復(fù)雜塑料包裝箱熔接痕疵病分析及工藝改進(jìn)

劉海艷，姜春茂，劉淑艷，張雷，孫麗華，王波，劉巍巍，姜華

（北方華安工業(yè)集團(tuán)有限公司，黑龍江 齊齊哈爾 161046）

塑料由于本身特有的量輕質(zhì)優(yōu)、性能全面、資源豐富、節(jié)能省才、加工方便、一致性好、防水性強(qiáng)、可循環(huán)利用等特性，從過去只作為金屬、玻璃、陶瓷、木材和纖維等材料的代用品，一躍成為現(xiàn)代生活和尖端工業(yè)不可缺少的材料，在炮彈行業(yè)應(yīng)用廣泛。北方華安工業(yè)集團(tuán)有限公司積極響應(yīng)國家號召，將中大口徑炮彈包裝制造由木材加工技術(shù)改為塑料注塑成型技術(shù)[1—3]。因為個別部位熔接痕疵病問題，導(dǎo)致產(chǎn)品廢品率上升。

1 熔接痕疵病的成型機(jī)理以及對熔接強(qiáng)度的影響

成型時熔料匯合處產(chǎn)生的細(xì)線被稱做熔接痕，是注塑加工中常見的疵病，熔融塑料在型腔中遇到嵌件、孔洞、流速不連貫及沖模料流中斷的區(qū)域時，會以多股形式匯合，而且由于熔體熱量的散失，熔體會形成冷凝層，冷凝層起到阻止對方與自身融為一體的作用，因此兩熔流不能完全融合而產(chǎn)生線狀的熔接痕。熔接痕的嚴(yán)重程度直接影響包裝箱熔接強(qiáng)度的大與小。變化的原因：料流在經(jīng)過一段流程后，其溫度有所降低，當(dāng)兩股料流匯合時，相互熔合性變差了；結(jié)晶性塑料在熔接處不能形成完全結(jié)晶[4—5]；在兩股料流間夾雜了氣體或雜質(zhì)，使接觸面積減小，導(dǎo)致熔接強(qiáng)度下降。

由于塑料包裝箱屬于大型注塑件，內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加強(qiáng)筋較多，具體見圖1。原材料采阻燃型改性高抗沖聚苯乙烯，流動性差，成型困難，個別部位熔接痕嚴(yán)重，具體見圖2。

圖1 產(chǎn)品三維Fig.1 3D drawing of product

圖2 熔接痕Fig.2 Weld trace

2 熔接痕疵病的原因分析

2.1 澆注系統(tǒng)分析

根據(jù)熔接痕疵病的形成機(jī)理，對注塑模具澆注系統(tǒng)設(shè)計進(jìn)行理論分析：澆注系統(tǒng)主要由主流道、分流道、澆口、冷料穴等部分組成。澆注系統(tǒng)的設(shè)計對塑件質(zhì)量影響很大，設(shè)計不當(dāng)會導(dǎo)致熔接痕的注塑疵病。

分流道的分布與型腔的布局有密切關(guān)系。型腔間距短，分流道短，對于薄壁的矩形塑件，應(yīng)采用多點(diǎn)進(jìn)料，這樣可有利于消除或減小塑性變形。每一個新的注塑周期內(nèi)，分支處各下游流道段內(nèi)熔體的壓力降相等，熔體可同時到達(dá)各支路末端（即同時沖模）[6—8]。通過產(chǎn)品的料頭位置，具體見圖3。

圖3 箱體料頭位置Fig.3 Head position of box

對注塑模具澆口的設(shè)計進(jìn)行反推發(fā)現(xiàn)，澆口設(shè)計確實存在不合理的現(xiàn)象，流道長短分布不均，熔融塑料在型腔中以多股形式匯合時，因匯合到達(dá)的時間不一致，而導(dǎo)致產(chǎn)生熔接痕[9—10]。通過分析可以得出結(jié)論，澆注系統(tǒng)設(shè)計不合理。

2.2 注塑模具排氣系統(tǒng)分析

排氣問題是注塑模具設(shè)計中不可忽視的問題，注塑中，若模具的排氣不良，型腔內(nèi)氣體受壓將產(chǎn)生很大的壓力，阻止塑料熔體正?？焖贈_模，形成熔接痕。在注塑加工過程中，注塑模具中傳出擠壓氣體的響聲，在頂退過程中也有氣體抱模強(qiáng)退的“啪啪”聲音。通過分析可以得出注塑模具排氣不良的結(jié)論。

