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注塑机原理.doc

上传人:j35w19 文档编号:7390606 上传时间:2019-05-16 格式:DOC 页数:6 大小:46KB
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资源描述

1、注塑机的基本原理注塑机在机械结构上主要分为注射部分和锁模部分。注射部分的功能是把塑料融化并注入模具型腔,锁模部分的功能是控制模具开合、顶出制品等各种动作。1、注射部分注射部分主要有两种形式:活塞式和往复螺杆式。现在活塞式的注塑机己很少见,这里不作介绍。往复螺杆式注塑机通过螺杆在加热机筒中的旋转,把固态塑料颗粒(或粉末)熔化并混合,挤入机筒前端空腔中,然后螺杆沿轴向往前移动,把空腔中的塑料熔体注入模具型腔中。塑化时,塑料在螺杆螺棱的推动下,在螺槽中被压实,并接受机筒壁所传热量,加上塑料与塑料、塑料与机筒及螺杆表面摩擦生热,温度逐渐升高到熔融温度。熔化后的塑料被螺轩搅拌进一步混合,并沿螺槽进入机筒

2、前部并推动螺杆后退。 注射部分与塑化相关的部件主要有:螺杆、机筒、分流梭、止逆环、射咀、法兰、加料斗等。下面分别就其在塑化过程中的作用与影响加以说明。1)螺杆、机筒螺杆是注塑机的重要部件。它的作用是对塑料进行输送、压实、熔化、搅拌和施压。所有这些都是通过螺杆在机筒内的旋转来完成的。在螺杆旋转时,塑料对于机筒内壁、螺杆螺槽底面、螺棱推进面以及塑料与塑料之间在都会产生摩擦及相互运动。塑料的向前推进就是这种运动组合的结果,而摩擦产生的热量也被吸收用来提高塑料温度及熔化塑料。螺杆的结构将直接影响到这些作用的程度。普通注塑螺杆结构,也有为了提高塑化质量设计成分离型螺杆,屏障型螺杆或分流型螺杆。 机筒的结

3、构其实就是一根中间开了下料口的圆管。在塑料的塑化过程中,其前进和混合的动力都是来源于螺杆和机筒的相对旋转。根据塑料在螺杆螺槽中的不同形态,一般把螺杆分为三段:固体输送段(也叫加料段)、熔融段(也叫压缩段)、均化段(也称计量段) 。在有关塑料塑化的教材上中,都把塑料在螺杆的固体输送段看成一个塑料颗粒间没有相互运动的固体床,然后通过固体床与机筒壁、与螺棱推进面以及与螺槽表面相互运动和摩擦的理想状态的计算,来确定塑料向前输送的速度。这与实际情况有不少差距,也不能以此为依据来分析不同形状塑料颗粒的进料情况。如果塑料的颗粒不大,它们在被机筒内壁拉动向前运动时会出现分层和翻滚,并逐步被压实形成固体塞。当望

4、料颗粒的直径与螺槽深度尺寸差不多时,它们的运动轨迹基本上是沿螺槽径向的直线运动加上转一个角度的直线运动。由于颗粒大时塑料在螺槽中的排列很疏松,所以其输送速度也较慢。当颗粒大到一定程度,在进入压缩段而其直径大于螺槽深度时,塑料就会卡在螺杆与机筒之间,如果向前拉动的力不足以克服压扁塑料颗粒所需的力,则塑料会卡在螺槽里不向前推进。塑料在接近熔点温度时, 、与机筒相接触的塑料已开始熔融而形成一层熔膜。当熔膜厚度超过螺杆与机筒间的间隙时,螺棱顶部把熔膜从机筒内壁径向地刮向螺棱根部,从而逐渐在螺棱的推进面汇集成旋涡状的流动区熔池。由于熔融段螺槽深度的逐渐变浅以及熔池的挤压,固体床被挤向机筒内壁,这样就加速

5、了热机筒向固体床的传热过程。同时,螺杆的旋转使固体床和机筒内壁之间的熔膜产生剪切作用,从而使熔膜和固体床分界面间的固体熔化。随着固体床的螺旋形向前推移,固体床的体积逐渐缩小,而熔池的体积逐渐增大。如果固体床厚度减小的速度低于螺槽深度变浅的速度,则固体床就可能部分或完全堵塞螺槽,使塑化产生波动,或者由于局部压力过大造成摩擦生热剧增,从而产生局部过热。在螺杆均化段,固体床已经因体积过小而破裂形成分散在熔池里的小固体颗粒。这些固体颗粒通过各自与包覆周围的熔体摩擦及热传递而熔融。面这时,螺杆的功能主要是通过搅拌塑料熔体使之混合均匀,熔体的速度分布从贴近机筒壁的最高速到贴近螺槽底部的最低速。如果螺槽深度

