注塑成型工艺流程及工艺参数
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注塑成型工艺步骤及工艺参数
塑件注塑成型工艺过程关键包含填充——保压——冷却——脱模等4个阶段，这4个阶段直接决定着制品成型质量，而且这4个阶段是一个完整连续过程。
1、填充阶段
填充是整个注塑循环过程中第一步，时间从模具闭合开始注塑算起，到模具型腔填充到大约95%为止。理论上，填充时间越短，成型效率越高，不过实际中，成型时间或注塑速度要受到很多条件制约。
高速填充。图1-2所表示，高速填充时剪切率较高，塑料因为剪切变稀作用而存在粘度下降情形，使整体流动阻力降低；局部粘滞加热影响也会使固化层厚度变薄。所以在流动控制阶段，填充行为往往取决于待填充体积大小。即在流动控制阶段，因为高速填充，熔体剪切变稀效果往往很大，而薄壁冷却作用并不显著，于是速率效用占了上风。
低速填充。图1-3所表示，热传导控制低速填充时，剪切率较低，局部粘度较高，流动阻力较大。因为热塑料补充速率较慢，流动较为缓慢，使热传导效应较为显著，热量快速为冷模壁带走。加上较少许粘滞加热现象，固化层厚度较厚，又深入增加壁部较薄处流动阻力。
因为喷泉流动原因，在流动波前面塑料高分子链排向几乎平行流动波前。所以两股塑料熔胶在交汇时，接触面高分子链相互平行；加上两股熔胶性质各异（在模腔中滞留时间不一样，温度、压力也不一样），造成熔胶交汇区域在微观上结构强度较差。在光线下将零件摆放合适角度用肉眼观察，能够发觉有显著接合线产生，这就是熔接痕形成机理。熔接痕不仅影响塑件外观，同时因为微观结构松散，易造成应力集中，从而使得该部分强度降低而发生断裂。
通常而言，在高温区产生熔接熔接痕强度较佳，因为高温情形下，高分子链活动性较佳，能够相互穿透缠绕，另外高温度区域两股熔体温度较为靠近，熔体热性质几乎相同，增加了熔接区域强度；反之在低温区域，熔接强度较差。
2、保压阶段
保压阶段作用是连续施加压力，压实熔体，增加塑料密度（增密），以赔偿塑料收缩行为。在保压过程中，因为模腔中已经填满塑料，背压较高。在保压压实过程中，注塑机螺杆仅能慢慢地向前作微小移动，塑料流动速度也较为缓慢，这时流动称作保压流动。因为在保压阶段，塑料受模壁冷却固化加紧，熔体粘度增加也很快，所以模具型腔内阻力很大。在保压后期，材料密度连续增大，塑件也逐步成型，保压阶段要一直连续到浇口固化封口为止，此时保压阶段模腔压力达成最高值。 在保压阶段，因为压力相当高，塑料展现部分可压缩特征。在压力较高区域，塑料较为密实，密度较高；在压力较低区域，塑料较为疏松，密度较低，所以造成密度分布随位置立即间发生改变。保压过程中塑料流速极低，流动不再起主导作用；压力为影响保压过程关键原因。保压过程中塑料已经充满模腔，此时逐步固化熔体作为传输压力介质。模腔中压力借助塑料传输至模壁表面，有撑开模具趋势，所以需要合适锁模力进行锁模。涨模力在正常情形下会微微将模具撑开，对于模具排气含有帮助作用；但若涨模力过大，易造成成型品毛边、溢料，甚至撑开模具。所以在选择注塑机时，应选择含有足够大锁模力注塑机，以预防涨模现象并能有效进行保压。
3．冷却阶段
在注塑成型模具中，冷却系统设计很关键。这是因为成型塑料制品只有冷却固化到一定刚性，脱模后才能避免塑料制品因受到外力而产生变形。因为冷却时间占整个成型周期约70%～80%，所以设计良好冷却系统能够大幅缩短成型时间，提升注塑生产率，降低成本。设计不妥冷却系统会使成型时间拉长，增加成本；冷却不均匀更会深入造成塑料制品翘曲变形。
依据试验，由熔体进入模具热量大致分两部分散发，一部分有5%经辐射、对流传输到大气中，其它95%从熔体传导到模具。塑料制品在模具中因为冷却水管作用，热量由模腔中塑料经过热传导经模架传至冷却水管，再经过热对流被冷却液带走。少数未被冷却水带走热量则继续在模具中传导，至接触外界后散溢于空气中。
注塑成型成型周期由合模时间、充填时间、保压时间、冷却时间及脱模时间组成。其中以冷却时间所占比重最大，大约为70%～80%。所以冷却时间将直接影响塑料制品成型周期长短及产量大小。脱模阶段塑料制品温度应冷却至低于塑料制品热变形温度，以预防塑料制品因残余应力造成松弛现象或脱模外力所造成翘曲及变形。
影响制品冷却速率原因有：
塑料制品设计方面。关键是塑料制品壁厚。制品厚度越大，冷却时间越长。通常而言，冷却时间约和塑料制品厚度平方成正比，或是和最大流道直径1.6次方成正比。即塑料制品厚度加倍，冷却时间增加4倍。
模具材料及其冷却方法。模具材料，包含模具型芯、型腔材料和模架材料对冷却速度影响很大。模具材料热传导系数越高，单位时间内将热量从塑料传输而出效果越佳，冷却时间也越短。
