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1、海尔模具新员工培训教材 CAE注塑模拟分析第二章 塑料注射成型机基本知识第一节 注塑机构造及功能图2-1 注塑机的构成控制系统液压动力系统注射系统模具系统锁模系统 注塑机全称为塑料注射成型机，是塑料注射成型的主要设备。注塑机使热塑性塑料由颗粒状树脂转化为成型制品需要经过一个熔融、注射、保压、冷却的循环过程。典型的注塑机包括以下五个部分：注射系统、液压动力系统、模具系统、锁模系统和控制系统。（如图2-1所示）1. 注射系统注射系统是用来控制注射量和注射熔融塑料的系统，它是由料斗、螺杆、料筒和喷嘴组成的，它的运动包括储料、压延、排气、熔料、注射、保压等过程。注射型腔料筒料斗加热器喷嘴定板动板喷嘴模
2、具加热圈料斗螺杆主流道射退料筒图2-2 注射系统结构图1.1 料斗热塑性塑料最初是以颗粒的形式进入注射系统的，注塑机的料斗就是用来收集这些颗粒的，树脂颗粒在重力的作用下通过进料口汇集在料筒中。1.2 料筒 如图2-2所示，注塑机的料筒支撑塑化螺杆，由电加热板进行加热。1.3 螺杆螺杆用于压延、熔融、传递塑料，螺杆包括三个区域：进料段、传递段、塑化段（如图2-3所示）。螺杆的直径是持续变化的，螺杆的行程从进料段到塑化段持续减小。螺杆在料筒内部压缩塑料，通过剪切应力产生剪切热，剪切热量熔化塑料形成熔料，料筒外部的加热板用于辅助维持塑料的熔融状态。通常注塑机有三个或更多的加热圈，每一个区域都有不同的
3、温度设定。塑化区传递区进料区料筒螺杆料筒螺杆图2-3 螺杆的区域划分1.4 喷嘴喷嘴是连接料筒和模具浇口套的部分，在料筒和模具之间起连接密封作用。喷嘴的温度一般设为材料的熔融温度或低于熔融温度，可参考材料供应商的推荐温度。当注射开始时，料筒运动到行程末端，喷嘴球型直径正好配合浇口套凹槽以保证密封；清洗料筒时，料筒退后一段距离，使熔料可以对空注射，这就是喷嘴的两个注射位置（如图2-4所示）。喷嘴图2-4 喷嘴在成型过程中的位置(a)注射喷嘴的位置 （b）清洗料筒喷嘴的位置2. 模具系统模具系统包括支撑柱、定模板、动模板和模具，如图2-5所示。支撑柱定板模具动板支撑柱图2-5 模具系统组成图模具系
4、统是由模板组合而成的，模板由工具钢制成，模具的型腔部分用来成型制品。定板位于料筒一边并且和动板通过支撑柱连接在一起。模具通过压板固定在注塑机的模板上，动板通过锁模系统在支撑柱上往复运动。3. 液压系统注塑机的液压系统由油泵、液压管路、电动机、液压油组成，它提供了模具开模与合模的动力，并且用于驱动和旋转螺杆。4. 控制系统控制系统是由复杂的微机处理系统组成，用于控制注塑机的连续性和重复性动作，它监视、控制注塑工艺参数，包括：温度，压力，注射速率，螺杆速度、位置，工艺控制直接影响产品的成型质量和生产效率。5. 锁模系统锁模系统由机械动作系统和液压系统组成，用于控制开模、合模动作，并且产生足够的锁模
5、力阻止熔料溢出。第二节 注塑机重要的技术参数1.注射量其定义为对空注射PS塑料的最大重量。当塑料制品的材料有别于PS时，注射量换算为：m=cb/1.05(其中b为该塑料的密度，c为以PS塑料表示的注射量)。制品的总重量最好控制在注射量的85%以内，对非结晶性塑料可取最大值，对于高粘度的塑料宜取小些。2.锁模力其定义为合模终结，熔料注入模腔时，模板对模具形成的最终锁紧力。锁模力通常用型腔内的平均压力与模腔投影面积的乘积来计算。其中型腔内平均压力一般取20-40Mpa。3.注射压力和注射速率注塑机的规格参数中注射压力是注射时料筒内的最高压力，而非注射系统油压的最高压力，注射压力与油压的关系反比于螺
6、杆横截面积与射料缸面积之比。注射速率指单位时间内从喷嘴射出的熔料量，其理论值是机筒内截面积与速度的乘积。 4.模具厚度与最大开模行程注塑机的规格参数中一般都有最大模厚和最小模厚，代表注塑机能容纳的模具厚度。注塑机的移模行程是有限制的，取出制件所需的开模距离必须小于注塑机的最大开模行程。对于单分型面的注塑模具，开模行程为S=H1+H2+510(mm)，H1为脱模距离（通常等于模具型芯的高度），H2为制件高度（包括浇注系统），对于三板式双分型面注塑模具，开模距离需要增加定模板与浇口板的分离距离。 5.模具安装部分的相关尺寸模具的长宽尺寸需与注塑机模板尺寸和拉杆间距相适应，保证模具能通过拉杆间距顺利
7、安装到模板上。定位时应考虑到：模具的主流道中心与料筒喷嘴的中心线相重合；模具上的定位环尺寸要与注塑机定模板上的定位孔尺寸相一致且采用间隙配合；注塑机喷嘴的球面半径应与相接触的模具主流道始端的球面半径相吻合；模具前后模的模脚尺寸应与注塑机动定模上的螺纹孔排列相匹配。6.顶出行程顶出行程应根据产品的外型和模具的设计结构进行合理的选择，一般机器的顶出行程是固定的，订购机器时，顶出行程宜取大，以便适合更多种的产品。第三节 注塑机基本操作1. 注塑机动作顺序注塑成型是循环过程，完成注塑成型过程的注塑机的动作是一个循环动作过程。基本注塑成型过程如下所示：1.1合模，螺杆前移，开始注射。1.2螺杆前移，型腔
