注塑产品冷料产生的原因分析和解决方案.docx

注塑产品冷料产生的原因分析和解决方案 杨良波，欧相麟，王大中，关安南，陆灿亮( 金发科技股份有限公司，广东 广州 510520)摘要: 注塑产品存在冷料往往带来明显的表面缺陷。分析了注塑产品中出现冷料的常见原因，并结合大量实例和有限元分析，从设备、模具设计、材料、成型工艺等方面提出了一些改善冷料的解决方案。关键词: 注塑; 冷料; 模具设计; 成型工艺; 冷料井DOI: 10. 3969 / j. issn. 10055770. 2013. 08. 011TQ320. 66+ 2中图分类号:文献标识码:文章编号:10055770 ( 2013) 08004105BAnalysis of Cold Slug in the Injection Parts and SolutionsYANG Liang-bo，OU Xiang-lin，WANG Da-zhong，GUAN An-nan，LU Can-liang( Kingfa Science and Technology Co，Ltd，Guangzhou 510520，China)Abstract: Cold sulg often bought obvious surface defect in the injection parts The common causes of cold slug in the injection parts were analyzed combining a collection of instances and finite element method， solutions were proposed to eliminate or weaken the phenomenon of jetting from four aspects of equipments， mold design，molding process and materialKeywords: Injection; Cold Slug; Mold Design;Molding Process; Cold Slug Well示的连续三模成型的产品，第一模产品料头拉出，第二模产品外观质量很好，但是料头没有拉出，第三模 产品则出现图示区域浮纤伴有黄色条纹，说明料头是 导致出现浮纤的主要原因。1冷料的形成原因及其对制件的影响冷料是指固化或半固化的树脂混入制品的现象，往往会造成制品表面光泽不良、类似喷射的纹路、料花和表面浮纤等缺陷，如图 1 所示，是影响注塑制品 表面质量的致命因素之一。通常这类缺陷无法通过打磨等手法去除，也无法通过喷涂等方法盖住，也是影响塑料制品良品率的重大缺陷之一1。图 2 射嘴内部冷料造成冷胶浮纤Fig 2 Cold slug and glass fiber revealed caused by cold material from injection nozzle图 1冷料Fig 1The phenomenon of cold slug仔细观察发现，此制品无冷料井，注塑机射嘴为长射嘴，上面只有一个发热圈，其射嘴头部易冷却，同时 射嘴与主流道衬套未对正，偏心严重，除造成剪切严重 外还易导致射嘴内部料头易被拉断，射嘴中冷却的料头 被射入下一模型腔中造成制件表面浮纤和黄纹。图 3 为 PA6 生产某婴儿车脚踏板的主流道设计，1. 1射嘴中的冷料如图 2 所示，制件为某电动工具罩，依次为连续 三模成型的产品，材料为玻纤增强尼龙。此制件成型时外观面不时有浮纤和黄纹出现，现场观察发现，图作者简介: 杨良波，男，1984 年生，硕士，注射成型应用资深工程师，多年从事注塑成型模具及成型应用行业的工作。yangliangbo 126. com成型加工 与 设 备42塑 料工 业2013 年成型出来制件表面有料花和冷料斑，良品率很低。仔细观察发现主流道上端呈圆弧形，存在倒扣，测量发 现 最细处直径只有约 2. 5 mm， 而射嘴的直径 约 为3. 5 mm，差值约 1 mm。可能由于模具长期使用，射 退后前进撞击导致主流道上端变形，导致射嘴与浇口套的配合出现问题而形成倒扣，所以射嘴中的料头无 法拉出，当料头被冲入模具中则形成大块的冷料斑。