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注塑工藝參數(shù)分析
1注塑參數(shù)
1.1注射量
注射量是指注塑機螺桿(或柱塞)在注射時，向模具內(nèi)所注射的物料的熔體量(g)。螺桿推進容積又稱理論注射容積，與注射螺桿直徑Ds和注射行程有關(guān)。
在注射量選擇時，一方面必須充分地滿足制品及其澆注系統(tǒng)的總用料量，另一方面必須小于注塑機的理論注射容積。所以，注塑機不可用來加工小于注射量10％或超過注射量70％的制品。
對已選定的注塑機來說，注射量是由注射行程控制的。
1.2計量行程(預(yù)塑行程)
每次注射程序終止后，螺桿是處在料筒的最前位置，當(dāng)預(yù)塑程序到達時，螺桿開始旋轉(zhuǎn)，物料被輸送到螺桿頭部，螺桿在物料的反壓力作用下后退，直至碰到限位開關(guān)為止，該過程稱計量過程或預(yù)塑過程，螺桿后退的距離稱計量行積或預(yù)塑行程。因此，物料在螺桿頭部所占有的容積就是螺桿后退所形成的計量容積，即注射容積，其計量行程就是注射行程。注射量的大小與計量行程的精度有關(guān)：如果計量行程調(diào)節(jié)太小會造成注射量不足，反之則會使料筒每次注射后的余料太多，使熔體溫度不均或過熱分解，計量行程的重復(fù)精度的高低會影響注射量的波動。
1.3余料量(緩沖墊)
螺桿注塑完了之后，并不希望把螺桿頭部的熔料全部注射出去，還希望存一些，形成一個余料量。這樣，一方面可防止螺桿頭部和噴嘴接觸發(fā)生機械碰撞事故；另一方面可通過此余料墊來控制注射量的重復(fù)精度，達到穩(wěn)定注塑制品質(zhì)量的目的(余料墊過小，則達不到緩沖的目的，過大會使余料累積過多)。
1.4防延量(松退、倒縮)
防延量是指螺桿計量(預(yù)塑)到位后，又直線倒退一段距離，使計量室中熔體的比容增加，內(nèi)壓下降，防止熔體從計量室向外流出(通過噴嘴或間隙)。這個后退動作稱防流延，后退的距離稱防延量或防流延行程。防流延還有另外一個目的就是在噴嘴不退回進行預(yù)塑時，降低噴嘴流道系統(tǒng)的壓力，減少內(nèi)應(yīng)力。并在開模時容易抽出料桿。防延量的設(shè)置要視塑料的粘度和制品的情況而定，過大的防延量會使計量室中的熔料夾雜氣泡，嚴(yán)重影響制品質(zhì)量，對粘度大的物料可不設(shè)防延量。
1.5螺桿轉(zhuǎn)速
螺桿轉(zhuǎn)速影響注塑物料在螺桿中輸送和塑化的熱歷程和剪切效應(yīng)，是影響塑化能力、塑化質(zhì)量和成型周期等因素的重要參數(shù)。隨螺桿轉(zhuǎn)速的提高，塑化能力提高、熔體溫度及熔體溫度的均勻性提高；塑化作用有所下降。
對熱敏性塑料(如PVC、POM等)，應(yīng)采用低螺桿轉(zhuǎn)速，以防物料分解；對熔體粘度較高的塑料，也應(yīng)采用低螺桿轉(zhuǎn)速。
1.6背壓(塑化壓力)
螺桿頭部熔料在螺桿轉(zhuǎn)動后退時所受到的壓力稱背壓或塑化壓力，其大小可通過液壓系統(tǒng)中的溢流閥來調(diào)節(jié)。預(yù)塑時，只有螺桿頭部的熔體壓力，克服／螺桿后退時的系統(tǒng)阻力后，螺桿才能后退。
背壓的大小與塑化質(zhì)量、驅(qū)動功率、反流和漏流以及塑化能力等有關(guān)。背壓對熔體溫度影響是非常明顯的：對不同物料，在一定工藝參數(shù)下，熔體溫度隨背壓的增加而提高。原因是背壓增加了熔體內(nèi)壓力，加強了剪切效果，形成剪切熱。使大分子熱能增加，從而提高了熔體的溫度。
