【文章內(nèi)容簡介】 第 24 張 — 五 . 導(dǎo)向及定位機構(gòu) 注射模的導(dǎo)向機構(gòu)主要有導(dǎo)柱導(dǎo)向和錐面定位兩種類型。導(dǎo)柱導(dǎo)向機構(gòu)用于動、定模之間的開合模導(dǎo)向和脫模機構(gòu)的運動導(dǎo)向。錐面定位機構(gòu)用于動、定模之間的精密對中定位。 導(dǎo)柱：國家標準規(guī)定了兩種結(jié)構(gòu)形式，分為帶頭導(dǎo)柱和有肩導(dǎo)柱，大型而長的導(dǎo)柱應(yīng)開設(shè)油槽，內(nèi)存潤滑劑，以減小導(dǎo)柱導(dǎo)向的摩擦。若導(dǎo)柱需要支撐模板的重量，特別對于大型、精密的模具，導(dǎo)柱的直徑需要進行強度校核 [11] 。 導(dǎo)套：導(dǎo)套分為 直導(dǎo)套和帶頭導(dǎo)套，直導(dǎo)套裝入模板后，應(yīng)有防止被拔出的結(jié)構(gòu)，帶頭導(dǎo)柱軸向固定容易 導(dǎo)向機構(gòu)整體如圖所示 . 25 — 第 25 張 — 設(shè)計導(dǎo)柱和導(dǎo)套需要注意的事項有： (1）合理布置導(dǎo)柱的位置，導(dǎo)柱中心至模具外緣至少應(yīng)有一個導(dǎo)柱直徑的厚度；導(dǎo)柱不應(yīng)設(shè)在矩形模具四角的危險斷面上。通常設(shè)在長邊離中心線的 1/3處最為安全。導(dǎo)柱布置方式常采用等徑不對稱布置，或不等直徑對稱布置。 (2）導(dǎo)柱工作部分長度應(yīng)比型芯端面高出 6～ 8mm，以確保其導(dǎo)向與引導(dǎo)作用。 (3）導(dǎo)柱工作部分的配合精度采用 H7/f7，低精度時可采取更低的配合要求；導(dǎo)柱固定部 分配合精度采用 H7/k6；導(dǎo)套外徑的配合精度采取 H7/k6。配合長度通常取配合直徑的 ～ 2倍，其余部分可以擴孔，以減小摩擦，降低加工難度。 (4）導(dǎo)柱可以設(shè)置在動?；蚨?，設(shè)在動模一邊可以保護型芯不受損壞，設(shè)在定模一邊有利于塑件脫模。 (5）導(dǎo)柱設(shè)在動模一側(cè)可以保護型芯不受損傷，而設(shè)在定模一側(cè)則便于順利脫模取出塑件。 (6）一般導(dǎo)柱滑動部分的配合形式按 H8/f8,導(dǎo)柱和導(dǎo)套固定部分配合按H7/k6，導(dǎo)套外徑的配合按 H7/k6。 (7）除了動模、定模之間設(shè)導(dǎo)柱、導(dǎo)套外，一般還在動模座板與推板之間設(shè)置導(dǎo)柱 和導(dǎo)套。 (8）導(dǎo)柱的直徑應(yīng)根據(jù)模具大小而決定，可參考標準模架數(shù)據(jù)選取 26 — 第 26 張 — 六．塑料成型工藝特點的分析 概述 熱塑性塑料的注射過程包括加料、塑化、注射充模、冷卻固化和脫模等幾個工序，其中關(guān)鍵是塑化、流動和冷卻。 塑化是注射成型的準備過程，是指塑料在料筒內(nèi)受熱達到充分熔融狀態(tài)，而且有良好的可塑性的過程，是注射成型最重要最關(guān)鍵的過程。對塑料塑化的要求是：塑料在進入模腔之前要充分塑化．既要達到規(guī)定的成型溫度，又要使熔體各點溫度盡量均勻 — 致，而其中的熱分解物的含量則應(yīng)盡可能少，并能提供足夠量的上 述質(zhì)量的熔融塑料以保證生產(chǎn)能順利進行：這些要求與塑料的特性、工藝條件的控制。 