现场清理料头，沿斜度加大主流道小端直径后制件上 的料花和冷料斑消失。图 5 为是针阀式热流道浇口的 示 意 图，图 5a 为针阀开启的状态，当 如 图 5b 所 示，针 阀 关 闭 时，封 针与冰冷的模具接触，由于模具温度较低，封针前端 因热传递而温度骤降，从而导致封针附近的熔体温度过低，形成冷料。1. 3流道中形成的冷料注塑过程 中 最 先进入模具的熔胶遇到较冷的模 具，料流前锋温度迅速下降，形成冷料，这是注塑产品中产生冷料机率最高的原因。如图 6 所示为电子产 品的 USB 接口盖，材料为 PC，其模具一出八，分流 道环绕八个型腔，由于流动严重不平衡，有些型腔充 满而有些制件才开始充满，八穴制件有的表面光泽较 亮，表面上有很多类似气纹的亮斑。仔细观察发现亮 斑都出现在远离进胶点一侧，由于流动不平衡有的穴 充满后熔体沿环状流道进入其他穴，由于 PC 冷却较 快形成冷料，冷料被较热的熔体拖曳形成类似气纹状 的亮斑。ab图 3 射嘴内部料头造成冷胶料花Fig 3 Cold slug and silver streaks caused by cold material from injection nozzle1. 2热嘴中的冷料图 6分流道中冷料导致光泽差异Fig 6 Variations in gloss on the surface caused by coldmaterials from runners针对上述冷料的形成原因，本文从设备、模具设计、成型工艺和材料等方面提出解决措施，避免或减 少喷射纹的产生。图 4热嘴中的冷料Fig 4Cold material in hot gate设备上的解决措施2图 4 是典型的热流道喷嘴的结构，可以看到，其喷嘴前端与模板接触，虽然接触面积有限，喷嘴前端 的热量还 是 会 向 较冷的模板传 导2; 此 外， 喷 嘴 周 围由于冷却的需要，有时还存在冷却回路，这样进一步增加喷嘴前端温度过低的可能性。喷嘴前端的温度较低，导致其前端存在少部分冷料，因此热流道喷嘴 转冷流道时，所以冷流道上也需要设置冷料井。图 7射嘴应受热均匀Fig 7The nozzle should be uniform heated对于射嘴，建议使用短射嘴，但如图 7 所示，受设备模板厚度限制不得不使用长射嘴的情况时，建议 射嘴应受热均匀，增加发热圈，尤其忌讳长射嘴只用一个短发热圈，过度提高射嘴温度的情况。3模具设计上的解决措施a开阀b闭阀3. 1优化冷料设计注塑过程 中 最 先进入模具的熔胶遇到较冷的模 具，料流前锋温度迅速下降，形成冷胶为了防止冷料图 5 针阀式热嘴中的冷料Fig 5 Cold material in valve gate第 41 卷第 8 期杨良波，等: 注塑产品冷料产生的原因分析和解决方案43进入型腔，一般在主流道根部和分流道末端设置冷料井以储存冷料3，如图 8a 所示。冷料井的长度一般 为流道等效直径的两倍，如图 8b 所示。利，浇口周边没有冷料出现，外观很好。图 11 针阀式浇口浇口井设计示例Fig 11 A design example of cold slug well in valve gateab图 8 优化冷料井设计Fig 8 Optimum design of cold slug well在模具设 计 时 应避免使用直来直去的分流道设 计，应根据所使用的材料尽量使用圆弧形的分流道设 计，将冷料井设计在分流道的末端。如图 9 所示为某挡泥板的 热 转 冷 流 道 设 计， 产 品 为 一 出 二， 左 右 对称，每个产品三个浇口。如图 9a 所示，弯 流 道 末 端 设计了冷 料 井，而直流道直通制件， 没 有 设 计 冷 料 井，其中直流道附近的制件表面容易产生料斑，位置不固 定， 而有冷料井的弯流道 附近则没有冷料斑 产生。图 12电视机后盖上的浇口井设计示例Fig 12 A design example of cold slug well in TV cover3. 2优化射嘴孔径与主流道孔径配合设计图 13射嘴孔径与主流道孔径配合推荐Fig 13 The recommended design of fitting of nozzle apertureand apertureab对于射嘴孔径与主流道孔径配合设计，建议参考图 13 所示，二者孔径相差太小或者太大都易导致冷 料的产生。