注塑成型理论与实践.ppt

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1、,.注塑成型是什么?.注塑成型机.注塑成型条件.注塑工程.成型条件的决定方法.作业前要考虑的事项#附録:Plastic的成型加工法,Cheil Industries Inc.,注塑成型培训,2,.注塑成型(射出成形)是什么?,原理-加热而成熔融状态的Plastic材料,通过施加压力，注入到封闭的模具 空间内，通过在模具内的冷却和固化,制造出与模具形象同样形态的方法.在热加塑性Plastic的成型加工方法中,目前最为一般，最发展的成型技法.注塑成型(射出成形)的 3大 要素-树脂,模具,注塑成型机,3,Plastic的成型加工法,4,.注塑成型机(Injection Molding Machin

2、e),5,注塑成型机的区分,6,水平型,垂直型,Flinger型,7,复合型,Insert专用,BMC(热硬化型)专用,8,形体（锁模）Cylinder,形体（锁模）油压Hose,油压 Ejector,稼动 Die-platen,直压式的构造,9,Toggle式的构造,形体（锁模）Cylinder,Cross Head,型后调整装置,Toggle Link,Ejector Cylinder,移动Die Plate,机械式安全装置,固定Die Plate,模具,Tie-Bar,Tail Stock,10,DIMA式的构造,Lock Cylinder,型开闭 Cylinder,形体（锁模）Cyli

3、nder,移动 Die platen,固定 Die Platen,11,12,Tie-bar less式的构造,13,2-Components Injection Molding Machine,3-Components Injection Molding Machine,14,Rotary Platen,15,Tandem 1,Tandem 2,Stack Molding(Tandem),Combination Insert Molding Machine,16,注塑机的构造和名称,Frame,油压控制装置,电气控制装置,移动板,安全门,固定板,形体(锁模）,油压,17,设置形体（锁模）,注

4、塑,油压,电气装置的基础部位形体（锁模）,注塑一般在Frame上面放置,油压和电气控制部在Frame内部,内装油压机器的一部分(板操作侧）设置在 Frame外部.,在注塑时用强力来维持模具,防止模具发生推动的装置 固定板,可动板(型板,Die Platen)-固定板,可动板所构成-固定板固定在Frame上,可动板随着Tie-bar开闭模具 Tie-bar-支持型板,在模具开闭动作时，发挥Guide功能-在Toggle式,通过Tie-bar的伸张引起的弹性恢复力而发生形体（锁模）力。,Frame,形体（锁模）装置(Clamping Unit),18,形体（锁模）Cylinder-模具在开闭时,发

5、生形体力的油压Cylinder 直压式:Piston直接结合到可动板 Toggle式:通过Toggle Link的构造,可增加力量 模具厚度调整装置-直压式的原理上，不需要模具厚度调整装置 但,调整0点时需要-Toggle式,因需要按模具厚度来调整形体（锁模）装置,才能得到 形体力，因此需要厚度调整装置 Ejector-注塑后，从模具突出成型品的装置 安全门-考虑作业者的安全和防止受伤,和注塑机的动作进行设定Inter Lock:后门一般是作业者的死角,通常和Power连接进行Open时Power Off,19,-一般直压式和Toggle式最为代表,也有移送用Toggle,最终形体力用 直压式

6、的复合式,还有最近开发的2Plate工法的DIMA式。直压式-型开闭速度慢(Cylinder Size 大)-一直维持同样的形体力-易于把握形体力（锁模力）-形体力发生的时间長 Toggle式-Energy效率高,可进行轻量化-可进行Hi-Cycle成型(高速型开闭)-难于正确确认形体力（锁模力）-Tie-bar的伸张和弹性恢复会发生形体力,因此必要设定模具厚度,20,Plastic树脂材料,混练熔融成适合成型的温度后,有以适当压力注入熔融树脂到模具的功能,注塑装置(Injection Unit),Hopper,注塑Cylinder,油压Motor,Nozzle,Nozzle Touch Cy

