注塑速度的比例控制已经被注塑机制造商广泛采用。虽然电脑控制注塑速度分段控制系统早已存在,但由于相关的资料有限,这种机器设置的优势很少得到发挥。本文将系统的说明应用多段速度注塑的优点,并概括地介绍其在消除短射、困气、缩水等制品缺陷上的用途。射胶速度与制品质量的密切关系使它成为注塑成型的关键参数。通过确定填充速度分段的开始、中间、终了, 并实现一个设置点到另一个设置点的光滑过渡,可以保证稳定的熔体表面速度以制造出期望的分子取问及最小的内应力。我们建议采用以下这种速度分段原则:1)流体表面的速度应该是常数。2)应采用快速射胶防止射胶过程中熔体冻结。3)射胶速度设置应考虑到在临界区域(如流道)快速充填的同时在入水口位减慢速度。4)射胶速度应该保证模腔填满后立即停止以防止出现过填充、飞边及残余应力。设定速度分段的依据必须考虑到模具的几何形状、其它流
动限制和不稳定因素。速度的设定必须对注塑工艺和材料知识有较清楚的认识,否则,制品品质将难以控制。因为熔体流速难以直接测量,可以通过测量螺杆前进速度,或型腔压力间接推算出(确定止逆阀没有泄漏)。材料特性是非常重要的,因为聚合物可能由于应力不同而降解,增加模塑温度可能导致剧烈氧化和化学结构的降解,但同时由剪切引起的降解变小,因为高温降低了材料的粘度,减少了剪切应力。无疑,多段射胶速度对成型诸如PC、POM、UPVC 等对热敏感的材料及它们的调配料很有帮助。模具的几何形状也是决定因素:薄壁处需要最大的注射速度;厚壁零件需要慢—快—慢型速度曲线以避免出现缺陷;为了保证零件质量符合标准,注塑速度设置应保证熔体前锋流速不变。熔体流动速度是非常重要的,因为它会影响零件中的分子排列方向及表面状态;当熔体前方到达交叉区域结构时,应该减速;对于辐射状扩散的复杂模具,
应保证熔体通过量均衡地增加;长流道必须快速填充以减少熔体前锋的冷却,但注射高粘度的材料,如PC是例外情况,因为太快的速度会将冷料通过入水口带入型腔。调整注塑速度可以帮助消除由于在入水口位出现的流动放慢而引起的缺陷。当熔体经过射嘴和流道到达入水口时,熔体前锋的表面可能已经冷却凝固,或者由于流道突然变窄而造成熔体的停滞,直到建立起足够的压力推动熔体穿过入水口,这就会使通过入水口的压力出现峰形。高压将损伤材料并造成诸如流痕和入水口烧焦等表面缺陷,这种情况可以通过刚好在入水口前减速的方法克服上述缺陷。这种减速可以防止入水口位的过度剪切,然后再将射速提高到原来的数值。因为精确控制射速在入水口位减慢是非常困难的,所以在流道末段减速是一个较好的方案。我们可以通过控制末段射胶速度来避免或减少诸如飞边、烧焦、困气等缺陷。填充末段减速可以防止型腔过度填充,
避免出现飞边及减少残余应力。由于模具流径末端排气不良或填充问题引起的困气,也可以通过降低排气速度,特别是射胶末段的排气速度加以解决。短射是由于入水口处的速度过慢或熔体凝固造成的局部流动受阻等原因产生的。在刚刚通过入水口或局部流动阻碍时加快射胶速度可以解决这个问题。流痕、入水口烧焦、分子破裂、脱层、剥落等发生在热敏性材料上的缺陷是由于通过入水口时的过度剪切造成的。光滑的制件取决于注塑速度,玻璃纤维填充材料尤其敏感,特别是尼龙。暗斑(波浪纹)是由于粘度变化造成的流动不稳定引起的。扭曲的流动能导致波浪纹或不均匀的雾状,究竟产生何种缺陷取决于流动不稳定的程度。当熔体通过入水口时高速注射会导致高剪切,热敏性塑料将出现烧焦,这种烧焦的材料会穿过型腔,到达流动前锋,呈现在零件表面。为了防止射纹,射胶速度设置必须保证快速填充流道区域然后
