PE注射成型課程設(shè)計(jì)

1、 專業(yè)方向課程設(shè)計(jì)題 目： PE注塑成型工藝設(shè)計(jì) 學(xué) 院： 化學(xué)化工學(xué)院 專 業(yè):高分子材料與工程 班級(jí): 0801學(xué)號(hào):200806190102學(xué)生姓名： 唐杰 導(dǎo)師姓名： 黃先威 劉擁君 劉艷麗 禹新良 完成日期： 2011年 7 月 2日 課 程 設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 書(shū)學(xué)院： 化學(xué)化工學(xué)院 專業(yè)： 高分子材料與工程 班級(jí)： 0801 姓名： 唐杰 同組人員姓名： 唐文軍 劉衛(wèi) 唐堯 張磊 鄧鋒 一 課程設(shè)計(jì)題目：注塑工藝設(shè)計(jì)二 課程設(shè)計(jì)內(nèi)容及設(shè)計(jì)要求：1.查閱文獻(xiàn)資料，了解注塑工藝的原理及參數(shù)，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，提交開(kāi)題報(bào)告；2.采用聚乙烯主要原料，采用注塑機(jī)注塑成型制備測(cè)試樣品，改變注塑的參數(shù)

2、優(yōu)化注塑工藝條件，作好實(shí)驗(yàn)的詳細(xì)真實(shí)記錄并及時(shí)小結(jié)分析；3.歸納、分析總結(jié)實(shí)驗(yàn)研究數(shù)據(jù)，撰寫(xiě)課程設(shè)計(jì)論文；三課程設(shè)計(jì)時(shí)間安排： 6 月 19 日至 7 月 2 日第 18 周查閱文獻(xiàn)，了解吸水性樹(shù)脂的研究進(jìn)展，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，并開(kāi)始實(shí)驗(yàn)研究。第 19 周繼續(xù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，精選實(shí)驗(yàn)樣品并進(jìn)行測(cè)試，歸納總結(jié)寫(xiě)出課程設(shè)計(jì)論文。四 主要參考資料：指導(dǎo)教師： 黃先威 劉擁君 劉艷麗 禹新良教研室主任： 黃先威 教學(xué)副院長(zhǎng)： 陳建芳 2011 年 6 月 17 日目錄1實(shí)驗(yàn)?zāi)康?實(shí)驗(yàn)原理2.1聚乙烯特點(diǎn)2.2聚乙烯的成型加工性能2.3聚乙烯的主要成型條件3實(shí)驗(yàn)步驟4實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與分析4.1 PE拉伸樣條的工藝參

3、數(shù)4.2PE扁平試樣的注塑工藝參數(shù)4.3制品圖像4.4數(shù)據(jù)分析PE注射成型工藝設(shè)計(jì)1實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.1解塑料熔體流動(dòng)速率（MFR）的概念，熟悉其測(cè)定原理及操作。1.2了解螺桿式注塑機(jī)的結(jié)構(gòu)、性能參數(shù)、操作規(guī)程及注塑工藝參數(shù)的設(shè)定及整，掌握注塑機(jī)的基本操作技能。1.3解塑料沖擊性能的測(cè)試原理、制樣方法及操作。2實(shí)驗(yàn)原理：注射機(jī)的工作原理與打針用的注射器相似，它是借助螺桿（或柱塞）的推力，將已塑化好的熔融狀態(tài)（即黏流態(tài)）的塑料注射入閉合好的模腔內(nèi)，經(jīng)固化定型后取得制品的工藝過(guò)程。注射成型是一個(gè)循環(huán)的過(guò)程，每一周期主要包括：定量加料熔融塑化施壓注射沖模冷卻啟模取件。取出塑料后又再閉模，進(jìn)行下一個(gè)循環(huán)。2

