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1、注塑成型原理简介,CE-刘晓营 2009-09-15,1.注塑成型原理简介2.不良现象分析及改善3.其他相关知识,注塑成型的三大决定因素,1.注塑机2.模具3.工艺条件,注塑机,立式注塑机,卧式注塑机,模具,实体图,三维模型图,模具各部分,模具示意图两板模,澆注系統,定模板座,型腔,產品,頂針,頂針,拉料杆,導柱,導柱,型芯,頂板,動模板座,模具示意图三板模,中間板,推件板,彈料板,定模板,膠口套,定位圈,型腔,產品,型芯,導套,定模板,導柱,塑料颗粒,定义和分类,塑料 是指以树脂（或在加工过程中用单体直接聚合）为主要成分，以增塑剂、填充剂、润滑剂，着色剂等添加剂为辅助成分，在加工过程中能流动
2、成型的材料。按理化特性分类 根据各种塑料不同的理化特性，可以把塑料分为热固性塑料和热塑性塑料两种类型。按使用特性分类 根据名种塑料不同的使用特性，通常将塑料分为通用塑料、工程塑料和特种塑料三种类型。,名词解释,1热塑性塑料 加热时变软以至流动，冷却变硬，这种过程是可逆的，可以反复进行。聚乙烯、聚 丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚甲醛，聚碳酸酪，聚酰胺、丙烯酸类塑料、其它聚烯侵及其共聚物、聚讽、聚苯醚，氯化聚醚等都是热塑性塑料。热塑性塑料中树脂分子链都 是线型或带支链的结构，分子链之间无化学键产生，加热时软化流动冷却变硬的过程是物理变化。2热固性塑料 第一次加热时可以软化流动，加热到一定温度，产生化
3、学反应一交链固化而变硬,这种变化是不可逆的，此后，再次加热时，已不能再变软流动了。正是借助这种特性进 行成型加工，利用第一次加热时的塑化流动，在压力下充满型腔，进而固化成为确定形 状和尺寸的制品。这种材料称为热固性塑料。热固性塑料的树脂固化前是线型或带支链的，固化后分子链之间形成化学键，成为 三度的网状结构，不仅不能再熔触，在溶剂中也不能溶解。酚醛、服醛、三聚氰胺甲 醒、环氧、不饱和聚酯、有机硅等塑料，都是热固性塑料。,名词解释,1非结晶型塑料（无定型塑料）树脂大分子的排列是无序的。这种塑料，由于树脂分子链的结构持点，或因热力学原因，或成型过程工艺条件范围的限制，分子链不会产生有序的整齐堆砌形
4、成结晶结 构，而呈现无规则的随机排列。在纯树脂状态，这种塑料是透明的。2结晶型塑料 树脂大分子排列呈现出三向远程有序。从熔融状态冷却变为制品过程中，树脂的分子链能够有序地紧密堆砌产生结晶结构。一般所谓的结晶型塑料，实际上都是半结晶的不像低分子晶体(例如Nacl)那样能产生100的结晶度。树脂大分子链排列呈现出无定形相与结晶柏共存的状态。成型条件对结晶和晶态结构有明显影响，从而对制 品性能有明显影响。结晶结构只存在于热塑性塑料中。,二.注塑机的工作过程,頂出 SERVO MOTOR,mold,注塑机的各部分功能,1.合模系统2.注射系统3.加热冷卻系统4.液压系统5.润滑系统6.电控系统7.安全
5、保护系統,三.注塑周期与工作循环,闭模注射座前进注射保压预塑计量冷却开模顶出制品等程序组成,注塑過程原理,1.预塑计量过程(加料段熔融段计量段)2.注射充模过程从螺杆预塑后的位置向前运动开始的将计量室中塑化好的熔体在注射油缸推力的作用下螺杆产部产生注射压力使熔体经过喷嘴流道模具流道(主分流道)最后经由浇口充满模腔 3.熔体在喷嘴中的流动4.熔体中模腔中的流动 5 增密与保压过程6.冷却定型过程,Standard Cylinder Nozzles标准料筒喷嘴,Heating Band加热环,CylinderBore料筒主体,To Mold,Provides Mechanical and Ther
