非常規厚度塑件成型工藝研究

李鑌，鄺幸勝，葉榕偉，楊浩

（1.江門市五邑大學現代工業生產技術綜合訓練中心，廣東江門529000；2.江門市五邑大學180902班，廣東江門529000）

1 引言

壁厚較厚的塑件，如果澆口位置設計的不合理，在注射成型中需要耗費大量時間去調節注塑機的注射參數，而且生產過程也不穩定。由于困氣造成的短射、燒焦等缺陷，會造成塑件不合格。通過模流分析軟件，可對困氣產生位置進行分析，調整進膠的方式，澆口的位置，可優化解決這類問題。

2 困氣原因以及困氣造成的塑件缺陷

困氣是因為熔體進入模具型腔后，模具型腔內的氣體在熔體前沿，不能通過排氣組件或上下模具間隙排出模具，而與熔體混在一起，形成氣泡的現象，困氣通常產生在模具型腔最后被熔體充滿的區域，或者在塑件表面或其它沒有組件間隙同時不適宜制造排氣槽的地方，這是困氣產生的常見原因之一。困氣將使塑件內部出現空洞和氣泡，降低塑件的強度。在塑件表面由于氣泡的形成，熔體無法填滿相應區域，最后由于熔體受熱分解，會在塑件表面形成焦痕等表面缺陷。

3 案例分析

本案例塑件材料是低粘度半結晶塑料PA6，重量86g。塑件壁厚最厚處達到8.2mm，遠厚于常規塑件1~3mm的壁厚，另外塑件外觀上存在多個轉折，不是圓滑過渡，因而屬于容易困氣的塑件。塑件尺寸如圖1所示。

圖1 塑件二維圖

（1）注射成型參數分析。

注射成型中，注塑機的螺桿向前推進一定的距離，把料筒中的塑料熔體射進模具型腔，螺桿推進的距離通過注塑機的注射成型參數“位置”進行設定。通常流道填充完成的位置，設定為第一級的注射位置；第二級、第三級的注射位置根據塑件的形狀進行設置；塑件填充完成90%，可以設定為第四級的位置，最后就是第五級的位置，當位置值設為0，表示螺桿在料筒內不再前進，不再把熔體注射進模具型腔，接著就進入保壓環節。

注射速度通過注射參數“流量”進行設置。流量值設定較大，則注塑機的注射速度就會較大，熔體以高速流入模腔，模具型腔會在較短的時間內被充滿，這種情況下，獲得的塑件的內應力會較低，扭曲變形也會較小。但如果流量值設置過大，也就是注塑機的注射速度過大，會引起澆口處出現自由噴射，會引起熔體分層，塑件表面缺陷，熔接線等問題，因此需要調整合適的流量值。

注射參數“壓力”反映的是注射時螺桿前端的壓強，設定合適的值方可保證正確的注射速度，如果“壓力”太低，實際注射速度就會低于設定值；“壓力”太大，就會引起飛邊等缺陷。

常規注塑機有5級注射參數可使用（見表1），如較簡單的塑件，或者較容易成型的材料，如PP等，可以使用其中3級注射參數就可以完成塑件的生產了。本案例塑件由于壁厚較厚，塑件表面容易出現困氣現象，需要使用5級注射參數，以便可以對成型過程進行更多調整。通過試驗調整，采用以下注射參數可以得出尺寸穩定的塑件。

表1 注射成型工藝參數

注射成型工藝參數如下：射出總時間10s。5級射膠完成后，轉入保壓，冷卻時間30s。料筒熔體溫度210℃~220℃。

通過分析注射成型參數可以得到，由第一級注射時，流量20%，位置148mm，此位置代表熔體注射至澆口位置時螺桿的位置，當時的流量是20%，也就是注射的速度較慢，因為澆口直徑只有φ1mm，注射速度不可過快，以免引起熔體產生高剪切、過熱，分解出氣體、產生銀紋等缺陷。

