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注塑缺陷的原因分析与解决对策

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注塑缺陷的原因分析与解决对策

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  1. 注塑缺陷的原因分析与解决对策 专业技术研讨讲座

  2. 真诚 双赢 互动 持久 前瞻

  3. 背景 与 目的 背 景  注塑生产过程中经常出现各种品质缺陷和异常现象;长 期以来,大多数注塑工作者仅凭经验处理,盲目调机时间长,原料浪费大,对一些问题缺乏科学系统地分析。注塑加工是一门知识面广、技术性强的行业,仅凭经验是不够的,必须对高分子材料的性能、加工成型工艺、模具设计、注塑机械等有相当程度的认识和了解。  采用大量的缺陷产品进行实例分析  学员自带缺陷产品进行现场诊断  讲师与学员、学员与学员之间进行互动研讨

  4. 背景 与 目的 目 的  诊断与解决常见且浪费成本的品质问题  提高工艺改善能力  改善品质,降低不良率  使生产利润最大化提升学员面对注塑缺陷 的原因分析能力  拓宽学员的的视野与知识面  了解欧盟国家对注塑产品的环保要求

  5. 安 排  科学系统性地讲授  中途小休  实物案例分析  相互研讨

  6. 目 录  第一部分 注塑机原理与材料  注塑机原理  注塑材料

  7. 目 录 第二部分 注塑缺陷  注塑件的质量分析  注塑件周边缺胶、不饱模  披峰(毛边)  注塑件表面缩水、缩孔(真空泡)  银纹(料花、水花)、烧焦、气纹  注塑件表面水波纹、流纹(流痕)  注塑件表面夹水纹(熔接痕)、喷射纹(蛇纹)  注塑件表面裂纹(龟裂)、顶白(顶爆)

  8. 目 录  注塑件表面色差、光泽不良、混色、黑条、黑点  注塑件翘曲变形、内应力开裂  注塑件尺寸偏差  注塑件粘模、拖花(拉伤)、拖白  注塑件透明度不足、强度不足(脆断)  注塑件表面冷料斑、起皮(分层)  注塑件金属嵌件不良、盲孔  喷嘴流涎(流涕)、漏胶、水口拉丝、喷嘴堵塞、开模困难  螺杆打滑、塑化噪音

  9. 目 录 第三部分 新技术与应用  热流道模具  气辅成形  利用注塑成型数值模拟(CAE模流分析)技 术快速有效地解决注塑现场问题  RoHS指令简介与对中国家电业的影响及解决 对策

  10. 注塑成型机理  注塑成型(mould for plastics)是一种注射injection兼模塑的成型方法,又称注射成型,是将聚合物组分的粒料放入注塑机的料筒内,经过塑化(加热、软化、压缩、剪切、混合、输送、均化、熔融),然后借助于螺杆向聚合物熔体施加压力,高温熔体便通过喷嘴、浇道系统射入闭合的低温模腔内,经过保压、冷却定型、开模顶出制品。 注塑成型工艺过程包含三大阶段(准备、注射、制品的后处理),并需要三个条件(热量、压力、时间)和三个要素(模塑材料plastics 、注塑机machine、注塑模mould有机地结合起来,周期性地重复各个动作。 塑料熔体在模具的管道或平板间的间隙中,以一定的黏度、压力损失下,做具有一定阻力的的非牛顿流体的剪切流动。

  11. 注塑成型机原理 注塑模 熔胶 注塑机 1 定模座班板 2 推杆固定板 3 注塑件 4 熔胶 5 分流梭 6 柱塞 7 原料 8 顶杆 9 型芯

  12. 注塑成型机原理 配料干燥塑化锁模注塑保压预塑 顶出取零件开模冷却 模塑料 注塑机 注塑模 注射 后处理 准备 温度 压力 时间

  13. 注塑成型模具

  14. 注塑成型模具

  15. 注塑成型模具

  16. 注塑成型模具

  17. 注塑成型模具

  18. 注塑材料  具有塑性的高分子材料即合成树脂,以高聚物为主要成分,用相同或不相同的低分子化合物聚合成高分子材料,而不析出低分子副产品。热塑性塑料受热时,是通过物理变化使其几何形体发生变化,能反复加热软化和冷却硬化的材料。选材要考虑它的工艺性、热性能、电性能、力学性能、老化性能等。 塑料选材 工艺性 热性能 电性能 力学性 老化性

