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塑料成型

時間:2019-01-29    

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注塑成型工藝是指将熔融的原料通過加壓、注入、冷卻、脫離等操作(zuò)制作(zuò)一定形狀的半成品件的工藝過程。

塑件的注塑成型工藝過程主要包括合模-——填充——(氣輔,水輔)保壓——冷卻——開模——脫模等6個階段。

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(wèi)止。理(lǐ)論上,填充時間越短,成型效率越高;但是在實際生産中,成型時間(或注塑速度)要受到很(hěn)多(duō)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(zuò)用(yòng)而存在粘度下降的情形,使整體(tǐ)流動阻力降低;局部的粘滞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(wèi)往往取決于待填充的體(tǐ)積大小(xiǎo)。即在流動控制階段,由于高速填充,熔體(tǐ)的剪切變稀效果往往很(hěn)大,而薄壁的冷卻作(zuò)用(yòng)并不明顯,于是速率的效用(yòng)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(wèi)緩慢,使熱傳導效應較為(wèi)明顯,熱量迅速為(wèi)冷模壁帶走。加上較少量的粘滞加熱現象,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(fēn)子鏈排向幾乎平行流動波前。因此兩股塑料熔膠在交彙時,接觸面的高分(fēn)子鏈互相平行;加上兩股熔膠性質(zhì)各異(在模腔中滞留時間不同,溫度、壓力也不同),造成熔膠交彙區(qū)域在微觀上結構強度較差。在光線(xiàn)下将零件擺放适當的角度用(yòng)肉眼觀察,可(kě)以發現有明顯的接合線(xiàn)産生,這就是熔接痕的形成機理(lǐ)。熔接痕不僅影響塑件外觀,而且其微觀結構松散,易造成應力集中,從而使得該部分(fēn)的強度降低而發生斷裂。

一般而言,在高溫區(qū)産生熔接的熔接痕強度較佳。因為(wèi)高溫情形下,高分(fēn)子鏈活動性相對較好,可(kě)以互相穿透纏繞,此外高溫度區(qū)域兩股熔體(tǐ)的溫度較為(wèi)接近,熔體(tǐ)的熱性質(zhì)幾乎相同,增加了熔接區(qū)域的強度;反之在低溫區(qū)域,熔接強度較差。


保壓階段

保壓階段的作(zuò)用(yòng),壓實熔體(tǐ),增加塑料密度(增密),以補償塑料的收縮行為(wèi)。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,注塑機螺杆僅能(néng)慢慢地向前作(zuò)微小(xiǎo)移動,塑料的流動速度也較為(wèi)緩慢,這時的流動稱作(zuò)保壓流動。由于在保壓階段,塑料受模壁冷卻固化加快,熔體(tǐ)粘度增加也很(hěn)快,因此模具型腔内的阻力很(hěn)大。在保壓的後期,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(wèi)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(fēn)可(kě)壓縮特性。在壓力較高區(qū)域,塑料較為(wèi)密實,密度較高;在壓力較低區(qū)域,塑料較為(wèi)疏松,密度較低,因此造成密度分(fēn)布随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(zuò)用(yòng);壓力為(wèi)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(tǐ)作(zuò)為(wèi)傳遞壓力的介質(zhì)。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,因此需要适當的鎖模力進行鎖模。漲模力在正常情形下會微微将模具撐開,對于模具的排氣具有幫助作(zuò)用(yòng);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,以防止漲模現象并能(néng)有效進行保壓。

在新(xīn)的注塑環境條件下,我們需考慮一些新(xīn)的注塑工藝,比如說氣輔成型,水輔成型,發泡注塑等


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(wèi)成型塑料制品隻有冷卻固化到一定剛性,脫模後才能(néng)避免塑料制品因受到外力而産生變形。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(kě)以大幅縮短成型時間,提高注塑生産率,降低成本。設計不當的冷卻系統會使成型時間拉長(cháng),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(tǐ)進入模具的熱量大體(tǐ)分(fēn)兩部分(fēn)散發,一部分(fēn)有5%經輻射、對流傳遞到大氣中,其餘95%從熔體(tǐ)傳導到模具。塑料制品在模具中由于冷卻水管的作(zuò)用(yòng),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,至接觸外界後散溢于空氣中。
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(wèi)70%~80%。因此冷卻時間将直接影響塑料制品成型周期長(cháng)短及産量大小(xiǎo)。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餘應力導緻的松弛現象或脫模外力所造成的翹曲及變形。


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