材料、模具、注塑機和工藝方面解決注塑成型缺陷 |
| 發(fā)布時間：2016-11-30 15:50:03點擊率： |
注射成型加工過程是一個涉及材料、模具、注射機、成型工藝等多方面因素的復雜加工流程。注射成型制品缺陷的出現(xiàn)在所難免，于是，尋求缺陷產生的內在機理以及預測制品可能產生缺陷的位置和種類，并用于指導模具設計和制訂更為合理的工藝操作條件就顯得尤為重要。
1.注塑成型技術 注塑成型是一種注射兼模塑的成型方法，又稱注射成型。通用注塑方法是將聚合物組分的粒料或粉料放入注塑機的料筒內，經過加熱、壓縮、剪切、混合和輸送作用，使物料進行均化和熔融，這一過程又稱塑化。 注射成型加工過程是一個涉及材料、模具、注射機、成型工藝等多方面因素的復雜加工流程。注射成型制品缺陷的出現(xiàn)在所難免，于是，尋求缺陷產生的內在機理以及預測制品可能產生缺陷的位置和種類，并用于指導模具設計和制訂更為合理的工藝操作條件就顯得尤為重要。 一般來說，對于塑料制品性能優(yōu)劣的評價主要有三個方面： 第一是外觀質量，包括完整性、顏色、光澤等； 第二是尺寸和相對位置間的準確性，即尺寸精度和位置精度； 第三是與用途相應的機械性能、化學性能、電學性能等，即功能性。因而，如果由于上述三個方面中的任何一個環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，就會導致制品缺陷的產生和擴展。 3.1.欠注 又稱短射、充填不足，是指料流末端出現(xiàn)部分不完整現(xiàn)象或一模多腔中一部分填充不滿，特別是薄壁區(qū)或流動路徑的末端區(qū)域。 形成原因： 材料： 1.材料流動性不好； 2.潤滑劑過多或材料中有異物。 模具： 1.流道過小、過薄或過長； 2.制品結構復雜，轉折多，局部斷面很��； 3.澆口位置或形式不當，數(shù)量不足； 4.模具型腔排氣不良； 5.制品為一模多腔，充填不平衡。 注塑機： 1.注射機選型不當，塑化容量不足； 2.進料處遭異物阻塞； 3.噴嘴與主流道入口配合不良。 工藝： 1.注射量不足； 2.熔體溫度、模具溫度過低； 3.注射速度過慢，注射壓力過低。 解決措施： 1.檢查注射機工作是否正常，噴嘴處是否露料，堵塞； 2.提高模具溫度 、熔體溫度，溫度過低會使熔體前鋒在型腔尚未充滿前，即已冷凝無法流動造成短射； 3.提高注射壓力、注射速度 。注射壓力和注射速度是相互關聯(lián)的，調整時采取同時增大這兩個參數(shù)并不合適，因為進行調整時并不確定造成短射的原因究竟是注射壓力不足還是注射速度不足。正確的方法應當是先選擇其中的一個參數(shù)進行調整，然后看其產生的效果，再決定下一步的操作； 4.提高背壓，背壓的升高可以增加相對運動的熔體分子間的阻力和剪切熱，有利于更好的塑化物料； 5.改善模具的排氣，保證計量過程中螺桿有適當?shù)乃俣�，而且以適宜的背壓最大限度地抑制已達到可塑化物料之間的間隙與氣體的流入，保證注射過程中物料填充到模具內時所產生的氣體順利的排到模具外面。 飛邊指在模具不連續(xù)處（通常是分型面、排氣孔、排氣頂針、滑動機構等）過量充填造成的塑料外溢料，又稱溢料、溢邊、披鋒等。 