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注塑模具的加熱與保溫

l?概述模壓成型工藝是塑性材料最常見、歷史最悠久的成型方法之一，并且是研究材料性能最常采用的一種工藝方法。它具有成型裝置簡單、設備投資小、模具結構簡單等特點，在機械化、自動化生產(chǎn)高度發(fā)達的今天，仍是一種最為普及的生產(chǎn)手段之一。然而，進行壓縮模塑成型的模具設計能參考的文獻除了教科書、幾位前輩所著的專著、模具設計圖例以外，少有人總結模具設計中的關鍵技巧。模具的加熱、保溫與冷卻及裝夾結構是復合材料模具設計不可或缺的一部分。結構設計直接影響到產(chǎn)品的外觀及內(nèi)在質量均勻性，同時還影響產(chǎn)品的成型效率。2?加熱、保溫與冷卻設計2．1?加熱管的設計要求鋼制加熱是幾乎所有塑料成型模具設計必須采用的加熱手段，可設計為單向接線、雙向接線等多種形式，材質上可采用有縫管、無縫管、不銹鋼管等，特點是熱損失小、熱效率高、排線簡單，可根據(jù)需要設計為220V或380V，接線為式靈活多樣。但由于其材料和加工工藝的限制，模具設計中要注意它向身特點。（l）加熱管在兩端通常有較長的冷端，并不能起到加熱的作用。（2）加熱段的功率設計盡量不超過10瓦特／厘米的限制。如30厘米長的加熱管，功率盡可能不要超過300瓦。如果設計功率超過這個限制，加熱管表面負荷較高，鋼管易氧化腐蝕，造成短路。（3）對于溫度高于250℃的模具設計，采用加熱管有一定難度。我曾經(jīng)利用加熱管升溫達到420℃，但是這種成型溫度對加熱管質量要求較高，需要經(jīng)常檢查電路的通暢與短路與否。因為這種條件下加熱管、接線端子、連接用的銅線、鋼片等介質非常易于氧化，從而導致斷路。因此對電傳輸介質需要進行特殊處理，盡量避免使傳導電線暴露在空氣中，延長導線的使用壽命。烙鐵芯通常也被作為模具加熱管的一種，特點是單位長度功率高（通常直徑10mm，長200px規(guī)格的烙鐵芯可以達到150瓦的輸出功率），耐用，安全性好，不易形成擊穿短路，可以通過鉆盲孔來埋設，缺點是難以定制設計，拆換時易碎、斷。電路設計中不可缺少保險、空氣開關等保險措施，操作地由要保持干凈整潔，絕緣良好，操作中勤于檢查電氣故障，防止不必要的危險。2．2?加熱管的安裝鉆孔從傳熱角度上理解，加熱管的安裝要與模具表面盡可能貼合，以利于加熱管的熱量盡快傳遞到模具上。而實際上加熱管與模具并沒有多大接觸面積，傳熱的本質是輻射，傳導是次要的。因此大部分用于模具安裝的加熱管表面都涂有增強紅外輻射的涂層，同時也采用限制設計功率（10瓦特／厘米）的辦法以增長加熱管的使用壽命。因此在加工加熱管孔時，尤其是長加熱管孔的加工沒必要設計太小的配合間隙，有效的設計方法是在孔的兩端盡可能能與加熱管嚴密配合，可以采用填塞、封堵或設計擋片等辦法。這種做法可以有效減小加熱管的散熱面積以及輻射熱量的損失。2．3?加熱管的埋放埋放的加熱管，最好采用與管內(nèi)介質相同的氧化鎂粉進行充填，以降低加熱管表面的熱負荷，這種方法可以減少管的表面氧化，有效延長管的使用壽命。有條件的話，加熱管的安裝孔也最好灌入的氧化鎂粉。2．4?模具保溫方法加強模具的保溫措施可以減少模具的熱損失，可使模具在較短的時間內(nèi)達到預定的生產(chǎn)溫度，減少能源浪費。每個工程技術人員對這個問題都有一套獨特的解決辦法，我只談談我的經(jīng)驗。2．4．l?加熱板的保溫措施加熱板保溫通常采用石棉板或石棉布保溫，但石棉布不易擺放平整，對壓板的平行度保證也有定的影響。石棉板的種類很多，最常見的是橡膠石棉板，但這種石棉板卻不對以用于密封隔熱用的材料，具有一定的可壓級勝，同時在高溫時會釋放出一種十分難聞的氣味，影響操作環(huán)境及操作人的身體健康。加熱板的保溫宜采用石棉紙板，常見的規(guī)格是1000x1000，3－5mm厚，板體較為規(guī)整，平行度較好，可壓縮性比較平均，高溫下無異味產(chǎn)生。2．4．2?模具的保溫措施模具的保溫措施很多，可用石棉布或玻璃布包裹氫氧化鋁保溫棉進行保溫。現(xiàn)在市場上還有一種保溫涂料是目前用作模具保溫的理想材料，它由中長纖維、漿料及一種保溫泡沫材料混合而成，粘性適中，易于涂抹。這種材料常用作化工、采暖管道的保溫層材料，略含堿性（易腐蝕模具）。經(jīng)在150℃條件下使用沒發(fā)現(xiàn)有燒焦、熔化、氣味等負面影響。同時材料很輕，可塑性較強，容易形成較為美觀的模具表面。2，5?模具的冷卻方法水冷卻是大多數(shù)模具采用的冷卻方式，但也有其缺點；要求管道密封性要好，上下水管路必須通暢，對水資源的浪費較大。當冷卻溫度超過100℃時，易產(chǎn)生蒸汽爆炸。優(yōu)點是熱容較大，可實現(xiàn)快速降溫。風冷卻是一種比較理想的冷卻方法，和水冷正相反，它不需要嚴密的管道密封，不存在資源浪費，可以冷卻溫度高于100℃的模具，可以通過氣體的流量來確定冷卻的速度，并且來源簡潔方便，有一定規(guī)模的生產(chǎn)車間都能取得比較方便的氣源。

