注塑成型工艺参数

发布时间：2014-09-19

注塑成型工艺参数
 
第一节注塑工艺参数
 
在制品和模具确定之后，
注塑工艺参数的选择和调整对制品质
量将产生直接影响。注塑工艺具体是指温度、压力、速度、时间等
有关参数，实际成型中应综合考虑，在能保证制品质量（如外观、
尺寸精度、机械强度等）和成型作业效率（如成型周期）的基础上
来决定。
尽管不同的注塑机调节方式各有所异，但是对工艺参数的
设定和调整项目基本是相同的。
注塑工艺参数与注塑机的设计参数
是有关联的，
但是在这里主要是从注塑工艺角度理解这些参数。
 
一、注塑参数
 
1.
注射量：
注射量是指注塑机螺杆（或柱塞）在注射时，向模具
内所注射的物料熔体量（
 
g
）
。
因此，注射量是由聚合物的物理性能
及螺杆中料筒中的推进容积来确定的。
 
由此可见，选择注射量时，一方面必须充分地满足制品及其浇注系统
的总用料量，另一方面必须小于注塑机的理论注射容积。如果选取用注射量
过小则会因注射量不足而使制品产生各种缺陷，但过大又造成能源的浪费。
所以注塑料机不可用来加工小于注射量
 10%
或超过注射量
 70%
的制品，据
统计世界上制品生产厂家大约有
 1/3
的能源浪费在不合理地机型选择上。
 
2.
计量行程（预塑行程）
：
每次注射程序终止后，螺杆是处在料
筒的最前位置，
当预塑程序到达时，
螺杆开始旋转，
物料被输送
到螺杆头部，
螺杆在物料的反压力作用下后退，
直至碰到限位开
关为止。
这个过程称计量过程或预塑过程，
螺杆后退的距离称计
量容积，
也正是注射容积，
其计量行程也正是注射行程。
因此制
品所需的注射量是用计量行程工来调整的。
由此可知，注射量的大小与计量行程的精度有关，如果计量行程调节
太小会造成注射量不足，如果计量行程调整太大，使料筒前部每次注射后的
余料太多，
使熔体温度不均或过热分解
,
计量行程的重复精度的高低会影响注
射量的波动
.
料温沿计量行程的分布是不均匀的
,
增加计量行程会
加剧料温的不均匀性
.
螺杆转速、预塑背压和料筒的温度都将对
熔体温度和温差有显著地影响
.
 
在注射前处于螺杆头部计量室外中的熔体温度最高，
虽然也有温差，
但在这
时较小，
在注射后，
螺杆槽中熔体的温度最低
,
停留一段时间之后熔体温度上升
.
这种温差可以采用调整螺杆转速轴向背压或使用新型螺杆等办法使其得到改善。
 
3.
余料量：
螺杆注射完了之后，
并不希望把螺杆头部的熔料
全部注射出去，还希望留存一些，形成一个余料量。这样，一
方面可防止螺杆头部和喷射接触发生机械破损事故，
另一方面，
可通过此余料垫来控制注射量的重复精度达到稳定注塑制品质
量
的目的。
如果余料垫过小，达不到缓冲目的，如果过大会使余
料累积过多。
近代注射塑机是通过螺杆注射终止时的极限位置来控制冲量的：
如果位移传感器所检测的实际值超出缓冲垫的设定范围
（一般
 2-10mm
）
。
 
4.
防延量：
防延量是指螺杆计量（预塑）到位后，又直线地
倒退一段距离，使计量室中熔体的比体积增加，内压下降，防止熔
体从计量室外向外流出（通过喷嘴或间隙）
。
这个后退动作称防流延动
作，
防流延量可视聚合物沾度、
相对密度和制品的情况进行设定，
过大的防延
量会使计量室中的熔料夹杂汽泡，
严重影响制品质量。
 
5.
螺杆转速：
螺杆转速影响注塑物料在螺杆中输送；影响
塑化能力、塑化质量和成型周期等因素的重要参数。
随着转速
提高塑化能力会增加。提高螺杆转速，流量加大，熔融温度的均匀
性却有所改善。熔体温度和螺杆转速之间随着螺杆转速的提高，
熔
体温度也有所提高。
 