7、linder,Barrel/Screw,21,Hopper:为供应原料到Screw Cylinder而储藏的容器 Screw:,-供应部:同时进行Pellet或粉末状态的Resin,预热和移送到供应部-压缩部:在供应部上预热的Resin，在Screw的槽变浅的压缩部,受到 剪断作用和外部加热而熔融-计量部:使熔融的树脂，混练成均衡状态而准备注塑,计量部,供应部,hf,hm,压缩部,L,D,22,-压缩比:Screw的供应部和计量部Screw槽的深度比 压缩比=一般Screw的压缩比是 2.0-2.5 左右(MAX.2.8 3.0)压缩比越大,在同一L/D Screw上施加的Torque越大 所

8、以用压缩比大的Screw时，要制造小的 L/D-Screw的 L/D:Screw的长度和外径的比 L/D=一般的Screw的 L/D是 18:1 20:1 左右(均衡的熔融)计量部的长度是 1D 3D(特殊情况是 3D 4D),Screw 计量部的深度(Hf),Screw 供应部的深度(Hm),Screw的外径,Screw的长度,Screw zhijng butong,23,Screw Head部 Check Ring-有防止逆流的Ring or Ball,注塑时有防止树脂逆流的功能,Check Ring Type,Ball Valve Type,24,Nozzle-Nozzle可分为Open

9、 type和Shut Off type 2种类 Open Nozzle(标准)-一般最多使用 长处-因滞留部分小,易于色相交换,树脂交换-可适用于所有树脂上 短处-Drooling的防止量多时,通过Suck Back,会发生从Nozzle孔口吸进空气-这种空气的流入可导致 提高 Silver Streak发生率-按树脂别有时防止Drooling不完全-计量中的型开闭困难-不能使用在发泡成型上,Heating Band,最小置数:Nozzle 径;Min.5.0mm(比模具Sprue小于 0.5-1.0mm)Land 长度;Min.5.0mmNozzle Bore;Min.13 mm,Fangz

10、hi shuzhi guhua,25,Valve Nozzle-树脂的Drooling现象多的时候使用-Nozzle孔口，用Spring的作用来进行开闭 长处-计量中通过Spring的力量 按住Needle来防止Drooling-在型开闭中，也可以进行计量 可缩短Cycle 短处-在滞留部分多的时候，色相，树脂交换 需要的Cleaning时间长。-不能使用，在滞留时发生碳化和分解 的素材(硬质 PVC)。,Cylinder Head,Valve Housing,Middle Nozzle,Nozzle,26,加热 Cylinder(Barrel)-从Hopper传受到树脂而进行熔融的功能。-在

11、外部区间别附着Band Heater，按树脂来设定温度。注塑 Piston Cylinder-按树脂的特性和产品的形象，使Screw按适当的压力和速度，把充填的树指 注入到模具的功能。-推进Screw向前的油压Piston,Cylinder，通过Screw供应注塑压力，背压 注塑速度。Screw 驱动装置(回转装置)-给予Screw回转力的油压Motor,驱动轴和Bearing所构成。旋回台(Slide Base)-支持 Screw Cylinder,注塑 Housing驱动装置等,为易于Screw Cylinder的保全管理而进行旋回 Nozzle Shift 装置(Sprue Break)

12、-有模具的树脂注入口(Sprue Bush)上，连接或解除Nozzle的功能，靠移动 Cylinder来执行,27,注塑机周边附带设备,-模具温度调整机(Mold Temperature Controller)-原料自动移送装置(Auto Feeding System)-原料 Tank/容器(Silo/Hopper)-原料干燥机;Hopper Dryer(除湿)/Oven&Convection Dryer(热风)-Robot&Stocker-混合机(Mixer)-粉碎机(Crusher)-其他,28,.注塑成型条件,Cylinder 温度,模具温度,注塑速度,Screw RPM,注塑压力,补压

13、,背压,供应,切换,Suck-back,Cushion,注塑/补压时间,冷却时间,29,原材料的计量,压缩和供应领域的熔融温度设定和实测值,为良好外观和防止变形的模具冷却温度（均一化管理）,从Nozzle流入树脂到模具的速度 Screw的前进速度,注塑速度(Injection Speed),Cylinder 温度,模具温度(Mold Temperature),意味着计量时Screw的回转速度RPM和加塑化(熔融)时间有密切关系,需要按材料来调整,Screw 回转数(Screw RPM),30,推动Cylinder内树脂到模具内的力量 推动Screw的压力,*注塑压力的理论计算F=油压=P,Di

