注塑生產中產品(pǐn)內應力(lì)的控製(zhì)與(yǔ)減少方(fāng)法
在注塑成(chéng)型生產過(guò)程中,產(chǎn)品(pǐn)內(nèi)應力(lì)是(shì)影響(xiǎng)製品質(zhì)量的關(guān)鍵隱患,也是行(háng)業內(nèi)普遍(biàn)存在(zài)的(dí)技術(shù)難題(tí)。內應(yīng)力(lì)本質是(shì)塑(sù)料熔(róng)體在(zài)充填,保壓,冷卻定(dìng)型(xíng)過(guò)程中(zhōng),分子(zǐ)鏈被迫(pò)取向(xiàng),凍結,以(yǐ)及(jí)冷(lěng)熱(rè)收(shōu)縮不均(jūn),外(wài)力擠(jǐ)壓(yā)產(chǎn)生的殘(cán)留應(yīng)力,這類(lèi)應力雖(suī)肉(ròu)眼不(bù)可(kě)見(jiàn),卻會直接(jiē)導(dǎo)致(zhì)產(chǎn)品出現開裂(liè),變形(xíng),發(fā)白,翹曲,尺寸不(bù)穩定(dìng)等問題,嚴重降(jiàng)低(dī)產品(pǐn)力(lì)學性能(néng),外觀質量與(yǔ)使用壽(shòu)命,甚(shèn)至引發批量(liáng)報(bào)廢(fèi),增加(jiā)生(shēng)產成本。想要(yào)從(cóng)根源減少內(nèi)應力,不(bù)能(néng)單(dān)一(yī)調(tiáo)整某一環(huán)節,必(bì)須遵循 “提前預防,過(guò)程控製(zhì),後期(qī)消(xiāo)除” 的思路(lù),從原(yuán)料預(yù)處(chǔ)理,模(mó)具優(yōu)化(huà),注塑工藝調試(shì),成型(xíng)後(hòu)處理(lǐ)四大(dà)核(hé)心維(wéi)度全(quán)麵把(bǎ)控(kòng),通過全(quán)流程(chéng)精(jīng)細化管控(kòng),實(shí)現內應(yīng)力的(dí)有效釋(shì)放與抑製(zhì),保障注(zhù)塑(sù)製品的穩定性與合格率。
一,原料預處理(lǐ)與選(xuǎn)型(xíng):從(cóng)源頭降(jiàng)低(dī)內(nèi)應力生(shēng)成基(jī)礎
原料是注(zhù)塑(sù)生(shēng)產的(dí)基礎(chǔ),材質(zhì)本(běn)身(shēn)的(dí)性能與預處(chǔ)理(lǐ)質量,直(zhí)接決定內應(yīng)力的生成概(gài)率(shuài),做好源(yuán)頭(tóu)把控,能大(dà)幅(fú)減少後(hòu)續(xù)工序的應力殘(cán)留,這(zhè)是(shì)控製內應力的(dí)首(shǒu)要(yào)環(huán)節(jié)。
1,優選(xuǎn)適配原(yuán)料牌號,嚴控材(cái)料混(hùn)用(yòng)。不同(tóng)塑(sù)料(liào)牌(pái)號的分子(zǐ)結(jié)構(gòu),流動(dòng)性(xìng),收(shōu)縮率差異較(jiào)大,剛(gāng)性強(qiáng),流(liú)動(dòng)性(xìng)差(chà)的原料更容易產生分子取向(xiàng)應力(lì),生(shēng)產中應(yīng)優(yōu)先選擇流(liú)動性(xìng)好,韌性適(shì)中(zhōng),收縮(suō)率(shuài)均(jūn)匀(yún)的(dí)原(yuán)料牌(pái)號(hào),避免選(xuǎn)用高(gāo)剛(gāng)性(xìng),高(gāo)結晶度(dù)且(qiě)易(yì)凍(dòng)結(jié)取向的材(cái)料。同時(shí)嚴禁(jīn)不同材質(zhì),不同(tóng)收縮(suō)率(shuài)的原料混(hùn)合(hé)使(shǐ)用,即便(biàn)同材(cái)質(zhì)回(huí)收料,也需嚴(yán)格控(kòng)製比(bǐ)例,避(bì)免回收(shōu)料(liào)降解,性(xìng)能不均導致收縮(suō)差異(yì)過(guò)大(dà),引(yǐn)發(fā)附加內應力(lì)。