注塑外观问题诊断的理论与实务解析PPT课件.ppt

注塑外观问题诊断的理论与实务解析 徐昌煜2016年4月15日上海众安电器塑料有限公司 雾斑Blush 湖南省张家界 2009 7 24 车载支架方板 PC 浙江省乐清市 雾斑 2007 8 27 雾斑的定义 熔体的雾状色变 常在熔体流路瓶颈 如浇口 下游出现 原因是熔体破裂 meltfracture 圣安娜峡谷 CanyonSteAnne 中之瀑布激起的水雾 QC Canada 加拿大 2012 10 2 AviewlookingfromtheroadtothetopofMountJenner 1874m Berchtesgaden Germany 德国 2014 5 24 剪切应力ShearStress 剪切应力 模具模温太低2 浇口太小或进胶处型腔太薄熔体流量大 截面积小时 剪切速率 shearrate 大 剪切应力往往跟着提高 以致熔体破裂 meltfracture 产生雾斑现象 CAE模拟 可以预测熔体通过上述狭隘区时的温度 剪切速率和剪切应力 而CAE一般都会提供各种塑料料温 剪切速率和剪切应力的上限 CAE工程师可以根据分析结果作相应的调整 很快可以找出适当的浇口尺寸和进胶处型腔壁厚 雾斑Blush 矩形边缘浇口 側浇口 设计RectangularEdgeGateDesign 水尺 PP 广东省佛山市 雾斑 2015 5 18 19 水尺 PP 广东省佛山市 雾斑 2015 5 18 19 0 8潛伏式浇口加在0 8t板片上 经0 7t制件周围薄片进胶3t制品中央厚壁 C Hsu 红圈所示0 7mm厚瓶颈处是熔体破裂 产生雾斑 塑料降解 强度变弱 和保压补缩 3t厚壁 不足 厚 薄壁收缩差异和残余应力更大 的祸源 雾斑 3t 0 7t 0 7t 0 7 3 1 2 SEC A A A 0 8 A nxt 0 7x3 2 1 MobilePhone 模面未经电磁加热WithoutIHTC 模面经电磁加热WithIHTC 银纹SilverStreak AtripontheFlamRailway Norway June2 2014 飞流直下三千尺 疑是银河落九天 唐李白 熔体中气泡被前沿拉伸翻卷到模壁或者型腔中困气被前沿拖拉附着在模壁 其在制品表面形成白色线条状者 称之为银纹 水花或料花Splay 熔体中气泡被前沿拉伸翻卷到模壁或者型腔中困气被前沿拖拉附着在模壁 其在制品表面形成白色团块状者 称之为料花或水花 奥入濑溪流 十和田八幡平国立公园 日本 2015 4 29 注射成型充填过程中产生的气泡如左下图所示经熔体前沿 meltfront 之喷泉流 fountainflow 拉伸并卷至模壁 被冷却固化的塑料定位在制品表面 其成白色线条状者 称之为银纹 成白色团块状者 称之为料花 气泡可能是 一 塑料降解 degradation 气化而产生的瓦斯气 gas 二 水气 三 空气 四 塑料成分中易挥发物质 如润滑剂在高温下挥发的气体 银纹和料花都是气痕 银纹和料花生成的另一方式是困气被熔体前沿顺流动方向拖带而出形成 困气可能是 1 型腔转角或沟槽 如加强筋槽 中的气体 2 模面的水遇高温熔体后蒸发的水蒸气 3 模面的油等遇高温熔体后挥发的气体 银纹 SilverStreak 或料花 Splay 右图是一聚丁烯对苯二甲酸酯 PBT 的球形把手 knob 当进胶口径 A是1 8mm时 产生了银纹 将 A加大 银纹减少 当 A加大到2 5mm时 银纹消失 说明通过浇口的熔体因浇口扩大而降低流速 剪切速率 shearrate 剪切应力和摩擦升温 高分子就不至于降解 气化而产生银纹 因降解 气化而生的瓦斯气生成的银纹和料花的消除 左图为一聚丙烯 PP 之化妆品盖 高速熔体通过图中左下的绞链时 因高剪切应力 shearstress 高摩擦生热和高温升 使得高分子降解 气化 产生大量的瓦斯气和料花 要减少和消除瓦斯气 必须降低通过绞链的熔体流速 作法是双管齐下 1 平衡多型腔的塑流 2 降低熔体流经绞链时的射速 injectionspeed 因降解 气化而生的瓦斯气生成的银纹和料花的消除 右下图是一聚丙烯 PP 的保险杠 当阀式浇口 valvegates 顺序开启时料花产生 而当阀式浇口全开时料花消失 说明顺序开启阀式浇口时 先开启的浇口 因为熔胶流量集中 