車燈常見注塑成型缺陷的機(jī)制分析及解決方法

莊麗娟，馮殿蓮，李杰

(常州星宇車燈股份有限公司，江蘇常州 213001)

0 引言

注塑成型是一個(gè)涉及多方面因素，包括產(chǎn)品及模具設(shè)計(jì)合理性、模具加工精度、材料特性、成型工藝等，并與環(huán)境、冷卻時(shí)間等密切相關(guān)的復(fù)雜加工流程。塑料產(chǎn)品的外觀質(zhì)量受多方面因素的影響：

(1)材料：需選擇流動(dòng)性較好的材料；

(2)注塑模具：模具結(jié)構(gòu)合理，包括合理的澆口尺寸及位置、順暢的排氣方式、整體加工精度及合理的水路布置等；

(3)成型設(shè)備：合適噸位的機(jī)臺(tái)，配套的輔助設(shè)備；

(4)注塑成型工藝：工藝條件包括五大要素，即溫度、壓力、時(shí)間、位置和速度。

①與溫度有關(guān)的是：模具溫度、料筒溫度、螺桿轉(zhuǎn)速引起的溫度、油溫等；

②與壓力有關(guān)的是：注射壓力、保壓壓力、背壓等；

③與時(shí)間有關(guān)的是：注射時(shí)間、模具開合模時(shí)間、螺桿轉(zhuǎn)速、材料干燥時(shí)間、冷卻時(shí)間等；

④與位置有關(guān)的是：注射位置、螺桿位置等；

⑤與速度有關(guān)的是：注射速度、螺桿轉(zhuǎn)速等。

在如此眾多的影響因子約束之下，產(chǎn)品出現(xiàn)缺陷在所難免。下面將主要從產(chǎn)品及模具設(shè)計(jì)和注塑成型工藝設(shè)計(jì)來探討常見成型缺陷的產(chǎn)生機(jī)制及解決方法。

1 縮痕

縮痕[1]是由于澆口凍結(jié)后或缺料注射引起的局部內(nèi)收縮而造成制品表面的局部塌陷。當(dāng)注塑件厚度不均勻時(shí)，在冷卻過程中有些部分會(huì)因?yàn)槭湛s過大而產(chǎn)生縮痕?？s痕易出現(xiàn)在遠(yuǎn)離澆口位置及外部尖角或者壁厚突變處，如產(chǎn)品厚壁、筋位處等。車燈用塑料件外觀要求較高，特別是燈罩、飾圈類，目前，認(rèn)為產(chǎn)品上凹坑深度≥0.03 mm時(shí)，縮痕會(huì)明顯可見。

設(shè)計(jì)產(chǎn)品時(shí)應(yīng)注意避免筋位壁厚過厚，導(dǎo)致產(chǎn)品收縮不均(產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段可用模流分析軟件進(jìn)行分析，在燈具行業(yè)，認(rèn)為當(dāng)縮痕估算值≥0.03 mm時(shí)，縮痕會(huì)明顯可見)。即圖1筋位根部的厚度要合理。通常要求設(shè)計(jì)筋位壁厚(圖1中的b)至少不大于主壁厚的0.6倍可有效避免縮痕。

圖1 縮痕示意圖

在工藝現(xiàn)場，可通過優(yōu)化成型條件改善縮痕。增加注射壓力或保壓壓力，延長注射時(shí)間和保壓時(shí)間，增加熔融塑料的密度，補(bǔ)償收縮不均，調(diào)整過程中要注意產(chǎn)品的脫模情況，防止過保壓造成產(chǎn)品粘模出現(xiàn)頂白甚至頂裂的缺陷；也可通過調(diào)整溫度來消除縮痕，但溫度對(duì)縮痕的影響是相對(duì)的，如若條件允許，可降低產(chǎn)生縮痕位置處的模具溫度，以減小該處的收縮，若縮痕處在充填末端，可能是因?yàn)槟＞邷囟然蛄蠝剌^低，熔融塑料的流動(dòng)性降低，產(chǎn)品表面過早冷卻，使得保壓補(bǔ)縮的通道變窄，造成產(chǎn)品末端產(chǎn)生縮痕；或者，在補(bǔ)縮通道凍結(jié)之前進(jìn)行有效的保壓，可提高注射速度等。

當(dāng)工藝無法優(yōu)化時(shí)，可通過優(yōu)化模具結(jié)構(gòu)來調(diào)整縮痕。如，通過擴(kuò)大澆口或流道截面尺寸以減小壓力降；或者更改澆口位置，將澆口靠近縮痕處進(jìn)行補(bǔ)縮。

