塑料成型工程技术-李洪飞06塑料成型工程技术.ppt
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1、第六章 注射模塑,刘长维 材料科学与工程学院,1,2,6.1 概述 6.2 注射模塑设备 6.3 注射成型机的主要技术参数 6.4 注射成型工艺过程分析 6.5 注射成型工艺参数设置 6.6 几种常用塑料的注射模塑特点 6.7 注射成型的发展,主要内容,3,注射成型产品示例,4,注塑成型的概念:粒状或粉状塑料通过螺杆的旋转和外部的加热作用,使它受热熔化至流动状态,然后在螺杆的连续高压高速作用下,熔融塑料被压缩并向前移动,通过喷嘴射出,注入一个温度较低的闭合模具中,充满模具的塑料经冷却硬化,即可保持模具型腔所赋予的形状,开启模具,即完成一个注塑成型。 许多细部,诸如凸起部、肋、螺纹,都可以在注射
2、模塑一步操作中成型出来。,6.1 概述,注塑成型的基本过程,1. 塑化 Plastification 加热塑料,使其达到熔化状态,并具有良好的塑性。 要求:1)提供足够的注射量; 2)温度均匀; 3)不产生降解 2. 注射Injection 对熔融物料施加高压高速,使熔体快速充满模具型腔。 3. 模塑(冷却定型)molding,cooling,solidification 熔体在模具内冷却硬化,14,. 注射过程是 三个条件:温度、压力、时间 三个要素:模塑材料、注射机、注射模 的有机结 合过程。,1柱塞 2料斗 3冷却套 4分流梭 5加热器 6喷嘴 7固定模板 8制品 9活动模板 10顶出杆
3、,注射机和模塑的剖面图,注射过程,15,16,Process & machine schematics,*,17,18,1.生产周期短,自动化程度高,因此生产效率高; 2.适应性强,几乎所有的热塑性塑料都可用这种方法成型,还可以用此法成型一些热固性塑料; 3.通过更换模具可以分别得到各种各样形状不同、大小不同的制品,其制品用途广泛; 4.制品的三维尺寸可以一定确定,且制品的尺寸精度高,表面光洁度好; 5.可成型形状复杂的制品以及带有嵌件的制品。 缺点是初期投资大。,二.注射成型的特点,注射机的分类,注射成形设备,注射机,注射模具,注射机工作过程,注射机结构,注射机基本参数,浇注系统,成形零件,
4、结构零件,合模及锁紧,注射装置前移,注射,保压,制品冷却及预塑化,注射装置后退和开模顶出制品,6.2 注射模塑设备,20,注射机的规格与种类 1.注射机的规格用一次所能注射出的聚苯乙烯的最大质量克来表示。 例如,注射机型号一般用下面的字母和数字表示: XSZ60 60表示一次注射PS的最大注射量是60g Z注射 S塑料 X成型 又如:XSZY125 Y表示螺杆式注射机 Z后没有字母就表示柱塞式注射机,或者用锁模力表示如:G130T,L35T G/L厂家的型号,6.2 注射模塑设备,21,2.注射机的种类 a.按塑化部件不同分为: 往复螺杆式注射机、柱塞式注射机 b.按合模动力来源分为: 机械式
5、、液压式、机械液压式,6.2 注射模塑设备,22,23,c.按注射合模方位分为: 卧式: 注射方向和开模方向是一致的。 缺点是占地面积较大,安卸模具不方便。 立式: 注射方向和开模方向都垂直于地面。 优点是占地面积小,放入嵌件稳定; 缺点是重心高,不易实现自动化。 角式: 注射方向垂直于地面,开模方向与注射方向垂直。 优缺点与立式相似。 旋转式: 模具是安放在可旋转的转盘上的。 优点是适合成型大批量小制品,生产周期短。 缺点是结构复杂,锁模力不高。,24,根据排列方式不同分类:卧式、立式、角式,25,26,27,注射机的发展趋势 a.专门化; b.超大型化; c.微型化; d.高速化; e.高
