注塑缺陷及解决方案.doc
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1、注塑缺陷及解决方案一、包风包风(airtraps)是指熔胶波前将模穴内的空气包覆,它发生在熔胶波前从不同方向的汇流,或是空气无法从排气孔或镶埋件之缝隙逃逸的情况。包风通常发生在最后充填的区域,假如这些区域的排气孔太小或者没有排气孔,就会造成包风,使塑件内部产生空洞或气泡、塑件短射或是表面瑕疪。另外,塑件肉厚差异大时,熔胶倾向于往厚区流动而造成竞流效应(race-trackingeffect),这也是造成包风的主要原因,要消除包风可以降低射出速度,以改变充填模式;或者改变排气孔位置、加大排气孔尺寸。由于竞流效应所造的包风可以藉由改变塑件肉厚此例或改变排气孔位置加以改善排气问题。包风的改善方法说明
2、如下:(1)变更塑件设计:缩减肉厚比例,可以减低熔胶的竞流效应。(2)应变更模具设计:将排气孔设置在适当的位置就可以改善排气。排气孔通常设在最后充饱的区域,例如模具与模具交接处、分模面、镶埋件与模壁之间、顶针及模具滑块的位置。重新设计浇口和熔胶传送系统可以改变充填模式,使最后充填区域落在适当的排气孔位置。此外,应确定有足够大的排气孔,足以让充填时的空气逃逸;但是也要小心排气孔不能太大而造成毛边。建议的排气孔尺寸,结晶性塑料为0.025厘米(0.001英吋),不定形塑料为0.038厘米(0.0015英吋)。浇口位置不当,浇口位置不当时,塑流有可能包抄空气或气体,形成积风。更改浇口位置,可以改变充
3、填模式,包风有可能避免。(3)调整成形条件:高射出速度会导致喷射流,造成包风。使用较低的射出速度可以让空气有充足的时间逃逸。二、短射(充填不足)短射(shortshot)是熔胶无法充满整个模穴的现象,特别是薄肉区或流动路径的末端区域。任何会增加熔胶流动阻力,或是妨碍足量塑料流入模穴的因素,都可能造成短射,包括:(1)成品与模具因素:肉厚过薄或者流动长度过长(L/t比太高)塑件肉厚过薄常是造成短射的主因,因为薄壁区域流动阻力大,塑料流动容易发生迟滞现象,模具冷却效应明确,因此容易发生短射问题。一般可用塑件的L/T的比为其成型性(Moldability)的度量:L/t比0-100:容易成型的厚壁件
4、(Heavy-WalledPart),肉厚2mm。成型周期20s以上;L/t比100-200:大部分塑件,容易成型;L/t比200-300:不易成型的薄壁件(Thin-WalledPart),肉厚1mm,成型周期在10s以下;L/t比在300以上:相当不易成型的超薄件,需要特殊设备。流道太长或者浇口尺寸太小,过度磨损压力流道系统设计不良使流动长度过长,流道或浇口尺寸太小造成过度射压损耗,都有可能造成短射。可以利用CAE分析找出流道设计参数对短射的影响,从而提出相应对策:重新设计流道,缩短注道口到模穴流程(FlowPath)距离;加大主、分流道尺寸以及浇口尺寸,避免射压损耗过距(一般流道损耗压力
