非常規(guī)厚度塑件成型工藝研究

李鑌，鄺幸勝，葉榕偉，楊浩

（1.江門市五邑大學(xué)現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)綜合訓(xùn)練中心，廣東江門529000；2.江門市五邑大學(xué)180902班，廣東江門529000）

1 引言

壁厚較厚的塑件，如果澆口位置設(shè)計的不合理，在注射成型中需要耗費大量時間去調(diào)節(jié)注塑機的注射參數(shù)，而且生產(chǎn)過程也不穩(wěn)定。由于困氣造成的短射、燒焦等缺陷，會造成塑件不合格。通過模流分析軟件，可對困氣產(chǎn)生位置進(jìn)行分析，調(diào)整進(jìn)膠的方式，澆口的位置，可優(yōu)化解決這類問題。

2 困氣原因以及困氣造成的塑件缺陷

困氣是因為熔體進(jìn)入模具型腔后，模具型腔內(nèi)的氣體在熔體前沿，不能通過排氣組件或上下模具間隙排出模具，而與熔體混在一起，形成氣泡的現(xiàn)象，困氣通常產(chǎn)生在模具型腔最后被熔體充滿的區(qū)域，或者在塑件表面或其它沒有組件間隙同時不適宜制造排氣槽的地方，這是困氣產(chǎn)生的常見原因之一。困氣將使塑件內(nèi)部出現(xiàn)空洞和氣泡，降低塑件的強度。在塑件表面由于氣泡的形成，熔體無法填滿相應(yīng)區(qū)域，最后由于熔體受熱分解，會在塑件表面形成焦痕等表面缺陷。

3 案例分析

本案例塑件材料是低粘度半結(jié)晶塑料PA6，重量86g。塑件壁厚最厚處達(dá)到8.2mm，遠(yuǎn)厚于常規(guī)塑件1~3mm的壁厚，另外塑件外觀上存在多個轉(zhuǎn)折，不是圓滑過渡，因而屬于容易困氣的塑件。塑件尺寸如圖1所示。

圖1 塑件二維圖

（1）注射成型參數(shù)分析。

注射成型中，注塑機的螺桿向前推進(jìn)一定的距離，把料筒中的塑料熔體射進(jìn)模具型腔，螺桿推進(jìn)的距離通過注塑機的注射成型參數(shù)“位置”進(jìn)行設(shè)定。通常流道填充完成的位置，設(shè)定為第一級的注射位置；第二級、第三級的注射位置根據(jù)塑件的形狀進(jìn)行設(shè)置；塑件填充完成90%，可以設(shè)定為第四級的位置，最后就是第五級的位置，當(dāng)位置值設(shè)為0，表示螺桿在料筒內(nèi)不再前進(jìn)，不再把熔體注射進(jìn)模具型腔，接著就進(jìn)入保壓環(huán)節(jié)。

注射速度通過注射參數(shù)“流量”進(jìn)行設(shè)置。流量值設(shè)定較大，則注塑機的注射速度就會較大，熔體以高速流入模腔，模具型腔會在較短的時間內(nèi)被充滿，這種情況下，獲得的塑件的內(nèi)應(yīng)力會較低，扭曲變形也會較小。但如果流量值設(shè)置過大，也就是注塑機的注射速度過大，會引起澆口處出現(xiàn)自由噴射，會引起熔體分層，塑件表面缺陷，熔接線等問題，因此需要調(diào)整合適的流量值。

注射參數(shù)“壓力”反映的是注射時螺桿前端的壓強，設(shè)定合適的值方可保證正確的注射速度，如果“壓力”太低，實際注射速度就會低于設(shè)定值；“壓力”太大，就會引起飛邊等缺陷。

常規(guī)注塑機有5級注射參數(shù)可使用（見表1），如較簡單的塑件，或者較容易成型的材料，如PP等，可以使用其中3級注射參數(shù)就可以完成塑件的生產(chǎn)了。本案例塑件由于壁厚較厚，塑件表面容易出現(xiàn)困氣現(xiàn)象，需要使用5級注射參數(shù)，以便可以對成型過程進(jìn)行更多調(diào)整。通過試驗調(diào)整，采用以下注射參數(shù)可以得出尺寸穩(wěn)定的塑件。

表1 注射成型工藝參數(shù)

注射成型工藝參數(shù)如下：射出總時間10s。5級射膠完成后，轉(zhuǎn)入保壓，冷卻時間30s。料筒熔體溫度210℃~220℃。

通過分析注射成型參數(shù)可以得到，由第一級注射時，流量20%，位置148mm，此位置代表熔體注射至澆口位置時螺桿的位置，當(dāng)時的流量是20%，也就是注射的速度較慢，因為澆口直徑只有φ1mm，注射速度不可過快，以免引起熔體產(chǎn)生高剪切、過熱，分解出氣體、產(chǎn)生銀紋等缺陷。

第二級、第三級是塑件位置的正常填充，第二級流量55%，第三級流量35%，反映了由快速到逐漸減慢速度這樣一個充填過程，有利于把模具型腔內(nèi)的氣體向后面推送。