4、.1聚乙烯的特點(diǎn)由于聚乙烯是結(jié)晶聚合物，其熔融時(shí)結(jié)晶品核還需要吸收一部分熱量，故所選用的機(jī)筒溫度通常高于熔點(diǎn)數(shù)十度。 模具的溫度對(duì)制品結(jié)晶狀況有較大的影響，溫度高、熔體冷卻速度慢，制品的結(jié)晶度便高，制品強(qiáng)度高，但是制品的收縮率會(huì)隨著溫度的增高而增大，易產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力及變形，因此需按高低密度情況不同確定模具溫度，通常LDPE 模具溫度在3045 ,而HDPE 相應(yīng)再提高1020 。 注射壓力選取主要是考慮流動(dòng)狀況，一般情況聚乙烯在熔融狀態(tài)下具有較好的流動(dòng)性，因此除薄壁細(xì)長(zhǎng)的制品外，盡量選擇低的注射壓力，一般在6080MPa。2.2 PE的成型加工性能 PE為結(jié)晶性原料，吸濕性極小，不超過(guò)0.01，因

5、此在加工前無(wú)需進(jìn)行干燥處理。 PE分子聯(lián)鏈柔性好，鍵間作用力小，熔體粘性低，流動(dòng)性極好，因此成型時(shí)無(wú)需太高壓力就能成型出薄壁長(zhǎng)流程制品。 PE的收縮率范圍大，收縮值大，方向性明顯，LDPE收縮率為1.22左右，HDPE收縮率在1.5左右。因此容易變形翹曲，模具冷卻條件對(duì)收縮率的影響很大，故應(yīng)該控制好模具溫度，保持冷卻均勻、穩(wěn)定。 PE的結(jié)晶能力高，模具的溫度對(duì)塑件的結(jié)晶狀況有很較大的影響。模溫高，熔體冷卻慢，塑件結(jié)晶度高，強(qiáng)度也就高。 PE的熔點(diǎn)不高，但比熱容較大，因此塑化時(shí)仍需要消耗較多的熱量，故要求塑化裝置要有較大的加熱功率，以便提高生產(chǎn)效率。PE的軟化溫度范圍較小，且熔體易氧化，因此在成

6、型加工中應(yīng)盡可能避免熔體與氧發(fā)生接觸，以免降低塑件質(zhì)量。 PE制件質(zhì)地較軟，且易脫模，因此當(dāng)塑件有淺側(cè)凹槽時(shí)可以強(qiáng)力脫模。 PE熔體的非牛頓性不明顯，剪切速率的改變對(duì)粘度的影響較小，PE熔體粘度受溫度的影響也較小。 PE熔體的冷卻速度較慢，因此必須充分冷卻。模具應(yīng)該有較好的冷卻系統(tǒng)。 若PE熔體在注射時(shí)采用直接進(jìn)料口進(jìn)料，易增大應(yīng)力和產(chǎn)生搜索不均勻及方向性明顯的增大變形，因此應(yīng)注意選擇進(jìn)料口參數(shù)。 PE的成型溫度較寬，在流動(dòng)狀態(tài)下，溫度的少許波動(dòng)對(duì)注塑成型沒(méi)有影響。 PE的熱穩(wěn)定性較好，一般在300度以下無(wú)明顯的分解現(xiàn)象，對(duì)質(zhì)量沒(méi)什么影響。2.3 PE的主要成型條件 料筒溫度：料筒溫度主要是與

7、PE的密度高低和熔體流動(dòng)速率大小有關(guān)，另外還與注塑機(jī)的類型和性能，一級(jí)塑件的形狀有關(guān)。由于PE為結(jié)晶型聚合物，在熔融時(shí)晶粒要吸收一定熱量，因此料筒溫度應(yīng)高于它的熔點(diǎn)10度。度于LDPE來(lái)說(shuō)，料筒溫度控制在140-200，HDPE的料筒溫度控制在220，料筒后部取最小值，前端取最大值。 模具溫度：模溫對(duì)塑件的結(jié)晶狀況有較大影響，模溫高，熔體結(jié)晶度高，強(qiáng)度高，但收縮率也會(huì)增大。通常LDPE的模具溫度控制在30-45，而HDPE的溫度相應(yīng)再高10-20。 注塑壓力：提高注塑壓力有利于熔料的充模，由于PE的流動(dòng)性很好，因此除薄壁細(xì)長(zhǎng)制品外，應(yīng)該精良選擇較低的注射壓力，一般注射壓力為50-100MPa。

