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注塑件飞边产生的原因及其对策


     塑 料 科 技   ( )               PLA ST ICS SC I & T ECHNOLO GY        第 4 期 总第 120 期 . 6    1997208  

注塑件飞边产生的原因及其对策
许勇顺 黄瑞清 阮雪榆
( 上海交通大学塑性成形工程系 200030)

 

 摘 要 定性地分析了产生塑件飞边的各种影响因素和定量地给出了三个控制条件, 并给出 了解决飞边问题的相应对策和一些实例, 为模具设计和注塑模加工质量分析提供了参考依据。   关键词 注塑模 飞边

0 前言
在注塑件生产中, 脱模后的第一道工序就 是手工刮掉飞边, 这无疑使工人的劳动强度加 大及生产效率降低, 也直接影响着塑件产品的 外观质量。 在塑料注塑成型加工中, 由于模具承 受着各种外界因素的复杂影响, 常常导致模塑 产品的畸变, 这种畸变最常见的表现形式即为 塑料材料溢流产生的飞边。 一般来讲, 由于各种 因素的影响, 塑件绝对不产生飞边是不可能的。 但是如何减少飞边提高塑件质量却是塑料成型 加工和精密注塑成型领域中的重要研究课题。 飞边产生的因素很多也很复杂。 既有模具 受力变形工艺条件如温度等外因, 也有材料流 动、 收缩等内因。 本文分析归纳如下: ( 1) 注射工 艺参数的选择不当; ( 2 ) 模具分析面的制造缺 陷; ( 3 ) 模具自身承受变形的能力不足。 文献 〔〕 1 认为飞边出现的原因主要来源于注射工艺 和模具分型面的制造缺陷; 文献〔 〕 2 认为产生飞 边的原因是模具分型面设计不当, 由此在型腔 内压力的作用下产生溢流的结果, 并通过实验 分析了各种形式的分型面产生溢流的情况, 但 它仅是做了定性的分析, 没有给出定量的描述。
收稿日期 1996212222

本文认为飞边产生是上述三种因素综合影响的 结果并特别倾向于在注射工艺参数作适当调整 和模具制造精度一定时, 模具自身承受变形的 能力即模具刚度不足是塑件出现飞边更重要的 因素。 作者曾对此进行过系统地研究, 并曾推导 出了三个定量分析判断准则, 详细推导结果见 另文, 总之, 这种分析结果反过来将对工艺参数 的选择产生积极的影响。

1 工艺参数对飞边的影响及对策
在注射工艺方面, 影响飞边出现的主要因 素有: ( 1) 塑料的流动性, 这时需主要考虑材料和 模具的温度调整; ( 2) 加料量, 这时需主要考虑材料的成型收 缩率和保持注射量的波动最小; ( 3 ) 成型力, 这时主要调整注射压力和时 间、 保压压力和时间及锁模力等工艺参数。 如果通过合理地选取塑料材料, 并与其它 注射工艺参数如料温、 压力等参数合理地搭配, 其注塑工艺性是会很好地得到控制的。 下面以 几个实例来具体说明。 例 1: 聚碳酸酯材料注塑时, 由于其流动性 差, 溢边值为 0106 毫米左右, 除了在设计时考 虑这一溢边值外, 在调整工艺参数时应重点考

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虑温度的调整; 例 2: 聚乙烯、 聚苯乙烯及聚酰胺材料, 流 动性极好, 溢边值为 0102 0. 03 毫米左右, 这 ~ 时易溢料、 “流延现象”如若这时使用螺杆 发生 , 式注射机其喷嘴宜用自锁式结构, 并应加热, 螺 杆应带止回环。 塑料成型收缩也是影响塑件尺寸的关键因 素, 这 在 许 多 文 献 中 已 得 到 分 析 和 实 验 证 明〔3~ 5〕 除了收缩主要受模温、 。 料温、 保压压力 和时间、 注射压力和注射时间的影响外, 适当地 调整加料量和合理选择上述工艺参数, 是可以 使成型收缩的影响降低到最小程度的。 例 3: 对聚酰胺材料, 当料温高时收缩大, 易出飞边; 注射压力高时也易出飞边。 因此, 对 该材料应重点进行料温和注射压力的调整。 加料量的调节需主要考虑材料的压缩和注 射量的合理调配, 至于注射量, 从工艺上讲, 注 射量的波动常是造成制作尺寸误差的原因之 一, 调整注射量在一定程度上可以克服制品的 “飞边” “缩孔” 和 缺陷。 这里给出对注射量的波 动量的分析: 例如, 我们取柱塞式注射机为例: D IB ( 克) Gm ax = gB dB i 式中, Gm ax —最大注塑量; gB —注射机规定 注射量; dB —聚苯乙烯在常温下的比重 ( 1106 ) ;
D —注射塑料在常温下的比重; IB —聚苯乙烯塑

