注塑成型工艺知识.ppt
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1、Confidential,注塑成型工艺知识射出厂IE课 张建国,注塑成型工艺知识,1.1 塑料的基本概念1.2 塑料的组成1.3 塑料的分类 章节回顾,3.1 注塑成型工艺过程3.2 注塑成型工艺参数3.3 注塑成型特点 章节回顾,4.1 评价塑件质量的三个指标4.2 造成塑件缺陷的原因4.3 注塑成型常见缺陷原因分析及对策 章节回顾,2.1 塑料的流动性2.2 塑料的收缩性2.3 塑料的结晶性2.4 塑料的热敏性 章节回顾,第一章 注塑成型基本术语,塑料是以合成树脂为主要成分,加入各种能够改善其加工及使用性能的添加剂,在一定温度、压力等条件作用下,能够塑化流动成型制成设计要求的形状,并可在常
2、温常压下保持此形状的一类材料。,塑料的定义,1.1.塑料的基本概念,塑料定义的描述,以合成树脂为主要成分(高分子有机化合物),添加剂:增塑剂、稳定剂、润滑剂、着色剂等,在一定温度、压力下,能够塑化,成型,在常温常压下保持此形状,第一章 注塑成型基本术语,1.2.塑料的组成,1.塑料的组成(一),合成树脂,填充剂,增塑剂,有些树脂的可塑性很低,柔韧性也很差,为了改善其成型加工性能,改进塑料的柔韧性、弹性以及其他各种必要的性能,加入能与树脂相溶的不易挥发的高 沸点的有机化合物即增塑剂。,树脂在塑料中的比例一般为 40%65%,主要作用是联系或粘合塑料中的其他一切成分,并决定塑料的类型和主要性能(如
3、热塑性或热固性、机械、物理、电、化 学性能等)。,填充剂又称填料,主要作用是增量和改性。如用玻璃纤维作为塑料的填充剂,能使塑料的机械强度大幅度提高,另外有的填充剂能使塑料具有导电性、导磁性、导热性等特性。,第一章 注塑成型基本术语,1.2.塑料的组成,2.塑料的组成(二),着色剂,稳定剂,润滑剂,润滑剂是为改善塑料熔体的流动性,减少或避免对设备或模具的摩擦和 粘附,以及改进塑件的表面粗糙度等而加入添加剂。常用的润滑剂有硬脂酸及其盐类。,着色剂又称色料,主要是起美观和装饰作用,有的着色剂还具有防止光老化,提高塑料的稳定性等作用。常用的着色剂有有机颜料、无机颜料和染料等。,凡能阻缓塑料变质的物质称
4、为稳定剂,分光稳定剂热稳定剂抗氧剂 等。常用的稳定剂有硬脂酸盐、铅的化合物及环氧化合物等。,第一章 注塑成型基本术语,1.3.塑料的分类,1按塑料受热时的行为分类,热塑性 塑料,这类塑料加热时变软以至流动,冷却时却固化定型,这种过程是可逆的,可以反复进行。简单地说,热塑性塑料是由可以多次反复加热而仍具有可塑性的合成树脂制得的塑料。,常见的热塑性塑料如聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚苯乙烯(PS)、聚氯乙烯(PVC)、ABS 塑料、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA,又称有机玻璃)、聚酰胺(PA,俗称尼龙)、聚碳酸酯(PC)、聚甲醛(POM)、聚苯醚(PPO)、聚砜(PSU)、聚四氟乙 烯(PTFE)
5、、氯化聚醚(CPT)等。,第一章 注塑成型基本术语,1.3.塑料的分类,1按塑料受热时的行为分类,热固性 塑料,这类塑料第一次加热时可以软化流动,加热到一定温度,产生化学 交联反应固化而变硬,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。简而言之,热固性塑料是由加热硬化的合成树脂制得的塑料。,常见的热固性塑料有:酚醛 塑料(PF)、氨基塑料(MF)、环氧塑料(EP)等。,第一章 注塑成型基本术语,1.3.塑料的分类,2按塑料的性能和应用范围分类,通用 塑料,通用塑料是指生产量大、货源广、价格低,适于大量应用的塑料。,聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯、酚醛塑料和氨基塑料合称六大通用