流速快 剪切速率和剪切应力大 高分子降解 气化而产生瓦斯气和料花 熔接线 了 自然是不可行的 最后 料花的消除是靠改用熔融指数 MeltFlowRate或MFR 较大的的PP达成的 熔融指数大的熔胶黏度小 剪切应力和摩擦生热减少 高分子不易降解 气化 瓦斯气和料花不易产生 浇口保持全开 就失去使用顺序开启阀式浇口的原意 如消除 因降解 气化而生的瓦斯气生成的银纹和料花的消除 因空气生成的银纹和料花的消除 下图显示一添加20 滑石粉的聚丙烯 PP T20 汽车装饰板的加强筋 rib 的下游生成了料花 当熔体流进加强筋时 将加强筋中的空气卷出 拉伸 并由固化的塑料定型在制品表面而形成料花 要避免这种料花的产生 除了做好加强筋的排气 venting 外 加快熔体流过加强筋时的射速和增加熔体的黏度都有减少此类料花的功效 下图是一主流道 sprue 下游满布料花的塑件 原因是螺杆松退时 吸进了大量的空气 下一次注射时 熔体将空气带到制品表面 形成泛滥成灾的料花 遇到这类情况 应该减少螺杆松退 检修漏气之零部件 只要空气不进入喷嘴及其上游 下一次注射时就不会因空气而产生料花 因空气生成的银纹和料花的消除 红圈示处并非缩痕 而是气痕 当熔体从1 2t区流往3t区时 壁厚作阶梯式的突变 困气而生气痕 Redcircleshowswhereshortshotandgasmark notsinkmark is 3t 3t 1 2t 1 2t 3t 1 2t 白线是1 2t区和3t区的界线 Whitelineisthepartitionlinebetween1 2tregionand3tregion 1hx2w潜伏式浇口加在1 2t制品上1hx2wsub gateaddedonto1 2tpart 端盖 ABS 气痕 欠注Endcap ABS shortshot gasmark 困气生气痕GasMarkCausedbyTrappedAir 气痕 困气 熔体自薄壁流进厚壁 壁厚差异大而又作阶梯式断然变化时 快速前行的熔体前沿会跨过尖锐的转角而将气体围困其中 该气体因压缩 升温而氧化 降解与其接触的塑料而形成色泽不一的气痕 困气生气痕 亮印 哑色或模糊印 焦痕等都是气痕以不同的色相显现 熔体合流形成熔接线 weldline 或气穴 gastrap 时 如果排气顺畅 如左图所示 会合之熔体前沿之间的气体可以及时排到型腔之外 不至于阻隔相会前沿的熔合 前沿会合处色泽与其他地方色泽较为一致 制品质感较佳 亮印 哑色或模糊印 焦痕等都是气痕以不同的色相显现 当排气不顺或困气没有出路时 气体在熔体前沿会合挤压下升压升温并流窜围困在制品表面和模面之间 如左图所示 与升压升温的困气接触的制品表面 随着温度的升高 其色泽经历高光 模糊 焦黑的过程 最后制品表面缺陷则根据其色相 而以亮印 哑色或模糊印 焦痕等名之 困气 亮印 哑色或模糊印 焦痕等都是气痕以不同的色相显现 左图显示一尼龙六 PA6 护套因困气产生的亮印 熔体自两个浇口进胶后 如红色箭头所示沿制品外缘路径快速包抄中央薄壁型腔的空气 形成气穴 此处无处排气 困气在高压下升温 与其接触的塑料在高温下呈现亮印 2浇口 嵌块镶拼而成 火花放电加工而成 亮印 哑色或模糊印 焦痕等都是气痕以不同的色相显现 左边黄圈所示成型加強筋的沟槽是以火花放电加工而成 没有任何间隙可以让困气得以逃出 气体被熔体前沿推挤压缩升温 与困气接触的塑料因高温而呈亮印 右边白圈所示之加強筋沟槽是以嵌块镶拼而成 加強筋之色泽无异 机座 PA6 GF30 浙江省温州市 亮印 短射 从左图可以看到打卡机壳上的加強筋上有黑色焦痕 这是因为成型加強筋的沟槽是以火花放电加工而成 没有任何间隙可以让困气得以出逃 气体在熔体前沿推挤压缩下 因狄赛尔效应 Dieseleffect 燃烧塑料而成焦痕 亮印 哑色或模糊印 焦痕等都是气痕以不同的色相显现 气痕的消除EliminationofGasMarks 气痕的消除 一来要正本清源 二来要气畅其流 Inordertoeliminategasmarks firstly gassourcesshallbeeliminatedand secondly theventingshallbeoptimized 正本清源就是不让气体有发生的机会 这里特别要提到 瓦斯气往往是在高速的熔体通过狭小流路 