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文檔簡介
1、注塑缺陷原因分析與解決方案一、變形/翹曲( Warpage ) 塑膠件產生翹曲變形,導致制品的效或引起尺寸誤差和裝配困難;翹曲變形是塑件最嚴重的質量缺陷之一。變形產生原因:1、材料:物料收縮率大,如PA+GF的收縮率就很大,流動玻纖取向。2、模具:(1)產品兩側,型腔與型芯間溫度差異較大 ;(2)模具冷卻水路位置分配不均勻,沒有對溫度很好地進行控制 ;(3)澆口方式和位置設計不合理,特別加纖料,流動規則很重要;(4)產品粘模引起變形,頂出不平衡導致變形;(5)模具排氣不佳,導致模腔內注塑壓力大。3、成型工藝:(1)注塑壓力過高或者注射速度過大;(2)料筒溫度、熔體溫度過高;(3)保壓時間過長或
2、冷卻時間過短;(4)尚未充分冷卻就頂出,由于頂針對表面施壓造成翹曲變形。4、產品結構(1)長條形結構翹曲加劇;(2)產品結構不對稱導致不同收縮; (3)產品壁厚不均勻,突變或過薄,導致薄壁部分冷卻較快引起翹曲。 解決方案:主要應從產品和模具設計方面著手解決,而依靠成型工藝調整的效果是非常有限的。1、材料:(1)選擇收縮性較小的材料,內部的長條形纖維會順著流動方向發生取向。沿著取向方向收縮小、垂直取向方向收縮大,取向引起的收縮不均會導致產品變形;(2)如PA66或PA+GF料都容易變形,評估時特別注意,提前做模流分析。2、 產品結構和模具:(1)由于塑膠從熔體轉變為固體體積必然收縮,厚度大收縮大
3、,厚度小收縮相對也小,收縮不均產生的內應力導致產品變形。只能通過優化產品設計,盡量使產品壁厚均勻 ;(2)模具的冷卻系統設計合理,使得產品能夠冷卻均勻平衡,控制模芯與模腔的溫差。(3)合理確定澆口位置及澆口類型,可以較大程度上減少產品的變形,一般情況下,可采用多點式澆口,在評估階段多做幾種模流分析方案來驗證最小變形;(4)模具設計合理,確定合理的拔模斜度,頂針位置和數量,檢查和校正模芯,提高模具的強度和定位精度;(5)改善模具的排氣功能。3、成型工藝:(1)降低注射壓力、注射速度,采用多級注射,減小殘余應力導致的變形; (2)降低熔體溫度和模具溫度,熔體溫度高,則產品收縮小,但翹曲大,反之則產
4、品收縮大,翹曲小;模具溫度高,產品收縮小,但翹曲大,因此,必須視產品結構不同,采取不同的方案,對于細長塑件可采取治具固定后冷卻的方法;(3)調整冷卻方法或延長冷卻時間,保證塑件冷卻均勻,如不能按傳統的方法做運水就需考慮做3D打印水路模仁或鑲件,保證冷卻充分;PA66料產品收縮變形大出模后泡水;(4)設置螺桿回退來減小壓縮應力梯度,使產品平整。殘余應力(Residual Stress)的影響 殘余應力是指出模后未松弛而殘余在產品中的各種應力之和,是在聚合物加工特別是注射成型過程中,注塑件在脫模后由于內部存在殘余應力,發生表面翹曲變形的現象。注塑產品殘余應力通常會導致翹曲變形,引起形狀和尺寸誤差;
5、同時殘余應力導致的銀紋及其他缺陷,都會使構件在使用過程中過早失效,影響其使用性。所以,只有殘余應力接近零時,脫模比較順利,并能獲得滿意的產品。1.殘余應產生原因:注塑產品的殘余應力有兩個來源:一個是取向殘余應力,一個是收縮殘余應力。對于注塑成型工藝而言,熔體的注射溫度、模腔溫度、熔體充填時間和充填速度、保壓壓力以及流道的長短都會對流動應力產生影響。2.取向殘余應力產生位置:(1)澆口位置:因射速快或保壓時間長而容易產生擠壓取向應力;(2)壁厚急劇變化處(膠位突變):特別是由厚到薄處,會因壁薄位置剪切力強而產生擠壓取向應力;(3)料流充填不平衡處:會因為過度充填造成局部擠壓而產生擠壓取向應力。3
