塑胶产品注塑成型工程验证手册__基础

塑胶产品注塑成型工程验证手册---基础篇序言注塑模具失效原因与对策之---基础篇注塑成型相关问题的产生是由多种因素造成：成品结构设计、模具设计与制造、原材料的选择（包含配色）、注塑成型的工艺参数设置等。而由成品设计不良所造成的成形问题是最难解决的一种情况，若是单纯由于成型条件设定不当而造成的成型问题，则最容易解决的，只要找出问题的形成原因，针对问题，调整成型参数，问题即可迎刃而解。若是由于模具或成品设计所产生的问题，则轻者需要修改模具，重者则可能成为不可克服的缺陷。事实上，光就注塑成型条件所造成的问题，有些也并非轻易就可解决，因为成型参数彼此之间的相关性，有时有些问题不光就某个参数的调整就能解决，而必须对成型参数有整体性的了解，对成型问题的形成原因有基本的认识，然后才能迅速的调整成型参数以解决问题，任何试误法（Trial&error)也必须基于这样的先决条件才能经济快速有效。在实际生产中完全依赖成型参数控制注塑的不良需要一个前提即成型条件的稳定性和参数的可供调整的带宽（范围）要大。本讲义所讲到的大部份为理论知识，处理模具问题如同攻坚战，90%的战术书本上前人都已总结出来，问题的处理灵活性就是剩下的10%。如何权变、如何分析问题尽快找到要因变得尤为重要。因此作为一个结构设计或是模具设计工程师，应具备相应的材料、射出成型、及模具制作的相关知识，尽可能从源头就避免可能的失效发生才能成为该领域的行家里手。目录一缩水凹陷痕（SINKMARK)二给合线（WELDINGLINE)三银条纹（SILVERSTREAK)四毛边、披锋、飞边（FLASH)五喷流纹(蛇纹）（JETTING)六短射（SHORTSHOT)七气泡（BUBBLESORVOIDS)八层间剥离（BRITTLENESS)九表面波浪纹（FLOWMARK)十粘模（STICKING)十一烧焦（BURNMARKS)十二黑条纹（BLACKSTREAKS)十三表面光泽不良（LUSTERLESS)A一.缩水凹陷痕（Sinkmark）1.现象分析缩水凹陷痕的可能造成原因：a.产品设计;b.模具冷却系统;c.成型条件不当。其形成的原因为熔融的塑料在冷却固化时体积的收缩所造成，较容易发生在肋位、突柱（BOSS)、成品壁厚不均的地方，其根本原因是热集中，散热不良而产生收缩速度及收缩速率及收缩量不同所形成的现象。如图一、二、三、四所示A处热集中现象较为严重，因此造成A处温度较高，收缩缓慢，而收缩量也较大。当塑胶材料收缩时必然产生收缩及拉伸的现象，因A处的收缩较缓慢，所以会使得其邻近区域再被拉进来，其收缩速度慢使得其收缩较完整，收缩量相较贴模仁壁面肉厚要大，在其收缩过程中，邻近区域的塑料都已固化完成，因此造成了如B处所示的凹陷痕，即一般的收缩凹陷。图一图二图三图四AAA2.相关对策1.成品设计在设计产品时，尽可能避免所设计的成品在成型时容易产生热集中的现象,如合理的肉厚比（肋厚/基本壁厚比）及补强肋，突柱不可过分密集，壁厚的差异不可太大或壁厚突然的转换等。如图所示正确设计：1.非结晶性塑胶：t≤0.6T;2.结晶性塑胶：t≤0.5T;3.拔模角d=0.5˚~1.5˚;4.H5T(2.5~3T);5.R=0.25~0.4T注：浇口位置会对该理论值有影响一.缩水凹陷痕（Sinkmark）2.相关对策2.模具设计a.降低成型时塑料流动长度，即降低L/t比（流动长度与厚度比，比值越低，愈容易流动），如利用较多浇口进料，并使进胶口尽可能接近易缩水凹陷处；b.加大浇口尺寸，使得二次压（保压/holdingpressure）充填时间更长；c.在成品易缩水凹陷处，也就是热集中较为严重或热不容易扩散的区域，使用热传导性较佳的金属材料（如铍铜），使该处的热量能够顺利被传导出;d.使模具冷却系统通过或接近容易收缩凹陷处，使得该处能有较快的冷却速率，较小的收缩量（如左图）；e.如果在充填末端肉厚均匀的地方有凹陷则检查并优化模具排气。