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注塑工藝參數分析
時間：2019-11-25 03:40
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來源：互聯網
1注塑參數
1.1注射量
注射量是指注塑機螺桿(或柱塞)在注射時，向模具內所注射的物料的熔體量(g)。螺桿推進容積又稱理論注射容積，與注射螺桿直徑Ds和注射行程有關。
在注射量選擇時，一方面必須充分地滿足制品及其澆注系統的總用料量，另一方面必須小于注塑機的理論注射容積。所以，注塑機不可用來加工小于注射量10％或超過注射量70％的制品。
對已選定的注塑機來說，注射量是由注射行程控制的。
1.2計量行程(預塑行程)
每次注射程序終止后，螺桿是處在料筒的最前位置，當預塑程序到達時，螺桿開始旋轉，物料被輸送到螺桿頭部，螺桿在物料的反壓力作用下后退，直至碰到限位開關為止，該過程稱計量過程或預塑過程，螺桿后退的距離稱計量行積或預塑行程。因此，物料在螺桿頭部所占有的容積就是螺桿后退所形成的計量容積，即注射容積，其計量行程就是注射行程。注射量的大小與計量行程的精度有關：如果計量行程調節(jié)太小會造成注射量不足，反之則會使料筒每次注射后的余料太多，使熔體溫度不均或過熱分解，計量行程的重復精度的高低會影響注射量的波動。
1.3余料量(緩沖墊)
螺桿注塑完了之后，并不希望把螺桿頭部的熔料全部注射出去，還希望存一些，形成一個余料量。這樣，一方面可防止螺桿頭部和噴嘴接觸發(fā)生機械碰撞事故；另一方面可通過此余料墊來控制注射量的重復精度，達到穩(wěn)定注塑制品質量的目的(余料墊過小，則達不到緩沖的目的，過大會使余料累積過多)。
1.4防延量(松退、倒縮)
防延量是指螺桿計量(預塑)到位后，又直線倒退一段距離，使計量室中熔體的比容增加，內壓下降，防止熔體從計量室向外流出(通過噴嘴或間隙)。這個后退動作稱防流延，后退的距離稱防延量或防流延行程。防流延還有另外一個目的就是在噴嘴不退回進行預塑時，降低噴嘴流道系統的壓力，減少內應力。并在開模時容易抽出料桿。防延量的設置要視塑料的粘度和制品的情況而定，過大的防延量會使計量室中的熔料夾雜氣泡，嚴重影響制品質量，對粘度大的物料可不設防延量。
1.5螺桿轉速
螺桿轉速影響注塑物料在螺桿中輸送和塑化的熱歷程和剪切效應，是影響塑化能力、塑化質量和成型周期等因素的重要參數。隨螺桿轉速的提高，塑化能力提高、熔體溫度及熔體溫度的均勻性提高；塑化作用有所下降。
對熱敏性塑料(如PVC、POM等)，應采用低螺桿轉速，以防物料分解；對熔體粘度較高的塑料，也應采用低螺桿轉速。
1.6背壓(塑化壓力)
螺桿頭部熔料在螺桿轉動后退時所受到的壓力稱背壓或塑化壓力，其大小可通過液壓系統中的溢流閥來調節(jié)。預塑時，只有螺桿頭部的熔體壓力，克服／螺桿后退時的系統阻力后，螺桿才能后退。
背壓的大小與塑化質量、驅動功率、反流和漏流以及塑化能力等有關。背壓對熔體溫度影響是非常明顯的：對不同物料，在一定工藝參數下，熔體溫度隨背壓的增加而提高。原因是背壓增加了熔體內壓力，加強了剪切效果，形成剪切熱。使大分子熱能增加，從而提高了熔體的溫度。
背壓提高有助于螺槽中物料的密實，驅趕走物料中的氣體；背壓的增加使系統阻力加大，螺桿退回速度減慢，延長了物料在螺桿中的熱過程，塑化質量也得到改善。但是過大的背壓會增加計量段螺桿熔體的反流和漏流，降低了熔體輸送能力，減少了塑化量，而且增加功率消耗；過高背壓會使剪切熱過高或剪切應力過大，使高分子物料發(fā)生降解而嚴重影響到制品質量。
