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        注射与保压的分别

        日期:2011年12月23日 11:13

        注射与保压的分别

        达明科技有限公司

        2007年8月

         

          在操作的层面,注射与保压是可以混为一谈的,但在概念、理论、优化及沟通上,都有必要分开。本文阐述注射及保压的理论并告戒操作员分开注射及保压的重要性。

        理论与实践

          理论是从实践归纳出来。在注塑工艺上亦是这样。
        1950年代开始使用注塑机时,吾人是用注射压力来填充模腔的。后来进展到两段注射,而第二段注射便是“保压”的前身。
          将注射及保压分开,是因为它们的作用不同,速度及压力的重点不同。尤其是在优质注塑,薄壁注塑,T-模的应用等,有必要将两者区分出来。

        注射的作用

          注射的作用是填满模腔及施加压力,将模腔及模芯的形状,就算是最细微的地方,转写到熔融上。

        速度主导

          当模腔未填满前,注射压力(从压力表读出)是很低的,因为只要克服喷咀、流道及模腔内熔融流动的阻力便可。这情况持续到模腔填满100%为止。
           还要弄清楚,注塑机的压力控制只是压力上限控制,如某注射段的压力设置为90 bar,只代表此段压力不能超过90 bar,但在90 bar以下是哪个压力,是由熔融阻力决定的。这个压力可以在注射时从压力表读出。
           故此,在模腔未填满前,注塑机并不能以压力来控制,而只能用速度来控制。压力源自阻力,而阻力是不由注塑机去控制的。
           注塑出来的产品稳定性与注射速度的稳定性则息息相关。全闭环注射都是以每段注射要达到指定的注射速度为目的。
           注射段的压力设置,请采用系统压力,就是如140 bar或160 bar的最高压力。有足够的压力才能保证注射时能控制速度。由于模腔未满,高的压力设置不会是产生毛边的原因。
          模腔填满后不代表注射过程就结束,还要挤压。

        挤压

          其实注射与其它成型方法最不同之处便是奇高的注射压力。此压力通常是在1000到2000 bar之间。要知道在地球上最深的深渊底,水压也未及2000 bar。就是这么大的注射压力在模腔填满后的挤压,才能将小到CD片上信息及『镜面』的光泽转写到熔融去。
          挤压是靠熔融的压缩量及螺杆继续注射而产生的,亦可看成为超满充填,相当于模腔容积的几个百分点的熔融在模腔填满后再被挤进去,使压力骤升。挤压段其实就是最后一段注射,只有挤压段需要控制注射压力,设置一个上限,以防止毛边的产生。挤压结束,便转到保压。这个螺杆位置称为『保压点』,是在电脑屏幕上设置的。

        保压的作用

          保压的作用是当其熔融冷却/固化收缩时,保持一个压力,继续注入熔融来填补收缩的空间,减少或避免凹痕的产生。
           保压段的设定压力不能超过挤压段的设定压力,否则毛边有可能在保压段产生。
        多段的保压压力是每段下降的,而理想的下降是线性渐降,非阶级性下降,以配合渐渐收缩的实际需要。
           由于收缩缓慢,螺杆的前进速度亦是缓慢的,如2%的速度便足够了。注塑机的节能,主要是在保压时将泵的流量调低到如3%,与流量永远是100%的定量泵比,便节省了97%。保压时间越长(壁厚超大),节省的电耗便越多。
           从此可知,保压时只需控制压力而不能控制流量,因收缩率是不由注塑机去控制的。这是与注射前段刚好相反的。
          关于保压时间多长,当生产重量不再上升,或凹痕可以接受时,保压便可以停止。下一步便是塑化。它与『冷却时间』是同时开始的。

        判断模腔填满

          可以说『保压点』是分开注射(含挤压)及保压的螺杆位置。操作员要设置保压点, 就是找出模腔填满时的螺杆位置, 有以下三种方法。

        1. 理论计算。

          如 d = 螺杆直径,mm
           s = 螺杆行程,mm
           w = 塑件总重量(含冷流道重量),g
           ρ= 塑料的室温密度,g/cc
           w可以这样子表达
           w = (πd2) / (400) × s / 10 × 0.85 × ρ
           其中0.85是个系数。
           故
           s = (4000w) / (0.85ρπd2) = (1497.9w) / (ρd2)
           而保压点,mm
           h = p - s
           p = 塑化完的螺杆位置,mm

        1. 当模腔填满时,螺杆前进的速度会骤然降下来。这可以从注塑机螺杆位置的(机械)指针在注射及保压时观察出来,并从指针后面的纸尺读出慢下来一刹那的螺杆位置。将这个位置设定为『保压点』值。
        2. 在注射及保压时,观察系统压力表。当模腔填满时,油压压力骤升。此时观察员喊出来,由另一位观察员读出指针或电脑显示的螺杆位置。将这个位置设置为『保压点』值。这个方法只适宜于注射速度慢的厚壁注塑。

        压力控制还是速度控制?

          总结以上几点,注射、挤压、保压的控制,表列如后。注射段以螺杆位置分隔最常见,而保压段只能以时间来分隔。



        注塑机操作

          从操作的层面,注射与保压有如下相同之处。

        1. 除非使用注射伺服阀,注射方向阀在注射及保压时都是打开的,其间不会关闭(当然亦不会转向)。
        2. 在一般电脑屏幕上,注射及保压均有速度及压力控制。
        3. 注射的分段,虽然以螺杆位置区分最为准确,但亦可用时间区分,(称为时间注射)与保压的分段相同。

          故有些操作员根本不使用保压段而使用注射的后段或后几段做保压。在简单的注塑,如两段注射及两段保压的情况下,是可以的,如下图所示,但在较高档的应用、优化及概念上会有问题。


           注意如注射三及注射四选用了时间注射,这亦限制了注射一及注射二(挤压段)亦只能采用时间注射,而不能用较精确的位置注射来区分。
          电脑注塑机都会有以下两个功能。

        1. 在『位置+时间』模式下,可指定注射时间上限。注射上限时间到后螺杆还未到保压点,过程还是会转到保压。这在多腔注塑时有模腔的流道堵塞便会出现。不采用保压段时,便用不上此模式,只能用时间注射。
        2. 在『保压点』前后的范围外有两个报警区,螺杆未到位区称为欠注区,螺杆过了保压点的称为溢料区。两者都有机会产生废品,通知操作员于以处理。不采用保压段亦用不上此功能。

          如电脑能提供保压段的线性渐降压力,不采用保压段便用不上此功能了。
           精密及薄壁注塑都会采用闭环控制。闭环控制只允许注射段用速度控制,配挤压段的压力上限控制,而保压段则用压力控制。
          欧美的注塑机/电脑都不设注射前段的压力控制,只设挤压段的压力控制。这样便避免了用注射来作保压的可能。

        节能

          就算注塑机是配了节能的变量泵或变频器,如果保压段的流量设置为高(>3%),节能效果便降低。

        总结

          多段注射及保压的参数很多,没有理论基础的话,盲目设置而找到优化的参数是个很长的过程。注射是速度主导,挤压及保压是压力主导的理论,能将设置的参数减半。这些理论当然是闭环注射所必须的。明白挤压理论,便能知道如何解决毛边问题。了解保压点的重要性,便能调出稳定的注塑。明白保压理论,便知道如何解决凹痕问题。当然,亦能做出节能的设置。

        所属类别: 注塑工艺

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