6、度自动化。,1 合模系统 2安全门 3控制电脑 4注塑系统 5电控箱 6液压系统,28,注塑机的组成,注塑机由三大部分组成:注射系统、锁模系统(合模系统)、模具,此外还有电器控制系统、液压系统。 一.注射系统 1.作用:a.使塑料均匀塑化并达到流动状态; b.将塑化好的塑料进行施压,使其在很高的压力和很快的 流速下通过喷嘴充入模腔。,塑化结构型式的影响,1. 柱塞式注射装置的结构及工作原理,1料斗 2注射柱塞 3加料装置 4分流梭 5电热圈 6喷嘴 7料筒 8移动油缸 9注射油缸,30,1 柱塞 2加料室 3料筒 4塑化室 5分流梭 6喷嘴,柱塞式注射机塑化部件,31,加料装置 料筒 作用、结
7、构、要求与挤出机的基本相同 柱塞与分流梭 a.柱塞作用:将注射油缸的压力传给塑料,并使熔体注射入模具。 b.柱塞形状:表面硬度极高的坚实金属圆柱体。,分流梭,32,c.分流梭作用: i.将圆柱形的物料流变成圆环形薄流层,使塑料产生分流和收敛流动; ii.缩短传热过程,加快热传递; iii.由于分流作用,分流梭表面流速,剪切力,产生较大的摩擦热,使料温升高,有利于塑料的混合与塑化。,塑化结构型式的影响,预塑式注射装置的型式及工作原理,塑化结构型式的影响,1)双阶柱塞式,塑化结构型式的影响,2)螺杆注塞式,塑化结构型式的影响,3.往复螺杆式(1),塑化结构型式的影响,3.往复螺杆式(2),38,组
8、成:加料装置、料筒、螺杆(或柱塞)、喷嘴等,39,螺杆 a.从作用上与挤出机螺杆相比 注射机螺杆除了送料、压实、塑化外,还有注射作用,对于塑化能力、压力稳定以及操作连续性和对操作稳定性的要求没有挤出机螺杆的高。 b.从螺杆运动形式比较 挤出机的螺杆只在原位作连续旋转,而注射机除旋转外,还前后往复运动,并时转时停。当料筒前端料压大于螺杆背压时,螺杆边转边后退,这种情况工艺上称为予塑化。,40,c.从螺杆结构上比较: 注射机螺杆的均化段长度较短,螺槽较深; 加料段长度较长,约为螺杆长度一半; 螺杆头部是尖头形,优点是可减少脉冲流动,不易积存物料,可减少塑料发生降解,对粘度低的塑料带有止逆环; 注射
9、螺杆的长径比和压缩比较小。L/D=16-20, =2-2.5,塑化结构型式的影响,往复螺杆式特点 (1)结构上:完成塑化和注射两项功能,即螺杆既旋 转后退又向前注射。 (2)塑料塑化:剪切热外加热。由于螺杆轴向位移, 熔料形成较大的轴向温差T,但可通 过调整ns和pb而调整。 (3)比柱塞式结构复杂。,塑化结构型式的影响,螺杆式塑化部件的一般特点: (1)螺杆具有塑化和注射两种功能; (2)螺杆在塑化时,对制品不发生直接联系,仅作预塑用; (3)塑料在塑化过程中,所经过的热历程要比挤出长; (4)螺杆在塑化和注射时,均要发生轴向位移,同时螺杆 又处于时转时停 的间歇式工作状态,因此形成了螺杆
10、塑化过程的非稳定性。,塑化结构型式的影响,普通型螺杆的结构 为适应加工塑料性能方面的不同要求(如软化温度范围、硬度、粘度、磨擦系数、比热、热稳定性、导热性等),而需将螺杆设计成不同形式。,塑化结构型式的影响,普通型螺杆的特点-三段式螺杆 渐变式螺杆:长压缩(熔融段)螺杆。 特征:塑化时能量转化比较缓和。 适用加工范围:PVC、高粘度、非结晶型塑料。 突变式螺杆:短压缩段螺杆。 特征:塑化时能量转化较剧烈。 适用加工范围:聚酰胺、聚烯烃类结晶型塑料。 通用式螺杆:压缩段介于渐变与突变之间, 约45Ds; 适用加工范围:渐变与突变螺杆。,塑化结构型式的影响,普通型螺杆的缺点 1)塑化能力较低(转速
