几种注塑成型技术要点

1河南机电高等专科学校先进制造技术课程论文论文题目：几种注塑成型技术、技术特点、应用情况分析研究系部：机械工程系专业：机械制造与自动化班级：机制113学生姓名学号：110114311指导教师：2013年10月10日2绪论隨著塑料工業的迅速發展，塑料成型設備也得以相應的發展，塑料成型加工的方法很多，其中注射成型是最重要的成型方法之一，注塑成型占塑料制品占總量的30%以上。注射成型是使熱塑性或熱固性模塑料先在加熱機筒中均勻塑化。而后由柱塞或移動螺杆推擠到閉合模具的模腔中成型的一種方法。注塑成型具有一次能成型形狀復雜，尺寸精度高和帶有金屬嵌件等特點。3第一章注塑成型技术介绍1.1引言注塑成型即成注射成型或者注射模塑，使热塑性塑料的一种重要成型方法。迄今为止除氟塑料外，几乎所有的热塑性塑料都可以采用此成型方法；它的特点是生产周期快、适应性强、生产效率高自动化高，因此可以广泛的应用与塑料制品的生产中。从塑料产品的形状来看。除了管、棒、板等型材不能采用此方法生产外、其他都可以用此方法成型；它所生产的产品占目前塑料制品生产的20%~30%。1.1.1注塑成型技术的发展近年来无论在注塑理论和实践方面，还是在注塑工艺和成型设备方面都有较深的研究和进展。注塑时，首先遇到的是注塑的可成型性，这是衡量塑料能否快速和容易地成型出合乎质量要求的品。并希望能在满足质量要求的前提下，以最短注塑周期进行高效率生产。不同的高分子材料对其加工的工艺条件及设备的感性别很大，材料性和工艺条件将最终影响塑料制品的理机械性能，因此全面了解注塑周期内的工作程序，搞清可成型性和成型工艺条件及各种因素的相互作用和影响，对注塑加工有重要意义。在对充模压力的影响实验表明：高聚物的非牛顿特性越强，则需要的压越低；结晶型比非结晶型高聚物制品有更大的收收缩，在相变中比容变化较大。在对注塑过程中大分子取向的机理研究证明聚合物熔体受剪切变形时，大分子由无规卷曲状态解开，并向流动方向延伸和有规则的排列，如果熔体很快冷却到相变温度以下，则大分子没有足够的时间松和恢复到它原来的无规则卷曲的构象程度，这时的聚合物就要处于冻结取向状态，这种冻结取向使注塑制品在双折射热传导以及力学性质方面显示出各向导性。由于流变学和聚4合物凝固过程的形变原因，制品取向可能在一个方向占优势形成单轴取向，也可能在两个方向上占优势，形成双轴取向。双轴取向会使制品得到综合的机械特性，所以在注塑制品中总希望得到双轴取向制品。而在纡维抽丝过程中却希望得到单轴取向。对于取向分布的试验表明：取向最大是发生在距离制件表面20%的厚度处，发现取向程度随熔体温度与模温减小而增加，而提高注射压力或延长注射时间会增加制品的取向程度。对聚苯乙烯试样表明：拉伸强度在平行取向方向上随取向度增加而提高，在垂直方向上则下降。对聚甲醛的观察表明：注射时间的加长会使过渡晶区的厚度增加，注射压力的提高会使制品断裂伸长加大。测试表明：注塑的残余应力与应变对制品质量有着重要影响，一般注塑制品有三种残余应变形式；A伴随热应力而产生的应变，B与分子冻结取向相关的残余应变，C形体应变，对一般塑料而言注射压力的增加会增加制品中的残余应力，而对ABS不十分明显。对于制件拉伸特点的分布研究表明：一般聚合物的密度增加会提高拉伸强度，断裂伸长率和硬度，使冲击强度降低。综上所述，如何能把这些理论应用到生产实践中去，改善工艺过程中的控制以减少材料，劳动量，达到缩短周期和减少废品的目的。1.2注塑成型工艺流程注塑成型过程一般包括加料、塑化、注射、冷却和脱模几个步骤。由于注射成型是一种间歇过程，因此保持定量加料，以保证操作稳定、塑料均匀最终获得良好制品。加料过多、受热时间过长等容易引起物料的热降解，同时注塑机的功率损耗增加；加料过少时，料桶内缺少传递介质，模腔内塑料熔体压力降低，难于补塑，容易引起制品出现收缩、凹陷、空洞等缺陷。加入的塑料在料筒中加热，由固体粒子转5变为熔体，经过混合和塑化后，塑化好的熔体被柱塞或螺杆推到塑料桶前端；经过喷嘴、模具浇注系统进入并填满型腔，这一阶段称为“充模”。