慢速通过入水口。找出这个速度转换点是问题的本质。如果太早,填充时间会过度增加,如果太迟,过大的流动惯性将导致射纹的出现。熔体粘度越低,料筒温度越高则这种射纹出现的趋势越明显。由于小入水口需要高速高压注射,所以也是导致流动缺陷的重要因素。缩水可以通过更有效的压力传递,更小的压力降得以改善。低模温和螺杆推进速度过慢极大地缩短了流动长度,必须通过高射速来补偿。高速流动会减少热量损失,并且由于高剪切热产生磨擦热,会造成熔体温度的升高,减慢零件外层的增厚速度。型腔交叉位必须有足够厚度以避免太大的压力降,否则就会出现缩水。总之,大多数注塑缺陷可以通过调整注塑速度得到解决,所以调整注塑工艺的技巧就是合理的设置射胶速度及其分段。
多级注塑程序的控制:近代注塑制品,在各个领域得到了广泛的应用,制品形状十分复杂,所使用的聚合物性能
差别也很大。即便是同一种材料的制品,由于浇道系统及各部位几何形状不同,不同部位对于充模熔体的流动(速度、压力)提出要求,否则就要影响熔体在这一部位的流变性能或高分子的结晶定向作用,以及制品的表观质量。在一个注射过程中,螺杆向模具推进熔体时,要求实现在不同位置上的有不同注射速度和不同注射压力等工艺参数的控制,称这种注射过程为多级注塑。数字拨码式注塑机比较落后,只有一段或二段射胶、一段保压、一段熔胶的控制程序,对于一些结构复杂、外观质量要求高的产品,很难设定和控制注射速度及其它工艺条件,导致注塑件出现的一些外观缺陷无法通过调校注塑参数的方法来改善。为了满足提高注塑件外观质量的需要,克服上述问题,注塑机制造商开发生产了具有多级射胶、多级保压、多级熔胶功能的注塑机,这是注塑加工行业的一次突破性技术进步。目前,大多数是注射速度进行多级控制的注塑机,通
常可以把注射全冲程分3个或4个区域,并把各区域设置成各自不同的适当注射速度。
注射的初期使用低速,模腔充填时使用高速,充填接近终了时再使用低速注射的方法。通过注射速度的控制和调整,可以防止和改善制品外观如毛边、喷射痕、银条或焦痕等各种不良现象。多级注射控制程序可以根据流道的结构、浇口的形式及注塑件结构的不同,来合理设定多段注射压力、注射速度、保压压力和熔胶方式,有利于提高塑化效果、提高产品质量、降低不良率及延长模具/机器寿命。通过多级程序控制注塑成型机的油压、螺杆位置、螺杆转速,能谋求改善成型件的外观不良,改善缩水、翘曲和毛边的对应措施,减少各模每次注射成型件的尺寸不均一。多级控制的效果成型条件效果注塑速度防止浇口部位的气纹/流纹,防止锐角的流动痕迹,防止模芯的倒塌,防止毛边。二次压力减轻内应力变,防止
缩水。螺杆转数计量的稳定性背压计量的稳定性然而,很多注塑技术人员仍然习惯使用过去一段射胶的方法,不懂得如何寻找多段射胶位置和方法,使具有多段射胶功能的机器发挥不了其优势。一、设定多级注射程序的方法:一般的塑件注塑时至少要设定三段或四段射胶才是比较科学的。水口流道为第一段、进浇口处为第二段、产品进胶到90%左右时为第三段、剩余的部分为第四段(亦称末段)。对于结构简单且外观质量要求不高的胶件注塑时,可采用三段射胶的程序。但对结构比较复杂、外观缺陷多、质量要求高的胶件注塑时,需采用四段以上的射胶控制程序。设定几段射胶程序,一定要根据流道的结构、浇口的形式/位置/数量/大小、注塑件结构、产品质量状况及模具的排气效果等因素进行科学分析、合理设定。二、多级注射位置的选择方法:1、计算重量法总重量=所有胶件部分的重量 流道部分的重量注射时的射胶量即为总重量,一段射
