壓塑工藝及模具設(shè)計(jì)
——上篇 塑料壓制成型第七講 壓制塑料質(zhì)量控制及缺陷分析

洪慎章

(上海交通大學(xué)塑性成形技術(shù)與裝備研究院，上海 200030)

（接上期）

7.1 生產(chǎn)技術(shù)準(zhǔn)備的質(zhì)量控制

塑料壓制成型是塑料制件生產(chǎn)中主要的成型工藝之一，它是一門工程技術(shù)。

一種新產(chǎn)品（塑料成型制件），從開發(fā)、研制到投入生產(chǎn)的流程為： 塑料成型制件（含嵌件）設(shè)計(jì)→原材料選定→成型工藝編制→模具設(shè) 計(jì)→模具制造→模具試用→樣品試制與測(cè)試成型工藝修訂與模具修正→試生產(chǎn)→檢驗(yàn)→成批生產(chǎn)。

產(chǎn)品質(zhì)量是用戶最為關(guān)心的問(wèn)題之一，是企業(yè)在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈的客觀形勢(shì)下，求得生存和發(fā)展的前提條件。因此，為了保證產(chǎn)品質(zhì)量，必須做到：緊緊圍繞著產(chǎn)品的研制、生產(chǎn)全過(guò)程進(jìn)行質(zhì)量控制，使研制、生產(chǎn)活動(dòng)完全按規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范、程序進(jìn)行，從而使產(chǎn)品質(zhì)量始終處于受控狀態(tài)；運(yùn)用科學(xué)方法，隨時(shí)掌握質(zhì)量動(dòng)態(tài)，及早發(fā)現(xiàn)異常情況，把質(zhì)量隱患消除在發(fā)生之前；一旦發(fā)生質(zhì)量問(wèn)題，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)和糾正，并杜絕重復(fù)發(fā)生；產(chǎn)品質(zhì)量具有可追蹤性，能夠隨時(shí)查到設(shè)計(jì)和制造的時(shí)間、地點(diǎn)、涉及范圍、責(zé)任者等客觀證據(jù)。

塑料壓制成型的質(zhì)量控制重點(diǎn)應(yīng)放在預(yù)防上?，F(xiàn)實(shí)生產(chǎn)中的問(wèn)題錯(cuò)綜復(fù)雜，出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)要從研制、生產(chǎn)的全過(guò)程中找出基本因素，才能采取切實(shí)有效的措施。這一問(wèn)題，對(duì)從事模具設(shè)計(jì)的人員也應(yīng)密切關(guān)注。關(guān)于生產(chǎn)技術(shù)準(zhǔn)備的質(zhì)量控制有關(guān)問(wèn)題分別介紹如下。

7.1.1 關(guān)于產(chǎn)品設(shè)計(jì)方面

無(wú)論是老產(chǎn)品的重大改進(jìn)，還是開發(fā)新產(chǎn)品，都要經(jīng)過(guò)一個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程。設(shè)計(jì)階段是產(chǎn)品質(zhì)量形成的源頭階段。產(chǎn)品質(zhì)量的優(yōu)劣，能夠滿足用戶要求的程度，首先取決于這個(gè)過(guò)程。工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家都十分重視開發(fā)新產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、研制工作。設(shè)計(jì)質(zhì)量不好，草率投產(chǎn)，就會(huì)給產(chǎn)品質(zhì)量留下某些先天性的缺陷，使一切工藝和生產(chǎn)上的努力以及有關(guān)的財(cái)力和時(shí)間都白白浪費(fèi)。

