注塑成型原理和注塑工藝準備條件
時間：2019-11-25 03:40
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注塑機注射成型的核心過程是充模。塑料熔體充填模腔時的流動模型（流動狀態）決定著制件的凝聚態結構和表觀結構（如結晶、分子取向、熔合均勻性等），最終影響制件的使用性能。
塑料熔體從澆口進入型腔的正常充模方式應該是后續熔體推進熔體前緣，逐漸擴展，橫跨型腔平面直至抵達型腔內壁，充滿整個型腔。充模流動的非正常形式是噴射流和滯流充模形式。噴射流和滯流表現為充模開始時熔體以較大的動能，通過澆口噴射入型腔，分別形成熔體珠滴和細絲狀直接噴射到澆口對面的型腔壁面上，后續的充模過程又如擴散流動那樣。充模時發生不正常流動形式的流動會使熔體產生分離和熔合，形成較多的熔體熔接縫，給制件性能帶來不利影響。
影響熔體充模流動形式的因素有：熔體溫度、模具溫度、注射壓力、注射速度以及模具型腔的空間大小、澆口尺寸和位置。
采用色料充模注塑法和透明模具觀察法，觀察不同工藝條件下熔體充模流動的形式變化。色料充模注塑法是在透明原料樹脂中混入不同顏料，注射成型試樣，觀察制品上的流痕花紋，根據流痕花紋判斷是正常的鋪展式充模流動，還是非正常的充模流動。透明模具觀察法是采用透明模具，直接觀察充模流動特點的方法。
注塑機的工作原理：借助螺桿（或柱塞）的推力，將已塑化好的熔融狀態（即粘流態）的塑料注射入閉合好的模腔內，經固化定型后取得制品的工藝過程。
注射成型是一個循環的過程，每一周期主要包括：定量加料—熔融塑化—施壓注射—充模冷卻—啟模取件。取出塑件后又再閉模，進行下一個循環。
注塑機的動作程序
噴嘴前進→注射→保壓→預塑→倒縮→噴嘴后退→冷卻→開模→頂出→退針→開門→關門→合模→噴嘴前進。
一般注塑機包括注射裝置、合模裝置、液壓系統和電氣控制系統等部分。
注射成型的基本要求是塑化、注射和成型。塑化是實現和保證成型制品質量的前提，而為滿足成型的要求，注射必須保證有足夠的壓力和速度。同時，由于注射壓力很高，相應地在模腔中產生很高的壓力（模腔內的平均壓力一般在20~45MPa之間），因此必須有足夠大的合模力。由此可見，注射裝置和合模裝置是注塑機的關鍵部件。
預塑動作選擇
根據預塑加料前后注座是否后退，即噴嘴是否離開模具，注塑機一般設有三種選擇。
（1）固定加料：預塑前和預塑后噴嘴都始終貼進模具，注座也不移動。
（2）前加料：噴嘴頂著模具進行預塑加料，預塑完畢，注座后退，噴嘴離開模具。選擇這種方式的目的是：預塑時利用模具注射孔抵住噴嘴，避免熔料在背壓較高時從噴嘴流出，預塑后可以避免噴嘴和模具長時間接觸而產生熱量傳遞，影響它們各自溫度的相對穩定。
（3）后加料：注射完成后，注座后退，噴嘴離開模具然后預塑，預塑完注座再前進。該動作適用于加工成型溫度特別窄的塑料，由于噴嘴與模具接觸時間短，避免了熱量的流失，也避免了熔料在噴嘴孔內的凝固。注射壓力選擇
注塑機的注射壓力由調壓閥進行調節，在調定壓力的情況下，通過高壓和低壓油路的通斷，控制前后期注射壓力的高低。
普通中型以上的注塑機設置有三種壓力選擇，即高壓、低壓和先高壓后低壓。高壓注射是由注射油缸通入高壓壓力油來實現。由于壓力高，塑料從一開始就在高壓、高速狀態下進入模腔。高壓注射時塑料入模迅速，注射油缸壓力表讀數上升很快。低壓注射是由注射油缸通入低壓壓力油來實現的，注射過程壓力表讀數上升緩慢，塑料在低壓、低速下進入模腔。先高壓后低壓是根據塑料種類和模具的實際要求從時間上來控制通入油缸的壓力油的壓力高低來實現的。
為了滿足不同塑料要求有不同的注射壓力，也可以采用更換不同直徑的螺桿或柱塞的方法，這樣既滿足了注射壓力，又充分發揮了機器的生產能力。在大型注塑機中往往具有多段注射壓力和多級注射速度控制功能，這樣更能保證制品的質量和精度。
注射速度的選擇
一般注塑機控制板上都有快速—慢速旋鈕用來滿足注射速度的要求。在液壓系統中設有一個大流量油泵和一個小流量泵同時運行供油。當油路接通大流量時，注塑機實現快速開合模、快速注射等，當液壓油路只提供小流量時，注塑機各種動作就緩慢進行。
