熔接痕的產(chǎn)生原因及解決辦法

1、1) 缺陷特征塑件熔接痕產(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，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 若各澆口進入型腔的熔體速度不一致，易使交匯處產(chǎn)生熔接痕，對此， 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)盡量選用一點式澆 口。 若澆口數(shù)量太多， 或澆口截面積過小， 使得熔體在進入型腔后分成多股， 且流速又不相同，很易產(chǎn)生熔接痕，對此，應(yīng)盡量減少澆口數(shù)，并增大澆口截面

2、積。 若模具中冷料井不夠大或位置不正確，使冷料進入型腔而產(chǎn)生熔接痕， 對此，應(yīng)對冷料井的位置和大小重新進行考慮。 澆注系統(tǒng)的主流道進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，對此，應(yīng)擴大主流道及分流道截面積。 若模具的冷卻系統(tǒng)設(shè)計欠佳，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，對此，應(yīng)重新審視冷卻系統(tǒng)的設(shè)計。2) 注塑工藝 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 在分流匯合時易產(chǎn)生熔接痕，對此，應(yīng)適當(dāng)提高注射壓力。 若熔體溫度過低，低溫熔體在分流匯合時容易形成熔接痕，對此，應(yīng)適 當(dāng)提高熔體溫度。 如必須采用低溫成型工藝時

3、，可適當(dāng)提高注射壓力和注射速度，從而改 善熔體的匯合性能，減少熔接痕的產(chǎn)生。3) 注塑設(shè)備 若注塑機的塑化能力不夠，塑料不能充分塑化，導(dǎo)致在充模時產(chǎn)生熔接痕， 對此，應(yīng)核查注塑機的塑化能力。 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，對此，應(yīng) 換用大直徑的噴嘴。 若注塑機的規(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，對此，應(yīng)換用的規(guī)格的注塑機。4) 塑件 若塑件壁厚相差過大，熔體在充模范時多在薄壁出匯合，此處易產(chǎn)生熔 接痕，對此，要使塑件壁厚相差不致過大，且應(yīng)當(dāng)平穩(wěn)過渡。 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， 對此，在設(shè)計塑件壁厚時要注意不

4、能過薄。 若塑件上的嵌件過多，熔體在流經(jīng)這些嵌件時，其流速、流線和溫度都 會發(fā)生變化，當(dāng)熔體在交匯時易產(chǎn)生熔接痕，對此，應(yīng)盡量減少嵌件數(shù)量。5) 原料 若潤滑劑過少，熔合體的流動性差，易產(chǎn)生熔接痕，對此，應(yīng)適當(dāng)增加 潤滑劑的添加量。 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，對此，應(yīng)將原料干燥或清除易揮發(fā)物質(zhì)。 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)量由于有熔接痕達不到設(shè)計要求時 , 技術(shù)人員通常先會從熔料溫度、 注射 速度、壓力、流量、模具溫度等方面入手解

5、決。避免熔接痕產(chǎn)生的方法見表 1。參照成型通常熔料溫度、注射速度、壓力、流量、模具溫度的調(diào)節(jié)都通過設(shè)備來實現(xiàn) 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)整的項目是 比較容易實現(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 , 就不得不通過修改模具的方法來實現(xiàn)預(yù)期效果 , 這也是要論述的重點。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

6、位置。下面對以上3種情形的改善工藝分別進行敘述。熔接痕處氣泡的形成是由于當(dāng)兩股熔料匯流時，所包圍的氣體沒有及時排除，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。針對前一種情況，常通過增加或增大排氣槽來改善，以目前國內(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 ，排氣槽的位置多數(shù)情況會選擇開在定模的分型面上，并盡量開

7、設(shè)在型腔的最后充滿處。對于型腔高度尺寸過度不均勻的情形，只能通過 補焊”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，很可能不得不調(diào)整型腔的尺寸，當(dāng)然需要對塑件相應(yīng)處的厚度進行準(zhǔn)確的測量之 后，在設(shè)計允許的范圍內(nèi)作業(yè)。保險杠塑件的壁厚在不同部位并不是一個等值，而是一個漸變的量， 其原因是考慮到塑件的具體形狀及熔融塑料的流動性 ，漸變的壁厚有利于成型。壁厚通常在 2. 603. 50 mm。 以后保險杠為例，型腔厚

8、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。對于第 一種情況實現(xiàn)起來較容易，根據(jù)檢測數(shù)據(jù)直接對模具型腔的相應(yīng)部位實施打磨即可。 第二種 情形就比較復(fù)雜，為了達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，首先考慮選擇在動模上進行 補焊”和打磨”會比在定模上容易得 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，這些熱量往往會改變型腔面的組織成分，導(dǎo)致型腔面硬度不同， 進而影響塑件外觀，實踐中要盡量避免定模型

9、腔面的修改。動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) 實施補焊”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。其中第二步是難點和關(guān)鍵，以下是型腔面修補的詳細過程 ：a. 選定和母材相匹配的 焊接材料，并確定焊接范圍，預(yù)留并保護好打磨基準(zhǔn)， 如圖5所 示。圖5動模型腔面堆焊分區(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動模型腔面堆焊基準(zhǔn)示意圖c. 對照預(yù)留基準(zhǔn)，開始打磨，注意做好周邊相關(guān)部位的保護。d. 測量補焊面的高度，達到要求之后，將基準(zhǔn)空位焊滿，完成型腔面的修改。根

10、據(jù)塑件外觀標(biāo)準(zhǔn)分級，當(dāng)熔接痕的位置偏向塑件中部時，就較容易被看見，影響客戶對塑件的外觀評價，所以技術(shù)人員通常會嘗試調(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，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，由于人們對塑 料制件的綜合性能要求伴隨著行業(yè)的發(fā)展，特