) 则 G d ≤80% G n - ( Gp + G r + G c + E 此式给出了注射量的波动量对飞边的影 响, 由于 $Q = 0 的可能性很小, 所以不产生飞 边的可能性很小, 即 G d = 0 的可能性很小。 但由 于 E又可取的极小, 因此飞边是完全可以降低 到制口 要求的最小程度。 型腔成型压力和锁模力也是更重要的工艺 参数, 尤其适当地调节锁模力的大小, 可以使塑 件的飞边大大减小。 关于它们的分析将要在下 面进行。 总之, 通过上述分析可知, 在注射工艺方 向, 经合理选配和不断地调整工艺参数的方法 是完全可以使飞边得到较好控制的。

2 模具对飞边的影响
211 模具设计的影响
在模具设计方面, 有如下方面值得注意: ( 1) 模具设计结构不合理, 零件制造精度再 高, 也难以保证制品尺寸精度。 如带有侧向抽芯 的结构或不在同一平面的分型面都是产生尺寸 误差的原因, 这些部位处理不好, 极易产生飞 边, 严重影响制品尺寸精度。 ( 2) 模具排气设计极易被忽略, 排气槽过深 或过浅都会影响制件尺寸, 深了易出飞边, 浅了 气体排不净, 易出现烧焦或充不满等缺陷。 设计 排气槽尺寸时应参考材料的溢边值。 ( 3) 模具材料选择不当, 也会因强度或刚度 问题引起模具变形使制品产生偏差或出现飞 边。

料平均压缩比; i—注射塑料的压缩比。 按照常规要求: Gm ax ≤ 80% G n , 这里, G n — 注射机额定注射量。 实际注射量: Q = Gp + G r + G c + G d 式中, Gp —塑件重量; G r —浇注系统重量; —收缩量; G d —飞边重量。 GC 我们定义注射量的波动量为: $Q = Gm ax Q

212 模具制造精度的影响
在模具制造方面, 模具的制造精度是解决 分型面溢流的关键和前提。 在制造中因出现分 型面间隙过大, 在成型时, 模具闭合不严, 这时 即使靠调整注射工艺参数也难以不产生较大的 溢流即飞边。 解决的办法只有再修复模具, 使其 分型面上的制造缺陷尽可能地减小或在允许的 制造公差范围内。 另外在制造时应严格控制成 型零件制造公差按国家标准规定的或用高于国

则 $Q ≤80% G n - ( Gp + G r + G c + G d ) 实际加工中 $Q 是变化的, 加工中希望这 种波动越小越好, 因此, 设 $Q = con st 或 E( 无 ) 穷小的正常数, 即 0≤$Q ≤E ,

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家标准的企业标准数值来限定。 一般以 015D 作为公差单位, 即 $ Z= A ?0. 5L m , 其中, $ Z— 成型零件制造公差值, L 、 m —成型零件的尺 m L 寸, mm ; A —公差单位数。 实践证明, 模具制造 公差约占塑件总公差的三分之一左右。 对中小 型塑件公差范围为 0113 0. 25 ( 非自由尺寸) , ~ 而模具成型部件最大弹性变形值约取制件允许 公差的五分之一, 则中小型件允许弹性变形量 ~ 当然这还与具体的材料种 D应为 0. 025 0. 05。 类有关, 因此在处理模具制造精度、 模具的装配 误差和配合间隙等问题时应充分考虑允许的间 隙值。

3 模具抗变形能力对飞边的影响
311 改进产生畸变的方法
在注射加工中, 为了使塑料飞边畸变尽可 能减小, 一般常采用下面的方法: ( 1 ) 减小型腔 内的树脂压力; ( 2) 增大模具尺寸; ( 3) 增加模具 锁模力; ( 4) 给模具施加其它外力。 实际加工中, 减小型腔压力常需一定的外 部设备来辅助如汽辅注射模加工, 就比常规的 注射模型腔压力降低较多。 但是, 很明显, 树脂 压力又不能降低很多, 有一个极限值限制, 否则 的话会产生型腔难以充满、 充模时间增长等一 系列问题; 增大模具尺寸是最常用来增加模具 刚度不足的方法, 一般是增大模腔壁的厚度。 但 是增加多少, 分型面尺寸减小到多少算是合适, 目前定量分析和相应的准则还很少, 同时这种 尺寸的增加也无疑增大了整体模具的尺寸和制 造生产费用; 增加模具锁模力对减小溢流的出 现在实际加工中还是十分有效的, 但相应的要 对设备提出一定的要求和使模具的整体尺寸加 大; 从模具外部施加一外力一般也需要另外的 设备, 而且操作是不太方便的。 综上所述, 单独 采取某一种措施是不可取的, 对一般注射加工, 只有综合考虑上述前三种方法, 进行合理的调 配参数, 才能达到减少塑料飞边的目的。

