注塑件熔接痕的形成及控制

周雪峰

（常熟理工學院 化學與材料工程學院，江蘇 常熟 2 15500）

1 引言

熔接痕是在注射或擠出成型過程中多股塑料熔體在模具中分流、匯合而形成的形態結構和力學性能不同于制品其他部分的三維區域.熔接痕的存在直接影響塑件的外觀質量及力學性能，特別是汽車儀表盤、保險杠、燈罩等高附加值的大型外觀塑件，熔接痕的控制是生產該類產品的關鍵技術.然而對于大多數塑件而言，熔接痕的形成是難以避免的，但是通過一些合理的措施，可以改善熔接痕處的強度，并調整熔接痕的形成位置，從而提高熔體匯合時的熔合質量或使熔接痕處于外觀不明顯的區域，達到改善制品綜合性能的目的.關于避免或減少熔接痕對塑件質量影響研究的報道很多，通過模具結構的改進，包括優化澆注系統、排氣系統、冷卻系統及其模具表面質量，或采用順序閥澆口、振動輔助注射成型等新工藝、新方法[1-2]，均能有效改善熔接痕對制品質量的影響.而注射工藝參數的優化，尤其是熔體溫度和模具溫度的優化是縮短熔接痕長度的有效措施，從而改善熔接痕對塑件質量的影響[3-4].

2 熔接痕的形成機理

塑料熔體流動產生分流后再匯合是注射成型過程中熔接痕形成的必要條件，而造成熔體分流后匯合的原因主要有兩個方面：一是制品本身存在如孔、槽、嵌件等功能結構；二是模具結構，如澆口數量、位置、尺寸等設計.因此，注塑件中常見的熔接痕可以歸納為三種類型，一是由于采用多澆口進膠造成多股料流匯合而形成的冷接痕（或對接痕），其形成過程如圖1（a）所示；二是由于制品中孔、嵌件等結構的存在引起熔體分流后再匯合而形成的熱接痕，其形成過程如圖1（b）所示；此外，當塑件不同部位壁厚相差過分懸殊時，熔體流經型腔不同位置所受的阻力不同，而使熔體以不同流速匯合，最終也會在匯合處形成熔接痕，其形成過程如圖1（c）所示.

3 熔接痕的影響因素及其控制措施

3.1 模具設計對熔接痕的影響及其控制措施[5-7]

模具設計直接決定熔接痕的形成，如澆口數量位置及其尺寸對于熔接痕具有重要影響.實踐表明，澆口數量與熔接痕數量的關系：澆口數量為n則熔接痕的數量為n-1.因此，控制澆口數量有利于減少熔接痕數量.但是，對于大型注塑件，如汽車保險杠，當采用多澆口充型時可以大大縮短熔體充型流程及注射時間，避免熔體前鋒溫度和壓力損失過大而有利于熔體前鋒的相互熔合，可以明顯提高熔接痕處質量，從而改善制品的整體性能.另外，澆口位置對于制品質量也有重要影響，如澆口位置設置不當，會使熔接痕形成于制品需要避免的區域，或者加重熔接痕的明顯程度，甚至造成制品的報廢.此外，澆口尺寸對于熔接痕的影響也不容忽視，如小澆口正對著一個大型腔，會使熔體產生噴射流動而使熔體回旋堆集，冷卻后將產生無規則的波紋狀熔接痕.因此，澆口數量、位置及其尺寸應該合理設計，可以通過Moldflow軟件模擬注射成型過程，優化模具結構及澆口設計，有利于改善甚至避免熔接痕對制品質量的影響.

此外，保持模具排氣通暢可以避免殘留壓縮氣體灼傷制品或被排擠到熔體的匯合部位而形成熔接痕，同時，在熔體充型末端設置冷料穴可以儲存熔體前鋒冷料，有利于減輕甚至消除熔接痕.另外，在熔接痕附近設置加熱或絕熱裝置，并保持熔體冷卻均勻，可以確保熔體的良好熔合.采用順序閥澆口、雙推充模、振動輔助注射成型等新工藝、新方法，均能有效改善熔接痕對制品質量的影響.

圖1 注塑制品常見的熔接痕

3.2 工藝參數對熔接痕的影響及其控制措施[3-8]

塑料熔體流動產生分流后再匯合是熔接痕形成的必要條件，而匯合處熔體特性的改變是熔接痕形成的根本原因.因此，注射成型工藝條件直接影響熔接痕的形成.其中，溫度的控制至關重要.實踐表明，在高聚物分子分解溫度以下適當提高熔體溫度和模具溫度，使熔體充型過程中保持較高溫度，有利于保證熔體前鋒匯合時所必需的溫度，有助于減輕甚至消除熔接痕.但是，熔體溫度過高，高聚物分子將會發生熱降解，尤其是加重小澆口處熔體的局部過熱，最終在制品表面形成斑點等缺陷.同時，溫度的提高將影響模具的使用壽命.