6、mal Connection FromHot Cylinder to Colder Mold提供从热的料筒到相对冷的模具的机械和热连接同时模具的R角也必须相互吻合,到模具,Injection Molding,Sprue Bushing主流道衬套,Nozzle 喷嘴,Radius 半径,主流道衬套孔口要比喷嘴口径大0.8mm尽可能地短,(Filling)Throat,Heating Coils,Nozzle,Hopper,Screw,Barrel,Force,TorqueFrom Injection Unit,螺杆,加热,料斗,加料口,料筒,螺杆有多種类型分別为了滿足各種產品在生產中所使用不同种
7、原料而制作,加料段,Shot,Rotation and Back Pressure,通过螺杆回转，熔体聚集于料筒前部，反作用力使螺杆后退。,回转力矩和背压,出量,Screw Rotation Feeds and ShearsMaterial Into a Melt.Melt Collects Into Front of Barrel,Forcing Screw Back,熔融段,计量段,Melt Required to Fill Mold Ready for Injection,Shot,Injection Pressure,注射压力,前端所加好的料就是将要注入模具内的熔体,注射,Cushio
8、n,Packing Pressure,缓冲垫,保压,注射,注塑工艺参数 一.注塑参数,1.注射量2.计量行程3.余料量4.防延量5.螺杆转速6.塑化量7.预塑背压8.注射压力与保压压力 9.注射速率10.注射功率,温度,压力,时间,注塑参数1.注射量,1.注射量注射量是指注塑机螺杆在注射时向模具内所注射的物料的熔体量(g).因此注射量是由聚合物的物理性能及螺杆在料筒中的推进容积来确定的。即注射量=螺杆推积容积C 式中-常温下注塑物料密度(g/cm3)C-注塑温度下物料体积膨胀率校正系数对结晶型聚合物C0.85,对非结晶型聚合物C=0.93.注塑机不可用来加工小于注射量1/10或超过注射量70的
9、制品,2.计量行程(预塑行程),每次注射程序终止后螺杆是处在料筒的最前位置当预塑程序达到时螺杆开始旋转物料被输送到螺杆头部螺杆在物料的反压力作用下后退直至碰到限位开关为止。这个过程称计量过程或预塑过程螺杆后退的距离称计量行程或预塑行程。注射量的大小与计量行程的精度有关如果计量行程调节太小会造成注射量不足如果计量行程调整的太大使料筒前部每次注射后的余料太多使熔体温度不均或过热分解计量行程的重服精度的高低会影响注射量的波动,3.余料量,螺杆注射完成了之后并不希望把螺杆头部熔料全部注射出去还希望留存一些形成一个余料量。这样一方面可防止螺杆头部和喷嘴接触发生机械破损事故另一方面可通过此余料垫来控制注射