肉厚均匀时冷却水路设计肉厚不均匀冷却水路设计冷却水路相关尺寸经验值一.缩水凹陷痕（Sinkmark）2.相关对策3.成型参数a.提高射出压力及二次压（保压/holdingpressure）压力；b.增加射出时间；c.分段射出，肉厚处射出速度减小；d.降低模温、料温；e.检查料管缓冲量（CUSHION)，若缓冲量不足则增加剂量；f.成品取出后急速冷却，让表层迅速固化，抵抗肉厚处收缩力；g.提高背压，另确认注塑机止逆阀是否失灵故障；h.确认机台炮嘴与模具注口处是否接触良好不漏胶。实际生产或调试中，以上各种对策虽然都有益于成品收缩凹陷的解决，但是，也可能因成型参数的改变而产生新的问题，如应力及翘曲等，此外浇口固化后多余的射出时间将是徒劳无功。因此，所有这些可能的影响都必须列入考虑。注：一.缩水凹陷痕（Sinkmark）二.结合线（Weldingline）定义：融胶波前相遇时形成的线条，又称为夹水纹当波前遇合角（MeetingAngle)θ小于135˚时，形成WeldingLine,当波前遇合角大于135˚时，形成MeldingLine.(如下图所示）WeldLine较之Meldline,两边分子相互扩散的少，品质较差。当遇合角在120˚~150˚之间时，融合线表面痕迹逐渐消失。遇合角的加大，可藉产品厚度调整、浇口位置和数目更改、流道位置和尺寸改变等达到目的。塑胶注塑成型时，只要是两股以上的流动塑料的汇合，就必然会有结合线的产生，也就是说有开孔的成品或是两点以上的进浇方式，都必然会有结合线，因此此处的所有分析建议，只是着眼于如何弱化结合线的可见度或是提高结合线处的强度。因此对于一个成品设计计者，必须能够预测结合线的可能存在位置，及这些结合线对成品外观及强度的可能影响，而事先就必须考虑以咬花（Texture)或喷涂（Painting)、印刷（Printing)等外观处理手法来弱化其在外观面上的负面影响，以及改变成品的负载位置，避免在给合线位置承受负载而造成破裂、变形等。相关对策1.模具设计a.在预期的结合线位置，设置排气槽（AIRVENT),若该处无法在分模面上设置排气，则可以利用附近的顶出梢或行位等设置；b.适当的选择浇口位置，在决定浇口位置前，就必须预测可能的结合线位置、排气槽设置的可能性以及结合线对外观和强度的影响；c.增加浇口数量，可以降低塑料的L/t比，减轻结合线深度，改变结合线位置及强度，但是会增加结合线的数量；d.在结合线区域加一溢料槽，成型后再予去除；（如图一）e.优化排气槽设计(数量、位置、深度、通道)清洁排气槽；（如图二、三）f.在结合线位置增加热媒。图一图二图三二.结合线（Weldingline）相关对策2.成型参数a.提高模温，尤其是外观面侧的模芯温度；b.增加射出压力、保压压力，适当加长保压时间；c.提高射出速度，但是有排气不良的区域有结合线反而应降低此位置的射出速度；d.减少使用脱模剂、模面确保清洁无油污；e.提高背压，以利增加结合处塑胶密度；f.确认原料烘干严格按物性表执行；g.降低锁模压；h.适当提高塑胶原料温度；i.使用流动性较佳的塑胶原料。二.结合线（Weldingline）三.银条纹（Sliverstreak）银条纹为塑胶材料内的水气在注塑时，沿着塑料流动方向，附着于产品表面与模穴表面之间，而形成银白色的条纹。如图所示1.现象分析2.相关对策1.模具设计a.模具水路设计不当造成漏水进型腔；b.优化模具排气系统；c.模具流道设计过小造成剪切热过高产生原料裂解。2.成型调机a.在成型前充分依要求条件干燥塑胶原料，并确认有无混料；b.降低射出速度，尤其是在流动为垂直转角处或流动截面积较小时，更需避免由于高射出速度所产生的扰流；c.提高模具温度，避免模具太冷使水气附着在模具表面；d.降低塑料温度，避免原料在炮管中裂解；e.提高背压，降低螺杆转速（背压过低螺杆转速过快易将空气卷入）；f.确认脱模剂有无清洗干净；g.减少射出后螺杆后退给料时的缓冲距离(避免吸入过多空气）。