1、注塑常见问题与对策Troubleshooting on Problems of Plastic Injection Molding徐 昌 煜Charles Hsu先进成型技术学会 创会理事Founding Director, SAMT2011年9月4日于山东省青岛市黄海饭店,浇口晕的定义:浇口附近产生的云状色变。 经常呈日月之晕状。 原因是熔胶破折(melt fracture)。,浇口晕 Corona,雲南羅平的落日,2009. 2. 19.,湖南張家界的日全蝕, 2009.7.22.,模 具模温太低2. 浇口太小或进胶处型腔太薄熔胶流量大，断面积小时，剪切速率(shear rate)大，剪切
2、应力往往跟着提高，以致熔胶破折(melt fracture)，产生浇口晕现象。CAE模拟，可以预测熔胶通过上述狭隘区时的温度、剪切速率和剪切应力。 而CAE一般都会提供各种塑料料温、剪切速率和剪切应力的上限。CAE工程师可以根据分析结果作相应的调整，很快可以找出适当的浇口尺寸和进胶处型腔壁厚。,浇口晕 Corona,汽车车门扶手扣板, ABS, 一出四, 浙江省温州市, 浇口晕, 2008.5.26.,浇口晕 Corona,矩形边缘浇口设计Rectangular Edge Gate Design,L = 0.5 0.75 mm,W =浇口宽度 ( mm ) gate width in mmA
3、=型腔表面积 ( mm ) surface area of cavity in mmn =材料常数 material constant 0.5 for TPU 0.6 for PE, PS 0.7 for POM(聚缩醛), PP 0.75 for ABS, SAN, SBC(K-RESIN) 0.8 for CA(醋酸纤维素), PA , PC, PMMA 0.9 for PPO, PVC, PEEK, +GF,2,2,h = n t,h =浇口厚度( gate thick. in mm )t =产品壁厚( wall thick. in mm ),W,t,L,h,当W2h, W取2h Whe
4、n W 2h, use W= 2h.,气动工具零件, PBT, 浙江省慈溪市, 浇口晕, 2006. 4. 21.,浇口晕,浇口晕 Corona,雾斑的定义:浇口附近产生的雾状色变。 有时会在塑流通道中形成阻碍处发现。 原因是熔胶破折(melt fracture)。,雾斑 Blush,张家界, 2009.7.24.,Attersee, Austria, 2009.6.4.,模 具1.浇口太小或进胶处型腔太薄熔胶流量大，断面积小时，剪切速率(shear rate)大，剪切应力往往跟着提高，以致熔胶破折(melt fracture)，产生雾斑现象。CAE模拟，可以预测熔胶通过上述狭隘区时的温度、剪
5、切速率和剪切应力， 而CAE一般都会提供各种塑料料温、剪切速率和剪切应力的上限。CAE工程师可以根据分析结果作相应的调整，很快可以找出适当的浇口尺寸和进胶处型腔壁厚。,雾斑 Blush,量尺, PS, 南京市, 雾斑, 2008. 10. 16.,灰条, ABS +阻燃剂(不可用回收料), 温州柳市,雾斑, 2010.8.19.,新加,灰条, ABS +阻燃剂(不可用回收料), 温州柳市, 雾斑, 2010. 8. 19.,加球体后雾斑减轻。 再加此长方体后雾斑进一步减轻, 甚至消除。,新加,分子链缩短产生银纹(silver streak)，是热降解条纹的一种。,银纹 Silver Strea
6、k,塑 料 干燥不足。2. 材料贮存不当3. 黏度高模 具 喷嘴(nozzle)口径太小 主流道(sprue)进口太小 浇口(gate)太小,银纹Silver Streak,充电电池外壳盖, MPPO, 浙江省温州市, 银纹、短射, 2010. 3.23.于温州万豪商务大酒店,浇口,MPPO, MI: 250C, 5kg, 11g/10min.,0.5h x 2.5w 边缘浇口加在2t产品上,充电电池外壳盖, MPPO, 浙江省温州市, 银纹、短射, 2010. 3.23.于温州万豪商务大酒店。,注塑机,1. 熔胶温度太高2. 射速太快3. 射压太高4. 螺杆转速太快，塑化时剪切速率太大5.