6、.收縮殘余力產生位置:(1)主要發生在壁厚不均產品上,壁厚變化劇烈的位置,由于熱量散發不均勻,所以容易產生不同的收縮取向;4.產品結構(1)壁厚分布不均勻,在壁厚變化區域,產生剪切速率的變化,導致應力的發生;(2)尖角位置易產生應力集中。5.模具(1)澆口大小及位置設置不當也會導致料流填充不平衡,局部位置可能會過度充填,產生較大擠壓剪切應力。6.成型工藝(1)在確保注塑的前提下,保證合理的注射壓力可避免局部壓力過大產生應力;(2)保壓壓力與時間過長都會增大澆口處的分子取向而產生較大殘余應力;(3)模具溫度太低會導致應力不能及時釋放而殘留;(4)提高熔體成型溫度將會降低黏度,降低分子鏈的取向應力
7、,從而降低殘余應力。解決方案:1、模具(1)分流道安排平衡合理,增加分流道尺寸;(2)模具的冷卻系統設計布置合理,盡量使制作表面各部分以均勻的冷卻速率固化;(3)模腔厚度均勻,避免出現大的變化;(4)改進模具澆口位置、澆口設計,避免流程太長導致不同位置壓力傳遞不同;(5)合理的模具設計,避免尖角的存在而形成應力集中。2、成型工藝(1)提高注射速度、注射壓力,采用多級注射,減小殘余應力導致的變形;(2)調整模具溫度到合適的值;(3)提高熔體溫度;(4)適當減少保壓壓力、保壓時間,避免應力集中。優化保壓設置,使用兩段保壓。第一段在遠澆口端,使用高壓,降低遠澆口端的收縮;第二段在近澆口端,使用低壓,
8、增加近澆口端的收縮,確保產品收縮一致。二、結合線(Weld Line ) 結合線又稱為熔接痕、熔接線、熔接縫、夾水紋,兩股相向或平行的熔體前沿相遇,就會形成結合線,結合線不僅使塑件的外觀質量受到影響,而且使塑件的力學性能如沖擊強度、拉伸強度、斷裂伸長率等受到不同程度的影響,特別是纖維增強材料。通常兩股匯合熔體前端的夾角(熔接角)越小,產生的結合線就越顯著,產品質量就越差。當熔接角達到120-150時,結合線消失。產生原因:1.材料(1)塑料流動性差,熔體前鋒經過較長時間后匯合產生明顯熔接痕;(2)黑色產品結合線更加明顯。2.模具和產品(1)流道過細,冷料井小;排氣不良;(2)產品壁厚過小或差異
9、過大;(3)澆口截面、位置不合理,造成波前匯合角過小;(4)模具溫度過低;(5)司筒針過高,導致局部膠位過薄,周邊先填充,向中間交匯產生結合線。3.成型成藝(1)注射時間過短;(2)注射壓力和注射速度過低;(3)背壓設定不足;(4)鎖模力過大造成排氣不良;(5)料筒、噴嘴溫度設定過低;(6)多點進澆,澆口間產生結合線。4.注射機(1)塑化不良,熔體溫度不均;(2)注射及保壓時熔體發生泄漏,降低了充模壓力和料量。 解決方案:1.材料(1)對流動性差或熱敏性高的塑料適當添加潤滑劑及穩定劑,必要時改用流動性好的或耐熱性高的塑料;(2)原料應干燥并盡量減少配方中的液體添加劑。2.模具(1)模具溫度過低
10、,應適當提高模具溫度或有目的地提高熔接縫處的局部溫度;(2)改變澆口位置、數目和尺寸,改變型腔壁厚以及流道系統設計等以改變熔接線的位置;(3)開設、擴張或疏通排氣通道,其中包括利用鑲件、頂針縫隙排氣; (4)黑色材料的產品減少澆口數量,盡可能減少結合線的產生。3.成型工藝(1)提高注射壓力、保壓壓力;(2)設定合理注射速度:高速可使熔料來不及降溫就到達匯合處,低速利于型腔內空氣排出;(3)降低合模力,以利排氣;(4)設定合理機筒和噴嘴的溫度:溫度高,塑料的黏度小,流態通暢,熔接痕變淺,溫度低,減少氣態物質的分解;(5)提高螺桿轉速,使塑料黏度下降;增加背壓壓力,使塑料密度提高。三、縮水痕(Si