背壓提高有助于螺槽中物料的密實，驅(qū)趕走物料中的氣體；背壓的增加使系統(tǒng)阻力加大，螺桿退回速度減慢，延長了物料在螺桿中的熱過程，塑化質(zhì)量也得到改善。但是過大的背壓會增加計量段螺桿熔體的反流和漏流，降低了熔體輸送能力，減少了塑化量，而且增加功率消耗；過高背壓會使剪切熱過高或剪切應(yīng)力過大，使高分子物料發(fā)生降解而嚴(yán)重影響到制品質(zhì)量。
注塑熱敏性塑料，如PVC、POM等，背壓提高，熔體溫度升高，制品表面質(zhì)量較好，但有可能引起制品變色、性能劣化、造成降解；注射熔體粘度較高的塑料，如PC、PSF、PPO等，背壓太高。易引起動力過載；注塑熔體粘度特別低的塑料，如PA等，背壓太高，一方面易流延，另一方面塑化能力大大下降。以上情況，背壓選擇都不宜太高。
一些熱穩(wěn)定性比較好，熔體粘度適中的塑料，如PE、PP、PS等，可適當(dāng)提高背壓。
通常情況下，背壓不超過2MPa。背壓高低與噴嘴種類、加料方式有關(guān)：選用直通式(即敞開式)噴嘴或后加料方式，背壓應(yīng)低，防止因背壓提高而造成流延；自鎖式噴嘴或前加料、固定加料方式，背壓可稍稍提高。
1.7注射壓力
注射壓力的作用是克服塑料熔體從料筒流向模具型腔的流動阻力，給予熔體一定的充模速度及對熔體進行壓實、補縮。這些作用不僅與制品的質(zhì)量、產(chǎn)量有密切聯(lián)系，而且還受塑料品種、注塑機類型、制品和模具的結(jié)構(gòu)及其它工藝參數(shù)等的影響。下面就注射壓力的幾方面作用，介紹注塑過程中注射壓力的設(shè)定。
(1)流動阻力注射時要克服的流動阻力，主要來自兩方面：首先是流道。一般，流道長且?guī)缀涡螤顝?fù)雜時，熔體流動阻力大、需要采用較高的注射壓力才能保證熔體順利充模。其次是塑料的摩擦系數(shù)和熔體的粘度。因為潤滑性差的物料，摩擦系數(shù)大，大分子中分子間作用力大的熔體粘度高，此時，流動阻力也較大，同樣需要較高的注射壓力。如果各項條件都相同，柱塞式注塑機所用的注射壓力比螺桿式的大，原因是塑料在柱塞式注塑機料筒內(nèi)的壓力損失大。
(2)充模速率注射壓力在一定程度上決定了塑料的充模速率，并影響制品的質(zhì)量。在充模階段，當(dāng)注射壓力較低時，塑料熔體呈鋪展流動，流速平穩(wěn)、緩慢，但延長了注射時間，制品易產(chǎn)生熔接痕、密度不勻等缺陷；當(dāng)注射壓力較高，而澆口又偏小時，熔體為噴射式流動，這樣易將空氣帶入制品中，形成氣泡、銀紋等缺陷，嚴(yán)重時還會灼傷制品。
適當(dāng)提高充模階段的注射壓力，可提高充模速率、增加熔體的流動長度和制品的熔接痕強度，制品密實、收縮率下降，但制品易取向，內(nèi)應(yīng)力增加。
總之，注射壓力的選擇與設(shè)定，因塑料品種及其牌號流動性、制品形狀等的不同而異，還要服從于注塑機所能允許的壓力。一般情況下，注射壓力的選擇范圍見表3。
1.8保壓壓力
保壓是指在模腔充滿后，對模內(nèi)熔體進行壓實、補縮的過程。處于該階段的注射壓力稱為保壓壓力。
實際生產(chǎn)中，保壓壓力的設(shè)定，可與注射壓力相等，一般稍低于注射壓力。當(dāng)保壓壓力較高時，制品的收縮率減小，表面光潔度、密度增加，熔接痕強度提高，制品尺寸穩(wěn)定。缺點是：脫模時制品中的殘余應(yīng)力較大、易產(chǎn)生溢邊。
1.9注射速率
