注塑產(chǎn)品澆口去除工藝的應(yīng)用探討

房彥明 張艷軍

關(guān)鍵詞：注塑 澆口 去除 應(yīng)用 探討

注塑工藝在汽車(chē)行業(yè)中被廣泛應(yīng)用，但注塑澆口的二次去除、根部修補(bǔ)作業(yè)是制約生產(chǎn)過(guò)程效率提升的重要影響因素，比如：澆口的數(shù)量、澆口的結(jié)構(gòu)、澆口去除工藝方法等，都對(duì)產(chǎn)品澆口的去除存在直接關(guān)系，在保證產(chǎn)品特性滿足要求的前提下，如何實(shí)現(xiàn)澆口設(shè)計(jì)最少化、澆口去除最簡(jiǎn)化，澆口設(shè)計(jì)技術(shù)以及去除工藝顯得尤為重要，并對(duì)制品的外觀、后序的裝配產(chǎn)生不同的影響。以下重點(diǎn)從澆口設(shè)計(jì)選型、澆口去除工藝方法以及模具改進(jìn)三方面進(jìn)行澆口去除少修化探討。

1 澆口設(shè)計(jì)選型

澆口是熔料經(jīng)過(guò)分流道后流經(jīng)產(chǎn)品的唯一通道，對(duì)熔體流入型腔起限制作用，并且當(dāng)注塑壓力撤銷(xiāo)后，澆口固化，封鎖型腔，防止熔體倒流[1]，澆口的開(kāi)設(shè)形式以及位置對(duì)塑件的影響很大，因此合理選擇澆口尤為重要。

澆口位置選擇應(yīng)根據(jù)塑件的幾何形狀和品質(zhì)要求，澆口的設(shè)計(jì)便于去除、不外漏、同時(shí)結(jié)合熔料在流道和型腔中的流動(dòng)狀態(tài)、填充、熔接線、排氣等因素綜合考慮，一般遵循原則如下：

（1）澆口不外漏、易修除。（2）澆口不能正對(duì)筋位或者孔位，且不能正對(duì)薄鋼或者孤島，防止料流將零件擠壓變形。（3）澆口的設(shè)計(jì)便于模具脫模，防止夾料、拉傷等質(zhì)量問(wèn)題出現(xiàn)。（4）生產(chǎn)操作的可便利性，本著實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、少人化原則進(jìn)行設(shè)計(jì)。

澆口的類(lèi)型：主要為側(cè)澆口、潛伏澆口、直接澆口、點(diǎn)澆口。

側(cè)澆口：

側(cè)澆口為注塑產(chǎn)品用的最多的澆口形式，又稱(chēng)為標(biāo)準(zhǔn)澆口，一般開(kāi)設(shè)在分型面上，根據(jù)搭接形式又分為對(duì)接側(cè)澆口和搭接側(cè)澆口，如圖為搭接式澆口，搭接式有利于模具加工、產(chǎn)品保壓、澆口去除及澆口修平，具體優(yōu)缺點(diǎn)為：

優(yōu)點(diǎn)：截面小，能減少澆注系統(tǒng)熔料消耗量，去除澆口容易，痕跡不明顯，適用于各種形狀的注塑制品[2]。

缺點(diǎn)：注塑時(shí)制品和澆口不能自動(dòng)分離，存在熔接痕，壓力損失較大。

潛伏式澆口：

潛伏式澆口位置比較靈活，可在塑料內(nèi)外表面進(jìn)澆，潛伏澆口必須做鑲件，從正面安裝，并用螺絲鎖緊，流道開(kāi)設(shè)在分型面上，澆口潛入分型面下，熔料斜向進(jìn)入型腔，由于流道設(shè)置推出機(jī)構(gòu)，開(kāi)模時(shí)澆口被自動(dòng)切斷，流道凝料自動(dòng)脫落，大大提高生產(chǎn)效率，但其不適用于尼龍或者ABS 類(lèi)產(chǎn)品，容易堵塞澆口或者不易拉斷。

直接澆口：

直接澆口即為主流道澆口，溶體由主流道大端直接進(jìn)入型腔，流動(dòng)阻力小、流程短以及補(bǔ)給時(shí)間長(zhǎng)等特點(diǎn)，這樣的澆口有較好的溶體流動(dòng)狀態(tài)，并且使注塑制品和澆注系統(tǒng)在分型面上投影面積最小，模具結(jié)構(gòu)緊湊、注塑機(jī)受力均勻，但進(jìn)料處有較大的殘余應(yīng)力，容易導(dǎo)致制品翹曲變形，澆口去除困難，并且痕跡明顯，影響美觀。

點(diǎn)澆口：截面形狀小如針點(diǎn)的澆口[3]，又稱(chēng)為針尖型澆口，此類(lèi)澆口成型周期短，快速填充型腔，可減少塑件翹曲變形，防止裂紋的發(fā)生，脫模后澆口殘痕不明顯，可自動(dòng)拉斷，有利于自動(dòng)化操作，但注塑壓力較大，一般采用三板模，模具相對(duì)復(fù)雜，點(diǎn)澆口孔徑越小，材料流動(dòng)所致的摩擦熱也增加，射出壓力損失也增加，一般為0.8-1mm 為準(zhǔn)，對(duì)于三板模具澆口直徑一般為1.27 至2.53mm。

