精密注塑件缺陷成因分析与对策研究

精密注塑件缺陷成因分析与对策研究

王正成

昌辉汽车电器（黄山）股份公司245000

摘要：精密注塑成型工艺技术是一种重要的塑料成型加工模式，该加工工艺可以加工制造出结构较为复杂且工艺尺寸、精确要求较高的相关制件制品。同时，该加工工艺技术还具有生产周期短、自动化程度高并可以采取先进的数据化控制模式进行操控。本文通过对精密注塑成型过程概述、精密注塑成型缺陷成因研究分析以及精密注塑成型件缺陷成因对策研究，旨在为精密注塑领域的进一步发展提供有价值的参考。

关键词：精密注塑；缺陷成因；对策研究；

引言：伴随我国工业技术的不断发展，以塑料制件替代钢制品零部件的工业应用需求越发广泛。特别是在医疗、电子、汽车、电信与仪表等行业，对于精密注塑制件的精度提出了更高的要求。为此，更加推动了精密注塑技术的研究与发展。同时在加工制造过程中，精密注塑制件的各项工艺技术指标与品质指标等，将会受到精密注塑工艺设计、精密注塑模具、精密注塑机与精密注塑材料等因素的影响。在精密注塑过程中，注塑模具将成为制约与影响精密注塑制件质量、成本与成型周期的关键决定性因素。既往，在防止与避免精密注塑制件缺陷的优化过程中，更多聚焦于提高加工模具的精度方面，但是这种优化方向在一定程度上制约了提高精密注塑制件的精度，并未能对防止注塑制件的缺陷问题发生提供更加科学的解决方案。为此，认真分析精密注塑过程中造成缺陷问题的成因，并有的放矢地制订相应优化对策，则成为提高精密注塑制件的精度与防止缺陷问题发生的重要举措。

1.精密注塑成型过程概述

1.1精密注塑成型工艺过程

精密注塑成型即按照既定注射量，将注塑原料加注于注塑机料筒，继而通过料筒的热量与螺杆旋转所产生的切剪摩檫力，使得注塑原料颗粒迅速达成熔融状态。接下来，在螺杆推挤或柱塞的作用下，促使处于熔融状态的注塑原料获取最高压力，并快速流动至喷嘴而注射至注塑模具的型腔当中。此刻，因模具尚处于温度较低的状态，被注射的熔料则被冷却与凝固。最后，经注塑机开模而将冷却成型的制件取出。

1.2精密注塑成型过程核心要素控制

精密注塑成型过程主要通过三个核心要素进行控制：

1.2.1精密注塑温度控制

其一，料筒的温度控制，该温度主要体现在注塑原料的塑化与流动程度。同时，不同的注塑原料具有不同的流动温度，即使同一种注塑原料，也会因为其生产厂家不同而呈现出不同的熔融温度数据。其二，注塑射嘴温度控制，在注塑过程中，通常将射嘴温度控制在稍微低于料筒温度范围内，旨在避免发生熔融注塑原料在射嘴部位出现流涎问题现象。但却不可温度过低，否则就会导致熔融注塑原料在射出后过早凝固并形成射嘴被堵塞问题。其三，模具温度控制，实践证实，模具温度将对精密注塑制件在工艺尺寸、结构以及性能方面均会产生较大影响。

1.2.2精密注塑压力控制

其一，注塑压力控制，在精密注塑过程中，注塑压力是依靠螺杆推进而形成，并在精密注塑成型进程中发挥较为重要的作用。其价值在于克服注塑原料自料筒流向注塑型腔的流动阻力，实现对熔融注塑原料构成充分挤压的目的。其二，塑化压力控制，旨在避免与防止在注塑过程中进行塑化时螺杆发生后退情况，则在螺杆的背部而设置的压力，称为背压。其价值在于，第一，注塑原料混炼均匀；第二，注塑过程的原料给料计量稳定；第三，按照工艺要求排出注塑原料当中所含气体。

1.2.3精密注塑成型周期控制

精密注塑过程中，制件成型周期指的是完成注塑注射全程所消耗的时间长度。它取决于注塑设备生产效率与开机率。为此，在进行精密注塑生产过程中，在确保产品品质的前提下，应尽可能缩短制件成型所需周期时间。

2.精密注塑成型缺陷成因研究分析

精密注塑成型造成缺陷的现象经常表现为：制件成型产品填充量不足、缩水、飞边甚至烧焦等。经过大量试验与测试，发现构成精密注塑成型缺陷问题主要源于：精密注塑模具设计与注塑成型工艺参数等。

2.1精密注塑成型件出现填充量不足缺陷问题

2.1.1模具设计分析不够全面与不够科学、合理。其一，浇口形式不准确与数量不足，这一问题通常出现在相关模具设计初期模流分析、浇口最佳位置、尺寸确定过程中；其二，即模具排气性能不良，通常是在模具的试模操作后再根据具体情况而补排气槽，抑或相应结构割成的镶嵌件，旨在从镶嵌件缝隙当中将空气排出。

2.1.2精密注塑工艺参数设计不准确.造成精密注塑成型件填充量不足的相应工艺参数设计，如模具温度偏低、注射压力过低、注射速度较慢与成型周期较短等。

2.2精密注塑成型件出现飞边缺陷问题

2.2.1精密注塑模具分型界面质量不达标。因模具的刚性不足，造成模具容易变形，问题主要是出自于模具设计、模具选材与加工制造过程。

2.2.2精密注塑参数设计不合理。如模具温度、注射压力高于相关要求标准以及锁模力不符合要求，而这些工艺参数应在试模调机过程中进行优化，使之符合相应要求。

2.3精密注塑成型件出现翘曲变形缺陷问题

精密注塑成型件翘曲指的是成型件脱模后呈现变形问题现象。直接原因在于塑料成型件在注塑后其内应力开始释放，当收缩力度出现不均匀的情形则导致出现翘曲变形。相关工艺参数主要为，注射控制压力、熔体控制温度、保压控制时间、压力与模具控制温度等。因此同时，如果制件脱模控制力的设置不能符合标准要求，那么就会因制件的内应力不均衡而造成其翘曲变形问题。