如喷嘴 阀门或 和浇口 的时候因为激烈的摩擦生热而产生 所以太小的流路和过高的射速应该避免 Gaswillgeneratedbyhighspeedpolymerflowinnarrowflowpaths likesmallnozzle valveopeningsor andgates duetohighfrictionheat sosmallflowpathsandhighinjectionspeedshallbeavoided 下图红圈所示狭窄流路的下游有一连串气泡 而上游则无 说明气泡是在熔体高速通过狭窄流路时温升气化产生的 这些气泡顺流而下 在熔体前沿处被翻卷至模壁而在制品表面形成了银纹 气痕的消除 在此情况下 将该狭窄流路合理放大 降低剪切应力 shearstress 和摩擦生热 熔体就不会气化 气泡和银纹就不会产生 右图是一聚丁烯对苯二甲酸酯 PBT 的球形把手 knob 当进胶口径 A是1 8mm时 产生了银纹 将 A加大 银纹减少 当 A加大到2 5mm时 银纹消失 说明通过浇口的熔体因浇口扩大而降低流速 剪切速率 shearrate 剪切应力和摩擦升温 高分子就不至于降解 气化而产生银纹 气痕的消除 Runnerwithflowregulator PA66 GF30 JiangSu China gasbubble 2014 7 2 节流阀 白色箭指处可见瓦斯气泡 开启很小的节流阀的下游有成串气泡 而上游则无 Astreamofbubblesonlyfoundinthedownstream notupstream ofthesmallopenedflowregulator 气泡形成的孔HolesFormedbyGasBubbles 进胶圆柱的直径只有1mm 射速快时剪切速率大 熔体急速升温 气化和碳化 气化的瓦斯气和剥落的碳化物随着流路中央的高速塑流冲向前沿 前沿的喷泉流将其卷到模壁就形成银纹 料花 黑线 黑斑等 充填完毕时 尚未追及前沿的瓦斯气和碳化物就留在流路中央 以碳黑和 上图蓝色箭头所示 孔洞的形式留在塑件当中 Partwithcavitiesinsideit locatedatthegate 1mm downstream notnecessarilyinthethickersectionofthepart PA66 GF30 JiangSu China gasbubble 2014 7 2 气泡形成的孔穴CavitiesFormedbyGasBubbles 熔体自一受限区域 例如浇口或是喷嘴 快速冲进一宽厚区域 塑流不稳 而生乱流 称之为喷流 jetting 乱流在塑件表面形成的痕迹 就叫作喷流痕 jettingmark 该痕时而呈弯曲折迭之蛇行状 故亦有蛇纹之名 喷流痕JettingMark 模具塑流通過澆注系統 包括噴嘴 流道 澆口和型腔 中 橫截面小的 瓶頸 快速流進 橫截面突然放大的 下游流路時 塑流不穩 熔膠破裂 產生噴流 上下游流路的橫截面的關鍵尺寸 即最小尺寸 如長方形截面的厚度或橢圓形截面的短軸長 的比例不可太小 要大於材料常數 materialconstant n 0 5forTPU0 6forPE PS0 7forPOM 聚缩醛 PP0 75forABS SAN SBC K RESIN 0 8forCA 醋酸纤维素 PA PBT PC PMMA0 9forPPO PVC PEEK GF 喷流痕JettingMark 后保险杠装饰件 PC ABS 浙江省宁波市 喷流痕 2013 4 17 18 原始设计 原来更改设计 1建议更改设计 h t 0 4 h t 0 6 h t 0 84 模具2 冲击型浇口冲击型浇口将进胶的熔体导向一固定面 如距离近之对面模壁 以释除应力 可稳定塑流 避免喷流 边缘浇口或侧浇口 edgegateorsidegate 搭接式浇口 overlapgate 和潜伏式浇口 submarinegate 可设计成冲击型浇口 然而这些浇口不必然就是冲击型浇口 如果进胶并非立即撞击一固定面 就不能算是冲击型浇口 喷流痕JettingMark 差的Poor 好的Good 使用冲击型浇口以避免喷流AvoidJettingbyUsingImpingementGate 使用冲击型浇口以避免喷流AvoidJettingbyUsingImpingementGate 