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塑胶注塑成型工艺对产品性能的影响

传统的模具设计和工艺参数设置主要依赖于设计者的经验和技巧,模具设计的合理性只有靠反复的试模和修模,工艺参数的设置也只能靠反复的试模来进行修改,缺乏科学依据,生产周期长,成本高,质量也难以保证。

而对成型过程进行模拟,在模具制造之前就可发现设计中的问题,使模具设计和工艺参数设置建立在科学的分析基础之上,可缩短生产周期,提高制品质量。随着对制品质量要求的提高,对成型过程进行预测己经成为设计不可缺少的环节。因此,建立注塑成型过程熔体在模腔中流动和传热的数学模型,并采用数值仿真方法实现成型过程的模拟具有重要的意义。

由于成型过程的工艺参数直接决定了熔体在模腔中的流动状态,对制品质量有着最直接最深远的影响,因此找到制品成型的最优工艺条件,对成型过程进行工艺控制,是提高塑料制品质量的有效途径。

这是因为,成型过程中,精密的成型机械、合理的模具设计和优良的材料性能只有在合理的成型工艺设置下才能体现出来另一方面,成型机械、模具设计和材料性能的缺陷有时可通过合适的成型工艺设置来弥补。由此可见,注塑成型工艺对制品质量有着至关重要的作用

注塑工艺条件及其影响

1、注塑压力

注射压力指的是在注射过程中螺杆顶部或柱塞对于塑料熔体所加载的压力。它的作用是对于使熔料混合和塑化,螺杆(或柱塞) 必须提供克服固体粒子和熔料在料筒和喷嘴中的流动阻力。使得塑料熔体以一定的速度来充满型腔,在型腔充满熔体后注射压力起到压实的作用。

从而使得塑件致密,并对熔料因冷却而产生的收缩进行补料,从而使塑件保持精确的形状,获得所需要的性能。注射的压力主要由塑料的种类,注塑机的类型,模具的温度,模具结构,塑件的壁厚来决定的,其中浇注系统的尺寸与结构对于注射压力影响很大。

2、保压压力

当熔体充满型腔后,注射压力所起的作用为对于模内的熔体进行压实,此时我们把注射压力也叫做保压压力,在实际生产中,保压压力应该等于或小于注射时所用压力。当保压时的压力与注射时的压力相等时,往往会使塑件的收缩率降低,而且可以保证塑件的稳定性以及塑件的力学性能。

但常常也会伴随着脱模时残余应力的增加,造成塑件脱模困难、使塑件容易产生变形、表面划伤等,也容易使塑件产生飞边,影响表观质量。因此,选择保压压力时需要多方面考虑,慎重选择。

一般来讲,保压压力对制品的质量影响与注射压力的影响相似。大多数塑料的保压压力在注射压力的一之间,而具体保压压力的确定,主要考虑塑件材料的特性及制件的结构,并克服熔体从机筒到模腔的流动阻力,将熔料送入型腔并将之压实。

3、塑化压力

塑化压力是指螺杆顶部熔料在螺杆后退时所受到的压力。它对注射成型的影响主要体现在注射机对物料的塑化效果及其塑化能力方面。一般来讲,增大塑化压力,螺杆后退速度减小,机筒内熔体受到的压力随之增加。于是塑化时剪切作用加强,塑化效果提高。

但须往意的是,增大背压的同时,过高的塑化压力一方面因熔体在螺槽边缘的反流和漏流而减少了塑化量,可能引起计量不足,另一方面会使剪切热过高剪切应力过大,有可能使物料降解,产生气泡或烧伤,影响塑件质量。

4、模具温度

模具温度是指在成型过程中的模腔表面的温度,模具温度影响熔体的充模流动行为、制品的冷却速度和成型后的制品性能等。模温的设定主要取决于熔料的粘度。熔料粘度较低的可以采取低模温注射以缩短冷却时间,提高生产效率。熔料粘度较高的应采用高模温注射成型。

一般说来提高模温可以使制件的冷却速率均匀一致,防止凹痕和裂纹等成型缺陷产生。结晶型塑料的模温控制直接决定了冷却速率,从而进一步决定结晶的速率。模温高时冷却速率小,结晶速率变大,有利于分子的松弛过程,分子取向效应小。模温太高,会延长成型周期和使产品发脆。

