ProE_模流分析教程9

【国立勤益技术学院CAE实验室】讲义《模流分析基础入门》谢庆雄博士编着@版权所有允许下载、复制、打印，但禁止贩售或用于商业用途第八章问题排除塑料射出成形制程相当复杂，牵涉因素众多，当发现问题时，应该先确定制程的稳定性，确定瑕疵并非由于过度制程所引起的。排除射出成形问题并没有固定的步骤，但是，至少针对有些因为操作特性所导致的瑕疵，可以建议有效的改善方法。8-1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，如图8-1所示。图8-1熔胶波前从不同方向汇流，而造成包风。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。(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）。(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。8-2黑斑、黑纹、脆化、烧痕、和掉色黑斑（blackspecks）和黑纹（blackstreaks）是在塑件表面呈现的暗色点或暗色条纹，如图8-2所示。褐斑或褐纹是指相同类型的瑕疵，只是燃烧或掉色的程度没那么严重而已。发生黑斑或黑纹的原因是塑料有杂质污染、干燥不当，或是塑料在料筒内待料太久而过热裂解。图8-2(左)黑斑和(右)黑纹脆化（brittleness）的原因是材料裂解，使分子链变短，分子重量变低，结果使得塑件的物理性质降低。塑件脆化可能导致断裂或破坏，如图8-3所示。图8-3塑件脆化导致断裂烧痕(burnmarks)是塑件接近流动路径末端或包风区域的暗色或黑色小点，如图8-4所示，其形成主因是模穴内的空气无法逃逸，受压缩造成高热而烧焦。图8-4烧痕掉色(discoloration)是指塑件从原始的塑料颜色发生变化的瑕疵，这可能是因为塑料裂解或污染所造成的，例如：塑料在料筒内待太长的时间；料筒温度太高，造成塑料变色；回收再研磨塑料、不同颜色塑料、来路不明塑料造成的污染。假如射出速度太快或射出压力太高，可能导致流道系统和模穴内的气体无法在很短的充填时间内从排气孔排出，会造成包风；竞流现象加上不当的排气系统也会造成包风。结果，模绪内的空气受压缩，压力与温度升高，使得流道路径末端或包风区域的塑件表面的塑料裂解而造成烧痕。造成塑料裂解的因素包括：(1)料筒温度：太高的料筒温度可能使塑料裂解，造成烧焦。塑料熔点太高可能造成不当的料筒温度，烧坏热对偶，或者使温度控制器失效。应该降低设定的料筒温度或缩短加热时间。(2)高螺杆转速：塑化阶段的螺杆转速太快，造成过量的磨擦热，使材料裂解。(3)狭小的流动路径：熔胶流经狭小的流动路径，会造成大量的剪切热，使塑料裂解。(4)塑料污染：使用两种塑料射出成形时，第一种塑料在料筒内的余料可能因为第二种塑料需要较高成形温度而烧焦。此外，受污染塑料、回收再研磨塑料都可能污染下一批次射出成形的塑料。(5)射出体积：假如射出量低于射出机最高射出量的20％，塑料可能因为在料筒内待料太久而发生裂解。对于温度敏感的塑料更是如此。塑料过热可能裂解或燃烧而造成黑斑、黑纹、脆化、烧痕、和掉色等表面瑕疵，塑料在具有刮痕的粗糙料筒内加热，等待了过长的时间就会裂解造成塑件表面瑕疵。塑料或空气中可能会有污染，其它如受污染的回收再研磨塑料、不同成分的塑料、不同颜色的塑料或是低熔点材料等等杂质都可能造成黑斑和黑纹，空气中的脏东西也会造成塑件表面的暗点。改善这些表面瑕疵的方法说明如下：(1)调整材料准备过程：塑料贮藏筒和料斗都应加盖，以免原料污染。设定适当的干燥条件，过量的干燥时间或干燥温度，塑料内挥发物会被驱离，可能造成塑料脆化或裂解。塑料供货商可以提供塑料的最佳干燥条件。如果低强度材料的制程条件不恰当，可能造成脆化，可以考虑改用高强度和热安定性良好的塑料。脆化也可能是因为添加太多回收再研磨的塑料所致，尝试降低添加之回收再研磨的塑料量。更换塑料时应彻底清理射出系统，彻底清理料斗，避免塑料与料斗内不同颜色或来路不明的塑料混合。(2)变更模具设计：在流动路径末端发现黑斑，可能是不良的排气系统所造成的。受压缩的包风可能燃烧，造成表面瑕疵，应该改善排气系统。在模具设置适当的排气系统，以排除包风。流动路径的末端和盲孔的排气系统特别重要。建议结晶性塑料的排气孔大小为0.025mm(0.001英吋)，不定型塑料的排气孔为0.038mm(0.0015英吋)。太过狭窄的竖浇道、流道、浇口、甚至塑件肉厚都可能产生过量的剪切热，使得已经过热的材料更劣化，造成塑料裂解。可以尝试加大竖浇道、流道及／或浇口。对于导热性太低的模具材料，可以降低冷却速率来改善塑件表面条件。(3)定期清理模具：射出成形前应先清理模具。可能是射出机的因素造成树脂堆积和裂解，应该检查树脂流动的顺畅性，定期清理堆积废料。黑纹有可能是滑块和顶钉的润滑油脂所造成的，应定期清洁顶针和滑块。