7、停留时间过长,银纹Silver Streak,喷流 Jetting,制 件1. 壁厚自薄至厚的断差太大壁厚自薄至厚的断差太大，塑流又别无选择的自薄处快速的流向厚处，会使得流动不稳，可能产生喷流。,喷流痕 Jetting Mark,病床用扶手, TPE, 江苏省苏州市, 喷流痕、浇口远端缩痕, 2010. 5. 10.,缩痕,喷流痕,浇口,病床用扶手, TPE, 江苏省苏州市, 喷流痕、浇口远端缩痕, 2010. 5. 10.,模 具1. 冲击型浇口可避免喷流冲击型浇口将进浇的熔胶导向一固定面，以释除应力，可稳定塑流，避免喷流。 重迭式浇口(overlap gate)和潜伏式浇口(submari
8、ne gate)可设计成冲击型浇口。,喷流痕 Jetting Mark,使用重迭式浇口以避免喷流 Avoid Jetting by UsingOverlap Gate,差的Poor,好的Good,正确的浇口位置以避免喷流Avoid Jetting by Locating Gate Correctly,2. 浇口至型腔，断面积突然变大，容易产生喷流。浇口至型腔，断面积突然变大时，塑流不稳，容易产生喷流。浇口至型腔，断面积应逐渐变化，如凸片(tab)浇口或是扇形(fan)浇口，塑流得以平稳过渡，喷流得以避免。,模 具,喷流痕 Jetting Mark,指示灯窗口, PC, 一模32腔, 只有5只可
9、勉强交货, 浙江省乐清市, 喷流痕, 2010. 3. 24. 于温州万豪商务大酒店。,0.5hx1w浇口加在2t产品上,指示灯窗口, PC, 一模32腔, 只有5只可勉强交货, 浙江省乐清市, 喷流痕, 2010. 3. 24. 于温州万豪商务大酒店。,使用凸片浇口以避免喷流Avoid Jetting by UsingTab Gate,使用适当的浇口形 状以避免喷流Avoid Jetting by Gate Profiling,注塑机1. 熔胶温度太高或是太低喷流与熔胶进浇后的膨胀效应(die-swell effect)以及熔胶性貭(例如粘度及表面张力)的变化有关。 对大部分的塑料而言，温度
10、降低时使得上述的膨胀效应更为明显，而某些材料，例如rigid PVC，反而是当温度提高时膨胀效应更明显。 2. 射速太高采用优化螺杆速度曲线(optimized ram speed profile)，使熔胶前沿能够先以一较慢速度通过浇口，一旦舌形熔胶在浇口下游形成，螺杆速度可以提高。,喷流痕 Jetting Mark,波纹 Ripple,桂林漓江江面的波纹(美景),注塑产品上的波纹(不良品),Wolfgangsee, Austria, 2009.6.4.,模 具1.浇口(gate)或/和近浇口处太窄浇口或近浇口处太窄，射速快时，剪切速率和剪切应力大，塑流不稳，容易产生雾斑(blush)、褐线、
11、银纹(silver streak)或/和喷流(jetting)等问题。 射速慢时，熔胶前沿推进缓慢，固化层延伸到前沿，阻止前沿的喷泉流(fountain flow)将塑料连续性的卷到模壁上，形成垂直流动方向的缩痕， 状如涟漪。,波纹Ripple,化妆盒盖中央的涟漪状流痕 Ripples at The Center of The Cap of a Cosmetic Container,左图显示一PP制化妆盒盖的正中央有一涟漪(ripple)状的流痕(flow mark)， 同心圆的涟漪的圆心即针点浇口(pin point gate)所在处。 这么一来，不仅是化妆盒，连同其内的化装品，都因为此一流
