第八课注塑成型.ppt
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1、第八课 注塑成型,注射成型就是将塑料(一般为粒料)在注射成型机的料筒内加热熔化,当呈流动状态时在柱塞或螺杆加压下,熔融塑料被压缩并向前移动,进而通过料筒前端的喷嘴以很快速度注入温度较低的闭合模具内,经过一定时间冷却定型后,开启模具即得制品。这种成型方法是一种间歇操作过程。,注射成型亦称注射模塑或注塑,是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法;它的特点是生产周期快、适应性强、生产率高和易于自动化等,因此广泛地用于塑料制品的生产中。从塑料产品的形状看,除了很长的管、棒、板等型材不能采用此法生产外,其它各种形状、尺寸的塑料制品,基本上都可应用这种方
2、法进行成型它所生产的产品占目前塑料制品生产的20一30。近年来,注射成型也用于某些热固性塑料(如酚醛塑料)的成型。,1 注塑机的基本结构,注塑机是注射成型的主要设备;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“一次所能注射出的聚苯乙烯最大重量,克”为标准。但对其分类,还没有统一的意见,多采用按结构特征来区分,并适当考虑外形。 所以通常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克以上多数为移动螺杆式。,卧式柱塞式注塑机结构示意图,卧式螺杆注塑机结构示意图,1.1 注射系统,注射系统是注塑机的主要部分,其作用是使塑料均匀地塑化并达到流动状态,在很高的压力
3、和较快的速度下,通过螺杆或柱塞的推挤注射入模。注射系统包括:加料装置、料简、螺杆(或柱塞及分流梭及喷嘴等部件。 1加料装置 注塑机上设有加料斗,常为倒圆锥形或锥形,其容量可供注塑机12小时之用。很多注塑机的加料装置中有计量器,以便定量或定重加料;有的还有加热或干燥装置。,2料筒 与挤出机的料筒相似,但内壁要求尽可能光滑,呈流线型,避免缝陕、死角或不平整处;各部分机械配合要精密。料筒大小决定于注塑机最大注射量。柱塞式注塑机的料筒容量常为最大注射量的48倍;螺杆式注塑机因有螺杆在料筒内对塑料进行搅拌和推挤作用,传热效率高,混合塑化效果好,因而料筒容量一般仅为最大注射量的23倍。料筒外部有加热元件,
4、可分段加热,通过热电偶显示温度,并通过感温元件控制温度。,3分流梭和柱塞 都是柱塞式注射机料筒内的主要部件。分流梭是装在料筒靠前端的中心部分,形状似鱼雷的金属部件。其种类很多,下图所示为常见的一种。其表面常有48个呈流线型的凹槽,槽深随注射机容量而变化,一船约为210毫米,分流梭上有几条凸出筋;将其支承于料简上,起定位和传热作用。,分流梭的作用是将料筒内流经此处的塑料分成薄层,使塑料产生分流和收敛流动;以缩短传热导程,加快热传递,有利于减少和避免接近料筒壁面处塑料过热引起的热分解现象。同时塑料熔体分流后,在分流梭表面流速增加,剪切速率加大,从而产生较大的摩擦热,使料温升高粘度下降塑料得到进一步
5、混合和塑化,这就有效地提高了柱塞式注塑机的生产率和制品的质量。 螺杆式注塑机通常不需分流梭,因螺杆的均化段已具上述效果,分流梭的结构示意图,4 螺杆 它的作用是送料、压实、塑化、传压。当螺杆在料筒内旋转时,将从料斗来的塑料卷入,并逐步将其压实。排气和塑化,熔化塑料不断由螺杆推向前端。并逐渐积存在顶部与喷嘴之间,螺杆本身受熔体的压力而缓慢后退,当积存熔体达到一次注射量时,螺杆停止转动,传递液压或机械力将熔体注射入模。螺杆的形式和结构与挤出机螺杆相似。,但注射螺杆的长径比LD较小,约在10一15之间,压缩比较小,约为2253,与挤出机螺杆比较注射螺杆的均化段长度较短,螺槽较深(约深1525);但螺
