成型条件（共3篇）
成型条件 篇1
气辅成型 (GIM) 是指在塑胶充填到型腔适当的时候注入惰性高压氮气, 气体推动融熔塑胶继续充填满型腔, 用气体保压来代替塑胶保压过程的一种注塑成型技术。作为模具生产企业和产品制造企业关注气辅成型的主要原因还在于气辅成型所拥有的许多优势。2005年以前, 中国国内存在气辅成型或者有能力进行气辅成型的企业非常少, 其主要原因还在于气体发生装置设备的短板。早先依赖进口设备, 比如日系的进口设备体积小重量轻, 移动灵活, 调整精度高, 氮气压缩的纯度能达到90%以上。随着中国模具行业的发展, 特别是广东深圳地区模具企业日新月异的变化, 一些国内企业也开始对氮气发生装置进行了研发升级, 从最原始的固定压力供气到后期的可通过调整供气压力时间曲率来进行调整的方式, 大大提高了这些装置的实用性。
气辅成型优势很多, 但被各企业看中的主要原因还在于在保证产品外观尺寸质量的同时, 又能够减少实体产品的自身重量。网上很多数据表明气辅成型最大能减少产品30%的重量, 当然这个比较趋于理论化, 从实际生产的角度理性的生产分析应为7%~15%。作为模具的研发当然提高了模具制造的技术难度和模具制造成本, 但从产品的角度分析, 一个塑胶制品其最大的生产成本往往是塑胶原材料的价格决定, 减少10%的产品质量无疑成为减少材料成本10%, 这里的成本优势我想作为企业肯定能够看的到。那么气辅成型是不是所有产品都可以进行使用呢?答案当然是否定的。使用气体辅助成型技术需要对产品及模具进行整体分析, 有许多使用条件的限制。本文就简单从材料、产品、模具、软件、硬件设备等几个方面表达一下个人对气辅成型部分工艺条件的分析。
1 材料选择
从技术条件来看首先是材料性能的要求。当成型射胶部分基本完成但保压部分还未进行时, 此时由于靠近型腔及型芯壁的胶体冷却较快开始凝固, 但中心区域温度仍然很高有足够的流动性, 这使得气体辅助成为可能。所以从材料选择上看, 冷却速度适中的塑胶比较适合, 冷却过快会造型气道狭窄, 而冷却过慢也会对气道的均匀性造成影响, 甚至可能由于气压过大之后破坏产品外观。比如PC/ABS这一类的塑胶材料, 成型温度在245℃~260℃之间, 流动性也相对不错, 气辅效果较为明显。
2 壁厚
第2个影响的条件是产品的基本壁厚问题, 一般根据产品使用性能和材料特性问题, 传统的注塑工艺都会给材料一个比较适合的基本壁厚。比如PP材料类型的一般赋予2 mm左右的壁厚, ABS系列的材料一般2.5~3 mm左右, 而作为流动性较差的PC材料, 一般其基本壁厚可以放到3 mm以上, 过低的壁厚会造成因冷却过快而材料注塑工艺范围狭窄, 不利于注塑成型。但是基本壁厚过大又会引起成型后收缩明显对产品表面造成明显缩影, 这个问题其实也是气辅成型能够存在的原因之一, 壁厚越大的产品使用气辅的效果会更明显, 不仅可以减少后收缩问题, 同时还能大幅减少原材料使用。所以在这里作为气辅的条件之一, 气体填充位置产品的壁厚最好能大于4 mm以保证效果。当然具体问题还应具体分析, 特别是平板类产品气体穿透问题, 更多的需要靠模具其他的结构去进行解决。
3 溢料槽
除去材料和产品本身结构的问题以外, 模具的结构设计需要进行改变。塑胶熔融状态为液体, 比气体的压缩量要小的多。当气辅成型开始时, 整个模具腔体处于被塑胶几乎填满的状态, 此时很难控制气体填充量与气路通畅。如果填充过量气体, 造成的结果会使气体因压缩温度急剧升高, 其原理类似柴油机, 会造成后果有很多。其一高温使材料本身碳化, 并释放出难闻气味, 碳化出粉末会污染产品;其二氮气无法排开塑胶造成无法按预先设计的气道前进, 使得进气位置产品饱满, 而未进气位置产品凹陷严重, 即使通过控制射胶量对成型工艺来进行调整, 其效果也非常差。最合理的方法是在模具设计阶段在气道末端设计溢料结构, 可以使氮气填充气路通畅, 对成型工艺使用范围也是很好的支持。当然溢料槽的结构需要根据产品形状及尺寸进行设计调整, 广东的某些企业在这方面就有较多的经验, 曾经有一套汽车用后视镜模具, 广东开发时就是用了可调式溢料槽, 在成型时随时调整溢料程度来辅助成型的实施, 效果显著。
