注塑过程分析及工艺参数设定

在注塑行业中， 注塑成型是最重要的加工工艺， 越来 越多的工业用品、 生活用品等被塑料制品所代替。 通常要 确保注塑机生产条件及参数有一个很宽的范围，使大多 数的产品和生产能力要求包含于这范围内，并且在调整 确定这范围的过程时尽量按常规的工艺流程。这种生产 条件范围愈大， 生产过程愈稳定， 使注塑产品不容易受到 生产条件的改变而产生明显的质量降低。合理的注塑生 产过程应以经济和高效的途径保证产品质量。本文在对 注塑过程进行综合分析的基础上探讨了工艺参数设定的 基本方法。 ! 注塑过程简述 整个注塑过程包括： 模具合拢、 模具锁紧、 模腔填充、 塑件保压、 模具冷却、 模具分开、 产品脱模和注塑延时。 （%） 模具合拢： 注塑机的锁模系统将模具合上。锁模 系统一般采用直接油压式或油压机械铰链式两种。 （&） 模具锁紧： 当模具合拢后， 注塑机的锁模系统将 所需的锁模力作用在模具上，使模腔填充过程中高压的 塑料不会将模具涨开。 （’） 模腔填充： 注塑机螺杆推进把融熔塑料压到模 腔， 螺杆推进时通常是不旋转的， 在此过程压力损失相对 很少，并且螺杆的推进速度也可以随设置的不同而多次 改变， 这要视产品的实际注塑工艺需要而定。 （(） 塑件保压： 当塑料基本上填满模腔后 （通常是在 模腔填充到 )!*+),*的时候） ，螺杆保持一定的设置压 力 （保压压力） ， 作用在融熔的塑料中， 使得模腔内产品更 饱和，尺寸更稳定， 但是， 过大的保压压力会增加产品成 形后的内应力。 （!） 模具冷却： 冷却水在模具内部的冷却系统中循 环，带走融熔塑料的热量，也使得产品在模腔内冷却定 形。在此过程的同时， 螺杆通过转动并后退， 使新的原料 进入射台熔胶筒内并加热， 为下个注塑周期作好准备。 （-） 模具分开： 当冷却达到设定的时间后， 锁模系统 将模具分开。 （.） 产品脱模： 产品在脱模系统的作用下与模腔分 离， 常用的有自动脱模系统、 直接顶出脱模系统、 压力齿
!!"#$%#&’ ()*+!%+,#+
经验借鉴
注塑过程分析及工艺参数设定
田学军 （湛江佳信电子实业有限公司， 广东 湛江 !"#$""）
在综合分析注塑过程的工艺特点基础上， 探讨了关键注塑工艺参数对产品质量的影响， 并阐述了注塑工艺的设 摘 要： 定方法。 注塑工艺；工艺参数；温度；压力 关键词：
!!"
机械工程师
!""# 年第 ! 期
!!"#$%#&’ ()*+!%+,#+
经验借鉴
实以便获得合格的成品， 这使得塑件在注塑的后期， 其重 量和尺寸大小等受保压压力影响很大， 不容易稳定。 若在 模腔填充 EDO5ELO时转入保压阶段， 这样大大减少保压 的压力降。 对一般塑件生产来说， 保压压力是注射压力的 在实际生产中， 某些特殊产品， 如薄壁产品， 精 AIO5PIO。 %77’ 树脂厚壁产品， 密度高的齿轮注件， 保压压力可达 甚至高出注射压力。 又如某些容易 注射压力的 E@O以上，
"#$%& 中图分类号：
Байду номын сангаас
$ 文献标识码：
%""!&!’’’ "’&"%"(&"’ 文章编号： （!""#）
! 前
言
轮转动脱模系统和气压脱模系统等。 （,） 注塑延时： 模具仍然保持分开状态， 产品自动脱 落或被人为、 机械装置等取走。此过程有两种形式， 一种 是人为控制时间长短， 即手动注塑或半自动注塑， 当人为 给出一定信号后， 注塑机才开始下一周期工作。 另一种是 全自动注塑， 即注塑延时的长短已设置好， 注塑机在达到 预设的时间后会自动进行下一个周期工作。 在以上的几个注塑过程中， 模腔填充、 保压和冷却阶 段对注塑产品的质量影响最为直接和重要。融熔的塑料 以一定速度进入模腔， 并在一定压力下形成成品， 最后成 形成品的温度从开始时的高温以一定的冷却速度降低直 至脱模。因此， 这些阶段的各项参数设定也极为重要。 " !"# 主要注塑参数设定 塑料预热温度 大部分塑料在进入射料缸前， 常常有预热处理过程。 目的有两方面： 一是为了塑料的加热烘干； 二是为使熔料 更均匀地进入射料缸。 塑料在注塑时， 一般要求吸水率不 超过 $/%* ， 要求严格时， 往往不超过 $/$#* ， 这就要求塑 料在注塑前有预热烘干过程。塑料的吸水率不仅影响塑 件的表面质量， 也影响其内部结构的各种性能， 如强度、 密度、 表面粗糙度等。对于大部分的工程塑料， 都具有吸 水性， 即使是烘干的塑料， 露在空气中也会再次吸湿， 因 此需要预热烘干过程。 但是， 过高的烘干温度或过长的烘 干时间，会使塑料分解降质或软化结块而无法生产。所 以， 各种塑料的烘干有其特定的参数范围。另外， 塑料在 进入射料缸前的预热温度对熔料的均匀及其后的成品重 量和尺寸稳定性也很重要， 当改变塑料预热温度时， 可以 发现以下两种现象： （0） 注塑周期内螺杆复位的时间也随之改变， 复位时 间随着温度的增大而变得稳定。 （1） 塑件填充饱和后， 螺杆前剩余的塑料 （垫料） 的体 积也变得稳定。 因此， 应当注意到在注塑前塑料的预热的重要性， 表 ! 中给出了一些常用塑料的预热温度及烘干时间。 !"$ 熔胶温度 塑料进入射料缸内， 通过加热， 达到融熔注射温度后
