熔接痕的產(chǎn)生原因及解決辦法

1、塑件熔接痕產(chǎn)生的主要表現(xiàn)是： 在塑件表面出現(xiàn)的一種線狀痕跡， 有礙塑件的外 觀形象，且力學(xué)性能也受到一定影響。(2)缺陷產(chǎn)生的原因及其排除方法產(chǎn)生熔接痕的主要原因， 系由若干膠熔體在型腔中匯合在一起時(shí)， 在其交匯處 未完全熔合在一起，彼此不能熔合為一體而形成熔合印痕。其具體分析如下。1)注塑模具1若各澆口進(jìn)入型腔的熔體速度不一致，易使交匯處產(chǎn)生熔接痕，對(duì) 此，應(yīng)采用分流少的澆口形式，合理選擇澆口位置，如有可能，應(yīng)盡量選用一點(diǎn) 式澆口。2若澆口數(shù)量太多，或澆口截面積過小，使得熔體在進(jìn)入型腔后分成 多股，且流速又不相同，很易產(chǎn)生熔接痕，對(duì)此，應(yīng)盡量減少澆口數(shù)，并增大澆 口截面積。3若模具中冷料井不

2、夠大或位置不正確，使冷料進(jìn)入型腔而產(chǎn)生熔接 痕，對(duì)此，應(yīng)對(duì)冷料井的位置和大小重新進(jìn)行考慮。4澆注系統(tǒng)的主流道進(jìn)口部位或分流道的截面積太小，導(dǎo)致熔體流入阻力增大，而引起熔接不良，對(duì)此，應(yīng)擴(kuò)大主流道及分流道截面積。5若模具的冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)欠佳，熔體在型腔中冷卻太快且不均勻，導(dǎo)致在匯合是產(chǎn)生熔接痕，對(duì)此，應(yīng)重新審視冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。2)注塑工藝1若注射壓力過低，使得注射速度過慢，熔體在型腔中溫度有差異，這種熔 體在分流匯合時(shí)易產(chǎn)生熔接痕，對(duì)此，應(yīng)適當(dāng)提高注射壓力。2若熔體溫度過低，低溫熔體在分流匯合時(shí)容易形成熔接痕，對(duì)此，應(yīng)適當(dāng)提高熔體溫度。3如必須采用低溫成型工藝時(shí)，可適當(dāng)提高注射壓力和注射速度，從而

3、改善熔體的匯合性能，減少熔接痕的產(chǎn)生。3)注塑設(shè)備1若注塑機(jī)的塑化能力不夠， 塑料不能充分塑化， 導(dǎo)致在充模時(shí)產(chǎn)生熔接痕， 對(duì)此，應(yīng)核查注塑機(jī)的塑化能力。2若噴嘴孔直徑過小， 使得充模速度較慢， 也容易產(chǎn)生熔接痕， 對(duì)此，應(yīng)換用大直徑的噴嘴。3若注塑機(jī)的規(guī)格過小，料筒中的壓力損失太大，易導(dǎo)致不同程度的熔接不良，對(duì)此，應(yīng)換用的規(guī)格的注塑機(jī)。4)塑件1若塑件壁厚相差過大，熔體在充模范時(shí)多在薄壁出匯合，此處易產(chǎn) 生熔接痕，對(duì)此，要使塑件壁厚相差不致過大，且應(yīng)當(dāng)平穩(wěn)過渡。2若塑件某處壁厚過薄，熔體在此處的固化速度很快，導(dǎo)致產(chǎn)生熔接痕，對(duì)此，在設(shè)計(jì)塑件壁厚時(shí)要注意不能過薄。3若塑件上的嵌件過多，熔體在流