2015-03-19

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注塑產(chǎn)品發(fā)脆的原因

制品發(fā)脆很大一部分是由于內(nèi)應力造成的。造成制品發(fā)脆的原因很多，主要有：一、設備方面（1）機筒內(nèi)有死角或障礙物，容易促進熔料降解。（2）機器塑化容量太小，塑料在機筒內(nèi)塑化不充分；機器塑化容量太大，塑料在機筒內(nèi)受熱和受剪切作用的時間過長，塑料容易老化，使制品變脆。（3）頂出裝置傾斜或不平衡，頂干截面積小或分布不當。二、模具方面（1）澆口太小，應考慮調(diào)整澆口尺寸或增設輔助澆口。（2）分流道太小或配置不當，應盡量安排得平衡合理或增加分流道尺寸。（3）模具結構不良造成注塑周期反常。三、工藝方面（1）機筒、噴嘴溫度太低，調(diào)高它。如果物料容易降解，則應提高機筒、噴嘴的溫度。（2）降低螺桿預塑背壓壓力和轉速，使料稍為疏松，并減少塑料因剪切過熱而造成的降解。（3）模溫太高，脫模困難；模溫太低，塑料過早冷卻，熔接縫融合不良，容易開裂，特別是高熔點塑料如聚碳酸酯等更是如此。（4）型腔型芯要有適當?shù)拿撃Ｐ倍取Ｐ托倦y脫模時，要提高型腔溫度，縮短冷卻時間；型腔難脫時，要降低型腔溫度，延長冷卻時間。（5）盡量少用金屬嵌件，象聚苯乙烯這類脆性的冷熱比容大的塑料，更不能加入嵌件注塑。四、原料方面（1）原料混有其它雜質或摻雜了不適當?shù)幕蜻^量的溶劑或其它添加劑時。（2）有些塑料如ABS等，在受潮狀況下加熱會與水汽發(fā)生催化裂化反應，使制件發(fā)生大的應變。（3）塑料再生次數(shù)太多或再生料含量太高，或在機筒內(nèi)加熱時間太長，都會促使制件脆裂。（4）塑料本身質量不佳，例如分子量分布大，含有剛性分子鏈等不均勻結構的成分占有量過大；或受其它塑料摻雜污染、不良添加劑污染、灰塵雜質污染等是造成發(fā)脆的原因。五、制品設計方面（1）制品帶有容易出現(xiàn)應力開裂的尖角、缺口或厚度相差很大的部位。（2）制品設計太薄或鏤空太多。

