注塑成型的工艺条件以及影响质量的因素

李万虎

中图分类号：TQ320.662 文献标识码：A 文章编号：1672-8882（2015）04-021-01

一、注塑成型工艺条件

注塑成型的工艺条件主要包括温度、压力和时间等。

（一）温度

注塑成型过程中的温度主要有熔料温度和模具温度。熔料温度影响塑化和注塑充模，模具温度影响充模和冷却成型。熔料温度指塑化树脂的温度和从喷嘴射出的熔体温度，前者称为塑化温度，后者称为熔体温度，由于看来，熔料温度取决于料筒和喷嘴两部分的温度。熔料温度的高低决定熔体流动性能的好坏。熔料温度高，熔体的粘度小，流动性能好。反之，熔料温度低，就会降低熔体的流动性能，会引起表面光洁度低、缺料、熔接痕明显等缺陷。但是熔料温度过高会引起材料热降解，导致材料物理和化学性能降低。模具温度是指和制件接触的模腔表面温度。模具温度直接影响熔体的充模流动行为、制件的冷却速度和制件的最终质量。提高模具温度可以改善熔体在模腔内的流动性，增强制件的密度和结晶度以及减小充模压力和制件中的压力。但是，提高模具温度会增加制件的冷却时间、增大制件收缩率和脱模后的翘曲，制件成型周期也会因为冷却时间的增加而变长，降低了生产效率。降低模具温度，虽然能够缩短冷却时间，提高生产率，但是，会降低熔体在模腔内的流动能力，并导致制件产生较大的内应力或者形成明显的熔接痕等制件缺陷。

（二）压力

注塑成型过程的压力主要包括注塑压力、保压压力。

注塑压力是指螺杆或者柱塞沿轴向前移时，其头部向塑料熔体施加的压力。它主要用于克服熔体在成型过程中的流动阻力，还对熔体起一定程度的压实作用。注塑压力对熔体的流动、充模及制件质量都有很大的影响。但本文在充填过程中采用的是速度控制，所以对注塑压力这个参数不做优化。

保压压力是指对模腔内树脂熔体进行压实以及维护向模腔内进行补料流动所需要的压力。保压压力是重要的注塑工艺参数之一，保压压力和保压时间的选择直接影响注塑制品的质量，保压压力和注塑压力一样由液压系统决定。在保压初期，制品重量随保压时间而增加，达到一定时间不再增加。延长保压时间有助于减少制品的收缩率，但过长的保压时间会使制品两个方向上的收缩率程度出现差异，保压时间的选择应取决于浇口凝固时间。

二、影响质量的因素

本节从翘曲变形角度考虑影响注塑制品质量的影响因素。翘曲变形涉及的因素比较多，从实际生产的角度看，模具设计、产品结构、成型机械、成型工艺、聚合物原料等都会对制品的最终成型尺寸、变形产生影响。

（一）模具结构对注塑制品翘曲变形的影响在模具设计方面，影响翘曲变形的因素有浇注系统、冷却系统与顶出系统等。

（二）浇注系统的影响

注塑模具的浇口位置、形式和浇口数量的设计，安排不当都会使流长、流阻过大，相应的注塑压力也需要提高，同时高分子易被拉伸、压挤，残余应力大，影响塑料在模具型腔内的充填状态，从而导致塑件变形。

（三）冷却系统的影响

塑件不一致的冷却速度将造成收缩不均匀，这种收缩差别导致弯曲力矩的产生而发生翘曲。凹模、凸模温差过大，因冷却产生的残余剪切力不能关于塑件的中面对称，会产生较大的弯矩，使得制品产生大的翘曲变形。在模具设计时，应注意冷却系统温度控制系统的设计，减少模具的温差，从而保证塑件均匀冷却。

（四）顶出系统的影响

顶出系统的设计也直接影响塑件的变形。如顶出系统布置不平衡，将造成顶出力的不平衡而使制品变形。

（五）制品结构对注塑翘曲变形的影响。

如果型腔内壁厚尺寸差异过大，注射成型过程中，熔体会产生流动不均匀现象，并且在薄的地方先冷却，厚的地方后冷却。厚薄差异大时，体积收缩率差异大，残余应力大。当残余应力克服了制品的本身结构强度刚度时，就会发生翘曲。

（六）注塑机/成型工艺参数对翘曲变形的影响

熔体温度和注射压力是注塑成型过程中对翘曲影响较大的两个参数。熔体温度太低或注射压力太高会产生高的残余应力，容易发生翘曲变形。熔体注射速度越高，则模具型腔内的熔体流动速度越高，残余应力、表面应力和分子取向就越大，从而导致塑件的翘曲变形；另一方面，高的注射速度可减小充填过程中的冷凝层厚度，有利于压力的传递。保压压力过低，在浇口位置附近可能出现熔体回流现象，产生流动残余剪切应力；另一方面，型腔内的熔体没有被压实而形成较大的体积收缩率差异，而产生高的残余拉、压应力，导致翘曲。保压压力过高，虽然可以使补料充足，但是会引起较高的流动残余应力和塑料的压应力，形成制品翘曲变形。因此保压压力要适当。保压时间过短，螺杆回退时因为浇口没有冷凝而发生回流，形成残余应力或者因为补料不足而产生较大的收缩。保压时间太长，延长了生产周期，浪费能源。冷却时间过短，型腔内熔体没有达到出模温度，在被顶出后会产生较大的变形。冷却时间长，延长生产周期。模具温度设置过低，则部件的冷却速率高，残余剪切应力大，若没有足够的时间释放残余应力，容易产生翘曲。较高的模具温度能够减小注射过程中冷凝层的厚度，减小模内压力损失，提高产品质量，但是也会延长生产周期，同时凸凹模具的温度差异过大，也会引起翘曲。

三、塑料

塑料原料本身的流动性、热物理性能、.力学性能等对翘曲都有不同程度的影响。而这些所谓的物性参数对产品质量的定量影响还有待于进一步研究，目前有不少学者针对此项工作已经开展了物性反演分析的研究工作。

四、人工神经网络也是启发式算法之一，是用机器模拟人脑智能活动的杰出代表。它巧妙地将生物神经网络的结构及工作方式用数学形式构造出模型，通過模拟大脑的某些机理与机制，实现某个方面的功能。人工神经网络具有很强的自学能力和自适应能力，可以充分逼近任意复杂的非线性关系，其并行分布处理方法也使得快速进行大量运算成为可能。因此，在模具优化领域中也得到广泛的应用。