6、不大而熔体粘度很高,则这时熔体分子间的摩擦会很剧烈。由于各种塑料的熔融速度、熔体粘度、熔融温度范围、粘度对温度及剪切速率的敏感程度、高温分解气体的腐蚀性、塑料颗粒间的摩擦系数差异很大,通常意义上的普通通用螺杆在加工某些熔体特性比较突出的塑料(如 Pc、PA、高分子 ABS、PP-R、PVC 等)时会出现某一段剪切热过高的现象,这种现象般可通过降低螺杆转速得以消除。但这势必影响生产效率。为了实现对这些塑料的高效塑化,很多公司先后开发了这些塑料的专用塑化螺杆和机筒。这些专用螺杆和机筒在设计时针对的主要问题是以上塑料的固体摩擦系数、熔体粘度、熔融速度等。2)分流梭(过胶头) 分流梭是装在螺杆前端形状

7、象鱼雷体的零件。分流梭在塑料塑化时的作用主要是分流混合塑料熔体,使熔体进一步混练均匀。同时分流梭还有在塑化时限定止逆环位置的作用。为了进一步加强混炼作用,建议在 250 吨以上锁模力注塑机上采用屏障型混炼结构的分流梭。不仅可以提高制品颜色的均匀程度,也使制品的机械强度更高。3)止逆环(过胶圈):顾名思义,止逆环的作用就是止逆。它是防止塑料熔体在注射时往后泄漏的一个零件。在工作时,止逆环止逆垫圈(过胶垫圈)接触形成一个封闭的结构,阻止塑料熔体泄漏止逆环工作原理。一台注塑机注塑制品重量的精密程度与止逆环止逆动作的快慢关系很大。而一个止逆环动作反应的快慢,是由它的止逆动作行程、密封压合时间,离开分流

8、梭时间等因素决定的。我们曾经试过多种止逆环结构和零件参数,最后才通过实验确定最优化的止逆面参数、止逆环与分流梭贴合参数、止逆环与机筒间隙参数等。可以实现高精密注射量控制。4)射嘴:射嘴是联接料筒和模具的过渡部分。注射时,料筒内的熔料在螺杆的推动下,以高压和快速流经射嘴注入模具。因此射嘴的结构形式、喷孔大小以及制造精度将影响熔料的压力和温度损失,射程远近、补缩作用的优劣以及是否产生“流涎“现象等。目前使用的喷嘴种类繁多,且都有其适用范围,这里只讨论用得最多三种。(1)直通式射嘴 这种射嘴呈短管状,熔料流经这种喷嘴时压力和热量损失都很小,而且不易产生滞料和分解,所以其外部一般都不附设加热装置。但是

9、由于射嘴体较短,伸进定模板孔中的长度受到限制,因此所用模具的主流道较长。为弥补这种缺陷而加大射嘴的长度,成为直通式射嘴的一种改进型式,又称为延伸式射嘴。这种射嘴必须添设加热设置。为了滤掉熔料中的固体杂质,射嘴中也可加设过滤网。以上两种射嘴适用于加工高粘度的塑料,加工低粘度塑料时,会产生流涎现象。(2)自锁式射嘴 注射过程中,为了防止熔料的流涎或回缩,需要对射嘴通道实行暂时封锁而采用自锁式射嘴。自锁式射嘴中以弹簧式和针阀式最广泛,这种射嘴是依靠弹簧压合射嘴体内的阀芯实现自锁的。注射时,阀芯受熔料的高压而被顶开,熔型遂向模具射出。熔胶时,阀芯在弹簧作用下复位而自锁。其优点是能有效地杜绝注射低粘度塑

10、料时的“流涎”现象,使用方便,自锁效果显著。但是,结构比较复杂,注射压力损失大,射程较短,补缩作用小,对弹簧的要求高。(3)杠杆针阀式射嘴 这种喷嘴与自锁式射嘴一样,也是在注射过程中对射嘴通道实行暂时启闭的一种,它是用外在液压系统通过杠杆来控制联动机构启闭阀芯的。使用时可根据需要使操纵的液压系统准确及时地开启阀芯,具有使用方便,自锁可靠,压力损失小,计量准确等优点。此外,它不使用弹簧,所以,没有更换弹簧之虑,主要缺点是结构较复杂,成本较高。注射时,塑料熔体在螺杆的推动下,以极高的剪切速度流经射嘴而进入模腔。在这种高速剪切作用下,熔体温度快速升高。特别是对于粘度较高的 PVC、PP-R、PMMA

