注塑成型技術的研究與應用

張才南

（寧波奧克斯空調股份有限公司，浙江寧波 315191）

1 注塑成型的思路框架

大致思路是分段設定參數值，因為每個產品都有著不同的特征分布，甚至是壁厚分布，在成型過程中要設定好合理的工藝參數，使熔融的塑料能以合適的速度填充產品的不同區域，從而獲得最佳的外觀品質和結構強度。通常包括壓力、速度、溫度等關鍵指標，使其對應的運動軌跡形成合理的工藝曲線。

2 注塑成型技術的關鍵參數研究

2.1 螺桿溫度

眾所周知，注塑機的“螺桿塑化組件”是注塑機主要核心單元，直接體現了注塑機性能的優劣。而有“心臟”之稱的螺桿則是至關重要的零件，其性能好壞決定加工制品的質量、效率等指標的高低。

注塑機料筒溫度一般設定6段：

（1）防延段（防止在冷流道模生產的情況下，自動流延，形成冷料）：在機筒最前端，是噴嘴部位，此段溫度稍低于塑化段5～10℃，主要是防止熔融的物料在內部壓力作用下從噴嘴流出，不宜太低，否則會使局部溫度偏低，熔體粘度加大，增加注塑壓力，還會導致產品外觀表面形成輕微霧斑缺陷或者光澤不佳的現象。

（2）塑化區通常設置4段（通常設定為T-10、T、T、T-10，T為塑化溫度）：前段比塑化溫度低10℃；在料筒中間部位，設定的溫度為塑化溫度，通常設2段；后段的溫度比塑化溫度低10℃，此段主要是熔融塑化物料，溫度太高則材料容易分解，太低則不利于塑化，而且會增加螺桿的扭矩。

（3）下料區設置2段：與塑化區鄰近的這一段溫度，要比塑化區的最低溫度還要低10℃，而靠近料斗區域的最后一段，一般情況下溫度設置更低一些，這個溫度值通常取該塑料的玻璃態溫度。此段主要目的是對塑料進行預加熱，如果溫度太高則塑料會過早被融化，導致螺桿出現打滑現象，直接影響塑料的輸送；如果溫度太低，會使螺桿扭矩增大，長時間運作會增加注塑機的能耗，還會影響螺桿的使用壽命，嚴重偏低的溫度會使螺桿扭矩過載，出現扭斷現象。

2.2 流量（速度）

流量（速度）參數包括射膠、熔膠、開模和合模速度等。

（1）射膠速度對熔融膠料的流動性能、塑料制品中的分子排列方向及表面狀態有直接影響。射膠速度推動熔融膠料流動，在相鄰流動層間產生均勻的剪切力，穩定推動熔融膠料充模，對注塑成型制品產品質量和精度有重大的影響。一般來說，射膠速度和射膠壓力相輔相成，要配合使用。

（2）熔膠速度是螺桿的運行速度，包括儲料和射退速度。合理的熔膠速度是在一定的螺桿背壓之下，在成型的冷卻時間段內剛好能完成儲料的動作為最佳，也就是說儲料時間約等于冷卻時間，則對應的熔膠速度被認為是最佳的。熔膠結束后，很多情況下會有一個射退（抽膠）的動作，這個動作是為了防止螺桿噴嘴端出現流延現象，從而避免或者減少冷料流到產品上，把噴嘴區域的部分熔體抽回螺桿里，一般設定的速度為15%～35%，射退的距離3～20 mm（射退距離過小則作用不大，過大會導致螺桿吸入過多的空氣，不利于成型）。

（3）開模和合模的速度設定受到很多因素的制約。一般來說，油壓注塑機生產的模具相對比較復雜，模具尺寸比較大，所以開合模速度相對來說比較慢；而電動注塑機生產的模具往往比較小，加上電動控制系統的響應速度快，多數為精密模具，產品為精密小零件，產能比較的大，企業追求的是高效生產，所以，開、合模速度往往設定中高速運作。