10、量的重服精度达到稳定注塑制品的目的。如果余料垫过小达不到缓冲目的如果过大会使余料累积过多(3-5mm).可通过螺杆注射终止的极限位置来控制缓冲量的。,缓冲垫,4.防延量,防延量是指螺杆计量(预塑)到位后又直线地倒退一段距离使计量中熔体的比容增加内压下降防止熔体从计量室向外流出(通过喷嘴或间隙)。这个后退动作称防流延动作后退距离称防延量或防流延行程。防流延还有一个目的是在注射喷嘴不退回进行预塑时降低喷嘴流道系统压力减小内应力并在开模时容易抽出料把。防流延量可视聚合物粘度相对密度和制品的情况进行设定过大的防延量会使计量室中的熔料夹杂汽泡严重影响制品质量。,5.螺杆转速,螺杆转速还影响注塑物料在螺杆
11、中输送和塑化的热压过程和剪切效应因此它是影响塑化能力塑化质量和成型周期等因素的重要参数无论结晶型聚合物还是非结晶型聚合物随着转速提高塑化能力会增加提高螺杆转速塑化质量有所下降延流量加大熔融温度的均匀性却有所改善。螺杆转速的提高熔体温度也有所提高对不同聚合物进行预塑时螺杆扭矩均随螺杆转速的提高而加大。螺杆转速的提高剪切作用加强所以使粘性耗散能量加大而外部热能量却下降。,6.塑化量,(1)用最短计量時间来確定当注射量一定时塑化量应由最短计量时间来决定 塑化量=注射量3600/最短计量时间1000(kg/h)(2)由聚合物总热容量估算,7.预塑背压,预塑时的背压简称背压(Pa或kgf/cm2),表示
12、螺杆在预塑时计量室中熔体的压强。预塑时只有螺杆头部的熔体压力克服了螺杆后退时的系统阻力之后螺杆才能后退。在此系统阻力中除了螺杆和料筒中的阻力外还有注射油缸的回油阻力。温升随背压增加而提高并在一定背压条件下温升与计量行程呈非线性增长的关系。因为背压增加了熔体内压力加强了剪切效果形成剪切热使大分子热能增加从面提高了熔体的温度。背压的提高有助于螺槽中物料的密实驱赶走物料中的气体。背压的增加使系统阻力加大螺杆退回速度减慢延长了物料在螺杆中的热历程塑化质量也得到改善。但是过大的背压会增会增加计量段螺槽熔体的反流和漏流降低了熔体输送能力减少了塑化量而且增加功率消耗过高的背压会使剪切热过高或剪切应力过大同使
13、高分子物料发生降解而严重影响到制质量量 背压的调整应考虑高分子物料的性质以及制品表观质量和尺寸精度。背压 多级调整常态和转速相匹配,8.注射压力与保压压力,注射压力Pi是指注射时在螺杆头部(计量室)建立的熔体压强。注射压力是注射油缸施于螺杆上的总推力。选择注射制品的注射压力时首先要考虑注塑机所允许的注射压力只有在注射塑机额定的注射压力范围内才能调整出具体制品所需求的注射压力。如果注射压力调定过低会导致模腔压力不足熔体不能充满模腔反之如果调整过大不仅会迁成制品溢边胀模等不良现象还会造成压力波动甚至系统过载,在注射时注射压力熔体必须克服从喷嘴流道浇口型腔的压力损失才能充满型腔。而总压力损失包括两部
14、分一部分是总动压损失另一部分是总静压损失。各段动压力损失是发生注射流动期间动压损失与模具温度关系不大但与熔体温度及流率成正比也与各段长度断面尺寸及流变性质有关。各段静压力损失是指注射和保压流动之后的压力损失它与熔体的温度模腔温度和喷嘴压力有关。保压压力-在注射压力作用下,熔体充满模腔之后,制品在模内边冷边收缩,为了补缩需要继续维持熔体流动的注射压力称为保压压力。,8.注射压力与保压压力,8.注射压力与保压压力,1).注射压力转换到保压压力值时动作切换太慢充模时发生了过分充填现象会出现象模腔溢边导致供料不足使模内压力太低制品不密实发生凹陷机械性能降低等不良现象。2).注射充模时间设定太短发生充填