8、形狀簡(jiǎn)單。壁后較大的塑件，注射壓力可以低些，反之則高。3.注射機(jī)運(yùn)作過(guò)程 閉模及鎖緊  注射成型過(guò)程是周期性的操作過(guò)程。注塑機(jī)的成型周期一般是從模具閉合開(kāi)始的。模具先在液壓及電氣自動(dòng)控制系統(tǒng)處于高壓狀態(tài)下進(jìn)行快速閉合，當(dāng)動(dòng)模與定?？煲佑|時(shí)，液壓及電氣自動(dòng)控制系統(tǒng)自動(dòng)轉(zhuǎn)換成低壓(即試合模壓力)、低速狀態(tài)，在確認(rèn)模內(nèi)無(wú)異物存在時(shí)，再轉(zhuǎn)換成高壓并將模具鎖緊。注射裝置前移及注射  確認(rèn)模具鎖緊之后，注射裝置前移，使噴嘴和模具吻合，然后液壓系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)螺桿前移，在所設(shè)定的壓力、注射速度條件下，將機(jī)筒內(nèi)螺桿頭部已均勻塑化和定量的熔體注人模具型腔中。此時(shí)螺桿頭部作用于熔體上的壓力

9、稱為注射壓力(Pa)，又稱一次壓力。螺桿移動(dòng)的速度稱為注射速度(cms)。壓力保持(保壓)  注射操作完成以后，在螺桿頭部還保存有少量熔體。液壓系統(tǒng)通過(guò)螺桿對(duì)這部分熔體繼續(xù)施加壓力，以填補(bǔ)因型腔內(nèi)熔體冷卻收縮產(chǎn)生的空間，保證制件密度。保壓一直持續(xù)到澆口封閉。此時(shí)，螺桿作用于熔體上面的壓力稱為保壓壓力(Pa)，又稱二次壓力，保壓壓力一般等于或者低于注射壓力。保壓過(guò)程中，僅有少量熔體補(bǔ)充注入模具型腔。保壓過(guò)程以持續(xù)到澆口剛好封閉為宜。過(guò)早卸壓，澆口未封閉，模腔中熔體會(huì)發(fā)生倒流，制件密度不足；保壓過(guò)程過(guò)長(zhǎng)或保壓壓力過(guò)大，會(huì)使?jié)部诟浇a(chǎn)生較大的內(nèi)應(yīng)力，也會(huì)增大制件的內(nèi)應(yīng)力，造成脫模困難。制件

10、冷卻  塑料熔體經(jīng)噴嘴注射入模具型腔后即開(kāi)始冷卻。當(dāng)保壓進(jìn)行到澆口封閉以后，保壓壓力即卸去，此時(shí)物料進(jìn)一步冷卻定型。冷卻速度影響到聚合物的聚集態(tài)轉(zhuǎn)變過(guò)程，最終會(huì)影響到制件成型質(zhì)量和成型效率。制件在模具型腔中的冷卻時(shí)間應(yīng)以制件在開(kāi)模頂出時(shí)具有足夠的剛度，不致引起制件變形為限。過(guò)長(zhǎng)的冷卻時(shí)間不僅會(huì)延長(zhǎng)生產(chǎn)周期，降低生產(chǎn)效率；而且會(huì)使制件產(chǎn)生過(guò)大的型腔包附力，造成脫模阻力增大。原料預(yù)塑化  為了縮短成型周期，提高生產(chǎn)效率，當(dāng)澆口冷卻及保壓過(guò)程結(jié)束時(shí)，注塑機(jī)螺桿在液壓馬達(dá)的驅(qū)動(dòng)下開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)，將來(lái)自料斗的粒狀塑料向前輸送。在機(jī)筒外加熱和螺桿剪切熱的共同作用下，使粒狀塑料逐步均勻融化最終