4、經(jīng)這些嵌件時(shí)，其流速、流線和溫度都會(huì)發(fā)生變化，當(dāng)熔體在交匯時(shí)易產(chǎn)生熔接痕，對(duì)此，應(yīng)盡量減少嵌件數(shù)量。5)原料1若潤(rùn)滑劑過少，熔合體的流動(dòng)性差，易產(chǎn)生熔接痕，對(duì)此，應(yīng)適當(dāng) 增加潤(rùn)滑劑的添加量。2若原料中含濕量大或易揮發(fā)含量高，受熱后產(chǎn)生大量氣體，使得排氣不及導(dǎo)致產(chǎn)生熔接痕，對(duì)此，應(yīng)將原料干燥或清除易揮發(fā)物質(zhì)。3若脫模劑用量太多或品種不符， 都易使塑件表面出現(xiàn)熔接痕， 對(duì)此，要盡量少用脫模劑或用品種相符的脫模劑。避免熔接痕產(chǎn)生的工藝措施當(dāng)塑件表面質(zhì)量由于有熔接痕達(dá)不到設(shè)計(jì)要求時(shí) , 技術(shù)人員通常先會(huì)從熔料溫度、 注射速度、壓力、流量、模具溫度等方面入手解決。避免熔接痕產(chǎn)生的方法見表1。通常熔料溫度

5、、 注射速度、 壓力、流量、模具溫度的調(diào)節(jié)都通過設(shè)備來實(shí)現(xiàn) , 參照成型 條件標(biāo)準(zhǔn)小幅度調(diào)整 , 逼近理想值。顯然 , 熔料溫度、流動(dòng)速度、壓力、流量、模具溫度這些可以通過設(shè)備來調(diào)整的項(xiàng)目是 比較容易實(shí)現(xiàn)的 , 一方面調(diào)整起來方便 , 另一方面可以多次反復(fù)。 困難的在于當(dāng)以上手段已 經(jīng)無法解決時(shí) , 就不得不通過修改模具的方法來實(shí)現(xiàn)預(yù)期效果 , 這也是要論述的重點(diǎn)。需要修改模具的情形可能有以下幾種 :(1)熔接痕處夾有氣泡 , 需要在對(duì)應(yīng)的分型面增設(shè)排氣孔。(2)熔接痕深度始終超差 , 需要調(diào)整塑件也即模具型腔的厚度。(3)熔接痕的位置偏向塑件中部 , 需要調(diào)整澆口的位置。面對(duì)以上 3 種情形

6、的改善工藝分別進(jìn)行敘述。熔接痕處氣泡的形成是由于當(dāng)兩股熔料匯流時(shí) , 所包圍的氣體沒有及時(shí)排除 , 而留在 了塑件內(nèi)部 , 在熔接痕表面形成凹坑 , 可以通俗地稱之為“困氣”。 究其原因 , 可能是對(duì)應(yīng) 位置的分型面研配過緊 , 以致氣體無法排出 ; 也可能是合模后 , 型腔高度尺寸過度不均勻 （ 塑件壁厚相差較大 ） 造成。針對(duì)前一種情況 , 常通過增加或增大排氣槽來改善 , 以目前國(guó) 內(nèi)應(yīng)用最廣泛的 PP 料為例，根據(jù) PP料的溢料間隙為 0. 03 mm 這一參數(shù)，為避免溢料形成 飛邊，排氣槽間隙為 0. 010. 02 mm 最理想。為便于模具加工和成型過程中型腔的清理，排氣槽的位置多

7、數(shù)情況會(huì)選擇開在定模的 分型面上，并盡量開設(shè)在型腔的最后充滿處。 對(duì)于型腔高度尺寸過度不均勻的情形， 只能通 過“補(bǔ)焊”和“打磨”的方法來調(diào)整型腔尺寸， 這是難度最大， 也是模具技術(shù)人員在調(diào)試中 最怕遇到的，它的調(diào)整方法和下面要講到的熔接痕高度始終超差的調(diào)整方法一致。當(dāng)通過調(diào)整設(shè)備工藝參數(shù)和開排氣槽的方法皆無法改善或消除塑件由于熔接痕導(dǎo)致質(zhì) 量不良時(shí)，很可能不得不調(diào)整型腔的尺寸，當(dāng)然需要對(duì)塑件相應(yīng)處的厚度進(jìn)行準(zhǔn)確的測(cè)量之 后，在設(shè)計(jì)允許的范圍內(nèi)作業(yè)。保險(xiǎn)杠塑件的壁厚在不同部位并不是一個(gè)等值， 而是一個(gè)漸變的量， 其原因是考慮到塑 件的具體形狀及熔融塑料的流動(dòng)性，漸變的壁厚有利于成型。壁厚通常在