5、降应控制在20%以下);改变流道截面积,尽量采用圆形、梯形等效率(Efficiency)较高的流道形状,避免采用半圆形流道。浇口数目不足或者位置不当对于大件或者流动长度较长的塑件往往要采用多点进浇(MultipleGating),以避免单一浇口流程过长造成短射;浇口数目药适当选择,避免单一浇口塑料流程过长造成短射;将进浇点放在容易排料、不易封口的位置,通常是塑件肉厚较厚处;应注意流动平衡,令各浇口贡献的流动区域相当。浇口堵塞有时会因为流道或者浇口被塑料冷渣堵塞而造成短射。其处理方法为:射嘴加过滤网或者过滤器,避免未熔融塑料进入模穴;多次射出后检查浇口通路是否顺畅;注意浇口尺寸设计是否过小造成提
6、早固化封口;采用热浇道(HotRunner)冷料井设计不良冷料井(ColdSlugWell)未能发生作用,容纳起始塑料波前所带来的冷料,因而是冷料直接进入模穴中妨碍流动。其处理方法为:增加冷料井、流道延伸部(RunnerExtension);加大冷料井尺寸;使用内热式注嘴及注道(InternallyHeatedNozzleandSprue)模具排气不良造成流动阻力塑料充填排气不良造成在波前位置产生包风空气背压(BackPressureofEntrappedAir)而使流动阻力增加,不仅造成充填困难、短射,同时容易产生烧焦裂化的现象。避免排气不良的处理方法:在模穴转角处及深凹处,需合理安排顶出销
7、(EjectorPin)、镶块,以利用缝隙充分排气;增设顶出销以利用间隙排气;在分模面上加工排气槽;在较深的凹穴部分将整体模具改成镶块;排气孔应设于成型塑料最后充填位置,避免包风(AirTrap)而造成短射,排气间隙以不发生毛边溢料为原则,与塑料种类有关;模穴内抽真空;降低射速,让空气来得及逃逸;降低锁模力,提供逃气间隙;降低模温,避免模具膨胀使逃气间隙变小。(2)机台及成型条件因素射出量不足射出量不足需要检查给料漏斗是否正常、进料遭异物阻塞、止回阀磨耗外,通常是源于对射出机的塑化能力(PlasticzationCapacity)不足,无法达到实际需求射出量(ShotCapacity)。主因是
8、对射出机设备能力估算过高。处理方法为:更换射出量较大(吨数较高)的机台;增加螺杆前进时间;射嘴阻力过大锁模力不足,造成毛边-短射锁模力不足时,射出过程中射压会造成动模面稍微后退而产生毛边,使壁厚增加造成缺料而引发短射。处理方法为:加大锁模力,可以用CAE分析预测所需要锁模力大小;检查模具公差以及平整度。射压过低,压力无法克服模内压射压设定过低,在充填过程中无法克服模穴流动阻力所产生的模穴背压(CavityPressure)而造成无法饱模的现象。另一方面,射压过低,也会使塑料无法渗透到模具角落或者深肋处,造成与模具贴合性欠佳,产品尺寸因而无法顺利完成。在充填过程中,可将射压设定较高,以保证塑料依
9、设定行程(流量)填模,避免短射现象。尝试增加射出压力,但是不得超出射出机的规格,以免损害机器的油压系统,一般都限制操作压力为最大射出压力的70-85%。亦不得因为太高的射出压力而造成毛边。射速过慢,冷却快而黏度高造成流动阻力变大射速过慢或充填时间过长,造成冷却效果明显,料温下降而使塑料黏度升高,流动性变差;同时剪切率低而使塑料黏度过高,均有可能造成短射问题。通常将射出时间缩短或提高射速是克服端射最有效而经济的方法。料筒温度/模温过低,使得黏度较高造成料温过低,黏度太高而难以流动,在进入模穴时容易因冷却而发生固化短射的现象。提高料温对于黏度/温度敏感性的塑料效果相当有效。应注意塑料种类与成型温度