应定期清洁或抛光流道系统表面，以免这些区域累积污垢。黑纹可能是受到料筒壁面或螺杆表面污染，特别是进行两种塑料的射出成形时，前一种塑料可能还维持在料筒内，必须完全清理。(4)选择适合模具的射出成形机规格：选择比较适合所使用塑料的螺杆，使塑料达成一个比较好的混合熔胶状态。可以向塑料供货商要求提供适当的螺杆设计信息，以避免塑料过热而裂解。射出量一般应该维持在机器规格的20~80%。对于温度敏感的材料则使用更窄的温度范围。检查料筒／螺杆表面的刮痕或齿痕，以免累积塑料，而造成塑料过热或燃烧。检查固加热片或控制器是否失效，以免造成塑料过热。塑料射出成形之模流分析软件可以协助模具选择适当规格的射出机，如此，可以避免塑料停留在料筒内太长的时间。(5)调整成形条件：假如料筒和喷嘴温度太高，料筒内的塑料可能过热而导致裂解，可以降低料筒温度和喷嘴温度。另外，可以降低背压、螺杆转速、射出速度或射出压力，以避免太高的剪切热造成裂解。另外，应检查料筒和喷嘴的加热片，校准热对偶，以确定料筒和喷嘴的温度。8-3表面剥离表面剥离（delamination）是指塑件表面的层状剥离塑料，如图8-5，其造成的原因为：混合材料之间的兼容性不佳。成形制程使用了过量的脱模剂。模穴内的熔胶温度太低。湿气太重。浇口和流道具有尖锐转角。图8-5表面剥离表面剥离的改善方法说明如下：(1)改变塑料准备程序：避免采用性质不明的塑料或回收塑料。遵守塑料干燥的指示，在射出成形前确实将塑料干燥。过多的湿气加热会造成蒸气，导致塑件表面剥离。(2)变更模具设计：将浇口与流道的转角平滑化，可以避免造成塑料剥离。(3)调整成型条件：假如熔胶温度太低，塑件层之间可能无法键结，受到顶出的作用力，可能使塑件剥离，应尝试提高料筒温度和模具温度。尝试提高背压。避免使用过量的脱模剂解决脱模问题，应该改良顶出系统或排除其它的脱模困难。(调高射出速度和调高降背压或许可以改善塑件表面剥离。)8-4尺寸变化尺寸变化(dimensionalvariation)指在相同的射出机之成形条件下，每一批成形品之间或每模射出的各模穴成形品之间，所得到的塑件尺寸都会变化，如图8-6所示。其造成的原因为：射出机控制系统不稳定。成形窗口太狭窄。成形条件不恰当。射出单元的Checkring损坏。塑件性质不稳定。流道不平衡。图8-6塑件尺寸变化改善塑件尺寸变化之方法说明如下：(1)改良塑料准备程序：假如每批射出塑件都会改变尺寸，应与塑料供货商洽谈改变塑料批号。假如塑料太潮湿，必须预先干燥。不规则的塑料颗粒尺寸可能使熔胶产生不同程度的混合，导致不稳定塑件的尺寸变化，尝试降低添加回收塑料比例。(2)变更模具设计／组件：针对模具与塑料设计适当的流道与浇口和系统。可以使用塑料射出成形的模流分析软件进行流道系统尺寸最佳化，以确保熔胶平顺地充填模穴。假如塑件于顶出时造成弯曲或扭曲，则应调整顶出系统。(3)检查射出机组件：假如加热片或热对偶损坏而造成不稳定的熔胶流动，应予更换。假如checkring损坏或磨耗，应予更换。(4)调整成形条件：提高射出压力与保压压力，以确定充填与保压足量的塑料进入模穴。检查冷却系统以确定均匀的模穴温度。设定适当的螺杆计量行程与射出行程，螺杆旋转速度和背压，使成形条件落入成形窗口。8-5鱼眼鱼眼(fisheyes)是一种塑件表面的瑕疵，导致于未熔化的塑料被压挤到模穴内，而呈现在塑件表面的瑕疵，如图8-7所示。其形成的原因包括：˙料筒温度太低。˙添加太多的再研磨塑料。˙塑料受污染。˙螺杆转速太低和背压太低。图8-7鱼眼改善塑件发生鱼眼的方法说明如下：(1)改良材料准备程序：将不同的塑料分开储存于不同的容器或袋子内，以避免塑料相互掺杂。根据塑件品质的要求，降低所添加再研磨塑料的比例。假如允许使用再研磨塑料时，首先应该尝试添加10%看看，再逐渐调整比例。(2)调整成形条件：提高料筒温度。在塑化阶段提高螺杆转速，以造成更大量的磨擦热，将塑料熔化。提高背压，使塑料均匀混合成熔胶状态。塑料供货商通常可以提供塑料的料筒温度、背压、螺杆转速等信息，但还要根据现场状况进行调整。(3)检查射出机组件：检查加热片、热对偶和控制器的功能是否正常。料筒是否太短而无法塑化树脂。8-6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。如图8-8所示。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荣焦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。图8-8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。(2)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。(3)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