小唐老师:你觉得你懂“注塑”吗?(2017.6.1)

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注塑,经常被很多工程师瞧不起,觉得注塑作为一个非常简单,非常传统的工艺,甚至有些low,无法和那些“高大上”的工艺相媲美!

事实真是这样的吗?今天,小唐老师就为注塑工艺正正名。注塑,可远没你想得那么简单!
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注塑将注塑机模具配套设备(如烘料机、模温机等)进行完美结合,再通过一定的工艺将塑料粒子加工成所需要零件的过程。

每一个点就是一门学问,单以模具制造来说,就涉及到材料学、流体力学、机加工、热学等多个学科,得考虑动定模型腔结构、浇口位置、排气口分布、水路/油路排布、导向机构、推出机构等多方面因素。
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限于篇幅限制,今天,小唐老师只和大家聊聊注塑的“工艺”,让大家来品味品味那些常见注塑参数背后的故事!

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上图是我们常见的一台注塑机,让我们看看它的透视图,看看注塑分别有哪些重要的工艺参数,分别在哪个部位起作用。
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1
注射压力

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a. 概览
定义:注塑时作用于螺杆头部的熔体压力,一般通过喷嘴部位的压力传感器来测量,也有通过油压活塞来测量。

作用:用于克服塑料流经喷嘴、流道、浇口及模腔内的流动阻力,并使型腔压实。

受影响因素:注射压力的大小与塑料的品种、塑料件的复杂程度、塑料件的壁厚、喷嘴的结构形式、模具浇口的尺寸及注塑件的类型等许多因素有关。

影响:会影响产品的尺寸及应力情况。

b. 如何确定注射压力好不好(精度)
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第一块就是根硬骨头,很难啃,请大家务必跟上!

要想深入了解注射压力,你需要与保压压力进行比较。

大多数物体有一个特点,温度降低时,体积会变小(密度会变大,如水),塑料熔体也一样,在滚烫的料筒注射到模具里面的时候,温度慢慢下降,体积也在慢慢变小(收缩率)。
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注塑时,熔体因为冷却而收缩,但由于螺杆继续缓慢地向前移动,使料管中的熔体继续注入型腔,以补充制品收缩的需要,称之为保压(防止产品收缩)。

再具体些,我们将注塑的几个阶段以下表来表示:
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    —在注射阶段,在模腔未填满前,注塑机并不能以压力来控制,而只能用速度来控制。注射段的压力设置,一般采用系统压力,就是如140 bar或160 bar的最高压力。有足够的压力才能保证注射时可以有效的控制速度。
    —模腔填满后不代表注射过程就结束,还要挤压。其实注射与其它成型方法最不同之处便是极高的注射压力。挤压是靠熔融的压缩量及螺杆继续注射而产生的,使模腔压力骤升。
    —保压的作用是当其熔融冷却或固化收缩时,保持一个压力,继续注入熔融来填补收缩的空间,减少或避免凹痕的产生。由于收缩缓慢,螺杆的前进速度亦是缓慢的,2%的速度便足够。保压时只需控制压力而不能控制流量,因收缩率是不由注塑机控制的。这是与注射前段刚好相反的。

所以,我们常通过测量保压阶段时的注射压力来确定其精度,具体步骤如下:
    —关闭料斗(Hopper)及模具中的冷却水;
    —确定泄压阀(Relief Valve)处于打开状态;
    —将注塑模式调成手动模式(Manual Mode);
    —螺杆位置调成0 mm;保压速度设置成50%以上;注塑时间设为最大(如999.9s);
    —保压压力分别设置为10%,30%,50%,80%,99%(下图是10%的情况);
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c. 计算与评价
比较保压区间内的实际注塑压力与设定注塑压力,得出下表:
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其中 差异值(%)=差异值(kgf/cm2)/最大注塑压力(这里以140计);
如测量点1计算为:  3/140*100=2.1%

200T以上的注塑机,全体压力值在5%以内正常;
200T以下的注塑机,1%以内是正常;

2
注射速度

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a. 概览
定义:指螺杆前进,将熔融物料充填到模腔时的速度,一般用单位时间的注射质量(g/s)或螺杆前进的速度(m/s)表示。

