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1、注塑工艺培训注塑工艺培训Author: Liu Kejian Page 1 12/17/2013 注塑工艺培训讲稿 1(曲轴式和直压式锁模机构比较: - 曲轴式更快速, 具有速度放大功能，反应灵敏, 更稳定, 更安全，节能，可以实现多步锁模，但是价格相对贵，调模麻烦(可自动调模). - 曲轴式锁模机构的开模行程不受模厚的限制. - 一般大的机床采用曲轴式,小吨位的机床采用直压式. 2. 螺杆介绍: (1) 螺杆分类: (以螺杆压缩段长度所占螺杆总长的百分比来区分的) - 突变式螺杆: 5% - 15% - 渐变式螺杆: 50% - 通用型螺杆: 20% -30% 为什么使用通用螺杆: - 适合

2、大部分材料以及大部分应用情况. 经济性角度考虑的. 严格意义上讲, 不同的材料都需要用不同的螺杆结构. - 注意的是: 不同的厂家的通用螺杆的结构尺寸是不同的. 是各个厂家自己经验的积累. (2) 德马格提供: - 最小的螺杆直径: 12mm。 - 最小可生产的模重: 2g。 (3) 长径比: 概念是螺杆有效长度和直径的比值.通用螺杆为20/1 - 螺杆的长度指: a) (欧洲标准) 螺杆处于最前端位置时, 加料口的前边缘到螺杆的最后一个螺纹的末端之间的距离. b) (美国标准) 离螺杆轴最近的第一个螺纹的起始点到螺杆最前端的距离. - 20/1的原因:这和材料在预塑时实际的有效行程有关。 (

3、4) 螺杆三段及各自作用: - 加料段: 负责材料的输送和预热,保证加料段结束时材料 预热到熔点.所以对于熔点高, 升温慢的材料,加 料段较长. 加料段深度: 倾向于深, 但受螺杆扭转强度限制. 1 Author: Liu Kejian Page 2 12/17/2013 - 压缩段: 负责材料的压缩,加压排气,熔解.( 注: 材料在塑化过程中的排气,是在压缩段通过加料段向料斗排的 (压缩段长度决定了材料压缩的速度) 材料熔融温度范围越窄压缩段长度越短. (压缩段长度是区分螺杆是突变还是渐变的依据: 如尼龙占20%螺杆长度,属突变式;PC占40% 螺杆长度,属渐变式) * 压缩速度应与材料的熔

4、化速度相适应: 在熔化过程中,材料体积下降. 所以如果压缩速度比材料熔化速度慢,则材料无法很好的被压缩,可能会混入气体; 如果压缩速度比材料熔化速度快, 则一方面会使螺杆和材料之间产生干性摩擦,使磨损加剧,另一方面会使预塑时间不稳,甚至堵塞料筒 . (是不同螺杆结构和料桶温度特别是下料口和料桶后部温度 合理设定的依据) * 在料桶温度设定过低或料桶选择过小的情况下出现的预塑时间不稳定亦属该原因. - 计量段: 负责混合材料,确保温度均匀. 计量段深度: 倾向于浅, 长度倾向于长, 可使温 度分布均匀, 但受材料降解限制. 如 PVC 无计 量段. (5) 压缩比: 概念是螺杆进料段的齿高和计量

5、段的齿高的比值. - 压缩速度应与材料的熔化速度相适应: 在熔化过程中,材料体积下降. 所以如果压缩速度比材料熔化速度慢,则材料无法很好的被压缩,可能会混入气体; 如果压缩速度比材料熔化速度快, 则一方面会使螺杆和材料之间产生干性摩擦,使磨损加剧,另一方面会会延长材料在加料段的时间, 加重其工作负担, 使预塑时间不稳,甚至堵塞料筒. - 压缩比的确定和材料性能有关 - 它决定了材料最终的压缩程度. (6) 其他参数: 螺棱宽度: 影响材料倒流. 螺旋升角: 影响材料输送率. (7) 对于含玻璃纤维得材料: 必须采用双金属螺杆和料筒; 对于高玻璃纤维含量的可采用粉末冶金螺杆。 2 Author:

