王塑 編譯

(全國(guó)橡塑機(jī)械信息中心，北京 100143)

注射—模壓成型不成功

王塑 編譯

(全國(guó)橡塑機(jī)械信息中心，北京 100143)

ASpring force impact analysis in injection-compression

準(zhǔn)確的模具設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)是注塑機(jī)調(diào)試成敗的關(guān)鍵，理論上構(gòu)建模具與實(shí)踐中有很大的不同，主要是模具壓縮中彈簧力的大小。文章介紹了注塑--壓縮調(diào)試工程各階段彈簧力數(shù)值及特征曲線的實(shí)測(cè)情況。

注塑機(jī)；模具；彈簧力；特征曲線

很多人會(huì)知道這樣一種情況。在注塑模具的調(diào)試期間,設(shè)計(jì)師和產(chǎn)品經(jīng)理通常站在注塑機(jī)旁邊期待著新產(chǎn)品的首次出品。塑料模具工集中設(shè)置新模具的注射參數(shù)、塑化參數(shù)、缸加熱和模具溫度啟動(dòng)控制系統(tǒng)。只要注塑機(jī)能夠提供足夠的鎖模力,就不會(huì)特別關(guān)注合模裝置。

對(duì)塑料加工廠而言，以一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)型注塑模具的方式調(diào)試注射—壓縮模具是不合適的,這會(huì)大大低估在這種情況下的更多的時(shí)間需要。在注塑機(jī)旁的模壓工人試圖在沒(méi)有足夠基本數(shù)據(jù)的情況下設(shè)置注射—壓縮程序。不足為奇的是，在這種情況下，注射—壓縮模具的調(diào)試工作往往是失敗的,這使橫壓工人看起來(lái)不那么稱(chēng)職。

尤其在調(diào)試注射—壓縮模具的彈簧力腔機(jī)構(gòu),此機(jī)構(gòu)與主軸壓縮成型相匹配，這在工業(yè)中被廣泛使用。設(shè)計(jì)師在注塑機(jī)調(diào)試過(guò)程中向模壓工人提供必要的模具設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)是很重要的。所需的基本模具設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)為:

（1）模具的最大壓縮行程；

（2）設(shè)計(jì)總彈簧力；

（3）最大可能的壓縮力。

從理論上講,這些數(shù)據(jù)在構(gòu)建模具時(shí)應(yīng)當(dāng)都是已知的。然而在實(shí)踐中,我們經(jīng)常發(fā)現(xiàn)彈簧力是無(wú)法精確計(jì)算的或根本計(jì)算不準(zhǔn)確,而設(shè)計(jì)者也不考慮最大可能的壓縮力。本文特別關(guān)注這三個(gè)至關(guān)重要的因素。

1 壓縮力直接作用于熔體

原則上講,在傳統(tǒng)的注射成型工藝中,除了會(huì)降低模具型腔的排氣功能,設(shè)計(jì)過(guò)高的鎖模力不會(huì)影響其他功能。鎖模力在鎖緊壓力下作用于模具的主分模線，其唯一的作用是在模具中密封型腔防止熔體泄漏。

在注射—壓縮成型工藝中,鎖模力或壓縮力直接通過(guò)壓面而作用于塑料熔體。如果設(shè)計(jì)的不合理,型腔壓力在某些情況下很容易超過(guò)模具鋼的最大表面壓力——在最壞的情況下這可能導(dǎo)致支撐模具板的模具嵌件變型。

如果型腔結(jié)構(gòu)包含投影面積,比如流道或部分模腔表面,過(guò)高的壓力會(huì)導(dǎo)致模內(nèi)壓力在這些投影區(qū)生成提升力，該力強(qiáng)于彈簧組的閉合力,因此,熔化物會(huì)通過(guò)模具分模線被擠出。這些熔瘤形成的真正原因往往不能識(shí)別,通常被歸因于注射成型機(jī)器的故障或塑料技工技能的缺乏。

2 彈簧力和壓縮行程

在設(shè)計(jì)模具時(shí),壓縮段所需的壓縮力可以根據(jù)投影表面區(qū)計(jì)算,還應(yīng)考慮到塑料使用的標(biāo)準(zhǔn)模具型腔壓力范圍。如果型腔結(jié)構(gòu)在壓縮期間受到模具型腔壓力的投影表面區(qū)的影響，確保密封的主分模線彈簧組件的設(shè)計(jì)必須能夠承受最大預(yù)期膜內(nèi)壓力（如圖1）。

如果型腔結(jié)構(gòu)包括產(chǎn)生提升力的投影表面區(qū),彈簧組件必須被設(shè)計(jì)成能夠承受最大的預(yù)模腔壓力 。

Fpp= 預(yù)壓力；

Fwp= 有效壓力；

FA= 提升力；

FF=彈簧力。

圖1 主動(dòng)力示意圖

為了防止注射—壓縮模具過(guò)量喂料或熔瘤損壞開(kāi)模器的密封表面,模具彈簧力的特征曲線應(yīng)在型腔注滿熔體前繪制。經(jīng)驗(yàn)表明,彈簧力實(shí)際上測(cè)量的數(shù)值通常低于設(shè)計(jì)師給定的數(shù)值,很多情況下，在整個(gè)壓縮沖程中并不是常數(shù)。為了檢查特定的數(shù)據(jù),塑料模具工可以使用注塑機(jī)的干燥循環(huán)程序制作一份模具的具體特征曲線，該曲線給出了總彈簧力與壓縮沖程的關(guān)系。