15、不足模内缺料现象。3).保压时间设定不够由于保压压力的过早切换模内熔体在浇口冻封之前发生倒流导致制品由于补缩不足而出现孔穴凹陷以及内部质量下降等缺陷。4).保压压力设定的太低尽管有足够的时间但由于压力不足以克服保压阶段流道中的强大阻力建立保压流动时行有效地补缩也会使模内压力不足给制品带来各种缺陷。,9.注射速率,注射速率是单位时间内注入模腔中熔体的容积。注射速率是由注射速度和注塑机控制的。注射速率提高将使充模压力提高因为高速率充填可以维持熔体有较高的温度流体的粘度低流道阻力损失小故可得到较高的模腔压力。注射速率的确定应根据不同的注塑制品的结构形状尺寸浇道系统和聚合物的性质以及有关的流变量据而确
16、定,10.注射功率,P=F*V,二.合模参数,1.合模力2.顶出力3.顶出摩擦力,合模參數 1.合模力,在注射充模阶段和保压补缩阶段模腔压力要产生使模具分开的胀模力。为了克服这种胀模作用合模系统必须施模具以闭紧力此为合模力。合模力的调整将直接影响制品的到观质量和尺寸精度合模不足会导致模具离缝发生溢料但太大会使模具变形制品产生内应力和不必要的能量消耗。注塑具体制品所需要的合模力简称工艺合模力应根据模腔压力和制品投影面积来确定。,2.頂出力,当制品从模具上落下时需一定的外力来克服制品和模具的附着力。所以制品的顶出力顶出速度和顶出行程要根据制品的结构形状与尺寸制品材料的性质以及工艺条件进行调整。过小
17、的顶出力制品无法脱下过大顶出力和顶出速度会使制品发生翘曲变形甚至断裂破坏。,3.頂出摩擦力,顶出力必须大于制品和模具表面的摩擦力时制品才能脱模。,三.温控参数,1.烘料温度2.料筒与喷嘴温度3.模具温度4.油温,温控参数 1.烘料温度,塑料的干烘对某些聚合物材料是必备的工序因为如果聚合物含湿量超过允许限度制品就出现剥层银纹等不良现象。连接器起泡不良,2.料筒与喷嘴温度,料筒温度是指料筒表面的加热温度。根据聚合物在料筒内的塑化机理分段加热。熔体温度对塑化量充模压力料流长冲击强度收缩率密度压力损失热变形温度接合缝强度挠曲和拉伸强度制品定向程度等有影响。喷嘴温度对保证注塑工艺同样是重要的因为喷嘴有加
18、速熔体和提高温度的作用。喷嘴本身热惯性很小但却与模具和前模板接触热交换会很快地带走热量。,3.模具温度,模具温度是指与制品接触的模腔表面温度。因为它直接影响到制品在模腔中的冷却速度所以选择合适的模温会给注塑带来益处可缩短成型周期提高制质量量减少不良率。模温提高会减小制品的定向作用和流线的方向性会增加密度与制品表面光洁性以及垂直于流线方向的收缩率会降低流线方向的冲击强度延长保压时间和提高充模压力。模具温度设定应考虑聚合物性质制品大小形状模具结构和浇道系统及环境温度等而设定,4.油温,油温高会影响油的粘度使系统产生气泡增加泄漏量导致系统压力和流量的波动。这样注射压力和注射速率会产生脉动造成注射过程
19、的不稳定性最综影响制品的成型质量。,四.注塑成型周期,1.循环周期 2.最短冷却時間,注塑成型周期 1.循环周期,闭门 闭模 注射保压 螺杆计量 冷却 开模 顶出制品 开门取件,2.冷却時間,足够的冷却时间很重要,不良现象及改善对策一.缩水,缩水-塑料品在表面的凹陷空洞。缩水的原因与成型技朮模具设计及使用塑料均有关系。塑料不同塑料原料的缩水率不同射出技朮压力不足射出速度太慢浇口太小浇道太长模具及产品设计模具的流道设计及冷却装置等,缩水图,二.成品粘模(脱模困难),射出压力太大会造成成品过度饱和使塑料充压入其它的空隙中致使成品卡在模穴时里脱模困难在取出时容易有粘模发生。,三.变形,产生原因结晶型