任何產(chǎn)品都是為了滿足用戶一定的使用要求（或需要）而生產(chǎn)制造的。產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)，要滿足用戶提出的性能、使用壽命、可靠性、安全性和經(jīng)濟(jì)性等方面的要求。要十分注意制件的工藝性。由于用戶提出的設(shè)計(jì)要求中往往有關(guān)工藝性方面的考慮較少，這就需要產(chǎn)品設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)前與用戶協(xié)商，進(jìn)行某些必要的修改；設(shè)計(jì)后還要傾聽成型工藝人員和模具設(shè)計(jì)人員有關(guān)產(chǎn)品工藝性方面的意見和建議，并加以改進(jìn)，使之更趨完善。在塑料制件設(shè)計(jì)時(shí)，產(chǎn)品設(shè)計(jì)人員要特別注意制件壁厚、圓角、材料的選用及嵌件的設(shè)計(jì)；對(duì)尺寸精度、分型線、熔接痕、推桿印痕等也要引起足夠注意，以便于成型工藝的編制和模具的設(shè)計(jì)，盡量減少模具制造和檢驗(yàn)過(guò)程中的糾葛。

產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)質(zhì)量控制的重點(diǎn)如下所述：

（1）設(shè)計(jì)任務(wù)書制訂。

（2）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和嵌件設(shè)計(jì)。

（3）塑料制件使用要求制訂（溫度、負(fù)荷、環(huán)境等）。

（4）質(zhì)量特性要求制訂（外觀、可靠性、壽命、安全性、經(jīng)濟(jì)性、精度、強(qiáng)度等）。

（5）塑料原料選用。要以質(zhì)量性能為中心，考慮塑料的成型工藝性能，并結(jié)合市場(chǎng)情況進(jìn)行綜合平衡選定。

（6）成型方法和后處理。

（7）分型線及脫模斜度。

（8）側(cè)凹、側(cè)孔及分型抽芯方式。

（9）推桿位置及推出方式。

（10）模具組合鑲件邊界線。

（11）壁厚。

（12）圓角。

（13）標(biāo)準(zhǔn)貫徹。

（14）設(shè)計(jì)圖樣的審查批準(zhǔn)。經(jīng)有關(guān)人員簽字，征得用戶同意，成型工藝人員、模具設(shè)計(jì)人員與標(biāo)準(zhǔn)化檢查人員進(jìn)行會(huì)簽。

7.1.2 關(guān)于塑料原材料方面

塑料原材料的選定是保證塑料成型制件質(zhì)量性能的重要環(huán)節(jié)。現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)提倡走專業(yè)化、協(xié)作化的道路，工業(yè)產(chǎn)品是社會(huì)化大生產(chǎn)的產(chǎn)物。塑料成型制件所用的原材料和金屬嵌件，一般由協(xié)作廠（供應(yīng)廠）進(jìn)行協(xié)作生產(chǎn)。協(xié)作供需雙方結(jié)成“命運(yùn)共同體”，因此要與協(xié)作廠（原材料供應(yīng)單位、嵌件制造單位）保持密切的合作關(guān)系。外協(xié)品的質(zhì)量保證，不僅僅憑一張紙合同或契約，而是要依靠嚴(yán)格的質(zhì)量檢查。為此要設(shè)置專門機(jī)構(gòu)和專職人員來(lái)對(duì)外協(xié)品進(jìn)行入廠檢驗(yàn)，還應(yīng)把質(zhì)量保證的范圍擴(kuò)大到協(xié)作企業(yè)的整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程，以建立穩(wěn)定的供應(yīng)渠道。

塑料材料的某一品類，如酚醛塑料、環(huán)氧樹脂等，又分為若干品種（牌號(hào)），可以從不同的供應(yīng)廠購(gòu)用。塑料是發(fā)展中的化工產(chǎn)品，不斷有新的品種問(wèn)世。因此，要作好市場(chǎng)調(diào)查；了解有關(guān)廠家的產(chǎn)品說(shuō)明書和產(chǎn)品目錄；派員參加有關(guān)物料的供貨、展銷會(huì)等活動(dòng)，廣泛收集有關(guān)物料信息；并及時(shí)將使用中的有關(guān)質(zhì)量信息向協(xié)作廠傳遞，取得原材料協(xié)作廠的合作與支持。