4 模拟流动分析
作为新兴的技术, 在使用之前做好充足的准备也是非常必要的。现在比较流行的模流分析软件很多, 比如MOLDFLOW软件在使用中相对比较广泛。由于气辅成型的对象产品一般壁厚都比较厚, 普通的单式和复式网格很难满足分析的要求, 使用3D网格分析能更好分析材料在注塑成型时的流动状态和填充效果, 为之后的模具制造及成型作出非常重要的前提工作。比如预先设置镶块位置进行良好模具分型面排气和溢料槽位置选取等问题, 这类软件能很好的进行事先预料, 并明确气路走向和问题。这样能够在成型时与实际产品进行比对分析, 为制定及时有效的修正方案指明了方向。
5 硬件条件
工欲善其事, 必先利其器, 良好的硬件设备是提供优良产品的必要条件。气辅成型要求的产品注塑量平稳, 每个产品的重量偏差不能超过0.5%。所以在这样的情况下, 注塑精度越高且支持气辅成型的成型机品种对产品有较大优势。在以前这样的成型机基本依赖进口, 现在国产的成型机比如宁波海天公司有许多精度较高的产品也能符合气辅成型的注塑要求了。许多注塑企业已经开始使用这些设备, 相信国产设备在以后注塑企业当中所占的比例会越来越大。
气辅成型技术是近10年才发展起来的新技术, 现在也主要运用到汽车、家电、办公用品行业等大型注塑件产品。随着模具行业的发展, 相信这项技术能越来越多的运动到其他产品领域, 造福社会。
摘要：气辅成型 (GIM) 是指在塑胶充填到型腔适当的时候注入惰性高压氮气, 气体推动融熔塑胶继续充填满型腔, 用气体保压来代替塑胶保压过程的一种注塑成型技术。
关键词：成本,使用条件,气体发生装置,溢料槽
参考文献
[1]气辅注塑成型工艺探索与市场前景[EB/O L].雅式工业专网, 2006, 11, 1.
[2]丁宏.气辅注塑成型工艺的研究与应用[D].厦门大学, 2009.
粉煤成型及干燥工艺条件研究 篇2
1 实 验
1.1 样品
实验煤样为神府不粘煤,用高速旋转破碎机将煤样破碎至<3 mm,将沥青和腐植酸钠破碎至<1 mm。
煤样工业分析和硫含量见表1。
1.2 实验仪器及方法
本实验采用TYE-20型抗压试验机测定型煤的冷态抗压强度,型煤干燥采用烘箱(带鼓风)。将粉煤与粘结剂和水按一定比例配合,搅拌均匀,然后在压片机上压制成圆柱形型煤,型煤直径34 mm, 后度为14 mm。压制好的型煤在烘箱里干燥固结,最后由抗压试验机测定其能承受的最大压力W。根据以下公式计算出型煤的抗压强度[4,5,6]:
式中:D——型煤的直径
t——型煤的高度
P——型煤的抗压强度
2 结果与讨论
2.1 成型压力对型煤抗压强度的影响
从图1可以看出在10~25 MPa的成型压力范围内,型煤的抗压强度随着成型压力的增大而增大,而在25~35 MPa的成型压力范围内,型煤的抗压强度随着成型压力的增大而反而降低,这是由于压力太大导致型煤中的较大颗粒破碎,产生了新的表面,而原有的粘结剂太少不能将其润湿,新表面之间的粘结作用很弱,因此型煤的整体机械强度减小。所以粉煤成型时应该选取合理的成型压力,从上图可知25 MPa下型煤的抗压强度达到最大值694 N/cm2。
2.2 原料粒度对型煤抗压强度的影响
合理的粒度分布可以使粉煤成型时颗粒排列紧密,它们之间的空隙最小,从而获得高强度的型煤,而将煤料破碎太小,其消耗的生产成本太高,显然不合理。将煤料破碎至<3 mm,其粒度分布如表2所示。