6、 Liu Kejian Page 3 12/17/2013 工艺上: 尽量采用高温度, 低背压. 3. 其他螺杆: (1) 屏障性螺杆: 特别适合使用高回收料的情况. 用以解决材料熔化速度 不一致的场合, 提高熔体均匀性. (2) 混炼段和剪切段: 用以提高材料的混炼效果. 特别适合使用色母或色 粉的场合. 4. 螺杆的工作过程: (1) 熔化机理: 通过料桶的外部加热以及螺杆对材料的摩擦剪切. (2) 塑化过程: 300( 螺杆一般只作旋转运动. 螺杆的后退是由于熔体内部压力对螺杆的推动. 301( 有的机床有设定的负背压. (3) 什么是背压: - 是指注射缸阻止螺杆后退的压力,其大小等于

7、螺杆前端熔体内部压力. - 背压主要影响材料在预塑时压实的程度. ( 一般来说背压高塑化质量好,内部气体少) (4) 回吸的作用: - 防止流涎 - 回吸量: 至少6 mm; 以止回阀可移动的距离为依据. 以使止回阀能在下次注射时很好的关闭. - 回吸速度: 应尽量小, 略大于预塑时螺杆的后退速度即可. 前回吸: - 防止保压时的高压未及时卸除而造成的材料降解和螺杆磨损. - 对于热流道开式喷嘴,可防止对浇口产生的挤压从而造成的浇口突出等问题. (5) 注射和保压的关系: - 注射阶段以速度为主导, 压力取决于负载; - 保压阶段以压力为主导, 熔体在高压下慢速流动, 速度取决于负载. 3 A

8、uthor: Liu Kejian Page 4 12/17/2013 - 速度和压力差成正比. (6) 什么是转压点: 注射到保压的切换点. (7) 什么是料垫: 即: 最终残料量. - 一般3-6mm. 取决于产品大小和材料. 只要材料未分解, 则关系不大. 无非影响的就是材料在料筒内高温段的滞留时间(因为越靠近喷嘴温度越高). - 最好是能标准化. 5. 如何判断止回阀或料桶磨损(螺杆和料桶的间隙:一般0.002-0.005d): (1) 增加保压时间, 观察螺杆是否一直前进; 出厂时 0.3mm/10s (2) 堵住喷嘴注射, 观察螺杆是否一直前进;出厂时 0.3mm/10s 磨损的影

9、响: - 熔体反流: 从而造成压力不稳, 料垫不稳, 卡螺杆, 材料烧焦, 6. 塑料在料筒内熔化状况的分布: 设定原则: 采用材料供应商推荐的范围. 目的: 材料充分熔融+ 进料稳定 - 材料充分熔融: 使用探测器直接检测熔体温度 - 进料稳定: 注意下料口及下料口第一段温度 ( 观察塑化时间, 和预塑时系统压力) (1) 一般的料筒温度设定: - 一般: 由后向前温度由低到高. 粘度大的温度梯度大, 粘. 度小的梯度小- 在短周期或大的料量( 50%以上) 可能采用逆梯度.主要努力方向: 进料稳定, 充分熔融. (2) 过早熔化: 材料表面形成熔化层, 从而造成结块,下料不畅. (塑料有

10、一特性: 熔化后的与金属的结合力大大加强) 过迟熔化: 塑料易在料筒内和螺杆产生干性摩擦,从而加速螺杆和料 筒的磨损, 同时会是材料在压缩段来不及熔化塑料颗粒 造成产品冷料甚至堵塞料筒. 7. 材料的塑化机理: 必须: 材料和机筒的摩擦力大于材料和螺杆的摩擦力 - 螺杆磨损,使其表面粗糙. ( 如:PC螺杆镀铬) 4 Author: Liu Kejian Page 5 12/17/2013 - 下料口温度设定过高, 造成螺杆温度过高, 从而使材料过早熔化. ( 挤出机的螺杆采用通冷却水) 8. 熔体在模腔内的流动: 喷泉状流动(扩展流动): 熔体从浇口流出后不断形成波前峰, 后面的熔体推动前面

