1、模具型腔充填注塑制品的質(zhì)量主要取決于制造過程。由兩個相同材料制成的幾何形狀相同的零件，注塑條件不同，將具有不同的內(nèi)應(yīng)力和收縮水平。因此，塑料熔體注入模具后的 流動方式在決定制品質(zhì)量方面具有頭等重要意義。傳統(tǒng)模具設(shè)計是把塑料熔體在模具流道和型腔中的流動放在第二位考慮。例如常 規(guī)的模具設(shè)計通常是根據(jù)經(jīng)驗確定澆口的數(shù)量和位置，而不根據(jù)熔體流動分析來確定 這些參數(shù)，結(jié)果是經(jīng)常澆口數(shù)量偏多，尺寸偏大或者選擇的位置不合適。塑料熔體在模具型腔中的流動、型腔充填過程的三個相相一一即階段（一）充填相注塑機的螺桿以穩(wěn)定的速度向前運動，將塑料熔體恰好充滿型腔為止；（二）增壓相（或稱壓縮相）注塑機螺桿繼續(xù)向前運動，塑

2、料熔體仍不斷地注入型腔，一直到模具承受一 定壓力為止；（三）補償相（保壓階段）塑料由熔融狀態(tài)冷卻至固態(tài)時體積變化即收縮率大約有25%,而在增壓相最多只補充了約15%的材料，故補償相要補充10%的材料，因而補償相總是必要的。在補償相時，螺桿向前蠕動一段距離，使一定數(shù)量的材料進入型腔。補償相 實際上就是保壓階段。1、 充填相的特點（一）“噴泉”流動在充填相中，塑料熔體首先充滿澆注系統(tǒng)，然后以“噴泉”流動方式充滿型 腔。在密閉的模具中，此時，在流動前沿塑料熔體形成一個小鼓泡。與冷模壁接觸 的熔體表面很快就會凝固，而中心的塑料仍處于熔融狀態(tài)，上游熔體注入后仍流入 此中心區(qū)。流動前沿受到來自中心區(qū)熱塑料

3、熔體的壓力而形成鼓泡，從而引起向前 并向外的流動之故，其形狀恰與人們常見的“噴泉”類式。凝固層是由鼓泡膨脹而 形成的。鼓泡表面所受的剪應(yīng)力很小，因而大分子鏈不易伸展，造成凝固層內(nèi)分子 取向很低。（圖4 1,）噴泉區(qū)的范圍大約是型腔厚度數(shù)量級。注塑模具的型腔充填時，流動前沿是一個幾何形狀復(fù)雜的曲面，此曲面的一 邊是大氣，加一邊是高壓塑料熔體。曲面的法線方向壓力梯度最大，是曲面上熔體 質(zhì)點的流動方向，因而形成了向前向外的流動。而在曲面后則形成一個非穩(wěn)定的自 由流動區(qū)。（圖4 一 2）（二）溫度變化在充填相中，新的塑料熔體不斷通過澆口注入型腔，并不斷向前流動，將熱量 帶入型腔。此外，熔體各層相互磨擦

4、，使溫度進一步升高。與此同時，熱量通過凝 固層和溫度較低的模具型腔表面散失。塑料開始時凝固層很薄，熱散失快，使得更多的熔體凝固，凝固層厚度不斷增 力口。由于塑料是熱的不良導(dǎo)體，凝固層達到一定厚度后，由傳導(dǎo)而損失的熱量將與 塑料熔體帶入的和內(nèi)磨擦產(chǎn)生的熱量達到平衡。達到熱平衡的時間大約只需要十分 之幾秒。由于總的充填時間為幾秒，故在注塑過程中，充填相初期已達到熱平衡。若注射速度較慢，則塑料熔體帶入型腔的熱量較少，內(nèi)磨擦產(chǎn)生的熱量亦較少, 但與此同時通過模具表面的熱損失率卻不變，從而使凝固層厚度增加。若提高注射 速度與上述情況相反。（三）流動剪切應(yīng)力塑料熔體在流動時所承受的剪切應(yīng)力，叫做流動剪切應(yīng)