11、、PC、高抗冲击 ABS 等,过小的射嘴孔直径会造成塑料的高温分解。而对于充模困难的薄壁精密制品,则宜用射程较远的射嘴,对于厚壁制品则需要补塑作用好的射嘴。另外,对于某些熔体粘度很低的塑料(如 PA 等),需要使用具有防流涎功能的自锁射嘴。在许多机器上,除了针对一般粘度的通用型射嘴,还有自锁射嘴、PVC 射嘴、PMMA 射嘴等特殊射嘴可供选用,如果需要,也可以提供射程较远的针对薄壁制品的专用射嘴。5)法兰:法兰是连接射嘴与机筒的零件。在塑料的塑化注射过程中只起通道的作用。如果法兰与射嘴或法兰与机筒的结合面出现较大的间隙或槽,则会因塑料在间隙或槽中滞留时间过长分解而出现制品黑点。 6)加料斗:加

12、料斗是储存塑料原料的部件,也有的在加料斗上加上发热和吹风装置做成干燥料斗。加料斗的形状一般是下部圆锥形与上部圆筒形。圆锥形的锥面斜度对于不同粒度、不同颗粒形状、颗粒之间摩擦系数和粘结系数不同的塑料部有不同的最佳值,否则不是浪费了加料斗的储料量就是出现加料不畅或根本不下料的“架桥“或“漏斗成管”现象。引起“架桥”现象的原因是因为塑料颗粒之间在圆锥小口处形成能支撑在其上方的物料的开然桥,对于颗粒较大以及形状不规则的再生料比较容易发生。 “漏斗成管“是因为往下流的颗粒不足以拉动其相邻的颗粒一起流动,这往往在塑料粒度较小时发生。一般的解决方法是在加料斗上装振动装置或减小圆锥斜度。如果机筒上热量传递到加

13、料斗使加料斗温度过高,塑料粒表面软化或粘结成块,更容易形成“架桥“或阻塞。2、合模装置:注塑机相关控制注塑成型是一门工程技术,它所涉及的内容是将塑料转变为有用并能保持原有性能的制品。注射成型的重要工艺条件是影响塑化流动和冷却的温度,压力和相应的各个作用时间。一、温度控制1、料筒温度:注射模塑过程需要控制的温度有料筒温度,喷嘴温度和模具温度等。前两种温度主要影响塑料的塑化和流动,而后一种温度主要是影响塑料的流动和冷却。每一种塑料都具有不同的流动温度,同一种塑料,由于来源或牌号不同,其流动温度及分解温度是有差别的,这是由于平均分子量和分子量分布不同所致,塑料在不同类型的注射机内的塑化过程也是不同的

14、,因而选择料筒温度也不相同。2、喷嘴温度:喷嘴温度通常是略低于料筒最高温度的,这是为了防止熔料在直通式喷嘴可能发生的“流涎现象“。喷嘴温度也不能过低,否则将会造成熔料的早凝而将喷嘴堵死,或者由于早凝料注入模腔而影响制品的性能3、模具温度:模具温度对制品的内在性能和表观质量影响很大。模具温度的高低决定于塑料结晶性的有无、制品的尺寸与结构、性能要求,以及其它工艺条件(熔料温度、注射速度及注射压力、模塑周期等) 。二、压力控制: 注塑过程中压力包括塑化压力和注射压力两种,并直接影响塑料的塑化和制品质量。1、塑化压力:(背压)采用螺杆式注射机时,螺杆顶部熔料在螺杆转动后退时所受到的压力称为塑化压力,亦

15、称背压。这种压力的大小是可以通过液压系统中的溢流阀来调整的。在注射中,塑化压力的大小是随螺杆的转速都不变,则增加塑化压力时即会提高熔体的温度,但会减小塑化的速度。此外,增加塑化压力常能使熔体的温度均匀,色料的混合均匀和排出熔体中的气体。一般操作中,塑化压力的决定应在保证制品质量优良的前提下越低越好,其具体数值是随所用的塑料的品种而异的,但通常很少超过 20 公斤/平方厘米。2、注射压力:在当前生产中,几乎所有的注射机的注射压力都是以柱塞或螺杆顶部对塑料所施的压力(由油路压力换算来的)为准的。注射压力在注塑成型中所起的作用是,克服塑料从料筒流向型腔的流动阻力,给予熔料充模的速率以及对熔料进行压实