6、塑料。它们的产量占塑料总产量的 75%以上,构成了塑料工业的主体。,第一章 注塑成型基本术语,1.3.塑料的分类,2按塑料的性能和应用范围分类,工程 塑料,工程塑料是指那些具有突出力学性能、耐热性,或优异耐化学试剂、耐溶剂性,或在变化的环境条件下可保持良好绝缘介电性能的塑料,它在工程技术中常用作结构材料,如代替一些金属材料用于制造结构零部件和传动结构零部件。工程塑料与通用塑料相比生产批量小,价格也较昂贵,用途范围相对狭窄,一般都是按某些特殊用途生 产一定批量的材料。,常用的工程塑料主要包括聚酰胺(PA)、聚碳酸酯(PC)、聚甲醛(POM)、聚苯醚(PPO)、聚砜(PSU)、ABS、聚四氟乙烯(
7、PTFE)等。,第一章 注塑成型基本术语,1.3.塑料的分类,2按塑料的性能和应用范围分类,特种 塑料,具有某种特殊性能,适于某种特殊用途的塑料,例如用于导电、导磁、感光、防辐射、专用于摩擦磨损用途等塑料。,如氟塑料、聚酰亚胺塑料、有机硅树脂、环氧树脂等。这类塑料产量小、价格高,但性能优异。,章节回顾,1.定义中从哪四方面描述塑料的?,2.常用塑料中有哪些成分组成的?,3.按塑料受热行为分哪两种塑料?,4.按塑料的性能和应用范围分哪几类?,第二章 注塑成型工艺特性,2.1.塑料的流动性,塑料的 流动性,所有塑料都是在熔融塑化状态下成型加工的,塑料在成型条件下充满模腔的能力称为 塑料的流动性。流
8、动性好的塑料容易充满复杂的模腔,获得精确的形状。,热塑性塑料的流动性常用熔体流动速率指数,简称熔融指数来表示。熔融指数是指塑料在规定温度下熔融,并在规定压力下从一个规定直径(2.09 mm)和长度的仪器的口模中 10 min 内挤出的塑料质量数。熔融指数的单位为 g/10 min,通常以 MI 代表。熔融指数数值愈大,材料流动性愈好。,1塑料流动性的概念,第二章 注塑成型工艺特性,2.1.塑料的流动性,2影响塑料流动性的因素,塑料品种,模具结构,成型参数,成型压力增大,流动性也增大;料温高,则流动性增大。但不同塑料各有差异。对于热固性塑料要在低于硬化温度的条件下,提高成型温度等来提高塑料 的流
9、动性。,不同品种的塑料,其流动性各不相同。根据流动性分为三类:流动性好的如尼龙、聚乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯等;流动性中等的如改性聚苯乙烯、ABS、聚甲基丙烯酸甲酯、聚甲醛等;流动性差的如聚碳酸酯、硬聚氯乙烯、聚苯醚、聚砜等。,模具成型表面光滑,型腔形状简单的有利于改善流动性。另外浇注系 统的形式、尺寸、布置,冷却系统的设计,融料的流动阻力等因素都直接影响融料的流动 性。,第二章 注塑成型工艺特性,2.2.塑料的收缩性,塑料的 收缩性,塑料制品在模具中经冷却定型或固化变硬获得确定形状从模具中脱出后,尺寸发生缩 小变化的性质称为收缩性。,收缩性的大小以单位长度塑件收缩量的百分数表示,称为收缩率。收缩
10、率可以按照下面的公式计算:S=(LM-LS)/LM*100%S收缩率();LM模具成型尺寸(mm);LS收缩后塑件的相应尺寸(mm),1塑料收缩性的概念,第二章 注塑成型工艺特性,2.2.塑料的收缩性,2影响成型时收缩率波动的因素,塑料品种,成型工艺参数,热塑性塑料的收缩率一般大于热固性塑料,结晶型塑料大于非结晶型塑料。,工艺参数中影响最大的因素是成型压力,提高压力可以使塑料压 得更密实,使收缩率减小。提高熔体温度会使熔体比容增大,收缩大,但方向性小。提高 模温,一般会使收缩率增大,特别是结晶型塑料。在一定范围内延长保压时间,可以使收 缩率减小,但延长保压至超过浇口封闭所相应的时间,对收缩率就