作用:尽快把熔料充满成型模具的空腔。

受影响因素:受塑料粒子的性能、制品的形状及模具的冷却条件影响

影响:注射速度的快慢直接影响成型注塑制品的质量和生产效率
    —速度慢、注塑成型制品用时间增加,熔料受降温的影响充满模腔的时间加长,流动也要阻力大些,这样会造成成型制品出现冷合料缝痕
    —而注射速度过快,则会产生物料摩擦热过高,容易造成 熔料因温度偏高而降解或变色;同时,过快的注射熔料流速会让模腔内空气被急剧加压而升温,也会使熔料汇合处因降解而出现 焦黄色

b. 如何确定注射速度好不好(精度)
了解了注射压力的作用原理后,注射速度就好理解多了。我们可以通过注射率螺杆直径计算出注塑速度。

注射速度=1000 * 注射率 / (π * 0.25 * 螺杆直径的平方)
    其中注塑率为单位时间内注射出的体积
具体的测量步骤如下:
    —将注塑模式调成手动模式(Manual Mode);
    —将保压条件设置为0,注射时间设置为3s以下;
    —注射速度分别设置为10%,30%,50%,80%,99%(下图是10%的情况);
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    —确定螺杆起始与终止位置;
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实际注射速度=(螺杆终止位置-螺杆起始位置)/注塑时间


c. 计算与评价
比较注射区间内的实际注射速度与设定注射速度,得出下表:
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200T以上的注塑机,全体速度偏差值在5%以内正常;
200T以下的注塑机,1%以内是正常;

3
锁模力

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a. 概览
定义:锁模力是指注射时为克服型腔内熔体对模具的涨开力,注射机施加给模具的锁紧力 。

作用:当原料以高压注入模穴内时会产生一个撑模的力量,因此注塑机的锁模单元必须提供足够的“锁模力”使模具不至于被撑开。

受影响因素
锁模力(T)=锁模力常数Kp*产品投影面积S(CM*CM)
    1.投影面积(沿着模具开合所观看得到的最大面积)
     2.模腔压力, 其中模腔压力由以下因素所影响
  (1)浇口的数目和位置
  (2)浇口的尺寸      
  (3)制品的壁厚
  (4)使用塑料的粘度特性
  (5)射胶速度

影响
—锁模力过小,产品会产生飞边;
—锁模力过大,也有可能使模具无法“呼吸”或排气,对分型面造成挤压,最终产生更大的飞边,也有可能造成支撑板、导柱等部件不必要的磨损;

b. 如何确定锁模力好不好(精度)
锁模力的测量就更简单了!
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我想,我已经知道小唐老师的套路了
    —将注塑模式调成手动模式(Manual Mode);
    —将锁模压力调到最大(老的方法是调泄压阀(relief valve),如下图)
    —高压锁模
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了解了注射压力的作用原理后,注射速度就好理解多了。我们可以通过注射率螺杆直径计算出注塑速度。
了解了注射压力的作用原理后,注射速度就好理解多了。我们可以通过注射率螺杆直径计算出注塑速度。

c. 计算与评价
比较实际锁模力设定锁模力,如下:
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4
平行度

既然被你们看出套路了,小唐老师后面几个就不按套路出牌了哈~
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机智如小唐老师 :)

定义:平行度主要是固定模板与移动模板之间的平行程度

测量步骤
    1.模板的测量部位擦拭干净
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2.将模具的定位销,完全离开定位导套的位置为止(如下图)  
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3. 测量模板平行度(可用百分表),这里的Tiebar指的是导柱,tiebarless指的是无导柱注塑机
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评价标准:如下图
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5
逆率

定义:填充时,熔融的塑料粒子漏出回流的程度,受螺杆磨损及止逆环密封性影响,最终影响产品的收缩与重量稳定性;

测量步骤
    1. 堵住射嘴尖端,使塑料固化在流道内(或上模产品不取出)
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    2. 注射速度50%,注射压力50%,注射时间5s,计量距离100mm(螺杆移动距离);
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     3. 将熔融状态的塑料压缩后,再也不前进的螺杆位置设为基准点,5s后,测量螺杆的位置,重复6次,得出如下数据:
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评价标准
中大型注塑机,偏差要求在2mm以内
小型注塑机,偏差要求在1mm以内

6
螺杆位置(再现性)

实际操作过程中是采用称量注塑件重量来确定。
一般是0.5%的总重量范围内为可接受的状态。

后来在和Engel的设备专家聊天时获知,如果只考虑注塑机本身的影响,以螺杆射出位置监控更有代表性,可以直接反映出设备能力指数(Cmk)。

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7
料筒温度

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料筒
一般注塑设备控制面板上有料筒各段的实际温度和设定温度显示,可接受的公差范围一般是5℃,一般精度好的注塑机可以做到1℃以内。

控制控制的难点还是在于喷嘴处,温度传感器易受到外部环境温度影响。
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讲了这么多,最后小唐老师给大家来点直接的吧!这些参数如果设置不好的话,会带来什么样的产品缺陷!
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以上,就是今天的全部内容,小唐老师要洗洗睡了,快要累趴下了~~~
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