順序注塑工藝對(duì)塑件成型質(zhì)量的改善

作者簡(jiǎn)介：賈飛（1964.01-），男，安徽太和人，本科，中級(jí)機(jī)電工程師，主要從事：經(jīng)營(yíng)管理、產(chǎn)品開(kāi)發(fā)。

摘要： 塑料件的應(yīng)用廣泛，憑借其性能佳、造價(jià)低等優(yōu)勢(shì)，可用于諸多領(lǐng)域的使用過(guò)程，但目前塑件成型的質(zhì)量參差不齊，影響塑件生產(chǎn)效益，需要對(duì)其生產(chǎn)工藝做出優(yōu)化分析。本文選擇多澆口成型工藝進(jìn)行分析，通過(guò)分子流動(dòng)取向，顯示出成型過(guò)程塑件熔接痕跡位置，并使用Moldflow模擬順序注塑充模過(guò)程，優(yōu)化注塑工藝。采用案例分析，將實(shí)際生產(chǎn)塑件過(guò)程做以展示，利用順序注塑工藝，改善塑件缺陷，獲得高質(zhì)量塑件產(chǎn)品。

關(guān)鍵詞： 塑件成型;順序注塑工藝;多澆口成型

【中圖分類(lèi)號(hào)】 TB47【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A【文章編號(hào)】1674-3733（2020）16-0203-02

引言：大型塑件成型所需精度較高，這是因?yàn)槠涑尚瓦^(guò)程的控制管理有一定難度，注塑工藝在其不良應(yīng)用中，將影響到塑件性能，造成塑件質(zhì)量降低現(xiàn)象，如何優(yōu)化注塑工藝相關(guān)參數(shù)，結(jié)合模具結(jié)構(gòu)配合，將塑件高質(zhì)量輸出，是塑件生產(chǎn)工作人員應(yīng)格外留意的變革范圍。增加塑件成型過(guò)程精度、準(zhǔn)度，將獲得較高質(zhì)量塑件，為企業(yè)提高一次成型成功率，由此降低二次生產(chǎn)成本，提高企業(yè)收益。

1順序注塑工藝使用優(yōu)勢(shì)

塑料件應(yīng)用在大型工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域中的比例逐漸增加，但因成型過(guò)程影響，造成塑料件在其生產(chǎn)中，常會(huì)出現(xiàn)熔接痕跡、變形等問(wèn)題，造成塑件缺陷，如若該批次生產(chǎn)要求較高，則不合格塑件將重新生產(chǎn)，增大生產(chǎn)成本。塑件成型產(chǎn)生缺陷，則其后續(xù)操作流程將會(huì)受到較大影響，比如涂裝、電鍍工藝，由此塑件質(zhì)量進(jìn)一步降低，其力學(xué)性能表達(dá)中也將失去原有設(shè)計(jì)價(jià)值。

采用順序注塑工藝，將避免多澆口注塑流程產(chǎn)生的熔接痕跡，提高成型質(zhì)量。該工藝采用針閥熱噴嘴，可實(shí)現(xiàn)多澆口的實(shí)時(shí)、同時(shí)控制操作，將多個(gè)澆口開(kāi)閉時(shí)間過(guò)程進(jìn)行良好把控，便可實(shí)現(xiàn)較為自由的開(kāi)展注塑順序，熔體從容具倒出，經(jīng)由澆口，最終注入型腔，這一順序是常規(guī)注塑流程，但使用針閥熱噴嘴結(jié)構(gòu)，則可將這一流程做出順序、時(shí)間上的嚴(yán)謹(jǐn)控制，并且注入速度和流量，也能在較簡(jiǎn)便操作下進(jìn)行控制，由此改善了傳統(tǒng)注塑缺陷，提高塑件質(zhì)量。

塑件生產(chǎn)中，采用CAE軟件進(jìn)行該注塑過(guò)程的相關(guān)數(shù)值討論，主要針對(duì)成型缺陷和成型質(zhì)量做出猜測(cè)，還可對(duì)成型過(guò)程中所使用的工藝技術(shù)進(jìn)行辯證分析，從而得出優(yōu)化對(duì)策，有效改善注塑過(guò)程的質(zhì)量表達(dá)。

