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浇口冻结后的冷却是从浇口的塑料完全冻结时开始,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。应该指出,塑料从注入型腔后即被冷却,直至脱模时为止。
脱模是塑件冷却到一定温度后开模,在推出机构的作用下将塑料制件推出模外的过程。
2、塑件的后处理
为改善和提高塑件的性能和尺寸稳定性,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。
(1)退火处理 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、甘油、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。
(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。
2.2.2 注塑成型工艺参数 1、温度
在注塑成型时需控制的温度有料筒温度、喷嘴温度、模具温度等。
(1)料筒温度 料筒温度应控制在塑料的粘流温度Tf(对结晶型塑料为熔点Tm)和热分解温度Td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。
(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。
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(3)模具温度 模具温度主要影响塑料在型腔内的流动和冷却,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。对于热固性塑料模具温度一般较高,通常控制在150~220 ℃度范围,另外动模温度有时还需要比定模高出10~15 ℃,这样会更有利于塑件硬化定型。
模具温度根据不同塑料的成型条件,通过模具的冷却(或加热)系统控制。 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。 2、压力
注塑成型过程中的压力包括塑化压力和注射压力两种。
(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6 MPa。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。
(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。总的来说,确定注射压力的原则是:
① 对于热塑性塑料,注射压力一般在40~130 MPa之间。熔体粘度高,冷却速度快的塑料以及成型薄壁和长流程的塑件,采用高压注射有利于充满型腔;成型玻
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璃纤维增强塑料时采用高压注射有利于塑件表面光洁。其他均应选用低压慢速注射为宜。但要提醒的是,如果注射压力过高,塑件易产生飞边使脱模困难,另外使塑件产生较大的内应力,甚至成为废品。注射压力过低则易产生物料充不满型腔,甚至根本不能成型等现象。
② 对于热固性塑料,由于熔料中填料较多,粘度较大,且在注射过程中对熔体有温升要求,注射压力一般要选择大一些,常用范围约为100~170 MPa。 ③ 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损失比螺杆式的大。
为了保证塑件的质量,对注射速度(熔融塑料在喷嘴处的喷出速度)常有一定的要求。一般高压注射时注射速度高,低压注射时速度低。塑件的壁厚对注射速度取值的影响很大,一般厚壁塑件采用较低的注射速度,反之则相反。
型腔充满后,注射压力的作用在于对模内熔料的压实。在生产中,压实时的压力等于或小于注射时所用的注射压力。如果注射和压实的压力相等,往往可使塑件的收缩率减小,尺寸波动较小,但会造成脱模时的残余应力较大,成型周期过长。对结晶型塑料如聚甲醛,压实压力大可以提高塑料的熔点,使脱模提前进行,因而成型周期不一定增长。如压实压力小于注射压力,则塑件的性能及脱模与上述情况相反。
3、时间(成型周期)
完成一次注塑过程所需的时间称为注塑成型周期。它包括以下几部分: (1)注射时间 注射时间包括充模时间、保压时间和合模冷却时间。其中保压时间和冷却时间合计为总的冷却时间。充模时间直接反比于充模速率,生产中约为3~5 s。保压时间就是对塑料的压实时间,在整个注射时间中所占比例较大,约为20~120 s。冷却时间以保证塑件脱模时不引起变形为原则,一般约为30~120 s。生产中注射时间一般在0.5~2min,厚大件可达5~10 min。
(2)其他时间(辅助时间)包括开模、脱模、涂脱模剂、安放嵌件、合模等时间。
成型周期直接影响劳动生产率和设备的利用率,因此,在生产中,在保证塑件质量的前提下,应尽量缩短成型周期中各阶段的时间。其中,注射时间和冷却时间
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对塑件质量起着决定性的作用,要根据实际情况合理选择。
(3)常用塑料的注塑成型工艺参数见表2-3。
表2-3 常用塑料的注塑工艺条件
塑 料 品 种 聚乙烯 硬聚氯乙烯 聚丙烯 聚苯乙烯 聚甲醛 注射温度/℃ 180~280 150~200 200~260 160~215 180~250 注射压力/MPa 49~98.1 78.5~196.1 68.7~117.7 49.0~98.1 58.8~137.3 68.7~117.7 54.9~172.6 78.5~137.3 成形收缩率/% 1.5~3.5 0.1~0.5 1.0~2.0 0.4~0.7 1.5~3.5 1.5~2.2 0.3~0.8 0.5~0.8 聚酰胺(尼龙66) 240~350 ABS 聚碳酸酯 2.2.3 注塑成型特点
236~260 250~300 注塑成型是塑料模塑成型的一种重要方法,生产中已广泛应用。它具有以下几方面的特点:
1、成型周期短,能一次成型外形复杂、尺寸精确、带有金属或非金属嵌件的塑件。
2、对成型各种塑料的适应性强。目前,除氟塑料外,几乎所有的热塑性塑料都可用此种方法成型,某些热固性塑料也可采用注塑成型。
3、生产效率高,易于实现自动化生产。
4、注塑成型所需设备昂贵,模具结构比较复杂,制造成本高,所以注塑成型特别适合大批量生产。
2.3 注塑成型设备
注塑机是利用塑料成型模具将热塑性塑料或热固性塑料原料制成塑料制件的注射成型设备,也是应用最广的塑料成型设备。
2.3.1注塑机结构组成
注射成型机通常由注射装置、合模装置、液压传动系统、电器控制系统等组成,如图2-2所示。注射装置使塑料均匀地塑化成熔融状态,并以足够的速度和压力将一
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定量的熔料注射进模具型腔。合模装置也称锁模装置,保证注射模具可靠地闭合,实现模具开、合动作以及顶出制件。液压和电器控制系统保证注射机按预定工艺过程的要求(如压力、温度、速度和时间)和动作程序准确有效工作。
图2-2 注塑机的基本组成 1-合模装置 2-注射装置 3-液压传动系统 4-电器控制系统 2.3.2 注塑机的工作过程 1、合模与锁紧
注射成型机的成型周期一般从模具开始闭合时算起。模具首先以低压快速进行闭合,当动模与定模很接近时,合模的动力系统自动切换成低压(即试合模压力)、低速,在确认模内无异物存在时,再切换成高压低速而将模具锁紧。
2、注射装置前移
在确认模具达到所要求的锁紧程度后,注射液压缸工作,使注射装置前移,保证喷嘴与模具主浇套入口以一定的压力贴合,为注射阶段做好准备。
3、注射与保压
完成上述两个工作过程后,便可向注射液压缸接入压力油。于是与液压缸活塞杆相接的螺杆,便以高压高速将头部的熔料注入模腔,并将模腔中的气体从模具分型面驱赶出去。此时螺杆头部作用于熔料上的压力为注射压力,又称一次压力。注入模腔的熔料由于低温模具的冷却作用而产生收缩,为了生产出质量致密的制件,还需对熔料保持一定的压力以进行补缩,直到浇注系统的塑料冻结为止。此时,螺杆作用于熔料的压力称为保压压力,又称二次压力。保压时,螺杆因补缩会有少量的前移。
4、制件冷却与预塑化
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