塑化質(zhì)量主要是由塑料的受熱情況和所受的剪切作用所決定的。一定的溫度是使塑料得以形變、熔融和塑化的必要條件，通過料簡對塑料的加熱，使聚合物由固體向液體轉(zhuǎn)變．而剪切作用則是以機械力的方式強化了混合和塑化過程，使熔體溫度分布均勻，物料組成和高分子形態(tài)也發(fā)生改變，趨于均勻。同時，剪切作用能在塑料中產(chǎn)生更多的摩擦熱，也加速了塑料的塑化。 熱均勻性的分析 熱塑性塑料由于導(dǎo)熱系數(shù)小，要使其均勻加熱是一個相當復(fù)雜的問題。塑料塑化 所需的熱量來自兩個方面，即料筒壁的傳熱和塑料之間的內(nèi)摩擦熱。柱塞式注射機內(nèi)物料的熱源絕大多數(shù)靠料筒的外加熱。物料在注射機中的移動是靠柱塞的推動，幾乎沒有混合作用，物料在移動過程中產(chǎn)生的剪切摩擦熱相當小，這 27 — 第 27 張 — 些都是對熱傳遞不利的，在料筒中的物料有不均勻的溫度分布，近料筒壁的溫度偏高，料筒中心的溫度偏低。此外，熔體在圓管內(nèi)流動時，料筒中心處的料流速度快于筒壁處，造成徑向上速度分布不同。因此料流無論在橫截面上還是在長度方面都有很大的溫度梯度。 以加熱效率 (E)來分析柱塞式注射機內(nèi)熔體的熱均勻性。如果進入料筒的塑料初 始溫度為 T0，加熱器對料筒加熱后使其內(nèi)壁達到的溫度為 Tw，則 Tw— T。應(yīng)是塑料可以達到的最大溫升，但實際上塑料從加料口至噴嘴范圍內(nèi)只能升到比Tw 要低的某一溫度丁 (Tw＞ T＞ Tu)；所以塑料實際溫升是 (T— T0)。塑料的實際溫升和最大溫升之比即為加熱效率 E 可表示為 ? ?? ?00wTTE ?? ? E值高．有利于塑料的塑化。且值與下列因素有關(guān)： 增加料筒的長度和傳熱面積，或延長塑料在料簡內(nèi)的受熱時間和增大塑料的熱擴散速率，都能使塑料吸收更多的熱量，提高 T值，從而使 E值增大，但這些對于柱塞 式注射機是難以做到的。在料筒幾何尺寸一定的情況下，塑料在料筒內(nèi)的受熱時間與料筒內(nèi)的存料量 pV 、每次注射量 W和注射周期 t，有如下關(guān)系： pcVtt W? 即存料量多，注射周期長，都可以增加塑料受熱時間，提高塑料的溫升，使E值增大。但不適當?shù)匮娱L塑料的受熱時間，易使塑料降解，故一般料筒內(nèi)的存料量不超過最大注射量的 3— 8 倍。塑料的熱擴散速率。與熱傳導(dǎo)系數(shù)、塑料的比熱 c和密度 P有如下關(guān)系： C?? ?? 即塑料的熱擴散速率正比于熱傳導(dǎo)系數(shù)，但一般塑群的熱傳導(dǎo)系數(shù)都較小， 28 — 第 28 張 — 因此要增大熱擴散速率取決于塑料是否受到攪動，很顯然，柱塞式注射機的加熱效率不如移動螺桿式注射機，塑化質(zhì)量也比其差。 料簡的加熱效率 E 還與料簡中塑料層的厚度、塑料與料筒表面的溫差有關(guān)。由于塑料的導(dǎo)熱性差，故料筒的加熱效率會隨料層厚度的增大和料筒與塑料間的溫差減小而降低。因此，減少柱塞式注射機料簡中的料層厚度是很有必要的。 料筒加熱效率還受到塑料溫度分布的影響。由噴嘴射出的塑料各點溫度是不均勻的，它的最高極限溫度為料筒壁溫 Tw，最低溫 度為 Ti， Ti必然高于進入料筒的塑科韌始溫度 Ti，即 T5＞ T0o 而料筒內(nèi)塑料的平均溫度 Ta處于 Ti 和 Tw 之間，即塑科熔體的實際溫度總是分布在 Ti— T之間，塑料從料筒實際所獲得的熱量可由溫差 (Ta— To)表示。