塑料原材料廠要作好原始記錄并保留樣品。原材料廠的產(chǎn)品合格證書及試驗(yàn)單據(jù)經(jīng)審查確認(rèn)后，將材料人庫(kù)保管；必要時(shí)還應(yīng)進(jìn)行成型試驗(yàn)。塑料原材料選定時(shí)質(zhì)量控制的重點(diǎn)如下所述：

（1）供應(yīng)廠家的有關(guān)質(zhì)量文件（產(chǎn)品目錄、產(chǎn)品合格證書及試驗(yàn)報(bào)告等）。

（2）塑料原材料的性能與產(chǎn)品質(zhì)量特性要求的符合程度。它包括：力學(xué)性能（強(qiáng)度、硬度等），熱性能，電性能（電阻、耐電弧性等），化學(xué)性能（耐化學(xué)性、耐溶劑性、耐油性、耐藥品性等），光學(xué)性能（透明度、折射率等），耐劣化性（耐候性、耐燃性、光穩(wěn)定性、耐久性、內(nèi)應(yīng)力等），成型工藝性能（成型收縮率、流動(dòng)性、水分和揮發(fā)物、細(xì)度和均勻度、硬化速率、尺寸穩(wěn)定性等）。

（3）塑料原材料運(yùn)輸及保管。

7.1.3 關(guān)于成型工藝編制方面

根據(jù)塑料制件設(shè)計(jì)的要求及塑料成型的工藝特性，正確選擇成型方法，確定成型工藝過(guò)程及成型工藝條件，選定成型設(shè)備，選擇塑料壓制模具的類型及基本結(jié)構(gòu)形式，以指導(dǎo)和保證成型工藝的順利進(jìn)行。制造出質(zhì)量合格的塑料制件，是成型工藝編制的基本目標(biāo)。

壓制成型工藝編制時(shí)質(zhì)量控制的重點(diǎn)如下所述：

（1）塑料制件分析（產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、尺寸精度、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的分析，成型材料的特性分析等）。

（2）塑料制件成型方法及工藝流程的確定（包括準(zhǔn)備工序、成型工序和后處理工序）。

（3）成型工藝條件的確定（溫度、壓力和時(shí)間要有明確的規(guī)定）。

（4）設(shè)備和模具的選擇（名稱、型號(hào)、代號(hào)、模具類型、型腔數(shù)、推出形式等）。

（5）工序質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)、檢驗(yàn)項(xiàng)目和檢驗(yàn)方法的確定。

（6）成型工藝文件的制訂，必須保證“文文相符，文實(shí)相符”。

7.1.4 關(guān)于模具設(shè)計(jì)方面

在現(xiàn)代化塑料制件生產(chǎn)中，合理的成型工藝、高效能的成型設(shè)備和優(yōu)良的成型模具是保證塑料制件生產(chǎn)的三大重要因素。尤其是模具，它在塑料制件成型的全過(guò)程中是一個(gè)主要因素。對(duì)模具的要求是很高的，例如，盡管模具在不斷變換的高、低壓力和高、低溫度下要啟閉成千上萬(wàn)次（模具壽命在一般情況下為20萬(wàn)次左右，有時(shí)高達(dá)50～60萬(wàn)次），但必須保持其應(yīng)有的精確度。塑料模具使用條件嚴(yán)酷（受熱、受壓、受磨損、受腐蝕等），結(jié)構(gòu)形狀復(fù)雜，尺寸精度要求嚴(yán)格。它對(duì)成型工藝的實(shí)現(xiàn)，塑料制件的形狀、尺寸、精度等起著極為重要的作用。高效率全自動(dòng)的成型設(shè)備，只有配備了與之相適應(yīng)的模具（多型腔、自動(dòng)化等）才能發(fā)揮其效能。產(chǎn)品的更新改型也是以模具的更新改型為前提的。因此， 模具設(shè)計(jì)必須經(jīng)過(guò)一系列的嚴(yán)格檢查，以保證其在使用中安全可靠，操作方便，發(fā)生偶然誤差的機(jī)率減到最低程度，從而確保制造出質(zhì)量合乎要求的塑件。模具設(shè)計(jì)時(shí)質(zhì)量控制的重點(diǎn)如下所述：