注射速率是指單位時間內(nèi)注入模腔中的塑料熔體的容積。高速注射可以減少模腔內(nèi)的熔體溫差，改善壓力傳遞效果，可得到密度均勻、內(nèi)應(yīng)力小的精密制品；高速注射可采用低溫模塑，縮短成型周期，特別在成型薄壁、長流程制品及低發(fā)泡制品時能獲得較優(yōu)良的制品。但是，注射速率過高，熔體流經(jīng)噴嘴澆口等處時，易產(chǎn)生大量的摩擦熱，導(dǎo)致物料燒焦以及吸入氣體和排氣不良等現(xiàn)象，影響到制品的表面質(zhì)量，產(chǎn)生銀紋、氣泡。同時，高速注射也不易保證注射與保壓壓力穩(wěn)定的撤換，會因過填充而使制品出現(xiàn)溢料（飛邊）。因此，注射速率應(yīng)根據(jù)使用的樹脂和加工制品的特點、工藝要求、澆口設(shè)計及模具的冷卻情況等進行選擇。
2合模參數(shù)
2.1合模力
合模力的調(diào)整將直接影響制品的表面質(zhì)量和尺寸精度。如果合模力不足，會導(dǎo)致模具離縫，產(chǎn)生溢料；而合模力太大會使模具變形，能量消耗增加。
注塑制品時所需的合模力簡稱工藝合模力。為保證可靠的鎖模，工藝合模力必須小于注塑機的額定合模力，一般取0.8～0.9額定合模力。工藝合模力可根據(jù)模腔壓力和制品投影面積來確定。
2.2頂出力
當(dāng)制品從模具上脫模時，需要一定的外力來克服制品與模具的附著力，該外力即為頂出力。頂出力太小，制品不能從模具上脫下；頂出力太大，會使制品產(chǎn)生翹曲變形，甚至?xí)攭闹破贰?/p>
此外，頂出速度和頂出行程也同樣影響頂出過程。頂出速度快，制品易翹曲變形和損壞；頂出行程短。制品不易脫下。
2.3溫控參數(shù)
注塑過程中需要控制的溫度有：料筒溫度、噴嘴溫度、模具溫度和油溫四方面的技術(shù)參數(shù)。
3.1料筒溫度
料筒溫度是指料筒表面的加熱濕度。料筒分三段加熱，從料斗到噴嘴前依次由低到高，使塑料材料逐步熔融、塑化。第一段是靠近料斗處的固體輸送段，溫度要低一些、料斗座還需用冷卻水冷卻，以防止物料“架橋”并保證較高的固體輸送效率；第二段為壓縮段，是物料處于壓縮狀態(tài)并逐漸熔融，該段溫度設(shè)定一般比所用塑料的熔點或粘流化溫度高出20～25℃；第三段為計量段，物料在該段處于熔融狀態(tài)，在預(yù)塑終止后形成計量室，儲存塑化好的物料，該段溫度設(shè)定一般要比第二段高出20～25℃。以保證物料處于熔融狀態(tài)。
料筒溫度的設(shè)定與所加工塑料的特性有關(guān)。
對于無定型塑料，料筒第三段溫度應(yīng)高于塑料的粘流化溫度Tf，對于結(jié)晶型塑料，應(yīng)高于塑料的熔點Tm，但都必須低于塑料的分解溫度Td。通常，對于Tf～Td的范圍較窄的塑料，料筒溫度應(yīng)偏低些，比Tf稍高即可；而對于Tf～Td的范圍較寬的塑料，料筒溫度可適當(dāng)高些，即比Tf高得多一些。如PVC塑料，受熱后易分解，因此料筒溫度設(shè)定低一些；而PS的Tf～Td范圍較寬，料筒溫度應(yīng)可以相應(yīng)設(shè)定得高些。
對熱敏性塑料，如PVC、POM等，雖然料筒溫度控制較低，但如果物料在高溫下停留時間過長，同樣會發(fā)生降解。因此，加工該類塑料時，除嚴(yán)格控制料筒的最高溫度外，對塑料在料筒中的停留時間也應(yīng)有所限制。
同一種塑料，由于生產(chǎn)廠家不同、牌號不一樣，其流動溫度及降解溫度有差別。一般，相對平均分子質(zhì)量高、分子量分布窄的塑料，熔體的粘度都偏高，流動性也較差，加工時，料筒溫度應(yīng)適當(dāng)提高；反之則降低。