螺杆转速根据注塑条件用注塑机的额定螺杆转速，以额定量
的
 50%-60%
来标定所要加工物料的塑化能力和螺杆转速。
调整时，
要由较低向较高转速逐渐调试。
 
6.
预塑背压：
在进入下一次注射前，螺杆通过旋转把熔融物
料输送到料筒的前部加以储备，
此时，螺杆一边旋转一边将因输送
到料筒前部的物料产生的反压力而后退。
为了调整和控制螺杆后退
的方式，可在螺杆上加一定的和熔融物料相反的压力，
这就是螺杆
背压。
螺杆背压可以提高材料的熔融效果和混炼效果，
同时也可以
保证使熔融物料在螺杆前部的完全充满，以提高注射计量的准确
性。但螺杆背压过高，将引起物料处理能力下降，还将使物料因摩
擦热增加而引起温度的上升。反之，螺杆背压过低，会引起注射量
的计量不准。
背压对熔体温度影响是非常明显的。背压提高有助于
螺槽中物料的密实，驱赶走物料中的气体。背压的增加使系统阻力
加大，螺杆退回速度减慢，延长了物料的在螺杆中的热历程，塑化
质量也得到改善。
但是过大的背压会增加计量段螺槽熔体的反流和
漏流，降低了熔体输送能力，减少了塑化量，而且增加功率消耗，
过高背压会使剪切热，过高或切变应力过大，
使高分子物料发生降
解而严重量影响到制品质量。
因此背压是注塑机控制质量的重要参数之一。
 
所以螺杆预塑开始时要降低背压，
当计量结束时
（
 2-3mm
）
，
螺杆转速应物别要放慢，以减小惯性冲击，提高计量精度。
 
7
．注射压力与保压压力
:
注射压力是指注射时，在螺杆头部
（计量室）
建立的熔体压强。
第
1
阶段是把熔融物料高速的注射入模中
的阶段，
此时的压力称为
1
次注射压力，
这就是通常所称的注射压力。
第
2
阶段是材料充满模具后所加的压力，称为
2
次注射压力或保压压力。
 
因此，选择注射制品的注射压力时，首先要考虑注塑机所允许的注射压
力，
只有在注塑机额定的注射压力范围内，
才能调整出具体制品所需求的注射压
力。如果
注射压力调过低会导致模腔压力不足，熔体不能充满模腔，
反之，
如调整过大，
不仅会造成制品溢边、
胀模等不良现象，
因此，
在试制制品时应从低压开始并逐渐地提高，
以确定合适的
1
次压力。
 
2
次注射压力（保压压力）是在物料充满模腔后至冷却固化后作用
于物料上的压力，在保压力作用的整个时间，称为保压时间。
2
次
注射压力所起的作用是，在防止毛边的发生和过度充填的基础上，
把伴随着冷却固化中因收缩引起体积减小的部分，
从喷嘴用熔融物
料进行不断的补充，
以防止制品因收缩而产生缩痕。
从
2
次注射压
力所起的作用上，其压力设定往往比
1
次注射压力低，
但
2
次注射
压力必须保持到模腔中的物料完全固化，
即各流道中的物料也发生
固化时为止
。
在保压初期阶段，制品重量随保压时间而上升，但达
到一定时间之后则重量不再增加，模腔压力近于等速下降。
当保压
力撤除之后，
模内压力迅速地下降，制品重量与保压时间关系，
保压压力与模腔
压力关系。
保压压力和保压时间对凝固点及制品收缩率有明显影响：
提高保压压
力，延长保压时间会使凝固推迟，有助于减小制品收缩率。
 
保压压力对制品体积（或密度）有很大的影响，但这种影响首先与溶体
的温度有直接关系，
熔体温度与保压压力及其切换时间对制品的比体积和密度起
着严格的控制作用。
在调试压力时最要注意的是注射压力到保压压力和切换点和
保压时间的长短，因为它将影响成型制品的质量。
 
由注射压力转换到保压压力值时。动作切换的太慢，
充模时
发生了过分充模现象。
在此种情况下会出现模腔溢边，导致供料不足，使模
内压力太低，制品不密实，发生凹陷，力学性能降低不良现象。注射充模时间设
定的太短，发生充填不足，模内缺料现象。保压时间设定不够，由于保压压力的
过早切换，
模内溶体在浇口冻封之前发生倒流，
导致制品由于补缩不足出现孔穴，
凹陷以及内部质量下降等缺陷。
保压压力设定的太低，
尽管有足够的时间，但由
于压力不足以克服保压阶段流道中的强大阻力来建立保压流动进行有效地补缩，
也会使模内压力不足，给制品带来各种缺陷。
 
8
．
注射速度：
注射速度指螺杆前进时，
将熔融的物料充填到模
腔的速度，一般用单位时间的注射质量（
g/s
）或螺杆前时的速度
（
m/s
）表示。它和注射压力都是注射条件中的重要参数之一，注
塑速度要吧作为温度和压力以外的第
3
种手段，
能对物料的粘度进
行控制和调节。注射速度可进行多级控制，通常可以根据产品结构
不同而设定，在注射使用低速，模腔充填时使用高速，充填接近终
了时再使用低速注射的方法，
通过注射速度的控制和调整可以防止
改善制品外观如毛边、喷射痕、银条或焦痕等各种不良现象。
 