通过配料使得4组煤料中,2~3 mm的大颗粒分别占0%、3%、6%、10%,将这4组煤样分别加压成型。从图2明显可以看出,2~3 mm的煤料占型煤配料的百分含量越高,所压制成的型煤的抗压强度就越低。因此,应当尽可能地减少型煤配料大颗粒煤料的含量。从表2和图2可知,将煤料直接破碎至3 mm以下,就可以制得强度较高的型煤。
2.3 粘结剂对型煤抗压强度的影响
粉煤冷压成型时,煤颗粒主要靠粘结剂的作用粘结,而不是靠煤本身的粘结性[7],因此加入粘结剂对于粉煤成型很必要。对于发热量要求较高的型煤,加入无机粘结剂会增大型煤的灰分,从而降低型煤的发热量,所以应当选用有机粘结剂。沥青和腐殖酸钠来源很广泛,是常采用的有机粘结剂。沥青的软化点为90 ℃左右,因此冷压成型时沥青起不到粘结作用,型煤只有通过干燥固结,沥青才能发挥粘结作用,使型煤机械强度提高。腐植酸钠的最佳成型温度范围为60~80 ℃[8],因此可以通过加入该温度内的热水,使其充分覆盖于煤粒表面,便于粉煤颗粒成型。
从图3可知,型煤的抗压强度随着沥青加入量的增加先增大后减小,考虑到经济成本,沥青的最佳加入量为2%。从图4可知,腐殖酸钠加入量对型煤的抗压强度影响很大,随着腐植酸钠添加量的增加型煤的抗压强度先是显著增大,而后缓慢下降,腐植酸钠的最佳添加量为5%。因此,可以采用沥青-腐植酸钠复合粘结剂。
2.4 干燥条件对型煤抗压强度的影响
由于刚压制成型的型煤强度较低,不便于运输,因此可以通过干燥固化措施,提高其机械强度。型煤在烘干过程中,随水分的蒸发,腐植酸钠水化后形成的胶体逐渐失去水分而收缩固化,将煤颗粒紧紧地粘结在一起,使型煤具有较高的强度。在干燥温度高于沥青的软化点时干燥,此时型煤中均匀分布的沥青软化,并将煤颗粒固结在一块,从而发挥粘结剂的作用。彭好义等[9]研究表明,型煤干燥的最佳含水率为2.32%,此时所得到的型煤的冷态机械强度最高。
从图5可以看出,在100 ℃的干燥温度下,型煤的抗压强度随着干燥时间的延长而增大,干燥4 h时,型煤的抗压强度已经达到677 N/cm2,此后再延长干燥时间型煤的抗压强度增加很缓慢。而在150 ℃的干燥温度下,型煤的抗压强度在干燥2 h时就达到最大值623 N/cm2。因此最佳干燥条件为100 ℃,干燥4 h。
2.5 外加水量对型煤抗压强度的影响
从图6可以看出,外加水量对型煤的抗压强度有重大影响。加水量从10%提高到12%,型煤的抗压强度提高了3倍多,当外加水量为16%时,型煤的抗压强度达到最大值737 N/cm2。而此后外加水量再增大,型煤的抗压强度不再增加。因此,最佳外加水量为16%,此时这些外加水分能够充分将煤料润湿,使得粉煤颗粒之间的摩擦力降到最低,而沥青和腐植酸钠也可以更好得分散开来从而发挥更大的粘结作用,因而所制得的型煤强度较高。
3 结 论
(1)粉煤成型的最佳工艺条件是:
成型压力25 MPa,煤料破碎至<3 mm,沥青加入2%,腐植酸钠添加5%,外加水为16%。
(2)型煤干燥的最佳工艺条件是100
℃,干燥4 h,在上述最佳成型和干燥工艺条件下制得的型煤的抗压强度达到最大值737 N/cm2。
摘要：考察了成型压力、原料粒度、粘结剂和外加水分等成型工艺条件对型煤抗压强度的影响,同时比较了两种干燥条件对其抗压强度的影响。结果表明:成型压力25 MPa,煤料破碎至<3 mm,沥青加入2%,腐植酸钠添加5%,外加水为16%,并在100℃下干燥4 h所获得型煤的抗压强度最高,达到737 N/cm2。
关键词：粉煤,型煤,抗压强度
参考文献
[1]何国锋,王燕芳.型煤质量对造气效果影响的探讨[J].全国造气技术通讯,2007(5):20-22.
[2]王志勇.关于无烟粉煤成型为气化型煤的探讨[J].全国造气技术通讯,2009(3):10-15.
[3]王斌,田亚鹏.劣质粉煤利用途经及气化工艺[J].广州化工,2009,37(6):197-199.