2015-03-17

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注射工藝的影響因素

注射工藝的正確制訂是為了保證塑料熔體良好的塑化，并順利地充模、冷卻于定型，以便生產(chǎn)出質量合乎要求的制品；在注射工藝中最重要的工藝參數(shù)是溫度（料溫、噴嘴溫度、模具溫度）、壓力（塑化壓力、注塑壓力、型腔壓力）和相對應的各個作用時間（注射時間、保證時間、冷卻時間）等。下面僅討論主要的工藝參數(shù)及相互影響。?一、溫度的影響?1.料溫?塑料的加工溫度是由注射機料筒來控制的。料筒溫度的正確選擇關系到塑料的塑化質量，其原則是能保證順利地注射成型而又不引起塑料局部降解。通常，料筒末端最高溫度應高于塑料的流動溫度（或熔融溫度），但低于塑料的分解溫度。?在生產(chǎn)中除了要嚴格控制注射機料筒的最高溫度外，還應控制塑料熔體在料筒中的停留時間。在確定料筒溫度時，還應考慮制品和模具的結構特點。當成型薄壁或形狀復雜的制品時，流動阻力大，提高料筒溫度有助于改善熔體的流動性。?通常控制噴嘴的最高溫度稍低于料筒的最高溫度，以防止熔體在噴嘴口發(fā)生流延現(xiàn)象。?2.模具溫度?在注射成型過程中模具溫度是由冷卻介質（一般為水）控制的，它決定了塑料熔體的冷卻速度。模具溫度越低，冷卻速度越快，熔體溫度降低得越迅速，造成熔體粘度增大、注射壓力損失增加，嚴重時甚至于引起充模不足。隨著模具溫度的增加，熔體流動性增加，所需充模壓力減小，制品表面質量提高；但由于冷卻時間增長，制品的生產(chǎn)率下降，制品的成型收縮率增大。?對于結晶形塑料，由于較高溫度有利于結晶，所以升高模具溫度能提高制品的密度或結構晶度。在較高的模溫下制品中聚合物大分子松弛過程較快，分子取向作用和內(nèi)應力都會降低。?二、壓力的影響?注射成型過程中的壓力包括塑化壓力、注射壓力盒型腔壓力。?塑化壓力又稱背壓，是指注射機螺桿頂部的熔體在螺桿轉動后退時所受到的壓力，是通過調(diào)節(jié)注射液壓缸的回油阻力來控制的。塑化壓力增加了熔體的內(nèi)壓力，加強了剪切效果，由于塑料的剪切發(fā)熱，因此提高了熔體的溫度。塑化壓力的增加使螺桿退回速度減慢，延長了塑料在螺桿中的受熱時間，塑化質量可以得到改善；但過大的塑化壓力還增加料筒計量室內(nèi)熔體的反流和漏流，降低了熔體的輸送能力，減少了塑化量，增加了功率消耗，并且過高塑化壓力會使剪切發(fā)熱或切應力過大，熔體易發(fā)生降解。?注射壓力是指注射時在螺桿頭部產(chǎn)生的熔體壓強。在選擇注射壓力時，首先應考慮注塑機所允許的注塑壓力，只有在注射壓力過低回導致型腔壓力不足，熔體不能順利充滿型腔；反之，注射壓力過大，不僅會造成制品溢漏，還會造成制品變形，甚至于系統(tǒng)過載。?在注射過程中注射壓力與熔體溫度是相互制約的。料溫高時所需注射壓力和料溫的組合下才會獲得滿意的結果。?型腔壓力是指注塑壓力經(jīng)過噴嘴、流道賀澆口的壓力損失后在模具型腔內(nèi)產(chǎn)生的熔體壓強。?三、注射成型周期和注射速度?完成一次注塑成型所需的時間稱為注射成型周期，它包括加料、加熱、充模、保壓、冷卻時間，以及開模、脫模、閉模及輔助作業(yè)等時間。在整個注射成型周期中，注射速度和冷卻時間對制品的性能有著決定性的影響。?注射速度主要影響熔體在型腔內(nèi)德流動行為。通常隨著注射速度的增大，熔體流速增加，剪切作用加強；熔體溫度因剪切發(fā)熱而升高，粘度降低，所以有利于充模。并且制品各部分的熔合紋強度也得以增加。但是，由于注射速度增大，可能使熔體從層流體狀態(tài)變?yōu)榱鳎瑖乐貢r會引起熔體在模內(nèi)噴射而造成模內(nèi)空氣無法排出，這部分空氣在高壓下被壓縮速度升溫，會引起制品局部燒焦或分解。?在實際生產(chǎn)中，注射速度通常是經(jīng)過試驗來確認的。一般先以低壓慢速度注射，然后根據(jù)制品的成型情況而調(diào)整注射速度。?現(xiàn)代的注射機已實現(xiàn)了多級注射技術，即在一個注射過程中，當注射機螺桿推動熔體注入模具時，可以根據(jù)不同的需要實現(xiàn)對在不同位置上有不同注射速度和不同注射壓力等