回(huí)收料添加前(qián)需(xū)篩選除(chú)雜,確(què)保無(wú)降(jiàng)解嚴(yán)重,性能(néng)失效(xiào)的(dí)廢料混(hùn)入,且添(tiān)加比(bǐ)例(lì)不超(chāo)過生(shēng)產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)限值,避免(miǎn)破(pò)壞整體(tǐ)熔體流動(dòng)性與(yǔ)收縮(suō)一(yī)致性(xìng)。
2,規(guī)範原料(liào)幹(gān)燥(zào)工(gōng)藝,杜絕水分幹擾。尼(ní)龍(lóng),ABS,PC 等(děng)吸濕(shī)性原料,若幹燥(zào)不充(chōng)分,熔(róng)體(tǐ)在料(liào)筒(tǒng)內會發生(shēng)水解(jiě)降(jiàng)解,導致分子鏈斷(duàn)裂,不僅降(jiàng)低(dī)材料(liào)韌性(xìng),還(huán)會(huì)造成熔(róng)體流(liú)動(dòng)不均(jūn),冷(lěng)卻後形(xíng)成局(jú)部(bù)應(yīng)力集(jí)中。生產前需按照原料特性設定專屬幹燥溫度與時間,比如 PC 原料(liào)幹(gān)燥溫度宜控製在(zài) 110-120℃,幹燥時(shí)間(jiān) 4-6 小時,尼龍材(cái)料需低溫長時間幹燥,全(quán)程(chéng)監測含水率,確保(bǎo)達到(dào) 0.02% 以(yǐ)下(xià)的合(hé)格標準(zhǔn),從(cóng)根(gēn)源避免(miǎn)水分引發(fā)的應力不(bù)均(jūn)問題。

二,模具(jù)優化(huà)設計:消除結(jié)構與成型(xíng)帶來的(dí)應力(lì)集(jí)中
模(mó)具作為(wéi)產(chǎn)品成(chéng)型的載(zǎi)體,結(jié)構(gòu)設計,流道排布,冷卻(què)係(xì)統(tǒng)等細(xì)節,是內應力生(shēng)成(chéng)的(dí)核(hé)心(xīn)誘(yòu)因,合理(lǐ)優化(huà)模(mó)具結構,能從成型(xíng)載體上(shàng)規避應力集中,減(jiǎn)少(shǎo)強(qiáng)製取(qǔ)向(xiàng)與冷(lěng)卻(què)不均問(wèn)題(tí)。
1,優(yōu)化(huà)澆(jiāo)口(kǒu)與流道(dào)設計,減少(shǎo)剪切應(yīng)力(lì)。澆口(kǒu)位置,尺寸(cùn)直(zhí)接影響熔體流動狀(zhuàng)態,應避開(kāi)產品(pǐn)壁(bì)厚突變,尖角(jiǎo),受(shòu)力點等應(yīng)力集(jí)中(zhōng)區(qū)域(yù),選(xuǎn)擇(zé)壁厚(hòu)均匀(yún)處(chǔ)進(jìn)膠(jiāo),避免熔(róng)體直接衝(chōng)擊型芯,防(fáng)止局部剪(jiǎn)切過(guò)強(qiáng)。澆(jiāo)口尺(chǐ)寸不(bù)宜(yí)過(guò)小,防止熔體(tǐ)通過(guò)時剪切速率過(guò)高,導(dǎo)致分(fēn)子鏈(liàn)高(gāo)度(dù)取(qǔ)向(xiàng);流(liú)道設計(jì)遵(zūn)循短,粗(cū),圓(yuán)滑(huá)原(yuán)則(zé),轉(zhuǎn)角(jiǎo)處做圓弧過渡(dù),杜絕(jué)直(zhí)角死(sǐ)角(jiǎo),減少流動阻力與(yǔ)剪切生熱,降低(dī)分子(zǐ)取(qǔ)向應(yīng)力。針(zhēn)對(duì)大型(xíng)製品或結構復雜製(zhì)品,可采用多(duō)點進膠方式(shì),保證熔體均(jūn)匀充填,避免局(jú)部壓(yā)力過(guò)大。