冷却水管配置方法。冷却水管越靠近模腔，管径越大，数目越多，冷却效果越佳，冷却时间越短。
冷却液流量。冷却水流量越大（通常以达成紊流为佳），冷却水以热对流方法带走热量效果也越好。
冷却液性质。冷却液粘度及热传导系数也会影响到模具热传导效果。冷却液粘度越低，热传导系数越高，温度越低，冷却效果越佳。
塑料选择。塑料是指塑料将热量从热地方向冷地方传导速度量度。塑料热传导系数越高，代表热传导效果越佳，或是塑料比热低，温度轻易发生改变，所以热量轻易散逸，热传导效果较佳，所需冷却时间较短。
加工参数设定。料温越高，模温越高，顶出温度越低，所需冷却时间越长。
冷却系统设计规则:
所设计冷却通道要确保冷却效果均匀而快速。
设计冷却系统目标在于维持模具合适而有效率冷却。冷却孔应使用标准尺寸，以方便加工和组装。
设计冷却系统时，模具设计者必需依据塑件壁厚和体积决定下列设计参数——冷却孔位置和尺寸、孔长度、孔种类、孔配置和连接和冷却液流动速率和传热性质。
4．脱模阶段
脱模是一个注塑成型循环中最终一个步骤。即使制品已经冷固成型，但脱模还是对制品质量有很关键影响，脱模方法不妥，可能会造成产品在脱模时受力不均，顶出时引发产品变形等缺点。脱模方法关键有两种：顶杆脱模和脱料板脱模。设计模具时要依据产品结构特点选择适宜脱模方法，以确保产品质量。
对于选择顶杆脱模模具，顶杆设置应尽可能均匀，而且位置应选在脱模阻力最大和塑件强度和刚度最大地方，以免塑件变形损坏。
而脱料板则通常见于深腔薄壁容器和不许可有推杆痕迹透明制品脱模，这种机构特点是脱模力大且均匀，运动平稳，无显著遗留痕迹。
注塑工艺参数
1．注塑压力
注塑压力是由注塑系统液压系统提供。液压缸压力经过注塑机螺杆传输到塑料熔体上，塑料熔体在压力推进下，经注塑机喷嘴进入模具竖流道（对于部分模具来说也是主流道）、主流道、分流道，并经浇口进入模具型腔，这个过程即为注塑过程，或称之为填充过程。压力存在是为了克服熔体流动过程中阻力，或反过来说，流动过程中存在阻力需要注塑机压力来抵消，以确保填充过程顺利进行。
在注塑过程中，注塑机喷嘴处压力最高，以克服熔体全程中流动阻力。其后，压力沿着流动长度往熔体最前端波前处逐步降低，假如模腔内部排气良好，则熔体前端最终压力就是大气压。
影响熔体填充压力原因很多，概括起来有3类：（1）材料原因，如塑料类型、粘度等；（2）结构性原因，如浇注系统类型、数目和位置，模具型腔形状和制品厚度等；（3）成型工艺要素。
2．注塑时间 这里所说注塑时间是指塑料熔体充满型腔所需要时间，不包含模具开、合等辅助时间。尽管注塑时间很短，对于成型周期影响也很小，不过注塑时间调整对于浇口、流道和型腔压力控制有着很大作用。合理注塑时间有利于熔体理想填充，而且对于提升制品表面质量和减小尺寸公差有着很关键意义。
注塑时间要远远低于冷却时间，大约为冷却时间1/10～1/15，这个规律能够作为估计塑件全部成型时间依据。在作模流分析时，只有当熔体完全是由螺杆旋转推进注满型腔情况下，分析结果中注塑时间才等于工艺条件中设定注塑时间。假如在型腔充满前发生螺杆保压切换，那么分析结果将大于工艺条件设定。
3．注塑温度
注塑温度是影响注塑压力关键原因。注塑机料筒有5～6个加热段，每种原料全部有其适宜加工温度（具体加工温度能够参阅材料供给商提供数据）。注塑温度必需控制在一定范围内。温度太低，熔料塑化不良，影响成型件质量，增加工艺难度；温度太高，原料轻易分解。在实际注塑成型过程中，注塑温度往往比料筒温度高，高出数值和注塑速率和材料性能相关，最高可达30℃。这是因为熔料经过注料口时受到剪切而产生很高热量造成。在作模流分析时能够经过两种方法来赔偿这种差值，一个是设法测量熔料对空注塑时温度，另一个是建模时将射嘴也包含进去。
4．保压压力和时间
在注塑过程快要结束时，螺杆停止旋转，只是向前推进，此时注塑进入保压阶段。保压过程中注塑机喷嘴不停向型腔补料，以填充因为制件收缩而空出容积。假如型腔充满后不进行保压，制件大聚会收缩25%左右，尤其是筋处因为收缩过大而形成收缩痕迹。保压压力通常为充填最大压力85%左右，当然要依据实际情况来确定。
5．背压
背压是指螺杆反转后退储料时所需要克服压力。采取高背压有利于色料分散和塑料融化，但却同时延长了螺杆回缩时间，降低了塑料纤维长度，增加了注塑机压力，所以背压应该低部分，通常不超出注塑压力20%。注塑泡沫塑料时，背压应该比气体形成压力高，不然螺杆会被推出料筒。有些注塑机能够将背压编程，以赔偿熔化期间螺杆长度缩减，这么会降低输入热量，令温度下降。不过因为这种改变结果难以估量，故不易对机器作出对应调整。
