保壓與冷卻系統(tǒng)

保壓與冷卻系統(tǒng)

:..保壓與冷卻系統(tǒng)引言:信任大家看過前面的充填的部分都知道,充填階段是射出成型最早的所的階段,而當(dāng)模具內(nèi)充填作業(yè)終了後的瞬間,已經(jīng)射出的壓力會完全作用促使模具內(nèi)的壓力急速下降,因此,必須立即改變壓力。

這就是我們所稱的保壓,並且需要維持一段時間,因此保壓的階段也算是塑膠加工一特別重要的階段。

諸如說:而我們可以保壓時間之長短、體積收縮率之分佈及預(yù)估鎖模力,防止產(chǎn)品過度充填、短射、以及收縮等不良狀況發(fā)生。

而在保壓過程的下一部的冷卻過程所需的時間是全部過程最多的,能否在冷卻過程中讓物件均勻收縮和快速冷的目標(biāo)讓我們再配置冷卻水管路支配及冷卻水流量是否恰當(dāng),因?yàn)橹灰辉O(shè)計(jì)不好時,馬上造成體積收縮率分佈不平均,因而簡單引起成型品的翹曲變形。

以下是對於射出成型主要的三個階段演變到現(xiàn)在的演變和發(fā)展比較:關(guān)鍵步驟重視傳統(tǒng)射出充填完全充填,無外觀瑕疵尺寸精度,內(nèi)應(yīng)力少精密射出後充填保壓+冷卻由表可知,雖然三階段各自所擔(dān)任的工作幾乎不一樣,但是從以前到現(xiàn)在的射出成型卻也顯現(xiàn)出偏重的差異,也顯示出現(xiàn)今一些比較新的討論或是關(guān)鍵技術(shù)的開發(fā)已經(jīng)逐漸在後充填系統(tǒng)的上發(fā)展。

:..簡介:是在塑料流於充填系統(tǒng)之後,於保壓系統(tǒng)過程時,以保壓壓力再填入更多的塑料,以補(bǔ)償將來脫膜後可能產(chǎn)生的收縮現(xiàn)象,而保壓過程是塑料注射成型一個重要階段﹐它直接關(guān)係到最終制件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)﹑尺寸穩(wěn)定性和變形等。

組成:流道、澆口形狀、尺寸前面有提到,保壓系統(tǒng)由流道和澆口所組成,其中澆口的形狀尺寸將決定於保壓時的進(jìn)澆量和保壓時間進(jìn)澆量和保壓時間澆口凝固,另外,澆口對於物件的成形性及內(nèi)部應(yīng)力也有很大的影響,固有此必要對澆口的設(shè)計(jì)作一個探討何謂澆口:澆口係連接模穴與澆道之位置,通常是模具中最細(xì)小的部分如下圖所示澆口的形式:依據(jù)成形品的形狀來決定適當(dāng)形式﹐可分為「限制澆口」與「非限制澆口」兩大:..類。

限制澆口:是在澆道與模穴的進(jìn)入口做成狹小部分﹐加工簡單﹐易從澆道切斷成形品﹐可減少殘留應(yīng)力﹐多個成形品一次成形之多數(shù)型穴之澆口簡單均衡﹐模穴內(nèi)塑料不易逆流﹐一般都採用此種形式。

形式有直接澆口、扇形澆口、膜狀澆口、點(diǎn)狀澆口及潛狀澆口等非限制澆口:系由豎澆道直接將塑料注入模穴的澆口﹐為其代表。

設(shè)計(jì)條件:0依設(shè)計(jì)需求選擇合適的位置1澆口不行太大以便簡單將成型品與澆道系統(tǒng)分開2澆口需於模穴充滿完畢後快速凍結(jié),如此可防止射料桿抽回後發(fā)生的回填,使模具中產(chǎn)生空穴3澆口尾料需切除簡單,最好可以自動化4可利用補(bǔ)料保壓的方式補(bǔ)償冷卻時可能產(chǎn)生的收縮現(xiàn)象5澆口形狀和尺寸:澆口截面越有利於流動及保壓補(bǔ)料,使塑件收縮率越低。

