注塑成型的工藝條件以及影響質(zhì)量的因素

李萬虎

中圖分類號：TQ320.662 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-8882（2015）04-021-01

一、注塑成型工藝條件

注塑成型的工藝條件主要包括溫度、壓力和時間等。

（一）溫度

注塑成型過程中的溫度主要有熔料溫度和模具溫度。熔料溫度影響塑化和注塑充模，模具溫度影響充模和冷卻成型。熔料溫度指塑化樹脂的溫度和從噴嘴射出的熔體溫度，前者稱為塑化溫度，后者稱為熔體溫度，由于看來，熔料溫度取決于料筒和噴嘴兩部分的溫度。熔料溫度的高低決定熔體流動性能的好壞。熔料溫度高，熔體的粘度小，流動性能好。反之，熔料溫度低，就會降低熔體的流動性能，會引起表面光潔度低、缺料、熔接痕明顯等缺陷。但是熔料溫度過高會引起材料熱降解，導(dǎo)致材料物理和化學(xué)性能降低。模具溫度是指和制件接觸的模腔表面溫度。模具溫度直接影響熔體的充模流動行為、制件的冷卻速度和制件的最終質(zhì)量。提高模具溫度可以改善熔體在模腔內(nèi)的流動性，增強制件的密度和結(jié)晶度以及減小充模壓力和制件中的壓力。但是，提高模具溫度會增加制件的冷卻時間、增大制件收縮率和脫模后的翹曲，制件成型周期也會因為冷卻時間的增加而變長，降低了生產(chǎn)效率。降低模具溫度，雖然能夠縮短冷卻時間，提高生產(chǎn)率，但是，會降低熔體在模腔內(nèi)的流動能力，并導(dǎo)致制件產(chǎn)生較大的內(nèi)應(yīng)力或者形成明顯的熔接痕等制件缺陷。

（二）壓力

注塑成型過程的壓力主要包括注塑壓力、保壓壓力。

注塑壓力是指螺桿或者柱塞沿軸向前移時，其頭部向塑料熔體施加的壓力。它主要用于克服熔體在成型過程中的流動阻力，還對熔體起一定程度的壓實作用。注塑壓力對熔體的流動、充模及制件質(zhì)量都有很大的影響。但本文在充填過程中采用的是速度控制，所以對注塑壓力這個參數(shù)不做優(yōu)化。

保壓壓力是指對模腔內(nèi)樹脂熔體進(jìn)行壓實以及維護(hù)向模腔內(nèi)進(jìn)行補料流動所需要的壓力。保壓壓力是重要的注塑工藝參數(shù)之一，保壓壓力和保壓時間的選擇直接影響注塑制品的質(zhì)量，保壓壓力和注塑壓力一樣由液壓系統(tǒng)決定。在保壓初期，制品重量隨保壓時間而增加，達(dá)到一定時間不再增加。延長保壓時間有助于減少制品的收縮率，但過長的保壓時間會使制品兩個方向上的收縮率程度出現(xiàn)差異，保壓時間的選擇應(yīng)取決于澆口凝固時間。

二、影響質(zhì)量的因素

本節(jié)從翹曲變形角度考慮影響注塑制品質(zhì)量的影響因素。翹曲變形涉及的因素比較多，從實際生產(chǎn)的角度看，模具設(shè)計、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、成型機(jī)械、成型工藝、聚合物原料等都會對制品的最終成型尺寸、變形產(chǎn)生影響。

（一）模具結(jié)構(gòu)對注塑制品翹曲變形的影響在模具設(shè)計方面，影響翹曲變形的因素有澆注系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)與頂出系統(tǒng)等。

（二）澆注系統(tǒng)的影響

注塑模具的澆口位置、形式和澆口數(shù)量的設(shè)計，安排不當(dāng)都會使流長、流阻過大，相應(yīng)的注塑壓力也需要提高，同時高分子易被拉伸、壓擠，殘余應(yīng)力大，影響塑料在模具型腔內(nèi)的充填狀態(tài)，從而導(dǎo)致塑件變形。