11、不再有影响了。,第二章 注塑成型工艺特性,2.2.塑料的收缩性,2影响成型时收缩率波动的因素(续),塑件结构,模具结构,塑件厚度增大,收缩率增大;形状复杂塑件的收缩小于形状简单塑件 的收缩;加强筋、孔、凸台和雕刻等形状具有收缩抗力,因而这些部位的收缩率较小。,主要的影响因素是浇口位置、浇口横截面大小、浇口数量等。采用直 接浇口和大截面的浇口,可减小收缩,但方向性强;浇口宽且短,则方向性小;距浇口近 的或与料流方向垂直的部位收缩大。,第二章 注塑成型工艺特性,2.3.塑料的结晶性,塑料的 结晶性,热塑性塑料按其冷凝时无出现结晶现象可划分为结晶型塑料与非结晶型(又称无定形)塑料两大类。结晶型塑料有
12、PE、PP、PA、POM、PET、PBT等,非结晶型塑料有ABS、PC、PVC、PS、PMMA、AS等。,所谓结晶现象即为塑料由熔融状态到冷凝时,分子由独立移动,完全无次序状态,变成分子停止自由运动,按略微固定的位置,并有一个使分子排列成为正规模型的倾向的一种现象(产生几何结构)。,1塑料结晶性的概念,大部分聚合物都会有某种程度的结晶部分,我们把结晶部分的含有率称为结晶度(用%表示);结晶度高的聚合物其强度增加、体积减小。,第二章 注塑成型工艺特性,2.3.塑料的结晶性,2结晶型塑料在成型时的特点,(3)熔态与固态的比重差大,成形收缩大,易发生缩孔、气孔;要注意保压压力的设定;,(1)料温上升
13、到成形温度所需的热量多,要用塑化能力大的设备;,(2)冷凝时放出热量大,要充分冷却,高模温时要注意对冷却时间的控制;,(4)冷却快则结晶度低,收缩小,透明度高;结晶度与塑件壁厚有关,壁厚冷却慢结晶度高,收缩大,物性好。所以结晶性料应按要求必须控模温,模具水路应尽可能多,保证成型时模具温度均匀;,第二章 注塑成型工艺特性,2.3.塑料的结晶性,2结晶性塑料在成型时的特点(续),(5)各向异性显著,内应力大。脱模后未结晶化的分子有继续结晶化倾向,处于能量不平衡状态,易发生变形,翘曲;模具设计中要注意浇口位置和大小以及加强筋位置和大小,而后要靠成型工艺去改善是相当难。,(6)结晶性较好的聚合物,如P
14、A尼龙系列,因其结晶化的进行而产生体积收缩,引起较大的收缩率,进而影响其塑件的尺寸稳定性。因此必须设法在成型时尽可能使其结晶度在固有结晶度,以防止后收缩引起塑件尺寸稳定性下降。,第二章 注塑成型工艺特性,2.4.塑料的热敏性,塑料的 热敏性,热敏性是指塑料对热降解的敏感性。系指某些塑料对热较为敏感,在高温下受热时间较长或进料口截面过小,剪切作用大时,料温增高易发生变色、降聚,分解的倾向,具有这种特性的塑料称为热敏性塑料。,如硬聚氯乙烯、聚偏氯乙烯、醋酸乙烯共聚物,聚甲醛,聚三氟氯乙烯等。热敏性塑料在分解时产生单体、气体、固体等副产物,特别是有的分解气体对人体、设备、模具都有刺激、腐蚀作用或毒性
15、;,模具设计、选择注射机及成形时都应注意,应选用螺杆式注射机,浇注系统截面宜大,模具和料筒应镀铬,不得有死角滞料,必须严格控制成形温度、塑料中加入稳定剂,减弱热敏性能。,章节回顾,1.影响塑料流动性的因素有哪些?,2.影响成型时收缩率波动的因素?,3.结晶性塑料在成型时的有哪些特点?,4.热敏性塑料的注射成型时注意什么?,第三章 注塑成型工艺技术,3.1.注塑成型工艺过程,概述,塑料注塑成型,又称注射成型,使塑料粒子在加热机筒中均匀塑化而后由柱塞或移动螺杆推挤到闭合模具的模腔中冷却成型;是目前塑料加工中最普遍采用的方法之一,注塑成型生产效率高、易于实现机械化和自动化、并能制造外形复杂、尺寸精确
