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塑料注射成型机的维护与保养

信息来源:gkong.biz  时间:2010-04-21  浏览次数:105

  本文作者——汤贵昌(高级工程师)
  注塑机具有能一次成型外型复杂、尺寸精确或带有金属嵌件的质地密致的塑料制品,被广泛应用于国防、机电、汽车、交通运输、建材、包装、农业、文教卫生及人们日常生活各个领域。注射成型工艺对各种塑料的加工具有良好的适应性,生产能力较高,并易于实现自动化。在塑料工业迅速发展的今天,注塑机不论在数量上或品种上都占有重要地位,从而成为目前塑料机械中增长最快,生产数量最多的机种之一。
  我国塑料加工企业星罗其布,遍布全国各地,设备的技术水平参差不齐,大多数加工企业的设备都需要技术改造。这几年来,我国塑机行业的技术进步十分显著,尤其是注塑机的技术水平与国外名牌产品的差距大大缩小,在控制水平、产品内部质量和外观造型等方面均取得显著改观。选择国产设备,以较小的投入,同样也能生产出与进口设备质量相当的产品。这些为企业的技术改造创造了条件。
  要有好的制品,必须要有好的设备。设备的磨损和腐蚀是一种自然规律,人们掌握了这种规律,就可以预防或减少设备的磨损和腐蚀,延长设备的使用周期,保证设备的完好率。
  为加强塑料机械的使用、维护和管理工作,我国有关部门已制订了有关标准和实施细则,要求各设备管理部门和生产企业对设备的管理和使用做到“科学管理、正确使用、合理润滑、精心维护、定期保养、计划检修,提高设备完好率,使设备经常处于良好状态。
  本文撰写了注塑机维护、保养的有关知识和技术资料可供设备管理部门和生产企业的管理人员和技术人员参考。
  塑料注射成型技术是根据压铸原理从十九世纪末二十世纪初发展起来的,是目前塑料加工中最普遍采用的方法之一。该法适用于全部热塑性塑料和部分热固性塑料(约占塑料总量的1/3)。
  1.1 注塑成型机的工作原理
  注塑机的工作原理与打针用的注射器相似,它是借助螺杆(或柱塞)的推力,将已塑化好的熔融状态(即粘流态)的塑料注射入闭合好的模腔内,经固化定型后取得制品的工艺过程。
  注射成型是一个循环的过程,每一周期主要包括:定量加料—熔融塑化—施压注射—充模冷却—启模取件。取出塑件后又再闭模,进行下一个循环。
  1.2 注塑机的结构
  注塑机根据 塑化方式分为柱塞式注塑机和螺杆式注塑机;按机器的传动方式又可分为液压式、机械式和液压—机械(连杆)式;按操作方式分为自动、半自动、手动注塑机。
  (1)卧式注塑机:这是最常见的类型。其合模部分和注射部分处于同一水平中心线上,且模具是沿水平方向打开的。其特点是:机身矮,易于操作和维修;机器重心低,安装较平稳;制品顶出后可利用重力作用自动落下,易于实现全自动操作。目前,市场上的注塑机多采用此种型式。
  (2)立式注塑机:其合模部分和注射部分处于同一垂直中心线上,且模具是沿垂直方向打开的。因此,其占地面积较小,容易安放嵌件,装卸模具较方便,自料斗落入的物料能较均匀地进行塑化。但制品顶出后不易自动落下,必须用手取下,不易实现自动操作。立式注塑机宜用于小型注塑机,一般是在60克以下的注塑机采用较多,大、中型机不宜采用。
  (3)角式注塑机:其注射方向和模具分界面在同一个面上,它特别适合于加工中心部分不允许留有浇口痕迹的平面制品。它占地面积比卧式注塑机小,但放入模具内的嵌件容易倾斜落下。这种型式的注塑机宜用于小机。