2.3 注塑模具冷卻系統(tǒng)分析

冷卻的目的，一是保證模具表面溫度均勻，避免制品的變形，從而提高制品的質(zhì)量；二是縮短注塑冷卻時間，進(jìn)而提高注塑成型的生產(chǎn)效率，即在一個注塑成型周期中，60%～80%的時間是冷卻時間。在1500 mm×500 mm×400 mm的大型注塑模具定模上只有5組水道，而且還是普通冷卻方式，顯然會導(dǎo)致模具冷卻不均[11]。通過分析可以看出注塑模具冷卻系統(tǒng)設(shè)計不合理。

3 工藝改進(jìn)

3.1 增加排氣鐵

常規(guī)的排氣方式有以下幾種：① 模具自然排氣；② 排氣塞排氣；③ 排氣槽排氣；④ 利用分型面排氣；⑤ 利用頂桿排氣；⑥ 利用排氣鐵排氣。

根據(jù)現(xiàn)有模具的實際情況，發(fā)現(xiàn)①、④、⑤三種方式已經(jīng)應(yīng)用，②、③兩種排氣方式相對而言，成本較高，改動較大。最合理的改進(jìn)是：在產(chǎn)生熔接痕疵病的注塑模具的定模加排氣鐵[12—14]。

3.2 分流道的改進(jìn)

基于阻燃性塑料流動性差的特點(diǎn)，依據(jù)上述分流道的設(shè)計原則。將現(xiàn)有注塑模具的分流道由原來的3點(diǎn)直線型改為6點(diǎn)米字形并均勻分布。具體見圖4、圖5。

圖4 改進(jìn)前分流道布置Fig.4 Front runner layout after improvement

圖5 改進(jìn)后分流道布置Fig.5 Rear runner layout after improvement

3.3 增加冷卻水道組數(shù)

冷卻不均容易產(chǎn)生熔接痕，而冷卻均勻度和冷卻水道的布置和組數(shù)有關(guān)。依據(jù)冷卻系統(tǒng)的設(shè)計原則并結(jié)合模具的實際情況，均勻增加5個冷卻水道，解決冷卻不均問題，以確保下箱體冷卻更加均勻。

3.4 工藝參數(shù)優(yōu)化改進(jìn)

為了工藝參數(shù)更加匹配，并在不影響產(chǎn)品質(zhì)量的情況下縮短生產(chǎn)周期。基于前3項工藝改進(jìn)，依據(jù)冷卻時間的設(shè)定原則，保證箱體脫模時不引起變形的最短時間，將箱體的注塑加工過程的冷卻時間參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，將箱體的冷卻時間由200～260 s改成140～180 s。生產(chǎn)效率大幅度提高。

3.5 改進(jìn)效果

用優(yōu)化后的注塑模具在調(diào)整完冷卻時間工藝參數(shù)的情況下，試制加工了100件產(chǎn)品。在頂退過程中已經(jīng)聽不到氣體抱模強(qiáng)退的“啪啪”聲音。檢驗人員對注塑件的外觀質(zhì)量進(jìn)行 100%檢測，只有一個廢品，廢品率為1%。由此可見，熔接痕疵病問題得以解決，使廢品率明顯降低，箱體生產(chǎn)效率提高23%。

3.6 工藝驗證

通過高、低溫跌落試驗可以驗證出塑料包裝箱極限惡劣條件下的使用性能。依據(jù)產(chǎn)品圖樣要求，進(jìn)行高、低跌落試驗。分別選取兩種不同面、角、棱進(jìn)行兩次跌落。通過工藝試驗驗證，工藝改進(jìn)后加工的產(chǎn)品滿足產(chǎn)品圖樣的相關(guān)要求，還大大提高了生產(chǎn)效率，工藝改進(jìn)方法可行。高、低溫跌落試驗效果見圖6。

圖6 高、低溫跌落試驗效果Fig.6 Effect of free fall test at high and low temperature

4 結(jié)語

通過上述改進(jìn)措施，從根本上解決了熔接痕的問題。將產(chǎn)品的廢品率由 3%降低到 0.78%以下，生產(chǎn)效率提高大幅度提高，并且提高了產(chǎn)品的外觀質(zhì)量，保證了產(chǎn)品的使用性能，提高了顧客對產(chǎn)品的滿意度，保證了公司軍品生產(chǎn)任務(wù)的順利完成，縮短了生產(chǎn)周期，也為今后生產(chǎn)提供技術(shù)保障。

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