11、较低、h3浅); 2)塑化质量波动(温度、混合); 3)难以适应特殊工艺要求;,注射机的螺杆结构变化,螺杆结构 a) 三段式螺杆 b) 带有剪切混合元件的三段式螺杆 c)带有剪切混合元件的屏障型螺杆,塑化结构型式的影响,新型螺杆,塑化结构型式的影响,通用型螺杆的主要参数及配合间隙,塑化结构型式的影响,螺杆头 作用: 1、排净熔料、防止滞料分解; 2、隔断螺槽与注射熔料;防止注射时熔料回泄。 结构性能: 1、止逆、启闭灵活 2、注射时回泄量及发热量最低。,塑化结构型式的影响,型式: 止逆螺杆头防止注射时熔料回泄 的螺杆头。 作用:加工中、低粘度的塑料。,螺杆头部的结构,各种止逆环,止逆环轴,承压
12、环,止逆环,(后),A),B),A)常见的止逆环,B)止逆环的改进形式,头部,止逆环,(前),塑化结构型式的影响,型式: 尖头螺杆头; a. 带小锥角(20左右); b. 附有螺纹的螺杆头。 作用:加工高粘度、热敏性塑料,主要防止停滞热解。,塑化结构型式的影响,止逆环的要求 启闭灵活,回泄量小,发热量低。 (1) 止逆环与料筒的配合(简称环隙)要合适。 a. 大,回泄大,产生高剪切流动和热解现象; b. 小,止逆动作的效果差; c. 0.050.15mm; d. 止逆环宽度B(0.6-0.8)D(直径)。 (2) 螺杆头处的流通截面要适当。 a. 熔料流通面积F1小,或止逆环的位移量小, 则
13、限流作用大,降低螺杆塑化能力,, 工艺不稳定。,塑化结构型式的影响,(2) 螺杆头处的流通截面要适当。 b. F1大,止逆动作迟缓,止逆效果降低,影响注出量的精度。 c. 止逆环位移量h3; d. 螺槽截面积F与止逆环密封端流通面积F1之比为: F/F10.2-0.3 (3) 启闭灵活。 (4) 实现止逆的必要条件:P(F1-F2)+RpF1 -熔料压力; R-磨擦阻力; F1-止逆环密封端的环形面积 F2-螺杆头与止逆环左端相接触面积。,塑化结构型式的影响,注射结构型式的影响,单缸后置式(无轴承):,注射结构型式的影响,单缸后置式(有轴承):,注射结构型式的影响,双缸式,60,喷嘴 a.作用
14、: 引导物料从料筒进入模具; 控制料流,防止物料流涎,使物料流积存在料筒前端; 提高注射压力,使物料具有一定射程; 进一步塑化。 b.种类: 按喷嘴分: 通用式(延伸式):喷嘴孔径大,呈短管状,优点是 阻力小。适用于粘度高的塑料。 自锁式:用于注射粘度较低的塑料。 杠杆针阀式:,61,通用式(延伸式):,62,自锁式,63,自锁式喷嘴的原理,64,杠杆针阀式:,65,二.锁模系统 1.组成:固定模板、活动模板、拉杆、油杆、连杆以及模具调整机构、制品顶出机构。 2.功能:启闭模具、锁紧模具、调整模具、顶出制品。 3.要求: 要有足够锁模力F(单位:kN或吨) FPA P:注射压力 A:制品在施压