胶位置即为流道部分的射胶量;二段射胶位置即为产品走胶90%时的射胶量;三段为末段的射胶量。2、调试观察法根据自己的初步估计,将注射时所找位置点的压力/速度设为零,观察实际走胶的位置,再根据实际情况进行微调,直至找到你要选择的位置。下面以图例说明制品和多级控制程序之间的关系图一是根据工艺条件设置的不同速度,对注射螺杆进行多级速度转换(切换)。图二是基于对制品几何形状分析的基础上选择的多级注塑工艺:由于制品的型腔较深而壁又较薄,使模具型腔形成长而窄的流道,熔体流经这个部位时必须很快地通过,否则易冷却凝固,会导致充不满模腔的危险,在此应设定高速注射。但是高速注射会给熔体带来很大的动能,熔体流到底时会产生很大的惯性冲击,导致能量损失和溢边现象,这时须使熔体减缓流速,降低充模压力而要维持通常所说的保压压力(二次压力,后续压力)使熔体在浇口凝固之前向模腔内补
充熔体的收缩,这就对注塑过程提出多级注射速度与压力的要求。
在图二中螺杆计量行程是根据制品用料量与缓冲量来设定的。注射螺杆从位置“97”到“20”是充填制品的薄壁部分,在此阶段设定高速值为10,其目的是高速充模可防止熔体散热时间长而流动终止;当螺杆从位置“20”→“15”→“2”时,又设定相应的低速5,其目的是减少熔体流速及其冲击模具的动能。当螺杆在“97”、“20”、“5”的位置时,设定较高的一次注射压力以克服充模阻力,从“5”到“2”时又设定了较低的二次注射压力,以便减小动能冲击。现代注塑机还具有多级预塑和多级保压功能。
注塑基础知识__________________________________ ______
注塑成型是一门工程技术,它所涉及的内容是将塑料转变为有用并能保持
原有性能的制品。注射成型的重要工艺条件是影响塑化流动和冷却的温度,压力和相应的各个作用时间。一、温度控制1、料筒温度:注射模塑过程需要控制的温度有料筒温度,喷嘴温度和模具温度等。前两种温度主要影响塑料的塑化和流动,而后一种温度主要是影响塑料的流动和冷却。每一种塑料都具有不同的流动温度,同一种塑料,由于来源或牌号不同,其流动温度及分解温度是有差别的,这是由于平均分子量和分子量分布不同所致,塑料在不同类型的注射机内的塑化过程也是不同的,因而选择料筒温度也不相同。2、喷嘴温度:喷嘴温度通常是略低于料筒最高温度的,这是为了防止熔料在直通式喷嘴可能发生的"流涎现象"。喷嘴温度也不能过低,否则将会造成熔料的早凝而将喷嘴堵*,或者由于早凝料注入模腔而影响制品的性能3、模具温度:模具温度对制品的内在性能和表观质量影响很大。模具温度的高低决定于塑料结晶性的有
无、制品的尺寸与结构、性能要求,以及其它工艺条件(熔料温度、注射速度及注射压力、模塑周期等)。二、压力控制:注塑过程中压力包括塑化压力和注射压力两种,并直接影响塑料的塑化和制品质量。1、塑化压力:(背压)采用螺杆式注射机时,螺杆顶部熔料在螺杆转动后退时所受到的压力称为塑化压力,亦称背压。这种压力的大小是可以通过液压系统中的溢流阀来调整的。在注射中,塑化压力的大小是随螺杆的转速都不变,则增加塑化压力时即会提高熔体的温度,但会减小塑化的速度。此外,增加塑化压力常能使熔体的温度均匀,色料的混合均匀和排出熔体中的气体。一般操作中,塑化压力的决定应在保证制品质量优良的前提下越低越好,其具体数值是随所用的塑料的品种而异的,但通常很少超过20公斤/平方厘米。