16、的塑料制品,大约 60%70%的塑 料制件用此方法生产。,概述,一个完整的注塑成型工艺过程应包括成型前的准备、注塑成型过程、塑件的后处理三 个过程。,第三章 注塑成型工艺技术,3.1.注塑成型工艺过程,1成型前的准备,(2)对料筒进行清洗或拆换;,(1)检验塑料原料的色泽、颗粒大小、均匀性等;测定塑料的工艺性能;如果来料是粉料,则有时还需要对其进行染色和造粒;对易吸湿的塑料进行充分的干燥和预热;,(3)塑件带有金属嵌件时,应对嵌件进行预热,防止嵌件周围产生过大的内应力;,(4)脱模困难的塑件,要选择合适的脱模剂;常用的脱模剂有硬脂酸锌、液体石蜡、硅油等。,第三章 注塑成型工艺技术,3.1.注塑
17、成型工艺过程,2注塑成型过程,首先将准备好的塑料加入注塑机的料斗,然后送进加热的料筒中,经过加热熔融塑化成粘流态塑料,在注塑机的柱塞或螺杆的高压推动下经喷嘴压入模具型腔,塑料充满型腔后,需要保压一定时间,使塑件在 型腔中冷却、硬化、定型,压力撤消后开模,并利用 注塑机的顶出机构使塑件脱模,最后取出塑件;,注塑成 型过程包括加料、塑化、注射、脱模等几个步骤,注射过程均可分为充模、保压、倒流、浇口冻结后的冷却四个阶段。,注塑成型过程包括合模和锁模、注射系统前移和注射及保压、制品冷却定型和预塑化计量、开模和取出制品等几个步骤,循环进行;,第三章 注塑成型工艺技术,3.1.注塑成型工艺过程,浇口冻结后
18、冷却阶段,继续保持施压状态,料筒内 的熔料会向模具型腔内继续流入进行补缩,以形成形状完整而致密的塑件;,注射过程的四个阶段,倒流阶段,保压阶段,螺杆开始后退保压结束时开始的,这时型腔内的压力比流道内的高,会发生塑料熔体的倒流,从而使型腔内的压力迅速下降,直到浇口处熔料冻结倒流才结束;,这一阶段型腔内塑料继续进行冷却,没有塑料从浇口处流进或流出,但型腔内还可能有少量的流动;这一阶段也是注塑机同时在进行塑化计量。,从柱塞或螺杆开始向前移动起,到塑料熔体经过喷嘴及模具浇注系统充满 型腔时为止;,充模阶段,第三章 注塑成型工艺技术,3.1.注塑成型工艺过程,3塑件的后处理,为改善和提高塑件的性能和尺寸
19、稳定性,塑件经脱模或机械加工后应进行适当的后处 理。后处理主要是指退火和调湿处理。,后处理 目的,(1)退火处理,(2)调湿处理,调湿处理是将刚脱模的塑件放在热水中隔绝空气进行防止氧化的退 火,同时加快达到吸湿平衡的一种后处理方法。目的是使塑件的颜色、性能、尺寸得到稳定。聚酰胺类塑料制件通常需要进行调湿处理。,退火处理是将塑料制件放在定温的加热液体介质中(如热水、热的矿物油、乙二醇和液体石蜡)或热空气循环烘箱中静置一段时间,然后缓慢冷却的过 程。目的是减少或消除塑件的内应力。,第三章 注塑成型工艺技术,3.2.注塑成型工艺参数,温度,料筒温度喷嘴温度模具温度,压力,时间,1,2,3,塑化压力
20、注射压力,注射时间 其他辅助时间,第三章 注塑成型工艺技术,3.2.注塑成型工艺参数,1温度-料筒温度,(1)料筒温度,料筒温度应控制在塑料的粘流温度T f(对于结晶型塑料为熔点T m)和热分解温度T d 之间。料筒温度直接影响到塑料熔体充模过程和塑件的质量。,料筒温度高,有利于注射压力向模具型腔内传递;另外,使熔体粘度降低,提高流动性,从而改善成型性能,提高生产率,降低制品表面粗糙度。但料筒温度过高,时间过长时,塑料的热降解量增大,塑件的质量会受到很大影响。,第三章 注塑成型工艺技术,3.2.注塑成型工艺参数,1温度-料筒温度,塑件及模具结构特点 薄壁塑件的型腔比较狭窄,塑料熔体注入时的阻力