飛邊發(fā)生的情況有兩種，一種是制品未充滿發(fā)生飛邊，一種是制品充滿后發(fā)生飛邊。 形成原因： 材料： 塑料粘度過高或過低都可能出現(xiàn)飛邊，吸水性強的塑料或對水敏感的塑料在高溫下會大幅度的降低流動粘度，增加飛邊的可能性。贏順塑膠，塑膠原料一級代理商，電話:18818688291.塑料粘度過高，則流動阻力增大，產生大的背壓使型腔壓力提高，造成鎖模力不足而產生飛邊。 模具： 1.模具分型面精度差，活動模板（如中板）變形翹曲； 2.分型面上沾有異物或模板周邊有凸出的毛刺； 3.模具設計不合理，模具型腔的開設位置過偏，會令注射時模具單邊發(fā)生張力，引起飛邊； 4.模具剛度不足。 注塑機： 1.注塑機鎖模力不足； 2.合模裝置調節(jié)不佳，肘桿機構沒有伸直，導致合模不均衡； 3.模具平行度不佳，或裝得不平行，或模板不平行，或拉桿受力分布不均、變形不均。 工藝： 1.注射壓力過高或注射速度過快； 2.注射量過大； 3.熔體或模具溫度過高； 4.鎖模力設定過低； 5.保壓壓力過高，速度壓力切換過遲。 解決措施： 1.降低注射量； 2.降低熔體溫度、模具溫度； 3.降低注射壓力； 4.降低注射速度； 5.提高鎖模力； 6.改善模具的排氣； 7.降低保壓壓力和保壓時間，避免過保壓。 制品發(fā)生飛邊缺陷時，檢查注射機合模機構是否工作可靠，制品未充滿即發(fā)生飛邊可考慮增大鎖模力，制品完全充滿發(fā)生大面積飛邊可考慮減小注射量，降低注射壓力和注射速度，制品完全充滿發(fā)生小飛邊可考慮減小保壓壓力和保壓時間 實際注塑成型常用一模多腔生產塑料制品，以提高生產效率。一模多腔常會發(fā)生充填不平衡現(xiàn)象，以下分別介紹多型腔充填不平衡和單型腔多澆口充填不平衡。 多型腔充填不平衡 根據(jù)多型腔模具的幾何布局, 其澆注系統(tǒng)分為平衡布置和非平衡布置兩類。非平衡布置澆注系統(tǒng)需人工平衡, 即在成形工藝參數(shù)一定的情況下, 通過調整流道和澆口尺寸使熔體同時充滿各型腔, 達到充填平衡。 對于平衡布置的澆注系統(tǒng), 熔體到各型腔的流動距離相等, 即各型腔是幾何對稱的, 如果忽略制造誤差, 則充填過程應是自然平衡的, 即不論成形條件如何變化, 各型腔均應同時充滿。但實際情況并不是這樣, 而經常是內部靠近主流道的型腔先充滿。 根據(jù)多型腔模具的幾何布局, 其澆注系統(tǒng)分為平衡布置和非平衡布置兩類。非平衡布置澆注系統(tǒng)需人工平衡, 即在成形工藝參數(shù)一定的情況下, 通過調整流道和澆口尺寸使熔體同時充滿各型腔, 達到充填平衡。 對于平衡布置的澆注系統(tǒng), 熔體到各型腔的流動距離相等, 即各型腔是幾何對稱的, 如果忽略制造誤差, 則充填過程應是自然平衡的, 即不論成形條件如何變化, 各型腔均應同時充滿。但實際情況并不是這樣, 而經常是內部靠近主流道的型腔先充滿。 注射成型中，熔體在流道中的流動為層流，每層具有不同的剪切速率、溫度和粘度，流道壁面附近剪切速率最大，流道中心處剪切速率為零。在H形流道系統(tǒng)中，主流道中心和外層的熔體分別進入上下型腔。 