 9
．模具型腔压力：
 
对塑料施加的压力是由注塑机的螺杆产生的，
塑料在模具型腔内所受的压力
称为塑模内压力，
它比螺杆压力要小得多，
并且是随时间的变化而变化的，塑模
内压力的变化可以分为六个阶段：
 
（
1
）当螺杆行程向前顶料时，模具型腔内的压力最小。
 
（
2
）螺杆施加在塑料上原逐步增大以克服塑料的流动阻力，塑料逐渐地填
满模具型腔。
 
（
3
）塑模被充满后，塑模内压力开始升高并很快达到最大值。
 
（
4
）塑料在模具中开始冷却，体积逐步缩小，此时塑料仍然处于螺杆的压
力下，注塑机将一些塑料压入模具型腔之中以被充塑容积。
 
（
5
）当螺杆向后退时，模具进料口被打开，未完全硬化的流道中的塑料开
始从中塑料冷却并固化，
，流道被闭塞。
 
（
6
）
模具流道被闭塞后，塑料在模具型腔中继续冷却，直至最后完全固化，
压力继续下降，到模具开启时，塑料只受到其中的余压。
 
注塑中大部分功率是消耗在注射充模、保压补缩和塑化阶段。
其中尤以注射功率消耗为最大。
 
二、合模参数
 
1
、
合模力：
在注射充模阶段和保压补缩阶段，
模腔压力要产生
使模具分开的胀模力。为了克服这种胀模作用，合模系统必须施予
模具以闭紧力，称为合模力。
 
合模力的调整将直接影响制品的表观质量和尺寸精度；合模力
不足会导致模具离缝，发生溢料，但太大会使模具变形，制品产生
内应力和不必要的能量消耗。
 
尽管合模系统产生合模力是一定的，
但是由于注射座喷嘴和模具接触的作用
以及注射时熔体压力产生的胀模作用，合模力在注塑周期中也是变化的，
 
注塑具体制品需要的合模力简称工艺合模力，应根据模腔压力
和制品投影面积来确定，
工艺合模力直接与模腔平均压力有关，而模腔压
力可根据注塑制品选择。
为保证可靠的锁模，
工艺锁模力必须小于注塑
机的额定合模力。
 
2.
顶出力
 
：
 
当制品从模具上落下时，需一定的外力来克服制
品和模具的附着力。
所以制品的顶出力、顶出速度和顶出行程要根据制品的
结构，形与尺寸，
制品材料的性质以及工艺条件进行调整。
过小的顶出力制品无
法脱下，
过大顶出力和顶出速度会使制品发生翘变形，甚至断裂破坏。注塑制品
脱模过程是很重要的阶段，
将对尺寸精度和表面质量产生影响，
其中粘附磨擦系
数和滑动摩擦系数是影响脱模力的直接因素，与模腔表面温度和粗糙度有关。
 
三、温控参数
 
从聚合物性能可知，
它的热物理性能和热机特性是最重要的性质之一，
与成
型加工有密切关系，因此在注塑加工各阶段中对温度选择和控制变得十分重要。
1
．烘料温度：
料的干燥对某些聚合物材料是必备的工序，因为如果聚合
物含湿量超过允许限度，制品就出现剥层，银纹等不良现象。
 
2
．料筒与喷嘴温度：
 
 
(1)
料筒温度是指料筒表面的加热温度。
根据聚合物在料筒内的塑
化机理，分三段加热：
第一段固体输送段是靠近料口处，温度要低一
些，有冷却水冷却防止物料架桥保证较高的固体输送效率；
第二段
压缩是物料处于压缩状态并逐渐地熔融，
温度设定比第一段要高出
 
20-
25
℃，第三段计量段是物料全熔融，预塑开始时，这一段相于
螺杆计段，在预塑终止后形成计量室储存塑化好的物料。
 
一般，
第三段温度比第二段要高出
 20-
25
℃以便保证物料在熔
融状态。
料筒的表面温度和料筒内壁温度存在温度梯度，而料筒内壁温度才接
近于熔体的温度。
 
有时，第三段熔体的实际温度还要高于料筒的温度，
这是由于在预塑时，熔
体又吸收一部分切变热使内能增加，
温度升高。
因此，
料筒温度和熔体温度有密
切关系。
料筒温度升高会提高熔体温度，成为控制熔体温度和制品质量
的主要工艺手段。熔体温度对这些因素塑化量、充模压力，料流长、
冲击强度，收缩率、密度、压力损失、热变形温度、接合缝强度，挠
曲和拉伸强度，制品定向等有影响。
螺杆转速及背压对熔体温度也有重要
影响，说明螺杆旋转时一部分机械能已转变为聚合物的内能，使熔体温升增加。
 
计量室中熔体的温度计与料筒温度、螺杆行程、
预塑转速成和背压有关：当
螺杆转速和背压一定的条件下，
溶体温度和料筒温度大致成比例地变化，
所以稳
定料筒温度和调节计量行程对控制计量室中的溶体温度有重要的作用。
 