2、注射压力:在当前生产中,几乎所有的注射机的注射压力都是以柱塞或螺杆顶部对塑料所施的压力(由油路压力换
算来的)为准的。注射压力在注塑成型中所起的作用是,克服塑料从料筒流向型腔的流动阻力,给予熔料充模的速率以及对熔料进行压实。三、成型周期完成一次注射模塑过程所需的时间称成型周期,也称模塑周期。它实际包括以下几部分:成型周期:成型周期直接影响劳动生产率和设备利用率。因此,在生产过程中,应在保证质量的前提下,尽量缩短成型周期中各个有关时间。在整个成型周期中,以注射时间和冷却时间最重要,它们对制品的质量均有决定性的影响。注射时间中的充模时间直接反比于充模速率,生产中充模时间一般约为3-5秒。注射时间中的保压时间就是对型腔内塑料的压力时间,在整个注射时间内所占的比例较大,一般约为20-120秒(特厚制件可高达5~10分钟)。在浇口处熔料封冻之前,保压时间的多少,对制品尺寸准确性有影响,若在以后,则无影响。保压时间也有最惠值,已知它依赖于料温,模温以及主流道和浇口的大小。如果主流道和
浇口的尺寸以及工艺条件都是正常的,通常即以得出制品收缩率波动范围最小的压力值为准。冷却时间主要决定于制品的厚度,塑料的热性能和结晶性能,以及模具温等。冷却时间的终点,应以保证制品脱模时不引起变动为原则,冷却时间性一般约在30~120秒钟之间,冷却时间过长没有必要,不仅降低生产效率,对复杂制件还将造成脱模困难,强行脱模时甚至会产生脱模应力。成型周期中的其它时间则与生产过程是否连续化和自动化以及连续化和自动化的程度等有关。一般的注塑机可以根据以下的程序作调校:根据原料供应商的资料所提供的温度范围,将料筒温度调至该范围的中间,并调整模温。估计所需的射胶量,将注塑机调至估计的最大射胶量的三分之二。调校倒索(抽胶)行程。估计及调校二级注塑时间,将二级注塑压力调至零。初步调校一级注塑压力至注塑机极限的一半(50%) ;将注塑速度调至最高。估计及调校所需要的冷却时间。将背压调至
3.5bar。清除料筒内已降解了的树脂。采用半自动注塑模式;开始注塑程序,观察螺杆的动作。就需要而适当调节射胶速度和压力,若要使充模时间缩短,可以增加注塑压力。如前所述,由于十足充模之前会有一个过程,充模最终压力可以调至一级注塑压力的100%。压力最终都要调得够高,使可以达到的最大速度不受设定压力限制。若有溢料,可以把速度减低。每观察一个周期之后,便把射胶量及转换点调节。设定程序,使可以在第一级注塑时已能获得按射胶重量计算达到95-98% 的充模。当第一级注塑的注射量、转换点、注塑速度及压力均调节妥当后,便可进行第二级的保压压力的调校程序。按需要适当调校保压压力,但切勿过份充填模腔。调校螺杆速度,确保刚在周期完成之前熔胶已完成,而注塑周期又没有受到限制。缩短周期时间予提高生产率对大部分的注塑厂商来说,注塑周期可直接影响以下两个主要目的:1、每天从机械中得
到更多的制件;2、制件合乎客人的要求。注塑周期由以下组成:周期开始--螺杆开始前进,注射;制件浇口冷却螺杆开始转动--塑化行程开始螺杆回位完成--螺杆转动停止如必要的话抽胶发生模具打开(可能包括模芯的拉出制件充分冷却便可以顶出顶出模具闭合(可能包括模芯的回位)模具闭上--周期重新开始自动注塑周期是在持续的相同次序下,同样的事情一次又一次地重复。周期有三个主要部分:开模时间;填充时间;模具闭合时间;保压时间提高生产力的目标是在极短时间内完成所有必要的动作,完成顶出,并确保模具得到保护(包括拉出和退回滑块和侧位模芯)。所以,任何,延迟开模时间的模具或注塑机的问题必须维修。另外,如每次注射的开模时间都不一样,制件将亦不一样。注塑填充模腔(由1-2)以流动性较好的材料而言(如Delrin?聚甲醛, Zytel?及Zytel? ST尼龙,及Crastin?、Rynite?聚脂),这填充时间应占整个周期