2 困氣

困氣是指合模注射時(shí)，熔融塑料在型腔內(nèi)流動(dòng)擠壓并壓縮型腔內(nèi)的空氣，因無有效排氣系統(tǒng)，導(dǎo)致氣體困在熔融塑料內(nèi)的現(xiàn)象。產(chǎn)品拐角處，因壁厚設(shè)計(jì)不合理易出現(xiàn)該缺陷，如圖2(a)所示。

工藝上可通過提高料溫和注射壓力，降低缺陷處注射速度的方法來改善該缺陷，旨在能將拐角的氣體“溶解”到熔融塑料中。注塑生產(chǎn)不能完全指望通過工藝穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量，易造成報(bào)廢較多、不能穩(wěn)定生產(chǎn)且調(diào)試窗口較小。所以在前期設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)注意將產(chǎn)品拐角處的壁厚調(diào)整至與主壁厚相等，使得熔融材料可順利通過拐角，避免將氣體滯留在拐角處，優(yōu)化方案如圖2(b)所示。也可通過改變澆口數(shù)量或位置，改變?nèi)垠w流動(dòng)方向，避免流動(dòng)“死角”。

圖2 困氣示意圖及整改方案

3 竄色

竄色是指多色成型時(shí)，產(chǎn)品出現(xiàn)顏色不均勻的現(xiàn)象。如圖3所示，第一射成型紅片，第二射覆蓋成型白片時(shí)，白片料流經(jīng)過時(shí)會(huì)融化一部分紅片帶入白片之中，造成白片外觀顏色不均勻。

圖3 竄色示意圖

工藝上可通過降低成型紅片模具定模的溫度來臨時(shí)改善該缺陷；模具上，可通過減小非覆蓋區(qū)域白片的厚度(即白片模具加鐵)來改善(車燈透明燈罩通常建議減小0.5 mm)，如圖4所示。另外，也可以更改澆口位置，如將澆口位置置于非覆蓋區(qū)域，或者改變成型順序，如先成型紅片后成型白片來改善此類缺陷。

圖4 竄色整改方案示意圖

4 黑點(diǎn)

黑點(diǎn)主要是由于塑料材料過熱分解引起的。一方面可能是因?yàn)榱贤矞囟犬惓?dǎo)致材料過熱分解，另外，螺桿轉(zhuǎn)速太快、背壓過高、注塑速率太快均可能造成材料過熱分解，這需要工藝上按材料的物性要求去設(shè)定溫度。另一方面，產(chǎn)品較小，但料管選擇過大，原料或色母停留在料管中的時(shí)間過長，被儲(chǔ)料時(shí)的高剪切作用降解，也會(huì)形成黑點(diǎn)，這要求產(chǎn)品克重為料管的最大計(jì)量容量的20%～80%(25%～75%更佳)。在設(shè)備方面，還要考慮“設(shè)備死角”問題，如若工藝參數(shù)均在合理范圍之內(nèi)，對(duì)空注射材料就有變色現(xiàn)象，即需找出“設(shè)備死角”，如螺桿死角、熱流道噴嘴死角等，需要通過清洗、修補(bǔ)、拋光“死角”加以解決。若一開機(jī)就有黑點(diǎn)，則考慮與料管存料有關(guān)，須注意操作方法。如果是因?yàn)榧庸み^程中，因維修或其他原因暫時(shí)停機(jī)，時(shí)間較久導(dǎo)致料過熱分解，下次生產(chǎn)仍為同一種原料，要用新料在低于成型溫度20 ℃下對(duì)空注射3-4次，直至無黑料。為避免上述情況，若臨時(shí)中止生產(chǎn)，需按照保溫規(guī)定對(duì)料筒進(jìn)行設(shè)定，對(duì)PP、PBT、ABS、PMMA設(shè)定材料設(shè)置150 ℃，PC、PC+ABS、PC-HT、PEI材料設(shè)定170 ℃對(duì)料筒進(jìn)行保溫(注：透明材料需保持滿料筒保溫)。如果所存料為其他料，可用所存料的回料在成型溫度下先清洗一遍，再將未烘干的新料原料在低于成型溫度20 ℃下清洗，最后用新料在成型溫度下徹底清洗一遍，即可正常進(jìn)行加工。另外，還要注意環(huán)境的清潔，保證模具和材料不被污染[2]。

5 結(jié)論

塑料成型是一個(gè)涵蓋多方面因素的復(fù)雜加工過程，因此，塑料產(chǎn)品的外觀質(zhì)量受多方面因素的制約。文中主要從注塑成型工藝及模具設(shè)計(jì)方面來探討產(chǎn)品成型缺陷的產(chǎn)生機(jī)制及解決辦法，具有一定的實(shí)踐指導(dǎo)意義。