塑料添加劑（包括填充劑、增強劑）的存在，對成型溫度也有影響。若添加劑為玻璃纖維或無機填料時，無熔體流動性會變差，因此，要隨添加劑用量的增加，相應(yīng)提高料筒溫度；若添加劑為增塑劑或軟化劑時，料筒溫度可適當(dāng)?shù)托?/p>
同種塑料選擇不同類型的注塑機進行加工時，料筒溫度設(shè)定也不同。若選用柱塞式注塑機，由于塑料是靠料筒壁及分流梭表面?zhèn)鳠?，傳熱效率低且不均勾。為提高塑料熔體的流動性，必須適當(dāng)提高料筒溫度；若選用螺桿式注塑機，由于預(yù)塑時螺桿的轉(zhuǎn)動產(chǎn)生較大的剪切摩擦熱，而且料筒內(nèi)的料層薄，傳熱容易，因此，料筒溫度應(yīng)低些，一般比柱塞式注塑機的料筒溫度低10～20℃。
由于薄壁制品的模腔較窄。熔體注入時阻力大、冷卻快，因此，為保證能順利充模，料筒溫度應(yīng)高些；而注塑厚壁制品時，則可低一些。另外，形狀復(fù)雜或帶有金屬嵌件的制品，由于充模流程曲折、充模時間較長，此時，料筒溫度也應(yīng)設(shè)定高些。料筒溫度的選擇對制品的性能有直接影響：料筒溫度提高后，制品的表面光潔度、沖擊強度及成型時熔體的流動長度提高了，而注塑壓力降低，制品的收縮率、取向度及內(nèi)應(yīng)力減少。由此可見，提高料筒溫度，有利改善制品質(zhì)量。因此，在允許的情況下，可適當(dāng)提高料筒溫度。
3.2噴嘴溫度
噴嘴具有加速熔體流動、調(diào)整熔體溫度和使物料均化的作用。在注塑過程中，噴嘴與模具直接接觸，由于噴嘴本身熱慣性很小，與較低溫度的模具接觸后，會使噴嘴溫度很快下降，導(dǎo)致熔料在噴嘴處冷凝而堵塞噴嘴孔或模具的澆注系統(tǒng)、而且冷凝料注入模具后也會影響制品的表面質(zhì)量及性能，所以，需控制噴嘴溫度。
噴嘴溫度通常要略低于料筒的最高溫度。一方面，這是為了防止熔體產(chǎn)生“流延”現(xiàn)象；另一方面，由于塑料熔體在通過噴嘴時，產(chǎn)生的摩擦熱使熔體的實際溫度高于噴嘴溫度，若噴嘴溫度控制過高，還會使塑料發(fā)生分解，反而影響制品的質(zhì)量。料筒溫度和噴嘴溫度的設(shè)定還與注射成型中的其它工藝參數(shù)有關(guān)。如：當(dāng)注射壓力較低時，為保證物料的流動，應(yīng)適當(dāng)提高料筒和噴嘴的溫度；反之，則應(yīng)降低料筒和噴嘴溫度。在注射成型前，一般要通過“對空注射法”和制品的“直觀分析法”來調(diào)整成型工藝參數(shù)。確定最佳的料筒和噴嘴的溫度。
3.3模具溫度
模具溫度是指與制品接觸的模腔表面溫度。它對制品的外觀質(zhì)量和內(nèi)在性能影響很大。模具溫度通常是靠通入定溫的冷卻介質(zhì)來控制的，有時也靠熔體注入模腔后，自然升溫和散熱達到平衡而保持一定的模溫，特殊情況下，還可采用電熱絲或電熱棒對模具加熱來控制模溫。不管采用何種方法使模溫恒定。對熱塑性塑料熔體來說都是冷卻過程，因為模具溫度的恒定值低于塑料的Tg或低于熱變形溫度(HDT)，只有這樣，才能使塑料定型并有利于脫模。
模具溫度的高低主要取決于塑料特性(是否結(jié)晶)、制品的結(jié)構(gòu)尺寸、制品的性能要求及其它工藝參數(shù)(如熔體的溫度、注射壓力、注射速率、成型周期等)。
