第十二章注射模新技術(shù)的應(yīng)用

1、第十二章第十二章 注射模新技術(shù)注射模新技術(shù) 的應(yīng)用的應(yīng)用 熱固性塑料注射成型熱固性塑料注射成型重點(diǎn)掌握重點(diǎn)掌握一、發(fā)展概況一、發(fā)展概況 制件具有變形小、耐高壓、抗老化、耐燃燒等一系列特點(diǎn)。 熱固性塑料的優(yōu)點(diǎn)： 含有大量填料，價(jià)格低廉，僅為熱塑性塑料的1/21/3。制件外觀有熱塑性塑料制件不能相比的光澤。 在水潤(rùn)滑條件下具有較低的摩擦因數(shù)(00l003)。 國(guó)外熱固性塑件的加工方法：國(guó)外熱固性塑件的加工方法： 上世紀(jì)60年代前，熱固性塑料制件一直是用壓縮和壓注方法成型，工藝周期長(zhǎng)、生產(chǎn)效率低、勞動(dòng)強(qiáng)度大、模具易損壞、成本較高。60年代后，熱固性塑料注射成型得到迅速發(fā)展，壓縮成型工藝在歐、美、日等

2、工業(yè)先進(jìn)國(guó)家已逐漸被注射工藝所取代。目前，日本85以上的熱固性塑料制件都是以注射成型方法獲得的。 我國(guó)20世紀(jì)70年代開始推廣應(yīng)用熱固性塑料注射成型工藝，但目前只有34的熱固性塑料制件采用了注射成型方法，主要原因是用于熱固性塑料注射成型的原料需要具有特殊的工藝性能(流動(dòng)與固化的特殊要求)，在這方面國(guó)內(nèi)還存在著一定的差距。國(guó)內(nèi)熱固性塑料的加工方法：國(guó)內(nèi)熱固性塑料的加工方法： 由于熱固性塑料只能一次性加熱變軟而具有流動(dòng)性，廢品和凝料不能回收再次利用，其原料的利用率低 。為此，熱固性塑件成型新技術(shù)熱固性塑件成型新技術(shù) 國(guó)外開發(fā)成功了熱固性塑料注壓成型新工藝。注壓成型將注射和壓縮成型兩者優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來，

3、熔體在不閉模時(shí)低壓注射，充模結(jié)束時(shí)模具完全閉合，型腔中的物料在高壓、高溫下固化。 國(guó)外自20世紀(jì)70年代以來已開始研制應(yīng)用無流道凝料的熱固性塑料注射成型工藝，并已取得了很好的成績(jī)。目前已有能夠快速固化的無流道注射成型專用的熱固性塑料原料出售。 20世紀(jì)80年代國(guó)外又在注壓工藝上進(jìn)一步發(fā)展為無流道注壓成型工藝。1982年美國(guó)的Durez塑料公司已獲得四項(xiàng)無流道注壓工藝的專利。二、工藝要點(diǎn)及模具簡(jiǎn)介二、工藝要點(diǎn)及模具簡(jiǎn)介 熱固性塑料注射成型的特點(diǎn)熱固性塑料注射成型的特點(diǎn) 需采用專門的熱固性塑料注射機(jī)。成型時(shí)將粉狀或粒狀塑料加入注射機(jī)料斗內(nèi)，在螺桿推動(dòng)下進(jìn)入料筒，料筒外通熱水或熱油進(jìn)行加熱，加熱溫度

4、在料筒前段為90左右，后段為70左右。物料通過注射機(jī)噴嘴孔噴出時(shí)，由于劇烈摩擦，料溫可達(dá)100130。模具溫度通常保持在160190(視塑料品種不同而異)，物料在此溫度下迅速固化。注射工藝的要點(diǎn)注射工藝的要點(diǎn) 注射原料在注射機(jī)料筒中應(yīng)處于黏度最低的熔融狀態(tài)。熔融的塑料高速流經(jīng)截面很小的噴嘴和模具流道時(shí)，溫度從7090瞬間提高到130左右，達(dá)到臨界固化狀態(tài)，這也是物料流動(dòng)性最佳狀態(tài)轉(zhuǎn)化點(diǎn)，此時(shí)注射壓力在118235 MPa之間，注射速度一般為345ms。 熱固性塑料中含有40以上的填料，黏度與摩擦阻力較大，注射壓力也應(yīng)相應(yīng)增大，注射壓力的一半要消耗在澆注系統(tǒng)的摩擦阻力上。 原料在固化反應(yīng)中，產(chǎn)生