（三）冷卻系統(tǒng)的影響

塑件不一致的冷卻速度將造成收縮不均勻，這種收縮差別導(dǎo)致彎曲力矩的產(chǎn)生而發(fā)生翹曲。凹模、凸模溫差過大，因冷卻產(chǎn)生的殘余剪切力不能關(guān)于塑件的中面對稱，會產(chǎn)生較大的彎矩，使得制品產(chǎn)生大的翹曲變形。在模具設(shè)計時，應(yīng)注意冷卻系統(tǒng)溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計，減少模具的溫差，從而保證塑件均勻冷卻。

（四）頂出系統(tǒng)的影響

頂出系統(tǒng)的設(shè)計也直接影響塑件的變形。如頂出系統(tǒng)布置不平衡，將造成頂出力的不平衡而使制品變形。

（五）制品結(jié)構(gòu)對注塑翹曲變形的影響。

如果型腔內(nèi)壁厚尺寸差異過大，注射成型過程中，熔體會產(chǎn)生流動不均勻現(xiàn)象，并且在薄的地方先冷卻，厚的地方后冷卻。厚薄差異大時，體積收縮率差異大，殘余應(yīng)力大。當(dāng)殘余應(yīng)力克服了制品的本身結(jié)構(gòu)強度剛度時，就會發(fā)生翹曲。

（六）注塑機(jī)/成型工藝參數(shù)對翹曲變形的影響

熔體溫度和注射壓力是注塑成型過程中對翹曲影響較大的兩個參數(shù)。熔體溫度太低或注射壓力太高會產(chǎn)生高的殘余應(yīng)力，容易發(fā)生翹曲變形。熔體注射速度越高，則模具型腔內(nèi)的熔體流動速度越高，殘余應(yīng)力、表面應(yīng)力和分子取向就越大，從而導(dǎo)致塑件的翹曲變形；另一方面，高的注射速度可減小充填過程中的冷凝層厚度，有利于壓力的傳遞。保壓壓力過低，在澆口位置附近可能出現(xiàn)熔體回流現(xiàn)象，產(chǎn)生流動殘余剪切應(yīng)力；另一方面，型腔內(nèi)的熔體沒有被壓實而形成較大的體積收縮率差異，而產(chǎn)生高的殘余拉、壓應(yīng)力，導(dǎo)致翹曲。保壓壓力過高，雖然可以使補料充足，但是會引起較高的流動殘余應(yīng)力和塑料的壓應(yīng)力，形成制品翹曲變形。因此保壓壓力要適當(dāng)。保壓時間過短，螺桿回退時因為澆口沒有冷凝而發(fā)生回流，形成殘余應(yīng)力或者因為補料不足而產(chǎn)生較大的收縮。保壓時間太長，延長了生產(chǎn)周期，浪費能源。冷卻時間過短，型腔內(nèi)熔體沒有達(dá)到出模溫度，在被頂出后會產(chǎn)生較大的變形。冷卻時間長，延長生產(chǎn)周期。模具溫度設(shè)置過低，則部件的冷卻速率高，殘余剪切應(yīng)力大，若沒有足夠的時間釋放殘余應(yīng)力，容易產(chǎn)生翹曲。較高的模具溫度能夠減小注射過程中冷凝層的厚度，減小模內(nèi)壓力損失，提高產(chǎn)品質(zhì)量，但是也會延長生產(chǎn)周期，同時凸凹模具的溫度差異過大，也會引起翹曲。

三、塑料

塑料原料本身的流動性、熱物理性能、.力學(xué)性能等對翹曲都有不同程度的影響。而這些所謂的物性參數(shù)對產(chǎn)品質(zhì)量的定量影響還有待于進(jìn)一步研究，目前有不少學(xué)者針對此項工作已經(jīng)開展了物性反演分析的研究工作。

四、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)也是啟發(fā)式算法之一，是用機(jī)器模擬人腦智能活動的杰出代表。它巧妙地將生物神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)及工作方式用數(shù)學(xué)形式構(gòu)造出模型，通過模擬大腦的某些機(jī)理與機(jī)制，實現(xiàn)某個方面的功能。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有很強的自學(xué)能力和自適應(yīng)能力，可以充分逼近任意復(fù)雜的非線性關(guān)系，其并行分布處理方法也使得快速進(jìn)行大量運算成為可能。因此，在模具優(yōu)化領(lǐng)域中也得到廣泛的應(yīng)用。