在一般加工條件之下,澆口截面積越大,有利於傳遞壓力,使模穴內(nèi)壓及封口壓力較高,延長澆口封口時間,提高補(bǔ)料量,降低塑件收縮率。

因此將澆口截面積適當(dāng)加大,有助於減少收縮。

影響:塑料流經(jīng)澆道或澆口時,由於截面積甚小,所患病到的流動阻力甚大,因此大的壓降會消耗許多射出壓力,且塑料溫度也會因強(qiáng)烈黏滯加熱而明顯上升,因此過小的之澆口設(shè):..計(jì)有可能造成過熱及塑料之熱破壞或裂解,而或進(jìn)料少,使成品的尺寸收縮,但太大的話,又會使塑料因冷卻結(jié)果提早在澆口位置處凍結(jié),使保壓無法長久,且不利澆道系統(tǒng)的剪除,也使成品的尺寸的尺寸膨脹。

保壓階段:持續(xù)施加壓力保壓壓力,,壓實(shí)融膠,增加塑料密度增密,以補(bǔ)償塑料之收縮行為。

保壓壓力可維持為原來射壓大小一次射壓,亦可以較原來射壓為高二次射壓。

在保壓過程中,由於模穴中已經(jīng)填滿塑料,背壓較高。

在保壓壓實(shí)過程中,射出機(jī)螺桿僅能略微向前移動,因此塑料為慢速流動,稱作保壓流動。

保壓階段模穴壓力達(dá)到最高值。

保壓階段,塑料開始受模壁冷卻固化,密度增大而塑件逐漸成型。

保壓階段始終持續(xù)至澆口固化封口為止,如圖1所:..示。

圖1在保壓階段,由於壓力相當(dāng)高。

在高壓下塑料呈現(xiàn)部份可壓縮特性,在壓力較高區(qū)域,塑料較為密實(shí),密度較高;在壓力較低區(qū)域,塑料較為疏鬆,密度較低。

因此造成密度分布隨位置及時間發(fā)生變化。

保壓過程中塑料流速極低,流動不再起主導(dǎo)作用;壓力為影響保壓過程的主要因素。

保壓過程中塑料已經(jīng)充滿模穴,並充作傳遞壓力介質(zhì)。

模穴中壓力藉塑料傳遞至模壁表面,有撐開模具的趨勢。

此撐模力在正常情形下會微微將模具撐開,具有排氣作用;若撐模力過大,易造成成型品毛邊、溢料,甚至撐開模具。

因此射出機(jī)應(yīng)選擇具備足夠鎖模力之機(jī)臺,或是考慮採用多模穴模具減少投影面積,以防止撐?，F(xiàn)象並能有效保壓。

在厚度方向,靠近模壁處之塑料首先遇冷固化,體積發(fā)生收縮,因此在澆口固化封口前,補(bǔ)償收縮的塑料會保壓壓力作用下向模壁處補(bǔ)充塑料。

在模穴內(nèi)部方面:靠近冷卻水管區(qū)域或是局部低溫區(qū)域,塑料黏度較高,流:..動阻力較大。

保壓塑料不易流入補(bǔ)充,溫度持續(xù)下降,造成冷料區(qū),保壓壓力不易傳遞。

在局部高溫區(qū)域,塑料局部黏度較低,流動阻力較低,熱塑料較易補(bǔ)充,使溫度維持在局部高溫。

這種因局部溫度差造成的流動阻力差異使保壓流動循特定的,阻力較小的路徑進(jìn)行,並傳遞壓力的過程,是保壓流動的特色之一,稱作三角洲效應(yīng),如圖2所示。

圖2如了這現(xiàn)象,在保壓流動時還有一個現(xiàn)象稱為分層保壓現(xiàn)象,見下圖:..54321中心區(qū)域溫度較高,固化較慢,保壓程度較高冷卻慢,收縮量小保壓流動的準(zhǔn)確描述:現(xiàn)況:可供應(yīng)翹曲計(jì)算的起使條件未能考慮保壓末期,塑料逐漸寧固化造成分層保壓及三角洲效應(yīng)未來發(fā)展:更準(zhǔn)確的保壓數(shù)學(xué)模式發(fā)展固化模型。