注塑熱敏性塑料，如PVC、POM等，背壓提高，熔體溫度升高，制品表面質量較好，但有可能引起制品變色、性能劣化、造成降解；注射熔體粘度較高的塑料，如PC、PSF、PPO等，背壓太高。易引起動力過載；注塑熔體粘度特別低的塑料，如PA等，背壓太高，一方面易流延，另一方面塑化能力大大下降。以上情況，背壓選擇都不宜太高。
一些熱穩(wěn)定性比較好，熔體粘度適中的塑料，如PE、PP、PS等，可適當提高背壓。
通常情況下，背壓不超過2MPa。背壓高低與噴嘴種類、加料方式有關：選用直通式(即敞開式)噴嘴或后加料方式，背壓應低，防止因背壓提高而造成流延；自鎖式噴嘴或前加料、固定加料方式，背壓可稍稍提高。
1.7注射壓力
注射壓力的作用是克服塑料熔體從料筒流向模具型腔的流動阻力，給予熔體一定的充模速度及對熔體進行壓實、補縮。這些作用不僅與制品的質量、產量有密切聯系，而且還受塑料品種、注塑機類型、制品和模具的結構及其它工藝參數等的影響。下面就注射壓力的幾方面作用，介紹注塑過程中注射壓力的設定。
(1)流動阻力注射時要克服的流動阻力，主要來自兩方面：首先是流道。一般，流道長且?guī)缀涡螤顝碗s時，熔體流動阻力大、需要采用較高的注射壓力才能保證熔體順利充模。其次是塑料的摩擦系數和熔體的粘度。因為潤滑性差的物料，摩擦系數大，大分子中分子間作用力大的熔體粘度高，此時，流動阻力也較大，同樣需要較高的注射壓力。如果各項條件都相同，柱塞式注塑機所用的注射壓力比螺桿式的大，原因是塑料在柱塞式注塑機料筒內的壓力損失大。
(2)充模速率注射壓力在一定程度上決定了塑料的充模速率，并影響制品的質量。在充模階段，當注射壓力較低時，塑料熔體呈鋪展流動，流速平穩(wěn)、緩慢，但延長了注射時間，制品易產生熔接痕、密度不勻等缺陷；當注射壓力較高，而澆口又偏小時，熔體為噴射式流動，這樣易將空氣帶入制品中，形成氣泡、銀紋等缺陷，嚴重時還會灼傷制品。
適當提高充模階段的注射壓力，可提高充模速率、增加熔體的流動長度和制品的熔接痕強度，制品密實、收縮率下降，但制品易取向，內應力增加。
總之，注射壓力的選擇與設定，因塑料品種及其牌號流動性、制品形狀等的不同而異，還要服從于注塑機所能允許的壓力。一般情況下，注射壓力的選擇范圍見表3。
1.8保壓壓力
保壓是指在模腔充滿后，對模內熔體進行壓實、補縮的過程。處于該階段的注射壓力稱為保壓壓力。
實際生產中，保壓壓力的設定，可與注射壓力相等，一般稍低于注射壓力。當保壓壓力較高時，制品的收縮率減小，表面光潔度、密度增加，熔接痕強度提高，制品尺寸穩(wěn)定。缺點是：脫模時制品中的殘余應力較大、易產生溢邊。
1.9注射速率
注射速率是指單位時間內注入模腔中的塑料熔體的容積。高速注射可以減少模腔內的熔體溫差，改善壓力傳遞效果，可得到密度均勻、內應力小的精密制品；高速注射可采用低溫模塑，縮短成型周期，特別在成型薄壁、長流程制品及低發(fā)泡制品時能獲得較優(yōu)良的制品。但是，注射速率過高，熔體流經噴嘴澆口等處時，易產生大量的摩擦熱，導致物料燒焦以及吸入氣體和排氣不良等現象，影響到制品的表面質量，產生銀紋、氣泡。同時，高速注射也不易保證注射與保壓壓力穩(wěn)定的撤換，會因過填充而使制品出現溢料（飛邊）。因此，注射速率應根據使用的樹脂和加工制品的特點、工藝要求、澆口設計及模具的冷卻情況等進行選擇。
2合模參數
2.1合模力
合模力的調整將直接影響制品的表面質量和尺寸精度。如果合模力不足，會導致模具離縫，產生溢料；而合模力太大會使模具變形，能量消耗增加。