5、力。在塑料熔體和凝固 層接觸的表面上流動剪切應(yīng)力最大，向內(nèi)逐漸降低，至模具型腔中心線處為零，其 沿型腔厚度方向的分布與剪應(yīng)變率相同。流動剪應(yīng)變率是相鄰兩薄層塑料熔體相對 移動的速率，其值在凝固層內(nèi)表面層最大，朝型腔中心逐漸降低為零。由于凝固層內(nèi)側(cè)的塑料熔體所承受的流動剪應(yīng)力最大，故取向水平也最高。朝 中心方向流動剪應(yīng)力下降，取向減少。（四）殘余應(yīng)力（圖4 4）塑料制品的殘余應(yīng)力和取向密切相關(guān)，取向的材料較非取向的材料有更大的收 縮，在注塑制品流動的截面上，不同部位就有不同的收縮率。更詳盡的說，在最初 凝固層的內(nèi)表面處，取向最高，因而收縮率也最大，但是由于受到內(nèi)部取向低，因 而收縮率小的抑止，受

6、到拉伸應(yīng)力。與此相反，內(nèi)部材料取向低，冷卻時收縮率小, 受到凝固層內(nèi)表面的牽制而承受壓縮應(yīng)力。這樣制品內(nèi)部就形成了不同的應(yīng)力，此 即所謂的殘余應(yīng)力，這種殘余應(yīng)力是使注塑制品翹曲變形的主要原因之一。由于充模時，流動剪切應(yīng)力與制品殘余應(yīng)力之間存在著直接關(guān)系，故可作模具 設(shè)計時制品變形的參考。三、壓縮相和補償相（圖4 5）壓縮相和充填相很相似。在壓縮相中，流動速率隨模具型腔壓力升高而有所減少，與此同時凝固層厚度逐漸增加。壓縮相和充填相的主要差別是靜壓力增加。但靜壓力本身并不引起殘余應(yīng)力，這是因為靜壓力并不引起材料流動從而造成取向之故。在補償相中，熔體流動是不穩(wěn)定的，原因有以下幾方面；（一）溫度的變化

7、來自注塑機料筒的熔體其本身溫度就不均勻，在特殊情況下，此溫差可以達 到40C。溫度高的熔體粘度低、流速快，注入高溫區(qū)后，形成該區(qū)域類似河流三角 洲的流道。（二）熔體內(nèi)在溫度的不穩(wěn)定性熔體內(nèi)部盡管溫差不大，也會因為內(nèi)在的不穩(wěn)定導(dǎo)致溫差變大，從而導(dǎo)致類 似河流三角洲式的流動。在塑料制品中大部分殘余應(yīng)力是在補償相出現(xiàn)的。2 、注塑條件對制品質(zhì)量的影響制品質(zhì)量，主要是指殘余應(yīng)力的大小，而殘余應(yīng)力則是制品產(chǎn)生翹曲和凹陷 痕跡的主要原因，故優(yōu)化注塑條件的目的則是將殘余應(yīng)力降低至最低水平。測量殘余應(yīng)力一般的方法；透明的塑料件可用偏振光圖像觀察到殘余應(yīng)力等 值線。不透明的塑料件，則可用“復(fù)員”試驗確定殘余應(yīng)力

8、水平，此法是在塑料制 件上鉆個小孔，然后放值在規(guī)定溫度的烘箱中，由于殘余應(yīng)力的作用，所鉆的小圓 孔將變?yōu)闄E圓形，其長軸與短軸之比可以作為判斷殘余應(yīng)力的依據(jù)。一、熔體溫度對制品質(zhì)量的影響（圖 4 6）熔體注入冷卻的模具型腔時，因熱傳導(dǎo)而損失熱量。與此同時剪切磨擦而產(chǎn)生熱量，這部分熱量可能比熱傳導(dǎo)損失的多，也可能少，主要取決于注塑條件。熔體低溫時粘度大，熔體流動速率低，因而制品中的應(yīng)力水平也高。若充填 壓力確定，由于熔體粘度大，在流動系統(tǒng)中的壓力損失也較大，型腔內(nèi)的實際壓力 會降低，故制品的密度變較小。提高熔體溫度時，熔體粘性很快降低，使制品中的 應(yīng)力水平迅速下降，制品的密度變小。進一步提高熔體溫