6、杆加料段长度则校长;同时螺杆头部呈尖头形(挤出螺杆为圆头或鱼雷头形)。与挤出螺杆的作用相比,注射螺杆只起预塑化和注射两个作用,对塑化能力、压力稳定以及操作连续性和稳定性等的要求没有挤出机螺杆那么严格。同时注射螺杆既可旋转又能前后移动,从而能完成对塑料的塑化、混合和注射作用。,推动螺杆或柱塞对熔融塑料施加的压力主要来源于液压力或机械力,由于液压传动平稳、保压好和可调节压力等优点,故绝大多数注射机都采用液压传动。,5喷嘴 喷嘴是连接料筒和模具的重要桥梁,主要作用是注射时引导塑料从料筒进入模具,并具有一定射程。所以喷嘴的内径一般都是自进口逐渐向出口收敛,以便与模具紧密接触。由于喷嘴内径不大,当塑料流
7、过时速度增大,剪切速率增加,能进一步混合塑化。,1.2 锁模系统,锁模系统的主要作用是在注射过程中能锁紧模具,取出制件时能打开模具;总之要开启灵活,闭锁紧密。启闭模具系统的夹持力大小及稳定程度对制品尺寸的准确程度和质量都有很大影响。,在注射成型时,熔融塑料通常是以4002000公斤厘米2的高压注入模具,但由于注射系统(喷嘴、流道、模腔壁等)的阻力,使压力损失;实际施于模腔内塑料熔体的压力远小于注射压力,因此所得的锁模压力比注射压力要小;但应大于或等于模腔内的压力,才不致在注射时,引起模具离缝而产生溢边现象。,最常见的锁模机构是具有曲臂的机械与液压力相结合的装置,具有简单而可靠的特点,故应用较广
8、泛。锁模机构除应保证启闭灵活、迅速和准确安全外还应避免运转中产生强烈震动。良好的锁模机构在启闭模具的各阶段的速度是不一样的;闭合时应先快后慢,开启时则应先慢后快再转慢。启闭时模板移动的距离(启闭冲程)和移动速度可以调节以适应不同尺寸模具的需要。但调节时不能超过该设备的最大启闭冲程。,闭模,开模,1.3 模具,利用本身特定形状,使塑料(或聚合物)成型为具有一定形状和尺寸的制品的工具称模具。模具的作用在于:在塑料的成型加工过程中,赋予塑料以形状,给予强度和性能,完成成型设备所不能完成的工作,使它成为有用的型材(或制品)。,对下同的成型方法,采用原理和结构特点各不相同的模具;按照成型加工方法把根具分
9、为:压制模具(压模)、压铸模(传递成型模)、中空吹塑模具、真空或压力成型模具、挤出模具(机头,)及注射模具等。其中最主要的是挤出模具及注射模具。,用于注射成型的模具,出于制品结构、成型设备及原材料性质的不同,其具体结构可以千变万化,然而其基本结构都是一致的。注射模具主要由浇注系统、成型零件和结构零件三大部分所组成;浇注系统是指塑料熔体从喷嘴进入型腔前的流道部分包括主流道、分流道、浇口等。成型零件系指构成制品形状的各种零件;包括动、定模型腔、型芯、排气孔等。结构零件,是指构成模具结构的各种零件;包括执行导向、脱模、袖芯、分型等动作的各种零件。现简述如下。,1. 主流道 指连接喷嘴到分流道之间的一
10、段流道,与浇口处于轴心线上,可以直接开设在模具上,但常常加工成主流道衬套再紧配合于模板上。为便于取出流道赘物,主流道形状呈圆锥形锥度为26度。,其进口端直径应比喷嘴孔径大o51毫米,便于对中和减小流动阻力;进口端与喷嘴头接触处开成球面;为使喷嘴头能紧密地与主流道配合,主流道进口球面的半径应咯大于喷嘴头半径。,主流道出口端设有冷料阱,为捕集喷嘴端部两次注射间产生的冷料防止堵塞分流道及浇口;冷料阱的直径约为810毫米,深约6毫米。为了顺利地脱模,其底部常设计有脱模杆,脱模杆的顶部呈曲折钩形或设下陷沟槽,以便脱模时,能顺利地拖出主流道赘物。为减少赘物回头量,主流道长度应尽量短。,2分流道 是主流道和