15、方向上的投影面积,66,机械式锁模装置,单曲轴锁模机构,68,液压机械锁模装置,双曲轴锁模机构,锁模机构,单缸直压式合模装置,72,液压式锁模装置,增压式合模装置,充液式合模装置:应用不同直径的两个液压缸组合在一起,大直径液压缸用于锁模,小直径液压缸用于移模,分别满足增大锁模力和快速移模的要求。,74,要有足够的模板面积、模板行程和模板间的开距,以适应不同外型尺寸制品的成型要求; SkH+H1+H2+510 Sk:模板间开距 H:模具厚度 H1:顶出距离 H2:制品厚度 锁模系统运转灵活、安全,速度可调,运行平稳,闭模先快后慢,开模先慢后快,以防止模具的碰撞。按实现锁模力的方式分类:机械式、液
16、压式、液压机械组合式。 应有足够的顶出力和顶出距离,调模要方便。,75,三.模具 1.种类:压制模具、压铸模、中空吹塑模、压力成型模、冲压模、挤出模具、注射模具。其中主要的是挤出模具、注射模具。 2.注射模具 组成:浇注系统、成型零件、结构零件 a.浇注系统:塑料熔体从喷嘴流入型腔前的流道。包括主流道、分流道、冷料井、浇口。 b.成型零件:指构成制品形状的各种零件,主要包括动、定模的型腔、型芯、排气孔。 c.结构零件:指构成模具各种结构的零件。,模具,77,9前夹模板 10 凸模 11阴模 12分流道 13主流道衬套 14冷料穴 15 浇口 16型腔 17冷却通道 18定模 19分型面 20动
17、模 21承压板 22制品 23分流道 24主流道,1 用作推顶脱模板的孔 2脱模板 3脱模杆 4承压柱 5 后夹模板 6动模 7回顶杆 8导柱,78,简介 a.主流道:指连接喷嘴到分流道的一段流道,与喷嘴处于同一轴线上。一般是圆锥形,锥度26,进口直径一般为48mm。 b.冷料穴:设在主流道末端的一个空穴。 作用: 用来捕集喷嘴端部两次注射间所产生的冷料; 拉出主流道的残余物料; 使制品固定在动模一侧,便于脱模机构顶出制品。 c.分流道:主流道和浇口间的过度部分。一般要对称分布,距离相等,长度尽量短一些。,79,d.浇口:主流道连接型腔的通道。 作用: 控制料流的速度; 在注射中,由于浇口部分
18、的物料比较早的凝固,防止物料倒流 使通过的物料受到较强的剪切而升高温度,从而降低熔体粘度,提高流动性 ; 便于制品与流道系统分离。 优点:增加流速; 可产生较大的摩擦热; 小口径可控制和缩短补料时间; 小口径,硬化快,防止倒流,缩短模塑周期; 便于制件修饰和分离。,80,e.型腔:赋予制品形状的部分。 赋予制品外部形状的部分凹模(阴模); 赋予制品内部形状的部分型芯或凸模(阳模)。 f.排气孔:一般设在型腔内料流的尽头或设置在模腔内料流的汇合处,也可利用分型面或顶出杆或顶出孔的配合间隙排气。 g.结构零件:导向零件、脱模装置、回程杆、抽芯机构、扣模板等。 h.加热冷却装置: 冷却介质:冷水、热
19、水、热油。,81,82,83,1、注射量 2、注射压力 3、注射速度、注射速率和注射时间 4、塑化能力 5、合模力 6、合模装置的基本尺寸 7、开合模速度 8、空循环时间,6.3 注射成型机的主要技术参数,1、注射量 定义:机器在对空注射条件下,注射螺杆或柱塞作一次最大注射行程时,注射装置所能达到的最大注射量 表示方法 表示法一(质量法): 以PS为标准,用注射出熔料的质量表示 表示法二(容积法): 用注射出熔料的体积(cm3)表示 注:注射量是常用的标注注射机型号的参数之一,注射成型机的主要技术参数,2、注射压力 定义:注射时,螺杆或柱塞端面作用于熔料单位面积上的力,其单位为MPa 作用:克
