注射成形过程及其工艺参数对注射坯质量的影响

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1、注射成形过程及其工艺参数对注射坯质量的影响一、注射成形过程注射成形过程是使喂料均匀填充模腔成为具有合适最终形状产品的过程，是 工艺过程中极为重要的一环，制品的许多缺陷如起泡、飞边、表面波纹以及变形 等都是与注射成形参数的不正确选择有关。因此，选择合理的工艺参数，包括注 射温度、注射压力、注射时间和保压时间等对注射成形的顺利实现至关重要。1、过程描述注射成形过程可以简单地描述为：在注塑机上加热喂料至足够高的温度使之 熔化，然后利用注塑机的螺杆或柱塞的推动将熔融物注入并充满模腔中，熔体在 控制条件下凝固冷却成形，从而得到和模腔形状相同的产品。这一过程所经历的 时间虽短，但熔体在其中发生的变化却不少

2、，且这种变化对注射坯的性能有着重 要影响。成形过程所需的时间与模腔尺寸、填充时间和冷却时间有关，一般为 5slmin之间。为保证喂料的流动性，注射温度应高于粘结剂的软化温度，一 般在50200C之间。注射温度偏低将导致短射（注不满），偏高则会使粘结剂 分解或产生飞边，以及出现粉末与粘结剂分离现象，而且需要延长冷却时间。注 射压力直接影响填充速率。压力上限由产生喷射、坯件粘模、飞边现象的锁模力 决定。如果压力过高则不利于脱模；过低则坯件表面形成缩孔，这是由于注射压 力不够大从而无法弥补冷却过程中的收缩而导致的。由于注射成形是一个间歇过 程，在每一个生产周期中，加入到料桶中的喂料应保持一定水平，当

3、操作稳定时， 物料塑化均匀，最终注射制品性能优良。以下是注射成形的几个过程：1、进料根据各种喂料特性，一般在成形前应对喂料进行外观（喂料颗粒大小及均匀 性）和工艺性能（流变学性能、热性能及收缩率）的检验。注射过程开始前，螺 杆速率和料桶内的压力已定，模具紧闭，顶杆收缩。注射开始后射嘴紧靠流道， 螺杆向前推进，此时螺杆前端的锁环挡圈是紧闭的，以保证喂料受压后挤出料筒， 填充模腔。当料筒前端有足够喂料填充到模腔中时，螺杆停止转动，填充过程中 喂料需稍微过量，以便缓冲。一定注射压力保证了喂料的流出量，它根据模腔的 大小和喂料的种类不同而有所改变。2、充模最理想的充模过程是喂料沿模壁逐渐填充模腔。注射

4、厚坯件要求螺杆推进速 度快，薄件则反之。充模速率太大会导致喷射，即喂料的射程超过模具。喷射会 导致气泡、焊纹或不完全填充（空气无法逸出）等现象的产生。大的注射压力和 充模速率、喂料粘度低都是导致喷射产生的原因，因此，一定要避免。不过充模 速度太慢会导致喂料过早冷却，产生不完全填充，这就是“短射”。对喂料加热 温度的控制不当也会产生此类现象。通常喂料的充模速率Q与注射压力P关系如下：Q=p/n k（1）式中n 喂料粘度；k模具阻力。K随模具形状尺寸不同而不同。如长L、宽W、厚H的矩形模具的K=L/WH3；长为L、直径为d的管型模具K=128 / n d4。注射温度、压力、喂料粘度及剪切速率对成形

5、都有影响。此外，模腔内压力 与坯件厚度、浇口和流道的设计有关，对其进行适当的控制可保证成形坯的密度 分布均匀性。3、保压当螺杆到达顶端射嘴处后，对喂料进行施压的过程为保压过程，它是喂料 在模具中受机器控制的最后的一个阶段。当模腔内的压力增大时，喂料的流动速 率下降。当喂料冷却时，充模过程结束了。当浇口凝固时，有些剩余的喂料可能 会发生倒流，这是不希望发生的。当浇口的喂料硬化后，可以撤除外压，但在浇 口处刚发生硬化时，喂料冷却体积减小，因此需要维持一段时间的注射压力，否 则会出现密度梯度和表面缩孔。冷却速率与喂料的热性能及热量的流动速率 q 有关：q=QAXdT/dx（2）式中Q热导率A横截面积