2015-01-28

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注塑成型工藝調(diào)整方法

注塑設備的進一步發(fā)展和制品質量要求的不斷提高，都對注射成型工藝提出了更高的要求。正確選擇注射設備，并合理地設定成型工藝、優(yōu)化工藝條件，是提高制品質量的關鍵。????正確選擇注塑機?????注塑機的性能直接影響注塑制品的質量，不同規(guī)格及性能要求的注塑機，價格也會相差很多。?????注塑機規(guī)格選擇?????在選擇注塑機規(guī)格時，首先要考慮到生產(chǎn)模具的狀況，因為同一臺注塑機往往要滿足大小不同的多副模具生產(chǎn)，應根據(jù)制件重量、模具尺寸等來確定注塑機規(guī)格，即注塑機最大鎖模力和最大注射量，然後根據(jù)注塑機廠商所提供的規(guī)格型號選擇合適的機型。大部分廠商都提供客制化服務，這給選購注塑機提供了極大的方便；其次要考慮是否需要一些特殊配置，如生產(chǎn)PA、PC等材料時需選用專用螺桿，成型帶有進抽芯或脫螺紋的模具時需配備相應的裝置；再次，要根據(jù)模具結構、產(chǎn)品質量等方面的因素來確定是否需要選用一些具有特殊功能的注塑機，如成型薄壁長流動制品（一般指L/D??300）時，需選用高注射速度注塑機，精密電子配件需選用精密全閉環(huán)控制注塑機等。?????鎖模力設定?????理論上，鎖模力可按下式進行計算?s?????Fcm>=K×P平均×A制品×10?????式中?sFcm?鎖模力，（KN）?????K?安全系數(shù)，一般取1-1.2?????P平均?模腔平均壓力（MPa）?????A制品?制品在模具分型面上的最大投影面積（cm2）?????在實際生產(chǎn)中，鎖模力的調(diào)整還應考慮模具在生產(chǎn)中受熱膨脹所產(chǎn)生的影響，一般應留有0.1-0.2mm的余量；鎖模力的設定原則是在保證產(chǎn)品質量的前提下以低鎖模力為宜。?????注塑工藝參數(shù)設定?????料筒溫度、模具溫度?????根據(jù)不同塑料材料的性能來設定螺桿料筒溫度，料筒設定溫度一般高於塑料熔點10℃-30℃。必須注意，不同廠商所提供的材料因合成方法或添加助劑類型的不同，它們的熔點和在料筒中允許停留時間也會有差異。如下頁表1，對Solutia公司的PA66（牌號為21SPC）和Rhodia公司的PA66（牌號為25AE1），它們的熔點和各溫度下允許停留時間進行對比。?????模具溫度在設定時一般使用循環(huán)水冷卻，但在生產(chǎn)精密尺寸或表面質量要求較高的制品時，應根據(jù)工藝要求使用能夠進行準確控制的模溫機。?????表1不同牌號PA66熔點及允許停留時間對比?????????注射保壓時間、冷卻時間?????注射時間、保壓時間和冷卻時間須根據(jù)產(chǎn)品厚度、模具溫度、材料性能等進行設定。注射時間設定一般以略大於螺桿完成注射行程移動的時間即可，過長的注射時間不但會產(chǎn)生機械磨損、能耗增加等負面影響，同時也會延長成型周期。保壓時間設定根據(jù)產(chǎn)品厚度來設定，薄壁產(chǎn)品在成型時可不用保壓時間；在設定保壓時間時，只要產(chǎn)品表面無明顯凹陷即可，也可用稱重法來確定，逐步延長保壓時間直至產(chǎn)品質量不再變化的時間即可定為最佳保壓時間。冷卻時間同樣需根據(jù)產(chǎn)品厚度、模具溫度、材料性能來確定，一般無定型聚合物所需冷卻時間要比結晶型聚合物時間長。?????注射壓力、速度?????注射壓力設定要遵循宜低不宜高的原則，只要能提供足夠動力達到所要求的注射速度、使熔體能夠順利充滿型腔即可，過高的壓力容易使制品內(nèi)產(chǎn)生內(nèi)應力；但在成型尺寸精度較高的制品時，為防止產(chǎn)品收縮過度，可以采用高壓力注射以減少制品脫模後的收縮。?????