2.3 壓力

（1）注射壓力又稱射膠壓力，是最重要的注塑成型壓力參數，它對熔融膠料的流動性能和模具型腔的填充有決定性的作用，對注塑制品尺寸精度，品質質量也有直接影響。射膠壓力參數的設定是根據不同機型而設置的。常見機型中，一般有一級、二級和三級射膠壓力。

（2）鎖模壓力是從低壓鎖模開始設置，經過高壓鎖模，直到鎖模終止為止。鎖模動作分為3個階段，鎖模開始時設置快速移動模板所需要的壓力參數，以節省循環時間提高效率。鎖模動作即將結束時，為了保護模具，清除慣性沖擊，降低鎖模壓力和速度。當模具完全閉合后，為了達到預設的鎖模力，增加鎖模壓力參數的設定值，有必要時會用到注塑機額定鎖模力的上限。

（3）保壓是在射膠動作完成后，對模具型腔內的熔膠料繼續進行壓實，對模腔內制品冷卻成型收縮而出現的空隙進行補縮，并使制品增加密度。保壓壓力使模腔內的壓力保持在一定的時間內，使產品的尺寸和外觀滿足要求為止，有時甚至會一直到澆口完全固化為止。

（4）背壓壓力是塑料原料在料筒內塑化和計量過程中產生的，在螺桿頂端和熔膠前端部位，熔融膠料在螺桿旋轉后退時所受到的壓力，常稱作塑化壓力。背壓壓力的目的是阻止螺桿后退過快，確保塑化后的熔體均勻而細密。背壓壓力的分布往往也是采用多級設定，從5MPa開始，逐步加大，最后一段的背壓為8～20MPa，適當設置螺桿背壓，可增加熔融膠料的內應力，提高均勻性和混煉效果，提高注射成型的塑化能力。

3 注塑成型藝參數的思路框架

工藝參數主要是用來保證生產效率和品質的，目的是既要滿足產能，又盡量縮短生產周期、節約能源，還要保證產品的品質一致性。只能是采用科學思維進行參數化管控，統一參數的設置標準。操控注塑機的技術人員是生產車間的領軍力量，他們的技術水平和操作技能，對注塑機的參數設置直接影響著生產效率和質量穩定性。因此決定對技術人員進行嚴格培訓，統一操作技能和參數設置理念，打造科學可靠的參數化管理理念，樹立注塑參數的思路框架，為企業參數化管理做好平臺支撐。

表1 7段壓力和速度設定表

表2 7段螺桿標尺的位置

3.1 成型工藝參數設置方案

成型參數根據模具和產品的復雜程度不同，通常分成3段至7段進行設定，每一段的壓力和速度設定由產品決定，通常可以根據下面的模式（表1）設定，7段壓力和速度設定依次為：

與其相對應的7段螺桿標尺的位置依次如表2所示：

從以上兩個表格的關鍵參數設置來看，大體的思路框架如下。

（1）速度：慢速-中速-高速-中速-中慢速-較慢速-慢速；

（2）壓力：低壓-中壓-高壓-中壓-中低壓-較低壓-低壓。

3.2 注塑成型4大關鍵參數的設定

綜上所述，注塑成型有四大關鍵參數，螺桿溫度、注射壓力、注射速度、成型周期。在每個產品的生產過程中，這四大參數對產品的生產效率和質量穩定性起著關鍵作用。因此，有必要按簡單化、合理化、易操作、好管理的原則進行管控，每1臺注塑機都按標準規范設定好四大參數，生產完畢進行定期存檔，方便下一次直接調用原有工藝參數，節省大量的調試時間，大幅度減少時間和材料的浪費。

就以ABS（丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物）材料為例，在氣溫的變化超過10℃時，對于同一個產品，其熱脹冷縮的特性致使產品隨著氣溫升高而變長。綜上所述，家電塑膠產品生產ABS材料的常用注塑成型參數進行舉例說明，如表3所示。

表3 ABS材料常用注塑成型工藝參數（℃）

4 結束語

在日常生產中，對不同的產品，其設定的成型參數也有不同，執行的過程重在變通，做到具體問題具體分析，不推崇教條主義。要根據不同的產品、模具、注塑機、輔助設備、生產環境，甚至在不同的季節，都需要進行微小的優化處理，以達到我們精益生產的要求。