2多澆口成型的工藝選擇

傳統(tǒng)中使用的塑件成型工藝，大多采用單個(gè)澆口作為注入設(shè)備，該種工藝之所以會(huì)造成塑件缺陷，是由于單個(gè)澆口的注入速度較慢，熔體的凝固過(guò)程較快，由此便產(chǎn)生了成型時(shí)間差，往往單一澆口還在注入，而前階段注入的熔體便已成型，出現(xiàn)塑件成型結(jié)構(gòu)充不滿比例的現(xiàn)象較高，不利于整個(gè)塑件的結(jié)構(gòu)完整性。

而使用多澆口成型工藝，塑料熔體可沿多個(gè)澆口進(jìn)行注入，在型腔充滿前，多澆口便可完成注入工作，縮短成型時(shí)間。但多澆口也有其應(yīng)用劣勢(shì)，因?yàn)槿垠w溫度較高，在注入過(guò)程中，由于模具型腔的溫度較低，則在兩者接觸中，前期注入的熔體將會(huì)冷凝，由此在模具型腔表面產(chǎn)生了一層冷凝物質(zhì)。在多股熔體相遇時(shí)，熔體本應(yīng)達(dá)到均勻混合相融目的，但卻因表面冷凝層構(gòu)造，使得熔體融合不均，因此產(chǎn)生熔接痕，不利于塑件質(zhì)量表達(dá)。

在熔體形成冷凝層的過(guò)程中，可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)澆口位置距離模具型腔越遠(yuǎn)、多個(gè)澆口間位置越遠(yuǎn)，則熔接痕數(shù)量、規(guī)模越多，塑件成型后質(zhì)量越差。使用Moldflow軟件，做出塑件成型過(guò)程的CAE分析，能較為直觀展示多澆口成型過(guò)程中的分子流動(dòng)狀態(tài)，當(dāng)多澆口位置確定并完成熔體注入時(shí)，熔體將以澆口作為擴(kuò)散中心，不斷向模具型腔空隙處填充，由此便較為容易在熔體相匯處生成熔接痕[1]。圖1為熔接痕的形成區(qū)域。

順序成型工藝，可有效改善由于熔體分子的流動(dòng)取向而造成的塑件質(zhì)量缺陷問(wèn)題，當(dāng)注入成型過(guò)程進(jìn)行時(shí)，澆口充模階段應(yīng)做出有效控制?？刂品较蚴菍⒎肿恿鲃?dòng)過(guò)程做以充分管理，使得各個(gè)熔體澆口處的分子流動(dòng)途中，能夠避免熔接痕產(chǎn)生。另外，通過(guò)多澆口下的順序成型流程實(shí)施，可通過(guò)優(yōu)化其工藝參數(shù)，去將塑件翹曲、未填充完全等問(wèn)題解決，提高塑件質(zhì)量。

3建立順序成型數(shù)學(xué)模型

在塑件成型過(guò)程中，分析其物理性能表達(dá)，可將其歸類(lèi)在粘性不可壓縮的非等溫傳熱階段，因此針對(duì)該種注塑工藝，建立順序成型的數(shù)學(xué)模型，并對(duì)成型過(guò)程做出合理化的假設(shè)和相應(yīng)流程簡(jiǎn)化，由此便可得到CAE模型。

首先假設(shè)待注塑塑件，其厚度方向數(shù)據(jù)小于長(zhǎng)度方向數(shù)據(jù)（扁平結(jié)構(gòu)），則將熔體流動(dòng)過(guò)程簡(jiǎn)化為分子剪切流動(dòng)模型，則該類(lèi)假設(shè)中，熔體的流動(dòng)狀態(tài)便是處于無(wú)滑移邊界范圍內(nèi)。在厚度方向中的熱對(duì)流數(shù)值較小，便可忽略其熱傳導(dǎo)數(shù)據(jù)，根據(jù)以上假設(shè)，便可得出順序成型工藝下的數(shù)學(xué)模型。