11、的熔体 向四周扩展直到和模腔内壁接触. 由于模具温度低于材料的玻璃 化温度, 逐渐冷却成固体层.随着填充时间的延长, 固体层厚度不 断增加使形成的绝热层通道变小流动阻力不断增加, 直到浇口 冷凝. - 最先进入型腔的料, 最靠近浇口的模腔壁上; 随后后进入的料在远离浇口的- 最先进入型腔的料, 最靠近浇口的模腔壁上; 随后后进入的料在远离浇口的模腔壁上; 最后进入的料在模件内靠近浇口的地方. 模腔壁上; 最后进入的料在模件内靠近浇口的地方. - 保压时最先保的是最远离浇口的地方, 最后保的是浇口然后料头. - 保压时最先保的是最远离浇口的地方, 最后保的是浇口然后料头. - 工艺参数设定的目标

12、: 均一的熔体各向同性 - 统一的流动方向和流动速度 - 尽量小的温度偏差: 高的料温, 高的模温, 快的注射速度( 注意没有说尽量高的压力). 有时是矛盾的: 如增加注射速度可使型腔内熔体温度差缩小, 但可能会造成高速度下的微小的速度波动产生过大的粘度变化. 观念: - 试模的意义及操作 原因: 没有人能准确的预测在模具内部的成型情况, 而这一部分恰恰决定了产品的品质.当得到的产品不是原先所预期而有缺陷时, 只能加以修改来得到较好的产品. 目的: 找出模具的问题, 加以改正, 并结合工艺参数设定, 生产出合格的产品, 并满足大批量生产. 但是产品的质量往往模具因素占了绝大部分比重, 因此强调

13、要获得一副好的模具.而不建议通过工艺来弥补模具的不足. 当成型结果不理想时: 如果一时还不能判断是工艺还是模具的问题，就要从理论上趋于合理的工艺参数入手，先来假定模具是合理的，去针对模具的特点逐步地进行调整( 关键的是: 要确定能生产出合格产品的关键工艺参数的允许范围) 。试模后，对所发现的问题要详细地提出修正意见，并记录下来。然后加以修模. 下次试模时要尽量采用相同的工艺, 同时务必找出能生产出合格产品的关键工艺参数的允许范围.这样你才能知道工艺的稳定性有多少. 9. 工艺参数设置: - 注意区分哪些是根据材料供应商来的,哪些是根据经验预设的; 哪些是需要一步一步找出来的. 5 Author

14、: Liu Kejian Page 6 12/17/2013 10. 转压点(第一步): (1) 转压点: 一般来说产品打满95% 到98% 的点. 但对于薄壁产品: 平均壁厚在1mm,或流长比大于150 的产 品, 转压点可能在100%且基本不用保压. 转压方式: 行程; 注射时间; 注射压力; 更好的还有: 模腔压力切换 (2) 怎么找转压点: 通过做填充实验(短射试验).目的: 把握流动状态: 浇口是否平衡; 排气是否顺畅; 是否有竞流现象等等. (3) 为什么切换位置是95% - 98%: 这是一个经验值.目标使模腔压力在切换位置能平滑的过渡. 所以如果你的保压压力为转压压力的50%,

15、 相应的切换位置为95%;则当你的保压压力为转压压力的90%时, 相应的切换位置应往后推迟,如98%. 10. 注射压力: - 注射压力和注射速度只能设定其中之一 - 实际的注射压力取决于熔体流动过程中的阻力 - 注射压力是一个不断变化的值, 我们通常说的注射压力指的是转压时的压力. - 当注射压力设定的过小时,会使实际的注射速度达不到设定的注射速度. 从而造成注射时间的不稳定. 11. 注射速度: 主要原则: 尽量的选用快速, 一级注射速度. 并尽量配合塑料在模腔内的流动,使其基本稳定. 不同的波前速度使塑料分子与纤维以不同的状态分布,造成熔体不同区域的性能差异，从而造成收缩量的差异或翘曲。

16、 (原因: 填充的目标是使熔体流动状态均一. 快的注射速度可以使流动的熔体温差减小, 从而也使内部压力差减小; 另外也能产生更好的表面质量.) 多级注射( 一般推荐使用一级注射速度) : 三种情况: - 通过浇口时的低速: - 防止在浇口处产生过大的压力差而使流道产生飞边 - 较少浇口缺陷.防止喷射; 浇口处亮斑; 流道飞边;浇口处焦痕等. - 避免浇口的磨损和变形. - 避免材料在浇口处的过度剪切产生降解. - 注射终了时的慢速: - 利于排气 - 避免模腔内过高压力; 6 Author: Liu Kejian Page 7 12/17/2013 - 使切换更准确. - 截面积变化处的速度变

