復雜塑料包裝箱熔接痕疵病分析及工藝改進

劉海艷，姜春茂，劉淑艷，張雷，孫麗華，王波，劉巍巍，姜華

（北方華安工業集團有限公司，黑龍江 齊齊哈爾 161046）

塑料由于本身特有的量輕質優、性能全面、資源豐富、節能省才、加工方便、一致性好、防水性強、可循環利用等特性，從過去只作為金屬、玻璃、陶瓷、木材和纖維等材料的代用品，一躍成為現代生活和尖端工業不可缺少的材料，在炮彈行業應用廣泛。北方華安工業集團有限公司積極響應國家號召，將中大口徑炮彈包裝制造由木材加工技術改為塑料注塑成型技術[1—3]。因為個別部位熔接痕疵病問題，導致產品廢品率上升。

1 熔接痕疵病的成型機理以及對熔接強度的影響

成型時熔料匯合處產生的細線被稱做熔接痕，是注塑加工中常見的疵病，熔融塑料在型腔中遇到嵌件、孔洞、流速不連貫及沖模料流中斷的區域時，會以多股形式匯合，而且由于熔體熱量的散失，熔體會形成冷凝層，冷凝層起到阻止對方與自身融為一體的作用，因此兩熔流不能完全融合而產生線狀的熔接痕。熔接痕的嚴重程度直接影響包裝箱熔接強度的大與小。變化的原因：料流在經過一段流程后，其溫度有所降低，當兩股料流匯合時，相互熔合性變差了；結晶性塑料在熔接處不能形成完全結晶[4—5]；在兩股料流間夾雜了氣體或雜質，使接觸面積減小，導致熔接強度下降。

由于塑料包裝箱屬于大型注塑件，內部結構復雜，加強筋較多，具體見圖1。原材料采阻燃型改性高抗沖聚苯乙烯，流動性差，成型困難，個別部位熔接痕嚴重，具體見圖2。

圖1 產品三維Fig.1 3D drawing of product

圖2 熔接痕Fig.2 Weld trace

2 熔接痕疵病的原因分析

2.1 澆注系統分析

根據熔接痕疵病的形成機理，對注塑模具澆注系統設計進行理論分析：澆注系統主要由主流道、分流道、澆口、冷料穴等部分組成。澆注系統的設計對塑件質量影響很大，設計不當會導致熔接痕的注塑疵病。

分流道的分布與型腔的布局有密切關系。型腔間距短，分流道短，對于薄壁的矩形塑件，應采用多點進料，這樣可有利于消除或減小塑性變形。每一個新的注塑周期內，分支處各下游流道段內熔體的壓力降相等，熔體可同時到達各支路末端（即同時沖模）[6—8]。通過產品的料頭位置，具體見圖3。

圖3 箱體料頭位置Fig.3 Head position of box

對注塑模具澆口的設計進行反推發現，澆口設計確實存在不合理的現象，流道長短分布不均，熔融塑料在型腔中以多股形式匯合時，因匯合到達的時間不一致，而導致產生熔接痕[9—10]。通過分析可以得出結論，澆注系統設計不合理。

2.2 注塑模具排氣系統分析

排氣問題是注塑模具設計中不可忽視的問題，注塑中，若模具的排氣不良，型腔內氣體受壓將產生很大的壓力，阻止塑料熔體正常快速沖模，形成熔接痕。在注塑加工過程中，注塑模具中傳出擠壓氣體的響聲，在頂退過程中也有氣體抱模強退的“啪啪”聲音。通過分析可以得出注塑模具排氣不良的結論。

2.3 注塑模具冷卻系統分析

冷卻的目的，一是保證模具表面溫度均勻，避免制品的變形，從而提高制品的質量；二是縮短注塑冷卻時間，進而提高注塑成型的生產效率，即在一個注塑成型周期中，60%～80%的時間是冷卻時間。在1500 mm×500 mm×400 mm的大型注塑模具定模上只有5組水道，而且還是普通冷卻方式，顯然會導致模具冷卻不均[11]。通過分析可以看出注塑模具冷卻系統設計不合理。

3 工藝改進

3.1 增加排氣鐵

常規的排氣方式有以下幾種：① 模具自然排氣；② 排氣塞排氣；③ 排氣槽排氣；④ 利用分型面排氣；⑤ 利用頂桿排氣；⑥ 利用排氣鐵排氣。

根據現有模具的實際情況，發現①、④、⑤三種方式已經應用，②、③兩種排氣方式相對而言，成本較高，改動較大。最合理的改進是：在產生熔接痕疵病的注塑模具的定模加排氣鐵[12—14]。

3.2 分流道的改進

基于阻燃性塑料流動性差的特點，依據上述分流道的設計原則。將現有注塑模具的分流道由原來的3點直線型改為6點米字形并均勻分布。具體見圖4、圖5。

圖4 改進前分流道布置Fig.4 Front runner layout after improvement

圖5 改進后分流道布置Fig.5 Rear runner layout after improvement

3.3 增加冷卻水道組數

冷卻不均容易產生熔接痕，而冷卻均勻度和冷卻水道的布置和組數有關。依據冷卻系統的設計原則并結合模具的實際情況，均勻增加5個冷卻水道，解決冷卻不均問題，以確保下箱體冷卻更加均勻。

3.4 工藝參數優化改進

為了工藝參數更加匹配，并在不影響產品質量的情況下縮短生產周期。基于前3項工藝改進，依據冷卻時間的設定原則，保證箱體脫模時不引起變形的最短時間，將箱體的注塑加工過程的冷卻時間參數進行優化調整，將箱體的冷卻時間由200～260 s改成140～180 s。生產效率大幅度提高。

3.5 改進效果

用優化后的注塑模具在調整完冷卻時間工藝參數的情況下，試制加工了100件產品。在頂退過程中已經聽不到氣體抱模強退的“啪啪”聲音。檢驗人員對注塑件的外觀質量進行 100%檢測，只有一個廢品，廢品率為1%。由此可見，熔接痕疵病問題得以解決，使廢品率明顯降低，箱體生產效率提高23%。

3.6 工藝驗證

通過高、低溫跌落試驗可以驗證出塑料包裝箱極限惡劣條件下的使用性能。依據產品圖樣要求，進行高、低跌落試驗。分別選取兩種不同面、角、棱進行兩次跌落。通過工藝試驗驗證，工藝改進后加工的產品滿足產品圖樣的相關要求，還大大提高了生產效率，工藝改進方法可行。高、低溫跌落試驗效果見圖6。

圖6 高、低溫跌落試驗效果Fig.6 Effect of free fall test at high and low temperature

4 結語

通過上述改進措施，從根本上解決了熔接痕的問題。將產品的廢品率由 3%降低到 0.78%以下，生產效率提高大幅度提高，并且提高了產品的外觀質量，保證了產品的使用性能，提高了顧客對產品的滿意度，保證了公司軍品生產任務的順利完成，縮短了生產周期，也為今后生產提供技術保障。

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