（
2
）
、喷嘴温度对保证注塑工艺同样是重要的
，
因为喷嘴有加速溶体
和提高温度的作用。
喷嘴本身热惯性很小但却与大的模具和前模板接触，
热交换
会很快地带走热量。
为了防止熔体在喷嘴处凝固，
就需要提高喷嘴加热圈的温度，
一般比料筒的
第三段温度高出
 20-
30 ℃，其具体设定温度视聚合物性质、喷嘴及模具流道不
同而异，常由工艺试验确定。
 
能够一次注塑符合制品质量的标准温度，可以认为是工艺合适温度。
在工
艺调整时，
一般应逐渐从低温向高温调节，
一直调到合适温度为止。
但在高温区不应停留时间过长，防止物料分解。
在预试验对空注射时，
温度不要太高，
防止喷溅烧伤。
如果料筒温度设定较低时，
则可能应地把模具温
度提高些，
注射压力放低些，当注射行程较短时，
料筒温度与制品也要相应地降
低些。
3
．模具温度模具温度是指与制品接触的模腔表面温度。
因为它
直接影响到制品在模腔中的冷却成型周期，提高制品质量，减少废品率。
 
模温提高会减小制品的定向作用和流线的方向性，
会增加密度与制品表面粗
糙性，
以及垂直于流线方向的收缩率，
会降低流线方向的冲击强度延长时间和提
高充模压力。
 
在注塑周期中，
模腔的表面温度要发生周期性的变化模具温度设定应考虑聚
合物性质，制品大小、形状、模具结构和浇道系统及环境温度等试验而设定。
 
近代注塑机为满足模温控制要求，
配有模具恒温器，
利用热交换原理对模具
输入温水或油，
保持模具恒温，
通过精密电子仪表对温度与冷却介质流量实现闭
环控制系统。
考虑熔体温度也可用较简单的热电偶来测定，
或在模具上安装双金
属片式温度计。
考虑熔体温度提高，
如果模温过低会导致过冷充太大影响制品质
量，故在注塑开始时，先向模具内通温水进行预热。
 
4
．油温：
油温本来是注塑机液压系统中的问题，由于注塑机液压系统日
益完善，液压力系统在高压、
大流量方面有显著地进展，
再加上注塑机载荷急聚
变化的特点，油温问题变得十分突出，
在注塑工艺参数起着重要影响。所以调整
注射工艺时，注意油温的变化，对冷却器的冷却水量进行调节
。
对容积式液
压传动的注塑机来说，应当油温控制在
 
55 ℃以下。
 
四、注塑成型周期
 
1
．循环周期：注塑成型是一项综合性的工艺，它与各段程序所进行的时间
有关，因此也就直接影响聚合物固熔体和制品所经过热历程和受力作用的时间，
影响到制品质量和生产效率。
 
在成型周期中，占主要部分的是注射保压时间、冷却时间，开
模时间和脱模取件时间。
一个完整的循环周期，
它是由闭门
-
闭模
-
注射保压
-
螺杆计量
-
冷却
-
开模
-
顶出制品
-
开门取件（全自动时无
此时）等组成。
 
在全自动循环中不存在闭门和开门的人为因素，
是用时间设定来控制的。
从
成型周期中可以看出，凡影响到循环过程的因素都会影响到制品的质量。
 
成型周期设定应该在保证制品质量的前提下，要尽量减少各程
序段的周期
。
在闭门和开门，
程序如果采用半自动循环这是唯一由人控参加程
序，要求操作者在时间到达后，应该迅速地揎开或关上安全门，
而且尽量使每次
停留的时间相等，否则，累积的时间误差也会影响塑料的热历程。
 
如果用时间控制闭模（在全自动循环的情况）
，应考虑在制品掉下，检测后
再延时
 1-3S
左右时间。
在闭模阶段的时间要根据与调节慢速
-
快速—
慢速和低压保护、转换时间有关。调整时应该考虑动模板在小惯性
冲击和保护人身和模具安全条件下工作。
 
注射保压与螺杆的计量时间要根据聚合物性质，
制品及模具而定，
它与注射
压力、注射速率、螺杆转数、背压为温度等许多因素有关。应保证的质量前提下
寻求最短时间。
螺杆转数及背压直接影响到螺杆的计量时间，
采用高效螺杆会减
少程序时间。
 
冷却时间的设定应考虑聚合物的性质、制品和温度等条件，制
品实际的冷却时间是包括了保压和螺杆计量阶段，
因此螺杆计量时
间最好能在制品所需的最短冷却时间内来完成。
 
在相同模温和脱模温度条件下，充模熔体温度高则周期长。在
相同脱模温度条件下，模具温度低时则成型周期短。