注塑件缩痕和缩孔的形成机理及其解决措施

 

3 模具设计上的解决措施

3.1 水路设计

合理的水路设计使得型腔表面的模温尽可能一致。必要时，在局部壁厚较大或者散热不好的区域加强冷却。如图11所示，在筋对应的模面加强冷却，使得表面固化层较快形成，当表面固化层较厚时，刚性较大，不容易产生缩痕。

    图11 加强冷却防止缩痕或缩孔

当形成筋的动定模对应面都是钢材时，容易产生缩痕，若在筋的下面改成陶瓷或者塑料镶件，使得上面的固化层形成较快，刚性较大，最后固化的塑料向内吸入，上面不至于塌陷，也可以防止缩痕产生（如图12所示）。

    图12 用陶瓷或塑料镶件防止缩痕产生

3.2 浇口设计

      制件的浇口应设计在壁厚大的区域，或者靠近缩痕和缩孔出现的位置，以利于保压补缩（如图13所示）。浇口的尺寸应足够大，减缓浇口的冷却，使得更多的熔体能在保压阶段进去型腔中补缩。一般情况下，浇口厚度不应小于壁厚的50%，最好能达到壁厚的80%。

    图13 浇口设计位置

3.3 流道设计

       优先选用圆形流道，因为圆形流道的有效截面积最大，其次是梯形流道，最好不要选用半圆形流道。流道的有效截面越大，保压补缩的能力越强，制件越不容易出现缩痕或缩孔。此外，流道的尺寸应足够大，减少充模阻力，给型腔提供足够大的保压压力。

 

    3.4 拉料杆设计

    图14 拉料杆的设计

在三板模中常使用到拉料杆，拉料杆的设计应避免伸到流道中，造成流道的有效截面变小，充模阻力增加，不利于制件的保压补缩，如图14所示。对于聚碳酸酯(PC)等流动性较差的材料，尤其需要注意拉料杆的设计，避免流道压力损失过大引起实际保压不足，导致制件产生缩痕或缩孔。

 3.5 排气设计

模具的排气顺畅，注塑时可以采用较高的压力和速度，保压补缩的效果更好，降低缩痕或缩孔产生的可能性。图15是典型的排气槽设计，根据材料的不同，排气槽的深度也会有所不同，但相同的是排气槽的长度不能过长，最好在2mm左右。

    图15 典型的排气槽设计

4 成型工艺上的解决措施

4.1 模具温度

模温对缩痕或缩孔的影响是相对的。模温太低时，制件表层容易凝同变厚，芯层的厚度相对减小，保压补缩的通道变窄，制件远端得不到足够的补缩，形成缩痕或缩孔；此外，模温较低使得浇注系统特别是浇口容易冻结，制件得不到足够的保压补缩，也容易形成缩孔或缩痕。模温太高时，模具的冷却效率较低，冷却缓慢，由于冷却时间过长，导致收缩也变大，如果得不到足够的保压补缩也容易导致缩痕或缩孔。但相对来说，模温较低时容易产生缩孔，模温较高时容易产生缩痕。图16是某项目的玩具灯零件，材料为透明PC，主体部分是1/4球形，壁厚不均，在厚度大的部分形成缩孔，将模温从100℃提供至130℃，并采用高压低速注塑，这样一来缩孔就消失了。

    图16 提高模温消除缩孔

 

4.2 有效保压

有效保压偏低，导致树脂填补小于制件的收缩量，在模具温度偏高时就容易形成凹痕，而在模具温度偏低时容易形成空洞，如图17所示。保压过低的主要原因如下：保压设定值偏低、保压时间偏短、浇口尺寸偏小、分流道偏细。

    图17 保压与缩痕和缩孔的关系

4.3 其他影响较大的工艺参数

其他对缩痕和缩孔影响较大的工艺参数还包括熔体温度、注塑速度、V/P转换位置、背压和残胶量等。熔体温度越高，材料黏度越低，更有利于充模和保压补缩，对防止缩痕和缩孔有利，但熔体温度越高，相应的冷却时间也越高；合理的注塑速度，可以在浇口冻结前有效地进行保压补缩；V/P转换位置一般选择在制件填充到95%～98%左右，切换过早容易引起缩痕或缩孔；适当的背压可以增加熔体的密实性，有利于防止缩痕或缩孔；残胶量一般控制在5～10mm，适当的残胶量才能保证保压的效果。

 4.4 后冷却处理

 对于一些外观要求没有缩痕但允许内部有缩孔的制件，可以在出模后迅速浸泡到冻水中，使得制件短时间内固化冷却，防止缩痕的产生。这种方法对壁厚较大的产品比较有效。图18是某项目的玩具恐龙，材料为热塑性聚氨酯(TPU)，在设计上很难避免壁厚不均和较大的壁厚，制件在模具内也很难充分冷却，出模后制件表面容易形成缩痕。解决的办法是制件出模后立刻装在夹具上放入冻水中定型，使得制件表面迅速冷却，当然这会导致制件中间产生缩孔，但不会影响到制件的外观。

    图18 出模后冻水冷却防止缩痕

5 材料上的解决措施

5.1 结晶和无定型材料

结晶材料的收缩要大于无定型材料。因为结晶材料从熔融状态冷却至室温的过程中，分子链有序排布形成晶体，所以结晶材料的体积收缩要大于无定型材料。因此，相对而言，结晶材料更容易产生缩痕或缩孔。图19是某项目的碎纸机外壳，采用增强PP取代ABS，虽然材料的收缩率近似，制件在尺寸方面没有问题，但在筋位处缩痕比ABS明显，需要调整筋位厚度或基面厚度，或者调整流道和浇口的尺寸，加强保压补缩。

    图19 缩痕（增强PP替代ABS）

 

5.2 黏度

材料的黏度越高，充模阻力越大，填充越困难，保压补缩效果越差，因此越容易产生缩痕或缩孔。因此，要改善制件的缩痕和缩孔，提高材料的流动性是一个可行的方案。

5.3 填充物

填充物的加入有利于增加制件表层的强度，抵抗芯层的收缩应力，制件不容易产生缩痕，而倾向于产生缩孔。需要注意的是，纤维增强的材料，在平行和垂直流动方向上的收缩有较大的差别。由于玻纤取向平行于流动方向上，起到支撑作用，因此在该方向上收缩较小，而在垂直于流动方向上收缩较大(如图20所示)。图21是某项目的发夹，材料为PA66+15%玻纤，制件内部有平行和垂直流动方向的两种加强筋，平行于流动方向的加强筋背面几乎看不到缩痕(图21a)，垂直于流动方向则能看到轻微的缩痕(图21b)，这是由于垂直于流动方向的收缩较大所致。

    图20 纤维增强材料在不同方向上的收缩

    图21 不同方向上的加强筋缩痕

6 结语

产品设计、模具设计、成型工艺和材料都影响缩痕和缩孔的产生。要避免或减轻缩痕和缩孔问题，从产品设计和模具设计着手是根本的对策，再从成型工艺上去调整，与材料相配合，才能彻底解决缩痕和缩孔问题。