11、浇口之间的过渡部分;为满足熔体以等速充满各型腔,分流道在模具上的排列应成对称和等距离分布;并要求其形状使熔体流动时压力损失最小,能快速充模。故常做成圆形、半圆形、梯形、矩形和椭圆形,但以半圆形和矩形、梯形较易加工。在保证制品质量和正常的工艺条件下,分流道的截面应尽量小,长度尽可能短。,3浇口 是分流道和型腔的连接部分,塑料熔体经浇口入型腔成型;其结构应有利于熔体能尽快地进入和充满型腔,又能较快地冷却封闭,以防止熔体倒流。制品脱离浇口时残痕要小,使不致影响外观。通常,浇口开设在制品较厚部位,其位置应对制品各部分的充模流程最短。,4型腔 是构成塑料制品几何形状的部分。具体说,构成制品外形部分叫凹模
12、(又称阴模),构成制品内部形状(加孔、槽等)称型芯或凸模(阳模)。总之,构成型腔的元件件统称为成型零件。型腔的设计首先要根据塑料的性能、制品的几何形状、尺寸公差,使用要求等来确定腔型的总体结构。其次是选择分型面、确定浇口和排气孔的位置,脱模方式等,然后按制品尺寸进行各种零件的设计及各个零件间的组合方式。另外,还应对成型零件进行正确的选材及强度、刚度的校核,同时还要考虑加工设备的操作要求。,5排气孔(或槽) 当塑料熔体注入型腔时,在料流的尽头常积有气体(空气、蒸汽或其它气体等),如不及时排出,会使成型制品上出现气孔、表面凹痕等,甚至会引起制品局部烧焦、颜色发暗等;因此,模具中应开设诽气孔,排气孔
13、一般设在型腔内料流的尽头,或没在模具的分型面上;亦可利用顶出杆与顶出孔的配合间隙、脱模板与型芯的配合间隙徘气。通常,排气孔的深约o025o1毫米,宠约156毫米。 6导向零件 模具上通常还没计有导向零件,以确保动、定摸合模时准确对中。常见的导向零件是由导向往和导往孔组成。,7脱模装置 在开模过程中,为了将制品能迅速和顺利的自型腔中脱出,常在模具中设置脱模装置,主要有以机械方式和液压方式顶出脱模的两种形式。前者是通过固定在机架上的顶出杆来完成,顶出杆的长度可调;开模时,当移动控板后,顶出杆穿过移动模板上的孔口,触及模具上的脱模板而顶出制品。后者是籍助于油缸液压力实现顶出,顶出力和速度可调。二者各
14、有优劣,可根据加工设备、制品尺寸来选用。,8抽芯机构 当制品的侧面带有孔或凹槽(伏陷物)时,除极少数制品(伏陷物深度浅,塑料较软)可进行强制脱模外,在模具中都密考虑设置侧向分型(瓣合模)或侧向抽芯机构(可动式例型芯)。常用的抽芯机构为斜导柱分型抽芯、弹簧分型抽芯、弯销分型抽芯、齿轮齿条抽芯等;抽芯可借助于手动、机动、液动或气动等方式来实现。,9模具的加热或冷却 塑料熔体注射入型腔后,根据不同塑料和制品的要求往往要求模具具有不同温度,因为模温对制品的冷却速度影响很大,从而对制品中的内应力、结晶与取向作用带来影响;所以必须控制模温,以便控制冷却速度。,一般是采用自然冷却,也有采用冷却介质(通常为水