表 ! 常用塑料的注塑温度
塑料 缩写 #$ 塑料名称 !"#$ 聚抗冲聚苯乙烯 聚苯乙烯 %&$ 丙烯腈丁二烯苯乙烯 #%’ 尼龙 ’ #%’’ 尼龙 ’’ #( ## 聚乙烯 聚丙烯 烘干温度 进料口温度 熔胶温度 螺杆转速范围 ) !） （ *+ *+ *, *+ **+ *+ ) !） （ .+)’+ .+)’+ -+)’+ /+)0+ /+)0+ ’+)*+ ’+)*+ ) !） （ 10+2,-+ 1*+2,-+ 1*+2,-+ ,1+2,3+ ,3+2,*+ 1*+2,’+ 1/+2,’+ /-+2*-+ --+2’-+ )44 5"# ・ *-+20++
生产出产品，然后以 - 7 的差额逐渐降低锁模力再生产， 测量出每种锁模力下的成品重量， 画出曲线图， 找出最佳 的锁模力参数， 如图 1 所示。
产品重量 !)6
最佳点 锁模力 ")7
图!
锁模力对产品重量的影响
!"%
模具填充速度和压力 模具填充速度 （又称注射速度） 是熔料被注进模腔的
线性速度， 在注塑的填充阶段， 必须控制好熔料的射速以 达到产品的最佳性能。注射速度的设定应在产品设计时 完成，在产品壁厚设计和塑料特性容许的情况下应设计 较快的射速， 通常来说， 薄壁注件需要极快的注射速度以 确保填充饱满，而厚壁注件则需要慢的射速以防止空穴 的形成。但是过快的射速容易使原料过热和塑件浇口附 近产生熔料注射痕迹 （俗称 “蛇纹” ） ， 尤其是模具采用针 状小浇口或排气不好时， 熔料以高速注射经过浇口， 熔料 内产生很大的剪切应力， 使熔料温度剧烈上升， 引起塑料 分解 （称为 “二次加热” ） ， 高温的熔料结合模腔内难排出 的空气， 甚至产生灼烧而碳化变黑。 而射速过慢产品会出 现填充不满等缺陷。 在实际生产中， 无论使用什么数值的注射速度， 都应 尽可能在一个较大的范围内， 以便于生产。 根据不同经验 的技术员， 同一产品的注射速度也不同。但是， 可采用分 段注塑， 在填充阶段以不同的速度将熔料注入模腔， 这样 往往可以避免塑件的某些外观缺陷， 如蛇纹、 飞边、 毛刺、 灼烧等现象，并且控制熔料的分段射速还可以影响产品 的分子排列和内应力的大小， 甚至提高生产速度和效率。 分段的转换点是通过控制螺杆前进的位置来实现的。 为了确保注塑机的注射速度达到及保持所要求的数 值， 要求注射压力足够。 若注射压力太低， 熔料进入模具时 所产生的阻力使注射速度不能达到设置的数值，因此， 在 设定注射压力时， 其数值应比熔料所产生的阻力高 1:- ;#<， 熔料所产生的阻力数值可从注塑机缸的压力表中得知。 过低的注射压力使注射周期时间产生变化。因此， 若设置 好注射压力和速度， 注射周期的时间变化不会超过 +:* 5。 !"& 保压压力及保压时间 保压压力是指模腔刚被注满时所采用的压力。它的 作用是使模腔内的熔料能在受压的情况下冷却定形， 这 样， 产品的外观及尺寸公差才可得到保证， 塑件的最后定 形， 很大程度取决于保压的压力大小和保压时间长短。 在 一般注塑时， 模腔填充到 0-=20*=时， 转为保压阶段。 当模腔填充不足 0+=时就提前进入保压阶段，这时 的保压压力， 除了要负责把模具填满外还需要把熔料压
机械工程师
!""# 年第 ! 期
!"#
经验借鉴
!!"#$%#&’ ()*+!%+,#+
才能进行注塑。 一般来说， 温度越高， 塑料的流动性越好， 但也越容易过热分解， 所以在注塑行业中， 通常应用 “高 温注塑薄壁， 低温注塑厚壁” 这种方法。 熔胶温度越高， 在射料缸内停留时间越长， 塑料越容 易分解， 例如： 某些 %&$ 塑料注塑成形的塑件， 在刚注塑 成形时无质量问题， 但储存时间长后， 会出现黄色或棕色 的斑纹，这就是塑料在射料缸内时间过长而高温分解所 导致的。 在熔胶温度调校时， 应由最低调置值开始逐渐上 升温度。如果注塑周期较长或在高温下操作，可将首段 （靠近塑料入口） 的温度调至较低数值， 这样可防止塑料 过早熔化或分解。 在表 1 中， 提供了几种常用塑料的注塑 温度范围。