5、縮合水和低分子氣體，型腔須有良好的排氣結(jié)構(gòu)，否則在注射制件表面會(huì)留下氣泡和流痕。典型模具結(jié)構(gòu)如圖12l。 與熱塑性塑料的注射模類似，包括澆注系統(tǒng)、凹模、型芯、導(dǎo)向、推出機(jī)構(gòu)等，注射機(jī)上采用同樣的安裝方法。熱固性塑料注射模的溫度通常需要保持160190的高溫，模具多采用電加熱法。 熱固性塑料注射模設(shè)計(jì)注意點(diǎn)熱固性塑料注射模設(shè)計(jì)注意點(diǎn) 因熱固性塑料成型時(shí)在料筒內(nèi)沒有加熱到足夠溫度，因此希望使主流道斷面積小一些以增加摩擦熱，由于凝料不能回收，減小主流道在經(jīng)濟(jì)上也有好處。 熱塑性塑料注射模常利用分型面和推桿等的配合間隙排氣即可，而熱固性塑料成型時(shí)排出的氣體多，僅利用配合間隙排氣往往不能滿足要求，在模具

6、上要開設(shè)專門的排氣槽。 由于熔融溫度比固化溫度低，在一定的成型條件下熔料的流動(dòng)性較好，可以流入細(xì)小的縫隙中成為毛邊，因此要提高模具分型面合模后的接觸精度，避免采用推件板式結(jié)構(gòu)，盡量少用鑲拼成型零件。 注射工藝要求模具溫度高于注射機(jī)料筒溫度，容易造成制件與型芯之間有較大的真空吸力，使制件脫模困難，因而要提高模具的推出能力。 因填料的沖刷作用，要求模具成型部位具有較好的耐磨性及較低的表面粗糙度。 注射模在高溫、高壓下工作，應(yīng)嚴(yán)格控制模具零件的尺寸精度，特別是活動(dòng)型芯、推桿等一類零件。 必要時(shí)應(yīng)能分別控制動(dòng)模和定模的溫度，減小凹模與型芯的溫差。為了避免散熱過多，還應(yīng)在注射模與注射機(jī)之間加設(shè)石棉墊板等

7、絕熱材料。第二節(jié)第二節(jié) 無流道成型無流道成型什么是無流道？什么是無流道？ 指在澆注系統(tǒng)中無流道凝料。如何實(shí)現(xiàn)無流道？如何實(shí)現(xiàn)無流道？ 在注射模中采用絕熱或加熱的方法，使從注射機(jī)噴嘴到型腔入口這一段流道中的塑料一直保持熔融狀態(tài)，從而在開模時(shí)只需取出塑件，而不必清理澆道凝料。 無流道模具是注射成型工藝上的一次革命，也是注射模具設(shè)計(jì)的一次革新，這類模具在美國(guó)、日本等先進(jìn)國(guó)家應(yīng)用已很普遍，在注射模具中約占總數(shù)40以上。我國(guó)現(xiàn)在處于研制推廣階段，它是今后注射模具澆注系統(tǒng)的一個(gè)重要發(fā)展方向。 一、無流道成型的優(yōu)缺點(diǎn)和模具設(shè)計(jì)原則一、無流道成型的優(yōu)缺點(diǎn)和模具設(shè)計(jì)原則1無流道成型的優(yōu)點(diǎn)無流道成型的優(yōu)點(diǎn)基本可實(shí)