當注射速率較高時，主流道中外層熔體產生的剪切熱大于熔體向流道壁的傳熱即熱量損失，因而外層熔體溫度高于中心處熔體的溫度。這部分熔體進入下面型腔，由于溫度較高，粘度較低，阻力較小，流速較快，因而較多的熔體下面型腔。 當注射速率較低時，主流道中外層熔體溫度低于中心處熔體的溫度，因而較多的熔體進入上面型腔注射速度是導致充填不平衡的主要工藝因素，不同的制品和澆注系統(tǒng)，注射速度的相對高低也有不同的范圍。 當注射速率適當時，型腔充填可以實現(xiàn)平衡，或者在同一注射周期中采取從低速注射切換到高速注射的方式來改善流動平衡的影響，但往往導致充填時間過長，降低生產效率。采用CAE軟件如Moldflow、Modex3D對一模多腔注射成型過程進行模擬，可以幫助用戶找到合適的注射速度。 實際生產中為了縮短注射周期、提高生產效率往往采用較高的注射速度填充制品，解決自然平衡多型腔注射模充填不平衡問題的根本在于改善或消除分流道中熔體溫度分布在流動平面的不對稱性。 美國BTI公司研發(fā)的可以MeltFlipper多模穴流道平衡專利技術，即是通過在每一級分流道入口處改變熔體流動方向，使其以垂直于流動平面的方向進入下一級流道，從而使熔體溫度的不對稱性產生在垂直于流動平面的方向，消除流動平面的溫度的不對稱性，達到平衡充填的目的。 型腔內充填不平衡 當制品采用多個澆口時，由于澆口的布置形式也會在型腔內產生充填不平衡現(xiàn)象。 縮痕為制品表面的局部塌陷，又稱凹痕、縮坑、沉降斑，縮孔即制品內部的空洞。 形成原因： 材料： 收縮率過大。 模具： 1.制品設計不合理，制品壁厚過大或不均勻； 2.澆口位置不合理； 3.澆口過��； 4.模具冷卻不均勻。 注塑機： 1.止逆環(huán)、螺桿或柱塞磨損嚴重，注射壓力無法傳至型腔導致供料不足； 2.注射及保壓時熔料發(fā)生漏流，降低了充模壓力和料量，造成供料不足。 工藝： 1.熔體溫度過高，則壁厚處、加強筋處或突起處背面容易出現(xiàn)縮痕，因為容易冷卻的地方先固化，物料會朝難以冷卻的部分流動；因此盡量將縮痕控制在不影響制品品質的位置。如果通過降低熔體溫度來減小制品的縮痕，但勢必會帶來注射壓力的增加； 2.注射時間過短或保壓時間過短，澆口未固化時，保壓就結束了； 3.注射壓力或保壓壓力過低； 4.注射速度過快； 5.塑料注射量不足且沒有進行足夠的補縮。 解決措施： 1.改換收縮率較小的原料； 2.提高注塑壓力、保壓壓力； 3.提高注射速度可以較方便地使制品充滿并消除大部分的收縮； 4.降低熔體溫度和模具溫度。同一型腔壓力下，通常溫度越高收縮越大。 保壓與注塑壓力越大收縮越小。同一型腔壓力下，填充、保壓時間越增加，收縮越小。 薄壁制品應提高模具溫度，保證料流順暢；厚壁制品應減低模溫以加速表皮的固化定型； 5.調整注射量和速度壓力切換位置； 6.增大注射和保壓時間，延長制品在模內冷卻停留時間，保持均勻的生產周期，增加背壓，螺桿前段保留一定的緩沖墊等均有利于減少收縮現(xiàn)象； 7.調整優(yōu)化保壓壓力曲線。 由于縮痕一般發(fā)生在保壓階段，因此減小和消除縮痕最有效的辦法是正確控制保壓壓力和保壓時間，制品壁厚不均，厚壁與薄壁熔體流動阻力不同，保壓過程中可能導致厚壁過保壓，薄壁補縮不夠，所以制品壁厚應該盡量均勻。 