模温低,冷却速率大,熔料的流动与结晶同步进行,由于熔料在结晶温度+区间停留时间缩短,不利于晶体的生长,造成产品的分子结晶程度较低,影响其使用性能。此外,模温过低,塑料熔体的流动阻力很大,流速变缓,甚至在充模中凝固妨碍后续进料,使得制件短射,强迫取向大,常造成塑件缺料、凹陷、熔接缝等缺陷。

5、料筒温度

为了保证塑料熔体的正常流动同时又不使其发生变质分解,需要合适的选择料筒温度,平均分子质量大,分子质量分布又较集中的塑料以及玻璃增强塑料都应选择温度较高的料筒温度。料筒温度一般是按前高后低的原则进行排布,但当塑料中含有过多水费时也可适当提高后端温度。

6、喷嘴温度

为了避免熔体在喷嘴处产生流延现象,通常需要使喷嘴温度略低于料筒最高温度,在生产中一般将低速对空注射的情况下,喷出的溶流不带泡,光滑视为温度合适的标准。

7、熔体温度

熔体温度主要取决于机筒和喷嘴两部分的温度,影响物料的塑化和熔体的注射充模。注射温度的提高主要有利于改善熔体的流动性,它与制品的很多特性有关。升高熔体温度,可使塑件内应力、流线方向的冲击强度和挠曲度、拉伸强度等机械力学性能降低,而使垂直于流线方向的冲击强度、流动长度、表面粗糙度等性能有所改善,并可降低制品的后收缩。

从总体上看,提高熔体温度有利于改善充模状况以及在模腔内的传递,降低取向性等,有利于制品的综合性能的提高但过高的温度也不可取。当熔体温度接近注塑温度范围的上限值时,一方面容易产生较多的气体,使塑件产生气泡、空洞、变色、烧焦等,也因过多地改善流动性而产生飞边,影响制品表观质量另一方面,过高的温度会使塑料发生降解作用,使塑件强度降低,失去弹性等,影响使用性能。

8、注射时间

注射时间是控制注射速率的参数之一。注射时间越短,则注射速率越高,注射速率的大小对塑件的性能有很大影响。提高注射速率可使充模压力提高,有利于充模过程,并使充模中的热量散失减少,模腔温度比较均匀,制品均匀而密实。同时可降低制品收缩率,减少塑件芯部取向,增加熔接缝强度。

注射速率的提高有益于制品的综合性能,但过高的注射速率会增加压力损失,降低固化层厚度,提高塑件表层取向性,甚至使熔体发生弹性湍流,使塑件容易形成飞边、表面裂纹等。

经实验证明:过高过低的注射速率都会导致冲击强度的下降。另一方面,过低的注射速率使塑件熔接缝强度下降,总取向作用增大,内应力增高等,影响制品力学性能。

9、保压时间

保压时间和冷却时间的长短也对塑件的质量产生直接影响。缩短保压时间,会使模腔压力降低加快,有可能产生倒流,使塑件产生缩孔、凹陷等缺陷,并影响塑件尺寸的稳定性。

加长保压时间,可提高塑件尺寸的稳定性避免上述缺陷的发生,得到致密的产品。同时会使模腔压力提高,改变由于温度不均而产生的内应力。但会增加脱模难度,有时容易产生表面顶出划伤或将塑件顶弯的现象。

材料塑化时间的长短可影响塑化质量,直接影响产品性能。时间太短了不能使塑化均匀、温度一致,容易产生硬块、银丝等而太长了又会使熔料因螺杆的作用而发生分解、烧伤等,也给产品质量带来不良影响。

10、特殊工艺影响

振动注塑成型,在高的振动压力下,随着振动频率的提高,制品的拉伸性能和缺口冲击强度明显得到提高。除此之外超声工艺的加入也能起到良好的效果。

结论

注塑成型加工工艺条件对塑料制品的表观和力学性能造成影响,每一个工艺条件参数都相互影响并不是独立的,有些制品的缺陷是相互影响的结果。

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