2,保證產品壁厚均匀,做好(hǎo)圓(yuán)角過(guò)渡。產(chǎn)品(pǐn)壁厚(hòu)突變(biàn)是(shì)應力集中的(dí)主要結(jié)構(gòu)原因,設計時(shí)盡量保持(chí)整體壁厚一(yī)致,厚(hòu)薄銜接處采(cǎi)用漸變(biàn)過(guò)渡(dù),過渡比例(lì)控製在 1:3 以上,所有(yǒu)尖角(jiǎo),棱(léng)角全(quán)部改(gǎi)為圓角,圓角(jiǎo)半徑不(bù)小於產品壁厚的 1/3,避(bì)免(miǎn)局(jú)部冷(lěng)卻過快,收縮(suō)不均(jūn)形成應力奇點(diǎn),從(cóng)結構上消除(chú)應(yīng)力聚(jù)集的(dí)隱患。對(duì)於(yú)無法(fǎ)避免壁厚(hòu)差(chà)異的(dí)製品,可在厚壁處增設排(pái)氣槽(cáo),輔助(zhù)熔體流(liú)動與均(jūn)匀冷卻。
3,完(wán)善模具冷卻係統,實(shí)現均匀(yún)冷(lěng)卻(què)。冷(lěng)卻係統排(pái)布不均(jūn)會導致(zhì)產品各(gè)部位(wèi)溫(wēn)差過(guò)大(dà),冷(lěng)卻快(kuài)的部(bù)位(wèi)先(xiān)凍結(jié),冷卻慢的部位後(hòu)收縮(suō),極(jí)易(yì)產(chǎn)生(shēng)熱(rè)應(yīng)力。模(mó)具(jù)冷(lěng)卻水(shuǐ)路需均匀排(pái)布,貼合產(chǎn)品型(xíng)腔形狀(zhuàng),保(bǎo)證型腔,型(xíng)芯(xīn)溫度一(yī)致(zhì),溫差(chà)控(kòng)製在 ±5℃以內,避(bì)免局部驟冷(lěng),讓產(chǎn)品(pǐn)整體同步冷卻(què),減少因溫差帶來的殘留應(yīng)力。水(shuǐ)路(lù)直徑(jìng),間距(jù)需匹配製品壁厚,厚(hòu)壁製(zhì)品適(shì)當加大水(shuǐ)路直徑,縮小間(jiān)距,確保冷卻效率(shuài)均(jūn)衡(héng)。
4,優(yōu)化(huà)脫模(mó)結(jié)構(gòu),避免脫(tuō)模(mó)附加(jiā)應力。合(hé)理設置(zhì)脫(tuō)模斜度(dù),塑(sù)料(liào)原料不同斜度取(qǔ)值(zhí)不同,常(cháng)用 ABS,PP 材(cái)料(liào)斜(xié)度(dù)不(bù)小於 0.5°,深腔(qiāng),高光(guāng)澤製品(pǐn)適當加(jiā)大(dà)斜(xié)度(dù),同(tóng)時精細拋光型腔與(yǔ)型(xíng)芯(xīn)表(biǎo)麵(miàn),降低脫模(mó)摩擦(cā)力,防止(zhǐ)脫模時(shí)產(chǎn)品(pǐn)被(bèi)拉(lā)傷,頂白(bái),避(bì)免外(wài)力(lì)強(qiáng)行脫模產(chǎn)生的(dí)附(fù)加應(yīng)力;頂(dǐng)出(chū)機(jī)構布(bù)局(jú)均(jūn)匀,根(gēn)據(jù)產(chǎn)品形(xíng)狀分布頂針,頂板,防止頂(dǐng)出力(lì)不(bù)均導致產品局部受力變形,產生額外應力,頂出速(sù)度(dù)不(bù)宜過(guò)快,平穩頂(dǐng)出降低瞬時衝(chōng)擊力(lì)。
三(sān),注塑工藝精細(xì)化調(tiáo)試:抑製成(chéng)型(xíng)過程應力(lì)殘留
注(zhù)塑(sù)工藝(yì)參數(shù)是(shì)控製內應力(lì)最靈活,最直接的手(shǒu)段,通過(guò)調整熔體(tǐ)流(liú)動(dòng),壓力(lì),溫度(dù),冷(lěng)卻(què)速度(dù),能有(yǒu)效減(jiǎn)少分(fēn)子(zǐ)取(qǔ)向與壓力殘留,這(zhè)是生(shēng)產現(xiàn)場優(yōu)化內應力(lì)的核(hé)心手段。