9、度時型腔壓力變化不大， 制品中的應(yīng)力水平變化變不大，但材料裂解率提高，制品質(zhì)量降低。與此同時，高 溫時因型腔壓力提高很小，而體積收縮率較大，制品重量變小，并會出現(xiàn)凹陷痕跡二、模具溫度對制品質(zhì)量的影響模具溫度在塑料熔體凝固溫度以下變化時，對塑料熔體壓力和應(yīng)力水平的影 響并不明顯，但對注塑件的冷卻時間影響較大。 模具溫度的變化對冷卻時間的影響, 較將熔體變化相同的溫度時對冷卻時間所帶來的影響要大得多。提高模具溫度所帶來的最大好處是，當(dāng)采用較低的注射速率時，熔體溫度不 致降低過多而使流動性能變差。三、充填時間對制品質(zhì)量的影響充填時間是指塑料熔體充滿模具型腔所需要的時間，按注射速率確定。提高 注射速率

10、則會縮短充填時間。此時，熔體中的剪應(yīng)變率也會提高，為了充滿型腔所 需要的注射壓力也要提高。注射速率低時，熔體中的剪應(yīng)變率低，剪切應(yīng)力小，但 熱量損失大，使熔體溫度降低，粘度提高，從而使注射壓力提高。以上兩種情況共 同作用的結(jié)果，存在著一個滿意的充填時間，采用這個時間，充填壓力最小，制品 中的應(yīng)力水平也最低。（圖4 7）四、應(yīng)力變化注射速率過高，則型腔進料口附近的應(yīng)力過高；注射速率過低，則在充填終了時應(yīng)力過高。設(shè)計澆注系統(tǒng)前，必須優(yōu)化注射條件，即要考慮以下三點；（1）熔體溫度應(yīng)足夠高，以降低應(yīng)力水平，但溫度不能過高，以防聚合物降解（2）模具溫度對應(yīng)力水平的影響并不顯著，但與冷卻時間和制品表面質(zhì)量

11、有關(guān), 應(yīng)盡可能高一些，以使充填終了時熔體溫度不致太低。(3) 充填時間必須優(yōu)選，充填時間太短，則進料口附近應(yīng)力過高，充填時間太 長則熔體溫度太低，充填終了時應(yīng)力過高，也有可能性使熔合線質(zhì)量變差。五、保壓壓力和保壓時間對應(yīng)力水平的影響通過實驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)；高保壓壓力、短保壓時間所得到的注塑件通常應(yīng)力水平較低，低保壓壓力、長保壓時間所得到的注塑件則應(yīng)力水平較高。(圖4 8)應(yīng)該指出，靜壓力并不會引起制品破壞，造成制品破壞的原因是材料一面流 動，一面凝固，這種情況主要發(fā)生于補償相。六、回流及其對內(nèi)部應(yīng)力的影響所謂回流，是指塑料熔體的反向流動。這種狀況多發(fā)生在增壓相中。理想的 情況是模具型腔內(nèi)達到所需要

12、的壓力后， 保壓一段最短的時間以減少凹陷，然后 澆注系統(tǒng)中的塑料熔體首先凝固，以使模具型腔中的熔體不再溢出。塑料熔體在復(fù)雜形狀模具型腔中的流動一、翹曲造成塑料制品翹曲的原因很多，主要有收縮不均勻，結(jié)晶不均勻，冷卻不均 勻，過度充填等到四個方面的原因。若注塑制品中各部位有不同的收縮水平，則該制品將產(chǎn)生曲翹。這是由于在 充填時，分子鏈取向不同，冷卻時就會引起不同的收縮。在厚度相同的情況下，狹 長流道較短而寬的流道分子鏈取向水平高，因而收縮大。取向材料較無取向材料收 縮大。在注塑模具設(shè)計時，選擇澆口位置和流道布置時應(yīng)特別注意這個問題。圖49以矩形板的翹曲為例在結(jié)晶材料中，冷卻速率低則結(jié)晶度高，收縮率