在保壓過程中澆口區(qū)域黏度逐漸增加,逐步固化封口,使阻力隨之增加。

,使壓力傳遞較為完:..全,減少塑件體積收縮率。

,脫模不易;且簡單使塑件殘餘應(yīng)力過高,或發(fā)生毛邊及滲料問題。

。

一般而言,若流動阻力小,壓力損耗小,保壓較完全,澆口封口時間晚,補(bǔ)償收縮時問長,模穴壓力較高。

:保壓時間越短,模穴壓力降低越快,最終模穴壓力越低,如圖3所示::入口塑料溫度越高,澆口越不易封口,補(bǔ)料時問長,壓降小,因此模穴壓力較高,如圖4所:..示。

圖43〃模溫的影響:模壁溫度越高,與塑料溫度差小,溫度梯度小,冷卻速率較慢,塑料融膠傳遞壓力時間較長,壓力損失小,因此模穴壓力較高。

反之,模溫越低者,模穴壓力越低,如圖4所示。

圖4:..4〃塑料種類的影響:保壓及冷卻過程中,結(jié)晶性塑料比容變化較非晶性塑料大,模穴壓力曲線較低,如圖5所示。

:一般而言,若流道越長,壓降損耗大,模穴壓力越低。

澆口長度也是與模穴壓力成反比的關(guān)係,如圖6所示。

圖66〃流道及澆口尺寸的影響::..流道尺寸過小造成壓力損耗較大,將降低模穴壓力。

澆口尺寸增加,澆口壓力損耗小,使模穴壓力較高。

但若截面積超過某一臨界值,塑料通過澆口發(fā)生的黏滯加熱效應(yīng)減弱,料溫降低,黏度提高,使壓力傳遞效果變差,因而反降低模穴壓力,如圖7所示。

圖7在脫模階段,塑料溫度及壓力降至接近常溫常壓,體積亦發(fā)生相對的收縮現(xiàn)象。

因此塑料的行為實(shí)是造成塑件收縮現(xiàn)象的根本因素。

隨塑料微觀結(jié)構(gòu)不同,塑料表現(xiàn)之行為亦有異。

結(jié)晶性半結(jié)晶性塑料的比容,單位重量塑料的體積大小,是塑料密度的倒數(shù),在定壓下會因熱膨脹而隨溫度增加;在定隨壓力增加而降低。

在熔點(diǎn)四周,塑料比容呈階躍式變化,如下圖所示。

:..非晶性塑料的比容,在定壓下亦因熱膨脹而隨溫度增加;在定溫下也會因壓縮效應(yīng)隨壓力增加而降低。

但非晶性塑料無明顯熔點(diǎn),僅有一熔化區(qū)域存在,比容變化是漸變而非階躍式變化。

一般而言結(jié)晶性塑料的收縮率較非晶性塑料為高,如結(jié)晶性為2%,%,如圖6-2所示。

以非晶性塑料在模穴中自高溫冷卻固化至常溫為例,其體積變化關(guān)係如下圖所示:玻璃轉(zhuǎn)折溫度,..非結(jié)晶型材料在升溫時產(chǎn)生之現(xiàn)象:材料軟化。

:材料如玻璃般堅(jiān)硬及脆。

:..以非晶性塑料在模穴中自高溫冷卻固化至常溫為例,其體積變化關(guān)係如下圖所示:對上圖做一解說1:塑料開始填入模具,壓力逐漸上升。

1-2:模穴充填階段,模穴壓力逐漸增加至設(shè)定之射壓。

2:模穴充填結(jié)束,壓力切換至保壓壓力。

2-3:模穴保壓階段,模穴壓力上升至設(shè)定保壓壓力值。

3:模穴壓力達(dá)到最高值30-1左右。

3-4:保壓階段由壓縮切換至靜置段。

由於塑料部份回流,造成模穴背壓略微下降。

:..4:保壓靜置階段開始。

4-5:靜置階段,由於冷卻造成壓力下降。

固化層厚度逐漸增加,塑料繼續(xù)補(bǔ)償收縮造成比容降低。

5:澆口封口-,保壓靜置階段結(jié)束。

5-6:塑料繼續(xù)冷卻收縮,造成壓力下降。

6:模穴壓力降至常壓一大氣壓。

此時塑件體積與模穴體積相同。

塑件開始模內(nèi)收縮。

6-7:定壓冷卻階段,塑件持續(xù)收縮。

7:開模及塑件脫模。

7-8:脫模後定壓冷卻。

8:最後達(dá)熱平衡之塑件。

塑料的關(guān)係指的是塑料在加工過程中,在某溫度壓力下的體積變化情形。

由於塑料的熱膨脹係數(shù)為正值,因此有受熱膨脹現(xiàn)象;加上塑料在高壓情形下如保壓階段高分子容膠具有可,因此塑料體積會隨加工過程中的溫度及壓力變化而改變。