11、成為熔融粘流態(tài)的流體。在螺桿的輸送作用下存積于螺桿頭部的機(jī)筒中，從而實(shí)現(xiàn)塑料原料的塑化。螺桿的轉(zhuǎn)動(dòng)方面使塑料塑化并向其頭部輸送，另一方面也使存積在頭部的塑料熔體產(chǎn)生壓力，這個(gè)壓力稱為塑化壓力(Pa)。由于這個(gè)壓力的作用，使得螺桿向后退移，螺桿后移的距離反映出螺桿頭部機(jī)筒中所存積的塑料熔體體積，注塑機(jī)螺桿的這個(gè)后退距離，即每次預(yù)塑化的熔體體積，也就是注射熔體計(jì)量值是根據(jù)成型制件所需要的注射量進(jìn)行調(diào)節(jié)設(shè)定。當(dāng)螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)而后退到設(shè)定的計(jì)量值時(shí)，在液壓和電氣控制系統(tǒng)的控制下就停止轉(zhuǎn)動(dòng)，完成塑料的預(yù)塑化和計(jì)量，即完成預(yù)塑化程序。注射螺桿的尾部是與注射油缸連接在一起的，在螺桿后退的過(guò)程中，螺桿要受到各種摩擦

12、阻力及注射油缸內(nèi)液壓油回流阻力的作用，注射油缸內(nèi)液壓油回流阻力產(chǎn)生的壓力稱為螺桿背壓(Pa)。注射螺桿能否后退及后退的速度取決于螺桿后退時(shí)受到的各種摩擦阻力和螺桿背壓。塑料原料在預(yù)塑過(guò)程中的各種工藝參數(shù)(各部分的壓力、溫度等)是根據(jù)不同制件的塑料材料進(jìn)行設(shè)定的。注射裝置后退、開(kāi)模及制件頂出   預(yù)塑程序完成后，注射裝置后退，為了避免噴嘴長(zhǎng)時(shí)間與模具接觸散熱而形成凝料，使噴嘴離開(kāi)模具。當(dāng)模腔內(nèi)的成型制件冷卻到具備一定剛度后，合模裝置帶動(dòng)動(dòng)模板開(kāi)模，在開(kāi)模的過(guò)程中完成側(cè)向抽芯的動(dòng)作，最后頂出機(jī)構(gòu)頂脫制件，準(zhǔn)備開(kāi)始下一個(gè)成型周期。4熱塑性塑料注射成型常見(jiàn)問(wèn)題及原因4.1制品填充不

13、足1)料桶，噴嘴及模具的溫度偏低2)加料量不足3)料桶內(nèi)的剩料太多4)注射壓力太小5)注射速度太慢6)流道和澆口尺寸太小，澆口數(shù)量不夠，切澆口位置不恰當(dāng)7)型腔排氣不良8)注射時(shí)間太短9)澆注系統(tǒng)發(fā)生堵塞1)塑料的流動(dòng)性太差 4.2制品有溢邊1)料桶，噴嘴及模具溫度太高2)注射壓力太大，鎖模力太小3)模具密合不嚴(yán)，有雜物或模板已變形4)型腔排氣不良5)塑料的流動(dòng)性太好6)加料量過(guò)大 4.3制品有氣泡1)塑料干燥不夠，含有水分2)塑料有分解3)注射速度太快4)注射壓力太小5)麻煩溫太底，充模不完全6)模具排氣不良7)從加料端帶入空氣 4.4制品凹陷 1)加料量不足2)料溫太高3)制品壁厚與壁厚相