在 Tw 固定的情況下，如果塑料的溫度分布寬，即塑料熱均勻性差，則塑料的平均溫度 Ta 降低， Ta— T0 的值就小，對應(yīng)的加熱效率較低。反之，在 Tw 一定時，塑料溫度分布窄，則 Ts 升高，加熱效率提高。 塑化能力的分析 注射機的生產(chǎn)能力取決于加熱料筒的塑化能力和注射成型周期。塑化能力以單位時間內(nèi)料筒熔化 塑料的質(zhì)量 (塑化量 )gm 來表示，在一個成型周期內(nèi)．塑化量必須與注射量相平衡，所 DJ塑化能力可用下式表示 ： Wq t?? 式中 mq 塑化能力 Kg/h W 注射量 g t 周期 s 塑化能力除了與物料在料筒中停留時間有關(guān)外，還與加熱溫度反塑料的性質(zhì)有關(guān) 。 29 — 第 29 張 — 料溫分布的分析 物料在料簡中加熱時升溫曲線如圖 8— 14所示。可以看出，柱塞式注射機內(nèi)，與料筒接觸處附近區(qū)域的塑料升溫較快，中心升溫很慢，在流經(jīng)分流梭附近時升溫速度加快。但其最后的料溫仍然低于料簡 Tw。在移動螺桿式注射機內(nèi)，開始時塑料升溫速度甚至比柱塞式注射機內(nèi)靠近料筒壁的塑料升溫速度還要慢，但在螺桿混合和剪切作用下，其升溫速度則因摩擦發(fā)熱而很快增加，到達噴嘴前，料溫可接近 Tw，如果剪切作用很強時，料溫甚至會超過 Tw。 注射充模過程 塑化良好的塑料溶體在柱塞或螺桿的推動下， 由料腔而獲得型樣的過程是注射成型最重要和最復(fù)雜的階段。這一過程經(jīng)歷的時間雖短，但熔體在這段時間所發(fā)生的變化卻不少，而且這些變化對制品的質(zhì)量有重要的影響。 注射成型周期 塑料熔體進入模腔內(nèi)的流動情況可分為充模、保壓、倒流和澆口凍結(jié)后的冷卻四個階段。固 8— 16 所示的是注射周期中柱塞或螺桿的位置，物料溫度以及作用在柱塞或螺桿上的壓力，噴嘴內(nèi)的壓力和模腔內(nèi)的壓力隨時間的變化情況。 (1)充模階段 階段從柱塞或螺桿開始向前移動起，直至模腔被塑料熔體充滿為止，時間從 to 到 t2 為止。這一階段包括兩個時期： 一為柱塞或螺桿的空載期，在時間 tOt1時間物料在料筒中加熱塑化，注射前柱塞或螺桿雖開始向前移動，但物料尚未進入模腔，物料在高速流經(jīng)噴嘴和澆口時，圍剪切摩擦而引起溫度上升，同時因流動阻力而引起柱塞和噴嘴處壓力增加。隨后是充模期，時間t1時塑料熔體開始快速注入模腔，模具內(nèi)壓力上升至時間 t2 時，型腔被充滿， 30 — 第 30 張 — 模腔內(nèi)壓達到最大值，同時物料溫度、柱塞和噴嘴處壓力均上升到最高值。這一時期的流動又可分為兩部分：一是注射充模流動，時間從 t1 開始至熔體到達模腔末端的時刻 tB 結(jié)束，熔體在此流動過程中，阻力并不大，故模腔內(nèi)的壓力 仍低。然后是壓實流動，從 tB 時刻開始至柱塞到達其前進行程的最大位置的時刻T2 結(jié)束，在此之前模腔雖已被熔體充滿，但由于充模流動結(jié)束時噴嘴內(nèi)的壓力遠高于模腔內(nèi)的壓力．故這一時期后仍有少量熔體被擠入模腔，使模腔內(nèi)熔體密度增大而壓力急劇上升至最高值，這一過程也稱壓實增密過程 。 〔 2〕保壓階段 是熔體充滿模腔時起至柱塞或螺桿撤回時為止的一段時間，時間足 t2 到 t3：在這段時間內(nèi)，塑料熔體會因受到冷卻而發(fā)生收縮，柱塞或螺桿需保持對塑料的止力．