在模具中熔体冷却收缩时，继续保持施压状态的柱塞或螺杆，迫使浇口和喷嘴附近的熔体不断补充入模中。使模腔中的塑料能形成完整而致密的的制品，这一阶段称为“保压”。当浇注系统中的塑料硬化后，继续保压以不再需要，因此可退回柱塞和螺杆，并加入新料；卸除料桶内塑料中的压力，同时并通入冷水、油或空气等冷却介质，对模具进行进一步冷却；这一阶段称为“冷却”。实际上冷却过程从塑料从注射入模腔就开始了，它包括从充模完成，保压到脱模前这一段时间。制品冷却到所需的温度后，就可以人工或机械方式脱模。所以注塑过程通常由塑化、冲模、保压、冷却和脱模等五个工序组成。1.3注塑成型设备注塑成型机是注塑成型的主要设备；注塑机的类型和规格很多，目前其规格已经统一，以用注塑机‘一次所能注射的聚苯乙烯。克’为标准。但对于其分类还没有统一的意见。有按外形特征分类的，分为立式、卧式、旋转式；也有按塑料在料筒中的塑化方式分类的；也有按结构分类的，分为主赛事和螺杆式。目前多采用按结构特征来区分，并适当考虑外形。所以可分为柱塞式和螺杆式两类。最大注射量在60克以下的注塑机通常为柱塞式，60可以上的多数为移动螺杆式。注塑机主要有注射系统、锁模系统、模具三部分组成。1.4注塑成型工艺的主要影响因素1.4.1料温塑料的温度是由料筒控制的，多以料筒温度关系到塑料6的塑化质量。选定料筒的温度是，主要着眼于保证塑料塑化良好，能顺利实现注射而又不一起塑料局部降解等。1.4.2模具温度塑料充模后在模腔中冷却僵化而得到所需的形状。模具的温度影响物料熔体充满时的流动行为，并影响塑料制品的性能。模具的温度实际上决定了塑料熔体体的冷却速度，模具温度是有冷却介质控制的！1.4.3注射压力注射压力推动塑料熔体向料筒前端流动，塑料充满模腔而成形，所以它是塑料充满和成型的重要因素。它主要有三个方面的作用：（1）推动料筒中塑料箱前端移动，同时使塑料混合和塑化，柱塞必须提供克服固体塑料粒子和熔体在料筒和喷嘴中流动是所引起的阻力；（2）充模阶段注射压力应克服浇注系统和型腔对塑料的流动阻力，并使塑料获得足够的充模速度及流动长度，使塑料在冷却前能充满型腔；（3）保压阶段注射压力能压实模腔中的塑料，并对塑料因冷却而产生的收缩进行补料，时从不同方向先后进入模腔中的塑料融为一体，从而使制品保持形状精确，获得所需要的性能。1.4.4注射周期和注射速度完成一次注射成型所需的时间称注射周期。它由注射、保压时间、冷却和加料时间以及开模、辅助作业和闭模时间组成。注射速度常用单位时间内柱塞移动的距离表示，有时也用重量或容积流率表示；注射速度主要影响塑料熔体在模腔内流动的行为，并影响模腔内压力、温度以及制品的性能。7第二章注塑成形的特点与研究概况2.1气体辅助注射气体辅助注射成型是从注射成型发展而来的。这一工艺克服了注射成型的一个重要的缺限：缩痕。由于塑料固有的绝缘性，部件腔壁的冷却速度不均匀，导致了缩痕的产生。气体辅助射出成型的工作原理是通过“欠料注射法”将树脂注入模腔中，接着将气体注入熔化的树脂。由于低压高温度，气体能够沿阻力最小的路径进入铸件的各个部分。当气体穿过成型件时，它会将壁厚部分的树脂熔液均匀地推向铸件的其他部分。气辅设备包括气辅控制单元和氮气发生装置。它是独立于注塑机外的另一套系统，其与注塑机的唯一接口是注射信号连接线。注塑机将一个注射信号注射开始或螺杆位置传递给气辅控制单元之后，便开始一个注气过程，等下一个注射过程开始时给出另一个注射信号，开始另一个循环，如此反复进行。气辅注塑所使用的气体必须是隋性气体（通常为氮气），气体最高压力为35MPa，特殊者可达70MPa，氮气纯度≥98％。气辅控制单元是控制注气时间和注气压力的装置，它具有多组气路设计，可同时控制多台注塑机的气辅生产，气辅控制单元设有气体回收功能，尽可能降低气体耗用量。今后气辅设备的发展趋势是将气辅控制单元内置于注塑机内，作为注塑机的一项新功能。