14、2,4,Cylinder单面积,注塑压力(Injection Pressure),注塑完毕后，为了防止树脂逆流，继续推动Screw的状态补压有助于补偿收缩率和防止树脂的逆流,长处熔融 空气排除 供应安定化,短处燃烧 分解加塑时间的延长,在补压工程完毕后，抓住为计量而后退的Screw的力量(油压)背压上升时,补压(Packing Pressure),背压(Back Pressure),31,意味着产品的适当成型量,通过Short Shot成型，可选定供应位置。,切换意味着注塑阶段到补压阶段的移动时点或位置。,计量完毕后，为了防止Drooling而强制后退Screw的量。,意味着，注塑终了后Scr

15、ew的许可位置区间，为补压的充分传达而需要。,一般注塑时间，包括注塑/补压时间,可Control产品的适当充填。,为了确保置数的安定性，注塑完毕到模具型开之间的冷却时间，如果太长会影响到Cycle time，如果太短会发生变形。,供应量（Screw RPM),切换(V-P Change Point),Suck Back,Cushion,冷却时间(Cooling Time),注塑/补压时间(Injection/Hold Time),32,在注塑工程上支持模具而防止模具发生推动的力一般是区分注塑机大小的基准之一。一般性的产品，要求形体力是 F(Ton)产品投影面积()树脂模具的内压(kgf/)10

16、-3,从Nozzle可注塑的树脂最大重量,表示1 Shot最大量的数值 和形体力一起是代表注塑成型机能力的 数值,*注塑容量 C=L W=C 密度 注塑效率 C=Sprue Runner+Cavity+Cushion量,D2,4,形体力（锁模力）(Clamping Force),注塑量(Shot Weight),注塑容量(/shot),33,注塑工程是指，下列的模具关闭到加塑化，注塑，冷却，计量，型开，取出的循环工程(1 Cycle)的连续。,型闭(Mold Clamp),注塑(Injection),补压(Pack Press),取出(Ejection),型开(Mold Open),冷却(Co

17、oling)/计量(Feeding),.注塑工程(Injection Process/Cycle),注塑 Cycle,34,型闭后，为了防止注塑时模具因流动树脂压力而发生推动，支持可动侧模具的力。,在模具成缔完全完毕后，注塑部往前前进，Nozzle接触到Sprue Bushing的阶段。,在模具最终关闭瞬间，需要低速移动的理由是：顾虑到离型不良或成型品的Burr等导致的模具损伤。,型闭(Mold Closing),形体（锁模）(Mold Clamping),Nozzle 前进(Nozzle Advancing),35,Nozzle和Sprue Bushing结合后，注塑Screw往前前进而供应

18、熔融树脂到模具内。,在模具内树脂进行固化时，在注塑部为下一Cycle注塑的准备，开始进行树脂熔融的阶段。(包括计量阶段）,加塑化(Plasticization),注塑(Injection),36,为了维持所要得到的产品形象，防止发生Sink或Void等的不良，在充填完毕后，持续施加一定压力的工程。,在通过注塑和补压，产品的形象填满到模具内的状态下，为了得到所要的形象和安定的置数，需要一定时间维持模具的温度。,补压(Holding),冷却(Cooling),37,在成型的树脂冷却过程中，为了防止因模具的冷却而导致Nozzle内树脂的固化，注塑部会进行后退，解除Nozzle和Sprue Bushi

19、ng的接触，准备下一次注塑的阶段。(如果没有Nozzle固化的忧虑时，可省略),树脂的固化完毕，模具打开之后，固定侧的Ejector Pin动作而从模具取出成型品的工程。,Nozzle 后退(Nozzle Retreat),型开和离型(Mold Opening&Ejection),38,.,.成型条件的决定方法,初期成型条件的设定Tip1)温度:尽可能 低 设定(防止分解和缩短Cycle时间为目的)2)压力:注塑压/补压/背压 低 设定(防止Over Packing引起的模具损伤)3)形体压:高 设定(防止发生Burr和考虑装备的安全率)4)速度:-注塑速度 低速(防止Over Packing