  19. 注塑材料 塑料受热膨胀,体积增大、分子间距离增加、分子链变得更容易活动、黏度下降、异性取向减少(方向性排列增加)。 高聚物熔体的黏性流动,主要是分子链之间发生的相对位移,分子质量越大,固态的力学强度越好,粘流态的黏性较高、流动性差。 用相对平均分子质量来表征和测定高聚物分子链的长度,分子链断裂后(多次循环加工的废料),分子质量的分布宽度分散,力学强度降低。 在高压注射下,熔体黏度提高、收缩增加(分子运动减缓、分子间距离减小)、摩擦热增加。

  20. 注塑材料 高聚物(除液晶聚合物外)的液体是无定形的,具有无定形的结构。热塑性高聚物分为:无定形结构和有结晶结构的高聚物。 无定形料中的微观分子以粘结的连接形式保持着紊乱状态。 • 常用结晶料:PP、PE、PA、POM、PTFE、PBT(部分结晶)、 • 结晶料中的分子链沿着已生成的晶核有序地折叠着,但周围是无定形结构。结晶料有结晶态(固态)、粘流态,而无定形料有玻璃态(固态)、高弹态和粘流态;结晶料收缩率大、刚性和拉伸强度高,但冲击强度下降。 • 高聚物热力学三态:玻璃态、高弹态、粘流态。  必须充分认识塑料的工艺性和热性能,才能正确有效地控制流道系统的浇口冻结时间和流道温度。

  21. 注塑材料  塑料的热性能指流动期间黏度值的大小。 剪切压力τ、剪切速率γ 、表观黏度η 、牛顿流体μ和非牛顿流体  塑料熔体在比较长的细小的流道,将容易超过允许的剪切速率和剪切压力,使高聚物或添加剂的结构分解、混合物分离、填料与颜料脱粘 添加剂的影响——改善某些物理性能、加工成型性能,由于较容易氧化、分解,使熔融塑料有热状态的时间限制、在流动中发生复合组分的分离和沉淀、在高剪切力下填料会脱粘着色剂会凝结或变色、熔融塑料的分解产物对模具有腐蚀效应、玻纤会磨损螺杆、喷嘴和浇口等零件。

  22. 注塑新材料  新材料——木塑复合材料,具有木材(外观)和塑料的双重特性,防腐、不易变形、机械性能好、坚硬、持久、耐磨等优点。成型方法有挤出(应用多)、注射、热压;有取向性、厚度比塑料大,多为异型材、结构复杂(冷却较困难、水冷)。 LCP,中文名称叫液晶聚合物。它是一种新型的高分子材料,在熔融态时一般呈现液晶性。这类材料具有优异的耐热性能和成型加工性能。

  23. 注塑新材料 此外,有些液晶聚合物具有某些特殊的功能,如光导液晶聚合物、功能性液晶高分子分离膜及生物性液晶高分子等。一般热致性液晶聚合物具有较好的流动性,易加工成型。其成型产品具有液晶聚合物特有的皮芯结构,树脂本身具有纤维性质,在熔融状态下有高度的取向,故可起到纤维增强的效果。液晶聚合物的主要用途有:高强度、高刚性、耐高温、电绝缘性等十分优良,被用于电子、电气、光导纤维、汽车及宇航等领域。热致液晶聚合物还可与多种塑料制成聚合物共混材料,这些共混材料中液晶聚合物起到纤维增强的作用,可以大大提高材料的强度、刚性及耐热性等。

  24.  注塑料的加工性能比较 无定形塑料 结晶型塑料 定义温度波动范围较严格 才从黏流态变成结晶态,快速经过结晶温度 冷却结晶需携去的较高热量 可有高的脱模温度顶出 以较高的模具温度来获取合适的结晶化 为制品质量,模具本质上处于热状态控制中 有较的收缩率,需要足够高的保压压力改善补缩 制品的性能取决于结晶温度 范围较宽的加工温度 加热和冷却期间的黏度逐渐变化 冷却期间需携去的热量较低 需较低脱模温度以防止塑料件的变形 因经济原因应用较低的模具温度 对于技术性制品,较高的模具温度来降低内应力,为此控制热状态 较小收缩率,保压时间和压力影响很小 制品的耐久性取决于冻结的内应力