1,合理(lǐ)降(jiàng)低注射與保(bǎo)壓參(cān)數,減(jiǎn)少(shǎo)壓(yā)力(lì)殘留(liú)。過高的(dí)注(zhù)射(shè)壓力(lì),注射(shè)速度會(huì)導致(zhì)熔體(tǐ)強剪切(qiē),分子鏈來不(bù)及鬆弛就被(bèi)凍結,形成(chéng)取向應力;過度(dù)保(bǎo)壓(yā)會讓型(xíng)腔內(nèi)部熔(róng)體過(guò)度(dù)壓實,殘(cán)留大(dà)量(liáng)壓(yā)力(lì)應力(lì)。生產中(zhōng)采(cǎi)用(yòng)分段(duàn)注射(shè),前期(qī)低速充填(tián),避免熔(róng)體(tǐ)噴(pēn)射(shè),中期(qī)匀速充模,後期低速補縮,適(shì)當(dāng)降低(dī)注(zhù)射速(sù)度與壓(yā)力(lì),同(tóng)時縮(suō)短(duǎn)保(bǎo)壓時間(jiān),降(jiàng)低保壓壓(yā)力(lì),保壓壓力控(kòng)製(zhì)在(zài)注(zhù)射壓力(lì)的 30%-50%,保(bǎo)壓(yā)時(shí)間以(yǐ)製(zhì)品澆(jiāo)口(kǒu)剛好凝固(gù)為準,避免過(guò)度補(bǔ)縮,以剛好填滿型(xíng)腔,無缺膠無(wú)縮(suō)痕(hén)為(wéi)宜(yí)。
2,提(tí)升料筒(tǒng)與模具(jù)溫度,促(cù)進(jìn)分子鬆(sōng)弛。適當提高(gāo)料筒溫度(dù),提升熔體(tǐ)流(liú)動性,讓分(fēn)子鏈(liàn)更易舒展鬆(sōng)弛(chí),料筒溫度遵循(xún)中段高(gāo),前(qián)後(hòu)段略(lüè)低的原(yuán)則,避(bì)免(miǎn)原料過(guò)熱(rè)降解(jiě);提高模具溫(wēn)度,延緩(huǎn)產品冷(lěng)卻速度(dù),延長(cháng)分子鬆弛時間,避(bì)免分子(zǐ)鏈(liàn)快(kuài)速凍(dòng)結形成(chéng)取向(xiàng)應力。尤其對(duì)結(jié)晶(jīng)型塑(sù)料,適宜的模溫(wēn)能(néng)讓結(jié)晶更均(jūn)匀,減(jiǎn)少結(jié)晶不均帶來的內應力(lì),模溫(wēn)控(kòng)製(zhì)在原(yuán)料推薦(jiàn)區間的中(zhōng)上(shàng)限(xiàn),兼(jiān)顧生(shēng)產(chǎn)效率與(yǔ)應(yīng)力消(xiāo)除效(xiào)果。
3,控製(zhì)螺(luó)杆(gān)轉(zhuǎn)速與(yǔ)背(bèi)壓,避免過(guò)度剪切。螺杆(gān)轉速(sù)過(guò)快,背壓過高,會(huì)導致熔體在料(liào)筒(tǒng)內剪(jiǎn)切生(shēng)熱(rè)嚴(yán)重(zhòng),甚至局部降解,同時加劇(jù)分(fēn)子取向。生產(chǎn)中根據原(yuán)料(liào)特性(xìng),設定適(shì)中(zhōng)的螺(luó)杆(gān)轉(zhuǎn)速,熱敏(mǐn)性(xìng)材(cái)料適(shì)當降低(dī)轉速,背壓控製在較低範(fàn)圍(wéi),以熔體塑化(huà)均匀,無(wú)氣泡為(wéi)宜,保證(zhèng)熔體在(zài)低(dī)剪切(qiē)狀態下充(chōng)分塑化,避免(miǎn)過度剪切引發的(dí)內(nèi)應力。

四(sì),成(chéng)型(xíng)後後處(chǔ)理:徹底釋放殘(cán)留(liú)內(nèi)應力