[4]Ayse Benk,Abdullah Coban.Molasses and air blown coal tar pitch bind-ers for the production of metallurgical quality formed coke from anthra-cite fines or coke breeze[J].Fuel Processing Technology,2011,92(5):1 078-1 086.
[5]J.W.Patrick,A.E.Stacey,H.C.Wilkinson.The strength of industrialcokes:Part 2[J].Tensile strength of foundry cokes[J].Fuel,1972,51(3):174-179.
[6]H.Sato,J.W.Patrick,A.Walker.Effect of coal properties and porousstructure on tensile strength of metallurgical coke[J].Fuel,1998,77(11):1 203-1 208.
[7]林仪媛.冷压成型用煤的粘结性[J].冶金能源,2001,20(6):9-12.
[8]徐振刚,刘随芹.型煤技术[M].北京:煤炭工业出版社,2001:751.
成型条件 篇3
虽然复合材料的性能受材料制造时的原料配比和工艺方法的影响显著,但复合材料最终制品的性能还与成型加工工艺( 如成型方法、成型条件等) 及后处理方法关系密切,相同的复合材料采用不同的成型条件会制得质量不同的制品,要生产出性能优异的制品,就必须优化各工艺参数。本文采用正交实验,考察了模压时间、模压温度、模压压力和预热时间等4个因素对复合材料性能的影响,以期获得最优化的实验方案。
1实验部分
1. 1实验原料与仪器
酚醛树脂复合材料( 酚醛模塑料,采用腰果壳油改性酚醛树脂为部分基体树脂,腰果壳油与水形成的乳液为增塑剂制备的复合材料) ,沙县宏盛塑料有限公司。
Y71M - 500型热固性塑料液压成型机,浙江省余姚轻工机械厂; HT - 9102型电脑伺服控制材料试验机,弘达仪器股份有限公司; JBC - 0. 5型电子式冲击试验机,上海聚德永升测控系统有限公司; XWB - 300F型热变形温度测定仪,承德大华试验机有限公司; HT - 50型击穿电压测试仪,国家出入境检验检疫局绝缘材料产品认可实验室。
1. 2测试标准件的制备
测试用标准件的制备依据 《GB/T 5471 - 2008塑料热固性塑料试样的压塑》。
1. 3实验设计
影响酚醛模塑料制件质量的成型条件因素很多,本实验选取模压时间( A) 、模压温度( B) 、模压压力( C) 和预热时间( D) 等4个因素,每个因素选取3个水平,选用4因素3水平的正交实验表L9( 34) 对模塑料的成型条件进行了9组实验,实验的因素和水平见表1,正交实验表见表2。
1. 4测试表征
1拉伸强度测试按 《GB /T1040 - 2006塑料拉伸性能的测定》测试;
2弯曲强度测试按 《GB /T9341 - 2008塑料弯曲性能的测定》测试;
3冲击强度测试按 《GB /T1043. 1 - 2008塑料简支梁冲击性能的测定》测试;
4热变形温度测试按 《GB /T1634 - 2004塑料负荷热变形温度的测定》测试;
5电气强度测试按 《GB /T1408. 1 - 2006绝缘材料电气强度试验方法》测试。
2结果与分析
2. 1实验结果
根据正交实验设计的成型工艺条件,按 《GB/T 5471 - 2008塑料热固性塑料试样的压塑》 标准制得标准测试件,根据1. 4所述方法进行测试,各实验测试结果列于表2。
2. 2实验分析
根据以上实验结果,采用直观分析法对以上数据进行计算分析,结果列于表3。K表示各因素在同一水平下的实验结果之和,k表示各因素在同一水平下实验结果的平均值,R为K最大值与最小值之差,即极差,极差越大则表明因素对实验结果影响越大。由极差值的大小可以判断各因素对各性能指标的影响,从表3得出,影响拉伸强度的各因素的主次顺序( 最主,主,次,最次) 为: 预热时间,模压时间,模压压力,模压温度; 影响弯曲强度的各因素的主次顺序为: 模压时间,预热时间,模压压力,模压温度; 影响缺口冲击强度的各因素的主次顺序为: 模压时间,模压压力,模压温度/预热时间; 影响无缺口冲击强度的各因素的主次顺序为: 模压时间,模压压力,模压温度,预热时间; 影响热变形温度的各因素的主次顺序为: 预热时间,模压时间,模压温度,模压压力; 影响电气强度的各因素的主次顺序为: 预热时间,模压温度,模压压力,模压时间。