  (4)多模转盘式注塑机:它是一种多工位操作的特殊注塑机,其特点是合模装置采用了转盘式结构,模具围绕转轴转动。这种型式的注塑机充分发挥了注射装置的塑化能力,可以缩短生产周期,提高机器的生产能力,因而特别适合于冷却定型时间长或因安放嵌件而需要较多辅助时间的大批量塑制品的生产,但因合模系统庞大、复杂,合模装置的合模力往往较小,故这种注塑机在塑胶鞋底等制品生产中应用较多。
  一般注塑机包括注射装置、合模装置、液压系统和电气控制系统等部分。
  注射成型的基本要求是塑化、注射和成型。塑化是实现和保证成型制品质量的前提,而为满足成型的要求,注射必须保证有足够的压力和速度。同时,由于注射压力很高,相应地在模腔中产生很高的压力(模腔内的平均压力一般在20~45MPa之间,见表1),因此必须有足够大的合模力。由此可见,注射装置和合模装置是注塑机的关键部件。
  1.4 注塑机的操作
  1.4.1注塑机的动作程序
  喷嘴前进→注射→保压→预塑→倒缩→喷嘴后退→冷却→开模→顶出→退针→开门→关门→合模→喷嘴前进。
  1.4.2注塑机操作项目:注塑机操作项目包括控制键盘操作、电器控制柜操作和液压系统操作三个方面。分别进行注射过程动作、加料动作、注射压力、注射速度、顶出型式的选择,料筒各段温度及电流、电压的监控,注射压力和背压压力的调节等。
  1.4.2.1注射过程动作选择:
  一般注塑机既可手动操作,也可以半自动和全自动操作。
  手动操作是在一个生产周期中,每一个动作都是由操作者拨动操作开关而实现的。一般在试机调模时才选用。
  半自动操作时机器可以自动完成一个工作周期的动作,但每一个生产周期完毕后操作者必须拉开安全门,取下工件,再关上安全门,机器方可以继续下一个周期的生产。
  全自动操作时注塑机在完成一个工作周期的动作后,可自动进入下一个工作周期。在正常的连续工作过程中无须停机进行控制和调整。但须注意,如需要全自动工作,则(1)中途不要打开安全门,否则全自动操作中断;(2)要及时加料;(3)若选用电眼感应,应注意不要遮闭了电眼。
  实际上,在全自动操作中通常也是需要中途临时停机的,如给机器模具喷射脱模剂等。
  正常生产时,一般选用半自动或全自动操作。操作开始时,应根据生产需要选择操作方式(手动、半自动或全自动),并相应拨动手动、半自动或全自动开关。
  半自动及全自动的工作程序已由线路本身确定好,操作人员只需在电柜面上更改速度和压力的大小、时间的长短、顶针的次数等等,不会因操作者调错键钮而使工作程序出现混乱。
  当一个周期中各个动作未调整妥当之前,应先选择手动操作,确认每个动作正常之后,再选择半自动或全自动操作。
  1.4.2.2预塑动作选择
  根据预塑加料前后注座是否后退,即喷嘴是否离开模具,注塑机一般设有三种选择。(1)固定加料:预塑前和预塑后喷嘴都始终贴进模具,注座也不移动。(2)前加料:喷嘴顶着模具进行预塑加料,预塑完毕,注座后退,喷嘴离开模具。选择这种方式的目的是:预塑时利用模具注射孔抵助喷嘴,避免熔料在背压较高时从喷嘴流出,预塑后可以避免喷嘴和模具长时间接触而产生热量传递,影响它们各自温度的相对稳定。(3)后加料:注射完成后,注座后退,喷嘴离开模具然后预塑,预塑完再注座前进。该动作适用于加工成型温度特别窄的塑料,由于喷嘴与模具接触时间短,避免了热量的流失,也避免了熔料在喷嘴孔内的凝固。