3.精密注塑成型件缺陷对策研究

大量实践表明，有效控制精密注塑成型件缺陷问题的主要对策聚焦于模具设计与相应工艺参数设计，为此我们将重点针对精密注塑模具设计与相应工艺参数设计进行对策研究与分析。

3.1精密注塑模具设计

精密注塑模具设计基于制件要求与工艺条件、注塑物料及注塑机性能，并主要包含以下几个方面：

3.1.1精密注塑模具的流道与浇口平衡设计

首先，关于流道平衡设计关键问题在于流道的排列对称并工艺尺寸相一致，同时在主流道端头需要进行设置冷料穴设计，即一模多腔可采用标准模式与H型排列。其次，关于浇口平衡设计方面，需要按照注口的距离不同的长度以调整浇口深度的工艺尺寸设计，同时可以采取改变浇口面积的方法以减少相对较远浇口熔料流动阻力，促成浇口压力平衡，目的在于确保制件工艺尺寸精度统一。

3.1.2型腔工艺尺寸设计

在模具设计过程中，型腔收缩率测算是否精确将直接影响制件的精度。为此，型腔尺寸须按照制件的几何形状及其不同的收缩率进行测算。因不同塑料原料均具有收缩率标准数值范围，为此需要根据不同塑料制件及其不同几何形状、不同部位实际情况而制订。与此同时，模具温度的高低与型腔表面温度分布的均匀程度，也将直接构成塑料原料熔体在模具腔体内的流动情况与被冷却的速度，造成制件收缩度不均衡，最终导致精密注塑制件的质地的均匀程度与工艺尺寸精度。  

3.1.3精密注塑模具的排气设计

在进行精密注塑的原料注射进程中，模具腔体内部除既有空气外，还会出现因原料受热以及塑料材料硬化过程所释放出的气体。这些气体的排气方法为：其一，采取模具分型界面与其他零件的匹配空隙以排除。同时，该空隙间数值将小于注塑制件溢边最大上限数值；其二，如采取与零件间隙排气方法，但不能达成有效排气目的问题出现时，则可以采用排气槽方式排气。

3.2精密注塑注射工艺参数与控制

在精密注塑过程中，注射工艺参数与控制，如压力、温度、速度与时间等参数的设计，将直接影响精密注塑制件的品质，为此将重点研究相关参数的设计问题。

3.2.1注射压力参数设计问题研究

在精密注塑过程中，注射压力成为影响注塑制件的主要因素。如图1即以ABS材料为例的实验数据所示，当注塑过程的注射压力至392兆帕时，制件的成型收缩率接近于零。此时，制件的精度则仅仅为模具与所处环境条件控制。

图1：以ABS为例，说明注射压力与收缩率之间的关系

我们通过主要注塑原料（即PC、POM、PE、PS与ABS），如图2所示，所进行的注射压力、收缩率与重量之间的实验数据解释伴随制件的注射压力加强，注塑原料所承受的压缩性增强，同时形成了比容积下降现象。与此同时，由于注塑原料密度不断增强，线性膨胀系数会形成下降趋势，热收缩也在减小，导致总体收缩率减小的局面。另外，提高注塑注射压力还可以增强制件的机械性能能，提升其抗冲击力、弯曲预应力与屈服强度等。

图2：PC+20%GF注射压力与收缩率之间的关系

在提升注射压力的条件下，可以增加流动长度并提高制件成型长度，为成型薄壁制件创造有力前提条件。我们以PC原料为例，当进行常规177兆帕压力注射时，则构成制件壁厚为0.2-0.8毫米；而当采取392兆帕压力注射时，则可获得制件的壁厚在0.15-0.6毫米之间。为此，注射的压力提高，既可以形成较理想的制件壁厚，还可以减少制件体积、减少原材料投入并缩短制件的成型周期而提高生产效率。

3.2.2注射速率设计问题研究

如图3所示，我们可以发现制件精度与注射速率之间的关系，即如果采取高速注射，那么则可以使得注塑原料从开始进入注塑型腔时的温度，以及原料充模完成时的温差减小，其目的为有利于制件的薄壁成型并减小其内应力。

图3：注射速率与制件精度之间的关系

3.2.3注塑温度设计问题研究

研究表明，温度与精密注塑成型密切相关，在其他工艺参数与条件不变的情形下，当采取主流道型注射浇口并对熔料剪切作用较小，熔体的温度几乎与料筒温度一致。同时，相关实验证实，料温越高则冷却至室温后的收缩率就越高。但与此同时，伴随料温增加塑料原料熔体的分子动能被加强，熔体的粘度随之下降。在保持原料注射压力的条件下，模具腔体内的压力损失则会减小，即在料压增加的情况下，则达成收缩率减小的目的。 

结语

综上所述，在精密注塑制品业已广泛地应用于人们生活诸多方面的情形下，人们对精密注塑制品的精度、性能与外观等方面均提出了更高的要求。为此，不断追求降低精密注塑制品与技术的开发成本、开发周期与不良成品率，以获取更加高端的精密注塑制品，则成为精密注塑领域技术研发的努力方向。同时，建立更加科学、精准与高效防治精密注塑制件缺陷问题的模式与方法，已经成为该领域越来越重要的研究课题。

参考文献：

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