主流道孔径太大时易造成主流道末端倒扣形成冷胶，见前文 1. 1; 而主流道孔径太小时除了会造成熔体喷射裹气之外还会导致射嘴与主流道衬套小 段结合处应力集中断裂，导致冷胶残留在射嘴内，下 一模注射时进入型腔。如图 14 所示，运用有限元分 析软件，采用相同的工况，对比分析了不同尺寸射嘴 孔径与主流道孔径配合导致料头拉出时所受的应力，发现主流道 与 射 嘴的孔径之差依次为 0. 5、1 和 1. 5 mm，可 以看出孔径的差值从 0. 5 mm 增 至 1. 5 mm 时，结合处的应力增加了约 1 倍，说明射嘴孔径与主 流道小端孔径的差值越大，料头越容易被拉断。图 9 分流道中无冷料井造成冷料斑Fig 9 Cold slug due to absence of Cold slug well in runnersab图 10 针阀式浇口无冷料井造成冷料斑Fig10 Cold slug due to absence of cold slug well in valve gate对于针阀式浇口，如前文所述，封针前段存在冷 料，所以也必须设计起到冷料井作用的浇口井，如图10a 所示为某电视机后盖产品，制件浇口附近有白色的冷料产生。检查浇口背面发现浇口不但没有设计冷 料井，反而还做了减胶处理，如图 10b 所示，导致此 浇口的热流道前端的冷胶进入产品后因走 不 动 而 堆 积，造成浇口周边存在白色冷料。针阀式浇口的浇口 井设计建议如图 11 所示，而图 12 所示的某电视机后 盖每个浇口都设计了浇口井，使用相同的材料充填顺图 14Fig 14射嘴孔径与主流道孔径之差对拉出时应力的影响The effect of difference between nozzle aperture and aperture on stresses when pulled out44塑 料工 业2013 年图 15 为运用有限元分析软件，采用相同的工况，对比分析了射嘴与主流道衬套对正和偏心情况下料头 拉出时所受的应力，从应力分析对比可以看出，相同 的条件下，射嘴未对正时射嘴内部的料头应力增大了 约 1 倍，说明射嘴与主流道孔径不同心时料头更易被 拉断。4. 2升高射嘴温度图 18 为某保险杠产品，其中牌照板附近的 浇 口不定期出现流痕，流痕轻微时不会冲到牌照板上，或在牌照板上很轻微。冷料严重时冲到牌照板上，并出 现皱褶，皱褶有手感，如图 18b 所示，此时的制件喷 漆不能遮盖，外观不能接受。观察发现流痕主要出现 在此浇口附近，其他浇口附近基本没有流痕出现，由 此判断是此浇口存在问题; 由皱褶的存在，推测可能 是冷胶导致。既然流痕是冷胶引起，通过将热嘴的温 度升高，可以减少产生冷胶的机率。现场将此控制温 度升高 20 ，大约 6 7 模出来一个不良品，证明提 高热嘴温度有改善。同时将浇口提前打开，减少封针 与模具的 接 触 时 间，降 低 该 浇 口中胶料过冷的可能 性，冷料完全消失。图 15Fig 15射嘴与主流道衬套装偏时料头拉出的应力过大Stresses are too great due to nozzle and sprue were concentric4成型工艺上的解决措施4. 1调整注射速度ab图 18 调整射嘴温度消除冷料斑Fig 18 Changing the nozzle temperature to avoid cold slugab4. 3调整针阀开启时间图 16 有缺陷的冷料井设计Fig 16 Faulty design of Cold slug well对于注塑工艺方面，一般采用慢速注射，尽量避 免将流道中或冷料井中的冷料拉入型腔。图 16 为某 电器生产充气泵时模具浇注系统的设计，模具中主流 道末端没有冷料井，如图 16a 所示，无 法 储 存 冷 料。 同时分流道拉料针靠近二级分流道且伸入分流道中较 多，如图 16b 所示，导致分流道末端的冷料井储存冷 料的作用被阻碍。