注塑工艺参数新分析

第二节注塑工艺参数分析一、注塑参数1、注射量－－注塑机螺杆（或柱塞）在注射时，向模具内所注射的物料的熔体量。理论注射容积量（Qv）与注射螺杆直径（Ds）及注射行程（S）的关系：Qv＝πDs2S/4理论注射质量Qm=πρDs2S/4（ρ为塑料熔体的密度）实际注射质量Q=παρDs2S/4（α为射出系数）射出系数α与被加工塑料的熔体性能、螺杆结构和参数、模具结构、制品形状、注射工艺参数等有关，一般为0.7－0.9。对已选定的注塑机，注射量通过调节注射行程来控制。2、计量行程（预塑行程）（1）概念每次注射程序终止后，螺杆处在料筒的最前位置，当预塑程序开始时，螺杆开始旋转，物料被输送到螺杆头部，螺杆在物料的反压力作用下后退，直至碰到限位开关为止，该过程称计量过程或预塑过程，螺杆后退的距离称计量行程或预塑行程。（2）与注射行程的关系物料在螺杆头部所占有的容积就是螺杆后退所形成的计量容积，即注射容积，其计量行程就是注射行程。（3）计量行程对注塑过程的影响计量行程调节太小会造成注射量不足，反之则会使料筒每次注射后的余料太多，使熔体温度不均或过热分解，计量行程的重复精度的高低会影响注射量的波动。3、余料量（缓冲垫）（1）概念螺杆注射完了之后，留存在螺杆头部的熔料量称为余料量。（2）余料的作用防止螺杆头部和喷嘴接触发生机械碰撞事故；作为保压时传压介质；控制注射量的重复精度，达到稳定注塑制品质量的目的。注意：余料垫过小，则达不到缓冲的目的，过大会使余料累积过多。4、防涎量（松退、倒缩）（1）概念防涎量是指螺杆计量（预塑）到位后，又直线地倒退一段距离。这个后退动作称防流涎，后退的距离称防涎量或防流涎行程。（2）设置防涎动作的作用使计量室中熔体的比容增加，内压下降，防止熔体从计量室向外流出（通过喷嘴或间隙）；在进行不退回预塑时，降低喷嘴流道系统的压力，减少内应力，并在开模时容易抽出料杆。（3）防涎量的设置视塑料的粘度和制品的情况而定；过大的防涎量会使计量室中的熔料挟杂气泡，严重影响制品质量，对粘度大的物料可不设防涎量。5、螺杆转速（1）螺杆转速的影响影响物料在螺杆中输送和塑化的热历史和剪切效应；影响塑化能力、塑化质量、成型周期。（2）螺杆转速的设定对熔融塑化温度较低且热稳定性较好、熔体流动性较高的塑料，可采用较高的螺杆转速；对热敏性塑料（如PVC、POM等），应采用较低的螺杆转速，以防物料分解；对熔体粘度较高的塑料，也应采用较低的螺杆转速，以防动力过载；6、背压（塑化压力）（1）概念螺杆头部熔料在螺杆转动后退时所受到的压力称背压或塑化压力。预塑时，只有螺杆头部的熔体压力，克服了螺杆后退时的系统阻力后，螺杆才能后退。（2）背压的作用及其对预塑的影响有助于螺槽中物料的密实，驱赶走物料中的气体，减慢螺杆退回速度，延长物料在螺杆中的热历程与剪切历程，改善塑化质量，但过高背压会增加螺杆计量段熔体的反流与漏流，延长预塑完成的时间；增加熔体内压力，加强剪切效果，形成剪切热，使大分子热能增加，从而有助于提高熔体温度及其均匀性。但过高背压易引起过热而使物料发生降解。（3）背压的设定热敏性塑料、高粘度塑料、过低熔体粘度塑料都不宜用高背压；热稳定性较好、熔体粘度适中的塑料，可适当提高背压；背压高低的设定，还需视喷嘴类型与加料方式而作相应调整。7、注射压力（1）注射压力的作用克服塑料熔体从料筒流向模具型腔的流动阻力，给予熔体一定的充模速度及对熔体进行压实、补缩。（2）注射压力对注塑过程的影响在一定程度上决定塑料的充模速率；适当提高充模阶段的注射压力，可提高充模速率、增加熔体的流动长度和制品的熔接痕强度，制品密实、收缩率下降，但制品易取向，内应力增加。注射压力较低时，塑料熔体呈铺展流动，流速平稳、缓慢，但延长了注射时间，制品易产生熔接痕、密度不匀等缺陷；当注射压力较高，而浇口又偏小时，熔体为喷射式流动，这样易将空气带入制品中，形成气泡、银纹等缺陷，严重时还会灼伤制品。