10、范围以确保流动性良好,避免短射发生。提高模温设定、对冷却液节流(Throttle)或改变冷却水循环路径也有部分效果。但过高料温设定应注意裂解以及成型周期增长的负面因素。一般料筒温度设定应该高于塑料的不流动温度5-25,视塑料种类而定。塑料的不流动温度(No-FlowTemperature)定义做塑料在固定荷载(通常为50MPa)及阻力下,不会继续流动的最高温度,也就是滞留温度,是流动温度的截止点。三、毛边毛边(flash)指在模具的不连续处(通常是分模面、排气孔、排气顶针、滑动机构等)过量充填造成塑料外溢的瑕疵。造成毛边的原因包括:(1)锁模力太低:射出机锁模力太低,不足以维持成形制程的模板紧
11、闭,会发生毛边;(2)模具有缝隙:假如模具结构变形、分模面不够密合、机器规格不当、成形条件不当、分模面卡料等因素都可能造成分模面接触不完全,造成毛边;(3)成形条件:熔胶温度太高或射出压力太高等造成熔胶流动性过高的不当成形条件都会造成毛边;(4)不当的排气:设计不当和不良的排气系统、或是太深的排气系统都会造成毛边;(5)塑料计量过多:塑料计量过多,过量的熔胶被挤入模穴,模板有可能被模穴内的高压撑开,熔胶溢出,产生毛边。(6)滞留时间太长或太短:塑料在料管或/和热浇道中滞留时间太长,会使得塑胶变稀,熔胶容易渗入模穴各处的间隙,产生毛边。停留时间太短,熔胶温度太低,熔胶太稠,须高压才能填模,模板有
12、可能撑开,熔胶溢出,产生毛边。改善塑件发生毛边方法说明如下:(1)调整模具设定:检查模具的对准和模板的翘曲变形。确定模具有适当的排气孔。模具的公、母模不能对齐或密合性不佳都会造成毛边,必须正确密闭地安装设定模具。铣削模面,使得模穴周围能够维持足够的密合压力。假如成形时造成模板变形,应增加支撑柱块或加厚模板,以防止模板变形。清理模面,分模面有未清理干净的塑料会造成模具无法密合,产生毛边。检查适当的排气孔尺寸。()调整机器设定:检查射出机的锁模力规格与设定。当机器有足够的锁模力容量,就应调高锁模力。当机器的锁模力不足时,就应提高射出机规格。()调整成形条件:假如熔胶温度太高,可能因为太低的黏滞性而
13、在模板之间溢料,可以观察喷嘴的滴料(droop)情况来判断。减低充填行程的长度,可以降低射出量。加长射出时间或者降低射出速度。应该降低充填速度,特别是降低接近充填完成时的充填速度,可能改善毛边。降低射出压力和降低保压压力,可以减低需求之锁模力。降低料筒温度和喷嘴温度,因为太高的熔胶温度会降低塑料的黏度,造成较稀薄的熔胶层,可能发生毛边。也应注意:避免使用太低的熔胶温度,以至于需要更高的射出压力而产生毛边。四、凹陷与气孔凹陷(sinkmarks)是指塑料的射出量低于模穴容积,造成塑件表面局部下陷,一般发生在塑件的厚肉区,或者是肋、凸毂、内圆角之相接平面上。气孔(voids)是成品内部的真空气泡。
14、发生凹陷和气孔是因为塑件冷却时,在厚肉区局部收缩,而且没有补偿足够的塑料。另外,因为散热不平均等因素,在与肋或外突特征相接平面之另一侧常常发生凹陷。造成凹陷与气孔的制程因素包括:射出压力和保压压力太低、保压时间太短或冷却时间太短、熔胶温度太高或模具温度太高、局部的几何特征。当外侧的材料冷却与凝固之后,塑料内层开始冷却,塑料收缩导致表层塑料向内拉,因而造成凹陷。假如表层的刚性够强,譬如使用工程塑料,则表层凹陷可能被内层的气泡取代。改善塑件凹陷的方法说明如下:(1)变更塑件设计:一般而言,粗厚件易产生凹痕。修改设计的塑件厚度,将厚度变化最小化。添加表面特征以隐藏凹痕,例如在发生凹痕的表面设计一系列