20、聚合物翘曲要比非结晶型大因为流动方向取向大分子的数量比垂直与流动方向取向的分子数量要多于是垂直于流动方向因松驰而产生的收缩比流动方向上的要小这种收缩不一使产生的内应力不均这是发生翘曲的主要因素。,四.气孔,通常成品因厚薄不同或模具 有突出肋时塑料在模具中的冷却速度不同则收缩的程度不同形成气泡。成射出成型过程中气泡不但影响制品强度及机械性能对成品外观价格值亦大打折扣,气孔,五.银纹,气,银纹顺沿材料的流动方向发生银白色的条纹。银纹的形成-由于注射起动过快使模腔前段的空气无法成胶料融体压迫排出空气混合有胶料内使得制品表面光管及颜色不均。,银纹,银纹,六.毛边,毛边-塑料在模腔内的压力太大其所产生的
21、分模力大过锁模力因而迫开工模使塑料走出来并在塑胶表层形成披锋,毛边（飞边）,七.成品短射,缺料,浇不足,充填不足(short slot)是熔融的材料未完成流遍成形空间的各落之现象。原因-成型条件设定不当适当模具的设计制作不完备成形品的肉厚太薄等所致。,八.结合线,结合线(weld ling)-是熔融材料两道或两道以上合流的部份形成的细线。结全线发生的原因1.成形品形状(模具制造)所致材料的流动方式。2.熔融材料的流动不良3.熔融材料合流处卷入空气挥发物或离形剂等翼物。,结合线,九.成品表面光泽不良,成形品表面失去本为的光泽形成乳白色层模成为模糊状态等皆可称为表面光泽不良,不良分析和对策,射胶速
22、度,封胶压力,保压,保压时间,熔胶量,料管温度,锁模力,模具温度,浇口,增加,不良原因,减少,粘模,填充不良,成品弯曲,烧焦,短射,流痕,断裂,毛边,射胶速度,封胶压力,保压,保压时间,熔胶量,料管温度,锁模力,模具温度,浇口,二次加工,喷涂（普漆，UV）电镀（通过化学原理镀）丝印（丝网印刷）真空溅镀(通过物理原理镀）模内漾印（IMD/IML技术）,色差知识,色差之认识1.前言：颜色检验是容易受个人之年龄、情绪、经验、立场及光源、背景、大小、角度、光泽、材质.等影 响。若在色差判定有个人之立场存在时更易形成是非曲直难以认定。2.颜色表示方式：颜色之表示方法，在塑料业界中最为适用者为国际照明委员
23、会简称CIE于1976年所推荐之Lab表之色系，他是最容易了解，也是最容易表达颜色存在之方法。Lab色系表是将颜色之立体空间用三属性，明度(Lightness)、色相(Hue)、彩度(Saturation)以具体数据来表示，利用这些数值可以定色、比色及管色。,1.明度：就是颜色之深浅度，明度之值越大颜色越浅或越白，明度之值越小颜色越深或越黑。2.色相：是指红色、橙色、黄色、绿色、蓝色、紫色等色质。3.彩度：指颜色之鲜艳度，彩度之值越大颜色越鲜艳，反之彩度之值越小颜色越不鲜艳。综合以上之数据可形成材色立体图：,颜色立体图是将传统抽象颜色观念用Lab表色系之具体数值与图形说明颜色存在之情形。L代表
24、明度，L*100时表示为白色依序渐深，当L*0时表示为黑色，以上统称灰色标。色相与彩度合称色度，色度可以用ab表示。a作横坐标，右方以+a表示之，定为红色；左方以-a表示之，定为绿色。b作纵坐标，上方以+b表示之，定为黄色；下方以-b表示之，定为蓝色。ab无论是“+”或“-”，其数值越大所含色量越多，反之则色量越少。色板经色差分析仪测定后其值为L：75、a：+30、b：+30，这些数值代表什么：a：+30表示此色板带红色，b：+30表示此色板带黄色，色板中带有红色及黄色表示此色板为呈色系，L：75表示为浅色系，所以其值表示此色板为浅橙色系之色板。,色差之意义与分类标准 颜色能用数值表示可说是颜