又稱熔接線、熔接縫，熔接痕不僅使塑件的外觀質量受到影響，而且使塑件的力學性能如沖擊強度、拉伸強度、斷裂伸長率等受到不同程度的影響。 形成原因： 材料： 物料流動性不好，熔體前鋒愈流愈慢，愈流愈冷，當熔接線形成時，熔體前鋒的溫度已經下降得很低了，造成結合不良，此時會產生明顯的熔接痕。 模具： 1.澆口尺寸或位置不合理； 2.排氣不良或沒有排氣孔； 3.制品壁厚過小或差異過大； 4.嵌件位置不當； 5.制品設計不合理，波前匯合角過小。 工藝： 1.料筒、噴嘴溫度設定過低； 2.背壓設定不足； 3.注射壓力或注射速度過低； 4.鎖模力過大造成排氣不良； 5.模具溫度過低或熔體匯合處模溫過低。 解決措施： 材料方面： 1.應在滿足注射件力學性能要求的前提下,首先選用無定形韌性聚合物或半結晶性聚合物,避免選用無定形脆性聚合物,盡量選用表觀粘度低、松弛時間短、分子量小的材料,或在材料中加入潤滑劑以增加熔體的流動性； 2.選用半結晶性聚合物時,應選用含有成核劑的塑料品級,因為含有成核劑的半結晶性聚合物結晶晶粒比不含成核劑的聚合物細致,有利于提高熔接痕的強度； 3.必須選用填料或增強材料時,應盡量選用比表面積和長徑比較小的填料或增強劑； 4.對于表面無法避免的V形槽,打磨表面可以提高拉伸強度和沖擊強度。 工藝方面： 1.在分解溫度以下合理提高熔體溫度與模具溫度，但提高熔體溫度與模具溫度會延長成型周期； 2.適當提高注塑壓力和保壓壓力； 3.適當增加注射速度或縮短注射時間； 4.對于有些制品，可在成型后進行適當?shù)臒崽幚恚韵尚瓦^程中的殘余應力，也有利于改善熔接痕的外觀質量與強度。 模具方面： 1.合理設置澆口位置。避免流程過長導致的前鋒料流溫降過多，另外，要避免小澆口正對著一個大型腔，防止熔體在較高的剪切速率下產生噴射流動或蠕動，防止熔料充射到型腔對面產生向回折疊堆積，冷卻后形成無規(guī)則的波紋狀熔接痕； 2.適當增加澆口數(shù)量。對尺寸較大的制品，適當增加澆口數(shù)比少澆口的熔體充模流程與時間大大縮短， 流動中的熔體溫度與壓力損失減少， 從而有利于料流前鋒面熔體的相互熔合，提高熔接質量，減輕熔接痕的外觀明顯程度，不使用過小的澆口尺寸。增大流道或澆口截面積，可提高熔體充模時的體積流率， 縮短充模時間，減少熔體溫度與壓力損失，有利于料流匯合處的熔體分子相互擴散與纏結，減小熔接痕； 3.適當部位增設排氣槽。避免因模具排氣不良，模腔壓力過大，料流不暢，導致分支料流動過程中物理特性改變。另外在熔接痕出現(xiàn)的部位增設冷料穴也是消除熔接痕的有效方法； 4.合理的冷卻水系統(tǒng)。模溫越低越不易于熔體的充分熔合。模具設計時，若冷卻水道距熔體匯合處太近，則接縫處的熔體因溫度降低，黏度升高而無法充分熔合，必產生明顯的熔接痕。冷卻設計不當，還會造成模具溫度分布相差過大，致使熔體充模時型腔不同部位因溫差導致填充速度不同，從而引起熔接痕； 5.適當降低模具型腔、型芯的表面粗糙度。型腔、型芯的表面粗糙度也影響熔體充模流動速度。表面粗糙度值過大，流速減慢，模壁冷凝層加厚，料流截面減小，流動阻力進一步增大，溫降擴大，分支料流的熔接強度受損。