6、dT/dx温度梯度混合料在模腔中的冷却时间与厚度有关，越厚的坯件冷却时间越长。微型坯 件的成形相对困难，因为它们冷却快，且在薄处流动缓慢。有一种方法就是在保 压过程中将压力增至lOOMPa，使得喂料填充每个角落，但这样做会加快模具和 射嘴的磨损，浇口凝固的时间也会延长。下面的方程式表明了保压和冷却过程中温度T、压力P和体积V的关系：（PP0）（VV0）=CT（3）式中 C、P。、V。一材料的常数实际上，由于模具的体积是不变的，保压压力改变了坯件的密度，保压压力 越大，坯件的密度越大。4、脱模注射成形的最后一步是将成形坯从模具中取出。坯件尺寸和形状不同，冷 却速率也不同。开模温度取决于喂料何时开

7、始硬化，它应当低于坯件脱模时维持 其形状的临界温度，其最低值由模具冷却系统决定。同样，开模压力必须小于成 形坯能够脱模不粘住模壁所需的最大压力Pm。开模的压力和温度有一定的范围， 不能出现变形、粘模、划伤模具及形成表面缩孔或凹陷。二、成形参数对注射坯性能的影响 注射成形机地注射能力与很多参数有关，其中包括装入注射机的喂料的量 （注射量）、合模力、注射压力、注射速度（或注射成形周期）、模腔大小、分模 线与注射方向的垂直度等。参数的调整一般在如下范围：料筒温度100 200C；射嘴温度80 200 C；模具温度20100C；螺杆转速3570rmin；注射压力0.1130MPa；保压压力0.1130

8、MPa；充模时间0.23s；保压时间260s；冷却时间18 45s ；注射成形周期8360s各参数对注射坯性能的影响如下：1、温度注射成形过程中需要控制的温度有注射温度、模具温度。料筒温度与射嘴温 度属于注射温度范畴，只是射嘴温度比料筒温度低一些。我们通常所谈到的注射 温度是指料筒温度。注射温度主要影响喂料的塑化和流动。模具温度主要影响喂 料的注射、冷却和脱模。（1）注射温度1）料筒温度料筒温度的选择应保证喂料颗粒充分受热并达到熔融状态，能顺利实现注射 但又不会引起粘结剂分解。料筒的温度选择应考虑以下几方面： 喂料特性： 每种喂料都有不同的流动温度 Tf ，不同的粘结剂、不同的装 载量对喂料的

9、熔化温度影响很大，应根据不同的喂料特性确定料筒温度。 注射机地类型： 喂料在不同的注射机中的塑化过程是不同的，因而选择 料筒温度也不同。柱塞式注塑机中的塑料仅靠喂料筒壁及分流梭表面往里面传 热，传热速率小，因此需要较高的温度；螺杆式注塑机中，由于螺杆的剪切和混 合作用使传热加快，同时还能获得较多的摩擦热，因此选择的料筒温度可低一些。 制品厚度和形状： 选择料筒温度还应结合制品及模具结构特点。由于薄 壁制品的模腔比较狭窄，熔体注入的阻力较大、冷却快，因此，为了顺利充模， 料筒温度应选择高一些；相反，注射坯壁厚的制品，料筒温度可选择低一些。对 于形状复杂的和带有嵌件的制品，或者熔体充模程曲折较多或

10、较长的，料筒温度 应选择高一些。2）射嘴温度射嘴温度通常是略低于料筒最高温度的，这是为了防止熔体在直通式射嘴可 能发生的“流涎现象”。由射嘴低温产生的影响可从喂料注射时发生的摩擦热得 到一定的补偿。然而，射嘴温度也不能过低，否则会导致熔体的早凝而将射嘴堵 死，或者由于早凝料的注入而影响制品性能。料筒温度与射嘴温度的选择不是孤立的，与其他条件存在一定关系。如选择 较低的注射压力时，为保证喂料的流动，应适当提高料筒温度；反之，料筒温度 偏低就需要较高的注射压力。由于影响因素很多，一般在成形前通过“对空注射 法”或“注射坯直观分析法”来进行调整，以便从中确定最佳的料筒温度与射嘴 温度。工艺试验表明：