注塑制品時所需的合模力簡稱工藝合模力。為保證可靠的鎖模，工藝合模力必須小于注塑機的額定合模力，一般取0.8～0.9額定合模力。工藝合模力可根據模腔壓力和制品投影面積來確定。
2.2頂出力
當制品從模具上脫模時，需要一定的外力來克服制品與模具的附著力，該外力即為頂出力。頂出力太小，制品不能從模具上脫下；頂出力太大，會使制品產生翹曲變形，甚至會頂壞制品。
此外，頂出速度和頂出行程也同樣影響頂出過程。頂出速度快，制品易翹曲變形和損壞；頂出行程短。制品不易脫下。
2.3溫控參數
注塑過程中需要控制的溫度有：料筒溫度、噴嘴溫度、模具溫度和油溫四方面的技術參數。
3.1料筒溫度
料筒溫度是指料筒表面的加熱濕度。料筒分三段加熱，從料斗到噴嘴前依次由低到高，使塑料材料逐步熔融、塑化。第一段是靠近料斗處的固體輸送段，溫度要低一些、料斗座還需用冷卻水冷卻，以防止物料“架橋”并保證較高的固體輸送效率；第二段為壓縮段，是物料處于壓縮狀態(tài)并逐漸熔融，該段溫度設定一般比所用塑料的熔點或粘流化溫度高出20～25℃；第三段為計量段，物料在該段處于熔融狀態(tài)，在預塑終止后形成計量室，儲存塑化好的物料，該段溫度設定一般要比第二段高出20～25℃。以保證物料處于熔融狀態(tài)。
料筒溫度的設定與所加工塑料的特性有關。
對于無定型塑料，料筒第三段溫度應高于塑料的粘流化溫度Tf，對于結晶型塑料，應高于塑料的熔點Tm，但都必須低于塑料的分解溫度Td。通常，對于Tf～Td的范圍較窄的塑料，料筒溫度應偏低些，比Tf稍高即可；而對于Tf～Td的范圍較寬的塑料，料筒溫度可適當高些，即比Tf高得多一些。如PVC塑料，受熱后易分解，因此料筒溫度設定低一些；而PS的Tf～Td范圍較寬，料筒溫度應可以相應設定得高些。
對熱敏性塑料，如PVC、POM等，雖然料筒溫度控制較低，但如果物料在高溫下停留時間過長，同樣會發(fā)生降解。因此，加工該類塑料時，除嚴格控制料筒的最高溫度外，對塑料在料筒中的停留時間也應有所限制。
同一種塑料，由于生產廠家不同、牌號不一樣，其流動溫度及降解溫度有差別。一般，相對平均分子質量高、分子量分布窄的塑料，熔體的粘度都偏高，流動性也較差，加工時，料筒溫度應適當提高；反之則降低。
塑料添加劑（包括填充劑、增強劑）的存在，對成型溫度也有影響。若添加劑為玻璃纖維或無機填料時，無熔體流動性會變差，因此，要隨添加劑用量的增加，相應提高料筒溫度；若添加劑為增塑劑或軟化劑時，料筒溫度可適當低些。
同種塑料選擇不同類型的注塑機進行加工時，料筒溫度設定也不同。若選用柱塞式注塑機，由于塑料是靠料筒壁及分流梭表面?zhèn)鳠幔瑐鳠嵝实颓也痪础樘岣咚芰先垠w的流動性，必須適當提高料筒溫度；若選用螺桿式注塑機，由于預塑時螺桿的轉動產生較大的剪切摩擦熱，而且料筒內的料層薄，傳熱容易，因此，料筒溫度應低些，一般比柱塞式注塑機的料筒溫度低10～20℃。
由于薄壁制品的模腔較窄。熔體注入時阻力大、冷卻快，因此，為保證能順利充模，料筒溫度應高些；而注塑厚壁制品時，則可低一些。另外，形狀復雜或帶有金屬嵌件的制品，由于充模流程曲折、充模時間較長，此時，料筒溫度也應設定高些。料筒溫度的選擇對制品的性能有直接影響：料筒溫度提高后，制品的表面光潔度、沖擊強度及成型時熔體的流動長度提高了，而注塑壓力降低，制品的收縮率、取向度及內應力減少。由此可見，提高料筒溫度，有利改善制品質量。因此，在允許的情況下，可適當提高料筒溫度。
3.2噴嘴溫度
噴嘴具有加速熔體流動、調整熔體溫度和使物料均化的作用。在注塑過程中，噴嘴與模具直接接觸，由于噴嘴本身熱慣性很小，與較低溫度的模具接觸后，會使噴嘴溫度很快下降，導致熔料在噴嘴處冷凝而堵塞噴嘴孔或模具的澆注系統、而且冷凝料注入模具后也會影響制品的表面質量及性能，所以，需控制噴嘴溫度。