另外，對于一些熱敏性塑料，如必須采用低溫注射工藝時，可以適當提高注射壓力或注射速度，有利于減緩熔體溫度降低，并有助于熔體克服流道阻力，使熔體在熔接痕處以高壓高溫熔合，從而提高熔接痕處強度.實踐也表明，靠近澆口處因壓力較大、溫度較高而熔接痕強度較高.而提高保壓壓力有助于增加接痕處的密度，提高熔接痕處強度.但是注射壓力和保壓壓力的提高，容易在分型面等區域形成飛邊等缺陷，不但影響制品質量，還嚴重降低模具壽命.

通過提高熔體溫度、模具溫度、注射壓力、保壓壓力等工藝參數，可以在一定程度上改善熔接痕強度，但不能完全消除熔接痕，設置不當甚至可能引起制品的其他成型缺陷.因此，關于工藝參數的選擇可以采用Taguchi方法來設計實驗，通過Moldflow軟件模擬注射成型過程，優化工藝參數，從而改善制品的整體性能.

4 數值模擬

4.1 初步分析

本實例選用某型號轎車左后門把手處的一塑件，將模型以igs格式從CATIA中導出并導入Moldflow中，選擇網格類型為FUSION，網格全局邊長設為4.5，進行網格劃分并修改網格缺陷，修改后的有限元模型如圖2所示，其平均縱橫比為2.135，網格匹配率達88.8%.塑件材料選用PP，工藝參數如下：模具溫度為50℃，熔體溫度為230℃，注射時間0.5 s，其余參數選用Moldflow軟件數據庫推薦的參數.通過澆口分析，確定塑件的最佳澆口位置，如圖3所示.分析方案選用Flow+Warp，通過Moldflow軟件計算，熔接痕的分布情況如圖4所示，圖中所注位置的熔接痕在制品力學性能要求較高的部位.

圖2 注塑件有限元模型

圖3 最佳澆口位置

4.2 優化方案

分析熔接痕的形成機理及影響因素，調整澆口位置并通過Moldflow軟件計算，計算結果如圖5所示，圖4中所注區域熔接痕的數量和分布狀況有了明顯的改善，但是不能完全消除熔接痕.因此，通過優化工藝參數，以改善熔接痕處的性能.具體工藝參數調整為：模具溫度60℃，熔體溫度240℃，注射時間為0.45 s，其余參數不變，通過Moldflow軟件計算，結果如圖6所示，熔接痕位置沒有明顯改變，圖中標注區域熔接痕的數量和尺寸與圖5相比有了明顯的縮小.

圖4 優化方案前熔接痕的分布

圖5 澆口位置改變后熔接痕的分布

圖6 工藝參數改變后熔接痕的分布

5 結論

注射成型過程中熔接痕的存在是不可避免的，通過Moldflow軟件預測成型過程中熔接痕可能出現的情況和出現的區域，通過優化模具結構及成型工藝參數，可以減少甚至避免熔接痕的產生，或調整熔接痕的位置，改善熔接痕處的性能，從而使制品外觀及力學性能能夠滿足設計要求.

[1]郭繼祥，李會.注塑件熔接痕的研究進展[J].塑料科技，2011，39（1）：113-118.

[2]褚建忠.應用順序澆注系統消除大型塑件的熔接痕[J].輕工機械，2008，26（1）：93-96.

[3]楊風霞，姜小瑩，湯波.工藝參數對注塑件熔接痕性能的影響[J].塑料工業，2006，34（9）：33-35，47.

[4]肖方成，歐相麟，卜海濤，等.模溫及熔體溫度對不同材料的薄壁注塑制品熔接痕的影響[J].中國塑料，2007，21（12）：67-70.

[5]嚴志云，丁玉梅，謝鵬程，等.注塑成型熔接痕缺陷研究進展[J].塑料工業，2009，37（4）：1-5，18.

[6]曾令琴，游小紅.注射制品熔接痕影響因素與改善措施[J].模具工業，2008，34（6）：71-74.

[7]于同敏，劉鐵山.注射制品的熔接痕及控制對策[J].模具工業，2002，28（7）：33-37.

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