8、充填完全。1.3螺杆继续前移，型腔保压填充。1.4浇口凝固，完成注射，螺杆回退储料。1.5开模，制品顶出，取件。1.6图2-6 注塑成型过程中注塑机的动作流程合模，成型开始。2. 注塑机成型阶段 以下图表表示注塑成型阶段各区间的分布，以及油缸压力、型腔压力、分型面位置、螺杆位置等各成型参数在各区间的变化情况。油缸压力注射压力分型面位置螺杆位置图2-7 注射成型过程中各参数的变化情况1注射 2.保压、冷却 3.开模 4.脱模 5.合模3.设置工艺条件注塑成型工艺对塑料制品的质量具有非常重要的影响。如图2-8所示，成型温度和压力对产品质量的影响（中间区域为成型区域）。降低温度时，需要升高压力以保证
9、塑料注入型腔，温度过低时，熔料难以注满型腔；温度过高，塑料容易降解；注射压力过低，容易出现短射；注射压力过高，产品容易产生飞边。降解温度飞边短射融化不良压力图2-8 成型温度和压力对产品质量的影响 熔融压力3.1 设置熔体温度熔体温度是塑料成型的重要参数，每种塑料材料都对应着相应的熔体温度，具体数值可由材料供应商提供。塑料熔融的热量主要来自螺杆与料筒的剪切应力，料筒周围的加热板主要用于维持熔料的温度，加热板的温度设定一般为：温度从料斗到喷嘴是逐渐升高，料斗区域的温度值一般比塑料熔融温度低40-50，喷嘴区域的温度设为塑料熔融温度。加热板温度不适当会引起流涎、降解或变色等缺陷，所以一定要控制好加
10、热板的温度。3.2 设置模具温度对于不同的材料有不同的模具温度范围，具体数值可由材料供应商提供。在设计模具冷却系统时，要尽量保证模具的前模与后模的温度差异小（不超过20），温度差异小有利于提高产品的成型质量和降低成本。3.3 设置压力转换位置压力转换位置是指注塑机由注射状态转换为保压状态时的位置，注射过程中活塞的运动行程由压力切换点到螺杆到达最远位置，因此，压力切换点决定了活塞的行程。注射完成后，压力要保持一段时间不变，以填充因冷却收缩减小的空间，如果保压不充分，容易出现缩痕等缺陷。3.4 设置螺杆旋转速率理想的螺杆旋转速率是指在注塑循环最后阶段塑化完全而且不延长成型周期时的速率。3.5 设置
11、背压背压推荐值为5-10MPa，背压过低容易导致制品不稳定，增加背压会提高摩擦力对于塑化的影响，减少塑化时间。3.6 设置最大注射压力注射压力是熔料在螺杆前端的压力，注射压力应尽量低，以减少制品的内应力。在注塑机中，压力设定值为最大注塑压力，以保证注塑压力不限制注塑速率。3.7 设置保压压力值0 MPa设置保压压力值0 MPa，以保证在到达压力切换点时螺杆停止，这样可以防止模具损坏。3.8 设置最大注射速率提高注射速率，有利于减小流动阻力，增大流动长度，提高熔解痕处的强度，但要注意设置排气。3.9 设置保压时间理想的保压时间是到浇口凝固或制品凝固的时间，浇口或制品凝固的时间可以通过分析软件计算
12、或估计得出。3.10 设置冷却时间冷却时间包括保压时间和剩余冷却时间，冷却时间大约是注射时间的10倍，例如：预测注射时间为0.85秒，保压时间大约为8.5秒，剩余冷却时间也为8.5秒，这样可以确保制品和流道凝固完全，便于脱模。3.11 设置开模时间模具开模时间包括模具打开、制品脱模、模具合上三个过程，一般设为2-5秒。3.12 调节注射体积利用分析软件可以预测注射的位置和相应的注射量，如果制品尚未注满便停止注射，可能由于注射压力进行保压切换已经停止注射，提高注射百分数可以改善欠住情况。3.13 设置自动操作自动操作的目的是为了获得稳定、持续的生产过程。3.14 设置保压压力利用分析软件可以预测
13、适当的保压压力，这个数值可以保证制品最小的缩痕、没有飞边和脱模问题。设置合适的最低保压压力，可以减小制品内部的残余应力，从而减小制品的变形，并且可以节省原料，降低成本。调节保压压力时应该逐步提高压力值，每次提高大约10MPa。3.15 设置保压时间确定最小的保压时间值的最简便的方法是首先调节一个较长的保压时间，然后逐渐减少保压时间直到缩痕最小。3.16 设置冷却时间冷却时间的确定可以通过不断减少冷却时间直到制品表面的温度达到材料的转化温度，材料的转化温度可以由材料供应商提供。第四节 我司注塑设备简介模具公司现有HTF180、WG760、HTF450、HTW1080、HTF1800五种型号的注塑机。其中HTF180、HTF450、HTW1080、HTF1800是宁波海天系列注塑机，WG760是无锡格兰系列注塑机。注塑机是按照设备锁模力进行划分的，下面分别介绍各注塑机的技术规格。1 .HTF180注塑机技术规格表 型 号项 目HTF180ABC注射装置螺杆直径 mm455055螺杆长径比22.22018.2理论容量 cm3334412499注射重量 g301371449注射速率 g/s120148179塑化能力 g/s2023.528注射压力 Mpa216175144螺杆转速 rpm180合模装置合模力 KN1800移模行程 m