14、差過(guò)大4)注射和保壓的時(shí)間太短5)注射壓力太小6)注射速度太快7)澆口位置不恰當(dāng) 4.5制品有明顯的熔合紋1)料溫太低，塑料的流動(dòng)性差2)注射壓力太小3)注射速度太慢4)模溫太低5)型腔排氣不良6)塑料受到污染 4.6制品的表面有銀絲及波紋1)塑料含有水分和揮發(fā)物2)料溫太高或太低3)注射壓力太小4)流道和澆口的尺寸太大5)嵌件未預(yù)熱回溫度太低6)制品內(nèi)應(yīng)力太大 4.7制品的表面有黑點(diǎn)及條紋 1)塑料有分解2)螺桿的速度太快，背壓力太大3)噴嘴與主流道吻合不好，產(chǎn)生積料4)模具排氣不良5)塑料受污染或帶進(jìn)雜物6)塑料的顆粒大小不均勻 4.8制品翹曲變形 1)模具溫度太高，冷卻時(shí)間不夠2)制品厚

15、薄懸殊3)澆口位置不恰當(dāng)，切澆口數(shù)量不合適4)推出位置不恰當(dāng)，且受力不均5)塑料分子定向作用太大 4.9制品的尺寸不穩(wěn)定1)加料量不穩(wěn)定2)塑料的確顆粒大小不均勻3)料桶和噴嘴的溫度太高4)注射壓力太小5)充模和保壓的時(shí)間不夠6)澆口和流道的尺寸不恰當(dāng)7)模具的設(shè)計(jì)尺寸不恰當(dāng)8)模具的設(shè)計(jì)尺寸不準(zhǔn)確9)推桿變形或磨損10)注射機(jī)的電氣，液壓系統(tǒng)不穩(wěn)定 4.10制品粘模1)注射壓力太大，注射時(shí)間太長(zhǎng)2)模具溫度太高3)澆口尺寸太大，且澆口位置不恰當(dāng)5.數(shù)據(jù)與分析5.1PE拉伸樣條的工藝參數(shù)溫度溫度噴嘴一段二段三段四段五段實(shí)際2092102121833836設(shè)定21021021018000上限+3

16、0+30+30+30+50+50下限303030305050注射壓力注射四段三段二段一段壓力（bar）50506065流量（%）35353540時(shí)間（s）0.00.01.51.5保壓壓力保壓三段二段一段壓力bar355540流量()253935時(shí)間（s）0.00.02.0鎖模設(shè)定鎖模慢速快速低壓高壓壓力bar205040100流量()25322522位置（mm）180.080.035.0開(kāi)模設(shè)定鎖模低速中速快速壓慢速壓力bar18304580流量()21232815位置（mm）200.0120.0100.030.0開(kāi)鎖模限時(shí)：10.0s儲(chǔ)料設(shè)定儲(chǔ)料前抽熔一熔二熔三壓力bar1804050背壓b

17、ar1520流量（）25806035位置（mm）0.070.00.075.0冷卻時(shí)間：10.0s 熔膠時(shí)間：10.0s自動(dòng)清料 清料次數(shù):10清料射膠熔膠抽膠壓力bar6512060流量（）708555時(shí)間（s）1.10.00.0座臺(tái)設(shè)定進(jìn)慢座進(jìn)座退壓力bar303030流量（）252525時(shí)間（s）0.05.2PE扁平試樣的注塑工藝參數(shù)第一組實(shí)驗(yàn)參數(shù)溫度溫度噴嘴一段二段三段四段五段實(shí)際2082282312143535設(shè)定2102302303215050上限+30+30+30+30+30+30下限-30-3-30-30-30-30注射壓力注射四段三段二段一段壓力bar65657580流量()3