  注射结束、冷却计时器计时完毕后,预塑动作开始。螺杆旋转将塑料熔融并挤送到螺杆头前面。由于螺杆前端的止退环所起的单向阀的作用,熔融塑料积存在机筒的前端,将螺杆向后迫退。当螺杆退到预定的位置时(此位置由行程开关确定,控制螺杆后退的距离,实现定量加料),预塑停止,螺杆停止转动。紧接着是倒缩动作,倒缩即螺杆作微量的轴向后退,此动作可使聚集在喷嘴处的熔料的压力得以解除,克服由于机筒内外压力的不平衡而引起的“留涎”现象。若不需要倒缩,则应把倒缩停止开关调到适当位置,让预塑停止开关被压上的同一时刻,倒缩停止开关也被压上。当螺杆作倒缩动作后退到压上停止开关时,倒缩停止。接着注座开始后退。当注座后退至压上停止开关时,注座停止后退。若采用固定加料方式,则应注意调整好行程开关的位置。
  一般生产多采用固定加料方式以节省注座进退操作时间,加快生产周期。
  1.4.2.3注射压力选择
  注塑机的注射压力由调压阀进行调节,在调定压力的情况下,通过高压和低压油路的通断,控制前后期注射压力的高低。
  普通中型以上的注塑机设置有三种压力选择,即高压、低压和先高压后低压。高压注射是由注射油缸通入高压压力油来实现。由于压力高,塑料从一开始就在高压、高速状态下进入模腔。高压注射时塑料入模迅速,注射油缸压力表读数上升很快。低压注射是由注射油缸通入低压压力油来实现的,注射过程压力表读数上升缓慢,塑料在低压、低速下进入模腔。先高压后低压是根据塑料种类和模具的实际要求从时间上来控制通入油缸的 压力油的压力高低来实现的。
  为了满足不同塑料要求有不同的注射压力,也可以采用更换不同直径的螺杆或柱塞的方法,这样既满足了注射压力,又充分发挥了机器的生产能力。在大型注塑机中往往具有多段注射压力和多级注射速度控制功能,这样更能保证制品的质量和精度。
  1.4.2.4 注射速度的选择
  一般注塑机控制板上都有快速—慢速旋钮用来满足注射速度的要求。在液压系统中设有一个大流量油泵和一个小流量泵同时运行供油。当油路接通大流量时,注塑机实现快速开合模、快速注射等,当液压油路只提供小流量时,注塑机各种动作就缓慢进行。
  1.4.2.5 顶出形式的选择
  注塑机顶出形式有机械顶出和液压顶出二种,有的还配有气动顶出系统,顶出次数设有单次和多次二种。顶出动作可以是手动,也可以是自动。
  顶出动作是由开模停止限位开关来启动的。操作者可根据需要,通过调节控制柜上的顶出时间按钮来达到。顶出的速度和压力亦可通过控制柜面上的开关来控制,顶针运动的前后距离由行程开关确定。
  1.4.2.6 温度控制
  以测温热电偶为测温元件,配以测温毫伏计成为控温装置,指挥料筒和模具电热圈电流的通断,有选择地固定料筒各段温度和模具温度。表5列出了一些塑料的成型加工温度范围,可供参考。
  料筒电热圈一般分为二段、三段或四段控制。电器柜上的电流表分别显示各段电热圈电流的大小。电流表的读数是比较固定的,如果在运行中发现电流表读数比较长时间的偏低,则可能电热圈发生了故障,或导线接触不良,或电热丝氧化变细,或某个电热圈烧毁,这些都将使电路并联的电阻阻值增大而使电流下降。
  在电流表有一定读数时也可以简单地用塑料条逐个在电热圈外壁上抹划,看料条熔融与否来判断某个电热圈是否通电或烧毁。
  1.4.2.7 合模控制
  合模是以巨大的机械推力将模具合紧,以抵挡注塑过程熔融塑料的高压注射及填充模具而令模具发生的巨大张开力。