  25.  注塑件的质量分析  在生产中,总是希望达到无废品生产的境界,但是由于注塑用的塑料、成型模具、注塑机及辅助设备、成型环境等多种因素的影响,总会出现这样或那样的问题,因此注塑件的品质管理显得重要——把品质控制到最好、废品损失减少到最少。  品质管理,包含以下几个方面:正确的选择机型、原材料的控制、模具的有效管理、注塑工艺操作与调整、推行品质检查与全面品质管理、建立完善的品质保证体系、选择适当的控制方法、实现品质的网络化管理  品质管理是一项系统、复杂、繁琐的工作,没有固定的模式,各个企业应该根据自身的特点确定自己的管理思路及管理方法。总之,品质要常抓不懈,持之以恒,这样才能抓出效果,抓出品质。

  26.  注塑件的质量分析  对注塑件有精度和质量(表面和内在)的要求。 注塑件的精度取决于塑料材料、模具、注射工艺、制品的结构。  对于大制品,成型条件的波动所造成的误差占制品公差的1/3 ;对于小制品,模具的制造精度占制品精度的1/3,单个型腔的制品精度较高,运动型芯的部位精度较低,浇注系统、冷却系统、脱模力设计不当会使制品变形影响精度。  大批量生产中,要保证每次注射时所有型腔流动和固化条件(时间、温度、压力均影响收缩)的一致性。  提高注塑件的精度,主要依赖模具的设计与制造;而保证注塑件的质量主要是靠注射工艺的控制,与流道系统关系密切。

  27. 注塑件缺胶、不饱模---Short Shot  原因分析 塑胶熔体未完全充满型腔。 塑胶材料流动性不好。

  28. 注塑件缺胶、不饱模---Short Shot  对策  制品与注塑机匹配不当, 注塑机塑化能力或注射量不足。  料温、模温太低,塑胶在当前压力下流动困难,射胶速度太慢、保压或保压压力过低。  塑料熔化不充分,流动性不好,导致注射压力损失大。  增加浇口数,浇口位置布置要合理、多腔不平衡排布充填。  流道中冷料井预留不足或不当,冷料头进入型腔而阻碍塑胶之正常流动,增加冷料穴。  喷嘴、流道和浇口太小,流程太长,塑胶填充阻力过大。 模具排气不良时,空气无法排除。

  29.  披峰(毛边)---Burring & Flashing  原因分析  塑胶熔体流入分模面或镶件配合面将发生-Burring。 锁模力足够,但在主浇道与分流道会合处产生薄膜状多余胶料为Flash 

  30.  披峰(毛边)---Burring & Flashing  对策  锁模力不足,射入型腔的高压塑胶使分模面或镶件配合面产生间隙,塑胶熔体溢进此间隙。  模具(固定侧)未充分接触机台喷嘴,公母模产生间隙。(没装紧)  模温对曲轴式锁模系统的影响。  提高模板的强度和平行度。  模具导柱套摩损/模具安装板受损/拉杆(哥林柱)强度不足发生弯曲,导致分模面偏移。  异物附着分模面。排气槽太深。 型腔投影面过大/塑胶温度太高/过保压。

  31.  表面缩水、缩孔(真空泡)--Sink Mark & Void & Bubble  原因分析  制品表面产生凹陷的现象。  由塑胶体积收缩产生,常见于局部肉厚区域,如加强筋或柱位与面交接区域。  制品局部肉厚处在冷却过程中由于体积收缩所产生的真空泡,叫缩孔(Void)。  塑胶熔体含有空气、水分及挥发性气体时,在注塑成型过程空气、水分及挥发性气体进入制品内部而残留的空洞叫气泡(Bubble) 。

  32.  表面缩水、缩孔(真空泡)-- Sink Mark & Void & Bubble  对策  注射压力、保压压力不足、塑胶熔体补缩不足。  保压压力保持时间不足,塑胶熔体补缩不足,同时也容易造成回流(back flow)。  注射速度过慢,塑胶熔体补缩不足。  注射量不足。  料温、模温偏高,冷却慢,塑胶收缩完全而产生收缩下陷。  流道、浇口尺寸偏小、压力损失增大,同时浇口凝固太早,补缩不良。  局部肉太厚。 注塑机的CUSHION VOLUME残量不足或止逆阀动作不畅时,产品壁厚均匀也会产生缩水,产品表面有波浪现象。

  33.  表面缩水、缩孔(真空泡)-- Sink Mark & Void & Bubble  对策  增加浇口及流道尺寸,使压力有效作用于成型品的肉厚部。必要时也可调整胶口位置。  提高保压压力、延长保压时间。  提高填充速度,在塑胶冷却固化前可以达到充分压缩。  射胶转保压太快。 使肉厚变化圆滑些,并提高此部分的冷却效率。 胶粒预先充分干燥除去水份。 料筒温度设定不宜偏高,可有效防止塑料分解气体之产生。 换用小螺杆或机台,防止螺杆产生过剪切。 升高背压,使气体能由料筒排出。 适当降低填充速度,气体有充足时间排出。