（1）塑料制件產(chǎn)品圖樣、成型工藝和技術(shù)任務(wù)書的技術(shù)分析。

（2）模具結(jié)構(gòu)規(guī)格（剛性、成本、標(biāo)準(zhǔn)或通用模架的利用）。

（3）模具材料及熱處理。

（4）模具成型零件工作尺寸計(jì)算。

（5）模具成型零件表面粗糙度和表面處理。

（6）分型面的位置、形狀和脫模斜度。

（7）側(cè)凹成型和抽芯方式。

（8）嵌件的安放與固定。

（9）推出方式和推桿位置。

（10）型腔數(shù)目。

（11）模具組合鑲件結(jié)構(gòu)和排氣槽。

（12）溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)設(shè)計(jì)（加熱器孔與冷卻水孔的布置）。

（13）模具的導(dǎo)向與定位，與成型設(shè)備的安裝方式及配合尺寸。

（14）總圖設(shè)計(jì)、編號(hào)，零部件圖繪制、審校、批準(zhǔn)。

（15）成型工藝人員和模具制造工藝人員進(jìn)行工藝會(huì)簽，標(biāo)準(zhǔn)化人員檢查。要確保圖樣文件的完整、準(zhǔn)確、協(xié)調(diào)、統(tǒng)一、清晰。

7.1.5 關(guān)于模具制造方面

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，塑料制件應(yīng)用的擴(kuò)大和模具結(jié)構(gòu)形式的多樣化，對(duì)模具的制造精度、使用壽命和生產(chǎn)周期等方面都有新的要求和變化。模具制造應(yīng)著眼于加快模具制造速度和不斷提高模具質(zhì)量。

模具制造是模具設(shè)計(jì)和模具使用之間的紐帶。它對(duì)模具設(shè)計(jì)的目的和模具使 用的效果能否兌現(xiàn)，具有決定性的影響。 模具設(shè)計(jì)人員應(yīng)準(zhǔn)確及時(shí)地處理處模具制造中發(fā)現(xiàn)的涉及設(shè)計(jì)的問(wèn)題，并認(rèn) 真參加模具的試用驗(yàn)證，為模具修正取得第一手資料。模具制造時(shí)質(zhì)量控制的重點(diǎn)如下所述：

（1）保證模具與圖樣文件規(guī)定相一致。

（2）嚴(yán)格控制修改權(quán)限，更改要進(jìn)行充分論證，并嚴(yán)格履行審批手續(xù)。

（3）制成的模具應(yīng)按其圖樣文件進(jìn)行嚴(yán)格檢驗(yàn)。

（4）檢驗(yàn)合格的模具需經(jīng)試用驗(yàn)證，將發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題排除。直到成型的塑料制件合格后，方可開出質(zhì)量合格證書，人庫(kù)保管，或投入生產(chǎn)使用。

7.1.6 關(guān)于模具試模方面 模具試用時(shí)質(zhì)量控制的重點(diǎn)如下所述

7.1.6.1 試模前對(duì)模具進(jìn)行質(zhì)量檢查

（1）模具閉合高度，與成型設(shè)備的配合部位和尺寸，頂出機(jī)構(gòu)結(jié)合部位與尺寸，開模距。

（2）檢查模具吊裝結(jié)構(gòu)是否齊全、可靠。

（3）模具外露尖角棱邊的倒圓或倒角，模具代號(hào)印記、合模標(biāo)記。

（4）附件、備件是否齊全。

（5）成型零件的尺寸、表面粗糙度和表面處理情況。

（6）模具定位件、導(dǎo)向件和緊固件的配合情況。

7.1.6.2 試模前裝機(jī)空運(yùn)轉(zhuǎn)試驗(yàn)

