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各种典型注塑成型缺陷

注射成型加工过程是一个涉及模具设计、模具制造、原料特性和原料预处理方法、成型工艺、注射机操作等多方面因素,并与加工环境条件、制品冷却时间、后处理工艺密切相关的复杂加工流程。因此,制品的质量好坏就不单取决于注射机的注射精度、计量精度,或是仅仅由模具设计的优劣和模具加工的精度级别决定,通常,它还会受到上述的其它因素的影响和制约。在如此众多的复合因子约束下,注射成型制品缺陷的出现就在所难免,于是,寻求缺陷产生的内在机理以及预测制品可能产生缺陷的位置和种类,并用于指导模具设计和改进、归纳缺陷产生的规律、制订更为合理的工艺操作条件就显得尤为重要。下面从影响注射成型加工过程的三个主要因素(塑料材料特性、模具的结构以及加工精度、注射成型工艺设计及注射设备)来探讨注射成型缺陷产生的机理及解决方法。

    注射成型加工过程所用的塑料原料多种多样,模具设计的种类和形式也是五花八门,另外,操作工人对于特定注射机的熟悉程度以及工人之间的操作技能、实践经验的差异也各不相同,同时,客观环境(如环境温度、湿度、空气洁净程度)也会随着季节变化而不同,这些客观和主观条件共同决定了注射成型制品缺陷的产生。在注塑成型加工过程中可能由于原料处理不好、制品或模具设计不合理、操作工没有掌握合适的工艺操作条件,或者因机械方面的原因,常常使制品产生注不满、凹陷、飞边、气泡、裂纹、翘曲变形、尺寸变化等缺陷。

一般来说,对于塑料制品性能优劣的评价主要有三个方面:

第一是外观质量,包括完整性、颜色、光泽等;

第二是尺寸和相对位置间的准确性,即尺寸精度和位置精度;

第三是与用途相应的机械性能、化学性能、电学性能等,即功能性。因而,如果由于上述三个方面中的任何一个环节出现问题,就会导致制品缺陷的产生和扩展。

依据以上三方面的评价标准,注射成型制品常见缺陷具体可分为三大类:

(l)外观问题:表现为凹痕、银纹、喷射纹、变色、暗斑、黑斑、流痕、焦痕、熔接痕、泛白、表面气泡、分层剥离、龟裂、外观混浊等。较为普遍的是熔接痕、暗斑、分层剥离、黑斑、喷射、气泡、龟裂;

①凹痕(sink mark):“凹痕”是由于浇口封口后或者缺料注射引起的局部内收缩造成的。凹痕一般是由于塑料制品壁厚增加引起制品收缩率局部增加而产生的,它可能出现在外部尖角附近或者壁厚突变处,如凸起、加强筋或者支座的背后,有时也会出现在一些不常见的部位。

②银纹(silver marks/silver streak):银纹是由于塑料中的空气或湿气挥发,或者异种塑料混入分解而烧焦,在制品表面形成的喷溅状的痕迹,通常它会从浇口处以扇形方式向外辐射发展。许多塑料在储存时会吸收很多的水分,如果在加工前没能进行充分的干燥处理,这些残留的水分就会在注射过程中转变为水蒸气,从而在制品表面产生喷溅的痕迹。另外塑料原料在塑化阶段,熔体内也经常会包覆一定量的空气,如果这部分空气在注射阶段无法顺利排出,也会在制品表面产生银纹。

③喷射(jetting):当塑料熔体高速流过喷嘴、流道和浇口等狭窄的区域后,突然进入开放的、相对较宽的区域后,熔融物料会沿着流动方向如蛇一样弯曲前进,与模具表面接触后迅速冷却。由于这部分材料不能与后续进入型腔的树脂很好的融合,就在制品上造成了明显的喷流纹。在特定的条件下,树脂在开始阶段以一个相对较低的温度从喷嘴中射出。接触型腔表面之前,树脂的薪度变得非常大因此产生了蛇行的流动。

④气泡(bubble):由于制品壁厚的中心处冷却最慢,制品的表面冷却迅速,快速收缩的表面会将物料牵引过来,成型制品的体积收缩不均引起厚度部分产生了空洞,塑料中的水分或气体成泡后就变成了气泡。气泡可分为水泡和真空泡两种。一般来说,发生在透明制品上的气泡直接就可以观察到,而发生在不透明制品上的气泡有时从外表面无法看到,只有将其剖开或采用其它手段才可能发现。