  34.  银纹(料花、水花)---Sliver Streak  原因分析  制品表面或表面附近,沿塑料流动方向呈现的银白色条纹。 银丝的产生一般是塑胶中的水分或挥发物或附着模具表面的水分等气化所致,注塑机螺杆卷入空气有时也会产生银条。 材料有杂质。

  35. 银纹(料花、水花)---Sliver Streak  对策  塑胶含水分、挥发物、干燥不足。 塑料熔体过热或滞留料筒太久而分解,产生大量气体,排出不完全,在固化时便产生银丝。 模具温度过低,塑料熔体迅速固化导致排气不完全。 模具表面附有油或水分或脱模剂,蒸发而成气体状,随着塑料熔体的冷却固化而液化。  螺杆卷入空气,料斗下部的冷却充分,则料斗侧的温度低,与料筒有温度差,胶粒常擦伤螺杆,易带入空气。  注射初期排气不良。初期射出的的塑料熔体迅速固化,因而气体排出不完全,发生银线。 注射压力过高、注射速度过快。当肉厚变化剧烈时,流动中的压缩塑料熔体急速地减压而膨胀,挥发分解气体与模穴接触后液化。

  36.  烧焦、气纹 —Burn Mark  原因分析  一般所谓的烧焦(Burn Mark)包括制品表面因塑胶降解导致的变色及制品的填充末端焦黑的现象。 烧焦是滞留型腔内的空气在塑料熔体填充时未能迅速排出(困气),被压缩而显著升温,将材料烧焦。 排气不良。

  37.  烧焦、气纹 —Burn Mark  对策  困气区域加强排气,使空气及时排出。 降低注射压力,但应注意压力下降后注射速度随之减慢,容易造成流痕及熔接痕及熔接痕恶化。 采用多段控制填充,在成型过程末端采用多段减速方式以利气体排出。 采用真空泵抽取型腔内的空气,使型腔在真空状态下填充。 清理排气槽,防止堵塞。 浇口太细或太长,导致塑胶降解。 排气槽、排气镶件等。

  38.  表面流纹(流痕)、水波纹---Flow Mark or Halo & Ripples  原因分析  塑胶熔体流动的痕迹,以浇口为中心而呈现的条纹波浪模样。 表面发生垂直流向的无数细纹,导致制品表面产生类似指纹的波纹。

  39.  表面流纹(流痕)、水波纹---Flow Mark or Halo & Ripples  对策  流痕是最初流入型腔内的塑胶熔体冷却过快,与其后流入的塑胶熔体间形成界限所致。 残留于注塑机喷嘴前端的冷材料,若直接进入型腔内,造成流痕。 塑胶熔体温度低则粘度增大而发生流痕。 模温低则夺走大量的塑胶熔体热量,使塑胶熔体温度下降,粘度增大而发生流痕。 射出速度过慢,填充过程塑胶熔体温度降低增多,粘度增大而发生流痕。 在模具填充过程中,型腔内的塑胶熔体温度下降,以高粘度状态充填,接触模面的塑胶熔体以半固化状压入,表面发生垂直流向的无数细纹,导致制品表面产生类似指纹的波纹。 塑胶熔体温度再下降时,填充不完全就固化,造成充填不足。 波纹常发生于产品边缘附近和填充末端。

  40. 夹水纹(熔接痕)、喷射纹(蛇纹) ---Weld & Meld & Line&Jetting  原因分析  模具采用多浇口进浇方案时,胶料流动前锋相互汇合;孔位和障碍物区域,胶料流动前锋也会被一分为二;壁厚不均匀的情况也会导致熔接痕。 高速通过浇口的塑胶熔体直接进入型腔,然后接触型腔表面而固化,接着被随后的塑胶熔体推挤,从而残留蛇行痕迹。 侧浇口,塑胶经过浇口后无滞料区域或滞料区域不充足时,容易产生喷痕。

  41.  夹水纹(熔接痕)、喷射纹(蛇纹) ---Weld & Meld & Line&Jetting 对策  减少浇口数量。  在熔合部附近增设材料溢料井,将熔合线移至溢料井,然后再将其切除。 调整浇口位置。 改变浇口位置、数目,将发生熔合线的位置移往他处。 在熔合线区域加强排气,速疏散此部分的空气及挥发物。 升高料温与模温,增强塑胶的流动性,提高融合时的料温。 提高注射压力,适当增加浇注系统尺寸。 增大射出速度。 缩短浇口与熔接区域的距离。