第四級流量15%，減慢注射速度，使熔體減少動能，以免到注射后段沖擊模具，產(chǎn)生飛邊等缺陷。

第五級增大了注射壓力，減少流量至7%，也就是減少了注射速度，目的是盡可能把模具型腔末端的氣流排除模具型腔，也有了足夠的冷卻時間。

（2）澆口設(shè)置在塑件中間位置存在的問題以及原因分析。

塑件生產(chǎn)出來，雖然尺寸正確，但塑件存在圖2所示缺陷。通過圖2可以看出塑件表面轉(zhuǎn)折的地方，顏色和其它地方不一樣，影響外觀。箭頭指向的困氣位置可以發(fā)現(xiàn)，塑件有明顯的燒焦痕跡，其澆口設(shè)置在塑件的中間位置。

使用模流軟件分析，困氣位置可在air trap分析中看到，如圖3所示，圖3中箭頭指向的分析得到的困氣位置與圖2的實際產(chǎn)生的困氣位置基本吻合。

圖2 塑件表面燒焦缺陷圖

圖3 中間位置澆口產(chǎn)生的困氣位置圖

燒焦缺陷產(chǎn)生是由于該塑件壁厚較厚，熔體在流動當(dāng)中，模具型腔內(nèi)的氣體無法及時逸出，造成困氣現(xiàn)象，隨著注射壓力的增大，困氣區(qū)域周圍的溫度會相應(yīng)增高，最終造成熔體分解，產(chǎn)生燒焦缺陷，最終影響塑件外觀。

（3）修改澆口位置解決困氣問題。

如圖4所示，澆口的位置由中間改成偏向塑件的左側(cè)，使用模流軟件中的air trap分析，可以看出原來困氣的地方，已經(jīng)沒有困氣了，其它困氣的位置，不影響外觀，或者靠近分型面，可以自行排氣。如圖5所示，塑件修改了澆口位置后，塑件外觀符合要求。

圖4 澆口修改至塑件左側(cè)或者右側(cè)圖

圖5 修改澆口位置后的合格塑件圖

（4）困氣引起燒焦的改善方法分析。

塑件設(shè)計環(huán)節(jié)需要設(shè)計壁厚均勻的塑件，避免塑件表面有尖銳的轉(zhuǎn)折，塑件的加強筋與塑件主體連接的位置需要倒圓角等。

模具在設(shè)計環(huán)節(jié)需要設(shè)計出合理，充分的排氣槽、排氣孔；通過模流軟件對塑件在注射成型過程中有可能產(chǎn)生氣穴的位置進(jìn)行分析，調(diào)節(jié)澆口位置，或者進(jìn)膠方式，改善困氣問題，提高塑件表面質(zhì)量。

模具制造環(huán)節(jié)，需要根據(jù)材料的不同，控制好合理的排氣間隙。排氣間隙過大，會引起飛邊，過小則不能有效排氣。

注射成型環(huán)節(jié)，調(diào)節(jié)注塑機參數(shù)，比如加大注射壓力，減慢充填速度，調(diào)整充填位置等方法來嘗試改善困氣問題。

由于本案例塑件需要和其它塑件進(jìn)行配合，不能通過修改塑件壁厚，或者外觀尺寸來解決困氣現(xiàn)象，現(xiàn)在采用修改澆口位置的方法解決困氣問題。把澆口從中間位置，調(diào)整至塑件橫向長度方向的其中一側(cè)，如圖4所示。其有利于成型的原因是，熔體在流動過程中，在塑件的橫向長度方向，從塑件的一頭，流向另一頭，流動會更加順暢，有利于排氣；而圖2的設(shè)計，熔體的流動從中間進(jìn)入，分兩邊流動，不利于排氣。本案例塑件壁厚較厚，而且外觀設(shè)計不流暢，有轉(zhuǎn)折，必須注意澆口的位置設(shè)計，結(jié)合合理的注射成型參數(shù)，才能同時滿足塑件尺寸與外觀的要求。

當(dāng)模具型腔內(nèi)的氣體被熔體推行至某個區(qū)域，而該區(qū)域已經(jīng)被熔體包圍，氣體無法逸出，如果該氣體區(qū)域位于塑件表面時候，當(dāng)壓強不高的時候，就會出現(xiàn)短射現(xiàn)象，也就是該區(qū)域沒有被熔體填滿；注塑機操作人員為了填滿該區(qū)域，必將加大注射壓力，根據(jù)克拉伯龍方程式：PV=nRT，其中P表示氣體的壓強、V表示氣體體積、n表示物質(zhì)的量、T表示絕對溫度、R表示氣體常數(shù)。當(dāng)注射壓力不斷增高，氣體區(qū)域附近的溫度也會不斷升高，也就是P增大，T也會相應(yīng)增大，當(dāng)溫度升高到一定程度，熔體就會分解，就會出現(xiàn)燒焦的缺陷，如圖2所示。調(diào)節(jié)了澆口位置后，通過模流分析軟件可以見到，氣穴消除，不會出現(xiàn)P壓強特別升高的區(qū)域，也就不會有T特別升高的區(qū)域，也就避免了圖2所示的燒焦缺陷。

4 結(jié)束語

通過理解克拉伯龍方程式中P與T的關(guān)系，結(jié)合使用CAE模流軟件分析困氣的位置，如果困氣位置出現(xiàn)在外觀上面，需要修改澆口位置，或者澆口大小，或者進(jìn)膠的形式，對困氣位置進(jìn)行改進(jìn)，可以優(yōu)化設(shè)計到制造的過程，減少試模次數(shù)，降低生產(chǎn)成本，在實際生產(chǎn)中有著重要意義。