（3）注射压力的设定流动比大，形状复杂，熔体流动阻力大，用较高注射压力；熔体粘度高、润滑性差，宜用较高的注射压力；8、保压压力（1）概念在模腔充满后，为了对模内熔体进行压实、补缩而通过螺杆继续施加的注射压力称为保压压力。（2）保压压力对注塑的影响通常，保压压力较高时，制品的收缩率减小，密度增加；表面光洁度、熔接痕强度提高，缺点是：脱模时制品中的残余应力较大、易产生溢边。（3）保压压力的设定可与注射压力相等，一般稍低于注射压力。9、注射速率（1）概念单位时间内注入模腔中的塑料熔体的容积。（2）注射速率对注塑过程的影响高速注射可以减少模腔内的熔体温差，改善压力传递效果，可得到密度均匀、内应力小的精密制品；高速注射可采用低温模塑，缩短成型周期，特别在成型薄壁、长流程制品时能获得较优良的制品。注射速率过高，熔体流经喷嘴浇口等处时，易产生大量的磨擦热，导致物料烧焦以及吸入气体和排气不良等现象，影响到制品的表面质量，产生银纹、气泡。高速注射不易保证注射与保压压力稳定地切换，会因过填充而使制品出现溢边。（3）注射速率的设定（应综合塑料品种、其它工艺条件、制品及模具状况而定）如熔体粘度的剪切变稀行为较强，宜用高速充模。对薄壁长流程制品，宜用高速充模。二、合模参数1、合模力（1）概念注塑制品时，为了防止模腔内的熔料压力将模具顶开，注塑机的锁模系统作用于模具并使其合紧的力。注塑制品时所需的合模力也称工艺合模力。其值必须小于注塑机的额定合模力，一般取0.8～0.9额定合模力。（2）合模力对注塑过程的影响及调整直接影响制品的表面质量和尺寸精度。合模力不足，会导致模具离缝，使制品厚度尺寸增大，并产生溢料；合模力太大会使模具变形，能量消耗增加。工艺合模力可根据模腔压力和制品投影面积来确定。2、顶出力（1）概念当制品从模具型腔中脱出时，需要一定的外力克服制品与模具的附着力，该外力即为顶出力。（2）顶出参数对注塑的影响及设定顶出力太小，制品不能从模具上脱下；顶出力太大，会使制品产生翘曲变形，甚至会顶坏制品。顶出速度和顶出行程也同样影响顶出过程。顶出速度快，制品易翘曲变形和损坏；顶出行程短，制品不易脱下。三、温控参数注塑过程中需要控制的温度有：料筒温度、喷嘴温度、模具温度和油温。1、料筒温度－－料筒表面的加热温度（1）料筒温度控制的初步规则加料段用较低的温度，一般在熔点附近，并在料斗座处通冷却水，防止物料“架桥”，保证较高的固体输送效率。压缩段温度一般比所用塑料的熔点高15－30℃；计量段温度一般比压缩段温度高15－30℃；料筒最高温度区必须低于塑料的分解温度Td；对于Tf～Td的范围较窄的塑料，料筒温度应偏低些，比Tf稍高即可；而对于Tf～Td的范围较宽的塑料，料筒温度可适当高些，即比Tf高得多一些。如PVC、POM塑料，受热后易分解，因此料筒温度设定低一些；而PS、PE塑料的Tf～Td范围较宽，料筒温度应可以相应设定得高些。（2）料筒温度控制的进一步考虑虽同一塑料品种，但牌号不同，，分子量高、分子量分布窄者，宜用较高的料筒温度；填充、增强塑料，随填充剂、增强纤维的用量增加，宜用较高的料筒温度；加有增塑剂或提高流动性的助剂时，随着用量的增加，宜用较低的料筒温度；注塑薄壁长流程制品、形状复杂或带有金属嵌件的制品、其它充模时间较长或为需防止熔料进入模腔后过早冷凝以保证顺利充模的情况下，宜用较高的料筒温度；随其它工艺条件作相应调整；根据“对空注射法”料条，确定较佳的料筒的温度。根据制品的质量情况进行细调，如表面光洁度或其它外观状况、收缩率、取向程度、内应力大小等。2、喷嘴温度（1）喷嘴的作用－－加速熔体流动、调整熔体温度和使物料均化。（2）为何需要控制喷嘴温度？在注射过程中，喷嘴与模具直接接触，由于喷嘴本身热惯性很小，与较低温度的模具接触后，会使喷嘴温度很快下降，导致熔料在喷嘴处冷凝而堵塞喷嘴孔或模具的浇注系统，而且冷凝料注入模具后也会影响制品的表面质量及性能。