第二級、第三級是塑件位置的正常填充，第二級流量55%，第三級流量35%，反映了由快速到逐漸減慢速度這樣一個充填過程，有利于把模具型腔內的氣體向后面推送。

第四級流量15%，減慢注射速度，使熔體減少動能，以免到注射后段沖擊模具，產生飛邊等缺陷。

第五級增大了注射壓力，減少流量至7%，也就是減少了注射速度，目的是盡可能把模具型腔末端的氣流排除模具型腔，也有了足夠的冷卻時間。

（2）澆口設置在塑件中間位置存在的問題以及原因分析。

塑件生產出來，雖然尺寸正確，但塑件存在圖2所示缺陷。通過圖2可以看出塑件表面轉折的地方，顏色和其它地方不一樣，影響外觀。箭頭指向的困氣位置可以發現，塑件有明顯的燒焦痕跡，其澆口設置在塑件的中間位置。

使用模流軟件分析，困氣位置可在air trap分析中看到，如圖3所示，圖3中箭頭指向的分析得到的困氣位置與圖2的實際產生的困氣位置基本吻合。

圖2 塑件表面燒焦缺陷圖

圖3 中間位置澆口產生的困氣位置圖

燒焦缺陷產生是由于該塑件壁厚較厚，熔體在流動當中，模具型腔內的氣體無法及時逸出，造成困氣現象，隨著注射壓力的增大，困氣區域周圍的溫度會相應增高，最終造成熔體分解，產生燒焦缺陷，最終影響塑件外觀。

（3）修改澆口位置解決困氣問題。

如圖4所示，澆口的位置由中間改成偏向塑件的左側，使用模流軟件中的air trap分析，可以看出原來困氣的地方，已經沒有困氣了，其它困氣的位置，不影響外觀，或者靠近分型面，可以自行排氣。如圖5所示，塑件修改了澆口位置后，塑件外觀符合要求。

圖4 澆口修改至塑件左側或者右側圖

圖5 修改澆口位置后的合格塑件圖

（4）困氣引起燒焦的改善方法分析。

塑件設計環節需要設計壁厚均勻的塑件，避免塑件表面有尖銳的轉折，塑件的加強筋與塑件主體連接的位置需要倒圓角等。

模具在設計環節需要設計出合理，充分的排氣槽、排氣孔；通過模流軟件對塑件在注射成型過程中有可能產生氣穴的位置進行分析，調節澆口位置，或者進膠方式，改善困氣問題，提高塑件表面質量。

模具制造環節，需要根據材料的不同，控制好合理的排氣間隙。排氣間隙過大，會引起飛邊，過小則不能有效排氣。

注射成型環節，調節注塑機參數，比如加大注射壓力，減慢充填速度，調整充填位置等方法來嘗試改善困氣問題。

由于本案例塑件需要和其它塑件進行配合，不能通過修改塑件壁厚，或者外觀尺寸來解決困氣現象，現在采用修改澆口位置的方法解決困氣問題。把澆口從中間位置，調整至塑件橫向長度方向的其中一側，如圖4所示。其有利于成型的原因是，熔體在流動過程中，在塑件的橫向長度方向，從塑件的一頭，流向另一頭，流動會更加順暢，有利于排氣；而圖2的設計，熔體的流動從中間進入，分兩邊流動，不利于排氣。本案例塑件壁厚較厚，而且外觀設計不流暢，有轉折，必須注意澆口的位置設計，結合合理的注射成型參數，才能同時滿足塑件尺寸與外觀的要求。

當模具型腔內的氣體被熔體推行至某個區域，而該區域已經被熔體包圍，氣體無法逸出，如果該氣體區域位于塑件表面時候，當壓強不高的時候，就會出現短射現象，也就是該區域沒有被熔體填滿；注塑機操作人員為了填滿該區域，必將加大注射壓力，根據克拉伯龍方程式：PV=nRT，其中P表示氣體的壓強、V表示氣體體積、n表示物質的量、T表示絕對溫度、R表示氣體常數。當注射壓力不斷增高，氣體區域附近的溫度也會不斷升高，也就是P增大，T也會相應增大，當溫度升高到一定程度，熔體就會分解，就會出現燒焦的缺陷，如圖2所示。調節了澆口位置后，通過模流分析軟件可以見到，氣穴消除，不會出現P壓強特別升高的區域，也就不會有T特別升高的區域，也就避免了圖2所示的燒焦缺陷。

4 結束語

通過理解克拉伯龍方程式中P與T的關系，結合使用CAE模流軟件分析困氣的位置，如果困氣位置出現在外觀上面，需要修改澆口位置，或者澆口大小，或者進膠的形式，對困氣位置進行改進，可以優化設計到制造的過程，減少試模次數，降低生產成本，在實際生產中有著重要意義。