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成型不良产生原因及解决对策

2021-10-05 来源:好走旅游网
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成型不良产生原因及解决对策 张卫民 (天水风动机械有限公司技术中心,甘肃天水741020) 摘要:讨论了影响成型不良的主要因素,列出了成型品在成型过程中不良现象 发生的种类和常见的射出成型不良现象;从注射机、模具、成形工艺、产品设计等方 面提出了相应的解决对策。 关键词:成型不良;塑料;模具 中圈分类号:TQ320.66 文献标识码:B 在塑料产品成型过程中,由于成型材料、 (2)毛边 (FLASH)(BURR) 成型模具、注射机、辅助设备、成型环境等多种 (3)收缩下陷 因素的影响。注塑产品经常会出现各种各样的 (SHRINKAGE)(SINK MARKS) 成型不良。本文讨论成型中不良现象发生的种 (4)流纹(流痕) (FLOW MARKS) 类和射出成型常见不良现象。 (5)银痕(银条) (SILVERSTREAKS) 1射出成型不良现象 (6)接合线(熔合线) (WELD LINES) (7)气泡(真空泡、包风) (1)充填不足(短射)(SHORT SHOOTS) (BUBBLES) 显然,从单位阶跃响应图及脉冲响应图 计方案。提高了设计效率,简化了设计环节。 可看出,系统的上升峰值大大降低,动态稳定 文中提出的性能分析、校正及仿真计算模式 性有了明显的提高。同时动态调节性能损失 适用于各类机床进给传动系统,具有通用性 也不大,爬升能力良好(上升时间小于0.3 和工程实用价值。 8),达到了综合性能指标优化的目的。通过以 上计算快速地完成了对传动方案设计结果的 参考文献: 评估和改进。避免了反复试探过程。 【1】梁达平等.机床进给传动系统动力学模型性能的 MatLab仿真分析【J】.天水师范学院学报,2006(2) 6结论 【2]Katsuhiko Ogata.现代控制工程【M】.北京:电子工 本文从机电控制工程角度出发,分析机 业出版社。2o0O. 床进给传动系统的动力学模型,将机床进给 【3】张景和等.丝杠扭转刚度的探讨【『】.光学精密工 程。2000(8):60—62 传动方案设计的结果置人MatLab环境中进 [4]戴曙.金属切削机床[M】.北京:机械工业出版社, 行快速仿真分析及校正设计,验证并改进设 21)04. 凿岩机械气动工具,2006(1) 35 维普资讯 http://www.cqvip.com

(8)破裂、龟裂(CRAZING,CRACKING) 填的区域)以便排除空气。 (3)流道充填不平衡和滞流 增加并优化浇口和流道尺寸、以保证充填 (9)翘曲、扭曲 (WEAPING,TORSION) 以上不良现象是射出成型品中常见的,当 然还有其它不良现象,在此不一一列举。各种 不良现象总离不开成型机的设定条件,模具设 平衡,易于充填,同时为避免滞流,尽量先充填 厚壁部份。 2_2流痕 计、制作,材料特性这三部份的范围,应在此范 围内详加分析,以作改善对策,不可轻意修改 流痕(Flow Line)的定义:成型品表面的线 模具,否则,一旦不是模具的问题,再将模具修 复原状是相当困难的一件事,有关技术须三 思。 2成形不良产生原因及解决措施 2.1 充填不足 充填不足(SHORT SHOOTS)的定义:熔融 塑料未完全流遍成型空间(模穴)的各个角落。 Z1.1塑料 (1)流动性不佳 流长对壁厚比大的型腔,塑料不易充填。 