注射成形工艺参数-背压

注射成形过程中,根据螺杆的运行状态,里面物料所受的压力分为三个阶段,包括塑化压力、注射压力和保压压力三种,与挤压压制受力过程类似。这些压力及压力作用时间会对物料的成形质量起着决定性的作用。这其中背压直接影响熔料的塑化质量和成形效率。
 
1.定义
在粉末混合料熔融、塑化过程中,熔料不断移向料筒前端(计量室内),且越来越多,逐渐形成一个压力,推动螺杆向后退。为了阻止螺杆后退过快,确保熔料均匀压实,需要给螺杆提供一个反方向的压力,这个反方向阻止螺杆后退的压力称塑化压力,也称背压。
 
2.背压确定和实现
背压控制是通过调节注射油缸之回油节流阀使油缸保持一定的压力实现的。背压的选取主要是看熔料的种类、温度和实际塑化效果来确认的。通常的背化压力在6-20MPa之间。
 
3.作用
(1)压实熔料,增加密度
(2)挤出物料,减少内部气泡、提高均匀性;  
(3)使熔料充分塑化,提高混合均匀度,能提升熔料的湿度,使改善熔料充模时的流动性,改善制品表面质量。
背压参数图片
4.背压异常的危害:
背压过高时,熔料压力过大,料温高,熔料的粘度下降,降低塑化效率;螺杆后退速度慢,预塑料回料时间过长,增加周期时间,导致效率下降;喷嘴容易出现流延现象,制品出现冷料斑;机构机械磨损增大;
背压过低时,螺杆后退太快,熔料未压实,内部空气未充分排出。
 
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最大注射量和注射压力

注射机的主要性能参数有注射量、注射压力、注射速率、塑化能力、合模力等,这些参数是设计、使用注射机的依据,也是注射成形过程的重要参数。
 
a、最大注射量
是指注射螺杆完成一次最大注射行程时(有轴向移动),注射机的最大注射量。
表示方法:
1、以密度为1.05g/cm3的聚苯乙烯为标准,以最大注射的重量表示,单位为g。
2、以注射出的熔料的体积表示,单位cm3。由于该种方法与物料的密度无关,用起来比较简便,采用此表示方法较多。
目前我国注射机标准规格有18种(cm3),分别为30从64000之间不等。
b、注射压力
在注射成型过程中有三种基本压力,塑化压力、注射压力和保压压力(如下图所示)。其中注射压力是指注射过程中螺杆作用于头部熔料上的单位面积压力,单位为Pa。注射压力的大小与物料种类、注射机类型、模具结构、塑化温度、制品壁厚及其它工艺条件紧密相关,尤其以注射装置的结构和尺寸最为密切。当注射压力过高时,制品可能产生飞边,脱模困难,影响表面光洁度,甚至造成产品报废。
注射压力图片
                             图1.注射成形压力图示
 
注射压力过低,则易产生未充满,甚至是不成形的问题。
注射压力的选择):
1、如果制品形状较为简单,壁厚较大且物料流动较好,可采用注射压力<70MPa;
2、注射压力选择70-100MPa,一般用于形状精度较低的制品上;
3、注射压力在100-140MPa,用于中、高粘度的物料且形状、精度要求一般的制品;
4、注射压力处于140-180MP,用于壁薄、流程长、精度要求高的制品上。
 
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注射机系统组成

无论是柱塞式注射机还是螺杆式注射机,其系统组成主要由注射、合模、传动、控制四个子系统构成,下图为注射成形机结构图。
注射机结构图片
                  图1. 注射机系统组成
 