  42.  夹水纹(熔接痕)、喷射纹(蛇纹) ---Weld & Meld & Line&Jetting  对策  缩短浇口与熔接区域的距离。 减少脱模剂的使用。 调整浇口位置,使塑胶熔体通过浇口后碰撞销类或壁面。 改变浇口形式,采用重叠浇口或凸耳浇口,在浇口区域设置足够的滞料区域。 可减慢塑胶熔体的初段注射速度。 增大浇口厚度/横截面积,使流动前锋立即形成。 升高模具温度,防止材料快速固化。

  43.  表面裂纹(龟裂)、内应力开裂 、顶白(顶爆) ---Cracking & Crazing  原因分析  制品表面裂痕严重而明显者为破裂(Cracking)。 制品表面呈毛发状裂纹,制品尖锐角处常呈现此现象谓之龟裂(Crazing),也常称为应力龟裂。 

  44.  表面裂纹(龟裂)、内应力开裂、顶白(顶爆) ---Cracking & Crazing  对策  脱模不良;内应力过大;熔接线位置;浇口龟裂。 收缩差异导致内应力太大。 过度充填。过大的射出压力导致过度充填,制品内部应力过大, 脱模时造成裂纹。同时,模具配件的变形也增大,更难脱模,肋常破裂。 Insert – molding中界面龟裂。塑料的膨胀系数为金属的数倍,成型后收缩产生应力造成该部位之龟裂(crazing),严重者破裂(cracking). 模具表面温度太低时,纤维在拉伸状态下固化,配向引起的应力常造成龟裂。 化学物质和紫外线。 退火处理——制品成型后收缩较多,龟裂常常不立刻发生,而在若干时间后才发生。应力龟裂的潜伏期为21天左右。

  45. 表面色差、混色、光泽不良、透明度 不足---Discoloration  原因分析  制品表面失去材料本来的光泽,形成乳白色层膜、模糊状态等皆可称为表面光泽不良。

  46. 表面色差、混色、光泽不良、透明度不足---Discoloration  对策  部分降解;塑化不均匀;回收料混合不均匀。 冷却不均;塑料降解。 模具表面的抛光不良。  模温太低。 使用过多的脱模剂或油脂性脱模剂亦是表面光泽不良的原因。 材料吸湿或含有挥发物及异质物混入污染亦是造成表面光泽不良的原因之一。润滑剂过多或挥发物含量多时,塑胶经过浇口后,其压力下降而气化,凝结于模穴表面,发生乳白色模糊状,润滑剂粒子过大时发生浓白条纹。 原料含杂物;材料降解;温度低,塑化不良。 高温模有助改善透明度;干燥不充分;抛光不良。

  47.  表面黑条、黑点---Black Strea  原因分析  制品有黑色条纹的现象,其发生的主要原因是塑料材料的热分解所致,  常见于热稳定性不良的材料。

  48. 表面黑条、黑点---Black Strea  对策  制品小、料筒尺寸大,塑胶滞留太久而分解。 回收料加入比例不当,反复加热而分解。  螺杆局部受损或止回环间隙大,粘度高的材料要特别注意。  塑胶异常升温,引起塑胶局部分解。  螺杆胶料咬入不良,卷入过多空气。  塑料润滑剂不足时,摩擦严重,产生过多剪切热,排气不良时而引起燃烧。添加适当润滑剂,但如0.2%的剂量时,润滑剂的可燃性挥发物反令燃烧容易发生而产生黑条。

  49.  翘曲变形---Warpage  原因分析  变形可分成翘曲与扭曲两种现象。 平行边变形者称为翘曲(Warpage)。 对角线方向的变形称为扭曲(Torsion)。

  50.  翘曲变形---Warpage  对策  肉厚不均、冷却不均。塑胶的冷却速度不一样,冷却快的地方收缩小,冷却慢的地方收缩大,从而发生变形。 料温高,收缩大,从而变形大。 分子排向差异;侧壁的内弯曲。 制品脱模时的内部应力所致的变形,是制品未充分冷却固化前从模具顶出所致。 一般为防止制品变形,可在顶出后,用夹具对制品定型,矫正变形或防止进一步的变形,但制品在使用中若再次碰到高温时又会复原,对此点需特别加以注意。