對(duì)於(yú)結構復雜,壁厚(hòu)較厚,易應力開裂的(dí)製品,即(jí)便前期工藝(yì)與模具(jù)優(yōu)化到(dào)位,仍會殘(cán)留少量(liáng)應力,通(tōng)過(guò)成型後後(hòu)處理,能(néng)有效釋(shì)放凍(dòng)結(jié)的分(fēn)子(zǐ)取(qǔ)向應力與熱(rè)應(yīng)力,徹(chè)底解(jiě)決(jué)內應力問題。
1,退(tuì)火(huǒ)處理:核(hé)心應力(lì)消除手段。退火(huǒ)處理是最常用的(dí)後(hòu)處(chǔ)理方式(shì),將產(chǎn)品(pǐn)置於熱(rè)風烘(hōng)箱(xiāng)或(huò)熱水中,溫度控製在低(dī)於(yú)產品熱變(biàn)形(xíng)溫(wēn)度(dù) 10-20℃,根(gēn)據(jù)製品(pǐn)壁(bì)厚(hòu)與(yǔ)材質(zhì)設定(dìng)保(bǎo)溫(wēn)時(shí)間(jiān),薄壁製品(pǐn)保溫 1-2 小時(shí),厚壁製品延(yán)長至(zhì) 3-5 小(xiǎo)時(shí),隨(suí)後緩(huǎn)慢(màn)冷(lěng)卻至室溫(wēn),嚴(yán)禁驟冷。讓(ràng)凍(dòng)結(jié)的(dí)分子鏈重(zhòng)新(xīn)運動鬆弛(chí),釋(shì)放殘(cán)留(liú)應力,針對 PC,ABS,PS 等(děng)易(yì)產(chǎn)生(shēng)內(nèi)應力的材(cái)料,退火(huǒ)處理效果尤為顯(xiǎn)著,處理後(hòu)製(zhì)品外(wài)觀(guān)與力(lì)學性(xìng)能(néng)大幅提升。
2,調濕(shī)處(chǔ)理:適配吸(xī)濕性(xìng)材(cái)料。尼(ní)龍(lóng)等吸濕(shī)性(xìng)材料(liào),可通(tōng)過(guò)調(tiáo)濕處理讓(ràng)產(chǎn)品(pǐn)吸收適(shì)量(liáng)水分(fēn),達(dá)到水分平衡(héng),鬆弛(chí)分(fēn)子鏈(liàn),消(xiāo)除(chú)內應力,同時提升(shēng)產(chǎn)品(pǐn)韌(rèn)性(xìng),避(bì)免後續(xù)使用中開裂變(biàn)形。調(tiáo)濕(shī)處理(lǐ)可采用沸(fèi)水浸(jìn)泡或恒溫恒濕(shī)箱處理,處(chǔ)理時間(jiān)根據製品(pǐn)厚(hòu)度調整,處(chǔ)理後製品含(hán)水率達標(biāo),內應力得到充分釋放,穩定(dìng)性更(gēng)強。
總(zǒng)結(jié)
注(zhù)塑產(chǎn)品(pǐn)內應(yīng)力的控(kòng)製是一項係統(tǒng)性(xìng)工(gōng)作(zuò),單(dān)一(yī)環節(jié)的(dí)優(yōu)化無(wú)法徹底解決問題,隻有從(cóng)原料(liào)選型與預(yù)處理,模(mó)具結(jié)構(gòu)優化,工藝參(cān)數(shù)精(jīng)細化(huà)調(tiáo)試(shì),到後期(qī)針對性(xìng)後處理,全流(liú)程(chéng)聯動(dòng)把控,才能從根源減少內(nèi)應力生成,徹底釋(shì)放(fàng)殘(cán)留應(yīng)力(lì)。實際生產(chǎn)中,需(xū)結(jié)合(hé)產(chǎn)品結(jié)構,原(yuán)料特性與設備(bèi)性能(néng),靈活(huó)調整各項參數,建立(lì)標準化管(guǎn)控(kòng)流程(chéng),做(zuò)好生產過(guò)程全程(chéng)監測(cè),既(jì)能有(yǒu)效(xiào)解(jiě)決產(chǎn)品開裂(liè),變形,發白等(děng)質量(liáng)問題,又能(néng)提升產品(pǐn)合格(gé)率(shuài),降(jiàng)低生產成本,保(bǎo)障注塑生產的高(gāo)效穩(wěn)定運行(háng),助(zhù)力企(qǐ)業(yè)提升產品核心競(jìng)爭(zhēng)力。