如果塑料流动性不好,融胶愈走愈慢,愈慢愈 冷,射压和保压不足以使融料完全流遍模腔的 各个角落。 材料厂商根据特定设计,可以提供专业的 建议:在不产生溢料的原则下,选用最易流动 的塑料。 2.12成形工艺 (1)注射压力低、注射量少和保压压力低 提高注射压力、注射量以及保压压力,但 注射量的增加不能超过最大注射量的80%。 (2)料筒温度 提高料筒温度、模具温度 (3)流筒、进料13等堵塞 检查料筒、进料口及阀门是否堵塞或破 损。 2.1.3模具设计 (1)浇口和流道尺寸不合适 使用供应商或设计手册推荐的壁厚、浇口 和流道尺寸、成形温度。 (2)排气道大小和位置不合适 将排气道置于适当的位置(一般是最后充 状痕迹。流痕显示了融胶流动的方向。 2.2.1塑料 (1)流动性不佳 流长对壁厚比(Flow Length to Thickness Ratio)大的型腔,须以易流塑料充填。如果塑料 流动性不够好,融胶愈走愈慢,愈慢愈冷,射压 和保压不能将冷凝的表皮紧压在模面上,留下 融胶在流动方向的缩痕。 材料厂商根据特定设计,可以提供专业的 建议:在不产生溢料的原则下,选用最易流动 的塑料。 (2)采用的成型润滑剂不当 一般地,润滑剂含量在1%以下。当流长对 壁厚比大时,润滑剂含量须适度提高,以确保 冷凝层紧贴在模面上。直到制品定型。 增加润滑剂含量,须和材料厂商议定后进 行。 2.2.2模具 (1)模温太低 模温太低会使料温下降太快,射压和保压 不能将冷凝的表皮紧压在模面上,留下融胶在 流动方向的缩痕。 提高模温,保持较高料温,射压和保压将 冷凝层紧压在模面上。直到制品定型,流痕无 由产生。 模温可从材料厂商的建议值开始设定。每 次调整的增量可为CC,射胶lO次,成型情况 稳定后,根据结果,决定是否进一步调整。 (2)浇道(Sprue)、流道(Runner)、浇口 (Gate)太小 浇道、流道或浇口太小,流阻提高,如果射 压不足,融胶波前的推进会愈来愈慢,塑料会 凿岩机械气动工具。2006(1) 维普资讯 http://www.cqvip.com

愈来愈冷。射压和保压不能将冷凝的表皮紧压 在模面上。留下融胶在流动方向的缩痕。 CAE(如C-MOLD)在计算机上对不同的 (4)料管温度太低 料管温度太低时。融胶温度偏低,射压和 保压不能将冷凝的表皮紧压在模面上,留下融 胶在流动方向的缩痕。 融胶传送系统(包括浇道、流道和浇口)的充填 进行模拟分析,找出理想的浇道、流道和浇口 提高料温。射压和保压将冷凝层紧压在模 面上,直到制品定型,流痕无由产生。料温的设 定可以参考材料厂商的建议。 料管分后、中、前、喷嘴(Rear,Center, 的尺寸(包括长度和断面有关尺寸,如直径 等),是可行之道。 (3)排气(Venting) ̄良 排气不良。会使融胶充填受阻,融胶波前 无法将冷凝的表皮紧压在模面上,留下融胶在 流动方向的缩痕。 在每一段流道末端考虑排气,可以避免气 体进入型腔。 型腔排气更不能轻视。最好采用全周长排 气。 CAE模拟融胶充填,可以帮我们很快找到 所有可能的最后充填处,也就是要加排气孔的 地方。 22.3射出成型机 (1)射压和保压不足 射压和保压不足,将导致冷凝的表皮紧压 在模面上。留下融胶在流动方向的缩痕。 提高射压和保压,冷凝层得以紧压在模面 上,直到制品定型,流痕元由产生。 (2)停留时间(Residence Time)不当 塑料在料管内停留时间太短,融胶温度 低,即使勉强将型腔填满,保压时还是无法将 塑料压实,留下融胶在流动方向的缩痕。 