8、 2. 603. 50 mm。 以后保險(xiǎn)杠為例，型腔厚度變化的大致情況如圖 4 所示。模具型腔尺寸的修改分 2 種情況一種是增大型腔尺寸，另一種是減小型腔尺寸。對(duì)于第一種情況實(shí)現(xiàn)起來較容易，根據(jù)檢測(cè)數(shù)據(jù)直接對(duì)模具型腔的相應(yīng)部位實(shí)施打磨即可。第二種情形就比較復(fù)雜， 為了達(dá)到減小型腔尺寸的目的， 首先需要在模具型腔面上堆焊 , 然后打 磨。下面具體介紹減小模具型腔尺寸的方法。從工作的難易程度上 , 首先考慮選擇在動(dòng)模上進(jìn)行“補(bǔ)焊”和“打磨”會(huì)比在定模上 容易得多。由于注射模的定模型腔面質(zhì)量直接影響到塑件外觀 , 而焊接過程中有大量的熱產(chǎn) 生, 沒有充分的工藝措施保證時(shí)， 這些熱量往往會(huì)改變型腔面的

9、組織成分， 導(dǎo)致型腔面硬度 不同，進(jìn)而影響塑件外觀，實(shí)踐中要盡量避免定模型腔面的修改。動(dòng)模型腔面修改的一般步驟如下 :(1)通過在型腔面貼膠的方法試模，大致得出型腔需要增減的厚度。(2)實(shí)施“補(bǔ)焊”和“打磨”作業(yè)。(3)再次試模，根據(jù)成型效果調(diào)整型腔面的尺寸。其中第二步是難點(diǎn)和關(guān)鍵 , 以下是型腔面修補(bǔ)的詳細(xì)過程 :a.選定和母材相匹配的焊接材料 , 并確定焊接范圍，預(yù)留并保護(hù)好打磨基準(zhǔn)，如圖 5 所示。圖 5 動(dòng)模型腔面堆焊分區(qū)示意圖b.分區(qū)交替堆焊 , 注意不要從頭焊到尾 , 以免內(nèi)應(yīng)力造成模具型腔面裂損 , 如圖 6 所 示。圖 6 動(dòng)模型腔面堆焊基準(zhǔn)示意圖c.對(duì)照預(yù)留基準(zhǔn)，開始打磨，注

10、意做好周邊相關(guān)部位的保護(hù)。d.測(cè)量補(bǔ)焊面的高度，達(dá)到要求之后，將基準(zhǔn)空位焊滿，完成型腔面的修改。根據(jù)塑件外觀標(biāo)準(zhǔn)分級(jí)， 當(dāng)熔接痕的位置偏向塑件中部時(shí)， 就較容易被看見，影響客戶 對(duì)塑件的外觀評(píng)價(jià)，所以技術(shù)人員通常會(huì)嘗試調(diào)整澆口的位置或大小，以將 2 股樹脂熔合 的位置推向兩側(cè)，如圖 7 所示。為了把熔接痕推向塑件兩側(cè)，可以加大澆口 1 的流量（如圖 8 所示），或者改小澆口 2、3，或者將澆口 2、3 適當(dāng)向兩側(cè)移，具體的修改量或偏移量根據(jù)成型情況決定。注塑件熔接痕產(chǎn)生機(jī)理及控制方法的研究江毅，肖任賢，吳南星（景德鎮(zhèn)陶瓷學(xué)院）1 引言注塑成型是現(xiàn)代塑料成型最重要的方法之一。經(jīng)過多年的開發(fā)研究，