17、换: 12. 保压阶段: 保压压力和时间的设定: 配合模腔内压力来设定的(峰值压力的平滑过度; 配合背压); 它的目的在于正确的控制填充量.即: 如果保压保进的材料量大于产品的收缩量, 则产品填充过饱出现内部膨胀应力 - 胀模; 如果保压保进的材料量小于产品的收缩量, 则产品填充不足出现内部收缩应力从而可能产生空洞或表面凹陷. (1) 保压时间: 即浇口的冷凝时间. 称重确定. 所谓浇口冷凝: 指在设定的保压压力下,不再能克服浇口处的阻力进行补缩的浇口状态. 所以提高保压压力会使浇口冷凝推迟. 保压时间太短: 熔体倒流. 保压时间太长: 实际上就是冷却时间, 反而引起浇口处应力集中, 制品断裂

18、. (2) 保压压力: (实验) * 保压的设定包含2个方面: - 初始保压压力大小的设定( 应使转压平滑过渡) - 保压压力变化曲线的设定( 配合模腔内部压力变化) 注意: 通常保压压力随着材料的冷却而逐步降低, 直到浇口冷凝. 冷却速度快,保压下降得也快.(特别是非结晶型塑料,如PC等, 因为它没有熔点,只有熔化温度区域; 对于结晶型塑料可采用一级保压) * 关于保压的2点解释: (1) 为什么要设定逐步降低的保压: 压力随着流动距离越长损失越大. (2) 越早的保压保离喷嘴越远的型腔: - 保压时熔体总是沿着中间的绝热通道进行的. - 压力随着流动距离越长损失越大. - 所谓的不能再保压

19、了: 是指在这样的压力下不能使熔体流动了. 14. 冷却时间: 7 Author: Liu Kejian Page 8 12/17/2013 - 冷却的目的: 是要保证产品在开模顶出时,不会因外力而破坏或变形. - 一般冷却到产品热变形温度或玻璃化温度以下约10 度. 15. 锁模力: - 锁模力目的: 防止模具在注射和保压时由于模腔内部熔体的压力而使模具撑开. - 锁模力太大: 使模具变形, 破坏排气槽; 浪费能量 - 务实的锁模力设定: 降低锁模力至产品刚出现飞边时的基础上增加10%锁模力. 16. 预塑延迟作用: - 目的: 和前松退一致. 防止高压未及时卸除而在螺杆和材料间的产生过度摩

20、擦. - 对于冷却时间长的情况: 防止材料在料筒前端停留时间过长(因为料筒前端一般温度最高). 16. 螺杆转速: - 太快: 易造成分子,玻璃纤维断裂;负压气体; 及熔体温度分布不均. 特别:开机时，以及料桶内没料时，更应慢。 * 多级预塑: - 原因: 由于螺杆的有效长度因进料后退而变短. - 方法: 螺杆转速: 由快到慢 背压: 由低到高再到低. 可减小预塑时熔体的轴向误差和计量误差. - 太慢: 预塑时间长,预塑时间不稳定( 原因:材料和螺杆一起旋转; 无法产生足够的剪切热使材料熔化从而造成材料在压缩段输送不畅). * 一般: 100 150 rpm即可. 17. 背压的设定: 设定原

21、则: 采用供应商推荐的值. (1) 对于含玻纤的材料,采用尽量低的背压,同时尽量高的料温, 以减少材料对螺杆的磨损. (2) 对于高回料比的材料,或产品有气泡的采用尽量高的背压. (3) 对于添加色母(或色粉)的材料,采用尽量高的背压. 8 Author: Liu Kejian Page 9 12/17/2013 一般范围: 50 100 bar ( 5-10bar). 除了PA:20 80 bar 18. 模具温度: 设定原则: 优先采用供应商推荐值, 取小值, 以缩短周期. 影响的两个方面:模温高低的影响;模温均衡性的影响。 高低影响: 最关键的是影响材料的冷却速度: 模具温度高, 冷却速