气辅注塑是采用所谓的“短射”方法，即先在模腔内注入一定量的料（通常为满射时的70－95％），然后再注入气体，实现全充满过程。熔胶注射量与模具气道大小及模腔结构关系最大。气道截面越大，气体越易穿透，掏空率越高，适宜于采用较大的“短射率”。这时8如果使用过多料量，则很容易发生熔料堆积，料多的地方会出现缩痕。如果料太少，则会导致吹穿如果气道与流料方向完全一致，那么最有利于气体的穿透，气道的掏空率最大。因此在模具设计时尽可能将气道与流料方向保持一致2.2粉末冶金粉末冶金是最早用来制造金属基复合材料的方法，早在1961年Kopenaal等人就利用粉末冶金制造纤维体积含量为20%到40%的碳铝复合材料，但由于性能很低，也无有效措施加以提高，这种反方法已不再用来制造长纤维增强复合财力，而主要用来制造颗粒或晶须增强金属基复合材料。2.2.1金属粉末工艺流程图→→→→→→→→→→粉末冶金法制造金属基复合材料的工艺流程图常规的粉末冶金的工艺流程事先将混合粉末冷压成型,在经过烧结完成复合,其特点是设备要求相对较低,便于大批生产,制品的致密程度较低、空隙率较高，性能较低，对于力学性能要求较高的零件，通常采用挤压、轧制、锻压等二次成型手段进行致颗粒（晶须）合金粉末封装除氧挤压成品成品冷压烧结成品热压混合9密处理。但对于有润滑的耐磨零件，适当的空隙存在对连续油膜的形成、减少摩擦系数有利，则无需进行致密处理。常用机械粉碎、雾化、物理化学法制取粉末。制取的粉末经过筛分与混合，混料均匀并加入适当的增塑剂，再进行压制成型，粉粒间的原子通过固相扩散和机械咬合作用，使制件结合为具有一定强度的整体。压力越大则制件密度越大，强度相应增加。有时为减小压力合增加制件密度，也可采用热等静压成型的方法将压制成型的制件放置在采用还原性气氛的闭式炉中进行烧结，烧结温度约为基体金属熔点的2/3～3/4倍。由于高温下不同种类原子的扩散，粉末表面氧化物的被还原以及变形粉末的再结晶，使粉末颗粒相互结合，提高了粉末冶金制品的强度，并获得与一般合金相似的组织。经烧结后的制件中，仍然存在一些微小的孔隙，属于多孔性材料。一般情况下，烧结好的制件能够达到所需性能，可直接使用。但有时还需进行必要的后处理。如精压处理，可提高制件的密度和尺寸形状精度；对铁基粉末冶金制件进行淬火、表面淬火等处理可改善其机械性能；为达到润滑或耐蚀目的而进行浸油或浸渍其它液态润滑剂；将低熔点金属渗入制件孔隙中去的熔渗处理，可提高制件的强度、硬度、可塑性或冲击韧性等。2.2.2粉末冶金的应用1、在汽车行业的应用。据文献报道，2003年，北美粉末冶金机械零件在轿车中的使用为12.3kg；日本轿车平均每辆为6.5kg；欧洲平均每辆车为7kg；国内上海普通桑塔纳轿车每辆为6kg；上海通用别克轿车为12kg左右。2、在家电行业。随着国内空调机、冰箱等家电迅速发展，粉末冶金在该领域得到了发展，其中压缩机中活塞、连杆、缸体、缸盖等重要部件都采用粉末冶金。3、在电动工具行业。由于电动工具中存在大量齿轮，而粉末冶金齿轮的制造成本低、噪声低、自润滑性能好等优点，不少电动10具制造厂家使用粉末冶金替代机加工齿轮，扩大粉末冶金产品的应用范围。2.3低压结构发泡注塑成型技术随着高分子成型工艺技术的发展，结构发泡注塑与气体辅助注塑两项成型工艺越加完善，应用领域不断扩大。但是，随着人们生活水平的日渐提高，对很多产品提出了更高的要求，比如在音响号筒领域大家越来越关注音质效果以及产品的耐用性、外观效果等等。传统的注塑已经很难满足这些塑件的需求，低压结构发泡注塑的诞生填补了传统注塑技术的空白。最早是20世纪20年代初期的泡沫胶木，用类似制造泡沫橡胶的方法制取；30年代出现硬质聚氨酯泡沫和聚苯乙烯泡沫；40年代有聚乙烯、聚氯乙烯、环氧树脂、酚醛泡沫；50年代则有可发性聚苯乙烯泡沫和软质聚氨酯泡沫。现在，基本上所有的塑料，包括热塑性和热固性的都可以发泡。工业上的制备方法有：挤出发泡、注塑发泡、模塑发泡、压延发泡、粉末发泡