（1）閉模后各承壓面（或分型面）之間不得有間隙。

（2）活動(dòng)型芯、推出機(jī)構(gòu)和導(dǎo)向件的運(yùn)動(dòng)應(yīng)平穩(wěn)、靈活、動(dòng)作協(xié)調(diào)、可靠，定位導(dǎo)向正確。

（3）鎖緊件作用可靠，緊固件無(wú)松動(dòng)。

（4）冷卻水路通暢，不漏水，控制可靠。

（5）電加熱裝置無(wú)漏電現(xiàn)象，能達(dá)到模溫要求，控制系統(tǒng)可靠。

（6）氣動(dòng)、液壓和機(jī)械機(jī)構(gòu)動(dòng)作正確可靠。

（7）壓機(jī)上附件的使用方面。

（8）空運(yùn)轉(zhuǎn)后，檢查模具有無(wú)損壞現(xiàn)象。

7.1.6.3 試模后驗(yàn)收

（1）模具成型的塑料制件形狀、尺寸、表面光澤等符合產(chǎn)品圖及有關(guān)文件要求。

（2）模具工作系統(tǒng)可靠，工作平穩(wěn)，動(dòng)作靈活協(xié)調(diào)，能滿足塑件成型質(zhì)量要求和相應(yīng)的生產(chǎn)率。

（3）溢料飛邊不超過(guò)規(guī)定，材料消耗符合定額要求，推件印痕深度不超過(guò)0.5 mm；脫模良好，塑件留落方向符合設(shè)計(jì)要求。

（4）成型操作方便，易于掌握，安全可靠。

（5）各主要受力零件的剛性和強(qiáng)度足夠，未發(fā)現(xiàn)變形。

（6）附件、備件齊全，能滿足使用要求。

（7）開出模具質(zhì)量合格證書，將模具涂油入庫(kù)保管。

7.1.7 關(guān)于樣品試制檢測(cè)方面

在樣品試制階段成型工廠和用戶雙方的質(zhì)量控制人員，應(yīng)對(duì)塑料制件需要實(shí)行技師檢測(cè)的項(xiàng)目、部位及方法進(jìn)行協(xié)調(diào)統(tǒng)一，作到意見一致并用文件固定下來(lái)，以免以后產(chǎn)生分歧。必要時(shí)共同選定檢驗(yàn)樣件作為分析判斷的依據(jù)，為成型制品的正式生產(chǎn)奠定一個(gè)可靠的質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。

樣品試制檢測(cè)時(shí)質(zhì)量控制的重點(diǎn)如下所述：

（1）外觀檢驗(yàn)：熔接痕、縮痕、流紋、鼓凸、銀紋、裂紋、異物、光澤、表面灰暗、損傷、飛邊、模具鑲件痕跡、推件痕跡及深度、字符等。

（2）尺寸和位置檢驗(yàn)：測(cè)量方法，翹曲變形程度、尺寸精度及形位誤差，自攻螺紋底孔直徑，與其配套的組、部件組裝配合試驗(yàn)等。

（3）成型制件的強(qiáng)度試驗(yàn)（根據(jù)需要確定測(cè)試項(xiàng)目）：落球試驗(yàn)、跌落試驗(yàn)、自攻螺紋強(qiáng)度試驗(yàn)、彎曲試驗(yàn)、蠕變?cè)囼?yàn)、疲勞試驗(yàn)、冷熱循環(huán)試驗(yàn)等。

（4）成型制件的老化試驗(yàn)（根據(jù)需要確定測(cè)試項(xiàng)目）：耐候性試驗(yàn)、應(yīng)力開裂試驗(yàn)、耐溶劑性試驗(yàn)、耐藥品性試驗(yàn)等。