11、其工 藝過程日趨完善，能夠成型的材料和制品領(lǐng)域越來越廣泛。 但是，由于人們對(duì)塑 料制件的綜合性能要求伴隨著行業(yè)的發(fā)展， 特別是汽車和家電行業(yè)，也在逐步提 高。而熔接痕是是注塑過程中所形成的最常見缺陷之一， 它不僅會(huì)降低制品的力 學(xué)強(qiáng)度，而且還有可能影響外觀件的美觀度。因此分析研究塑件熔接痕形成機(jī)理， 找出消除或減少熔接痕的對(duì)策，對(duì)提高塑料制品質(zhì)量具有重要的意義。2 熔接痕的定義與類別在注塑成型過程中，當(dāng)采用多澆口或型腔中存在孔洞、嵌件、以及制品厚度尺寸變化較大時(shí)，塑料熔體在模具內(nèi)會(huì)發(fā)生兩個(gè)方向以上的流動(dòng)，當(dāng)兩股熔體相遇時(shí)，就會(huì)在制品中形成熔接痕(weld line)，并且熔接痕現(xiàn)象并非注塑成型

12、 特有，其他的塑料成型加工中如反應(yīng)注射、吹塑、壓鑄等也會(huì)遇到熔接痕問題。 盡管熔接痕是在模具充填過程中形成的，但它們的結(jié)構(gòu)、形狀和性質(zhì)與整個(gè)注塑 成型過程相關(guān)。按產(chǎn)生方式的不同，熔接痕一般可分為冷熔接痕(cold weld line)和熱熔接痕(hot weld line)。當(dāng)注塑件體積或尺寸較大，為縮短注塑時(shí)間， 常采用多注入口的方式注入熔體，當(dāng)兩股面對(duì)面流動(dòng)的熔體相遇后，不再產(chǎn)生新 的流動(dòng)，這時(shí)所產(chǎn)生的熔接痕稱為冷熔接痕(圖 1A);當(dāng)熔體流動(dòng)中碰到障礙物 (如嵌件)后，分成兩股或多股熔體，繞過障礙物，分開的熔體又重新匯合并繼 續(xù)流動(dòng)，這時(shí)所形成的熔接痕稱熱熔接痕(圖 1B)o另外，當(dāng)制件

13、厚度差過分懸 殊時(shí)，流體流經(jīng)型腔時(shí)所受的阻力不同，在厚壁處阻力小，流速快；而薄壁處則 阻力大，流速慢。由于這種流動(dòng)速度的差別，使來自不同壁厚處的熔體，以不同 的流速相匯合，最終在匯合處也會(huì)形成熔接痕(如圖 2)。除去以上三個(gè)因素，充 模時(shí)熔體的噴射現(xiàn)象也可能引起熔接痕。但這往往是由于澆口設(shè)置不合理造成， 可以通過增大澆口尺寸、改變澆口位置或采用適宜的澆口形式而加以避免。圖 1塑件中常見的兩種熔接痕類型圖 2 厚度不均形成的熔接痕3 熔接痕的產(chǎn)生過程在注塑成型過程中，當(dāng)采用多澆口或者型腔中存在孔洞，嵌件以及制品厚度尺寸變化較大時(shí)，塑料熔體會(huì)在模具內(nèi)發(fā)生兩個(gè)或兩個(gè)以上方向上的流動(dòng)當(dāng)兩股不同 相遇時(shí)