16、。一般的注塑机可以根据以下的程序作调校:根据原料供应商的资料所提供的温度范围,将料筒温度调至该范围的中间,并调整模温。估计所需的射胶量,将注塑机调至估计的最大射胶量的三分之二。调校倒索(抽胶)行程。估计及调校二级注塑时间,将二级注塑压力调至零。初步调校一级注塑压力至注塑机极限的一半(50%) ;将注塑速度调至最高。 估计及调校所需要的冷却时间。将背压调至 3.5bar。 清除料筒内已降解了的树脂。 采用半自动注塑模式;开始注塑程序,观察螺杆的动作。若要使充模时间缩短,可以增加注塑压力。如前所述,由于十足充模之前会有一个过程,充模最终压力可以调至一级注塑压力的 100%。压力最终都要调得够高,使

17、可以达到的最大速度不受设定压力限制。若有溢料,可以把速度减低。每观察一个周期之后,便把射胶量及转换点调节。设定程序,使可以在第一级注塑时已能获得按射胶重量计算达到 95-98% 的充模。当第一级注塑的注射量、转换点、注塑速度及压力均调节妥当后,便可进行第二级的保压压力的调校程序。按需要适当调校保压压力,但切勿过份充填模腔。调校螺杆速度,确保刚在周期完成之前熔胶已完成,而注塑周期又没有受到限制。三、成型周期完成一次注射模塑过程所需的时间称成型周期,它包括以下几部分:开模时间、合模时间、注射时间和脱模时间等。成型周期直接影响劳动生产率和设备利用率。在生产过程中,应在保证质量的前提下,尽量缩短成型周

18、期中各个有关时间。在整个成型周期中,以注射时间最重要,它们对制品的质量均有决定性的影响。注射时间包括:充模时间、保压时间和冷却时间。充模时间直接反比于充模速率,生产中充模时间一般约为 3-5 秒。保压时间就是对型腔内塑料保持一定成型压力的时间,在整个注射时间内所占的比例较大,一般约为 20-120 秒(特厚制件可高达 510 分钟)。在浇口处熔料封冻之前,保压时间的长短对制品尺寸准确性有影响。保压时间有最佳值,它依赖于料温,模温以及主流道和浇口的大小。如果主流道和浇口的尺寸以及工艺条件都是正常的,通常以得出制品收缩率波动范围最小的压力值为准。冷却时间主要决定于制品的厚度,塑料的热性能和结晶性能

19、,以及模具温等。冷却时间的终点,应以保证制品脱模时不引起变动为原则,冷却时间性一般约在 30120 秒钟之间,冷却时间过长没有必要,不仅降低生产效率,对复杂制件还将造成脱模困难,强行脱模时甚至会产生脱模应力。成型周期中的其它时间则与生产过程是否连续化和自动化以及连续化和自动化的程度等有关。提高生产效率就是要在极短时间内完成所有必要的动作,并确保模具得到保护(包括拉出和退回滑块和侧位模芯) 。任何延迟开模时间的模具或注塑机的问题必须维修。另外,如每次注射的开模时间都不一样,制件将亦不一样。当螺杆向前推进将溶体由料管经喷咀,竖流道,横流通,浇口,再射入模腔,当中会遇到阻力。这阻力是由喷咀直径、流道

20、尺寸、浇口大小、产品厚度,以及模具排气设计所影响。流动阻力应在模具内改善及减少,以达至填充平衡及稳定。否则由于填充不均匀而导致不同模腔所注塑的制品尺寸不同,强度不足,或外观不良。模具开放的时间是整个周期的重要部分,特别是对装有嵌件的模具更是如此,甚至在比较标准的模具中,模具开放时间也经常高过整个周期的 20。影响开模的因素首要考虑的是模具的速度和移动距离,模具在打开并顶出制件过程中,移动的距离应减少以免浪费移动时间,当然,模具移动必须在模具再次关闭前足以让制件顺利脱离模具,所以,让制件脱模所需移动距离愈短,则其所花的的间愈少,当注射成型机处于良好状态,从高速打开到低速顶出的转换能够相当平稳。设