  关妥安全门,各行程开关均给出信号,合模动作立即开始。首先是动模板以慢速启动,前进一小短距离以后,原来压住慢速开关的控制杆压块脱离,活动板转以快速向前推进。在前进至靠近合模终点时,控制杆的另一端压杆又压上慢速开关,此时活动板又转以慢速且以低压前进。在低压合模过程中,如果模具之间没有任何障碍,则可以顺利合拢至压上高压开关,转高压是为了伸直机铰从而完成合模动作。这段距离极短,一般只有0.3~1.0mm,刚转高压旋即就触及合模终止限位开关,这时动作停止,合模过程结束。
  注塑机的合模结构有全液压式和机械连杆式。不管是那一种结构形式,最后都是由连杆完全伸直来实施合模力的。连杆的伸直过程是活动板和尾板撑开的过程,也是四根拉杆受力被拉伸的过程。
  合模力的大小,可以从合紧模的瞬间油压表升起之最高值得知,合模力大则油压表的最高值便高,反之则低。较小型的注塑机是不带合模油压表的,这时要根据连杆的伸直情况来判断模具是否真的合紧。如果某台注塑机合模时连杆很轻松地伸直,或“差一点点”未能伸直,或几副连杆中有一副未完全伸直,注塑时就会出现胀模,制件就会出现飞边或其它毛病。
  1.4.2.8 开模控制
  当熔融塑料注射入模腔内及至冷却完成后,随着便是开模动作,取出制品。开模过程也分三个阶段。第一阶段慢速开模,防止制件在模腔内撕裂。第二阶段快速开模,以缩短开模时间。第三阶段慢速开模,以减低开模惯性造成的冲击及振动。
  1.4.3 注塑工艺条件的控制
  目前,各注塑机厂家开发出了各式各样的程序控制方式,大致有:注射速度控制、注射压力控制、注入模腔内塑料充填量的控制、螺杆的背压和转速等塑炼状态的控制。实现工艺过程控制的目的是提高制品质量,使机器的效能得到最大限度的发挥。
  1.4.3.1 注射速度的程序控制
  注射速度的程序控制是将螺杆的注射行程分为3~4个阶段,在每个阶段中分别使用各自适当的注射速度。例如:在熔融塑料刚开始通过浇口时减慢注射速度,在充模过程中采用高速注射,在充模结束时减慢速度。采用这样的方法,可以防止溢料,消除流痕和减少制品的残余应力等。
  低速充模时流速平稳,制品尺寸比较稳定,波动较小,制品内应力低,制品内外各向应力趋于一致(例如将某聚碳酸脂制件浸入四氯化碳中,用高速注射成型的制件有开裂倾向,低速的不开裂)。在较为缓慢的充模条件下,料流的温差,特别是浇口前后料的温差大,有助于避免缩孔和凹陷的发生。但由于充模时间延续较长容易使制件出现分层和结合不良的熔接痕,不但影响外观,而且使机械强度大大降低。
  高速注射时,料流速度快,当高速充模顺利时,熔料很快充满型腔,料温下降得少,黏度下降得也少,可以采用较低的注射压力,是一种热料充模态势。高速充模能改进制件的光泽度和平滑度,消除了接缝线现象及分层现象,收缩凹陷小,颜色均匀一致,对制件较大部分能保证丰满。但容易产生制品发胖起泡或制件发黄,甚至烧伤变焦,或造成脱模困难,或出现充模不均的现象。对于高黏度塑料有可能导致熔体破裂,使制件表面产生云雾斑。
  下列情况可以考虑采用高速高压注射:(1)塑料黏度高,冷却速度快,长流程制件采用 低压慢速不能完全充满型腔各个角落的;(2)壁厚太薄的制件,熔料到达薄壁处易冷凝而滞留,必须采用一次高速注射,使熔料能量大量消耗以前立即进入型腔的;(3)用玻璃纤维增强的塑料,或含有较大量填充材料的塑料,因流动性差,为了得到表面光滑而均匀的制件,必须采用高速高压注射的。