（3）喷嘴温度的设定喷嘴温度通常要略低于料筒的最高温度。一方面可防止或减轻“流涎”现象，另一方面，部分抵消注射时熔体流经喷嘴收敛流道引起的摩擦温升，防止实际料温过高而使塑料发生分解。随喷嘴类型、喷嘴加热圈的安装状况、其它注塑工艺参数作相应调整。根据“对空注射”和对制品的“直观分析”，确定较佳的喷嘴温度。3、模具温度－－指与制品接触的模腔表面温度。通过模温控制，使模温恒定，对进入模腔的热塑性塑料熔体进行冷却。（1）模温控制的方式靠通入定温的冷却介质来控制；靠熔体注入模腔后，模具自然升温和散热达到平衡而保持一定的模温；在需要维持较高冷却温度的情况下，采用电热丝或电热棒对模具加热来控制模温。（2）模温控制的基本规则模具温度的恒定值应低于塑料的Tg或低于热变形温度（HDT）；对非结晶性塑料，在保证充模顺利的情况下，尽量采用低模温，尤其是对于熔体粘度较低的塑料（如PS）；对熔体粘度及玻璃化温度都较高的非结晶性塑料（如PC、聚苯醚、聚砜等），模温应高些。对结晶性塑料，模具温度应在能使熔料在模腔内较好较快地完成结晶，减小后结晶引起的收缩变形与较快的冷却速率间取得平衡。对厚壁的结晶性塑料制件，模温要相应高些，以使内外冷却速率应尽可能一致，防止因内外温差造成内应力及其它缺陷（如凹痕、空隙等）；大面积或流动阻力大的薄壁制品，也需要维持较高的模温。根据其它工艺条件与原料的熔体特性，相应调整模温。四、成型面积图1、在注塑过程中，注射压力与熔料温度实际上是相互制约。熔料温度高时，注射压力就能降低，且仍可得到满意的制品。2、对某种塑料，把能得到满意制品时对应的注射压力与熔料温度，分别作为横坐标与纵坐标，可绘制出成型面积图。3、利用成型面积图，能正确地反映注塑适宜的工艺参数。在成型区域中，适当的温度与压力的组合都能获得满意的结果；而在这区域以外的温度与压力的组合，都会给成型带来困难或给制品造成各种缺陷。五、成型周期完成一次注射模塑过程所需要的时间称成型周期。成型周期包括以下几部分：成型周期短，生产效率高。在成型周期中，以注射时间与模内冷却时间的设定最为重要。1、充模时间（1）充模时间对制品的影响注射时间中的充模时间越短，则注射速率越快，此时，熔体的密度高、温差小，有利提高制品的精度，但制品上易产生溢边、银纹、气泡等缺陷。（2）充模时间的设定对熔体粘度高、Tg高、冷却速率快的大型、薄壁、精密制品，以及玻璃纤维增强制品，低发泡制品等，要求较快地完成充模。2、保压时间（1）保压时间对制品的影响在浇口处熔体冻结之前，保压时间的长短，对制品的质量有较大影响。若保压时间短，则制品的密度低、尺寸偏小、易出现缩孔；而保压时间长，则制品的内应力大、强度低、脱模困难。（2）保压时间的设定保压时间的设定与料温、模温、主流道及浇口尺寸等有关。如果工艺参数正常、浇注系统设计合理，通常以制品的收缩率波动范围最小时的时间即为最佳保压时间。确定保压时间时要考虑的因素有：塑料的品种与性能；制品与模具等条件；与其它注塑工艺参数也有关，如熔料温度、模具温度、注射压力、注射速率等。3、总的冷却时间－－由保压时间与柱塞后撤或螺杆旋转后退后制品在模内的冷却时间组成。（1）冷却时间对制品的影响冷却时间过短，则残余应力较大，脱模困难，易发生变形；冷却时间过长，不仅会降低生产效率，而且会使复杂制品脱模困难，强行脱模时将产生较大的脱模应力，严重时可能损坏制品。（2）冷却时间的设定设定时主要取决于制品的厚度、塑料的热性能和结晶性以及模具温度等，以保证制品脱模时不变形为原则。一般，Tg高及具有结晶性的塑料，冷却时间较短；反之，则应长些。六、多级注塑1、多级注塑－－指在注射过程中，当螺杆向模腔内推进熔体时，不同位置采用不同的注射压力和注射速率。2、多级注塑的优点使用多级注塑有利提高制品质量,纠正一些缺口缺陷；多级注塑适合薄壁制品、长流程的大型制品；适应精密注射制品以及型腔配置不均衡或锁模不太紧密的制品生产。3、多级注塑的设定制订多级注塑