噴嘴溫度通常要略低于料筒的最高溫度。一方面，這是為了防止熔體產生“流延”現象；另一方面，由于塑料熔體在通過噴嘴時，產生的摩擦熱使熔體的實際溫度高于噴嘴溫度，若噴嘴溫度控制過高，還會使塑料發(fā)生分解，反而影響制品的質量。料筒溫度和噴嘴溫度的設定還與注射成型中的其它工藝參數有關。如：當注射壓力較低時，為保證物料的流動，應適當提高料筒和噴嘴的溫度；反之，則應降低料筒和噴嘴溫度。在注射成型前，一般要通過“對空注射法”和制品的“直觀分析法”來調整成型工藝參數。確定最佳的料筒和噴嘴的溫度。
3.3模具溫度
模具溫度是指與制品接觸的模腔表面溫度。它對制品的外觀質量和內在性能影響很大。模具溫度通常是靠通入定溫的冷卻介質來控制的，有時也靠熔體注入模腔后，自然升溫和散熱達到平衡而保持一定的模溫，特殊情況下，還可采用電熱絲或電熱棒對模具加熱來控制模溫。不管采用何種方法使模溫恒定。對熱塑性塑料熔體來說都是冷卻過程，因為模具溫度的恒定值低于塑料的Tg或低于熱變形溫度(HDT)，只有這樣，才能使塑料定型并有利于脫模。
模具溫度的高低主要取決于塑料特性(是否結晶)、制品的結構尺寸、制品的性能要求及其它工藝參數(如熔體的溫度、注射壓力、注射速率、成型周期等)。
無定型塑料熔體注入模腔后，隨著溫度不斷降低而固化，在冷卻過程小不發(fā)生相的轉變。這時，模溫主要影響熔體的粘度，即充模速率。通常，在保證充模順利的情況下，盡量采用低模溫，因為低模溫可以縮短冷卻時間，從而提高生產效率。對于熔體粘度較低的塑料(如PS)，由于其流動性好，易充模，因此加工時可采用低模溫；而對于熔體粘度較高的塑料(如PC、聚苯醚、聚砜等)。模溫應高些。提高模溫可以調整制品的冷卻速度，使制品緩慢、均勻冷卻，應力得到充分松弛，防止制品因溫差過大而產生凹痕、內應力力和裂紋等缺陷。結晶型塑料注入模腔后，模具溫度直接影響塑料的結晶度和結晶構型。模溫高，冷卻速率慢、結晶速率快，制品的硬度大、剛性高，但卻延長了成型周期并使制品的收縮率增大；模溫低，則冷卻速度快、結晶速率慢、結晶度低，制品的韌性提高。但是，低模溫下成型的結晶型塑料，當其Tg較低時，會出現后期結晶，使制品產生后收縮和性能變化。當制品為厚壁的，內外冷卻速率應盡可能一致，以防止因內外溫差造成內應力及其它缺陷(如凹痕、空隙等)，此時，模溫要相應高些；此外，面積大或流動阻力大的薄壁制品，也需要維持較高的模溫。
模具溫度的選擇與設定對制品的性能有很大的影響：適當提高模具溫度，可增加熔體流動長度，提高制品表面光潔度、結晶度和密度，減小內應力和充模壓力；但由于冷卻時間延長，生產效率降低，制品的收縮率增大。
3.4油溫
油溫是指液壓系統的壓力油溫度。油溫的變化影響注塑工藝參數，如：注射壓力、注射速率等的穩(wěn)定性。
當油溫升高時，液壓油的粘度降低，油泄漏量增大，導致液壓系統壓力和流量的波動，使注射壓力和注射速率降低，影響制品的質量和生產效率。因此，在調整注塑工藝參數時，應注意到油溫的變化。正常的油溫應保持在30～50℃。
4注射壓力與熔料溫度的合理組合
在注塑過程中，注射壓力與熔料溫度實際上是相互制約。熔料溫度高時，注射壓力就能降低。
對于某種塑料來說，以熔料溫度和注射壓力分別為坐標，繪制的成型面積能正確地反映適宜的注塑工藝參數，見圖3。如圖3所示，在成型區(qū)域中，適當的溫度與壓力的組合都能獲得滿意的成型制品；而在這區(qū)域以外的溫度與壓力的組合，都會給成型帶來困難或給制品造成各種缺陷。大型的、正規(guī)的原料生產廠家提供成型面積圖。
5成型周期