注射速度會影響產(chǎn)品的外觀質量，其設定應根據(jù)模具的幾何結構、排氣狀況等進行設定，一般在保證良好的外觀前提下，盡量提高注射速度，以減少充填時間。在注射成型中，熔體在模具內(nèi)流動時，模壁會形成固化層，因而降低了可流動通道的厚度，一般根據(jù)模具結構和注射速度不同，模壁會有0.2mm左右的固化層。因此成型中通常采用較快的注射速度。?????注射行程、多級注射參數(shù)?????????在成型中，首先須確定注射行程，理論上，注射行程可按下式計算?s????S1=4(CVp+Va)/ρDs2?????式中?sS1??注射行程Vp?產(chǎn)品體積?????ρ?樹脂密度C?型腔數(shù)目?????Va?澆口體積Ds?螺桿直徑?????在實際生產(chǎn)中，若已知“產(chǎn)品+澆口”的總重量，則可用下式來計算注射行程?s?????????S1=（M/Mmax）?Smax+(5~10)mm?????式中?sS1---注射行程，mm?????M?“產(chǎn)品+澆口”總重量，g?????Mmax?注塑機最大注射量，g?????Smax?注塑機最大注射行程，mm?????由於澆道系統(tǒng)及模具各部位幾何形狀不同，為滿足產(chǎn)品質量要求，在不同部位對充模熔體的流動狀態(tài)（主要指流動時壓力、速度）有不同要求。在一個注射過程中，螺桿向模具推進熔體時，要求實現(xiàn)在不同的位置上有不同的壓力和速度，稱之為多級注射成型。一般塑件在成型時至少設定三段或四段以上注射才是比較科學的，即主流道處為第一段，分流道至澆口處為第二段，產(chǎn)品充滿型腔約90%為第三段，剩余部分為第四段，可用計算重量法來確定各段的切換位置點；實際生產(chǎn)中，應根據(jù)產(chǎn)品質量要求、流道結構、模具排氣狀況等對多級注射工藝參數(shù)進行科學分析，合理設定。通常可采用調(diào)試觀察法進行設定，將注射時所需找切換位置點的壓力/速度設定為0，觀察熔體的走向位置及產(chǎn)品缺陷狀況，逐步進行調(diào)整，直至找出合理的位置點。但在調(diào)試觀察的過程中必須注意欠注產(chǎn)品的脫模狀況，以免在模具某些凹陷部位因欠注而發(fā)生粘模。?????其它工藝參數(shù)?????在注射成型中，除了成型溫度、壓力、速度、時間、多級注射切換位置等幾個主要參數(shù)的設定以外，還有許多其它的工藝參數(shù)，如背壓、螺桿轉速、螺桿倒索防流延以及其它各動作參數(shù)設定等，也不能忽視其設定。?????工藝參數(shù)設定實例?????以生產(chǎn)尼龍束線帶產(chǎn)品為例，產(chǎn)品質量要求?s產(chǎn)品達到規(guī)定拉力標準；表面無銀絲、氣泡、縮痕等各類不良現(xiàn)象；成型後產(chǎn)品束緊性良好，無松脫現(xiàn)象。使用材料為PA66；注塑成型機為JSW1000-EⅡ-SP，模具結構為#p#分頁標題#e#熱流道式，澆口型式為點澆口。?????首先根據(jù)產(chǎn)品特點以及模具結構來確定工藝參數(shù)設定原則?s（1）因產(chǎn)品流動長度較長，L/t（流程與壁厚比）為511，應選擇高速注射成型；（2）澆口型式為點澆口，須使用較高壓力以克服流動時的阻力；（3）為保證產(chǎn)品能順利充模，熔料必須有良好的流動性，成型溫度應適當偏高；（4）高壓高速注射至未端時容易產(chǎn)生飛邊，成型機必須有低慣性壓力、速度切換；（5）因產(chǎn)品壁厚較小，可不使用保壓；

2015-01-21

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