11、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，它不僅會降低制品的力 學(xué)強度，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理， 找出消除或減少熔接痕的對策，對提高塑料制品質(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，塑料熔體在模具內(nèi)會發(fā)生兩個方向以上的流動，當(dāng)兩股熔體相遇時，就會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 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

12、狀和性質(zhì)與整個注塑 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，為縮短注塑時間， 常采用多注入口的方式注入熔體，當(dāng)兩股面對面流動的熔體相遇后，不再產(chǎn)生新 的流動，這時所產(chǎn)生的熔接痕稱為冷熔接痕（圖1A）;當(dāng)熔體流動中碰到障礙物 （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，這時所形成的熔接痕稱熱熔接痕（圖1B） o另外，當(dāng)制件厚度差過分懸 殊時，流體流經(jīng)型腔時所受的阻力不同，在厚壁處阻力小，流速快；而薄壁處則 阻力大，流速慢。由于這種流動速度的差別，使

13、來自不同壁厚處的熔體，以不同 的流速相匯合，最終在匯合處也會形成熔接痕 （如圖2）。除去以上三個因素，充 模時熔體的噴射現(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，塑料熔體會在模具內(nèi)發(fā)生兩個或兩個以上方向上的流動當(dāng)兩股不同 相遇時，就會在制品中形成熔接痕（weld line ）。圖3為熔接線形成的具體過 程。: ”：兀十：訂十AAA:;*I .；：； 41

14、11 f11 , tr J - 1.:打匸:J:，- - :-：:；：；:?：?： >：；J H !：-； -> 7 :詁PIIIHeliMaltMd!IMl熔體相遇（坊瞻成熔接線©形成熔合痕圖3為熔接線形成的具體過程NextPage/NextPage4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)的流動特點，塑料熔體屬于帶有運動表面的粘性不可壓縮的非牛頓流體，若忽略垂直于流動方向的速度分量，可采用廣義的Hele2Shaw流動模型來描述式中：u、v分別是x、y方向的速度分量；P、T、p、Cp、n分別是壓力、溫 度、密度、比熱容和剪切粘度；為剪切速率?？紤]到塑料熔體的剪切

15、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。1i 1護%吋1 + （弓分7（4-5）對方程（3-2 ）積分并利用相應(yīng)的邊界條件可得到壓力場求解的控制方程:3 卩眇、3 BP、 n（A（E）+ （S ） = 0（4-6）3k 去 卽 卽為了處理任意三維空間中的薄壁型腔流動狀況，沿用流動分析網(wǎng)絡(luò)法的基本 思想，利用控制體積法建立型腔面內(nèi)壓力場求解得有限元方程，對時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刻型腔內(nèi)壓力、溫度、速度等物理量 的分布，以及任意時刻熔體前沿的位置等。模擬結(jié)果表明，決定熔

16、接痕位置及發(fā) 展的主要因素是任意時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度、調(diào)整熔接痕的形成位置，提高熔體匯合時的熔合質(zhì)量或使熔接痕處于外觀不明顯的位置，達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方面來做：（1 ）材料選擇：制品選材時，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，相對分子質(zhì)量小，不含填料或非增強的材料，以利于熔體匯合時的 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度；應(yīng) 避免選用無定形脆

17、性材料；如必須選用增強材料時，從提高熔接痕強度的角度考 慮，應(yīng)優(yōu)先選用含量低的粒狀或短纖維增強的材料。（2 ）改進模具結(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，又能順利充滿型腔為基本依據(jù)。對成型面積大或流程長的制品，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 CA E模擬技術(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)計應(yīng)遠離熔接痕所在位置， 并保持

18、 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 模時間和冷卻速率，使大分子鏈有足夠的松弛時間，進行擴散和纏結(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。其次, 提高溫度之后，所需要的能量以及對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

19、子鏈的運動提供了更多的動能，能夠促進兩股熔體的 相互結(jié)合，提升熔接痕強度，但是同樣也提高了對模具性能的要求， 而且容易形 成溢料、飛邊等其他缺陷。增加注射壓力和速率，縮短了充模時間，使兩股熔體在還具有較高的溫度 和活性時就能夠相遇，因而熔接痕強度比較高。同樣，這也對模具的要求提高， 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) 致附加流動阻力、粘度增大，相當(dāng)于降低熔料溫度。每升高6.9 x 106Pa （70大氣壓），對不同聚合物所相當(dāng)于降低的溫度值為：PP降6 C、PA66降4 C、PMMA降2 C。在這一意義上反而不利于熔接痕強度的提高。提高以上幾點工藝參數(shù)，可

20、以在一定程度上提高熔接痕強度，但同時可能會 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 次試驗或者數(shù)值模擬，不但使熔接痕的強度得到大幅提高， 而且使制件的整體性 能達到最佳，符合成本要求，才能進行實際生產(chǎn)。（4）順序控制技術(shù)對熔接痕的改善研究順序閥澆口技術(shù)（Sequential Valve Gating，簡稱SVG ），是近些年為 適應(yīng)汽車行業(yè)對大型平板塑料件或者是電子行業(yè)對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GE公司首先在薄壁件生產(chǎn)中對其進行了商業(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)，包括國內(nèi)的許多汽車公司也都在大力推廣這一技術(shù)。時序閥式控制系統(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。為達到控制的目的，首先必須需要程序控制閥來控制各個澆口的開閉。 其次整個噴嘴采用級聯(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前沿，而后打開的靠邊緣的噴嘴流出的較熱料流直接進入靠中間的噴嘴先前