8、現(xiàn)無廢料加工，節(jié)約原料。省去除料把、修整塑件、破碎回收料等工序，因而節(jié)省人力，簡(jiǎn)化設(shè)備，縮短成型周期，提高了生產(chǎn)率，降低成本。省去取澆注系統(tǒng)凝料的工序，開模取塑件依次循環(huán)連續(xù)進(jìn)行生產(chǎn)，尤其是針點(diǎn)澆口模具，可以避免采用三板式模具，避免采用順序分型脫模機(jī)構(gòu)，操作簡(jiǎn)化，有利于實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程自動(dòng)化。 由于澆注系統(tǒng)的熔料在生產(chǎn)過程中始終處于熔融狀態(tài)，澆注系統(tǒng)暢通，壓力損失小，可以實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)澆口、一模多腔和大型模具的低壓注塑；還有利于壓力傳遞，從而克服因補(bǔ)塑不足所導(dǎo)致的制作縮孔、凹陷等缺陷，改善應(yīng)力集中產(chǎn)生的翹曲變形，提高了塑件質(zhì)量。 由于沒有澆注系統(tǒng)的凝料，而縮短了模具的開模行程，提高了設(shè)備對(duì)深腔塑件的適應(yīng)

9、能力。2無流道成型的缺點(diǎn)無流道成型的缺點(diǎn) 模具的設(shè)計(jì)和維護(hù)較難，若沒有高水平的模具和維護(hù)管理，生產(chǎn)中模具易產(chǎn)生各種故障。 成型準(zhǔn)備時(shí)間長(zhǎng)，模具費(fèi)用高，小批量生產(chǎn)時(shí)效果不大。 對(duì)制件形狀和使用的塑料有原則。對(duì)于多型腔模具，采用無流道成型技術(shù)難度較高。3無流道成型模具的設(shè)計(jì)原則無流道成型模具的設(shè)計(jì)原則 原料： a適宜加工的范圍寬，黏度隨溫度改變而變化很小，在較低的溫度下具有較好的流動(dòng)，在高溫下具有優(yōu)良的熱穩(wěn)定性。b對(duì)壓力敏感，不加注射壓力時(shí)熔料不流動(dòng)，但施以很低的注射壓力即可流動(dòng)。這一點(diǎn)可以在內(nèi)澆口加彈簧針形閥(即單向閥)控制熔料在停止注射時(shí)不流延。c熱變形溫度高，制件在比較高的溫度下即可快速固化

10、頂出，以縮短成型周期。流道和模體必須實(shí)行熱隔離，在保證可靠的前提下應(yīng)盡量減少模具零件與流道的接觸面積，隔離的方式可視情況選用空氣絕熱和絕熱材料(或熔體本身)絕熱，也可兩者兼用 熱流道板材料最好選用穩(wěn)定性好、膨脹系數(shù)小的材料。合理選用加熱元件，加熱元件要通過計(jì)算確定，熱流道板加熱功率要足夠。在需要的部位配備溫度控制系統(tǒng)，以便根據(jù)工藝要求，監(jiān)測(cè)和調(diào)節(jié)工作狀況，保證熱流道工作在理想狀態(tài)。熱流道模具增加了加熱元件和溫度控制裝置，模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜，因此發(fā)生故障的概率也相應(yīng)增大，所以在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮裝折檢修方便。二、無流道模具的分類二、無流道模具的分類 按保持流道溫度的方式分為：絕熱流道模具和熱流道模具絕熱流道

11、模具和熱流道模具。 絕熱流道模具在生產(chǎn)停機(jī)后流道有凝料把，下次開機(jī)生產(chǎn)前需要折開模具清理凝料把，所以一般不采用，通常采用的無流道模具是熱流道模具。1熱流道模具分類熱流道模具分類(1)延伸式和井坑式噴嘴熱流道的單型腔模具，屬于延長(zhǎng)了的注射機(jī)噴嘴。圖12-2延伸式噴嘴，型腔形成噴嘴的變型實(shí)例。 圖12-3井坑式噴嘴，保持注射機(jī)原噴嘴長(zhǎng)度不變，而使主流道盡量縮短，在其井底部形成噴嘴，使在注射機(jī)噴嘴尖端與澆口之間的空間里積滿熔融塑料，熔料外層由于接觸到冷的模具，雖然冷凝，但中心部位仍保持熔融狀態(tài)，若從注射機(jī)噴嘴增加注射壓力，則可以沖破冷凝層進(jìn)行注射。井坑式噴嘴的設(shè)計(jì)：井坑式噴嘴的設(shè)計(jì)： 圖12-4在注