1/10至1/8的时间,填充时最关键的是快速及稳定的螺杆推进时间,及最低和稳定的注塑压力。当螺杆向前推进将溶体由料管经喷咀,竖流道,横流通,浇口,再射入模腔,当中会遇到阻力。这阻力是由喷咀直径、流道尺寸、浇口大小、产品厚度,以及模具排气设计所影响。流动阻力应在模具内改善及减少,以达至填充平衡及稳定。否则由于填充不均匀而导致不同模腔所注塑的制品尺寸不同,强度不足,或外观不良。保压时间(2-3)当注塑结晶形材料时,保压时间是最重要的一段过程。这段时间是由熔体填充模腔99%开始至浇口凝固为终止。模件的强度及韧性都是决定于注塑后有否保持压力到熔体上直至部件/浇口凝固。保持压力时亦要预先保留一小段的熔胶位置在螺杆前。这保压的一段就是防止熔体凝固收缩后的空洞,或浇口位置的弱处等导致模件强度不足的关键。冷却时间(4-7)当熔体进入模腔,碰到金属表面时,熔体冷却的步
骤就己经开始。由于聚甲醛,尼龙,及聚碳等半结晶材料的凝固温度很高,所以需要冷却的时间便很少。若以一般模件来说,在熔胶完成后,模件应该已经有足够的冷却时间。如果在顶出模件时发现出问题的话,可慢慢将冷却时间延长,直至问题解决为止。开模时间(8-11)模具开放的时间是整个周期的重要部份,特别是对有装嵌件的模具更是如此,甚至在比较标准的模具中,模具开放时间也经常高过整个周期的20%。影响开模的因素:第一项要考虑的是模具的速度和移动距离,模具在打开并顶出制件过程中移动的距离应减少以免浪费移动时间,当然,模具移动必须在模具再次关闭前足以让制件顺利脱离模具,所以,让制件脱模所需移动距离愈短,则其所花的的间愈少,当注射成型机处于良好状态,从高速打开到低速顶出的转换能够相当平稳。设备需要一些保养以完成这些速度上的变化,但是这些花费可以从模塑时间减少,节省时间而得到多倍
的回报。为了达到最少的模具移动时间,调整减速限制开关,以便预出过程中模具不会过于接触或破坏制件,并优化行程的高速段。再者,适当的周期性的保养以确保这减速每次能重复。产生锁模压力时间在整个模具开放时间中是另一个阻延,这个时间可能经过机械磨损和液压阀失效的影响,因此周期性的机械保养可以保持良好的操作状态。注意:缩短模具打开行程到所必需的最小,以便制件和流道脱落排除任何使顶出困难的因素,像顶针周围的飞边(披锋) 缩短顶出行程到所必需的最小值用最快的开模和闭模速度,同时要适当慢慢地中止和闭合以防止损坏模具寻找所有闭模和产生锁模压力中的阻延,它们表示机械或液压阀的故障在模具中大量的装嵌件活动也增长模具开放时间。稍加考虑产品设计(减少倒扣)就往往能使顶出动作自动化或半自动化进行若这延误是由模具损耗所导致,理应修理模具,以减低延误。养成良好的注塑机操