因此有必要深化瞭解高分子塑料的壓力-容積-溫度之相互關(guān)係射入時::..主要分成三階段:充填過程、壓榨擠過程、維持過程充填階段從一開始。

在充填階段,,容膠以某種速度射入空腔裡面。

在2點(diǎn)時,容膠遇到模穴理的壓力感測器。

由於容膠的速度,壓力開始上升。

在3點(diǎn)時空腔大致上完成體的充填。

,這低壓維持過程逐漸增加去充填模穴做補(bǔ)抵銷因工件冷卻時所伴隨來的收縮。

在5點(diǎn),:1-2-3構(gòu)成充填過程.,3-4是續(xù)擠過程,4-5是過程,5-:3~4保壓、4~冷卻、5:脫離點(diǎn)收縮量:5-常溫5問:如何找到澆口凝固時間答:可由零件重要對保壓時間的圖可看出來,重量快達(dá)到全都時大時的點(diǎn)就也許是就是澆口凝:..固時間。

:塑件收縮取決於其熱膨脹與可壓縮性,也就是塑件之關(guān)係。

若至溫下模穴體積為,塑件脫模後體積為,則可定義塑件的體積收縮率為:若塑料為不行壓縮塑料,密度為固定值,則顯示出來之體積收縮率為零,由效應(yīng)造成之收縮率為零。

若塑料的密度或比容是溫度及壓力的函則將隨塑料在模穴不同位置壓力及溫度的差異,其體積收縮率亦有分布情形。

〃由此可知保壓決定收縮量和收縮長度塑件在保壓階段的收縮情形主要取決於保壓程度大小,也就是塑料補(bǔ)償收縮的程度。

在保壓階段,模溫較低,持續(xù)冷卻塑料;塑料溫度不斷下降而密度及黏度持續(xù)上升,:..造成熱塑料不易補(bǔ)入。

因此塑料補(bǔ)縮能取決於保壓壓力大小以及維持該壓力在模穴內(nèi)傳遞的時間。

此過程將持續(xù)到澆口封口為止。

因此收縮率受到保壓壓力及保壓時間影響:保壓壓力越大,保壓時間越長,成型品收縮率越低。

保壓系統(tǒng)參數(shù)操作:保壓壓力、充填保壓轉(zhuǎn)換點(diǎn)、保壓時間其中,保壓壓力太高或保壓時間太長,產(chǎn)品簡單產(chǎn)生毛邊且有較高的才留應(yīng)力:而保壓壓力太低或保壓時間太短,則產(chǎn)品易生收縮現(xiàn)象影響產(chǎn)品品質(zhì)保壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo):、狀況在分離點(diǎn)的溫度要低於該塑膠的玻璃轉(zhuǎn)折溫度、收縮量掌握〃幫助決定保壓壓力大小及保壓時間〃防止過度充填或冷卻後的收縮現(xiàn)象〃減少產(chǎn)品的殘留硬力,提高產(chǎn)品品質(zhì)冷卻分析的目的1〃預(yù)估冷卻時間及成型週期長短2〃冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)的最佳化使塑件各部的冷卻效果均勻而有效率。

避開因冷卻不均造成塑件的翹曲變形問題。

:..冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo):均勻收縮、快速冷卻、達(dá)到規(guī)格所需收縮量1快速冷卻:由於冷卻過程佔(zhàn)了整個產(chǎn)品生產(chǎn)週期大部分的時間,因此假如冷卻系統(tǒng)能使產(chǎn)品快速的冷卻,將可提高生產(chǎn)量2均勻冷卻:假如成品在冷卻過程中有不平衡冷卻發(fā)生時,將使成品產(chǎn)生熱應(yīng)力,導(dǎo)致其收縮翹區(qū)變形發(fā)生,因此均勻冷卻將能使產(chǎn)品減低其熱應(yīng)力,而減少收縮、翹區(qū)發(fā)生。

冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)程序:△+△:結(jié)晶因素的考慮:牽涉複雜的微觀結(jié)構(gòu)變化結(jié)晶訪熱對溫度的影響結(jié)晶對塑料收縮撓曲的影響對於高結(jié)晶度塑料、煤油、目標(biāo):均勻收縮:、、其他冷卻元件冷卻過程:..在射出成型模具中,冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)甚為重要。

因?yàn)槲ㄓ袑⒊尚退芗鋮s固化至具備相當(dāng)剛性,脫模後才可避開塑件因脫模外力產(chǎn)生變形。

由於冷卻時間佔(zhàn)整個成型週期約7-8%,因此設(shè)計(jì)良好之冷卻系統(tǒng)可以大幅縮短成型時間,提高產(chǎn)率,縮短成本。

設(shè)計(jì)不當(dāng)?shù)睦鋮s系統(tǒng),會使成型時間拉長,增加成本;冷卻不均勻,更會進(jìn)一步造成塑件的翹曲變形。

由圖可看出3點(diǎn)冷卻時間最長塑件的冷卻過程塑件在模具中由於冷卻水管的作用,熱量由模穴中的塑料經(jīng)熱傳導(dǎo)經(jīng)模具本體傳至冷卻水管,透過熱對流被冷卻液帶走。

少數(shù)未被冷卻水帶走之熱量則繼續(xù)在模具中傳導(dǎo),至接觸外界後散溢於空氣中射出成型過程模溫變化週期:在射出成型過程中,由於熱塑料填充模穴,熱量藉由熱傳導(dǎo)傳遞至模壁造成模溫發(fā)生變化。

射出成型的成型週期由合模時間、充填時間、保壓時間、冷卻時間以及脫模時間:..所組成。

其中以冷卻時間所占比重最大,因此直接影響塑件成型週期長短及產(chǎn)量大小。

脫模階段塑件溫度應(yīng)冷卻至低於塑件的熱變形溫度以防止塑件因殘餘成型應(yīng)力的鬆弛現(xiàn)象,或脫模外力所造成的翹曲及變形。

影響塑件冷卻速率的因素1〃塑件設(shè)計(jì)方面塑件肉厚:成型品厚度越厚,冷卻時間越長。

一般而言,冷卻時間約與塑件厚度的平方成正比。

冷卻時間2也就是厚度加倍,冷卻時間增加四倍。

2〃開模方式1模材選擇:模材熱傳導(dǎo)係數(shù)越高,將熱量自塑料傳遞而出的效果越佳,冷卻時間越短。

2冷卻水管配置方式冷卻水管越靠近模:穴,管徑越大,數(shù)目越多,冷卻效果較佳,冷卻時間較短。

3冷卻液流量:冷卻水流量越大一般須達(dá)到紊流為佳,冷卻水以熱對流方式移除熱量效果越佳。

4冷卻液性質(zhì):冷卻液的黏度及熱擴(kuò)散係數(shù)亦會影響到模具熱傳效果。

冷卻液黏度越低、熱擴(kuò)散係數(shù)越高、溫度越低,冷卻效果越佳。

4〃加工參數(shù)設(shè)定:..料溫設(shè)定、模穴及模仁溫度設(shè)定、頂出溫度等。

料溫越高、模溫越高、頂出溫度越低,所需冷卻時間越長。

模具溫度對成型周期﹑成型品品質(zhì)等方面有很大影響﹐與流道﹑澆口﹑頂出方式等模具結(jié)構(gòu)因素相同﹐必須事先對它的調(diào)節(jié)方法進(jìn)行充分討論。

關(guān)於模具溫度調(diào)節(jié)的設(shè)計(jì)要考慮以下幾點(diǎn):最好採用溫水等的循環(huán)方式﹐而不是加熱器方式。

溫水循環(huán)方式的要點(diǎn)是﹕冷卻孔的傳熱面積要充分冷卻孔大而多。

冷卻孔要盡可能靠近模腔冷卻孔距離模腔遠(yuǎn)﹐則模具表面溫度分布增大。

循環(huán)水量要充分冷卻要水路要具有克服水管壓力損失的輸出壓力﹑且輸出水量大。

冷卻時間因?yàn)槌尚推吩谀Ｇ粌?nèi)的形狀保持時間延長﹐所以許多場合下增加冷卻時間