12、射機(jī)噴嘴和模具入口間裝置主流道杯，由于杯內(nèi)的物料層較厚，且被噴嘴和每次通過的塑料不斷地加熱，其中心部分保持其流動(dòng)狀態(tài)，允許物料通過。由于澆口離熱源噴嘴甚遠(yuǎn)，這種形式僅適用于成型周期較短(每分鐘注射3次或3次以上)的模具，主流道杯的詳細(xì)尺寸如圖12-5和表12l。杯內(nèi)塑料質(zhì)量應(yīng)為制件質(zhì)量的12以下。 (2)熱流道熱分流道模具(外加熱) 多腔熱分流道模具的共同特點(diǎn)：在模具內(nèi)設(shè)有加熱流道板，主流道和分流道截面多為圓形，其尺寸約51 2 mm，均設(shè)在熱流道板內(nèi)。熱流道板用加熱器加熱，保持流道內(nèi)塑料完全處于熔融狀態(tài)。流道板利用絕熱材料(石棉水泥板等)或空氣間隙層與模具其余部分隔熱，澆口型式有主流道澆口和

13、針點(diǎn)澆口兩種。主流道型澆口如圖12-6，在澆口部分設(shè)計(jì)有外加熱線圈加熱。這一點(diǎn)對(duì)流動(dòng)性差的塑料很有好處。注意：注意： 即使是熱流道模具，當(dāng)成型周期過長(zhǎng)時(shí)，澆口處亦有發(fā)生凍結(jié)的危險(xiǎn)。 解決辦法：解決辦法： 塑料黏度高、流動(dòng)性差，采用在給料噴嘴內(nèi)部安裝棒狀加熱器(即中心魚雷體)的設(shè)計(jì)，如圖12-7。 魚雷體的尖端呈針形，延伸到澆口的中心處，即使加工周期長(zhǎng)和流動(dòng)性差的問題，也得到解決。圓錐形的噴嘴頭部與型腔之間留有05mm的絕熱層為塑料所充滿，加熱器的尖端從噴嘴前端伸出，深入澆口中部離型腔約05mm。 圖12-8為該處局部放大圖。安裝在魚雷體中心的是體積很小(625942mm)、功率較大(15060

14、0W)的棒式加熱器。 彈簧閥式澆口，如圖12-9和圖12-10。這種結(jié)構(gòu)的熱流道模具對(duì)塑料熔體黏度低的可以避免熔體流涎。在注射過程中澆口處針形閥不斷開啟，能減少澆口處的凍結(jié)，同時(shí)還可以準(zhǔn)確控制補(bǔ)塑時(shí)間。這種針形閥式澆口可以在高溫高壓下快速封閉澆口，能降低塑件的內(nèi)應(yīng)力，減少內(nèi)應(yīng)力開裂和翹曲變形，增加塑件尺寸的穩(wěn)定性。各種塑料適用的熱流道澆注系統(tǒng)參考表12-202熱流道板的設(shè)計(jì)熱流道板的設(shè)計(jì) (1)熱流道板加熱功率的計(jì)算 圖1211為帶有四個(gè)噴嘴的熱流道板加熱器的配置情況。其熱流道板加熱功率可按下式進(jìn)行計(jì)算 )(860115. 0kWtmP(12-1)式中 P所需電功率，kW；熱流道板所需溫度，；

15、設(shè)溫度基點(diǎn)為0；m熱流道板質(zhì)量，kg；t升溫時(shí)間(從0上升到)，h；效率，隨著加熱器與熱流道板的密貼程度和絕熱情況而變化，一般取0203。(2)熱流道板質(zhì)量設(shè)計(jì) 為了減少加熱器的熱容量，在強(qiáng)度允許的范圍內(nèi)應(yīng)盡量減少熱流道的尺寸，從而減輕熱流道板的質(zhì)量。(3)筒式加熱器的裝配 加熱器越長(zhǎng)越易彎曲，所以不得不增加裝配間隙。為了取得更高的熱效率，裝配孔與加熱器的徑向間隙最好在02mm以下。為了便于更換，加熱器的安裝孔應(yīng)該是通孔，因鉆頭加工的孔壁較粗糙，其傳熱效率低，所以應(yīng)該再用鉸刀加工后使用。 為取出燒壞的加熱器而擴(kuò)大裝配孔，不但增大了徑向間隙，而且會(huì)縮短新更換的加熱器的使用壽命。因?yàn)樘间摰膫鳠嵯禂?shù)