射料重量对料管料重量之比或射料容积 对料管料容积之 ̄(Shot—to-Barrel Ratio)。应在 1/1.5和1/4之间。 (3)循环时间(Cycle Time)不当 当循环时间太短时,塑料在料管内加温不 够,融胶温度低。即使勉强将型腔填满,保压时 还是无法将塑料压实,留下融胶在流动方向的 缩痕。 循环时间须延长到塑料充分融化,融胶温 度高到足以使得流动方向的缩痕无由产生为 宜。 凿岩机械气动工具.2006(1) Front and Nozzle)四区,从后往前的料温设定应 逐步提高,每往前一区,增高6℃。若有必要,可 将喷嘴区、前区的料温设定成与中区一样。 (5)喷嘴温度太低 塑料在料管内吸收加热带(Heating Bands)释放的热量以及螺杆转动引起塑料分 子相对运动产生的摩擦热,温度逐渐升高。喷 嘴是料管中的最后一个加热区,融胶到此应该 达到理想的料温。但须适度加热,以保持最佳 状态。如果喷嘴温度设定得不够高,因喷嘴和 模具接触。带走的热太多,料温就会下降,射压 和保压不能将冷凝表皮紧压在模面上,留下融 胶在流动方向的缩痕。 提高喷嘴温度。一般将喷嘴区温度设定得 比前IX(Front Region) ̄度高6℃。 2.3熔接线 熔接线(WeldLine)的定义:融胶波前相遇 时形成的线条。 231产品 (1)壁厚太薄或壁厚差异太大 (2)波前遇合角太小 当波前遇合角小于135。时,形成熔接线, 大于135 ̄.形成融合线。熔接线(Weld Line)与 融合线相比较.熔接线两边分子相互扩散得 少,品质较差。当遇合角由120 ̄向150 ̄变化时, 熔接线表面痕迹逐渐消失。 遇含角的加大.可藉制品厚度调整、浇口 位置和数目更改、流道位置和尺寸改变等达到 目的。这可借助CAE来分析验证。 2.3.2模具 (1)浇道(Sprue)、流道(Runner)、浇口 37 维普资讯 http://www.cqvip.com

(Gate)位置不当 浇道、流道、浇口位置不当时,熔接线会在 夕k 或强度敏感处产生。浇道、流道嗽}口太小 或太长。流阻提高,如果射压不足,融胶波前形 成熔接线时。温度已经降得太低,接合不良,线 条明显。 浇口的长度一般小于lmm。否则易产生问 题。 浇口嵌块的使用,使得浇口尺寸较易修 改。浇口从小往大调,增量取10%。譬如0.50 mm太小。下一次就试0.55 mm。 利用CAE在计算机上对不同的融胶传送 系统(包括浇道、流道和浇口)的充填进行模拟 分析,找出所有熔接线的位置及其质量。可有 效地帮助设计。 (2)模温太低 模温太低,融胶波前形成熔接线时,温度 已经降得太低,接合不良,线条明显。 提高模温,可以改善熔接线质量。 模温可从材料厂商的建议值开始设定。每 次调整的增量可为5"C,射胶1O次,成型情况 稳定后,根据结果,决定是否进一步调整。 (3)排气不良 熔接线收口处须加排气孔,若是排气不 良,线条明显。有时可在熔接线收口处加一溢 料井,以改善熔接线的质量。 (4)射压或射速过低 射压或射速过低。融胶波前形成熔接线 时,温度已经降得太低,接合不良,线条明显。 增加射压或射速可以改善。 射压和射速是相关连的,同时增)Jn-者并 不恰当。因为进行调整前,并不清楚造成熔接 线明显的原因是射压还是射速。应择一调整。 看其效果,再决定下一步动作。 每次射压或射速调整的增量取10%。每次 调整后,大约要射胶lO次才可达到稳定状态。 CAE模拟可以验证不同射压或射速是否 合适。 2.3.3射出成型机 38 1)料管温度太低 料管温度太低,融胶波前形成熔接线时, 接合不良,线条明显。 提高料温,使得融胶波前在形成熔接线 时,温度适中,线条不明显。 