21、大,冷却快。料筒温度应选择高一些,反之则低一些。对于形状复杂或带有嵌件的制件,或者熔体充模流程曲折较多或较长时,料筒温度也应选择高一些。,注塑机类型 螺杆式注塑机螺杆转动时的剪切作用能获得较大的摩擦热,促进塑料的塑化,因而料筒温度选择比柱塞式注塑机低 1020。,塑料的特性 热敏性塑料如聚甲醛、聚氯乙烯等要严格控制料筒的最高温度和在料筒中的停留时间;玻璃纤维增强的热塑性塑料由于流动性差而要适当提高料筒温度;对于热固性塑料,为防止熔体在料筒内发生早期硬化,料筒温度倾向于取小值。,选择料筒温度时,应考虑以下几方面的影响因素:,第三章 注塑成型工艺技术,3.2.注塑成型工艺参数,1温度 喷嘴温度,(
22、2)喷嘴温度,选择喷嘴温度时,考虑到塑料熔体与喷孔之间的摩擦热能使熔体经过 喷嘴后出现很高的温升,为防止熔体在直通式喷嘴可能发生的流涎现象,通常喷嘴温度 略低于料筒的最高温度。,但对于热固性塑料一般都将喷嘴温度的取值高于料筒温度,这样 一方面使其自身具有良好的流动性,另一方面又能接近硬化温度的临界值,即保证了注射 成型,又有利于硬化定型。,料筒温度和喷嘴温度主要影响塑料的塑化和流动,由于其影响因素很多,一般都在成 型前通过对空注射法或塑件的直观分析法来进行调整,以便从中确定最佳的料筒,第三章 注塑成型工艺技术,3.2.注塑成型工艺参数,1温度 模具温度,(3)模具温度,模具温度主要影响塑料在型
23、腔内的流动和冷却,它的高低决定于塑料的结晶性、塑件的尺寸与结构、性能要求以及其他工艺条件(熔料温度、注射压力及注射 速度、成型周期等)。,如对于熔体粘度高的非结晶型塑料应采用较高的模温;塑件壁厚大时 模温一般要高,以减小内应力和防止塑件出现凹陷等缺陷。对于热固性塑料模温一般较高,通常控制在 150220度范围,另外动模温度有时还需要比定模高出 1015,这样会更有利于塑件硬化定型。,对于要求模具温度较低的塑料,如聚乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯、ABS 塑料、聚氯乙烯等应在模具上设冷却装置;对模具温度要求较高的塑料,如聚碳酸脂、聚砜、聚甲醛、聚苯醚等应在模具上设加热系统。,第三章 注塑成型工艺技术,3
24、.2.注塑成型工艺参数,2压力 塑化压力,(1)塑化压力,塑化压力又称背压,是注塑机螺杆顶部熔体在螺杆转动后退时受到的压力。增加塑化压力能提高熔体温度,并使温度分布均匀,但增加塑化压力会降低塑化速率、延长成型周期,甚至可能导致塑料的降解。,一般操作中,塑化压力应在保证塑件质量的前 提下越低越好,具体数值随所选用的塑料品种而变化,通常很少超过6MPa。如聚酰胺塑化压力必须较低,否则塑化速率将很快降低。,注射热固性塑料时一般塑化压力都比热塑性 塑料取的小,约为 3.4 5.2 MPa,并在螺杆启动时可以接近于零。但要注意的是,背压力 如果过小,物料易充入空气,使计量不准确,塑化不均匀。,第三章 注
25、塑成型工艺技术,3.2.注塑成型工艺参数,2压力 注射压力,(2)注射压力,注射压力是指柱塞或螺杆头部注射时对塑料熔体所施加的压力。它的 作用:一是克服塑料熔体从料筒流向型腔时的阻力,保证一定的充模速率;二是对塑料熔 体进行压实。,注射压力的大小,取决于塑料品种、注射机类型、模具浇注系统的结构、尺 寸与表面粗糙度、模具温度、塑件的壁厚及流程大小等多种因素,近年来,采用注塑流动模拟的计算机分析软件,可对注射压力进行优化设计。,第三章 注塑成型工艺技术,3.2.注塑成型工艺参数,2压力 注射压力,在其他条件相同的情况下,柱塞式注塑机作用的注塑压力应比螺杆式的大,因为 塑料在柱塞式注塑机料筒内的压力
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