20、)-Screw RPM 低速(顺便看着产品外观来调整)-型开闭 低速(防止模具破损)-供应 Stroke 小(防止Over Packing)5)时间:-注塑补压 长(确实Gate Seal)-冷却 长,39,阶段注塑成型(多段注塑),A,B,C 领域(Skin层)的注塑速度控制，可影响到成型品的外观。,a,b,c 领域(中间部位)的补压控制，可影响到成型品的技能。,40,注塑速度调整方法,Screw Position,注塑开始,注塑速度,充填完毕,1)Sprue,Runner部:在期高速到量产时中速(防止凝固&过热)2)Gate部:低速(防止Jetting,Silver Streak 等)3)

21、成型部:高速(防止Flow Mark,Weld)4)补压部:低速(Gas,Burr等的减小，补压的切换位置重要),1),2),3),4),41,注塑速度的功能,1)中 高速2)为防止Gate周边的Jetting或Silver Streak发生，需要低速进行3)为防止Flow Mark或 Weld Line，需要高速4)为防止Gas 燃烧或发生Burr，需要中低速进行和安全切换,42,在低压时-Short Shot-Sink Mark-置数 小,在高压时-Burr-弯曲-置数 大-Crack-残留应力-离型问题,补压形态,1)为了防止Burr，要低压2)为了防止Sink Mark或置数变小，要高

22、压3)为了防止残留应力，要低压,43,注塑成型工程时间别的型内压力分布,44,注塑 补压工程切换位置别的Cavity内压力的变化,45,注塑条件对收缩率的影响,46,背压 20,-10,-20,-30,-60,-50,-40,1速,3速 2速,4速,P V,注塑压力,补压,RPM70,注塑条件举例(LG 850 Ton;17”Monitor)-注塑成型阶段别的Profile,32mm,230mm,180,160,90,0 30,230 240(S/Back),180,47,黑点，污染,材料在注塑Cylinder内的燃烧-滞留时间长或破损的Screw或Barrel内的燃烧而连续发生的黑点-在破损

23、的Screw Head，部分性过热而发生的黑点-注塑Cylinder在加热状态下，长时间停止机械而发生的黑点-在Nozzle部，燃烧的材料导致的黑点,污染-从Screw或Barrel上破损的微细金属破片-供应到Hopper或Silo的材料包装引起的污染-打开包装时发生的线头或纸片-在Auto Fitting上，污染空气导致的污染,颜料的分散不良,难燃剂和安定剂等的劣化,.注塑成型的不良类型分析,48,黑线,49,在注塑Cylinder内的材料碳化-因滞留时间的延长或在破损的Screw或Barrel内的碳化而持续发生的黑点。-破损Screw Head上的部分过热导致的发生黑点。-注塑Cylind

24、er在加热状态下，长时间停止机械而发生的黑点。-在Nozzle部分燃烧的材料引起的黑点。,50,注塑成型机内的材料供应领域Design Guide,51,Silver Streak,52,Weld Line,53,Weld Line-成型品表面生成流动形状或材料流动中分歧再合流时发生的融合面的线装不良。,54,Weld强度,耐药品性，外观,-影响因子;,材料选定,加工条件,模具设计,产品设计,Weld,55,在Weld领域上的脆弱点,-不良因素;,分子之间的不完整结合/分散,分子(或者纤维)不适当的冷却,Weld表面的V-notch 残存,Weld表面的异物质或未细工的存在,56,分子间的结合

25、和分散,未分散,部分分散,完全分散,Adapted from Robert A,Malloy.Plastic Part Design for Injection Molding(1994),57,纤维整列冷却,强化树脂Weld的强度，可通过流动先端分水形态引起的Weld部，不适当的纤维配向等来降低。,在通过长纤维强化的热加塑性树脂上Weld 周边会发生的大的强度下降。,58,Weld现象,Weld单面,Weld Line的Notch形象，不但是外观的不良，而且同时是对产品作用为尖锐应力的集中点。,Adapted from Robert A,Malloy.Plastic Part Design