熔接线形成时,相遇二波前温度的差异和 各波前的温度.以及熔接线形成后压力的大 小,决定了熔接线的质量。温度愈低、温差愈大 (10℃以上)、压力愈小,质量愈差。CAE模拟, 可以提供熔接线形成时。熔接线附近的温度分 布,以及熔接线形成后的压力分布,是帮助判 别熔接线好坏的有效工具。 (2)背压不足 背压可以增加相对运动的融胶分子问的 阻力和摩擦热。此一摩擦热帮助塑化和促进均 匀混炼。 背压不足.会使融胶无法获得足够的热 量。低温融胶波前形成的熔接线。由于接合不 良,线条明显。 提高背压,可以改善熔接线质量(有关问 题可向材料厂商咨询)。 背压可从3Bar开始,每次增加0.3Bar,直 到熔接线变得不明显为止。 CAE模拟,可以提供熔接线形成时,熔接 线附近的温度分布,以及熔接线形成后的压力 分布。是帮助判别熔接线好坏的有效工具。 2.4凹陷 凹陷(SinkMark)的定义:成型品表面的局 部塌陷(呈酒窝状或呈沟壑状)。 .24.1产品 (1)肋(Rib)太厚 肋厚时,肋和底板相遇处也厚。此处塑料 集中。冷却时。周围的肋和板先行固化,此一 肋、板交会处的中央仍然保持液态,后凝的塑 料在先固化的塑料上收缩,对其周围塑料有吸 入的作用。如果任何一处凝结层较为薄弱(一 般就在和肋相对的模面处),该处就有可能塌 陷(如图l所示)。 肋的厚度最好是底板厚度的5O%,甚至更 凿岩机械气动工具,2006(1) 维普资讯 http://www.cqvip.com

薄。 道和浇口的尺寸(包括长度和断面有关尺寸, 如直径等)。 (3)浇口的数目或位置不当 CAE模拟,可以藉凹陷指数(SinkIndex)的 预测。了解不同肋厚设计对凹陷的影响。 浇口的数目或位置不当.都会使得流长太 _L 长,流阻太大。如果射压不高。型腔无法填实。 融胶密度小。发生凹陷的几率大。 可以利用CAE在计算机上对不同的浇口 设计进行模拟分析,找出浇口的最佳数目和位 置。 —L 图1 凹陷的形成 2.4.2模具 (1)与肋相对的模面温度太高 与肋相对的模面温度若较其附近高(因为 此处融胶集中,热负荷大,模温居高不下),该 处凝结层薄.冈0性不够,中央的融胶固化时。残 余应力有可能将较薄的凝结层向内拉。形成凹 陷。 与肋相对的模面须加强冷却,降低该处模 温,使得凝结层较快形成,当凝结层较厚时。刚 性较大。凹陷不易产生。 模温的设定。可从材料厂商的建议值开始 调试。每次调整的减量(或增量)可为6℃。射胶 1O次,成型情况稳定后,根据结果。决定是否进 一步调整。 CAE可藉凹陷指数(Sink Index)预测。了 解不同冷却设计和模温对凹陷的影响。 (2)浇道、流道、浇口太小 浇道、流道、浇口太小,流阻提高。如果射 压不高。型腔无法填实。融胶密度小,发生凹陷 的几率大。 可以利用CAE( ̄FI C—MOLD)在计算机上 对不同的融胶传送系统(包括浇道、流道和浇 口)的充填进行模拟分析,找出理想的浇道、流 凿岩机械气动工具。2006(1) 2.4.3射出成型机 (1)料管温度太高 料管温度太高时,融胶密度小,冷却时,贴 近型腔表面的融胶先固化成凝结层。塑料体积 收缩,型腔中央的融胶密度更小,等到中央的 融胶也逐渐固化时,型腔中央会空洞化,形成 气泡。如图2所示。 —L 圈2气泡的形成 降低料温,融胶密度大,产生气泡的几率 小。 CAE模拟分析的输出包括凹陷指数(Sink Index)的分布,凹陷指数大者,发生凹陷的可能 性大。CAE可以帮助选择凹陷可能最小的设 计。 (2)冷却时间不够 冷却时间不够,塑料凝结层不够厚,无法 抵抗内部融胶固化收缩时产生的拉力,形成凹 陷。 39 维普资讯 http://www.cqvip.com