四.毛边、披锋、飞边（Flash）毛边是指在模具分型面或顶针、行位、等成型机构件部位间隙出现多余的塑料，使产品在上述位置出现不规则边、角、毛头等。(如下图所示）1.现象分析1.产品设计a.避免复杂分型面，产品设计时要考量模具如何分型，前期避免相邻面的小台阶；b.在产品分型面处设计小断差（0.03mm~0.05mm)，避免加工误差产生的错位及放电加工时分型面角部产生卷边;(如图)c.需要模具插破成型的部位设计足够的插破角度；d.肉厚均匀性。2.相关对策四.毛边、披锋、飞边（Flash）2.模具设计a.避免不必要的复杂分型面；b.当成品面为镜面且与靠破或插破面在同一面上时，设计要注意预留抛光量；c.避免出现棱线或点封胶的设计；d.排气合理性，对NCVM或高光产品，一级面不开排气；e.模具冷却系统设置均匀，避免模具局部高温；f.设计时要考量射压和保压对模板的影响，要选用合适厚度的模板且注意支撑柱的排布；g.浇口位置要合理，在注塑充填时，模腔内的压力能够符合力矩平衡原则；h.对运动件易出毛边的部位，设计时要考量毛边对后续制程的影响，调整毛边可能出现的方向；i.模具选用钢材硬度要合适，必要时需对关键零件镀层处理。四.毛边、披锋、飞边（Flash）2.相关对策四.毛边、披锋、飞边（Flash）2.相关对策3.成型调机a.调整成型机夹模力，若机台夹模力不足则必须更换大机台；b.清洁分模面的污物；c.降低射出压力或保压压力；d.降低射出速度，尤其是末段的射出速度；e.降低模具及塑料温度；f.确认保压切换位置是否合适，确认计量设置合理；g.确认炮管中原料无裂解，停留时间在合适的范围内；h.对运动件易出毛边的部位，设计时要考量毛边对后续制程的影响，调整毛边可能出现的方向。夹模力F(吨)=Pmax(kgf/cm2)*产品投影面积(cm2)/1000/0.8注：产品夹模力预估公式：1.P代表充填压力；2.1000为公吨转换数；3.0.8为安全系数。五.喷流纹(蛇纹)（Jetting）喷流纹一般都发生于浇品进入模穴处，其形成原因为当熔融的塑胶原料流经浇口时，因为浇口的截面积较小，根据公式：Q=V*A(Q:流量，V:流速，A:流路截面积）当射出速度不变时，流量会成为定值，而浇口截面积较小时，则塑料流经浇口的流动速度会变快，此时由于塑料的流动速度过快，而浇口厚度若于模腔高度（成品厚度）相关太大，则熔融塑胶前缘（MeltFront)将无法有效的在两侧的模具表面稳定的附着形成皮层（SkinLayer),而使塑料成喷流状态，此喷流的塑料在喷流的过程中，因为接触较低温的空气和模穴表面而使料温下降，因此与后续的塑料因料温不同而产生不同的颜色,形成一条类似蛇形的纹路,亦称为蛇纹。如图所示。1.现象分析2.相关对策1.模具设计a.加大浇口截面尺寸；b.改变进浇方式或浇口位置，使塑料流经浇口后，在流动前方有模具铁料阻挡，使用扇形等类型浇口来避免；c.在流道（Runner）设置适当的冷料井（ColdSlugWell），以使得不良的塑料滞留在冷料井，而不致流入模腔内。五.喷流纹(蛇纹)（Jetting）2.相关对策2.成型调机a.降低塑料通过浇口时的射出速度；b.提高塑料温度；c.提高模具温度。五.喷流纹(蛇纹)（Jetting）六.短射（Shortshot）短射为注塑过程完成后，塑料依然无法完全的充填模腔内各角落的现象，主要发生在避厚较薄的地方、塑料流动的末端以及不容易设置排气槽的区域。如图所示1.现象分析2.相关对策1.产品设计a.不可设计太薄的肉厚，参考附表常用塑胶建议肉厚；b.选用流动性较佳的塑料或相同塑料选用高流动性等级。六.短射（Shortshot）2.相关对策2.模具设计a.选择适当的浇口位置及数量，以避免塑料流路过长，或塑料在不适当的位置会合，会造成不易排气，附表为常用塑料在不同成品厚度所容许的流动长度与壁厚比；b.加大浇口尺寸；c.良好的排气槽位置选择；d.加大流道的冷料井或竖浇道孔径尺寸。六.短射（Sh