11、nk Marks) 縮水痕為產品表面局部塌陷,又稱凹痕、縮坑、沉降斑。當塑件厚度不均時,在冷卻過程中有些部分就會因收縮過大而產生縮痕。但如果在冷卻過程中表面已足夠硬,發生在塑件內部的收縮則會使塑件產生結構缺陷。縮痕容易出現在遠離澆口位置以及制品厚壁、肋骨、凸臺及內嵌件處。 產生原因:1.材料(1)材料收縮率過大;2. 產品和模具(1)產品設計不合理,壁厚過大或不均勻,從膠厚分析可以看到縮水痕位置,或過厚骨位和柱位在薄壁易縮水;(2)澆口位置不合理,澆口太小或流道過狹或過淺,熔體充填過程過早冷卻;(3)多澆口模具應對稱開設計澆口;(4)模具冷卻不均勻,模具的關鍵部件應設置有效的冷卻水道。3.成型
12、工藝(1)注射量不足且沒有進行足夠補縮;(2)注射速度過快,注射時間或保壓時間過短,保壓結束時澆口仍未固化;(3)注射壓力或保壓壓力過低;(4)熔體溫度過高,則壁厚處、加強筋或凸起背面易出現縮痕。4.注射機(1)螺桿磨損嚴重,注射及保壓時發生泄漏,降低了充模壓力和料量,造成熔料不足;(2)噴嘴孔尺寸太大或太小。太小易堵塞進料通道,太大則造成注射壓力太小,充模困難。 解決方案:1.材料(1)改換收縮率較小的原料;(2)在結晶型塑料中加入成核劑以加快結晶;2.產品和模具(1)設計時使壁厚均勻,盡量避免壁厚突變;(2)骨位和柱位寬度是壁厚的1/2 或3/5厚度以內(3)設置有效的冷卻運水道,保證制品
13、冷卻效果;(4)調整各澆口的充模速度,開設對稱澆口。3.成型工藝(1)提高注射速度使制品充滿并消除大部分的收縮;(2)調整注射量和速度壓力切換位置;(3)增加背壓,螺桿前段保留一定的緩沖墊等均有利于減少收縮現象;(4)提高注射壓力、保壓壓力,調整優化保壓壓力曲線;(5)增大注射和保壓時間,延長制品在模內冷卻停留時間,保持均勻的生產周期;(6)降低熔體溫度和模具溫度。四、應力痕(Stress Marks) 在塑膠產品上,尤其原料是ABS、PP、PC,經常會看到產品表面會有發白、發亮的應力痕,常稱“光印、骨影”,這些就是內應力的結果,頂針應力痕、鑲件應力痕、肉厚差應力痕,過段時間會減輕一些。產生原
14、因:1.產品結構(1)產品肉厚膠位突變,厚薄落差過大,而肉厚差則是取向和收縮應力的共同結果,而內應力不外乎取向應力和冷卻收縮應力;(2)在產品厚度分析和模流分析就能很清晰看到顏色的差異(對于1.0厚的產品掏膠超過0.2-0.3mm以上),這些位置都是應力痕的高風險區域;(3)特別是外觀黑色類和紋面產品應力痕尤為明顯。2、模具(1)澆口附近不規則應力痕是典型的取向應力造成,而頂針、斜頂應力痕形成的因素則更為多一些;(2)鑲件配合不緊,填充時間加高壓有小松動,會導致應力產生(如牛角澆口鑲件出現凹痕) ;(3)模具變形或裝配問題,如注塑過程中頂針板變形,頂針、頂塊微量后退等,頂針板垃圾釘是否足夠和平