18、5353540時(shí)間（s）0.00.01.51.5保壓壓力保壓三段二段一段壓力bar355540流量()253935時(shí)間（s）0.00.02.0第二組實(shí)驗(yàn)溫度溫度噴嘴一段二段三段四段五段實(shí)際2362492472333737設(shè)定2402502502205050上限+30+30+30+30+30+30下限-30-3-30-30-30-30注射壓力注射四段三段二段一段壓力bar9595105110流量()50505055時(shí)間（s）0.00.02.02.0保壓壓力保壓三段二段一段壓力bar355540流量()253935時(shí)間（s）0.00.02.0第三組實(shí)驗(yàn)工藝參數(shù) 溫度溫度噴嘴一段二段三段四段五段實(shí)際

19、2362462462203838設(shè)定2402502502205050上限+30+30+30+30+30+30下限-30-3-30-30-30-30注射壓力注射四段三段二段一段壓力bar105110110115流量()70707075時(shí)間（s）2.02.0保壓壓力保壓三段二段一段壓力bar556555流量()304540時(shí)間（s）3.0第四組實(shí)驗(yàn)工藝參數(shù)溫度溫度噴嘴一段二段三段四段五段實(shí)際2482572502433939設(shè)定2502602502405060上限+30+30+30+30+30+30下限-30-3-30-30-30-30注射壓力注射四段三段二段一段壓力bar105105115115流

20、量()65656570時(shí)間（s）2.02.0保壓壓力保壓三段二段一段壓力bar707575流量()304540時(shí)間（s）3.05.3制品圖像（1）（2）（3）(4)4.4數(shù)據(jù)分析注射成型的關(guān)鍵控制因素主要有溫度，注射壓力，保壓壓力，在PE扁平試樣中，通過(guò)一組數(shù)據(jù)得到的制品存在嚴(yán)重缺料現(xiàn)象，第二組試驗(yàn)中通過(guò)提到溫度和注射壓力改善熔體的流動(dòng)性能，從而在第二次試驗(yàn)得到的制品的尺寸有明顯增大，而且透明度增加了，但制品還是不完全飽滿。第三組通過(guò)提高保壓壓力和保壓時(shí)間和流量，適當(dāng)提高注射壓力得到的制品尺寸又有了進(jìn)一步提高，第四組再稍微升高點(diǎn)溫度，提高保壓壓力，得到的制品已十分飽滿。5結(jié)論5.1溫度的影響成

21、型溫度指注射料筒溫度、模具溫度等。PE加工時(shí)應(yīng)特別注意噴頭溫度 ，一 般控制在前端溫度的70%左右。溫度過(guò)高，雖然熔體流動(dòng)較好，但會(huì)出現(xiàn)熔料的收縮甚至縮孔物料韌性變差 ，對(duì)斜主流道脫模不利 ；溫度過(guò)低會(huì)使制品粘接不牢強(qiáng)度較差，對(duì)斜主流道脫模也不利。料筒溫度通常應(yīng)控制在 180-260，模具溫度控制為45-60,此時(shí) ，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，應(yīng)力小，指標(biāo)均好 。5.2注射壓力的影響注射速度對(duì)產(chǎn)品的表面質(zhì)量和產(chǎn)品尺寸有著較大的影響。降低注射速度，保證模具內(nèi)部應(yīng)力相對(duì)均勻，保證零件尺寸的穩(wěn)定性，速度過(guò)慢又會(huì)增大表面應(yīng)力，電鍍工藝性變差。注射速度過(guò)快 ， 熔體流動(dòng)過(guò)程中會(huì)夾雜部分氣體 ， 在產(chǎn)品表面形成氣泡等 ，同時(shí)產(chǎn)品的致密度下降，易形成縮癟和尺寸偏小。注射壓力的 設(shè)定主要是起到保護(hù)模具和設(shè)備的作用，注過(guò)程控制以速度控制為主 。