从表3结果看出,各因素对各性能的影响程度有所差异, 从表3看出,在所考察的四项因素中,因素A对3项性能指标具有最主要的影响,对2项性能指标具有主要的影响; 因素D对3项性能指标具有最主要的影响,对1项性能指标具有主要的影响; 因素C对2项性能指标具有主要的影响,对3项性能指标具有次要的影响; 因素B对1项性能指标具有主要的影响,对3项性能指标具有次要的影响; 此外,对热变形温度和电气强度来说,因素B的影响虽然较因素C靠前,R值却相差无几,可认为因素B和因素C对热变形温度和电气强度的影响程度基本相当,因此总体来说可认为因素C的影响较因素B靠前。综上所述,以所列的性能指标作为综合性能考虑,其因素主次顺序为: 模压时间,预热时间,模压压力,模压温度。
根据表3中k值的大小作图,如图1。
由图1看出,各因素对各性能的影响趋势不同,各性能所对应的各因素的最佳水平也不一样,影响较为复杂。例如模压时间对无缺口冲击强度的影响是先升后降,最佳水平是A2; 对拉伸强度、弯曲强度、热变形温度和电气强度的影响是: 模压时间越长,性能越好,最佳水平是A3; 对缺口冲击强度的影响是先降后升,最佳水平是A3。对所测性能来说,模压时间最短的A1各项性能也最差,这可能是因为适当提高模压时间,模塑料固化程度增加,性能提高。
模压温度对拉伸强度和缺口冲击强度的影响是先升后降, 最佳水平是B2; 对弯曲强度和热变形温度的影响是先降后升, 最佳水平是B3; 对电气强度的影响也是先降后升,但变化不显著,最佳水平是B1; 模压温度越高,无缺口冲击强度越大,对无缺口冲击强度的最佳水平是B3,但总体来说,适当提高模压温度,各项性能有所提高,这可能是因为提高模压温度可以促进模塑料的固化。
模压压力对拉伸强度、弯曲强度、缺口冲击强度、无缺口冲击强度和热变形温度的影响是先升后降,最佳水平是C2; 对电气强度的影响是逐步下降,但下降不显著,最佳水平是C1。 这可能是因为模压压力升高,制品更加密实,但过大的压力不利于气体的排出。
预热时间对拉伸强度、弯曲强度、缺口冲击强度、无缺口冲击强度和热变形温度的影响是: 预热时间越长,性能越好, 最佳水平为D3; 而预热时间对电气强度的影响是先升后降,最佳水平为A2,但总体来说预热有利于各项性能的提高,与文献结论一致［6］,这是因为模压之前的预热可使模塑料中低分子挥发物含量减少,在压制过程中不易在制品中形成气泡、空洞, 同时能加快塑料成型时的固化速度,增进固化的均匀性,减小树脂堆积,各项性能有所提高。
根据表3,将各性能的优选方案列于表4,以更好的获知综合性能的优选方案。
对因素A( 模压时间) 来说,有5项性能的优选方案是A3, 有1项性能的优选方案是A2,综合考虑,因素A的优选方案为A3。因素B( 模压温度) 对弯曲强度、无缺口冲击强度和热变形温度的优选方案都为B3,对拉伸强度和缺口冲击强度都是取B2好,但方案B2和B3对应的拉伸强度和缺口冲击强度大小差别不大,对电气强度取B1好,但B3与B1所对应的电气强度差别不大,综合考虑,选取B3; 因素C( 模压压力) 对5项性能的优选方案均为C2,电气强度的优选方案为C1,但C1和C2对应的电气强度差别不大; 对因素D( 预热时间) 来说,除了电气强度的优选方案为D2外,其他性能的优选方案均为D3。综合上述分析,平衡各性能的优选方案,对所测性能的综合优选方案为A3B3C2D3,即模压时间为4 min,模压温度为170 ℃ ,模压压力为15 MPa,预热时间为10 min。
从表5及以上分析得出的综合性能优选方案为A3B3C2D3, 但在实际情况中,应根据具体情况选择合适的加工工艺,例如: 有些制品要求具有较高的强度,有些制品需要较好的韧性,有些制品需要有较好的耐热性,而对其他性能要求不高, 在性能达标的情况下,应选取所需性能高的加工工艺; 另外, 在所有性能均满足要求的情况下,应选取效率高,成本低的加工工艺。
3结论
( 1) 各因素对各性能的影响程度有所差异,以所测试的6项性能指标作为综合性能考虑,其因素主次顺序为: 模压时间,预热时间,模压压力,模压温度。