15、衡,斜頂單薄擺動等;(4)模具局部過熱(無冷卻的大頂針,大頂塊,大斜頂),冷卻不均勻,水路離應力痕產生部位太遠。3.成型工藝和材料(1)隨著保壓壓力和時間的增加,最先開始的是肉厚差應力痕、頂針斜頂應力痕、然后是肉厚差應力痕,最后是澆口附近不規則的應力痕(側看會發白發亮),這當然也要看產品的具體結構以及進澆位置來看;(2)外觀平面或弧面形成明顯的應力痕,膠厚突變,致使塑膠件薄壁在冷卻的過程中由于有從外到內的冷卻過程,使得冷卻速率不一致,最后冷卻的塑膠層對先冷卻的產生各種各樣的作用應力;(3)熔體突然出現流速加快或分子鏈變向,出現應力不均衡。表面太光滑、紋理不夠深(4)保壓壓力太高、模溫太低、料溫
16、太低。 解決方案:1.產品設計:(1)整體肉厚過薄或流動末端肉厚較厚導致充填壓力和保壓壓力過大,需要加膠或流動末端偷肉,也就是說保壓降低時,看縮水處能否偷肉改善,不能的話則要大面加膠了;(2)盡量避免肉厚差,如有則需要做大分化,要順滑過渡,不要有掏膠臺階面;(3)公模的骨位避免做的過大導致母模有骨位應力痕。2.模具設計(1)澆口太小或數量太少、分布不均,增加冷料井或溢膠槽;(2)活動件配模較松或水路配置不合理導致模溫較高,垃圾釘要合理;(3)模具流道和型腔排氣要良好,減少模腔內的應力和壓力;(4)掏膠處內側加粗紋,對排氣和產品與模具的附著力也好,對應力痕有一定幫助。3.成型條件(1)合理設置保
17、壓壓力和時間(降低) ;(2)模溫升高或降低(升高可改善充填降低保壓壓力;降低則是讓咬花面發亮,表面和應力痕接近,一般而言,降低模溫是多數選擇) ;(3)提高速度有利降低殘留取向應力(對薄壁產品變形有稍許好處,對應力痕基本沒有效果) ;(4)提高料溫、背壓、螺桿轉速,基本對應力痕影響很小,但不能說沒有,只是實際意義不大.五、氣紋(Gas Flow Marks) 膠料熱流沖入模腔時,在水口位置周圍出現比較多,還臺階面或凸起特征處,不良造成的氣紋、流紋、氣花,有類似于手指紋(呈霧狀,斑狀,紋路狀),氣紋是容易產生且很難消除的質量缺陷,塑料在充模過程受到氣體的干擾而出現在制品表面熔料流動方向上的缺陷
18、。事實上,在注塑過程中氣體的存在是不可避免的,而且有相當一部分殘留在塑料內部因為氣體無法及時排出而導致在產品的表面光面或紋面產生明暗不一的色澤差異。氣紋不僅僅會影響產品的外觀,還會影響產品的強度。國內有關技術資料對產生氣紋的機理過程涉及的不多,造成操作人員遇到具體問題時,不能快速找到問題產生的原因,不知該采取哪些工藝措施,問題得不到及時的解決,反復修改模和試模,導致資源大量浪費,會對企業造成巨大的損失。 產生原因:1.產品結構 產品壁厚不等,考慮原因是當熔體從較小的壁厚流向較大的壁厚且射速較快時,熔體會越過產品的臺階位置,流動速度受阻擋產生氣紋。2.模具(1)模具排氣槽設計太少或太小不夠合理時
19、,型腔中的氣體往往無法及時的排出,從而阻礙了熔體對模具表面的復制效果; (2)澆口太薄,太小,澆口處剪切力大;(3)澆口直接對著產品的外觀面直沖(如側澆口和牛角澆口),倒裝模澆口對表面直沖容易產生氣紋,澆口方式和位置設置不合理;(4)流道沒有冷料井,流道鑼刀紋粗糙未省光滑。3.成型工藝(1)當注塑速度過快時,氣體在壁厚突變的位置(特別是小壁厚向大壁厚的流動方向)越不容易排出,初始填充時熔體通過澆口速度過快,直接沖入型腔;(2)熔體溫度設定較高時,材料越容易在較高的料溫下分解產生氣體;(3)塑料熔體自身不斷地產生氣體,氣體的成份包括水汽、分解氣、空氣,另外膠料如果烘烤的時間不夠,本身含水率高也是容易產生氣體;(4)熔體流動性差,易產生冷膠;(5
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