25、色科学之一大进步，但是颜色仅用绝对值表示其用途仍然有限，因颜色不但要定位而且要位差，也就是了解二者颜色间究竟有何不同，差异何在？这就是相对值表示法。一般在塑料业界中感到最头痛之颜色问题不在于绝对值，而是A色与B色是否相同，根据专家经验告知，不管如何A色不可能等于B色，既使A色等于B色也只能被认为是巧合，A色与B色要相同，只有在所用之材料、原料、物料、方法、机台都一样条件下制造，始有可能。这种情形不易达到，况且客人提供之色样不可能也没办法告知该色样是用何种材料、物料、方法、条件，制造而成。即使告知，也很难一样泡制。,既然如此，只能追求所制作之色样尽可能与客人提供之色样A相当而已，所谓相当，即是肉
26、眼在某种情况下比对，认为可以被受之意。至于在何种程度可以被接受，可依国际照明委员会认定之色差等级参考之或两造双方协议之。然色差(E)可用L+a+b之公式求得，其值越大表示色差越大，反之，越小。其色差值以数值可分为六级，详如下述：,色差单位，以NBS表示之，及NATIONAL BUREAU OF STANDARD 之缩写，以上所述如甲乙两色样与标准板比较其色差E为2.5，可知两色之间色差均属第三级可感色差，如此表示，既简单，易懂又方便。色容许差建立应考虑之问题 顾客对色差向来都会比较严格要求卖方，希望做到无色差之境地，这是很自然之现象，但是站在卖方立场而言，不希望要求太严，因为不易做到，万一做不
27、到有遭到顾客抱怨，折价或退货之困扰，如卖方勉强接受，且超过能力太多，会造成瓶颈无法如期交货之痛苦，如有意解决瓶颈达到目的亦势必再增加设备，增加人手，重新培训员工，改善工作环境等等，如此势必增加成本，交期延长，售价也要提高，凡此种种将必反应到售价，如此一来，买方未必合算。是故，色差容许应建立在何种程度只有两害相权如何取其轻了，据专家多年经验心得，认为有下列几点必须考虑，然后制定最为上策。,1.买方购用目的与质量(色差)要求程度之确定。2.制造厂商设备及能力之认定。3.制造所需之材质，方法与条件之认定。4.交货期限内可否完成之认定。5.价格是否可以接受。结论 一般验货，均以买方验收人员之肉眼认定为
28、准。该验收人员如未经鉴定认可，亦未接受适当训练，更未在标准光縓下验色时，这种验色如前所述，很容易受个人之年龄、性别、情绪、经验、生理、立场、光源、背景、大小、角度、光泽、材质，排列等因素所影响，造成困扰甚至良品判定“不合格”，不良品判定“合格”，甚至被认为“刁难”或被认为“图利他人”如验色人员是经过辨色鉴定并施予训练，且在标准光縓下验色，可将验色所产生之纠纷与困扰降低到最低限度。,成品相关验证,1.表面测试A：胶纸测试：用3M 610#专业胶纸，用手来回按压5次贴粘于产品表面35sec.后依 90角方向瞬间拉起，无脱落之现象为OK。B：耐磨测试：橡皮擦一般使用为EF74工业用橡皮擦，重量500g，行程5cm依每分钟30回速度来回100300次，不脱落为OKC：硬度测试：用磨平的三菱1H3H铅笔附重500g的力，以45度角向产品表面平推，其表面无明显划伤及划痕为合格。D：酒精测试：用95%医用酒精，500g重量砝码，速度每分50回，行程5cm，来回50300次，无漏底和掉色为ok。(我司油漆50-100次）E：百格测试：使用百格刀（每个间距为1mm）各划十格交叉后，使用3M 610#胶纸测试（同胶纸测试方法），无脱落为OK。,成品相关验证,2.存储测试塑胶和喷涂层在环境变化中的结合力和耐侯性验证，常会出现塑胶变形，UV开裂，膜层剥离，塑胶变形等，等,THANKS!,