26、for Injection Molding(1994),59,Weld 消灭角度,Weld角度,Weld Line按材料别有 120 150的“消灭角度”。,Adapted from Robert A,Malloy.Plastic Part Design for Injection Molding(1994),60,Weld强度和Core的置数以形象或数量为基因。,Weld有部分合流越反复，强度越下降的倾向。,Grill形象构造的部分性问题点,Adapted from Robert A,Malloy.Plastic Part Design for Injection Molding(1994)

27、,(1)(2)(3)(4)(5),(1)(2)(3)(4)(5),61,Weld 效能和外观的改善,在Weld的周围设置 Overflow well。,ButtWeld,Overflow well,正面冲突的Weld,62,Weld效能和外观改善,多点Gate的配置,ButtWeld,正面冲突的Weld,63,Sink Mark,墙壁的厚度不同,减小墙壁厚度厚的部分。,Sprue，Runner，Gate的Size 太小。,增大 Sprue，Runner，Gate的Size。,注塑压和补压太低。,提高注塑压和补压。,成型温度太高。,降低Cylinder温度和模具温度。,不充分或不均衡的模具冷却,

28、检查冷却系统。,不充分的材料供应量,提高材料供应量。正确调整切换点。(设置Cushion),64,Sink Mark-成型品单面厚度厚的部位会慢慢进行冷却，但厚度薄的部位会先进行冷却而发生的 收缩也快，因此厚度薄部分的材料会被拉近而发生全体收缩在厚度厚部位的集中。导致厚度厚部位的外表面发生凹进去的现象，此现象称为 Sink mark。,65,注塑成型工程上时间别的型内压力分布,66,注塑成型阶段(P-V-T曲线),1.熔融树脂的模具内流入1-2.模具内充填2.充填完毕 2-3.压缩补压阶段3.模具内的最大压力(转移到补压阶段)3-4.切换为保存压力4.补压开始4-5.冷却和固化层厚度增加引起的

29、压力 降下5.Gate固化，补压终了5-6.产品的冷却，收缩引起的压力下降6.达到大气压，开始成型收缩6-7.在模具内的等压冷却7.型闭，产品取出7-8.成型后冷却引起的收缩8.最终产品的体积,Adapted from Robert A,Malloy.Plastic Part Design for Injection Molding(1994),important,67,高分子的压力-体积-温度的举动,温度(oC),Specific volume(cm3/g),(semi-crystalline polymer),(amorphous polymer),68,多样厚度的产品,发生Sink ma

30、rk的产品设计 厚度太厚。不均衡的厚度。有角的内外半径,改善的产品设计 均衡的厚度 薄厚度 内外半径,Adapted from Robert A,Malloy.Plastic Part Design for Injection Molding(1994),69,Boss的设计,发生Sink mark或Void的Boss设计,改善的Boss设计,采用Gusset设计可从侧面分离的Boss,Adapted from Robert A,Malloy.Plastic Part Design for Injection Molding(1994),70,适当的Boss设计,Adapted from Ro

31、bert A,Malloy.Plastic Part Design for Injection Molding(1994),71,适当的 Rib 设计,Adapted from Robert A,Malloy.Plastic Part Design for Injection Molding(1994),Rib的厚度要薄于墙壁厚度:3.2mm-40%of wall thickness 3.2mm-60%of wall thickness,72,弯曲/变形(Warpage),弯曲是因注塑物部位别的收缩率偏差而发生。,Shrink low,73,发生弯曲的主要原因,模具上下侧温度差异会引起冷却时间

32、的差异，而冷却时间差异会引发残留 应力的差异。-产品内的压力(注塑压，补压)差，会以收缩的不均衡分布来呈现。树脂的流动方向和流动直角方向的配向差异引起的收缩率差异，会以残留 应力来呈现。,74,适当的产品检讨,产品设计或模具设计时，为提高置数安定性的检讨事项,材料选定,产品的厚度分布,Gate，Runner的置数和位置,成型条件,均衡冷却设计,75,树脂流动方向引起的配向效果,Adapted from Robert A,Malloy.Plastic Part Design for Injection Molding(1994),76,补强材料上的收缩,Fibers:oriented in fl