15、的齿状(serrations)。重新设计肋、凸毂、角板厚度为连接基板肉厚的5080%。(2)变更模具设计:将浇口重设置在厚肉区或接近厚肉区,以便在薄肉区凝固之前进行保压。增加更多的排气孔或加大排气孔,方便空气逃逸。流道或浇口太小时,可能造成保压不完全。加大浇口和流道尺寸以延后浇口凝固时间,让更多量的塑料于保压阶段挤入模穴。尝试改善模具的冷却系统。当要射出大面积和薄组件时,可能必须使用大浇口或多浇口系统。(3)调整成形条件:增加射出成形终点的缓冲量。缓冲量应维持约3mm(0.12英吋)。浇口无法在压力降低之前凝固,于是造成收缩凹陷,这情形可能以增长射出时间、增加射出压力或加长冷却时间,以增加保压
16、阶段的进胶量来改善。增长螺杆前进时间及降低射出速率。降低熔胶温度和降低模具温度。顶出时熔胶温度太高,可能造成脱模的凹痕。假如模温太低,组件表面先于内部成形,可能造成内部空洞。此时可以提高模面温度或加长成形周期来改善情况。检查止回阀是否造成漏料。(4)小心准备塑料:含湿气的塑料可能会造成气孔。塑料的收缩率太大也容易产生气孔。五、缩痕缩痕(sinkmark),在注塑成型领域所描述的是由于产品因为厚薄不均匀而导致产品表面有类似下陷的痕迹。因为塑胶在冷却和减压的时候,冷却过程中的体积缩小率要比压力释放的体积增加率大,所以在降温和压力释放的过程中,零件的体积有收缩的趋势。在零件厚度差异比较大的地方,厚的
17、部分体积收缩时受到的应力比较薄的部分要大,如果这个应力差在零件表面固化之前就已经足够大的话,就会在使相应的部位表面产生下陷的现象.注射成型的过程中,是把熔融塑料注入凉的模腔内,又因塑料导热性很差,所以冷却甚是复杂。特别是厚壁部分比薄壁部分冷却较为缓慢,因而厚壁部分易出现缩痕。另外,模具温度稍高部位冷凝缓慢,因而形成模具局部温差,若加上模具本身热传导的差异,那模温偏高、传导较差的部位就会出现缩痕。因而,设计模具时应考虑采用难以出现缩痕的结构。如把筋、突出部分变细,并加圆角;或将筋设计成非实心的;把表面设计成花纹来掩饰此缺陷。因塑料冷却硬化而造成收缩凹陷,主要出现在厚壁位置、筋条、机壳、螺母嵌件的
18、背面等处。1注塑机方面:(1)注塑机射嘴孔不适当,太大造成融料回流而出现收缩,太小时阻力大料量不足出现收缩;(2)熔料不足也助长缩痕,螺杆式注射机设置有止逆环,以防止熔料沿螺杆回流,如果螺杆或柱塞磨损严重,注射及保压时熔料发生漏流,降低了充模压力和料量,造成熔料不足。在这一点上,可以说柱塞式注射机比螺杆式注射机好;2模具方面:(1)整个模具应不带毛刺且具有可靠的合模密封性,能承受高压、高速、低黏度熔料的充模。易出毛刺的模具,因闭合不严而加不上足够的成型压力,也易出现缩痕;(2)流道系统设计不当,产生压缩不足:流道料(由主浇道、浇道和浇口组成)在成型制件壁厚(容积过小)的模具中,因注射压力不能充
19、分作用到模腔内的熔料上,使收缩量增大,从而出现较大的缩痕。特别是浇口过小时,即使保压时间充足,因浇口已经凝固,使压力传递不到模腔内的熔料上。尤其是对固熔点不一致的结晶性塑料,就更易产生这种现象。所以,增大主浇道、浇道、浇口,尤其是增大浇口直径是很有效的。在离浇口较远、流动熔料的末端也容易出现缩痕,这是熔料流到末端的流路阻力引起压力损失所造成的,所以在易出现缩痕的附近开设浇口、或者增加该部位的厚度也是有效的。因此,根据情况增加点浇口数目,或变更浇口位置更为有效,最好对称开设浇口。浇口太小或流道过狭或过浅,流道效率低、阻力大,熔料过早冷却。浇口也不能过大,否则失去了剪切速率,料的黏度高,同样不能使