  对高级精密制品、厚壁制件、壁厚变化大的和具有较厚突缘和筋的制件,最好采用多级注射,如二级、三级、四级甚至五级。
  1.4.3.2 注射压力的程序控制
  通常将注射压力的控制分成为一次注射压力、二次注射压力(保压)或三次以上的注射压力的控制。压力切换时机是否适当,对于防止模内压力过高、防止溢料或缺料等都是非常重要的。模制品的比容取决于保压阶段浇口封闭时的熔料压力和温度。如果每次从保压切换到制品冷却阶段的压力和温度一致,那麽制品的比容就不会发生改变。在恒定的模塑温度下,决定制品尺寸的最重要参数是保压压力,影响制品尺寸公差的最重要的变量是保压压力和温度。例如:在充模结束后,保压压力立即降低,当表层形成一定厚度时,保压压力再上升,这样可以采用低合模力成型厚壁的大制品,消除塌坑和飞边。
  保压压力及速度通常是塑料充填模腔时最高压力及速度的50%~65%,即保压压力比注射压力大约低0.6~0.8MPa。由于保压压力比注射压力低,在可观的保压时间内,油泵的负荷低,固油泵的使用寿命得以延长,同时油泵电机的耗电量也降低了。
  三级压力注射既能使制件顺利充模,又不会出现熔接线、凹陷、飞边和翘曲变形。对于薄壁制件、多头小件、长流程大型制件的模塑,甚至型腔配置不太均衡及合模不太紧密的制件的模塑都有好处。
  1.4.3.3 注入模腔内塑料填充量的程序控制
  采用预先调节好一定的计量,使得在注射行程的终点附近,螺杆端部仍残留有少量的熔体(缓冲量),根据模内的填充情况进一步施加注射压力(二次或三次注射压力),补充少许熔体。这样,可以防止制品凹陷或调节制品的收缩率。
  1.4.3.4 螺杆背压和转速的程序控制
  高背压可以使熔料获得强剪切,低转速也会使塑料在机筒内得到较长的塑化时间。因而目前较多地使用了对背压和转速同时进行程序设计的控制。例如:在螺杆计量全行程先高转速、低背压,再切换到较低转速、较高背压,然后切换成高背压、低转速,最后在低背压、低转速下进行塑化,这样,螺杆前部熔料的压力得到大部分的释放,减少螺杆的转动惯量,从而提高了螺杆计量的精确程度。过高的背压往往造成着色剂变色程度增大;预塑机构合机筒螺杆机械磨损增大;预塑周期延长,生产效率下降;喷嘴容易发生流涎,再生料量增加;即使采用自锁式喷嘴,如果背压高于设计的弹簧闭锁压力,亦会造成疲劳破坏。所以,背压压力一定要调得恰当。
  随着技术的进步,将小型计算机纳入注塑机的控制系统,采用计算机来控制注塑过程已成为可能。日本制钢所N—PACS(微型电子计算机控制系统)可以做到四个反馈控制(保压调整、模压调整、自动计量调整、树脂温度调整)和四个过程控制(注射速度程序控制、保压检验、螺杆转速程序控制、背压程序控制)。
  1.4.4 注塑成型前的准备工作
  成型前的准备工作可能包括的内容很多。如:物料加工性能的检验(测定塑料的流动性、水分含量等);原料加工前的染色和选粒;粒料的预热和干燥;嵌件的清洗和预热;试模和料筒清洗等。
  1.4.4.1 原料的预处理
  根据塑料的特性和供料情况,一般在成型前应对原料的外观和工艺性能进行检测。如果所用的塑料为粉状,如:聚氯乙烯,还应进行配料和干混;如果制品有着色要求,则可加入适量的着色剂或色母料;供应的粒料往往含有不同程度的水分、熔剂及其它易挥发的低分子物,特别是一些具有吸湿倾向的塑料含水量总是超过加工所允许的限度。因此,在加工前必须进行干燥