制件在浇口附近有泪滴状的波纹出 现，由于制件未打饱时缺陷已存在，排除是过度保压 导致分层，怀疑是分流道中的冷料被拉入制件中，现 场调整时将熔体流经流道的位置找出，将此段速度降 低后泪滴消失，如图 17 所示。ab图 19 调整针阀开启时间消除冷料斑Changing the switching time of valve gate to avoid cold slugFig 19针阀式热流道浇口附近出现冷料斑，一般是由于浇口开启时间不当引起的; 通常将浇口提前或延迟打 开都可以解决。图 19a 为某保险杠产品，浇口附近总 是出现冷料斑，现场将所对应的针阀提前打开，可以 改善冷料斑。如 图 19b 所 示，将 针 阀 提 前 20 mm 打 开，从 170 mm 改为 190 mm，冷料斑消失。5材料上的解决措施1)提高材料的流动性。对于材料方面，各种材料都有可能出现冷料，但冷却快流动性差的材料出现冷料的几率更大，如 PC 和 PP 等，导热材料由于与 模具热传导速率高也很容易出现冷料。2)降低材料的结晶速度。结晶速度快的材料如图 17调整射出速度消除冷料Fig 17Changing the injection speed to avoid cold slugPA，高温尼龙等冷却速度快4，也很容易产生冷胶，减慢其结晶速度有助于减慢其冷却速度，避免冷料的 产生。第 41 卷第 8 期杨良波，等: 注塑产品冷料产生的原因分析和解决方案451052 WILLIAMS G， LORD H A Mold-filling studies for the injection molding of thermoplastic materials Part I: The flow of plastic materials in hot-and cold-walled circular channelsJ Polym Eng Sci，1975，15 ( 8) : 5535683 申开智 塑料成型模具 M 北京: 中国轻工业出版社，2002: 53604 何 曼 君 高 分 子 物 理 M 上 海: 复旦大学出版 社，2002: 288289( 本文于 20130507 收到)6结语详细介绍了注塑成型中经常出现的冷料现象，分析了冷料产生的原因，结合大量实例和有限元分析，提出了从设备、模具设计、成型工艺、材料等几方面 避免或减少冷料产生的方法。这些方案在工作中多次 使用解决这类问题，实践证明是行之有效的，为相关 从业人员提供了新的思路，具有一定的指导意义。参 考 文 献1 隋世剑，孙 在 军，李 建 新 轿车内饰件注塑生 产 质 量 问 题及 解 决 措 施 J 塑 料 工 业， 2005， 33 ( 5 ) : 103地膜绿色发展呼唤新国标覆膜栽培技术自 20 世纪 70 年代被引入中国后，由于实现了土壤控温保墒，在干旱地区具有显著的增产效果，现已成为我国旱作农业的一项核心技术。但专家提醒，目前暴露出来的地膜污染问题应引起各界重视，亟须制定更严格的国标加 以解决。甘肃省白银市农科院农技专家李风华日前 表 示: “农业环保部门的监测结果显示，所有监测地块都有不同程度的残 膜。” 据甘肃农业环保部门的统计，2012 年该省各类农作物地膜覆盖面积 2 200 万亩，地膜使用总量达到 13 万 t，有三成左 右地膜无法回收而残留在土地中。调查发现，难回收的地膜主要是厚度在 0. 008 mm 及以下的所谓超薄地膜。这种地膜延展性差，老化快，有的甚至不 到收获季就会破损。大点的残膜可以用钉刺耙、铁叉等工具清理，太薄太小的就只能手工捡拾。在不少地方，地膜被风化 成指甲盖大小，根本无法回收。兰州宏达薄膜厂主管生产和销售的副厂长蒙丽指出: “地膜是按重量销售的，在同等覆盖面积下，地膜越薄，使用成 本越低，这就让超薄地膜在农资市场走俏。根据 1992 年制定的现行国家聚乙烯吹塑农用地面覆盖薄膜标准，地膜厚度最低 标准为 0. 008 mm，加之标准中允许的偏差值，厚度在 0. 005 mm 甚至 0. 004 mm 的地膜也能合格流通。”要保证农民不使用超薄地膜的最有效办法就是提高厚度国标，让超薄地膜彻底退出市场。中国石油石油化工研究院高 级工程师徐典宏建议，国家相关部门应考虑参照国外地膜标准，研究修订国家地膜厚度标准: “将