材料供货商可以针对不同的塑料和制品 (4)止回阀失灵 厚度,提供冷却时间的建议值。 CAE模拟可以根据不同的冷却时间预测 止回阎防止料管内螺杆前的融胶在射出 阶段回流。 不同的凹陷指数(Sink Index),凹陷指数大于许 用值时。应延长冷却时间。 (3)缓冲(Cushion)不足、保压不足 当螺杆推动一定量的料前进时,如果止回 阀磨损、破裂。融胶可能滑过螺杆前端、止回阀 和料管之间的间隙产生回流,使得螺杆推到 保压压力或保压时间不够,型腔内的塑料 因为压力偏低或补充不足而填压不实.密度 底,缓冲消失。发生凹陷的几率大。 将止回阀从螺杆前端移下。检查各接触 小。发生凹陷的几率大。 面,若面上有焦胶,用金属丝刷清除;切忌使用 缓冲变O时,螺杆到底,不再前移,融胶冷 喷灯(Torch)烧掉塑料,因为高热会软化阀金 却、收缩时压力降低,螺杆却无法增压,造成保 属。使其加速磨损。 压不足,发生凹陷的几率大。 如果在接触面上发现刻痕(Nicks)、裂缝 缓冲至少要有3mm才够。 (Cracks)或坑洞(Pits)。可推断出相关零件有缺 保压压力要足够,保压时间至少2秒。 陷。此零件应当更换。 CAE模拟可以找出保压压力和保压时间 2-5条纹 的理想值,根据此值设定后,再作微调。可事半 条纹(Streak):成型品表面沿着流向形成 功倍。 的喷溅状线条(见图3)。 图3 热裂解条纹:分子链缩短产生银线(Silver (1)浇口太小 Streak),分子成块变质产生褐线(Brown (2)浇口、流道不顺畅 Streak)。 (3)型腔进水 两者皆可称为燃烧条纹(Burn Streak)。 (4)模温太低 25.1塑料 25.3射出成型机 (1)干燥时温度过高、停留时间过长。 (1)融胶温度太高 25|2檀翼 (2)射速太快 凿岩机械气动工具。2006(1) 维普资讯 http://www.cqvip.com

(3)螺杆转速太快,塑化时剪切速率太大 最短和最长的停留时间应遵照材料厂商 (4)停留时间过长 的建议。难以确定时。最短和最长的停留时间 25.4塑料停留时间 可以15-4分钟为准。 塑料停留时间可用下式计算: 2.6翘曲 1,4x使用塑料比重×料管料量×成形循环时间 翘曲(Warpage):指制品顶出后不规则的 聚苯乙烯比重×射料量 尺寸变化。 1.4是系数(一般在1和2之间),应将螺 2.6.1产品 杆内的辍料一并考虑。 (1)制品厚、薄差异太大(见图4) 图4厚薄不均 薄的地方先冷,厚的地方后冷。厚薄差异 CAE模拟,可以帮助找出动、静模温差最 大时,体积收缩率差异大,残余应力大,使制品 小的冷却设计。 产生翘曲。 (2)模温太低 消除残余应力。当制品移至高温或其它恶 模温太低,残余剪切应力大。又没有足够 劣环境下,残余应力会释放出来,翘曲有可能 的时间将残余应力释放。容易翘曲,甚至开裂。 产生。治本之计是作好制品设计.使得制品厚 提高模温,可以减少开裂。 度大致均匀,冷却时体积收缩率差异小,残余 模温可从材料厂商的建议值开始设定。每 应力小.翘曲自然小。 次调整的增量可为CC,射胶1O次,成型情况 CAE模拟,可以找出残余应力最小的制品 稳定后,根据结果,决定是否进一步调整。 设计。 CAE模拟可以得出适当的模温。 2.6.2模具 (3)浇13的数目或位置不当 (1)动、静模温差大 浇口的数目或位置不当。都会使得流程太 动、静模温差大,冷却后产生的残余应力 长,流阻太大、相应的射压也须提高,塑料分子 对壁厚的中心面不对称,弯曲力矩大,容易翘 被拉伸、压挤,残余应力大,容易翘曲。 曲。 浇13附近压力高.塑料体积收缩率小。最 更改冷却设计,减少动、静模温差,可以减 后充填处压力低。塑料体积收缩率大。流程太 少翘曲。 长时,上下游塑料体积收缩率差异大,残余应 凿岩机械气动工具。2006(1) 41 维普资讯 http://www.cqvip.com