3 模具調(diào)試與彈簧力的特征曲線

圖2顯示了在兩個(gè)不同的模具（A和B）調(diào)試中，實(shí)際的彈力測(cè)量數(shù)值的特征曲線。在案例中，988 um的最大壓縮行程和幾乎呈線性的彈簧常量曲線之間的844 um的缺口是顯而易見(jiàn)的。在使用已設(shè)定的120 kN壓縮力的受控壓縮工藝中,壓力是一個(gè)近似的常量。因此，60 kN可用在整個(gè)壓縮行程中。出于工藝設(shè)計(jì)的目的，合模裝置的壓縮工藝條件保持不變,且不考慮當(dāng)前壓縮行程。因此當(dāng)優(yōu)化該項(xiàng)工藝時(shí),注射工藝參數(shù)的影響顯然可以分配給一個(gè)固定的參量。

圖2 在干燥周期模式下彈簧力特征曲線（A型）圖

如圖2，所示被設(shè)計(jì)的彈簧力： 60 kN的壓縮力可滿足1 000 um的壓縮行程。在受控壓縮工藝中使用120 kN的壓力, 該壓力是一個(gè)近似的常量。在整個(gè)壓縮行程中存有大約60 kN的差距。

第二種情況,一個(gè)彈簧彈力40 kN的模具，可以滿足1 000 um的壓縮行程（如圖3）。我們可以看出,彈簧力的特征曲線不是常數(shù),設(shè)計(jì)師對(duì)彈簧預(yù)緊力的計(jì)算是足夠的。

圖3 在干燥周期模式下彈簧力特征曲線（B型）圖

如圖3所示設(shè)計(jì)師計(jì)算的所需彈簧預(yù)壓力是足夠的，且在相當(dāng)大的程度上已考慮到需要。設(shè)計(jì)的彈簧力值：40 kN壓縮力可滿足1 000 um壓縮行程。

4 干燥周期模式下的工藝分析

在規(guī)劃工藝的過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生風(fēng)險(xiǎn)。首先，在注射階段如果流道系統(tǒng)被過(guò)量喂料，或在壓縮的初期階段，所有的型腔被過(guò)量喂料或過(guò)度壓縮都會(huì)造成腔內(nèi)壓力過(guò)大。在第二個(gè)壓縮階段,壓縮會(huì)不足,因這一部分的壓力太低。結(jié)合彈簧力特性曲線的趨勢(shì)來(lái)看，塑料模具工的問(wèn)題在于不能將注塑工藝的影響參數(shù)明顯分配給注塑機(jī)的特定工段以適應(yīng)其特征。

經(jīng)驗(yàn)表明,尤其是注射—壓縮模具需要在生產(chǎn)和工程設(shè)計(jì)之間進(jìn)行跨學(xué)科的溝通。理想的模具應(yīng)分為兩個(gè)階段。在第一階段,應(yīng)在干燥的周期模式下結(jié)合夾緊裝置和挑選出來(lái)的壓縮方法測(cè)試模具的特性,這項(xiàng)測(cè)試應(yīng)在設(shè)計(jì)師指定最大可能壓縮力之前進(jìn)行。只有在第二階段,熔體才能充滿模具。結(jié)合在干燥周期模式下的測(cè)試結(jié)果,模具填充過(guò)程中的影響比例可以在圖表中清晰的識(shí)別出來(lái)。

圖4顯示了一個(gè)厚壁注塑產(chǎn)品的注射—壓縮工藝過(guò)程。模具閉合運(yùn)動(dòng)可以分解成兩個(gè)梯度。操作工把兩個(gè)梯度看做模具閉合運(yùn)動(dòng)到模內(nèi)壓力的應(yīng)力,因此可以相應(yīng)地優(yōu)化工藝——但在兩個(gè)梯度內(nèi)沒(méi)有成功。然而,它不可能清楚地識(shí)別單個(gè)工藝參數(shù)如何影響成型質(zhì)量。

圖4 生產(chǎn)工藝記錄曲線圖

只有在干燥周期模式下才能反映出模具運(yùn)動(dòng)不是模腔壓力的結(jié)果，而是在注射階段，模具被型腔結(jié)構(gòu)的彈射組件打開(kāi)直到壓縮力和彈簧力之間獲得平衡的結(jié)果(如圖5)。梯度1表明在注射階段型腔不受限制擴(kuò)大。在不變或增加的模內(nèi)壓力下施壓在模具的表面壁內(nèi)的熔體，由于型腔的擴(kuò)大而減壓，這導(dǎo)致模具表面重復(fù)性差。此外,模具不會(huì)繼續(xù)以線性的方式移動(dòng)而是進(jìn)入一條水平線,這表明了模具彈簧力的特性曲線也不是線性的。

圖5 在干燥周期模式下對(duì)模具運(yùn)動(dòng)進(jìn)行的工藝分析圖

5 結(jié)論

在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)，型腔機(jī)構(gòu)的彈簧組件的特征曲線需適應(yīng)壓縮行程。被編程在控制器上的壓縮力是彈簧組件的彈簧力與作用在模具上的作用力之和。

這個(gè)背景下——在干燥周期模式下運(yùn)行機(jī)器使得塑料模具工獲得的數(shù)據(jù)，綜合壓縮力和彈簧力數(shù)據(jù)，使注塑—壓縮模具調(diào)試成功。然而，直到大家將關(guān)注點(diǎn)從壓縮工藝轉(zhuǎn)移到模具功能上時(shí)，設(shè)計(jì)師就可以和模具工溝通所需的壓縮工藝了。

（R-03）

TQ320.66

1009-797X(2016)06-0051-03

B

10.13520/j.cnki.rpte.2016.06.017

王塑（1987-），碩士，采編記者，主要從事橡塑技術(shù)類(lèi)稿件編審和翻譯工作。

2016-07-03