另外模具制作時，若型腔表面粗糙度不一致， 則會因熔體充模速度不同而導致熔接痕的生成； 6.在熔接痕部位布置加熱系統(tǒng)，在熔接痕部位布置加熱系統(tǒng)可以提高熔體流動前鋒的溫度，提高熔體熔合強度，改善熔接痕部位的性能； 7.采用變模溫技術消除熔接痕，注塑成型的充填階段采用高模溫，可以確保產品的質量，后充填階段采用低模溫，可以縮短周期時間，這樣高低模溫交替以兼顧產品質量與生產效率的技術就叫作變模溫技術。 模具內部的控溫方式有電加熱，高溫介質（如油和水）加熱，蒸汽加熱，脈沖式冷卻，模具外部的控溫方式有火焰加熱，紅外線加熱，電磁加熱，如近年發(fā)展的表面高光注塑成型技術即是利用高溫介質實現(xiàn)模具控溫,其實現(xiàn)過程是:注塑機合模之前, 將高壓熱水通入定模模芯, 合模后首先把定模模腔表面溫度提高到一個較高的設定值, 通常要達到塑料的熱變形溫度。 然后, 注塑機開始向模腔中注射熔料, 在注塑機完成保壓轉入冷卻后, 定模模芯通入高壓冷水, 待模具溫度快速下降到一個設定值后開模,完成整個注射過程； 8.熱流道多澆口順序控制消除熔接痕，如果注塑件采用熱流道系統(tǒng)可采用多澆口順序控制系統(tǒng)消除熔接痕。 流痕一般分為波流痕和噴射流痕，流痕又稱流紋，波紋，震紋，是注塑制品上呈波浪狀的表面缺陷。 當速度壓力切換過早，保壓參數(shù)不合理時，熔體在速度壓力切換之后發(fā)生滯流，流動緩慢，料流前鋒溫度下降過多，產生流痕。 波流痕的產生是由于熔體充模時溫度高的熔體遇到溫度低的模具型腔壁而形成很硬的殼,殼層受到熔體流動力的作用,時而脫離型腔表面而造成冷卻不一致所致。 形成原因： 材料： 1.物料的流動性不良；
2.成型潤滑劑選擇不當。 模具： 1.流道或澆口過小，注射速度快時，剪切速率和剪切應力大，熔體流動不穩(wěn)，注射速度慢時，熔體前沿推進緩慢，固化層延伸到前沿，阻止前沿的噴泉流將塑料連續(xù)性的卷到模壁上，形成垂直流動方向的縮痕，制品表面形成波紋； 2.冷料井過小，使得溫度過低的物料進入型腔； 3.排氣不良； 4.型腔內阻力過大。 工藝： 1.物料在料筒中滯留時間過短，熔體溫度低，無法將熔體壓實，將型腔填滿； 2.注射壓力、保壓壓力不足； 3.料筒、噴嘴溫度過低，使得物料難以流動； 4.注射速度過低，使得熔體在充填過程中溫度下降過大。 解決措施： 1.調整優(yōu)化冷料井，防止低溫物料進入型腔； 2.調整優(yōu)化注射壓力和保壓壓力，延長保壓時間，使得冷凝層能夠壓緊在模具型腔壁面直到制品定型； 3.提高熔體溫度、模具溫度，適當延長物料在料管中的停留時間，以改善物料在充填過程中的流動性； 4.必要時增大注射速度； 5.澆口處失去光澤的部分，可以采用多段注射，減慢熔體流過澆口部分時的速度。 3.7.噴射痕 噴射痕又稱噴流紋，是從澆口沿著流動方向，彎曲如蛇行一樣的痕跡。當熔融物料高速流過噴嘴、流道或澆口等狹窄的區(qū)域后，突然進入開放的、相對較寬的區(qū)域。熔體沿著流動方向彎曲如蛇一樣前進，與模具表面接觸后迅速冷卻。 如果這部分材料不能與后續(xù)進入型腔的樹脂很好的融合，就在制品上造成了明顯的噴流紋形成原因： 制品結構：
