注塑基础理论知识

注塑工艺学习1注塑成型概述及成型经济学1.1塑料四变量塑料温度、塑料流速、塑料压力、塑料冷却。要点：一致的注塑机参数并不能保证产出品质一致的产品，一致的塑料四变量才能够保证产出品质一致的产品。1.2注塑生产成本的降低1)尽可能缩短注塑周期；2)尽可能降低不良率；3)尽可能多的型腔数，不要堵上型腔生产；4)尽量减少停机时间，把更多的注塑机加工时间卖出去。2塑料制品设计及塑料原料2.1塑料制品的设计要素常见的塑料制品都是壳类制品，不管如何复杂，通常都有三个基本的设计元素：1)制品外壳，定义制品的形状；2)附加于制品外壳上的部分，如螺丝柱、加强筋等；3)从制品外壳上挖空的部分，如通孔、盲孔等。2.2塑料制品的设计指导原则2.2.1名义壁厚外壳的厚度尽可能均匀，壁厚的改变应该尽可能的小，并且逐步过渡；壁厚的改变应该少于名义壁厚的25%。壁厚不均匀会导致倒流和跑道效应，由于塑料流动时，总是首先流向阻力最小的方向，通常，壁厚大的地方阻力小，壁厚小的地方阻力大，所以，塑料会先填充周边壁厚大的部位，中心壁厚小的部位由于流动前沿凝固或困气而无法填充，造成不可避免的缺陷。2.2.2过渡圆角两平面的交叉处需要圆角过渡，圆角的大小应该以保持壁厚均匀为原则，因为圆角半径相对于壁厚越小，应力越集中，相对应力就越大。塑料制品上的内拐角通常是应力最大的地方，外拐角通常容易出现短射现象。拐角半径设计的足够大有助于：1)分散应力，消除应力集中现象；2)有助于流动，防止短射、困气；3)有助于保证统一的收缩，减少表面凹陷、空穴和翘曲等现象。2.2.3制品脱模要有足够的脱模斜度，其大小要求与以下条件有关系：1)材料收缩率和耐磨性：通常收缩率越大，要求脱模斜度就越小；耐磨性越好的材料，要求的脱模斜度也比较小；2)制品表明粗糙度越大，要求脱模斜度越大；3)壁厚以及壁厚是否均匀也影响对脱模斜度的要求；4)型腔的深度也是要考虑的一部分。2.2.4附加和挖空尽可能考虑塑料的流动。例如：1)塑料流动绕过通孔后重新聚合的位置会产生熔合纹（塑料交汇处）；2)塑料流动经过盲孔时，由于壁厚发生变化，会导致收缩部均匀、应力集中的问题；3)螺丝柱和加强筋，其与壳体连接的根部是应力的集中区域，设计时应考虑尽量减少根部壁厚变动的影响，一般加强筋根部厚度取1/2壁厚；4)制品上突起的部位在模具中是凹陷部分，这些凹陷部分很难填充和排气，因此凸起部分尽可能短一些，通常小于3倍壁厚；凸起部分之间的收缩会引起应力，因此凸起部分不要靠的太近，通常不小于壁厚的2倍。2.3聚合物分子链与塑料的工艺性2.3.1聚合物分子链越长，强度就越大，黏度就越高，流动性越差，反之亦然。2.3.2对于某种聚合物来说，存在不同长度的分子链混合，其中长分子链与短分子链所占比例较少，中等分子链所占比例大，近似于正态分布。2.3.3注塑过程中分子链可能会被降解，其原因可能为：1)熔化温度过高；2)高温下时间过长，如高温烘烤时间过长，或者成型时塑料在料桶里滞留时间过长；3)剪切力过大，如熔化期间背压过高，螺杆转速过快。2.4塑料添加剂塑料中常见的添加剂有增塑剂、稳定剂、发泡剂、润滑剂、着色剂、阻燃剂、抗静电剂等。多数添加剂是小分子量材料，在成型加工期间会挥发，通常在模具的排气口、分型面上堆积的粉末就是挥发出来的添加剂。2.5塑料的分类按热行为的不同，可分为热固性、热塑性。其中热塑性材料特点：1)加热变软、冷却变硬，加工过程通常用注射成型；2)能被反复软化，可以重复回收使用；3)不可用于高温环境。2.6无定型料与半结晶料2.6.1如果聚合物中的大分子链的排列是无序的，则称之为无定型料，其特点是收缩率小（小于0.5%）、溶于有机溶剂、耐磨性差、无固定熔点，常见的型号有：abs/pc/ps/hips/tpu/pvc/ppo。2.6.2如果聚合物中的大分子链的排列是有序的，则称之为半结晶料，其特点是收缩率大（最大2%）、不溶于有机溶剂、耐磨性好、有固定熔点，常见型号有：pa66/pom/pet/pbt/pe/pp。