頂出形式的選擇
注塑機頂出形式有機械頂出和液壓頂出二種，有的還配有氣動頂出系統，頂出次數設有單次和多次二種。頂出動作可以是手動，也可以是自動。頂出動作是由開模停止限位開關來啟動的。
合模控制
合模是以巨大的機械推力將模具合緊，以抵擋注塑過程熔融塑料的高壓注射及填充模具而令模具發生的巨大張開力。
注塑機的合模結構有全液壓式和機械連桿式。不管是那一種結構形式，最后都是由連桿完全伸直來實施合模力的。連桿的伸直過程是活動板和尾板撐開的過程，也是四根拉桿受力被拉伸的過程。
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當熔融塑料注射入模腔內及至冷卻完成后，隨著便是開模動作，取出制品。開模過程也分三個階段。第一階段慢速開模，防止制件在模腔內撕裂。第二階段快速開模，以縮短開模時間。第三階段慢速開模，以減低開模慣性造成的沖擊及振動。
注塑工藝條件的控制
注射速度的程序控制
注射速度的程序控制是將螺桿的注射行程分為3~4個階段，在每個階段中分別使用各自適當的注射速度。在熔融塑料剛開始通過澆口時減慢注射速度，在充模過程中采用高速注射，在充模結束時減慢速度。采用這樣的方法，可以防止溢料，消除流痕和減少制品的殘余應力等。
低速充模時流速平穩，制品尺寸比較穩定，波動較小，制品內應力低，制品內外各向應力趨于一致（例如將某聚碳酸脂制件浸入四氯化碳中，用高速注射成型的制件有開裂傾向，低速的不開裂）。在較為緩慢的充模條件下，料流的溫差，特別是澆口前后料的溫差大，有助于避免縮孔和凹陷的發生。但由于充模時間延續較長容易使制件出現分層和結合不良的熔接痕，不但影響外觀，而且使機械強度大大降低。
高速注射時，料流速度快，當高速充模順利時，熔料很快充滿型腔，料溫下降得少，黏度下降得也少，可以采用較低的注射壓力，是一種熱料充模態勢。高速充模能改進制件的光澤度和平滑度，消除了接縫線現象及分層現象，收縮凹陷小，顏色均勻一致，對制件較大部分能保證豐滿。但容易產生制品發胖起泡或制件發黃，甚至燒傷變焦，或造成脫模困難，或出現充模不均的現象。對于高黏度塑料有可能導致熔體破裂，使制件表面產生云霧斑。
下列情況可以考慮采用高速高壓注射：（1）塑料黏度高，冷卻速度快，長流程制件采用低壓慢速不能完全充滿型腔各個角落的；（2）壁厚太薄的制件，熔料到達薄壁處易冷凝而滯留，必須采用一次高速注射，使熔料能量大量消耗以前立即進入型腔的；（3）用玻璃纖維增強的塑料，或含有較大量填充材料的塑料，因流動性差，為了得到表面光滑而均勻的制件，必須采用高速高壓注射的。
對高級精密制品、厚壁制件、壁厚變化大的和具有較厚突緣和筋的制件，最好采用多級注射，如二級、三級、四級甚至五級。
注射壓力的程序控制
通常將注射壓力的控制分成為一次注射壓力、二次注射壓力（保壓）或三次以上的注射壓力的控制。壓力切換時機是否適當，對于防止模內壓力過高、防止溢料或缺料等都是非常重要的。模制品的比容取決于保壓階段澆口封閉時的熔料壓力和溫度。如果每次從保壓切換到制品冷卻階段的壓力和溫度一致，那麼制品的比容就不會發生改變。在恒定的模塑溫度下，決定制品尺寸的最重要參數是保壓壓力，影響制品尺寸公差的最重要的變量是保壓壓力和溫度。
螺桿背壓和轉速的程序控制
高背壓可以使熔料獲得強剪切，低轉速也會使塑料在機筒內得到較長的塑化時間。因而目前較多地使用了對背壓和轉速同時進行程序設計的控制。例如：在螺桿計量全行程先高轉速、低背壓，再切換到較低轉速、較高背壓，然后切換成高背壓、低轉速，最后在低背壓、低轉速下進行塑化，這樣，螺桿前部熔料的壓力得到大部分的釋放，減少螺桿的轉動慣量，從而提高了螺桿計量的精確程度。過高的背壓往往造成著色劑變色程度增大；預塑機構和機筒螺桿機械磨損增大；預塑周期延長，生產效率下降；噴嘴容易發生流涎，再生料量增加；即使采用自鎖式噴嘴，如果背壓高于設計的彈簧閉鎖壓力，亦會造成疲勞破壞。所以，背壓壓力一定要調得恰當。