制品壁厚相差過大，熔體由薄處快速的流向厚處，會使流動不穩(wěn)，可能產生噴射。 模具： 1.澆口位置與類型設計不合理，尺寸過小； 2.流道尺寸過�。� 3.澆口至型腔，斷面積突然增大，流動不穩(wěn)，容易產生噴射。 工藝： 1.注射速度過大； 2.注射壓力過大； 3.熔體溫度、模具溫度過低。 解決措施： 1.降低注射速度、注射壓力； 2.調整優(yōu)化螺桿速度曲線，使熔體前鋒以低速通過澆口，等到熔體流過澆口以后再提高注射速度，可以一定程度上消除噴射現(xiàn)象； 3.提高熔體溫度、模具溫度，適當延長物料在機筒中的停留時間，以改善物料在充填過程中的流動性。 4.設計合理的澆口位置避免噴射，澆口的位置要合理，盡量避免使其進入深、長、寬廣區(qū)域，避免發(fā)生噴射； 5.采用恰當?shù)臐部陬愋捅苊鈬娚�，如扇形澆口、膜狀澆口、護耳澆口、搭接澆口等。 3.8.澆口暈 澆口暈也稱太陽斑，指澆口附近產生的圓圈狀色變。 產生原因： 1.模溫太低； 2.澆口太小或進膠處型腔太薄。澆口斷面積小或者制品壁厚過薄時，熔體剪切速率大，剪切應力增大，以致熔體分子破裂，產生澆口暈現(xiàn)象。 解決措施： 1.提高熔體溫度和模具溫度，特別是澆口附近； 2.調整澆口位置和尺寸，增大澆口尺寸，將澆口布置在制品厚壁處。 焦痕也稱燒焦，燒傷，表現(xiàn)形式有黑斑、黑條，是制品表面的暗色、黑色小點或條紋。 形成原因： 材料： 1.顆粒不均，且含有粉末； 2.原料中揮發(fā)物含量高； 3.揮發(fā)性潤滑劑、脫模劑用量過多； 4.雜質過多，再生料過多或受污染； 5.原料中混入黑色顏料。 模具： 1.模具表面受到污染（油、油脂等異物）； 2.澆口過小或澆口位置不當； 3.排氣不良，流道系統(tǒng)中有死角； 4.型腔局部阻力大，使料流匯合較慢造成排氣困難。 注塑機： 1.料筒未清洗干凈； 2.由于加熱控制系統(tǒng)失控，導致料筒過熱造 成分解變黑； 3.由于螺桿或料筒的缺陷使熔料卡入而囤積，經受長時間固定加熱造成分解； 4.某些塑料如ABS在料筒內受到高熱而交聯(lián)焦化，在幾乎維持原來顆粒形狀情形下，難以熔融，被螺桿壓破碎后夾帶進入制件； 5.料簡內的噴嘴和螺桿的螺紋、止逆閥等部位造成樹脂的滯流，分解變色后帶入制品。 工藝： 1.料筒、噴嘴溫度過高； 2.注射壓力或預塑背壓過高； 3.注射速度過快或注射周期過長； 4.螺桿轉速過快，產生過熱； 5.料筒中熔融樹脂停留時間過長，造成過熱使原料分解。 解決措施: 1.保證注塑成型車間、注射機、模具的清潔； 2.注射熱敏性塑料后，要將料筒清洗干凈； 3.降低熔體溫度并縮短物料在料筒中的停留時間，防止物料在料筒內因過熱分解變黑； 4.改善注射機與模具的排氣，保證計量過程中螺桿有適當?shù)乃俣�，而且以適宜的背壓最大限度地抑制已達到可塑化物料之間的間隙與氣體的流入，保證注塑過程中物料填充到模具內時所產生的氣體順利的排到模具外面； 5.降低注射壓力和螺桿預塑背壓； 6.降低注射速度并縮短注射周期； 7.調整到適當?shù)穆輻U轉速。 |
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