通過(guò)以上側(cè)澆口、潛伏式澆口、直接澆口和點(diǎn)澆口四類(lèi)澆口的分析，其中潛伏式澆口和點(diǎn)澆口有利于澆口的自動(dòng)拉斷以及澆口的免修，選擇何種澆口需要根據(jù)產(chǎn)品造型以及模流軟件模擬分析，綜合進(jìn)行確定選用一種澆口或者二種以上澆口的配合使用。

2 澆口去除工藝方法

產(chǎn)品造型確定后，為保證保證產(chǎn)品品質(zhì)，澆口無(wú)法實(shí)現(xiàn)免修或者自動(dòng)脫落，需要考慮制造過(guò)程工藝方法進(jìn)行澆口去除，澆口的去除依據(jù)自動(dòng)化程度、產(chǎn)品特性以及澆口特性，分為人工去除澆口、模內(nèi)切澆口、模外剪切澆口以及模外自動(dòng)修剪澆口四種形式。

2.1 人工去除

人工去除一般采用壁紙刀或者鉤刀，注塑制品成型稍微冷卻后人工將澆口掰掉，根部殘留位置采用刀具垂直切割，動(dòng)作緩慢、平穩(wěn)，一次性切除，防止二次切割出現(xiàn)接茬以及發(fā)白問(wèn)題。

優(yōu)點(diǎn)：成本節(jié)約，設(shè)備、機(jī)械手等出現(xiàn)不穩(wěn)定因素時(shí)，人員應(yīng)對(duì)靈活

缺點(diǎn)：不合適自動(dòng)化生產(chǎn)，生產(chǎn)效率低下，一致性保證能力差，常出現(xiàn)過(guò)修、少修等問(wèn)題。

隨著企業(yè)發(fā)展，產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力增加，人工去除澆口作業(yè)逐漸被自動(dòng)化取消。

2.2 模內(nèi)切澆口

澆口在模具內(nèi)修剪完成，一般用在小型非外觀且精度要求不高的產(chǎn)品，對(duì)于尺寸要求較高的產(chǎn)品或者澆口數(shù)量較多，建議使用模內(nèi)沖切設(shè)備進(jìn)行修剪澆口，簡(jiǎn)化后序加工程序，降低勞動(dòng)力成本[4]（模具開(kāi)發(fā)時(shí)在模具內(nèi)部?jī)?nèi)置刀具，產(chǎn)品注塑完成后保壓階段進(jìn)行沖切）。

優(yōu)點(diǎn)：自動(dòng)化生產(chǎn)，效率較高。

缺點(diǎn)：模具比較復(fù)雜，并且沖切時(shí)膠料

未完全冷卻，澆口沖切會(huì)產(chǎn)生擠壓內(nèi)應(yīng)力，出現(xiàn)暗印問(wèn)題，一般澆口距離外觀皮紋面≤ 10mm 時(shí)，不建議采用模內(nèi)沖切方式。

2.3 模外切澆口

模外切澆口形式較多，有模外銑削、激光切割等，模外切自動(dòng)化程度比較高，往往是多軸機(jī)械手配合熱切刀，通過(guò)PLC 控制程序控制機(jī)械手運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)澆口逐漸切割的方法，采用此種方式，要考慮切刀的運(yùn)動(dòng)空間，同時(shí)澆口殘留要考慮到與對(duì)手件的干涉裝配情況，設(shè)計(jì)時(shí)需要進(jìn)行避讓?zhuān)懈钜话銥閭?cè)澆口，切刀按照產(chǎn)品邊緣軌跡運(yùn)行切割。

優(yōu)點(diǎn)：自動(dòng)化程度最高，一致性較好，適用于切割多種類(lèi)型的澆口，并且可以弧線運(yùn)動(dòng)。

缺點(diǎn)：切割存在澆口殘留，必須考慮避讓結(jié)構(gòu)。

2.4 模外修剪澆口

采用固定直身刀架，上面固定刀具，依靠機(jī)械手X/Y/Z 三個(gè)方向單向帶動(dòng)產(chǎn)品運(yùn)動(dòng)將澆口去除，切除澆口位置必須為直線狀態(tài)。

優(yōu)點(diǎn)：修剪澆口裝置簡(jiǎn)單易操作。

缺點(diǎn)：澆口位置必須為直線狀態(tài)，刀具強(qiáng)度低，適用于切割PP 類(lèi)材料。

以上四種澆口去除方式根據(jù)產(chǎn)品狀態(tài)、精度要求、自動(dòng)化程度進(jìn)行合理選擇。

2.5 模具改進(jìn)