要点：精密齿轮由于精度要求高且耐磨性要好，现在大多数采用pom料（聚甲醛）。3注塑模具设计3.1模具的主要结构＊塑料制品成型用的型腔；＊塑料从注塑机流到型腔的通道，即浇注系统；＊空气从型腔中排出到模具外的通道，即排气口；＊将塑料制品从模具顶出的顶杆，即顶出系统；＊带走塑料热量的冷却系统。3.2型腔3.2.1一幅模具只有一个型腔，即单型腔、单浇口是最容易控制的——如果是单型腔但有多个浇口就相当于多型腔模具。3.2.2多型腔模具：一幅模具有多个型腔，且每个型腔制出的产品都一样。对多型腔模具的型腔平衡的定义是每个型腔都能够同时开始填充并同时填满，即每个型腔的塑料流动速率完全一致。3.2.3家族模具：一幅模具同时生产多个不同的制品，这类模具的流动不平衡问题十分严重。3.3浇注系统3.3.1主流道：从注塑机射嘴道模具分型面的流道部分，相对应的模具部分叫做浇口套。主流道要顺着流动方向抛光，以利于脱模。3.3.2冷料井：流道拉杆顶端用于容纳塑料流动前段的冷料的空间。通常冷料井的直径要大于主流道的最大直径，深度约为直径的1.5倍。3.3.3分流道：从主流道道各个型腔的流道叫做分流道，常见的形状有圆形、半圆形、梯形等，在相同截面积的情况下，圆形的压力损失最小、最有利于流动。3.3.4分流道的设计原则：1)几何结构应平衡；2)拐弯记忆效应：塑料在向前流动时，如果经历两次以上的分流，那么连续的同向转弯的流道，其流动速率会大于非同向转弯的流道；3)真正的流道平衡，是要将以上两点综合考虑后才能得以实现。3.3.5流道的截面尺寸过大的弊端：1)浪费原料，增加生产成本；2)需要更多的时间来冷却流道，会加长生产周期，提高了生产成本；3)增加流动阻力。注意——在塑料的流动过程中，有效黏度随着剪切速率的提升而降低，即注射速度越快，黏度越低，流动阻力越小。因此，在注射速度不变的情况下，流道直径越大，流道内塑料的流动速度越慢，剪切速率就越低，黏度就越高，流动阻力就越大。3.3.6流道的关键尺寸：1)三级流道（最接近型腔）的直径一般取壁厚的1～2倍，对于薄壁产品，一般取壁厚的2倍为佳；2)二级流道直径是三级流道分支的数量的立方根乘以三级流道的直径；3)一级流道直径及主流道大端的直径计算同二级流道。3.3.7浇口的设计原则：1)尽可能选择塑料制品壁厚最后的位置；2)通常靠近重心的位置比较理想；3)浇口数量尽可能的少，越多工艺控制越难；4)应采用不易产生喷射的位置和形状；5)根据产品本身的形状选择浇口；6)浇口的尺寸及形状直接影响浇口的冻结时间，浇口冻结时间过短，会造成补缩不足、产品表面凹陷、空穴等缺陷；浇口冻结时间过长，会造成生产周期加长、塑料回流导致表面凹陷、尺寸不稳定等品质问题。3.3.8浇口的尺寸选择原则：1)深度尺寸通常取决于制品壁厚，一般取壁厚的一半，这是决定浇口冻结时间的重要因素；2)宽度尺寸通常取决于制品面积的大小，一般是深度尺寸的2～3倍；3)长度尺寸一般取0.5～1mm。3.4排气系统3.4.1排气系统设计不合理，通常导致的缺陷有填充不足、末端烧焦。其中末端烧焦是由于塑料流动前沿的空气不能及时排出，空气倍压缩导致温度急剧上升，当空气温度上升道塑料燃点温度时，塑料被点燃。3.4.2排气的设计原则：1)分型面排气：通常结构简单的塑料制品，采用型腔较浅的模具，在分型面上开设排气槽即可顺利排气。——锁模压力过大时会降低排气效果；2)镶件排气：结构复杂的塑料制品，如有加强筋、螺丝柱、网格等特征的制品，模具上通常要设计对应的镶件，可以通过镶件之间的配合间隙或专门加工排气槽来排气。——如无经常情节排气槽，会堵塞而降低排气效果；3)顶针排气：可以在顶针加工排气槽，如螺旋纹；4)排气槽越多越好，但是不合理的设计会产生毛刺等缺陷；5)排气槽的关键尺寸是深度。