21、备需要一些保养以完成这些速度上的变化,但是这些花费可以从模塑时间减少,节省时间而得到多倍的回报。因此周期性的机械保养是很必要的。ABS 塑料注塑工艺分析ABS 塑料由于具有较大的机械强度和良好的综合性能, 在电子工业、机械工业、交通运输、建筑材料、玩具制造等工业中占有重要的位置, 特别是稍微大型的箱体结构以及受力元件, 需要电镀的装饰件更是离不开这种塑料。(1) ABS 塑料的干燥:ABS 塑料的吸湿性和对水分的敏感性较大, 在加工前进行充分的干燥和预热, 不单能消除水汽造成的制件表面烟花状泡带、银丝, 而且还有助于塑料的塑化, 减少制件表面色斑和云纹。ABS 原料要控制水分在 013 %以下

22、。注塑前的干燥条件是: 干冬季节在 7580 以下, 干燥 23h , 夏季雨水天在 8090 下, 干燥 48h , 如制件要达到特别优良的光泽或制件本身复杂, 干燥时间更长, 达 816h。因微量水汽的存在导致制件表面雾斑是往往被忽略的一个问题。最好将机台的料斗改装成热风料斗干燥器, 以免干燥好的 ABS 在料斗中再度吸潮, 但这类料斗要加强湿度监控, 在生产偶然中断时, 防止料的过热。(2) 注射温度:ABS 塑料的温度与熔融粘度的关系有别于其他无定型塑料。在熔化过程温度升高时, 其熔融实际上降低很小, 但一旦达到塑化温度(适宜加工的温度范围, 如220250 ) , 如果继续盲目升温,

23、 必将导致耐热性不太高的 ABS 的热降解反而使熔融粘度增大, 注塑更困难, 制件的机械性能也下降了。所以,ABS 的注射温度虽然比聚苯乙烯等塑料的更要高, 但不能像后者那样有较宽松的升温范围。某些温控不良的注塑机, 当生产 ABS 制件到一定数量时, 往往或多或少地在制件上发现嵌有黄色或褐色的焦化粒, 而且很难利用加新料对空注射等办法将其清除排出。究其原因, 是 ABS 塑料含有丁二烯成分, 当某塑料颗粒在较高的温度下牢牢地粘附在螺槽中一些不易冲刷的表面上, 受到长时间的高温作用时, 造成降解和碳化。既然偏高温操作对 ABS 可能带来问题, 故有必要对料筒各段炉温进行限制。当然, 不同类型和

24、构成的 ABS 的适用炉温也不同。如柱塞式机, 炉温维持在 180230 ; 螺杆机, 炉温维持在 160220 。特别值得提出的是, 由于 ABS 的加工温度较高, 对各种工艺因素的变化是敏感的。所以料筒前端和喷嘴部分的温度控制十分重要。实践证明, 这两部分的任何微小变化都将在制件上反映出来。温度变化越大, 将会带来熔接缝、光泽不佳、飞边、粘模、变色等缺陷。(3) 注射压力:ABS 熔融件的粘度比聚苯乙烯或改性聚苯乙烯高, 所以在注射时采用较高的注射压力。当然并非所有 ABS 制件都要施用高压, 对小型、构造简单、厚度大的制件可以用较低的注射压力。注制过程中, 浇口封闭瞬间型腔内的压力大小往

25、往决定了制件的表面质量及银丝状缺陷的程度。压力过小, 塑料收缩大, 与型腔表面脱离接触的机会大, 制件表面雾化。压力过大,塑料与型腔表面摩擦作用强烈, 容易造成粘模。(4) 注射速度:ABS 料采用中等注射速度效果较好。当注射速度过快时, 塑料易烧焦或分解析出气化物, 从而在制件上出现熔接缝、光泽差及浇口附近塑料发红等缺陷。但在生产薄壁及复杂制件时, 还是要保证有足够高的注射速度, 否则难以充满。(5) 模具温度:ABS 的成型温度相对较高, 模具温度也相对较高。一般调节模温为7585 , 当生产具有较大投影面积制件时, 定模温度要求 7080 , 动模温度要求5060 。在注射较大的、构形复杂的、薄壁的制件时, 应考虑专门对模具加热。为了缩短生产周期,维持模具温度的相对稳定, 在制件取出后, 可采用冷水浴、热水浴或其他机械定型法来补偿原来在型腔内冷固定型的时间。(6) 料量控制:一般注塑机注 ABS 塑料时, 其每次注射量仅达标准注射量的 75 %。为了提高制件质量及尺寸稳定, 表面光泽、色调的均匀, 要求注射量为标定注射量的 50 %为宜。

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