PE注射成型课程设计Word文档格式.docx
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6月19日至7月2日
第18周
查阅文献，了解吸水性树脂的研究进展，设计实验方案，并开始实验研究。
第19周
继续进行实验研究，精选实验样品并进行测试，归纳总结写出课程设计论文。
四．主要参考资料：
指导教师：
黄先威刘拥君刘艳丽禹新良
教研室主任：
黄先威
教学副院长：
陈建芳
2011年6月17日
1实验目的……………………………………………………………………………
2实验原理……………………………………………………………………………
2.1聚乙烯特点……………………………………………………………………
2.2聚乙烯的成型加工性能………………………………………………………
2.3聚乙烯的主要成型条件………………………………………………………
3实验步骤……………………………………………………………………………
4实验数据与分析……………………………………………………………………
4.1PE拉伸样条的工艺参数………………………………………………………
4.2PE扁平试样的注塑工艺参数…………………………………………………
4.3制品图像………………………………………………………………………
4.4数据分析…………………………………………………………………………………
PE注射成型工艺设计
1实验目的
1.1解塑料熔体流动速率（MFR）的概念，熟悉其测定原理及操作。
1.2了解螺杆式注塑机的结构、性能参数、操作规程及注塑工艺参数的设定及整，
掌握注塑机的基本操作技能。
1.3解塑料冲击性能的测试原理、制样方法及操作。
2实验原理：
注射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（即黏流态）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──冲模冷却──启模取件。
取出塑料后又再闭模，进行下一个循环。
2.1聚乙烯的特点
由于聚乙烯是结晶聚合物，其熔融时结晶品核还需要吸收一部分热量，故所选用的机筒温度通常高于熔点数十度。
模具的温度对制品结晶状况有较大的影响，温度高、熔体冷却速度慢，制品的结晶度便高，制品强度高，但是制品的收缩率会随着温度的增高而增大，易产生内应力及变形，因此需按高低密度情况不同确定模具温度，通常LDPE模具温度在30~45℃,而HDPE相应再提高10~20℃。
注射压力选取主要是考虑流动状况，一般情况聚乙烯在熔融状态下具有较好的流动性，因此除薄壁细长的制品外，尽量选择低的注射压力，一般在60~80MPa。
2.2PE的成型加工性能
PE为结晶性原料，吸湿性极小，不超过0.01％，因此在加工前无需进行干燥处理。
PE分子联链柔性好，键间作用力小，熔体粘性低，流动性极好，因此成型时无需太高压力就能成型出薄壁长流程制品。
PE的收缩率范围大，收缩值大，方向性明显，LDPE收缩率为1.22％左右，HDPE收缩率在1.5％左右。
因此容易变形翘曲，模具冷却条件对收缩率的影响很大，故应该控制好模具温度，保持冷却均匀、稳定。
PE的结晶能力高，模具的温度对塑件的结晶状况有很较大的影响。
模温高，熔体冷却慢，塑件结晶度高，强度也就高。
PE的熔点不高，但比热容较大，因此塑化时仍需要消耗较多的热量，故要求塑化装置要有较大的加热功率，以便提高生产效率。
PE的软化温度范围较小，且熔体易氧化，因此在成型加工中应尽可能避免熔体与氧发生接触，以免降低塑件质量。
PE制件质地较软，且易脱模，因此当塑件有浅侧凹槽时可以强力脱模。
PE熔体的非牛顿性不明显，剪切速率的改变对粘度的影响较小，PE熔体粘度受温度的影响也较小。