13、也大。注塑制品中，厚度不 同會引起溫度差別，截面厚度大的部位冷卻速率慢，溫度高，具有較高的結(jié)晶度。 截面很薄的部位因內(nèi)磨擦而引起的熱量大，溫度和結(jié)晶度亦高，有時甚至超過較厚 截面的結(jié)晶度。圖4 10為例。模具溫度分部不均勻是造成制品冷卻收縮不均勻的主要原因，與模具溫度較低 的部分接觸的熔體首先冷卻、凝固。當(dāng)較熱的部分熔體冷卻收縮時就要受到已凝固 部分的抑制，因面受到拉伸應(yīng)力，而已凝固的部分則同時受到相同的壓縮應(yīng)力，制 品中存在這種殘余應(yīng)力，從模具中頂出后就要翹曲。圖 411三個圖為例。在模具型腔中，澆口附近的溫度較高，也就是說，這部分材料和型腔中其他部 位，尤其和邊緣部位材料的收縮不能同步，因

14、而引起翹曲。注塑模具型腔與型芯的 冷卻不一致也會引起制品的變形。（圖412）二、過度充填（圖413）過度充填是引起制品翹曲變形的最常見的原因之一。過度充填是由于流動不平 衡引起的。在充填型腔過程中，熔體總是首先流向最容易流動的部位，熔體將首先 充滿此區(qū)域。由于塑料熔體是可以壓縮的，故在熔體充填其余區(qū)域的同時，將以逐 漸降低的流速繼續(xù)充填易流入的區(qū)域，使此區(qū)域密度加大，取向水平提高，這種情 況稱為過度充填。遭受過度充填的區(qū)域收縮率提高，使整個制品中各區(qū)域收縮率不 同而引起翹曲。要解決這一問題必須采用多點澆口，澆口位置還要選擇適當(dāng)，以達 到流動平衡。三、流動軌道效應(yīng)（圖414）如一底部薄而側(cè)壁厚的

15、方形盒型件，流動過程是首先充填底部，熔體前沿到達 距澆口最近的側(cè)壁點后，由于此側(cè)壁較底部厚，阻力小，容易流動，故熔體流動方向變成沿側(cè)壁流向盒形件轉(zhuǎn)角。與此同時，底部未到達側(cè)面的熔體的流速則因阻力 大而變慢。若側(cè)壁厚度足夠大，則在底部熔體到達轉(zhuǎn)角前，側(cè)面上的熔體已將轉(zhuǎn)角 處填滿，從而在底部接近轉(zhuǎn)角處留下了熔接線和氣孔，這種現(xiàn)象稱為流動軌道效應(yīng)。影響流動軌道效應(yīng)的因素除制品的幾何形狀和尺寸外，還有熔體的流動性質(zhì)和模具 的傳熱性質(zhì)等。四、注射速度的影響（圖415）當(dāng)制品在澆口兩端的壁厚有明顯差別時，若注射速度很低，則熱損失大，生成 的凝固層厚度大，因而會有效阻止材料流入薄的截面，這種情況稱為熱傳導(dǎo)占

16、優(yōu)勢 的流動；若注射速度較高，情況即相反。提高模具溫度或提高熔體溫度與提高注射 速度結(jié)果相同。改變注射速度或提高熔體和模具溫度可以改善這種情況。五、潛流效應(yīng)（圖416）潛流效應(yīng)也就是復(fù)雜流動。采用多澆口充填型腔時，來自不同澆口的熔體相 互匯合，可能造成流動的停滯和轉(zhuǎn)向。若是三個以上的澆口，中間澆口由于前進的 阻力大，壓力也大，與兩側(cè)澆口的流動匯合后出現(xiàn)流動轉(zhuǎn)向。轉(zhuǎn)向前熔體停滯，剪 應(yīng)變率突然減少，粘性增大，凝固層加厚。轉(zhuǎn)向后由于周圍熔體溫度高，使其再次 熔化。流動停滯和轉(zhuǎn)向影響制品表面質(zhì)量及結(jié)構(gòu)的完整性，這種現(xiàn)象與澆口的位置 和尺寸有關(guān)。理想的流動情況是簡單流動，即具有平直前沿、流動方向和流動