14、，就會(huì)在制品中形成熔接痕(weld line )。圖 3 為熔接線形成的具體過 程。圖 3 為熔接線形成的具體過程N(yùn)extPage/NextPage 4 熔接痕形成的數(shù)學(xué)模型根據(jù)塑料熔體在三維薄壁型腔內(nèi)的流動(dòng)特點(diǎn)，塑料熔體屬于帶有運(yùn)動(dòng)表面的 粘性不可壓縮的非牛頓流體，若忽略垂直于流動(dòng)方向的速度分量，可采用廣義的Hele2Shaw 流動(dòng)模型來描述式中：u、v 分別是 x、y 方向的速度分量；P、T、p、Cpn分別是壓力、溫度、 密度、比熱容和剪切粘度；為剪切速率。考慮到塑料熔體的剪切變稀行為，粘度模型可采用與溫度相關(guān)的參數(shù)Cross粘度模型表征對(duì)方程（3-2 ）積分并利用相應(yīng)的邊界條件可得到壓力

15、場(chǎng)求解的控制方程:為了處理任意三維空間中的薄壁型腔流動(dòng)狀況，沿用流動(dòng)分析網(wǎng)絡(luò)法的基本 思想，利用控制體積法建立型腔面內(nèi)壓力場(chǎng)求解得有限元方程，對(duì)時(shí)間和沿厚度方向差分建立溫度常求解的差分方程，耦合利用有限元 /有限差分法求解。由控 制方程（4-6）的數(shù)值求解可以得到任意時(shí)刻型腔內(nèi)壓力、溫度、速度等物理量 的分布，以及任意時(shí)刻熔體前沿的位置等。模擬結(jié)果表明，決定熔接痕位置及發(fā) 展的主要因素是任意時(shí)刻熔體前鋒面的位置及熔體前鋒面的發(fā)展方向。5 消除熔接痕的措施由于熔接痕的存在，注塑制件的表面質(zhì)量和力學(xué)性能都可能出現(xiàn)大幅下降， 因此，我們有必要通過一些合理的措施消除熔接痕的熔接強(qiáng)度、調(diào)整熔接痕的形成位

16、置，提高熔體匯合時(shí)的熔合質(zhì)量或使熔接痕處于外觀不明顯的位置，達(dá)到改善制品的外觀質(zhì)量，提高力學(xué)性能的目的。目前主要從以下幾個(gè)方面來做：(1) 材料選擇：制品選材時(shí)，應(yīng)在滿足力學(xué)性能要求的前提下，盡量選用表 觀粘度低，相對(duì)分子質(zhì)量小，不含填料或非增強(qiáng)的材料，以利于熔體匯合時(shí)的良 好熔合；選用無定形韌性材料或半結(jié)晶性材料， 有利于提高熔接痕的強(qiáng)度；應(yīng)避 免選用無定形脆性材料；如必須選用增強(qiáng)材料時(shí)，從提高熔接痕強(qiáng)度的角度考慮， 應(yīng)優(yōu)先選用含量低的粒狀或短纖維增強(qiáng)的材料。(2) 改進(jìn)模具結(jié)構(gòu)：產(chǎn)生分支料流幾乎是不可能避免的，特別是大型注塑件。澆口數(shù)量與位置應(yīng)以既不使制品產(chǎn)生多而明顯的熔接痕，又能順利充滿

17、型腔為基本依據(jù)。對(duì)成型面積大或流程長(zhǎng)的制品，選用多澆口比單澆口更有利于減輕熔接 痕；采用熱流道技術(shù)，有利于熔體熔合，不易形成明顯熔接痕；若應(yīng)用CAE 莫擬技術(shù)來確定制品與模具結(jié)構(gòu)及澆口位置，更有益于避免熔接痕對(duì)制品質(zhì)量的影響；模具充分排氣或采用真空引氣，以及在熔體最后充填位置增設(shè)溢流穴， 均有 利于減輕或消除熔接痕；模具冷卻水道設(shè)計(jì)應(yīng)遠(yuǎn)離熔接痕所在位置， 并保持冷卻 均勻，從而有利于料流前鋒面熔體的相互熔合， 提高熔接質(zhì)量，減輕熔接痕的外 觀明顯程度。NextPage/NextPage(3) 優(yōu)化成型工藝參數(shù)：提高熔體和模具的溫度，能降低熔體的粘度，增大鏈段的自由度，減少充 模時(shí)間和冷卻速率，