在熔體注入成型整個(gè)流程中，其運(yùn)動(dòng)方程表達(dá)了動(dòng)量守恒定律中的熔體流動(dòng)情況;其能量方程則表達(dá)能量守恒定律內(nèi)該熔體流動(dòng)情況;其連續(xù)性方程通過(guò)質(zhì)量守恒定律將熔體流動(dòng)情況做出表達(dá)。模型得出過(guò)程，將熔體密度、注入時(shí)間、靜壓強(qiáng)等數(shù)據(jù)做以展示，確保熔體流動(dòng)行為，可被充分描述，并能通過(guò)求解區(qū)域內(nèi)的網(wǎng)格劃分，做出有限元分析[2]。

4順序注塑工藝案例分析

4.1塑件需求分析。

對(duì)復(fù)雜的內(nèi)飾件產(chǎn)品需要進(jìn)行注塑工藝進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，確保得出的塑件質(zhì)量應(yīng)滿足相應(yīng)設(shè)計(jì)規(guī)格，并著重要求其塑件表面不容許存在缺陷，因此采用順序注塑工藝對(duì)其進(jìn)行注塑加工，考驗(yàn)該工藝在塑件成型階段的應(yīng)用成果。

該塑件三邊尺寸為82、300、731（單位：毫米），總體積量為429（單位：立方厘米），因其結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，且對(duì)注塑質(zhì)量的要求較高，因此在注塑過(guò)程中，操作人員應(yīng)結(jié)合該內(nèi)飾板的裝配需求，達(dá)到塑件表面無(wú)瑕疵、變形量不大等注塑效果。

4.2順序注塑分析。

該塑件質(zhì)量要求較高，因此在順序注塑工藝前，應(yīng)進(jìn)行過(guò)程設(shè)計(jì)分析，保障塑件順利一次成型且質(zhì)量達(dá)標(biāo)。選用PP材料作為塑件材質(zhì)，制造熔體時(shí)，將密度控制在0.73（單位：克每立方厘米）。另外通過(guò)材料剪切速率和粘度的相關(guān)數(shù)據(jù)可發(fā)現(xiàn)，在高溫條件下，該熔體具備較好流動(dòng)性，能完成注入模具型腔的全部流程。

在Moldflow軟件中，導(dǎo)入塑件立體數(shù)據(jù)，并進(jìn)行網(wǎng)格形式劃分，選擇fusion作為分析網(wǎng)絡(luò)，模擬待成型塑件，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)將其充分適配，達(dá)到較高匹配率。對(duì)模擬塑件進(jìn)行三點(diǎn)進(jìn)澆工藝，發(fā)現(xiàn)每?jī)晒扇垠w之間將會(huì)產(chǎn)生熔接痕，并發(fā)生較大形變量，該模擬塑件質(zhì)量不合格。

4.3順序注塑過(guò)程。

因分析過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)原有三點(diǎn)進(jìn)澆工藝將造成塑件質(zhì)量較低現(xiàn)象，因此實(shí)際進(jìn)澆過(guò)程選擇在三點(diǎn)進(jìn)澆的理論基礎(chǔ)之上，融合針閥控制方式，通過(guò)進(jìn)料順序的保持穩(wěn)定和延時(shí)保壓系統(tǒng)的雙重控制下，完成熱流道注入操作。

在對(duì)熔體填充做出控制前，使用針閥來(lái)操作澆口開(kāi)啟、關(guān)閉，以此來(lái)改進(jìn)注塑過(guò)程，持續(xù)控制、優(yōu)化整個(gè)成型工藝。在初步完成控制優(yōu)化后，設(shè)計(jì)注塑過(guò)程中的熔體溫度為200攝氏度，型腔溫度為40攝氏度，可供冷卻時(shí)間設(shè)為20秒。判斷澆口與型腔之間距離，結(jié)合熔體流速，確定熔體完整流過(guò)三點(diǎn)進(jìn)澆的澆口位置為1.6秒，由此設(shè)定針閥控制澆口的實(shí)際開(kāi)關(guān)時(shí)間。