12、痕而降低了价值，厂商为此困扰不已！,化妆品盒盖, PP, 浙江省上虞市, 波纹, 2003. 9. 14.,化妆盒盖内面中央有一圆型凹陷A Dimple at The Center of The Inner Cap,将盒盖翻转， 可见浇口对面有一圆形凹陷， 如左图所示。,化妆品盒盖, PP, 浙江省上虞市, 波纹, 2003. 9. 14.,此一凹陷使得熔胶自浇口进入型腔时，圆型前沿(melt front)断面积变得很小，在正常螺杆推进速率下，流速变得很高，剪切速率(shear rate)大，剪切应力(shear stress)大，流体难以稳定，容易产生浇口晕(corona)、银纹(silve
13、r streak)或喷流(jetting)等现象。 为了避免不稳定的塑流，把螺杆速率降低这么一来，熔胶进入型腔后，由于前沿推进缓慢，大量熔胶热量被较冷的模壁带走,化妆盒盖内面中央有一圆型凹陷A Dimple at The Center of The Inner Cap,同心圆涟漪的形成The Forming of Concentric Ripple,如下图所示，固化层(frozen layer)加厚，并且延伸至前沿，前沿的喷泉流(fountain flow)受延伸固化层阻挡，只能绕过固化层的前沿，卷至下游的模壁，有如跳蛙(leapfrog)一般。 这样的固化层外形，就好像把石子投在池子的中央(
14、浇口)，形成一圈一圈同心圆的涟漪。,对策如左图所示，针点浇口在进胶处的产品厚度小于1.5mm时， 应该加浇口井(gate well)。 浇口井的厚度应当自浇口的中心向外由厚而薄。,对策Solution,对策浇口井一加，熔胶自浇口刚进入型腔时，圆型前沿断面积变得较大，在正常螺杆推进速率下，流速、剪切速率、剪切应力都不会太大，流体稳定，不必担心雾斑、银纹或喷流等问题。 由于熔胶在型腔推进速度较快，固化层不至于延伸到前沿，熔胶跳蛙现象就不会发生，涟漪状的波纹就可以避免。,对策Solution,缩痕或缩孔Sink Mark or Void,缩痕(sink mark)的定义:成型品表面的局部塌陷(或呈酒
15、窝状或呈沟壑状)缩孔(void)的定义:制品内部因塑胶收缩而让出的真空孔洞,缩痕或缩孔Sink Mark or Void,缩孔或/和缩痕的形成Void or/and Sink Mark Forming,制 件,肋(rib)太厚肋厚时，肋和面板相遇处更厚，此处塑胶集中，冷却时，周围的肋和板先行固化，此一肋、板交会处的中央仍然保持液态，后凝的塑胶在先固化的塑胶上收缩，对其周围的凝结层有吸入(sucking-in)的作用。 如果任何一处凝结层较为薄弱(一般就在和肋相对的模面处)，该处就有可能因为塌陷而形成缩痕。 如果凝结层够强，上述肋、板交会处的中央就会形成缩孔。肋的厚度以面板厚度的5075%为宜，
16、甚至可以更薄。CAE模拟，可以藉缩痕指数(sink index)的预测，了解不同肋厚设计对缩痕或缩孔的影响。,缩痕或缩孔Sink Mark or Void,PA, 浙江省杭州市, 缩痕, 2003. 4. 19.,缩痕 Sink Mark,Both ribs and base plate are 1.5mm thick.,制 品2. 壁厚差异太大 壁厚差异太大时，在厚壁处易生缩痕和缩孔。应采用掏空(coring-out)等技巧，使得壁厚尽可能的均一。,缩痕或缩孔Sink Mark or Void,仪表上盖, ABS, 重庆市, 缩痕, 2011.6. 10.,模 具1. 浇口(gate)太小或
17、位置不当浇口太小时，其断面在保压早期即因冷却固化而全部封凝，浇口下游厚壁中的熔胶在之后固化收缩时，无法从上游获得补缩的料流，缩痕和缩孔容易形成。距浇口远而厚的型腔难以填实，熔胶密度小，发生缩痕或缩孔的机率大。 浇口应尽可能置于壁厚处，确保补充流(compensation flow)的充份供应，减少缩痕或缩孔的可能。以CAE在计算机上对不同的浇口设计进行模拟分析，找出浇口的最佳尺寸和位置是聪明的作法。,缩痕或缩孔Sink Mark or Void,Comb, PS, Seoul Royal Hotel, Seoul, Korea, jetting mark, sink mark, 2010. 6