17、速度不變的 流動。復(fù)雜流動往往會降低制品質(zhì)量，六、熔接線與熔合線兩個流動前沿相遇時形成熔接線，因而，在多澆口注塑制品中熔接線是不可 避免的。單澆口注射時，熔體流動只要穿越障礙物，也會形成熔接線，圖4 17a, 熔合線與熔接線類似，只是相互熔合線的流動前沿是平行運動，而不是迎頭相遇。圖4 17b七、凹陷痕跡（圖418）凹陷痕跡是熱收縮所造成的，并且在材料愈多的部位愈明顯。采用高保壓壓力并不能消除凹陷痕跡，與此相反，采用低保壓壓力，長保壓 時間，卻能獲得較好的效果。八、熱引起的不穩(wěn)定流（圖419）這主要是因為熱和流動的綜合作用所引起的流動不穩(wěn)定性所造成的。如兩個相同的型腔溫度相同時，造成不穩(wěn)定流的

18、原因可簡述如下：若A型腔先充滿熔體， 型腔B后充滿，開啟模具時，則因熱量來不及從型腔B表面散失，故溫度稍高于先充滿的型腔A，下次注射時熔體就會首先充滿 B型腔，同樣的原因，再下一次 就首先充滿A型腔，這樣就形成了始終如一的不穩(wěn)定流動。流動設(shè)計原則首先應(yīng)滿足流動平衡要求，即應(yīng)使流道一型腔系統(tǒng)中各流動分支在同一時間以相等的壓力充滿。這樣做的目的是避免因制品密度分布不均勻而引起的翹曲變形。除合理確定流道一澆口系統(tǒng)的數(shù)量、位置和尺寸外，在滿足制品使用要求的條件下，還 可以采用流動引導(dǎo)法或流動偏導(dǎo)法。 流動引導(dǎo)法是將型腔局部加厚，以助長沿此方向 的流動。流動偏導(dǎo)法是將型腔局部減薄，以使熔體分流。在制品厚

19、度不均勻時，澆口位置應(yīng)盡可能遠離厚薄分界區(qū)。熔接線和熔合線應(yīng)控制在制品最不感光和應(yīng)力不敏感區(qū)，以改善制品質(zhì)量和外 觀。流動設(shè)計時要考慮控制磨擦熱，使熔體既有較高溫度以降低制品應(yīng)力水平，又要 避免材料裂解。最后，應(yīng)使整個注塑制品在型腔中冷卻時均勻一致，以避免殘余應(yīng)力過高而造成頂出后翹曲變形。收縮注塑制品脫模后要發(fā)生收縮，從而引起尺寸和和形狀的變化，進而產(chǎn)生翹曲。不同的熱塑性塑料都有自己的收縮率，而且，塑料制品的收縮率對注塑時工藝因素的變化非常敏感。一、影響聚合物收縮的工藝因素影響聚合物收縮的工藝因素很多， 主要有熔體溫度計To，保壓壓力Pa,澆口凝固 速度，熔體在型腔中的冷卻速率，模壁溫度 Tw，充模速度等。（一）熔體溫度To升高，則收縮率S降低，見圖811給出PS矩形板注塑時熔體 溫度To對體積收縮率 S的影響。工藝條件為 Pa=57.8kg/cm2,Q=7.2cm3/s（ /）和 36cnVs（0）,T用30C。收縮率隨熔體溫度升高而降低的原因是：熔體溫度高則熔體粘 度降低，若注射壓力和保壓壓力不變，則傳遞到型腔內(nèi)部的壓力會增加，而且由于 熔體溫度提高，使?jié)部诜忾]時間延長，壓入型腔內(nèi)的材料增多，密度加大，使收縮率下降。（二）保壓壓力對收縮率的影響熔體是在保壓壓力作用下，一直保持到澆口封閉為止。保壓壓力增加