PE熔体的冷却速度较慢，因此必须充分冷却。
模具应该有较好的冷却系统。
若PE熔体在注射时采用直接进料口进料，易增大应力和产生搜索不均匀及方向性明显的增大变形，因此应注意选择进料口参数。
PE的成型温度较宽，在流动状态下，温度的少许波动对注塑成型没有影响。
PE的热稳定性较好，一般在300度以下无明显的分解现象，对质量没什么影响。
2.3PE的主要成型条件
料筒温度：
料筒温度主要是与PE的密度高低和熔体流动速率大小有关，另外还与注塑机的类型和性能，一级塑件的形状有关。
由于PE为结晶型聚合物，在熔融时晶粒要吸收一定热量，因此料筒温度应高于它的熔点10度。
度于LDPE来说，料筒温度控制在140-200℃，HDPE的料筒温度控制在220℃，料筒后部取最小值，前端取最大值。
模具温度：
模温对塑件的结晶状况有较大影响，模温高，熔体结晶度高，强度高，但收缩率也会增大。
通常LDPE的模具温度控制在30℃-45℃，而HDPE的温度相应再高10-20℃。
注塑压力：
提高注塑压力有利于熔料的充模，由于PE的流动性很好，因此除薄壁细长制品外，应该精良选择较低的注射压力，一般注射压力为50-100MPa。
形状简单。
壁后较大的塑件，注射压力可以低些，反之则高。
3.注射机运作过程
①闭模及锁紧
注射成型过程是周期性的操作过程。
注塑机的成型周期一般是从模具闭合开始的。
模具先在液压及电气自动控制系统处于高压状态下进行快速闭合，当动模与定模快要接触时，液压及电气自动控制系统自动转换成低压（即试合模压力）、低速状态，在确认模内无异物存在时，再转换成高压并将模具锁紧。
②注射装置前移及注射
确认模具锁紧之后，注射装置前移，使喷嘴和模具吻合，然后液压系统驱动螺杆前移，在所设定的压力、注射速度条件下，将机筒内螺杆头部已均匀塑化和定量的熔体注人模具型腔中。
此时螺杆头部作用于熔体上的压力称为注射压力（Pa），又称一次压力。
螺杆移动的速度称为注射速度（cm／s）。
③压力保持（保压）
注射操作完成以后，在螺杆头部还保存有少量熔体。
液压系统通过螺杆对这部分熔体继续施加压力，以填补因型腔内熔体冷却收缩产生的空间，保证制件密度。
保压一直持续到浇口封闭。
此时，螺杆作用于熔体上面的压力称为保压压力（Pa），又称二次压力，保压压力一般等于或者低于注射压力。
保压过程中，仅有少量熔体补充注入模具型腔。
保压过程以持续到浇口刚好封闭为宜。
过早卸压，浇口未封闭，模腔中熔体会发生倒流，制件密度不足；
保压过程过长或保压压力过大，会使浇口附近产生较大的内应力，也会增大制件的内应力，造成脱模困难。
④制件冷却
塑料熔体经喷嘴注射入模具型腔后即开始冷却。
当保压进行到浇口封闭以后，保压压力即卸去，此时物料进一步冷却定型。
冷却速度影响到聚合物的聚集态转变过程，最终会影响到制件成型质量和成型效率。
制件在模具型腔中的冷却时间应以制件在开模顶出时具有足够的刚度，不致引起制件变形为限。
过长的冷却时间不仅会延长生产周期，降低生产效率；
而且会使制件产生过大的型腔包附力，造成脱模阻力增大。
⑤原料预塑化
为了缩短成型周期，提高生产效率，当浇口冷却及保压过程结束时，注塑机螺杆在液压马达的驱动下开始转动，将来自料斗的粒状塑料向前输送。
在机筒外加热和螺杆剪切热的共同作用下，使粒状塑料逐步均匀融化．最终成为熔融粘流态的流体。
在螺杆的输送作用下存积于螺杆头部的机筒中，从而实现塑料原料的塑化。
螺杆的转动—方面使塑料塑化并向其头部输送，另一方面也使存积在头部的塑料熔体产生压力，这个压力称为塑化压力（Pa）。
由于这个压力的作用，使得螺杆向后退移，螺杆后移的距离反映出螺杆头部机筒中所存积的塑料熔体体积，注塑机螺杆的这个后退距离，即每次预塑化的熔体体积，也就是注射熔体计量值是根据成型制件所需要的注射量进行调节设定。