20、制品饱满。浇口应开设在制品的厚壁部位。流道中开设必要的有足够容量的冷料井可以排除冷料进入型腔使充模持续进行。点浇口、针状浇口的浇口长度一定要控制在1mm以下,否则塑料在浇口凝固快,影响压力传递;必要时可增加点浇口数目或浇口位置以满足实际需要;当流道长而厚时,应在流道边缘设置排气沟槽,减少空气对料流的阻挡作用。多浇口模具要调整各浇口的充模速度。(3)冷却不均匀:成型制件壁厚极不均匀时,厚壁部分比薄壁部分冷却的缓慢,因而厚壁部分产生缩孔。要消除由于壁厚不均匀产生的缩孔,从理论上来说也是困难的,所以设计制件时应使壁厚均匀。也就是说,重点是缩小壁厚的变化。例如设计凸台时,如果对外径尺寸有要求,就应在中
21、心设置消除缩孔的工艺孔;当要求凸台强度时,不应加粗凸台本身,而应采取利用加强筋增加强度的方式。平缓凹下的缩孔要比急剧凹陷下去的缩孔不那么显眼,所以不要求精度的制件,应在外层已凝固,中心部分尚柔软能够顶出的状态下出模,然后在空气中或温水中缓冷,这样可使缩孔不明显,不影响使用模具的关键部位应有效地设置冷却水道,保证模具的冷却对消除或减少收缩起着很好的效果。(4)模具壁厚不均,落差较大,表面固化太慢,壁厚的部位出现缩孔或光泽,是因为表面层没有形成坚固的固化层,当中心部收缩时会将表面向内拉成缩孔,甚至由内向外扩散的热量会将表面层再度熔解而出现光泽。相反的,在壁厚的部位如果表面层足够坚固,则中心部的收缩
22、会形成真空泡。可降低模温,降低料温,降低熔料通过壁厚区时的速度,使固化层较厚(但易出现真空泡);调整壁厚,如筋部减薄,厚薄缓变;使用低收缩率的塑料;添加发泡剂于塑料中。3工艺方面:(1)工艺调整如上所述,当熔料乃至型腔末端的熔料尚未凝固之前,加上足够的保持压力即可防止压缩不足所造成的缩痕。另外增大注射压力,也很重要。而塑料流动性好,如果增加压力,因产生毛刺也会引起缩痕,必要时降低料简温度或改用流动性差的塑料能防止缩痕。增加注射压力,保压压力,延长注射时间。延长制件在模内冷却停留时间,保持均匀的生产周期,增加背压等均有利于减少收缩现象。对于流动性大的塑料,高压会产生飞边引起塌坑应适当降低料温,降
23、低机筒前段和喷嘴温度,使进入型腔的熔料容积减少,容易冷固;对于高黏度塑料,应提高机筒温度,使充模容易。收缩发生在浇口区域时应延长保压时间。提高注射速度可以较方便地使制件充满并消除大部分的收缩。薄壁制件应提高模具温度,保证料流顺畅;厚壁制件应减低模温以加速表皮的固化定型。(2)注射量调整不当螺杆式注射成型机注射终了时,必须在螺杆头部与喷嘴之间留有适当数量的熔融塑料(根据机台的大小在5mm左右),用它来缓冲。若这个缓冲量为零,又把注射量调整到终了时,螺杆同时也顶到底,这样在保压时螺杆就无法前进,因而不能进行保压,塑料收缩就成为缩孔而表现出来。解决的办法是留有一定的缓冲量,使注射结束时螺杆仍能前进数
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