20、服熔料流经喷嘴、流道和型腔时的流动阻力 最高注射压力:注射机能达到的最大压力 实际注射压力:工艺选取压力值 注射压力选取方法 塑料性能,塑化方式,塑化温度,模具温度,流动阻力,制品形状及精度,注射成型机的主要技术参数,注射压力的分类 (1)注射压力70 MPa,用于低黏度的塑料,且形状简单、壁厚制品; (2)注射压力70l00 MPa,用于低黏度塑料,形状、精度要求一般制 品; (3)注射压力100140 MPa,用于中、高黏度塑料,且形状、精度要求一般的制品; (4)注射压力140180 MPa,用于较高黏度的塑料,且制品壁薄、流程 长、厚度不均,精度要求较高; (5)对于精密塑料制品的注射
21、成型,注射压力230250 MPa,注射成型机的主要技术参数,3、注射速度、注射速率和注射时间 定义: 注射速度:指注射时螺杆或柱塞移动速度; 注射速率:指单位时间内熔料从喷嘴射出理论容量; 注射时间:指螺杆或柱塞作一次注射量所需时间。 注射速度对工艺过程影响 速度慢:熔接痕、密度不均、内应力 速度快:熔体破碎、夹杂空气 合理的速度:温差小、压力传递好、制品品质较好 决定因素 树脂性能,工艺条件,制品形状,壁厚,模具结构及浇口类型等,注射成型机的主要技术参数,4、塑化能力 定义: 注射机塑化装置在1h内所能塑化物料的千克数(以PS为标准); 测试方法: JB/T7267-94 要求: 规定的时
22、间内能提供足够量的塑化均匀的物料,注射成型机的主要技术参数,5、合模力 定义:注射机合模装置对模具所能施加的最大夹 紧力 作用: 克服注射时模具型腔所受到的胀模力 6、合模装置的基本尺寸 (1)模板尺寸、拉杆间距 (2)模板最大开距 (3)动模板行程 (4)模具最大厚度与最小厚度 (5)调模行程,注射成型机的主要技术参数,注射成型过程是热塑性塑料或热固性塑料在加热机筒中经过加热、剪切、压缩、混合及输送作用,使之均匀塑化,塑化好的熔融物料在喷嘴的阻挡作用下,积聚在机筒的前端,然后借助于螺杆或柱塞施加的推力,经喷嘴与模具的浇注系统进入闭合好的低温模腔中。充满模腔的熔料在受压作用下,经冷却(热塑性塑
23、料)或加热(热固性塑料)固化成形,开启模具取出制品,在操作上即完成了一个成型周期,以后是不断重复上述周期的生产过程。各种注射机完成注射成型的动作程序可能不完全一致,但所要完成的工艺内容即基本过程还是相同的。,注射动作过程,1、闭模和锁紧 注射机的成型周期一般从模具闭合时开始算起。闭模动作由注射机合模机构来完成,合模机构推动动模板及模具的动模部分首先以低压快速进行闭合,此动作是为了缩短成型周期。当动模与定模快要接触时,合模机构的动力系统自动切换成低压(即试模压力)慢速,此动作是为了保护模具不受损坏。在确认模内无异物存在或模内嵌件无松动时,再切换成高压低速将模具锁紧。以保证注射、保压时模具紧密闭合
24、。,注射动作过程,2、注射座前移和注射 在确认模具达到所要求的锁紧程度后,注射座整体移动油缸内通入压力油,带动注射系统前移,使喷嘴与模具主浇道口紧密贴合,于是就接通了喷嘴-模具浇道-模具型腔的通道,继而向注射油缸内提供高压油,推动与注射油缸活塞杆相连接的螺杆,将机筒前端的熔料以高压高速注入模具的型腔中,并将模具型腔中的气体从模具的分型面排除出去。此时螺杆头部作用于熔料上的压力称为注射压力。,注射动作过程,3、保压 当熔料充满模具型腔后,为防止模具型腔内的熔料反流和因低温模具的冷却作用使模具型腔内的熔料产生体积收缩,保证制品的致密性、尺寸精度和力学、机械性能,螺杆还需对模具型腔内的熔料保持一定的
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