力大.容易翘曲。 滑所有运动零件。大模具的顶出板必须采用引 参考材料厂商的建议,采用适当的流长对 厚度 ̄(Flow Length to Thickness Ratio)。 浇口位置的决定。要遵循充填均衡的原 导套,以免模板中央因自重下垂。 2.6.3射出成型机 (1)保压压力或保压时间不当 则;即各融胶波前到达型腔末端和形成熔合线 的时间基本一致。 充填应先厚后薄、先平后弯。进浇应让融 保压压力太高,不仅因补充料流动而冷凝 入塑料的残余剪切应力高.而且塑料的压应力 也高,容易翘曲。 胶遭遇立即的阻挡以避免喷 ̄(Jetting)。这样 可以降低残余应力,减少翘曲。 可以利用CAE在计算机上对不同的浇口 保压压力太低,浇口附近发生回流,不仅 产生因流动而冷凝入塑料的残余剪切应力。而 且由于制品中央体积收缩率大.外围体积收缩 设计进行模拟分析,找出浇口的最佳数目和位 置。 率小,内外体积收缩率差异大而产生的残余 张、压应力大,容易翘曲。 (4)浇道、流道、浇口位置不当。 浇道、流道、浇口位置不当时,融合线会在 强度敏感处产生,融合线本来就弱,应力又大, 裂纹往往从融合线开始。 浇道、流道、浇口太小或太长,流阻增大, 螺杆推到底后,螺杆至少停留原处2秒, 以保持缓冲。 保压时间太短,螺杆松退时浇口附近发生 回流,残余应力大,容易翘曲。保压压力要适 中。保压时间要延长到浇口凝固为止。 射压须相应提高,塑料分子被拉伸、压挤,残余 应力大,容易翘曲,甚至开裂。 可以利用CAE(如C—MOLD)在计算机上 (2)塑料塑化不匀,供料充填不足或过 景。 利用CAE模拟可以选出翘曲小的设计 方案。 CAE的输出中包含了凝固层比(Frozen LayerFraction,指已凝固层与未凝固层厚度之 对不同的融胶传送系统(包括浇道、流道、浇口 和型腔)的充填、保压、冷却和收缩翘曲进行模 拟分析,找出并选择翘曲(开裂)可能最小的设 计。 比)、剪切应力(Shear Stress)、体积收缩率(Vo1. umetrlcShrinkage)。当浇口凝固时,凝固层比变 (5)顶出不均 顶出时制品尚热,顶出不直、不均、不一 成1,剪切应力变成O,体积收缩率变成常数, 致,制品容易翘曲。 检查顶出系统.并作必要的调整。适度润 这些参数和规则可以帮助判定浇口何时凝固, 以选定最合适的保压时间。 煤炭行业循环经济发展目标出台 国家发改委煤炭行业循环经济课题组近 90%以上;矿井水为主的液体废弃物综合利 用率要达到95%以上;土地复垦为主的生态 环境美化率要达到9O%左右;煤层气的利用 率要达到9O%以上。课题组认为,今后大型 煤炭基地建设的投资中。要包括矿区污染治 13提出了煤炭行业发展循环经济的指导思想 和目标,并建议把提高煤炭资源回采率、保护 生态环境作为煤炭产业政策的核心标准,建 立科学的储量管理体系。 煤炭行业发展循环经济的主要指标为: 煤矸石为主的固体废弃物利用率要达到 42 理费用,避免出现新的污染。 (摘自2005年12月22日《中国工业报)AI版) 凿岩机械气动工具,2006(1) 

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