11、在120C160C范围内，注射温度升高10C，注射坯重 量增加约O.Olg，它表明这种喂料在注射温度波动时，注射坯重量或尺寸容易保 持稳定，有利于得到尺寸均一的产品。（2）模具温度模具温度对于注射坯的内在性能和表面质量影响很大。模具温度的高低决定 于粘结剂有无结晶性、注射坯的尺寸与结构、性能要求，以及其他工艺条件（如 喂料温度、注射温度、注射压力及注射周期等）。模具温度通常是靠通入定温的 介质来控制的，也有靠喂料注入模具后，通过自然升温和冷却达到平衡而保持的。 在某些情况下，还有采用电阻加热圈或加热棒对模具进行加热而保持温度的，不 管采用何种方法使模具保持温度，对喂料熔体来说都是冷却。保持温度

12、低于粘结 剂玻璃化温度或工业上常用的热变形温度，才能使喂料成形和脱模。2、压力注射成形中的压力包括喂料的注射压力和保压压力，它们直接影响喂料的塑 化和注射坯的质量。（1）注射压力注塑机的注射压力是指柱塞或螺杆顶部对喂料所施加的压力。注射压力在注 射成形中所起到的作用是：克服喂料从料筒流向型腔的流动阻力、提供喂料充模 的速率以及对熔体进行压实。注塑机的类型、被注射喂料的种类及温度、样品的 结构和复杂程度、壁厚、流道及浇口设计等情况不同，所需的注射压力也不同， 通常在 40130MPa 范围内。注射压力与注射坯质量的关系，一般随注射压力增 加，生坯的质量增加。这主要不是由喂料粘度的变化，而是由于注

13、射压力的增加 使喂料填充阶段的时间增加引起的。注射过程中，随着喂料填充到模腔中，模腔 内压力逐渐升高，以抵制喂料的继续流入，注射压力的增加，可以克服模腔内填 充而形成的抗力，即增加了填充的时间，将更多的喂料压入模腔中。工艺试验表 明：注射压力增加20%，生坯重量几乎增加1.5%。所以注射压力的影响是很大的。需要注意的有以下三点： 注塑机类型： 在其他条件相同的情况下，柱塞式注塑机所用的注射压力 比螺杆式的大，其原因是喂料在柱塞式注塑机料筒内的压力损耗比螺杆式的多。 喂料种类（粘结剂种类及含量）及温度。对于喂料粘度大、软化温度高 的喂料宜采用较高的注射压力。注射过程中，注射压力与喂料温度实际上是

14、互相 制约的。喂料温度高时，注射压力小；反之，所需的注射压力大。 样品和模具的结构。结构复杂、壁薄、流程长的产品，宜采用较高的注 射压力。（2）保压压力保压压力的作用是：压紧喂料，使喂料紧贴模壁，以获得精确的形状， 同时使先后进入模腔中的喂料熔成一体。 模内喂料冷却收缩时补料。保压压力在生产中有等于注射时所用的压力的，也有适当降低的。如果注射 和压实时压力相等，则往往可以使注射坯的收缩量减小，并使坯料制品之间的尺 寸波动较小。缺点是造成模具的参与压力较大和成形周期较长。保压压力的影响 类似于注射压力，保压压力增加，则保压阶段进入模腔中的喂料增多，生坯重量 增加。但随保压压力增加，生坯重量增加幅

15、度减小，可见在较小的的范围时，保 压压力影响较大，而在较高的压力值下，保压压力的影响较小。3、时间完成一次注射成形过程即注射成形过程中出现两个连续循环的相同点所经 历的时间称为“成形周期”。它由一系列连续操作组成，而各操作所需时间由注 塑机和喂料熔体性质参数所决定，而且它们相互影响、相互制约。如图所示，成 形周期由螺杆前进时间ta、注射时间匚、闭模时间te、冷却时间tf四部分组成， 其中ta、匚、te、tf分别为5s、10s、10s、20s，整个注射周期约为45s。I 5s |10s|10s|20s|0 tat1tetf图 1 注射成形周期示意图如要提高注射效率和保证产品质量，就需要对上述参数进行模拟和大量的 实践优化。成形周期直接影响劳动生产率和设备利用率，因此，在生产中，应在 保证质量的前提下，尽量缩短成形周期的各个相关时间，从而缩短整个注射成形 周期。三、粉末注射成形制品缺陷的产生原因分析粉末注射成形过程中，由于注射成形机控制不当或原料本身的问题，不可避免的会出现注射坯质量缺陷。表 1 中列出了注射成形中的缺陷原因分析。表 1 粉末注射成形工艺中产生的缺陷及原因分析缺陷种类产生原因样品缺料1、加料量不足，加料装置发生故障，出现缺料或供料中断；2、料筒、射嘴及模温偏低；3、注射压力太低，保压时间不足；