15、)通入模具的专用管道中以冷却模具;只有对熔融温度高的塑料,为控制冷却速度才对模具加热,以使物料缓慢冷却。加热模具可用热油或热水等,但常常是直接用电热方法(电热圈、电热棒、电热板等)加热,可根据模具结构、制品形状、加热温度等而加以选择。,2. 注射成型的工艺过程,完整的注射工艺过程,按其先后次序应包括成型前的准备、注射过程、制件的后处理等。 (一)成型前的准备 为使注射能顾利地进行并保证产品的质量,在成型前有一系列的准备工作。包括原料的检验(测定粒料的某些工艺性能等),有时还包括原料的染色和造粒;原料的预热及干燥、嵌件的预热和安放、试模、清洗料简及试车。由于物料的种类、形态、制品的结构、有无嵌件
16、以及使用要求的不同,各种制品成型前的准备工作也不完全一样。,(二)注射过程 注射过程一般包括加料、塑化、注射、冷却和脱模几个步骤。由于注射成型是一个间歇过程,因此保持定量(定容)加料以保证操作稳定、塑料塑化均匀最终获得良好的制品。 加料过多、受热时间过长等容易引起物料的热降解,同时注塑机功率损耗增加;加料过少时,料筒内缺少传压介质,模腔中塑料熔体压力降低,难于补塑(即补压),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进行加热。由固体粒子转变成熔体,经过混合和塑化后,塑化好的熔体被柱塞或螺杆,强制推挤到料筒顶端;经过喷嘴、模具浇注系统进入并充满型腔,这一阶段称“充模”。,在模具中
17、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具(补塑)。使模腔中的塑料能形成形状完整而致密的制品,这一阶段称为保压。当浇注系统的塑料已经冷却硬化(称:凝封),继续保压巳不再需要,因此可退回柱塞或螺杆,并加入新料;卸除料筒内塑料中的压力,同时并通入冷却水、油或空气等冷却介质对模具进行进一步冷却;这一阶段称“冷却”。,实际上冷却过程从塑料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。制品冷却到所需温度后即可用人工或机械的方式脱模。所以注射过程通常就由塑化、充模(即注射)、保压、冷却和脱模等五个工序组成,这些过程中最重要的是塑化。,塑料的塑化原理
18、 塑化是指塑料在料筒内经加热达到充分的熔融状态,使之具有良好的可塑性。 决定塑料塑化质量的主要因素,是物料的受热情况和所受到的剪切作用。通过料筒对物料加热,使聚合物分子松弛,并出现由固体向液体转变;一定的温度是塑料得以形变、熔融和塑化的必要条件,剪切作用则以机械力的方式强化了混合和塑化过程,使混合和塑化扩展到聚合物分子的水平(而不仅是一般静态的熔融),它使塑料熔体的温度分布、物料组成和分子形态都发生改变,并更趋于均匀;同时螺杆的剪切作用能在塑料中产生更多的摩擦,促进了塑料内部的塑化。因而螺杆式注塑机对塑料的塑化比柱塞式注塑机要好得多。,总之,对塑料的塑化要求是:塑料熔体在进入模腔之前要充分塑化
19、,既要达到规定的成型温度又要使塑化料各处的温度尽量均匀一致,还要使热分解物的含量达最小值,并能提供上述质量的足够的熔融塑料以保证生产连续而顺利地进行。然而这些要求除与塑料的特性、工艺条件的控制有关外,还与注塑机塑化装置的结构密切相关。,塑科塑化时所需的温度来自两方面;料筒壁对物料的传热和物料内部的摩擦热。 如果进入料筒的塑料初温为To,而加热器对料筒加热后使其内壁温度达到了TW,则(TWT0)应是塑料可达到的最大温升,但实际上塑料在加料口至喷嘴范围内只能升到比TW要低的温度工(TWTT0);所以塑料的实际温升为(TT0)。塑料的实际温升与最大温升之比称为加热效率E,表示为:,E值提高,有利于塑
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