車燈常見注塑成型缺陷的機制分析及解決方法

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

注塑成型是一個涉及多方面因素，包括產品及模具設計合理性、模具加工精度、材料特性、成型工藝等，并與環境、冷卻時間等密切相關的復雜加工流程。塑料產品的外觀質量受多方面因素的影響：

(1)材料：需選擇流動性較好的材料；

(2)注塑模具：模具結構合理，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)成型設備：合適噸位的機臺，配套的輔助設備；

(4)注塑成型工藝：工藝條件包括五大要素，即溫度、壓力、時間、位置和速度。

①與溫度有關的是：模具溫度、料筒溫度、螺桿轉速引起的溫度、油溫等；

②與壓力有關的是：注射壓力、保壓壓力、背壓等；

③與時間有關的是：注射時間、模具開合模時間、螺桿轉速、材料干燥時間、冷卻時間等；

④與位置有關的是：注射位置、螺桿位置等；

⑤與速度有關的是：注射速度、螺桿轉速等。

在如此眾多的影響因子約束之下，產品出現缺陷在所難免。下面將主要從產品及模具設計和注塑成型工藝設計來探討常見成型缺陷的產生機制及解決方法。

1 縮痕

縮痕[1]是由于澆口凍結后或缺料注射引起的局部內收縮而造成制品表面的局部塌陷。當注塑件厚度不均勻時，在冷卻過程中有些部分會因為收縮過大而產生縮痕。縮痕易出現在遠離澆口位置及外部尖角或者壁厚突變處，如產品厚壁、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，認為產品上凹坑深度≥0.03 mm時，縮痕會明顯可見。

設計產品時應注意避免筋位壁厚過厚，導致產品收縮不均(產品設計階段可用模流分析軟件進行分析，在燈具行業，認為當縮痕估算值≥0.03 mm時，縮痕會明顯可見)。即圖1筋位根部的厚度要合理。通常要求設計筋位壁厚(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

在工藝現場，可通過優化成型條件改善縮痕。增加注射壓力或保壓壓力，延長注射時間和保壓時間，增加熔融塑料的密度，補償收縮不均，調整過程中要注意產品的脫模情況，防止過保壓造成產品粘模出現頂白甚至頂裂的缺陷；也可通過調整溫度來消除縮痕，但溫度對縮痕的影響是相對的，如若條件允許，可降低產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，可能是因為模具溫度或料溫較低，熔融塑料的流動性降低，產品表面過早冷卻，使得保壓補縮的通道變窄，造成產品末端產生縮痕；或者，在補縮通道凍結之前進行有效的保壓，可提高注射速度等。

當工藝無法優化時，可通過優化模具結構來調整縮痕。如，通過擴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行補縮。

2 困氣

困氣是指合模注射時，熔融塑料在型腔內流動擠壓并壓縮型腔內的空氣，因無有效排氣系統，導致氣體困在熔融塑料內的現象。產品拐角處，因壁厚設計不合理易出現該缺陷，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。注塑生產不能完全指望通過工藝穩定產品質量，易造成報廢較多、不能穩定生產且調試窗口較小。所以在前期設計時，應注意將產品拐角處的壁厚調整至與主壁厚相等，使得熔融材料可順利通過拐角，避免將氣體滯留在拐角處，優化方案如圖2(b)所示。也可通過改變澆口數量或位置，改變熔體流動方向，避免流動“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，產品出現顏色不均勻的現象。如圖3所示，第一射成型紅片，第二射覆蓋成型白片時，白片料流經過時會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改善該缺陷；模具上，可通過減小非覆蓋區域白片的厚度(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

黑點主要是由于塑料材料過熱分解引起的。一方面可能是因為料筒溫度異常導致材料過熱分解，另外，螺桿轉速太快、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定溫度。另一方面，產品較小，但料管選擇過大，原料或色母停留在料管中的時間過長，被儲料時的高剪切作用降解，也會形成黑點，這要求產品克重為料管的最大計量容量的20%～80%(25%～75%更佳)。在設備方面，還要考慮“設備死角”問題，如若工藝參數均在合理范圍之內，對空注射材料就有變色現象，即需找出“設備死角”，如螺桿死角、熱流道噴嘴死角等，需要通過清洗、修補、拋光“死角”加以解決。若一開機就有黑點，則考慮與料管存料有關，須注意操作方法。如果是因為加工過程中，因維修或其他原因暫時停機，時間較久導致料過熱分解，下次生產仍為同一種原料，要用新料在低于成型溫度20 ℃下對空注射3-4次，直至無黑料。為避免上述情況，若臨時中止生產，需按照保溫規定對料筒進行設定，對PP、PBT、ABS、PMMA設定材料設置150 ℃，PC、PC+ABS、PC-HT、PEI材料設定170 ℃對料筒進行保溫(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，即可正常進行加工。另外，還要注意環境的清潔，保證模具和材料不被污染[2]。

5 結論

塑料成型是一個涵蓋多方面因素的復雜加工過程，因此，塑料產品的外觀質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計方面來探討產品成型缺陷的產生機制及解決辦法，具有一定的實踐指導意義。