当螺杆转动而后退到设定的计量值时，在液压和电气控制系统的控制下就停止转动，完成塑料的预塑化和计量，即完成预塑化程序。
注射螺杆的尾部是与注射油缸连接在一起的，在螺杆后退的过程中，螺杆要受到各种摩擦阻力及注射油缸内液压油回流阻力的作用，注射油缸内液压油回流阻力产生的压力称为螺杆背压（Pa）。
注射螺杆能否后退及后退的速度取决于螺杆后退时受到的各种摩擦阻力和螺杆背压。
塑料原料在预塑过程中的各种工艺参数（各部分的压力、温度等）是根据不同制件的塑料材料进行设定的。
⑧注射装置后退、开模及制件顶出
预塑程序完成后，注射装置后退，为了避免喷嘴长时间与模具接触散热而形成凝料，使喷嘴离开模具。
当模腔内的成型制件冷却到具备一定刚度后，合模装置带动动模板开模，在开模的过程中完成侧向抽芯的动作，最后顶出机构顶脱制件，准备开始下一个成型周期。
4热塑性塑料注射成型常见问题及原因
4.1制品填充不足
1）料桶，喷嘴及模具的温度偏低2）加料量不足3）料桶内的剩料太多4）注射压力太小5）注射速度太慢6）流道和浇口尺寸太小，浇口数量不够，切浇口位置不恰当7）型腔排气不良8）注射时间太短9）浇注系统发生堵塞1）塑料的流动性太差
4.2制品有溢边
1）料桶，喷嘴及模具温度太高2）注射压力太大，锁模力太小3）模具密合不严，有杂物或模板已变形4）型腔排气不良5）塑料的流动性太好6）加料量过大
4.3制品有气泡
1）塑料干燥不够，含有水分2）塑料有分解3）注射速度太快4）注射压力太小5）麻烦温太底，充模不完全6）模具排气不良7）从加料端带入空气
4.4制品凹陷
1）加料量不足2）料温太高3）制品壁厚与壁厚相差过大4）注射和保压的时间太短5）注射压力太小6）注射速度太快7）浇口位置不恰当
4.5制品有明显的熔合纹
1）料温太低，塑料的流动性差2）注射压力太小3）注射速度太慢4）模温太低5）型腔排气不良6）塑料受到污染
4.6制品的表面有银丝及波纹
1）塑料含有水分和挥发物2）料温太高或太低3）注射压力太小4）流道和浇口的尺寸太大5）嵌件未预热回温度太低6）制品内应力太大
4.7制品的表面有黑点及条纹
1）塑料有分解2）螺杆的速度太快，背压力太大3）喷嘴与主流道吻合不好，产生积料4）模具排气不良5）塑料受污染或带进杂物6）塑料的颗粒大小不均匀
4.8制品翘曲变形
1）模具温度太高，冷却时间不够2）制品厚薄悬殊3）浇口位置不恰当，切浇口数量不合适4）推出位置不恰当，且受力不均5）塑料分子定向作用太大
4.9制品的尺寸不稳定
1）加料量不稳定2）塑料的确颗粒大小不均匀3）料桶和喷嘴的温度太高4）注射压力太小5）充模和保压的时间不够6）浇口和流道的尺寸不恰当7）模具的设计尺寸不恰当8）模具的设计尺寸不准确9）推杆变形或磨损10）注射机的电气，液压系统不稳定
4.10制品粘模
1）注射压力太大，注射时间太长2）模具温度太高3）浇口尺寸太大，且浇口位置不恰当
5.数据与分析
5.1PE拉伸样条的工艺参数
①温度
温度
喷嘴
一段
二段
三段
四段
五段
实际
209
210
212
183
38
36
设定
180
上限
+30
+50
下限
—30
—50
②注射压力
注射
压力（bar）
50
60
65
流量（%）
35
40
时间（s）
0.0
1.5
③保压压力
保压
压力bar
55
流量（％）
25
39
2.0
④锁模设定
锁模
慢速
快速
低压
高压
20
100
32
22
位置（mm）
180.0
80.0
35.0
⑤开模设定
低速
中速
快速压
18
30
45
80
21
23
28
15
200.0
120.0
100.0
30.0
开锁模限时：
10.0s
⑥储料设定
储料
前抽
熔一
熔二
熔三
1
背压bar
70.0
75.0
冷却时间：