完成一次注射模塑過程所需要的時間稱成型周期。成型周期包括以下幾部分：由于成型周期直接影響到勞動生產率和設備利用率。因此，生產中應在保證制品質量前提下，盡量縮短成型周期中各有關時間。
在整個成型周期中，以注射時間和模內冷卻時間的設定最重要，對制品的質量起決定作用。
5.1充模時間
注射時間中的充模時間越短，則注射速率越快，此時，熔體的密度高、溫差小，有利提高制品的精度，但制品上易產生溢邊、銀紋、氣泡等缺陷。通常，充模時間為3～5s。對熔體粘度高、Tg高、冷卻速率快的大型、薄壁、精密制品以及玻璃纖維增強制品、低發(fā)泡制品等，應采用快速注射。
5.2保壓時間
保壓時間就是對型腔內塑料的壓實、補縮時間，在整個注射時間內所占的比例較大，一般為20～120 s，特別厚的制品可達3～5min；而形狀簡單的制品，保壓時間也可很短，如幾秒鐘。在澆口處熔體凍結之前，保壓時間的長短，對制品的質量有較大影響。若保壓時間短，則制品的密度低、尺寸偏小、易出現縮孔；而保壓時間長，則制品的內應力大、強度低、脫模困難。此外，保壓時間還與料溫、模溫、主流道及澆口尺寸等到有關。如果工藝參數正常、澆注系統設計合理，通常以制品的收縮率波動范圍最小時的時間即為最佳保壓時間。確定保壓時間時要考慮的因素有：塑料的品種與性能；制品與模具等條件；其它注塑工藝條件，如溫度、背壓、注射壓力、注射速率、螺桿轉速等工藝參數。
5.3總的冷卻時間
設定時主要取決于制品的厚度、塑料的熱性能和結晶性以及模具溫度等，以保證制品脫模時不變形為原則。一般，Tg高及具有結晶性的塑料，冷卻時間較短；反之，則應長些。如果冷卻時間過長，不僅會降低生產效率，而且會使復雜制品脫模困難，強行脫模時將產生較大的脫模應力，嚴重時則可能損壞制品。
澆口凍結后的冷卻時間與螺桿后退后制品在模內的冷卻時間從理論上講應該一致，但實際生產總是不一致的。一般說來，螺桿后退是在澆口凍結后的才開始，至于在澆口凍結后經過多長時間螺桿才開始后退，原則是這段時間越短越好。如果螺桿的后退是在澆口凍結之前，那將發(fā)生倒流，這在實際生產中是不允許的。澆口凍結后的冷卻時間與制品性能的關系很大；如果時間過短，則制品易產生內應力，易發(fā)生變形；如果時間過長，則制品變脆。澆口凍結后的冷卻時間與制品脫模的難易程度也有一定的關系：時間過短，則殘余應力較大，脫模困難。
5.4其他時間
成型周期中的其它時間則與生產過程是否連續(xù)化和自動化、操作者的熟練程度等有關。空循環(huán)時間這是指在不加料的情況下，注塑機空轉一個周期所需的最少操作時間。這是注塑機運行過程中靈敏程度的一個標志。
6多級注塑
制品型腔較深而壁厚較薄，使模具型腔形成長而窄的流通，熔體在流經該部位時必須快速通過，否則會冷卻凝固，導致充填不足，故在此應設定高速注射。但高速注射會給熔體帶來很大的動能，熔體流到底時會產生很大的慣性沖擊，導致能量損失和溢料現象，這時必須使熔體減緩流速、降低充模壓力、維持保壓壓力，使熔體在澆口凝封之前向模腔內補充熔體的收縮。因此，該制品的注塑過程必須采用多級注塑。
多級注塑是指在注射過程中，當螺桿向模腔內推進熔體時，不同位置采用不同的注射壓力和注射速率。使用多級注塑有利提高制品質量。
多級注塑適合薄壁制品、長流距的大型制品、精密注射制品以及型腔配置不均衡或鎖模不太緊密的制品生產。在制定多級注塑工藝時，首先要根據制品的結構、重量、尺寸及幾何形狀，模具型腔結構及制品所用的塑料，選擇好機型，確定合理的注塑工藝參數，制定多級注射壓力和多級注射速率的設定圖形，并依圖進行調節(jié)、控制。
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