就上述的力学参数而言, 尤其适当地调节 锁模力的大小, 可以使塑件的飞边大大减小。 但 调节多少, 如何控制, 目前文献见诸报道的多是 定性分析〔2~ 5〕 在定量分析上, 见诸报道的还不 , 是很多, 仅文献〔 〕 1 有简单的分析, 但它只考虑 了由于锁模力的大小引起模具材料的变形分 析, 并未考虑型腔内注射压力及分型面形式的 影响。 文献〔 〕 6 仅考虑了型腔内注射压力引起溢 流的影响, 而未考虑锁模力的影响。 本文综合考 虑了锁模力、 型腔内注射压力和分型面不同的 形式对飞边的影响, 并进行了定量的推导, 由于 篇幅所限, 推导过程见另文, 这里仅仅给出结 果: l (PR - p 1F p ) ( 1) ≤〔 〕 D EF f PR - p 1Fp R s ( 2) ≤ p 2= Ff n p 1 l4 co sA PR - p 1Fp ( 3) ≤〔 〕 B D 3 - L d 2EF f 32EB d 式中, P 1 为型腔内单位压力, P R 为锁模力, P 2 为加工时作用于分型面上的压力; F f 为分型 面的面积, F P 为塑件在分型面上的投影面积 ( 包括浇注系统投影面积) ; L 、 d、 B A为模具尺寸 参数: E、 、 s、 D 为模具材料参数。 n R 〔〕

4 飞边产生的因果图
综合分析知, 产生飞边的原因主要有上述 三种。 飞边的产生是这三种原因综合作用的结 果。 从受力角度分析, 模具承载能力的大小, 将 是直接引起变形而首要考虑的影响因素, 其它 两种主要原因将间接的通过影响模具承载能力 而表现出来。 下面给出它们对飞边影响的因果 图, 如图 1 所示, 从图中可以清楚的看出各个影 响因素的作用。

5 结论
( 1 ) 本文总结归纳了产生飞边的三种主要

312 飞边分析判断准则

原因: a. 注射工艺参数的选择不当; b. 模具分型 面的制造缺陷; c. 模具自身承受变形的能力不

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足。

判定准则和飞边产生的因果图。 参 考 文 献
1 周守志。克服塑件飞边的新方法。模具科学, 1991, ( 2) : 24 25 ~ 2  H iro sh i Ko resaw a, et a l , Com p u ta tiona l A nylysis . of M o ld and D ie D efo rm a tion D u ring In jection M o ld ing J. of J ap an Society of Po lym er P rocess2

~ ing, 1995: 725 737
3  于同敏等。 影响注塑制品尺寸的因素及控制措施。

塑料科技, 1994, ( 3) : 20 24 ~
4  于同敏等。注塑成型收缩与塑件尺寸精度。模具工

业, 1995, ( 8) : 36 41 ~ 图 1 影响飞边的因果图
5  尹荣华。影响注塑成型变形的因素及对策。现代塑

( 2) 在注射工艺参数分析中给出了注塑波

料加工应用, 1993, ( 3) : 21 25 ~
6 塑料成型模具。 中国轻工业出版社, 1994 7  艾方。注塑模的排气槽。模具技术, 1996, ( 2) : 92 ~ 96

动量的定义和分析判定准则。 ( 3) 给出了模具受力变形产生飞边的定量

ANALY SIS O F CAUSES PROD UC ING FLASH IN INJECT I N MOLD ED PLAST IC PARTS O AND CO UNTERM EASURES
Xu Yong shun  H uang R u iqing  R uan Xueyu (N a t iona lM o ld D ie CAD Eng ineering R esea rch Cen ter D ep t. of P la st icity Eng. SHAN GHA I J iao Tong U n iversity ) ABSTRACT  V a riou s influen t cau ses w h ich p roduce fla sh of p la st ics p a rt s w ere qua lita t ively ana ly sed and th ree con t ro lling cond it ion s a re qua t ita t ively g iven ou t in th is p ap er, Som e coun ter2 m ea su res and exam p les abou t i p roving fla sh p rob lem s w ere in t roduced. m KEYWO RD S  In ject ion M o ld ing, F la sh

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