產(chǎn)品批量生產(chǎn)后，設(shè)備、模具以及產(chǎn)品進(jìn)入了穩(wěn)定階段，可以從澆口數(shù)量減少方面進(jìn)行模具改進(jìn)，從而實(shí)現(xiàn)后序澆口的免修。

減少澆口產(chǎn)品選擇原則：

澆口類(lèi)型：僅起到保壓作用的澆口（澆口分為主注膠澆口、保壓澆口等）。

澆口數(shù)量：大于等于2 處澆口，即多澆口產(chǎn)品，可以間隔取消驗(yàn)證。

澆口影響： 澆口數(shù)量減少， 注塑壓力會(huì)增加，但壓力增加不允許超過(guò)設(shè)備極限70%，否則影響模具以及注塑設(shè)備壽命。

單件匹配：澆口直接影響產(chǎn)品的外觀、形變、成型收縮以及強(qiáng)度，所以減少澆口后產(chǎn)品質(zhì)量需要重點(diǎn)確認(rèn)，包括產(chǎn)品外觀以及與對(duì)手件的匹配。

下面以多個(gè)澆口產(chǎn)品案例進(jìn)行過(guò)程開(kāi)展說(shuō)明。

（1）此為某注塑產(chǎn)品，共計(jì)5 處澆口（從左至右依次分布），澆口類(lèi)型為搭接型側(cè)澆口，圖示如下：

（2）澆口狀態(tài)：產(chǎn)品為搭接澆口，與產(chǎn)品搭接尺寸長(zhǎng)為20mm，厚度1.5mm。

（3）進(jìn)澆方式：1 號(hào)澆口——2 號(hào)、3 號(hào)澆口——4 號(hào)、5 號(hào)澆口，依次順序進(jìn)膠。

（4）模流分析：產(chǎn)品由中間澆口向兩側(cè)澆口注射，兩側(cè)注射壓力最小，即模具受力最小，從模流分析可得出熔體填充時(shí)間、成型條件（如注射壓力、注射速度、保壓時(shí)間等）對(duì)于產(chǎn)品翹曲變形的影響、以及澆口數(shù)量位置變化后對(duì)于模具壓力的變化[5]，取消澆口后材料流長(zhǎng)比、注塑設(shè)備自身流長(zhǎng)比均可滿足（未超出設(shè)備最大流程比[6]）。

2.6 改善方案

澆口數(shù)量可由5 處減少至3 處，取消4 號(hào)、5 號(hào)澆口，進(jìn)行模具修改，流道封堵，同時(shí)延長(zhǎng)2 號(hào)、3 號(hào)澆口的注膠時(shí)間，射膠壓力同步進(jìn)行提升（提升后仍小于設(shè)備極限壓力的70%，不會(huì)影響模具壽命），滿足產(chǎn)品的材料用量需求。

2.7 改善效果

減少2 處澆口，產(chǎn)品原材料單臺(tái)定額大大降低，同時(shí)提升了刀具作業(yè)安全性。

模具改進(jìn)方面僅適用于產(chǎn)品生產(chǎn)穩(wěn)定后，試制驗(yàn)證選擇性的澆口減少，主要從產(chǎn)品結(jié)構(gòu)分析、模流軟件測(cè)試、模具結(jié)構(gòu)改進(jìn)、現(xiàn)場(chǎng)試制驗(yàn)證、零部件匹配五方面聯(lián)合開(kāi)展。

3 結(jié)語(yǔ)

伴隨注塑行業(yè)的發(fā)展，企業(yè)之間的競(jìng)爭(zhēng)已逐步轉(zhuǎn)變?yōu)樯a(chǎn)效率以及成本優(yōu)勢(shì)之間的競(jìng)爭(zhēng)，注塑澆口的去除修補(bǔ)將直接影響生產(chǎn)效率的自動(dòng)化，如何實(shí)現(xiàn)澆口最少化是提升過(guò)程能力的唯一途徑。

澆口的去除可以設(shè)計(jì)階段進(jìn)行澆口類(lèi)型的選擇，也可以在產(chǎn)品定型生產(chǎn)后采用自動(dòng)化、半自動(dòng)化或者人工作業(yè)的方式去除，但后者往往需要投入大量的財(cái)力和物力（如自動(dòng)化設(shè)備），成本較高，最優(yōu)的方法為在產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段（也稱(chēng)為虛擬階段），通過(guò)SE 評(píng)審，進(jìn)行造型的微動(dòng)修改、澆口的選型、澆口位置的放置、模流軟件對(duì)于翹曲變形的分析，最終選擇最合理、最經(jīng)濟(jì)的澆口方式。

總而言之，注塑工藝固然重要，但注塑澆口的去除修補(bǔ)是提升注塑過(guò)程能力的一個(gè)重要手段，在把握產(chǎn)品品質(zhì)的基礎(chǔ)上，探索新思路、新方法的同時(shí)選擇澆口最少化設(shè)計(jì)技術(shù)，對(duì)于企業(yè)能耗、運(yùn)行成本控制方面發(fā)揮不可替代的作用。