18、使大分子鏈有足夠的松弛時(shí)間，進(jìn)行擴(kuò)散和纏結(jié)。兩股熔體 流相遇后更容易相互結(jié)合，形成互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，增加玻璃纖維在界面的穿越密度， 改善熔接痕強(qiáng)度。但是熔體和模具溫度不能無限制提高。首先，隨著溫度上升， 高聚物分子將會(huì)發(fā)生熱解，從而改變了材料的性質(zhì)，在制件表面形成斑點(diǎn)。其次， 提高溫度之后，所需要的能量以及對(duì)模具的性能要求也相應(yīng)提高， 增加生產(chǎn)成本。增加保壓壓力，給分子鏈的運(yùn)動(dòng)提供了更多的動(dòng)能，能夠促進(jìn)兩股熔體的 相互結(jié)合，提升熔接痕強(qiáng)度，但是同樣也提高了對(duì)模具性能的要求， 而且容易形 成溢料、飛邊等其他缺陷。增加注射壓力和速率，縮短了充模時(shí)間，使兩股熔體在還具有較高的溫度 和活性時(shí)就能夠相遇，因

19、而熔接痕強(qiáng)度比較高。同樣，這也對(duì)模具的要求提高， 而且使產(chǎn)生氣泡和亮斑等缺陷的幾率增大。 另外，提高注射壓力，使熔體致密導(dǎo) 致附加流動(dòng)阻力、粘度增大，相當(dāng)于降低熔料溫度。每升高xi06Pa(70 大氣壓)， 對(duì)不同聚合物所相當(dāng)于降低的溫度值為：PP 降 6C、PA66 降 4C、PMM 降 2C。在這一意義上反而不利于熔接痕強(qiáng)度的提高。提高以上幾點(diǎn)工藝參數(shù)，可以在一定程度上提高熔接痕強(qiáng)度，但同時(shí)可能會(huì) 帶來其他方面的不良影響，并且不能完全消除熔接痕的出現(xiàn)。 因此，需要經(jīng)過多 次試驗(yàn)或者數(shù)值模擬，不但使熔接痕的強(qiáng)度得到大幅提高， 而且使制件的整體性 能達(dá)到最佳，符合成本要求，才能進(jìn)行實(shí)際生產(chǎn)。（

20、4）順序控制技術(shù)對(duì)熔接痕的改善研究順序閥澆口技術(shù)（Sequential Valve Gating，簡(jiǎn)稱 SVG，是近些年為適應(yīng)汽車行業(yè)對(duì)大型平板塑料件或者是電子行業(yè)對(duì)微型薄壁件的需求而開發(fā)的一種 成型新技術(shù)。該技術(shù)的理論模型由 C-Mold（ Mold-Flow）公司率先提出，美國(guó) G E 公司首先在薄壁件生產(chǎn)中對(duì)其進(jìn)行了商業(yè)應(yīng)用 47。雖然 SVG 技術(shù)并沒有悠久 的歷史，但是由于它在成型制品時(shí)所取得的良好效果，他已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于汽車和家電行業(yè)，包括國(guó)內(nèi)的許多汽車公司也都在大力推廣這一技術(shù)。時(shí)序閥式控制系統(tǒng)是通過注塑工藝參數(shù)來控制程序控制閥的開閉，來控制料 流的流動(dòng)。為達(dá)到控制的目的，首先必須需要程序控制閥來控制各個(gè)澆口的開閉。 其次整個(gè)噴嘴采用級(jí)聯(lián)式注塑控制。要求程序控制閥的打開與關(guān)閉取決于填充過 程，使已經(jīng)通過噴嘴后的熔體能夠用作流動(dòng)前沿，而后打開的靠邊緣的噴嘴流出的較