18、. 9.,1h x 5w gate at 3t part,熔接痕(weld line)的定义:熔胶前沿会合后形成的线条,熔接痕 Weld Line,此处空气应设法排出,熔接痕Weld line,熔接痕Weld Line,制 品1. 前沿会合角(meeting angle)太小当前沿会合角小时，两边分子相互扩散得少，质量较差。 当会合角加大时，熔接痕表面痕迹逐渐消失。会合角的加大，可藉制品厚度调整、浇口位置和数目改善、流道位置和尺寸改变等达到目的。 这都可借助CAE来作验证,熔接痕Weld Line,鼠标底座,形成熔接痕之两股熔胶前沿之会合角Meeting Angle between Two M
19、elt Fronts Forming Weld Line,40,会合角40,熔接痕预测与对策,NG,OK,汽车保险杠材料：PP,原始设计时，已经预测到熔接痕会在外观面出现。,前沿会合角在75以下，则产生明显(深的)熔接痕(实验结果)。,t=4.0mm,R停止,t=3.5mm,BL断面(中心开 口横水平板部),t=1.5mm,厚度检讨,120 OK,对策： 厚度变更后，会合角变大，熔接痕淡化。,增加厚度,t=4.5mm,模 具1. 排气不良若是排气不良，前沿收口处会卷入空气或挥发物，熔接痕线条明显。,熔接痕Weld Line,模 具 2. 模温太低模温太低，熔胶前沿形成熔接痕时，温度已经降得太低
20、，熔合不良，线条明显。 提高模温，可以改善熔接痕品貭。,熔接痕Weld Line,Without IH,电话面板, ABS, 江苏省苏州市, 熔接痕, 流痕, 2009. 10. 12.,With IH,上策是优化产品厚度或/和浇口型式/位置等以消除熔接痕The best way is changing the thickness profile of the part or/and thetype/locationofthe gates, etc., in order to eliminate weld lines.增加相遇前沿的会合角 Increase the meeting angle
21、of the meeting melt fronts增加前沿会合区面积 Increase the area of the region where melt frontsmeet改善排气 Improve venting加熔接冷料井 Add weld slug well提高模温 Increase mold temperature提高熔胶温度 Increase melt temperature提高射压和保压 Increase injection pressure and holding pressure,如何优化熔接痕的品质 How to Optimize The Quality of The W
22、eld Line,虎皮纹是在熔胶流到某一流长时，流阻大到上游的压力来不及提供足够的动能让前沿继续保持原来的速度前行，于是前沿慢下来甚至停顿不前，等到上游传递到前沿的压力持续增高，前沿累积的能量足以克服其前行的阻力时，前沿弹跳接近下一个阻力和推力的平衡点，在此，前沿再度慢下来或停顿不前。 如此反复进行，在前沿迟滞和弹跳的与流向垂直的带状区域，因为分别和模壁的接触情况不一，复制模面的程度不一，光泽因之而异，形成与老虎身上条纹一般的流痕，称之为虎皮纹。By Charles Hsu Feb.4, 2011 at Taipei,虎皮纹 Tiger Stripe,塑料：减少橡胶弹性体的含量；(2) 提高材