無定型塑料熔體注入模腔后，隨著溫度不斷降低而固化，在冷卻過程小不發(fā)生相的轉(zhuǎn)變。這時，模溫主要影響熔體的粘度，即充模速率。通常，在保證充模順利的情況下，盡量采用低模溫，因為低模溫可以縮短冷卻時間，從而提高生產(chǎn)效率。對于熔體粘度較低的塑料(如PS)，由于其流動性好，易充模，因此加工時可采用低模溫；而對于熔體粘度較高的塑料(如PC、聚苯醚、聚砜等)。模溫應(yīng)高些。提高模溫可以調(diào)整制品的冷卻速度，使制品緩慢、均勻冷卻，應(yīng)力得到充分松弛，防止制品因溫差過大而產(chǎn)生凹痕、內(nèi)應(yīng)力力和裂紋等缺陷。結(jié)晶型塑料注入模腔后，模具溫度直接影響塑料的結(jié)晶度和結(jié)晶構(gòu)型。模溫高，冷卻速率慢、結(jié)晶速率快，制品的硬度大、剛性高，但卻延長了成型周期并使制品的收縮率增大；模溫低，則冷卻速度快、結(jié)晶速率慢、結(jié)晶度低，制品的韌性提高。但是，低模溫下成型的結(jié)晶型塑料，當(dāng)其Tg較低時，會出現(xiàn)后期結(jié)晶，使制品產(chǎn)生后收縮和性能變化。當(dāng)制品為厚壁的，內(nèi)外冷卻速率應(yīng)盡可能一致，以防止因內(nèi)外溫差造成內(nèi)應(yīng)力及其它缺陷(如凹痕、空隙等)，此時，模溫要相應(yīng)高些；此外，面積大或流動阻力大的薄壁制品，也需要維持較高的模溫。
模具溫度的選擇與設(shè)定對制品的性能有很大的影響：適當(dāng)提高模具溫度，可增加熔體流動長度，提高制品表面光潔度、結(jié)晶度和密度，減小內(nèi)應(yīng)力和充模壓力；但由于冷卻時間延長，生產(chǎn)效率降低，制品的收縮率增大。
3.4油溫
油溫是指液壓系統(tǒng)的壓力油溫度。油溫的變化影響注塑工藝參數(shù)，如：注射壓力、注射速率等的穩(wěn)定性。
當(dāng)油溫升高時，液壓油的粘度降低，油泄漏量增大，導(dǎo)致液壓系統(tǒng)壓力和流量的波動，使注射壓力和注射速率降低，影響制品的質(zhì)量和生產(chǎn)效率。因此，在調(diào)整注塑工藝參數(shù)時，應(yīng)注意到油溫的變化。正常的油溫應(yīng)保持在30～50℃。
4注射壓力與熔料溫度的合理組合
在注塑過程中，注射壓力與熔料溫度實際上是相互制約。熔料溫度高時，注射壓力就能降低。
對于某種塑料來說，以熔料溫度和注射壓力分別為坐標(biāo)，繪制的成型面積能正確地反映適宜的注塑工藝參數(shù)，見圖3。如圖3所示，在成型區(qū)域中，適當(dāng)?shù)臏囟扰c壓力的組合都能獲得滿意的成型制品；而在這區(qū)域以外的溫度與壓力的組合，都會給成型帶來困難或給制品造成各種缺陷。大型的、正規(guī)的原料生產(chǎn)廠家提供成型面積圖。
5成型周期
完成一次注射模塑過程所需要的時間稱成型周期。成型周期包括以下幾部分：由于成型周期直接影響到勞動生產(chǎn)率和設(shè)備利用率。因此，生產(chǎn)中應(yīng)在保證制品質(zhì)量前提下，盡量縮短成型周期中各有關(guān)時間。
在整個成型周期中，以注射時間和模內(nèi)冷卻時間的設(shè)定最重要，對制品的質(zhì)量起決定作用。
5.1充模時間
注射時間中的充模時間越短，則注射速率越快，此時，熔體的密度高、溫差小，有利提高制品的精度，但制品上易產(chǎn)生溢邊、銀紋、氣泡等缺陷。通常，充模時間為3～5s。對熔體粘度高、Tg高、冷卻速率快的大型、薄壁、精密制品以及玻璃纖維增強制品、低發(fā)泡制品等，應(yīng)采用快速注射。
5.2保壓時間
