲模力在正常情形下會微微將模具撐開,對于模具的排氣具有幫助作用;但若漲模力過大,易造成成型品毛邊、溢料,甚至撐開模具。

      因此在選擇注塑機時,應選擇具有足夠大鎖模力的注塑機,以防止漲?,F象并能有效進行保壓。

      冷卻階段

      在注塑成型模具中,冷卻系統的設計非常重要。這是因為成型塑料制品只有冷卻固化到一定剛性,脫模后才能避免塑料制品因受到外力而產生變形。由于冷卻時間占整個成型周期約70%~80%,因此設計良好的冷卻系統可以大幅縮短成型時間,提高注塑生產率,降低成本。

      設計不當的冷卻系統會使成型時間拉長,增加成本;冷卻不均勻更會進一步造成塑料制品的翹曲變形。

      根據實驗,由熔體進入模具的熱量大體分兩部分散發,一部分有5%經輻射、對流傳遞到大氣中,其余95%從熔體傳導到模具。塑料制品在模具中由于冷卻水管的作用,熱量由模腔中的塑料通過熱傳導經模架傳至冷卻水管,再通過熱對流被冷卻液帶走。少數未被冷卻水帶走的熱量則繼續在模具中傳導,至接觸外界后散溢于空氣中。

      注塑成型的成型周期由合模時間、充填時間、保壓時間、冷卻時間及脫模時間組成。其中以冷卻時間所占比重最大,大約為70%~80%。因此冷卻時間將直接影響塑料制品成型周期長短及產量大小。脫模階段塑料制品溫度應冷卻至低于塑料制品的熱變形溫度,以防止塑料制品因殘余應力導致的松弛現象或脫模外力所造成的翹曲及變形。

      影響制品冷卻速率的因素有:

      1. 塑料制品設計方面

      主要是塑料制品壁厚。制品厚度越大,冷卻時間越長。一般而言,冷卻時間約與塑料制品厚度的平方成正比,或是與最大流道直徑的1.6次方成正比。即塑料制品厚度加倍,冷卻時間增加4倍。

      2. 模具材料及其冷卻方式

      模具材料,包括模具型芯、型腔材料以及模架材料對冷卻速度的影響很大。模具材料熱傳導系數越高,單位時間內將熱量從塑料傳遞而出的效果越佳,冷卻時間也越短。

      3. 冷卻水管配置方式

      冷卻水管越靠近模腔,管徑越大,數目越多,冷卻效果越佳,冷卻時間越短。

      4. 冷卻液流量

      冷卻水流量越大(一般以達到紊流為佳),冷卻水以熱對流方式帶走熱量的效果也越好。

      5. 冷卻液的性質

      冷卻液的粘度及熱傳導系數也會影響到模具的熱傳導效果。冷卻液粘度越低,熱傳導系數越高,溫度越低,冷卻效果越佳。

      6. 塑料選擇

      塑料的是指塑料將熱量從熱的地方向冷的地方傳導速度的量度。塑料熱傳導系數越高,代表熱傳導效果越佳,或是塑料比熱低,溫度容易發生變化,因此熱量容易散逸,熱傳導效果較佳,所需冷卻時間較短。

      7. 加工參數設定

      料溫越高,模溫越高,頂出溫度越低,所需冷卻時間越長。

      冷卻系統的設計規則:所設計的冷卻通道要保證冷卻效果均勻而迅速。

      設計冷卻系統的目的在于維持模具適當而有效率的冷卻。冷卻孔應使用標準尺寸,以方便加工與組裝。

      設計冷卻系統時,模具設計者必須根據塑件的壁厚與體積決定下列設計參數——冷卻孔的位置與尺寸、孔的長度、孔的種類、孔的配置與連接以及冷卻液的流動速率與傳熱性質。  

      脫模階段

      脫模是一個注塑成型循環中的最后一個環節。雖然制品已經冷固成型,但脫模還是對制品的質量有很重要的影響,脫模方式不當,可能會導致產品在脫模時受力不均,頂出時引起產品變形等缺陷。脫模的方式主要有兩種:頂桿脫模和脫料板脫模。設計模具時要根據產品的結構特點選擇合適的脫模方式,以保證產品質量。

      對于選用頂桿脫模的模具,頂桿的設置應盡量均勻,并且位置應選在脫模阻力最大以及塑件強度和剛度最大的地方,以免塑件變形損壞。

      而脫料板則一般用于深腔薄壁容器以及不允許有推桿痕跡的透明制品的脫模,這種機構的特點是脫模力大且均勻,運動平穩,無明顯的遺留痕跡。

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