⑤流痕(flow mark):流痕是塑件在浇口附近波浪形的表面缺陷,表现为以浇口方向为中心,树脂流动的痕迹以同心圆的形状在成型品的表面刻印的现象,其主要原因是塑件温度分布不均匀或塑料凝固太快,熔体在浇口附近产生乱流、在浇口附近产生冷料或是保压阶段没有补充足够的塑料。

⑥熔接痕(weld lines):在注射成型制品的众多缺陷中,熔接痕是最为普遍的,除少数几何形状非常简单的注塑件外,发生在大多数注塑件上(形状通常为一条线或V形槽),尤其是需要使用多浇口模具和嵌件的大型复杂制品。熔接痕不仅使得塑件的外观质量受到影响,而且使塑件的力学性能,如冲击强度、拉伸强度、断裂伸长率等,受到不同程度的影响。

(2)工艺问题:主要体现在充填不足、分型面飞边过大、流道粘膜、不正常顶出等造成的飞边、充填不足;

①欠注(short shot):欠注又叫短射、充填不足、制件不满,是指料流末端出现部分不完整现象或一模多腔中一部分填充不满,特别是薄壁区或流动路径的末端区域。表现为熔体在没有充满型腔就冷凝了,熔料进入型腔后没有充填完全,导致产品缺料。

②飞边(flash):飞边又称溢料、溢边、披锋等,大多发生在模具的分合位置上,如:模具的分型面、滑块的滑配部位、镶件的缝隙、顶杆的孔隙等处。飞边如不及时解决将会进一步扩大化,从而压印模具形成局部陷塌,最终可能造成永久性的损害。

③流动不平衡(filling imbalance):当流道系统多于两个分流点时,型腔之间的流动不平衡现象就会产生。然而,即使在少于两个分流时,甚至没有分流的情况下,单一型腔内仍然会有流动差异的现象存在。

(3)性能问题:通常是变脆(脆化)、翘曲、应力集中、超重欠重(密度不均匀)等缺陷。

①翘曲变形(warp):翘曲变形是指注塑制品的形状偏离了模具型腔的形状,它是塑料制品常见的缺陷之一。随着人们对塑料制品的外观和使用性能要求越来越高,翘曲变形程度作为评定产品质量的重要指标之一也越来越多地受到关注与重视。

②尺寸不稳定(unstable gauge):尺寸不稳定是指在相同的注射成型机和成型工艺条件下,每一批成型制品之间或每模生产的制品各型腔成型品之间,塑件尺寸发生变化。产品尺寸的变化是由于设备控制反常、注塑条件不合理、产品设计不好及物料性能有变化等造成的。

③裂解(fragmentation):如果注射速度太快或注射压力太高,可能导致流道系统和型腔内的气体无法在较短的充填时间内从排气孔排出,会造成包风;竞流现象加上不当的排气系统也会造成包风。结果,型腔内的空气受压缩,压力与温度升高,使得流道路径末端或包风区域的塑件表面的塑料裂解而造成烧痕。

 

注射成型缺陷产生的原因

    制品成型质量主要包括制品外观、制品尺寸精度以及制品的物理性能等。产生这些缺陷的原因是多方面的,为了在理论上和实践中更便捷地讨论缺陷产生的机理,可以将注射成型缺陷的成因归纳为四个方面:

(l)塑料材料:主要是塑料流动性不好,塑料材料选择不当;

(2)注射模具:模具结构包括成型浇注方式、浇口尺寸大小、浇口位置、镶块镶拼方式的合理性、脱模方式的合理性、排气道是否顺畅、整体加工精度等。与模具有关的缺陷成因表现在模具排气不良、模温不合适、脱模不良、流道平衡不良、模具冷却不适当、模具分型面精度差等方面;

(3)注射成型设备:注射机的锁模方式及精度可以直接影响制品的分型面质量;分段注射及调整工艺条件的好坏可以直接影响制品能否顺利填充成功;注射速率的调整可以影响制品的表观质量。注射成型设备可能引起的缺陷成因包括注射机注射能力(容量、塑化能力)不足、合模力不足、合模装置调节不佳、喷嘴口大小不合适、料筒各段温度不均匀等;
 

(4)注射成型工艺:工艺条件包括三大要素,即温度、压力和时间。

①与时间相关的是注射速率、压力的作用时间、模具的闭合时间、材料的塑化时间和螺杆转速等;

②与温度有关的是模具温度、料筒温度、喷嘴温度,背压、螺杆转速引起的温度,进入型腔的熔体在整个模具表面产生的温度,摩擦温度和引起产生气体的温度等;

③与压力有关的是注射压力、注射保压压力、背压,以及由于小浇口、长浇口、小流道无圆角弯道、流道的粗糙表面、排气和附加料量不均匀性等造成的型腔外的压降。

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