4.4塑件成型結(jié)果。

按上述工藝，采用熱流道順序注射成型，利用Moldflow軟件對(duì)塑料的流動(dòng)及填充進(jìn)行分析，列出部分重要模擬結(jié)果，重點(diǎn)分析鎖模力、熔接痕及變形。

鎖模力因素。在注塑成型中，鎖模力指注射時(shí)為克服型腔內(nèi)熔體對(duì)模具的脹開(kāi)力，注射機(jī)施加給模具的鎖緊力。為減少溢料飛邊的產(chǎn)生，須對(duì)模具施以足夠的鎖模力。但鎖模力過(guò)大不僅會(huì)增加模具的磨損，降低排氣作用，還提高了對(duì)注射機(jī)的要求，所以應(yīng)適當(dāng)降低鎖模力。通過(guò)模擬，最大鎖模力為566.1t，對(duì)注塑機(jī)的要求不高。

熔接痕因素。采用針閥澆 口順序進(jìn)料，使熔體在進(jìn)行填充過(guò)程時(shí)，能按照順序依次進(jìn)行填充，并據(jù)預(yù)先設(shè)置的工藝流程，分別在第1個(gè)澆口開(kāi)啟1.2s和1.6s后，再開(kāi)啟第2、3個(gè)澆口，避免熔體在后續(xù)注入過(guò)程中，與前期形成冷凝層匯合，使得澆口部位的熔體能夠充分、有效融合，因此并無(wú)熔接痕產(chǎn)生，消滅熔接痕現(xiàn)象[3]。

變形因素。澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程將影響塑件形位尺寸，特別是模具澆口涉及到熔料在模具內(nèi)的流動(dòng)特性，塑件內(nèi)應(yīng)力的形成以及熱收縮變形等。在設(shè)計(jì)模具的澆注系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)針對(duì)熔料的流動(dòng)特性，使流料在充模過(guò)程中盡量保持平行流動(dòng)。該塑件在長(zhǎng)、寬方向上的變形因素，主要表現(xiàn)為材料本身的收縮，其中，長(zhǎng)度方向的收縮可通過(guò)調(diào)整保壓曲線，來(lái)控制收縮率在正常范圍內(nèi)，厚度上的變形表現(xiàn)為塑件產(chǎn)品翹曲。根據(jù)使用不同的順序進(jìn)行熔體注入方式，可減少塑件變形數(shù)據(jù)。

順序注塑工藝在其應(yīng)用中，可對(duì)材料成型的質(zhì)量進(jìn)行良好改善，從最終數(shù)據(jù)可知，順序注塑可將塑件質(zhì)量進(jìn)行良好保持，尤其針對(duì)熔接痕這一表面缺陷行為，可有效避免出現(xiàn)該問(wèn)題。另外，采用順序注塑作為提高塑件質(zhì)量的一個(gè)工藝技術(shù)，其注塑過(guò)程中，因?yàn)轫樞蜃⑺芸煽刂谱⑷胨俣?、流量等環(huán)節(jié)，所以減少對(duì)相關(guān)注塑設(shè)備的強(qiáng)制要求，并且有效優(yōu)化塑件變形情況，減少形變量。

結(jié)論：綜上，塑件成型有一定技術(shù)難度，應(yīng)在塑件生產(chǎn)中，提高順序注塑工藝的應(yīng)用強(qiáng)度，使用針閥澆口的順序，將原料進(jìn)行控制填充，則可在該工藝的使用中提高塑件最終成型質(zhì)量。在塑件工藝的具體實(shí)例中，分析塑料件的制備要求，將成型過(guò)程采用順序注塑工藝，最終獲得成型塑件，分析成型結(jié)果，將成型時(shí)間控制在2.2秒內(nèi)，并且將塑件熔接痕進(jìn)行較好改善，提高了塑件抗變形性能，成功完成本次注塑。

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