3.5冷却系统3.5.1冷却系统的设计重点：1)生产过程中型腔的温度分布均匀；2)模具内温度最高的部分决定生产周期；3)冷却水要能够充分冷却模具的关键区域，如塑料制品内尖角、浇口、流道周围、壁厚等部分；4)镶件、滑块、斜顶也应该充分冷却；5)冷却水管的接口应该标准化；6)所有冷却水都应该加以监控。3.5.2冷却水道的关键尺寸：1)直径；指冷却水道的横截面直径，标示为d；2)深度：指冷却水道中心到制品表面的垂直距离，一般为（1.5～2）d；3)孔距：指冷却水道中心之间的距离，一般为3d。4)冷却水道应该于制品表面尽可能保持一致的距离，但是由于外形所限，通常不容易实现，需依靠一些装置加以调整，如隔板、喷水管、散热棒。3.6顶出系统3.6.1当制品在模具内充分冷却后，需要将其从模具中取出，这个过程称为顶出。3.6.2常见的顶出装置有：1)顶杆；2)推板（用于杯形制品）；3)套管（用于螺丝柱部位的顶出）；4)吹气顶出装置（模具打开后，在模具与制品之间吹气使制品与模具分离）；5)斜顶（用于有倒扣等与脱模方向不一致的特征部位脱模）；6)滑块（用于有侧孔等与脱模方向不一致的特征部位脱模）。4注塑机结构及控制4.1注射成型系统4.1.1注射成型系统主要有锁模单元、注射单元、模具三个核心功能单元，除此之外还有干燥机、供料机、模具温度控制系统等辅助单元。4.1.2注射单元的主要作用：1)加热、熔化塑料——熔胶过程；2)注射塑料熔体进入模具型腔——填充过程；3)填满型腔后，进一步压缩塑料——补缩保压过程。4.1.3锁模单元的主要作用：1)安装、固定模具；2)执行模具的开合动作；3)锁紧模具，确保在注射过程中模具型腔内的高压塑料不会胀开模具；4)执行顶出的动作。4.1.4辅助设备：1)用来除去原料中水分的干燥机；2)给注塑机供料的供料机；3)冷却注塑机和模具的冷却循环系统；4)粉碎回收料的碎料机；5)混合原料和色种的混料机。4.2注射单元的结构和部件4.2.1注射单元的主要构件：射嘴、螺杆、螺杆头、料筒、料斗、熔胶马达、注射油缸、导轨、射台拉杆、射台油缸。4.2.2螺杆螺杆安装在料筒内部，螺杆外径与料筒内径相配合。螺杆分为三段：喂料段（传送段），用于输送塑料；压缩段（转化段），用于熔化塑料；计量段，用于混合塑料。4.2.3螺杆的压缩比：1)螺纹槽在不同段的深度是不一样的，而喂料段螺纹槽的深度与计量段螺纹槽的深度比例就是压缩比。熔化不同特性的塑料，需要不同结构特性的螺杆。2)低压缩比（1.5～2.5）的螺杆，适用于剪切敏感性高的塑料；3)中压缩比（2.5～3.0）的螺杆，适用于多数常见的塑料，如abs、pc；4)高压缩比（3.0～5.0）的螺杆，适用于半结晶型塑料。4.2.4螺杆的长径比：1)螺杆的有效长度与直径的比例就是长径比。有效长度是指有螺纹槽的部位。2)螺杆的长径比（L/D）越大，说明相对于螺杆直径，螺杆长度越长，因此塑料从进料口到射嘴要经过的相对时间越长，适用于比较难熔、允许滞留时间较长的塑料。3)螺杆的长径比（L/D）越小，塑料从进料口到射嘴的距离越短，适用于熔化时间短、允许滞留时间短的塑料。4.2.5螺杆的轮廓：1)轮廓是指从喂料段到计量段，每段拥有的螺纹圈数比例，例如轮廓为10:5:5，就是喂料段10圈螺纹，压缩段5圈，计量段5圈。2)总的来说，无定形料应使用长的压缩段，半结晶型应使用长的喂料段。4.2.6螺杆头的结构及作用1)止逆环＊熔胶期间，螺杆旋转，止逆环被推到前面，塑料熔体从止逆环下面流到螺杆前面。＊注射期间，螺杆无旋转且向前推进，止逆环被推到底座一边，阻止塑料熔体向后流动。2)进料口温度通过控制进料口冷却液温度来控制进料口温度，过高的温度会导致塑料硬化结块，过低的温度则无法避免周围水汽冷凝。4.2.7载荷敏感度载荷敏感度是用来衡量注塑机注射单元速度受压力变化影响的性能指标。该数值越小，说明注射时螺杆所受阻力变化影响越小，注塑机的注射速度越稳定。对于精密注塑来讲，载荷敏感度的绝对值要小于5%。4.2.8速度线性度该指标反映的是注塑机的速度控制能力，是比较设定速度与实际速度之间的差异。该指标越大，说明注塑机的控制