33、ow direction 低流动方向的收缩 高流动直角方向的收缩,Hybrid:fibrous reinforcementand mineral filler 低流动方向的收缩 低流动直角方向的收缩,Adapted from Robert A,Malloy.Plastic Part Design for Injection Molding(1994),improvement,77,上下侧冷却差异引起的效果,Adapted from Robert A,Malloy.Plastic Part Design for Injection Molding(1994),78,冷却差异引起的效果(Conne

34、r 效果),Adapted from Robert A,Malloy.Plastic Part Design for Injection Molding(1994),79,产品厚度均衡性别的影响,Adapted from Robert A,Malloy.Plastic Part Design for Injection Molding(1994),80,Cavity压力差异引起的变形,Adapted from Robert A,Malloy.Plastic Part Design for Injection Molding(1994),81,Crack,82,Peeling,Cleavage,

35、83,Burr(Flash),84,Flow Mark,85,Jetting,Leng liao jing,86,Short Shot,Duan liao,87,品质管理主要 Check Point,干燥机温度,遵守适当温度和时间,使用粉碎材料(Scrap),不可使用许可%以上的异种Grade。区分粉碎材料的种类,注塑物的重量管理,注塑物品质管理的基本,外观管理,按外观不良的原因，分别对应措施,注意使用模具洗涤剂,使用树脂别，要注意使用洗涤剂(Thinner等),Gpps hips deng bu xuyao gan zao,Pc 105o 45hs gan zaoXiaolv di wend

36、u dao 120o,88,附録.热加塑性Plastic加工方法介绍,压出成型(Extrusion)压缩成型(Compression Molding)真空成型(Vacuum Foaming/Thermo Foaming)中空成型(Blow Molding)注塑发泡(Injection Thermo Foaming)Gas注塑(Gas Assist Injection)注塑压出成型(Injection Compression Molding)*资料引用:GEPK,压出成型,Pellets,Part,Heating Coils,Screw,Die,Continuous Process,Extrus

37、ion,90,The Profile Extrusion Die,Continuous FlowUniform Cross-Section,Extrusion,91,Extruded Through DieSupported and Cooled by a Stack of Polishing RollsCut and Trimmed Once Below Glass Transition TemperatureSheet May be Used in Thermoforming and Compression Molding,Sheet Extrusion,Extrusion Cutaway

38、View,Die,RollStack,Extrusion,Compression Molding,Softened sheet isplaced in a mold thenpressed into shape bycompressive force.,压缩成型,2,3,1,Soft Sheet,Trimming,Compressive Force,Part,Compression Molding,Thermoforming,Atmospheric Pressure(14.7 psi),Softened Sheet,Mold,Part,Vacuum,真空成型(Vacuum Forming),9

39、5,中空成型(Blow Molding),中空成型(Blow Molding),Pinch Bar,Parison Drop,Pre Blow,Full Pressure,Release,Mold,Part,1,2,3,4,5,中空成型(Blow Molding),97,Injection Molding,Increases the attainable wall thicknessGas expands inside plasticized material to create foam core,SKIN,SKIN,CORE,发泡成型,98,可用于大型产品可进行低压成型High Stiff

40、ness to Weight Ratio,Advantages,Disadvantages,Cycle Time长 外观需要发泡剂Blending,Blowing Agent with Resin,Injection Molding,发泡成型,99,Gas Assist Molded Rib,Injection Molded Rib,Gas Created Cavity,Sink,Injection Molding,Gas Assist Injection Molding,100,Compression,Preset Gap,Injection,ICM Process(注塑压出成型),Sequential ICM,101,Compression,Preset Gap,G,Go,Injection,Selective ICM or Coining,Thinner wall,重量减小,残留应力减小,冲击强度优秀,Advantages,Low warpage,置数安定性,ICM Process(注塑压出成型),