一、注射系统
包括螺杆或柱塞、料筒、加料加热装置、喷嘴、分流梭(柱塞注射机)等。
以螺杆注射机为例:
(1)螺杆
在粉末挤压成型中,挤出机也使用螺杆装置,但注射机螺杆与挤出螺杆之间有有所不同:
a、注射机螺杆既有旋转又有轴向移动,而挤压机螺杆只有转动运动;
b、注射机螺杆的长径比和压缩比都要小于挤出机螺杆
注:压缩比:加料口的螺槽容积与成型段最后一个螺槽容积之比。
(2)料筒
基本与挤压机的料筒相同。
(3)喷嘴
喷嘴的作用:提高融料的流速,使其能迅速填充模具,又可分为开式喷嘴和闭式喷嘴两种。前者结构简单,压力损失小,但不能防止流延,后者使用方便,可防流延,但结构复杂,压力损失大。
二、合模系统
合模系统起到开关模具的作用,必须有足够的锁模力。由固定板、移动板、合模油缸、顶出装置组成。其中顶出装置是用于产品的脱模的机构,有液压和机械两种。
三、传动机构
注射机的传动机构主要有电机、齿轮、油缸和油路等组成。通过液压油路为各处动作提供驱动。
四、控制系统
注射机的控制机构主要有电机、各型开关和继电器组成,起到动作控制的作用。
 
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柱塞式成形机和螺杆式成形机

注射机按物料的塑化形式分,主要有两种:柱塞式注射机和往复螺杆式注射机,这其中尤以螺杆式注射机居多。它们之间由于结构不同,其特点也不尽相同。
 
一、 柱塞式注射机
柱塞式注射系统主要有加料装置、料筒、柱塞、分流梭、喷嘴和模具等部件组成(如下图1所示)。柱塞式注射机与螺杆式注射机除了柱塞与螺杆的不同外,还有一个分流梭,分流梭是安置在料筒前端内腔中鱼雷形状的部件,起到分流物料,加大传热面积,减少物料层厚度的作用。
柱塞注射机图片
柱塞式注射系统的缺点:
1、塑化不均匀:物料主要靠加热器通过传热来进行塑化,没有螺杆注射的剪切发热过程,这样导致料筒内的温差比较大;
2、注射压力损失较螺杆的大,压力损耗主要包括进入模腔的阻力、挤压物料、物料移动、通过分流梭所遇到的阻力等。这样容易造成充模困难。
3、注射速度均匀:与螺杆挤压物料前进不同,柱塞注射时,必须先压实物料(螺杆也有这个过程,但可看作匀速过程),压实后然后柱塞的前进速度才会融料的注射速度一致。
由于上述缺点,一般只有小型注射机才采用柱塞方案。
 
二、螺杆式注射体统
柱塞式注射系统主要有注射缸、油压电机、加料装置、料筒、螺杆、喷嘴和模具等部件组成。
螺杆注射机图片
螺杆式注射的优点
1、螺杆既起到塑化物料的作用(挤压、剪切)又具有注射物料的挤压作用(当下料时,即螺杆转动并后退时,由于螺杆的挤压、剪切作用是使物料塑化均匀并输送到螺杆端部;但螺杆前移时,就像柱塞一样对物料起到挤压作用)
2、螺杆式注射系统结构紧凑,塑化效率高,塑化均匀,注射压力损失小。
 
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注射成形机种类

按物料的塑化形式分,主要有两种:柱塞式注射机和往复螺杆式注射机,这其中尤以螺杆式注射机居多。
柱塞式注射系统主要有加料装置、料筒、柱塞、分流梭、喷嘴和模具等部件组成。
柱塞式注射系统主要有注射缸、油压电机、加料装置、料筒、螺杆、喷嘴和模具等部件组成。
 
按照注射机的外形特征分类,有四种常见的形式。
1、立式注射成形机
此型注射机的注射装置和合模装置与地面垂直。较之于卧室注射机有以下优点:
(1)、占地面积小,模具拆装较为方便,
(2)、因为模具表面朝上,嵌件定位容易,实现嵌件成形。
(3)、容易保证模具内融料的流动性。
缺点:料斗高,加料不方便。
2、卧式注射机(如下图)
此型注射机的注射装置和合模装置水平放置。
优点:
机身低,加料方便,操作维修方便,易实现自动化脱模。
缺点:机器占地较大,模具拆卸比较麻烦。
卧式注射机图片
                  图1.卧式注射成形机
 
3、角式注射机
该型注射装置与合模装置呈垂直排列,但与地面呈一定角度。介于立式与卧式之间,适用于不能带浇口的产品。
4、转盘式注射机(多模注射机)
此类注射机是将多套模具安装在可装动的装盘上,转盘定时旋转,运动停止间隙完成注射成形。特点:生产效率高,可大批量生产。
 
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