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如何优化注塑成型工艺?

日期: 2018-01-29
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注塑设备的进一步发展和制品质量要求的不断提高,都对注射成型工艺提出了更高的要求。正确选择注射设备,并合理地设定成型工艺、优化工艺条件,是提高制品质量的关键。


正确选择注塑机 


注塑机的性能直接影响注塑制品的质量,不同规格及性能要求的注塑机,价格也会相差很多。 


注塑机规格选择 


在选择注塑机规格时,首先要考虑到生产模具的状况,因为同一台注塑机往往要满足大小不同的多副模具生产,应根据制件重量、模具尺寸等来确定注塑机规格,即注塑机最大锁模力和最大注射量,然後根据注塑机厂商所提供的规格型号选择合适的机型。大部分厂商都提供客制化服务,这给选购注塑机提供了极大的方便;其次要考虑是否需要一些特殊配置,如生产PA、PC等材料时需选用专用螺杆,成型带有进抽芯或脱螺纹的模具时需配备相应的装置;再次,要根据模具结构、产品质量等方面的因素来确定是否需要选用一些具有特殊功能的注塑机,如成型薄壁长流动制品(一般指L/D﹥300)时,需选用高注射速度注塑机,精密电子配件需选用精密全闭环控制注塑机等。 


锁模力设定 


理论上,锁模力可按下式进行计算﹕ 


Fcm>=K × P平均 × A制品×10 


式中﹕Fcm–锁模力,(KN) 
K–安全系数,一般取1-1.2 
P平均–模腔平均压力(MPa) 
A制品–制品在模具分型面上的最大投影面积(cm2) 

在实际生产中,锁模力的调整还应考虑模具在生产中受热膨胀所产生的影响,一般应留有0.1-0.2mm的余量;锁模力的设定原则是在保证产品质量的前提下以低锁模力为宜。 


注塑工艺参数设定 


料筒温度、模具温度 根据不同塑料材料的性能来设定螺杆料筒温度,料筒设定温度一般高於塑料熔点10℃-30℃。必须注意,不同厂商所提供的材料因合成方法或添加助剂类型的不同,它们的熔点和在料筒中允许停留时间也会有差异。如下页表1,对Solutia公司的PA66(牌号为21SPC)和Rhodia公司的PA66(牌号为25AE1),它们的熔点和各温度下允许停留时间进行对比。 


模具温度在设定时一般使用循环水冷却,但在生产精密尺寸或表面质量要求较高的制品时,应根据工艺要求使用能够进行准确控制的模温机。


表1 不同牌号PA66熔点及允许停留时间对比 
如何优化注塑成型工艺?


注射保压时间、冷却时间 


注射时间、保压时间和冷却时间须根据产品厚度、模具温度、材料性能等进行设定。注射时间设定一般以略大於螺杆完成注射行程移动的时间即可,过长的注射时间不但会产生机械磨损、能耗增加等负面影响,同时也会延长成型周期。保压时间设定根据产品厚度来设定,薄壁产品在成型时可不用保压时间;在设定保压时间时,只要产品表面无明显凹陷即可,也可用称重法来确定,逐步延长保压时间直至产品质量不再变化的时间即可定为最佳保压时间。冷却时间同样需根据产品厚度、模具温度、材料性能来确定,一般无定型聚合物所需冷却时间要比结晶型聚合物时间长。


注射压力、速度 


注射压力设定要遵循宜低不宜高的原则,只要能提供足够动力达到所要求的注射速度、使熔体能够顺利充满型腔即可,过高的压力容易使制品内产生内应力;但在成型尺寸精度较高的制品时,为防止产品收缩过度,可以采用高压力注射以减少制品脱模後的收缩。 


注射速度会影响产品的外观质量,其设定应根据模具的几何结构、排气状况等进行设定,一般在保证良好的外观前提下,尽量提高注射速度,以减少充填时间。在注射成型中,熔体在模具内流动时,模壁会形成固化层,因而降低了可流动通道的厚度,一般根据模具结构和注射速度不同,模壁会有0.2mm左右的固化层。因此成型中通常采用较快的注射速度。 


注射行程、多级注射参数 


在成型中,首先须确定注射行程,理论上,注射行程可按下式计算﹕ 


S1=4(CVp+Va)/ρDs2 

式中﹕S1­–注射行程 Vp–产品体积 
ρ–树脂密度 C–型腔数目 
Va–浇口体积 Ds–螺杆直径 

在实际生产中,若已知“产品+浇口”的总重量,则可用下式来计算注射行程﹕ 

S1=(M/Mmax)·Smax+(5~10)mm 

式中﹕ S1---注射行程,mm 
M–“产品+浇口”总重量,g 
Mmax–注塑机最大注射量,g 
Smax–注塑机最大注射行程,mm 

由於浇道系统及模具各部位几何形状不同,为满足产品质量要求,在不同部位对充模熔体的流动状态(主要指流动时压力、速度)有不同要求。在一个注射过程中,螺杆向模具推进熔体时,要求实现在不同的位置上有不同的压力和速度,称之为多级注射成型。


一般塑件在成型时至少设定三段或四段以上注射才是比较科学的,即主流道处为第一段,分流道至浇口处为第二段,产品充满型腔约90%为第三段,剩余部分为第四段,可用计算重量法来确定各段的切换位置点;实际生产中,应根据产品质量要求、流道结构、模具排气状况等对多级注射工艺参数进行科学分析,合理设定。


通常可采用调试观察法进行设定,将注射时所需找切换位置点的压力/速度设定为0,观察熔体的走向位置及产品缺陷状况,逐步进行调整,直至找出合理的位置点。但在调试观察的过程中必须注意欠注产品的脱模状况,以免在模具某些凹陷部位因欠注而发生粘模。 


其它工艺参数 


在注射成型中,除了成型温度、压力、速度、时间、多级注射切换位置等几个主要参数的设定以外,还有许多其它的工艺参数,如背压、螺杆转速、螺杆倒索防流延以及其它各动作参数设定等,也不能忽视其设定。 


工艺参数设定实例 


以生产尼龙束线带产品为例,产品质量要求﹕产品达到规定拉力标准;表面无银丝、气泡、缩痕等各类不良现象;成型後产品束紧性良好,无松脱现象。使用材料为PA66;注塑成型机为JSW1000-EⅡ-SP,模具结构为热流道式,浇口型式为点浇口。 


首先根据产品特点以及模具结构来确定工艺参数设定原则﹕

(1)因产品流动长度较长,L/t(流程与壁厚比)为511,应选择高速注射成型;

(2)浇口型式为点浇口,须使用较高压力以克服流动时的阻力;

(3)为保证产品能顺利充模,熔料必须有良好的流动性,成型温度应适当偏高;

(4)高压高速注射至未端时容易产生飞边,成型机必须有低惯性压力、速度切换;

(5)因产品壁厚较小,可不使用保压;制定各主要成型工艺参数见表2。


表2 束带产品成型工艺参数 
如何优化注塑成型工艺?


拟定注射工艺参数必须了解设备性能、模具结构、成型材料及产品质量要求等方面的信息,科学合理地设定各成型参数。


首先要根据产品成型状况逐步进行工艺参数的调整,正确的调整顺序为压力→速度→温度。每次更改参数时,输入的参数已为电脑所确认後再进行下一个参数更改,应避免同时更改两个以上参数;其次在产品进入稳定生产中,须尽量保持各参数的稳定,应作详细记录,若变更幅度过大时,应及时查找原因。另外,每次模具上线时成型工艺须尽量固定,便於成品质量控制。


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明年3月25-27日

上海光大会展中心

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