22、度慢; 模具温度低, 冷却速度快. 从而影响残留应力; 结晶度和分子 定向. 同时影响模具金属膨胀: 模温高, 排气差. - 结晶: 材料分子稳定规则的排布. 最佳结晶速率的熔体温度分布:在材料熔点的80%-85% - 分子定向: 熔体在流动过程中, 长线形的大分子沿流动方向产生定向分布。熔体受剪切变形时，大分子由无规则卷曲状态解开，并向流动方向延伸进行有规则的排列，若其很快地冷却到相变温度以下，则大分子没有足够的时间恢复到它原来的状态，这就是冻结取向。 定向对工艺的指导: (1) 对于非增强材料, 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。且平行取向方向上的强度大于垂直

23、方向. (2) 对于纤维增强材料, 拉伸强度在平行取向方向上的强度小于垂直方向. (3) 高速, 低温(模温,料温), 高压会使分子定向加剧. - 残余应力的分析: 三种产生形式;A.伴随热应力产生的应变(即冷热分布不均) ，B.分子冻结取向相关，C.形体应变 (注射速度过快, 压力过大, 截面积变化) 模具温度4个注意点: (1) 指的是型腔表面的实际温度. (2) 模具温度不是一成不变的: 随着生产的进行呈周期性变化, 并最终达到一个相对稳定的状态. (3) 模具温度要平衡: * 刚开机时的平衡; * 正常生产过程中一直平衡 (温差越小越好,不大于5C) (4) 采用尽量多的水管组. 19

24、. 料桶温度: - 根据材料供应商的推荐值 必须检测实际的熔体温度. 熔体温度往往比实际料桶温度高, 原因在于螺杆和材料的摩擦剪切以及喷嘴的剪切. 一般的料筒温度设定: - 一般: 由后向前温度由低到高. 粘度大的温度梯度大, 粘. 度小的梯度小9 Author: Liu Kejian Page 10 12/17/2013 在短周期或大的料量( 50%以上) 可能采用逆梯度.主要努力方向: 进料稳定, 充分熔融. 20. 干燥: - 原因: (1) 材料水解: PC, PBT (2) 可逆反应: PA - 干燥不足: 流动性增加; 产品呈脆性易断裂, 气泡, 烧焦,银丝, - 过度干燥: 材料

25、发黄, 甚至发生交联反应.材料性能改变. 正确的干燥时间的控制: 选用大小合理的干燥机。不得已情况下，可在干燥机上确定最小和最大干燥位置，使任何时候的干燥均处于最小和最大位置之间。干燥效果的确认: (1) 两种干燥箱: 热风干燥机(受环境湿度影响); 除湿干燥机(有露点的要求). (2) 注意对干燥效果的保持: 如PC干燥后10分钟若敞开即失效 (3) 当产品有问题时, 最好拿湿度检测仪进行检测一下干燥效果. 21. 注射工程:(目的:确定哪个阶段那些参数对产品的品质影响很大) (1) 注射阶段(填充阶段): 材料克服流动阻力,填充型腔; 型腔内部压力从0开始缓慢增加. 在这一阶段材料指因流动

26、时阻力而产生轻微的压缩.此时填充的快慢往往是影响产品外观, 分子定向和结晶度的重要因素. (2) 压缩阶段: 模腔刚被充满时,任处于高温,低密度状态; 随着材料的继续进入,材料密度极剧增加; 熔体被压缩,密度和模腔内压急剧上升. 在这一阶段,压缩成都决定了产品的外观轮廓和是否发生飞边以及凹陷. (3) 保压阶段: 模腔内部因熔体压缩而具有极大的内部压力, 这些内部压力会随着温度的降低而减小,但在浇口冷凝之前,仍有能力将熔体挤出 模腔, 所以给定一定的保压压力以防止熔体倒流.保压压力必须配合模腔内部压力的降低而逐步减小. 22. 工艺参数控制范围的制定: 给出建议值. 实际的范围只能靠经验. 23. 当产品有问题时: 10 Author: Liu Kejian Page 11 12/17/2013 确认: (1) 材料: 是不是同一材料; 同一批次(不同的分子量分布，不同的密度，不同的添加剂结合，), 同一干燥效果(同一干燥机,同一干燥温度，同一干燥时间), 同一色母及色母比, 同一运输方式 (2) 机台: 同一型号机台，同一螺杆直径和结构, 同一喷嘴, 同一热流道及模温控制,是否有磨损 (3) 环境: 同一温度， 同一湿度， (4) 工艺参数: 同一参数， (5) 模具: 是否有磨损，脏， 是否同一水流量和温度， 11