23、料的流动性(熔融指数大于25g/10min就可看出效果) 。,虎皮纹解决方案Solutions of Tiger Stripe,产品：均一壁厚；差异大的壁厚，应以厚度逐渐改变的缓充区衔接；(3) 合理加大壁厚。,虎皮纹解决方案Solutions of Tiger Stripe,模具：流动平衡和流长/壁厚比小的浇口设计；(2) 采用水力直径(hydraulic diameter)大、长度小和转接顺畅的喷嘴、注道、流道和浇口；(3) 排气口和排气沟的位置要正确，其深度和宽度在不产生飞边的前提下要尽可能的加深和放宽；(4) 充填时采用高模温。,虎皮纹解决方案Solutions of Tiger St
24、ripe,注塑机：以优化的螺杆速度对行程曲线(optimized ram speed profile) 作速度控制；(2) 找出所须射压对充填时间(required injection pressure vs fill time)的U型曲线(U-shape curve)，采用不小于优化点(U型曲线的最低点)的注射时间；(3) 采用材料厂商建议之料温范围的中高值作料温设定；(4) 采用高射压注塑机。,虎皮纹解决方案Solutions of Tiger Stripe,Without IHTC,1.5t,2.5t,1.5t,显示器后壳支撑架, ABS, 应力痕, 2011.5.11.,应力痕 Str
25、ess Mark,Without IHTC,显示器后壳支撑架, ABS, 应力痕, 2011.5.11.,应力痕 Stress Mark,With IHTC,显示器后壳支撑架, ABS, 应力痕, 2011.5.11.,应力痕 Stress Mark,0.8t,顶出销痕,镶片另一端插在动模模仁上间接冷却,三箭指处模温不同,与其接触之塑料温度变得不一样,光泽随之而异。,C. Hsu：动定模皆以160C和20 C水交替加热(从开模到充填满)和冷却(从充填满到开模),电池盖, PC,应力痕、变形, 2011.,应力痕 Stress Mark,顶出销痕,镶片另一端插在动模模仁上间接冷却,三箭指处模温不
26、同,与其接触之塑料温度变得不一样,光泽随之而异。,C. Hsu： 动定模皆以160C和20 C水交替加热(从开模到充填满)和冷却(从充填满到开模)。C. Hsu：既然镶片和顶出销因间接冷却，而无法如同直接冷却的模仁般其模面在充填时可以降到较低的温度，那么就在开模后到充填前将模仁加热，使得充填时，模仁、顶出销和镶片的模面温度都可以处于较均匀的高温状态，这样，充填时与相对均温的模面接触之塑料温度变得较为均一,光泽自然较为匀称。,电池盖, PC,应力痕、变形, 2011. 4. 27.,电池盖上的应力痕,0.8t,高低模温变换产生的变形问题Warpage issuefromHigh/Low Mold
27、 Temperature Alternation,注塑成型的充填阶段采用高模温，可以确保产品的质量(如高光无痕)，后充填阶段采用低模温，可以缩短周期时间，这样高低模温交替以兼顾产品质量与生产效率的技术就叫作高低模温变换技术。采用此一方式生产高光免喷涂的产品，往往受困于产品变形和脆裂的问题。 产品变形的原因常常是定和动模在充填阶段分别采用高和低的模温，定和动模侧的散热与型腔的中心面不对称，增加对此一中心面不对称的残余应力，使得扳转产品变形的弯曲力矩增加，产品变形就比较大。,46”TV前框, PC/ABS, 江苏省南京市, 变形、脆裂, 2008. 3. 26.,Notes：PC的Tg為145 C,46”TV前框(PC/ABS)三案例的料溫和模溫設定,Case2,产品正常填充，无短射变形范围：-0.76mm4.24mm变形幅度：5.0mm,Case3,产品正常填充，无短射变形范围：3.4mm4.03mm变形幅度：0.63mm相比Case2，变形减小87.4%,Case3较之Case2，变形减小87.4%Case3较之Case2，冻结时间多1.8s,在爱护环境、珍惜资源、 持续发展的前提下，促进精实高效成型科技的发展与创新。 -先进成型技术学会-,问答？,谢谢！,