作习惯养成良好的注塑机操作习惯对提高机器寿命和生产安全都大有好处。1 开机之前:(1)检查电器控制箱内是否有水、油进入,若电器受潮,切勿开机。应由维修人员将电器零件吹干后再开机。(2)检查供电电压是否符合,一般不应超过±15%。(3)检查急停开关,前后安全门开关是否正常。验证电动机与油泵的转动方向是否一致。(4)检查各冷却管道是否畅通,并对油冷却器和机筒端部的冷却水套通入冷却水。(5)检查各活动部位是否有润滑油(脂),并加足润滑油。(6)打开电热,对机筒各段进行加温。当各段温度达到要求时,再保温一段时间,以使机器温度趋于稳定。保温时间根据不同设备和塑料原料的要求而有所不同。(7)在料斗内加足足够的塑料。根据注塑不同塑料的要求,有些原料最好先经过干燥。(8)要盖好机筒上的隔热罩,这样可以节省电能,又可以延长电热圈和电流接触器的寿命。2 操作过程中:(1)不要为贪图方
便,随意取消安全门的作用。(2)注意观察压力油的温度,油温不要超出规定的范围。液压油的理想工作温度应保持在45~50℃之间,一般在35~60℃范围内比较合适。(3)注意调整各行程限位开关,避免机器在动作时产生撞击。3 工作结束时:(1)停机前,应将机筒内的塑料清理干净,预防剩料氧化或长期受热分解。(2)应将模具打开,使肘杆机构长时间处于闭锁状态。(3)车间必须备有起吊设备。装拆模具等笨重部件时应十分小心,以确保生产安全。注塑机使用中的一些知识一、背压的功用背压的应用可以确保螺杆在旋转复位时,能产生足够的机械能量,把塑料熔化及混合。背压还有以下的用途:把挥发性气体,包括空气排出射料缸外;把附加剂(例如色粉、色种、防静电剂、滑石粉等)和熔料均匀地混合起来;使流经螺杆长度的熔料均匀化;提供均匀稳定的塑化材料以获得精确的成品重量控制。所选用的背压数值应是尽可能地低
(例如4-15bar,或58-217.5psi),只要熔料有适当的密度和均匀性,熔料内并没有气泡、挥发性气体和未完全塑化的塑料便可以。背压的利用使注塑机的压力温度和熔料温度上升。上升的幅度和所设定背压数值有关。较大型的注塑机(螺杆直径超过70mm/2.75in)的油路背压可以高至25-40bar(362.5-580psi)。但需要注意,太高的背压引起在射料筒内的熔料温度过高,这情况对于热量很敏感的塑料生产是有破坏作用的。而且太高的背压亦引起螺杆过大和不规则的越位情况,使射胶量极不稳定。越位的多少是受着塑料的黏弹性特性所影响。熔料所储藏的能量愈多,螺杆在停止旋转时,产生突然的向后跳动,一些热塑性塑料的跳动现象较其他的塑料厉害,例如LDPE、HDPE、PP、EV A、PP/EPDM合成物和PPVC,比较起GPPS、HIPS、POM、PC、PPO-M和PMMA都较易发生跳动现象。为了获得最佳的生产条件,正确的背压设定至为重要,这样,熔料
可以得到适当的混合,而螺杆的越位范围亦不会超过0.4mm(0.016in)。二、模具的开合一般来说,大多数注塑机所用的模具开合时间比引用的时间要慢(约100-359%),这个差别与模具的重量、大小和复杂性有关,也和模具的安全保护(在开合的操作中防止模具受损)有关。典型的模具开合时间如下(tcm:注塑机引用的时间单位):传统的双板模具: 1-2tcm 复合模具(包括侧模芯和旋出装置的使用)和多板模具:2-3.5tcm 如模具开合的时间比实际运作的时间多15%,那么便需要修改模具或使用另一台注塑机来缩短时间。较新型注塑机能提供更快的开合速度,使用低模具开合(模具传感)压力,以启动锁模力合紧模具。注塑机调试员经常没有注意某一特定注塑机的机板速度或时间,而以个人经验来设定模具开合时间,这样往往会令运作时间长。在一个十秒的运作上减少一秒,便立即获得10%的改善,这个改善往往就是构成盈利和亏损的差