使模腔中的塑料進一步得到兒實，同時料筒內(nèi)的熔體會向模腔中繼續(xù)流人以補足因塑料冷 卻收縮而留出的空隙。隨模腔內(nèi)料溫下降，模內(nèi)壓力也因塑料冷卻收縮而開始下降。 (3)倒流階段 這一階段是從柱塞或甥桿后退時開始，到澆口處熔體凍結(jié)為止，時間為 t3 到 t4 保壓結(jié)束后，柱塞或螺桿開始后退，作用在其上的壓力隨之消失，噴嘴和澆口處壓力也迅速下降，而模腔內(nèi)的壓力要高于澆道內(nèi)的壓力，尚未凍結(jié)的塑料熔體就會從模腔倒流人繞道并導(dǎo)致模腔內(nèi)壓力迅速 F 降：隨模腔內(nèi)壓力下降，倒流速度減慢。熱熔體對澆口的加熱作用減小，溫度也就迅速下降。 (4)凍結(jié)后的冷卻階段 這 — 階段是澆口的塑料完全凍結(jié)時起到模具開啟制品從模腔小頂 出時為止，時間從 t4到 t5；這段時間雖然外部作用的壓力已經(jīng)消失，模腔內(nèi)仍可能保持一定的壓力，但隨模內(nèi)塑料進 — 步冷卻，其溫度和壓力逐漸下降。到制品脫模時模內(nèi)壓力個一定等于外界壓力，可能有殘余壓力。殘余壓力的大小與壓實階段的時間長短有 — 定關(guān)系。 31 — 第 31 張 — 熔體在噴嘴中的流動 噴嘴是注射機料筒與模具之間的連接件，充模時熔體經(jīng)過噴嘴通道中剪切速率變化相當大，因此熔體流過噴嘴孔時會有較多的壓力損失和較大的溫升。 熔體在模具澆道系統(tǒng)中的流動 熔體流過模具澆道系統(tǒng)與流過噴嘴一樣，也會出現(xiàn)溫度和壓 力的變化，這種變化還與澆道系統(tǒng)的冷、熱狀態(tài)有關(guān)。熱塑性塑料注射用模具有冷澆道系統(tǒng)和熱澆道系統(tǒng)。熱澆道系統(tǒng)工作時要單獨加熱，其溫度保持在塑料的流動溫度或熔點以上。 熔體在模腔的流動 注射過程中最為復(fù)雜而又重要的階段是高溫熔體在相對較低溫的型腔中的流動，聚合物熔體在這期間的行為決定了成型速率及聚合物的取向和結(jié)晶，因此也直接影響制品的質(zhì)量。 熔體在典型模腔內(nèi)的流動方式，主要與澆口的位置和模腔的形狀及結(jié)構(gòu)有關(guān)。熔體在模腔內(nèi)的流動類型充模時熔體在模腔內(nèi)的流動類型主要由熔體通過LI進入模腔時的流速決定的 。可分為快速和慢速充模兩種極端情況。 熔體流的運動機理 熔體從澆口處向模腔底部以層流方式推進時，形成擴展流動的前峰波的形狀可分成三個典型階段；熔體流前緣呈圓弧形的初始階段；前緣從圓弧漸變?yōu)橹本€的過渡階段；前線呈直線移動的主流充滿模腔的階段。 增密與保壓過程 （ 1）． 增密過程 (壓實過程 ) 充模流動結(jié)束后，熔體進入模腔的快速流動已停止，但這時模腔內(nèi)的壓力并沒有達到最高，而此時噴嘴壓力已達最大值，因而繞道內(nèi)的熔體仍能以緩慢的速 32 — 第 32 張 — 度繼續(xù)流入模腔，使其中的壓力升高至能平衡撓口兩邊的壓力為止。 （ 2）．保 壓過程 壓實結(jié)束后柱塞或螺桿不立即退回，而必須在最大前進位置再停留一段時間，使成型在一定壓力作用進行冷卻，保壓段熔體仍能流動，稱保壓流動，這時的注射力稱保壓壓力，又稱二次注射壓力。保壓流動和充模階段的壓實流動部是在高壓下的熔體致密流動；這時的流動特點是熔體的流速很小。 保壓階段的壓力是影響模腔壓力和模腔內(nèi)塑料被壓縮程度的主要因素。保壓力高，則能補進更多的料，不僅使制品的密度增高，模腔壓力提高，而且持續(xù)地壓縮還能使成型物