10.0s熔胶时间：
⑦自动清料清料次数:
10
清料
射胶
熔胶
抽胶
120
70
85
1.1
⑧座台设定
进慢
座进
座退
5.2PE扁平试样的注塑工艺参数
第一组实验参数
208
228
231
214
230
321
-30
-3
75
第二组实验
236
249
247
233
37
240
250
220
95
105
110
第三组实验工艺参数
1温度
246
115
3.0
第四组实验工艺参数
248
257
243
260
5.3制品图像
（1）
（2）
（3）
（4）
4.4数据分析
注射成型的关键控制因素主要有温度，注射压力，保压压力，在PE扁平试样中，通过一组数据得到的制品存在严重缺料现象，第二组试验中通过提到温度和注射压力改善熔体的流动性能，从而在第二次试验得到的制品的尺寸有明显增大，而且透明度增加了，但制品还是不完全饱满。
第三组通过提高保压压力和保压时间和流量，适当提高注射压力得到的制品尺寸又有了进一步提高，第四组再稍微升高点温度，提高保压压力，得到的制品已十分饱满。
5结论
5.1温度的影响
成型温度指注射料筒温度、模具温度等。
PE加工时应特别注意喷头温度，一般控制在前端温度的70%左右。
温度过高，虽然熔体流动较好，但会出现熔料的收缩甚至缩孔物料韧性变差，对斜主流道脱模不利；
温度过低会使制品粘接不牢强度较差，对斜主流道脱模也不利。
料筒温度通常应控制在180-260℃，模具温度控制为45-60℃,此时，产品质量稳定，应力小，指标均好。
5.2注射压力的影响
注射速度对产品的表面质量和产品尺寸有着较大的影响。
降低注射速度，保证模具内部应力相对均匀，保证零件尺寸的稳定性，速度过慢又会增大表面应力，电镀工艺性变差。
注射速度过快，熔体流动过程中会夹杂部分气体，在产品表面形成气泡等，同时产品的致密度下降，易形成缩瘪和尺寸偏小。
注射压力的设
定主要是起到保护模具和设备的作用，注过程控制以速度控制为主。
如果注塑压力过低。
法满足速度控制所需的压力时，按设定的注塑压力以恒定的压力进行注射，时熔体的流动速度会失控。
因此注射压力的设定应该略高于实际所需的压力．以保证产品质量。
5.3保压压力
在保压阶段，保压压力必须足够大时才能克服浇口阻力进行补缩，而浇口阻力由于熔体粘度增加而加大。
提高保压压力会使凝固推迟，有助于减少制品收缩率。
保压压力对制品的密度也有很大的影响，提高保压压力，可以提高制品的密度；
但是保压压力过高会增加制品的内应力，使制品难以脱模。
5.4保压时间
保压时间和制品重量之间呈现一种非线性关系。
在保压的初期阶段，制品重量随保压时间的而上升，但达到一定时间后，则重量则不再增加。
如果保压时间不足，即保压压力过早切换，模内熔体在浇口冻封之前发生倒流，导致制品由于补缩不足而出现孔穴，凹陷及内部质量下降等，制品收缩率加大，密度变小。
但是过长的保压时间不仅会延长成型周期，增加能耗，而且会引起浇口处的应力集中，制品断裂。
5.5流量
注射的流量会影响到制品的出料量以及制品的外观和饱满度，也是保证制品质量的一个重要因素。
6．总结
经过了两个星期的课程设计，使我对注射成型的原理以及PE和PP的性能有了更加深入的了解，对注射机的构成以及注射机的使用有了全面的认识，虽然课程设计安排在学期结束的时候，但我还是充分查阅了相关的资料和文献，按要求完成了相关的实验，并进行仔细分析，特别是对影响制品性能的分析让我明白了工厂里的生产操作不是一蹴而就的事情，而需要反复的尝试和实验才有可能找到最适合的工艺条件，生产出性能更好的产品，在接下来的学习过程中我一定会继续认真思考，不断学习，丰富自己的知识和技术能力，努力是自己成为有用之材。
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