保壓時間就是對型腔內(nèi)塑料的壓實、補縮時間，在整個注射時間內(nèi)所占的比例較大，一般為20～120 s，特別厚的制品可達3～5min；而形狀簡單的制品，保壓時間也可很短，如幾秒鐘。在澆口處熔體凍結(jié)之前，保壓時間的長短，對制品的質(zhì)量有較大影響。若保壓時間短，則制品的密度低、尺寸偏小、易出現(xiàn)縮孔；而保壓時間長，則制品的內(nèi)應(yīng)力大、強度低、脫模困難。此外，保壓時間還與料溫、模溫、主流道及澆口尺寸等到有關(guān)。如果工藝參數(shù)正常、澆注系統(tǒng)設(shè)計合理，通常以制品的收縮率波動范圍最小時的時間即為最佳保壓時間。確定保壓時間時要考慮的因素有：塑料的品種與性能；制品與模具等條件；其它注塑工藝條件，如溫度、背壓、注射壓力、注射速率、螺桿轉(zhuǎn)速等工藝參數(shù)。
5.3總的冷卻時間
設(shè)定時主要取決于制品的厚度、塑料的熱性能和結(jié)晶性以及模具溫度等，以保證制品脫模時不變形為原則。一般，Tg高及具有結(jié)晶性的塑料，冷卻時間較短；反之，則應(yīng)長些。如果冷卻時間過長，不僅會降低生產(chǎn)效率，而且會使復(fù)雜制品脫模困難，強行脫模時將產(chǎn)生較大的脫模應(yīng)力，嚴(yán)重時則可能損壞制品。
澆口凍結(jié)后的冷卻時間與螺桿后退后制品在模內(nèi)的冷卻時間從理論上講應(yīng)該一致，但實際生產(chǎn)總是不一致的。一般說來，螺桿后退是在澆口凍結(jié)后的才開始，至于在澆口凍結(jié)后經(jīng)過多長時間螺桿才開始后退，原則是這段時間越短越好。如果螺桿的后退是在澆口凍結(jié)之前，那將發(fā)生倒流，這在實際生產(chǎn)中是不允許的。澆口凍結(jié)后的冷卻時間與制品性能的關(guān)系很大；如果時間過短，則制品易產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，易發(fā)生變形；如果時間過長，則制品變脆。澆口凍結(jié)后的冷卻時間與制品脫模的難易程度也有一定的關(guān)系：時間過短，則殘余應(yīng)力較大，脫模困難。
5.4其他時間
成型周期中的其它時間則與生產(chǎn)過程是否連續(xù)化和自動化、操作者的熟練程度等有關(guān)。空循環(huán)時間這是指在不加料的情況下，注塑機空轉(zhuǎn)一個周期所需的最少操作時間。這是注塑機運行過程中靈敏程度的一個標(biāo)志。
6多級注塑
制品型腔較深而壁厚較薄，使模具型腔形成長而窄的流通，熔體在流經(jīng)該部位時必須快速通過，否則會冷卻凝固，導(dǎo)致充填不足，故在此應(yīng)設(shè)定高速注射。但高速注射會給熔體帶來很大的動能，熔體流到底時會產(chǎn)生很大的慣性沖擊，導(dǎo)致能量損失和溢料現(xiàn)象，這時必須使熔體減緩流速、降低充模壓力、維持保壓壓力，使熔體在澆口凝封之前向模腔內(nèi)補充熔體的收縮。因此，該制品的注塑過程必須采用多級注塑。
多級注塑是指在注射過程中，當(dāng)螺桿向模腔內(nèi)推進熔體時，不同位置采用不同的注射壓力和注射速率。使用多級注塑有利提高制品質(zhì)量。
多級注塑適合薄壁制品、長流距的大型制品、精密注射制品以及型腔配置不均衡或鎖模不太緊密的制品生產(chǎn)。在制定多級注塑工藝時，首先要根據(jù)制品的結(jié)構(gòu)、重量、尺寸及幾何形狀，模具型腔結(jié)構(gòu)及制品所用的塑料，選擇好機型，確定合理的注塑工藝參數(shù)，制定多級注射壓力和多級注射速率的設(shè)定圖形，并依圖進行調(diào)節(jié)、控制。