16、較低，鋼制熱流道板用的筒式加熱器的功率密度最好限定在20Wcm2以下。加熱器裝在運(yùn)動(dòng)著的模板上時(shí)，應(yīng)牢牢地夾固引出線。應(yīng)清除加熱器安裝孔內(nèi)的油污，這樣熱傳導(dǎo)才完全不受妨礙。 應(yīng)注意出售的加熱器容量有10的誤差。為了取得熱平衡，必須使用實(shí)測(cè)熱容量相同的加熱器。(4)使熱流道板溫度均勻一致 必須把加熱器配置得能均勻加熱各流道，保證熱流道板溫度的均勻一致，否則即使塑料滯留時(shí)間比在注射機(jī)料筒內(nèi)短，局部高溫也會(huì)使塑料發(fā)生分解。具體方法：具體方法： 熱流道板和加熱器孔最好與流道軸線對(duì)稱，加熱器孔不要過于靠近流道，加熱器的數(shù)量多些為好。對(duì)于熱流穩(wěn)定性差且黏度高的塑料，設(shè)計(jì)熱流道板時(shí)，必須注意防止產(chǎn)生局部過熱

17、現(xiàn)象。(5)溫度控制 測(cè)量溫度的熱電偶的安裝位置非常重要，測(cè)量點(diǎn)盡量設(shè)在較深的部位，一般設(shè)在距加熱器和流道兩者都接近的位置上，不要設(shè)在壓圈和防泄漏環(huán)附近，以及靠近熱流道外側(cè)等有熱損失的部分。(6)熱流道板的絕熱和安裝絕熱：絕熱： 必須充分考慮注射機(jī)模板與模具座板、模具座板與熱流道板、熱流道板與成型模板之間的絕熱問題。 注射機(jī)模板與模具座板之間的隔熱一般用610mm厚的石棉板，而模具座板與熱流道板、熱流道板與成型模板之間大多數(shù)留有38 mm的空氣層間隙隔熱。通常兩平板之間的熱對(duì)流在3 mm氣隙中大致為零，但熱輻射依然存在，為提高絕熱效果應(yīng)防止熱輻射。安裝：安裝： 緊固螺釘，但數(shù)目應(yīng)盡可能少，且熱

18、流道板與成型模板的接觸面積也應(yīng)在強(qiáng)度允許的情況下盡量縮小，使用材料最好采用導(dǎo)熱系數(shù)低的不銹鋼，當(dāng)然必須充分復(fù)核其抗壓強(qiáng)度。 使熱流道板與成型模板保持同心，在主流道的另一側(cè)應(yīng)設(shè)置同心圓盤，使之在承受注射壓力的情況下，熱流道板與成型模板仍然保持同心。 各噴嘴應(yīng)設(shè)有相應(yīng)的澆口套，或者裝設(shè)能承受作用于噴嘴的塑料成型壓力的承壓零件。假如這些承壓零件的位置及接觸狀態(tài)不均衡，則將使流道板變形，導(dǎo)致熔料泄漏，所以必須絕對(duì)防止熱流道板變形。 (7)熱流道板的流道內(nèi)不允許滯留熔料 無論哪一種斷面形狀的流道都必須始終保持熔料暢流無阻，否則滯留熔料將發(fā)生過熱分解，導(dǎo)致塑料褪色或形成黑色條紋。解決方法：解決方法： 絕對(duì)避免流道斷面發(fā)生急劇的變化。不管流道如何長(zhǎng)，都必須從一端進(jìn)行加工。如果從兩端同時(shí)加工，孔中心的不重合則必然會(huì)形成熔料滯留。與流動(dòng)方向相垂直的刀痕也能形成滯留因素，所以對(duì)流道要進(jìn)行鉸削和研磨加工?？傊仨氉⒁馊哿喜辉诹鲃?dòng)方向的變換處發(fā)生滯留。(8)熱流道直徑 確定流道直徑的因素：制件每次成型必須的塑料容量、允許的壓力損失和注射時(shí)間。按下式計(jì)算418pLqRv（12-2）式中 R流道半徑，cm；圓環(huán)流道時(shí)，設(shè)內(nèi)半徑、外半徑分別為r1、r2，則R=r2-r表觀黏度，Pas；L流道長(zhǎng)度，cm；qv注射速率，cms；p壓力損失，Pa。 (9)防