隨著技術的進步，將小型計算機納入注塑機的控制系統，采用計算機來控制注塑過程已成為可能。
注塑成型前的準備工作
成型前的準備工作可能包括的內容很多，如：物料加工性能的檢驗（測定塑料的流動性、水分含量等）；原料加工前的染色和選粒；粒料的預熱和干燥；嵌件的清洗和預熱；試模和料筒清洗等。
原料的預處理
根據塑料的特性和供料情況，一般在成型前應對原料的外觀和工藝性能進行檢測。如果所用的塑料為粉狀，如：聚氯乙烯，還應進行配料和干混；如果制品有著色要求，則可加入適量的著色劑或色母料；供應的粒料往往含有不同程度的水分、溶劑及其它易揮發的低分子物，特別是一些具有吸濕傾向的塑料含水量總是超過加工所允許的限度。因此，在加工前必須進行干燥處理，并測定含水量。
嵌件的預熱
注射成型制品為了裝配及強度方面的要求，需要在制品中嵌入金屬嵌件。注射成型時，安放在模腔中的冷金屬嵌件和熱塑料熔體一起冷卻時，由于金屬和塑料收縮率的顯著不同，常常使嵌件周圍產生很大的內應力（尤其是像聚苯乙烯等剛性鏈的高聚物更多顯著）。這種內應力的存在使嵌件周圍出現裂紋，導致制品的使用性能大大降低。這可以通過選用熱膨脹系數大的金屬（鋁、鋼等）作嵌件，以及將嵌件（尤其是大的金屬嵌件）預熱。同時，設計制品時在嵌件周圍安排較大的厚壁等措施。
機筒的清洗
新購進的注塑機初用之前，或者在生產中需要改變產品、更換原料、調換顏色或發現塑料中有分解現象時，都需要對注塑機機筒進行清洗或拆洗。
脫模劑的選用
脫模劑是能使塑料制品易于脫模的物質。硬脂酸鋅適用于除聚酰胺外的一般塑料；液體石蠟用于聚酰胺類的塑料效果較好；硅油價格昂貴，使用麻煩，較少用。
使用脫模劑應控制適量，盡量少用或不用。噴涂過量會影響制品外觀，對制品的彩飾也會產生不良影響。
注塑制品產生缺陷的原因及其處理方法
在注塑成型加工過程中可能由于原料處理不好、制品或模具設計不合理、*作工沒有掌握合適的工藝*作條件，或者因機械方面的原因，常常使制品產生注不滿、凹陷、飛邊、氣泡、裂紋、翹曲變形、尺寸變化等缺陷。
對塑料制品的評價主要有三個方面，第一是外觀質量，包括完整性、顏色、光澤等；第二是尺寸和相對位置間的準確性；第三是與用途相應的機械性能、化學性能、電性能等。這些質量要求又根據制品使用場合的不同，要求的尺度也不同。
螺桿塑化能力是指當背壓為零、螺桿轉速最大時單位時間內所能提供的熔料量。
評價螺桿設計水平，可以通過檢測其塑化能力以及螺桿轉速、背壓和功率消耗等對塑化能力的影響敏感程度。在設計螺桿時，希望螺桿直徑能盡可能小，螺桿能承受的轉速盡可能高，從而達到塑化能力高、塑化質量好。
注塑機的塑化能力決定了注塑機的生產能力和生產效率。根據注射螺桿塑化機理，由于螺桿間歇性工作和塑化時螺桿軸向移動以及注射時螺槽內物料的運動等作用，形成了塑料在螺槽內的熔融過程為非穩態過程，表現出熔料軸向溫差大、螺桿的塑化能力和功率消耗不穩定。
螺桿塑化時，背壓對塑化能力的影響是顯著的，在螺桿塑化過程中，當增大注射油缸的回泄阻力（背壓增大）時，即增大螺桿均化段前部熔料的壓力，使反向流量增加，塑化能力相應降低。
背壓增大，螺桿驅動功率也將增大，螺桿轉速與塑化能力成正比，而螺桿的驅動功率又正比于塑化能力，所以螺桿的驅動功率與螺桿轉速成正比。
模具溫度均勻，提高模溫時，對注射成型工藝和制品性能有如下影響：
有利于熔體充模流動，充模壓力略微降低；
冷卻時間延長，所需保壓時間延長，成型周期也延長；
制品脫模困難，結晶性聚合物結晶度增高（制品密度提高），后收縮減少，制品收縮率增大；
制品表面光亮程度提高，制品內大分子定向程度減少，內應力降低；
沖擊強度下降模具溫度不均勻：制品收縮不均勻，從而造成制品產生內應力，翹曲變形及應力開裂。模溫過低導致熔體流動性降低，充模不滿或產生熔接痕強度低。制品內存在較大內應力則易產生翹曲變形或應力開裂。
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