支撑块 HDPE 上海市 喷流痕 底面平面度不合格 2015 4 12 A A SEC A A 支撑块 HDPE 上海市 喷流痕 底面平面度不合格 2015 4 12 C Hsu 将浇口循蓝箭所示方向移数mm即可形成冲击型浇口而避免喷流 支撑块 HDPE 上海市 喷流痕 底面平面度不合格 2015 4 12 C Hsu 将浇口循蓝箭所示方向移数mm即可形成冲击型浇口而避免喷流 注塑机射速射速太高时塑流不稳 易生喷流 采用优化螺杆速率曲线 optimizedramspeedprofile 使熔体前沿能够先以一较慢速度通过浇口 一旦舌形熔体前沿在浇口下游形成 螺杆速度再予以提高 就不容易产生喷流 2 料温或模温料温或模温太低时黏度高 剪切应力大 熔体破裂 易生喷流 提高料温或模温有抑制喷流的效果 喷流痕JettingMark 注射速度对熔体流动行为的影响 实验结果表明 相同浇口尺寸下 注射速度对于熔体流动行为的影响十分显着 注射速度过快时 很容易出现喷流现象 波纹Ripple 桂林漓江江面的波纹 美景 注塑制品上的波纹 不良品 DucksonLakeObersee上湖 Germany Berchtesgaden Germany May22 2014 模具1 浇口 gate 或 和近浇口处太窄浇口或近浇口处太窄 射速快时 剪切速率和剪切应力大 塑流不稳 容易产生雾斑 blush 浇口晕 corona 银纹 silverstreak 或 和喷流 jetting 等问题 射速慢时 熔体前沿推进缓慢 固化层延伸到前沿 阻止前沿的喷泉流 fountainflow 将熔胶连续性的卷到模壁上 形成垂直流动方向的缩痕 状如涟漪 波纹Ripple 汽车安全座椅搭扣 POM 江苏省苏州市 2013 6 20 21 1hx4w浇口加在4t制品上 C Hsu 浇口太薄 射快喷流痕 射慢波纹 浇口应加厚到 0 7x4 2 8mm以上 汽车安全座椅搭扣 POM 江苏省苏州市 2013 6 20 21 汽车安全座椅搭扣上浇口附近的波纹 射速高時 熔体自薄的浇口进入型腔的流速高 剪切速率 shearrate 大 剪切应力 shearstress 大 流体难以稳定 容易产生雾斑 blush 浇口晕 corona 银纹 silverstreak 或喷流痕等 为了避免不稳定的塑流 把螺杆速率降低 这么一来 熔体进入型腔后 由于前沿推进缓慢 大量熔体热量被较冷的模壁带走 如下图所示 固化层 frozenlayer 加厚 并且延伸至前沿 前沿的喷泉流 fountainflow 受延伸固化层阻挡 只能绕过固化层的前沿 卷至下游的模壁 有如跳蛙 leapfrog 一般 这样的固化层外形 就好像把石子投在池子的中央 浇口 形成一圈一圈同心圆的涟漪 波纹Ripple 射出快时产生雾斑 blush 浇口晕 corona 银纹 silverstreak 料花 splay 或 和喷流痕 jettingMark 射出慢时产生波纹 ripple 往往是浇口处太小所致 缩痕或缩孔SinkMarkorVoid 缩痕 sinkmark 的定义 制品表面的局部塌陷 或呈酒窝状或呈沟壑状 缩孔 void 的定义 制品内部因塑料收缩而让出的真空孔洞 缩孔或 和缩痕的形成Voidor andSinkMarkForming 制品 凸出件 projection 太厚凸出件 包括筋板 角板 卡扣板 螺柱等 壁厚太厚时 凸出件壁和面板相遇处更厚 此处塑胶集中 冷却时 周围的壁板先行固化 此一凸出件壁和面板交会处的中央仍然保持液态 后凝的塑胶在先固化的塑胶上收缩 对其周围的凝结层有吸入 sucking in 的作用 如果任何一处凝结层较为薄弱 一般就在凸出件相对的模面处 该处就有可能因为塌陷而形成缩痕 如果凝结层够强 上述凸出件壁和面板交会处的中央就会形成缩孔 凸出件壁厚以面板厚度的50 75 为宜 甚至可以更薄 CAE模拟 可以藉缩痕指数 sinkindex 的预测 了解不同凸出件壁厚设计对缩痕或缩孔的影响 缩痕或缩孔SinkMarkorVoid 支架 PBT GF30 江苏省南通市 缩痕 2014 11 27 28 缩痕 2 5hx6w截面之加强筋x2与1 5t端板接 支架 PBT GF30 江苏省南通市 缩痕 2014 11 27 28 缩痕或缩孔SinkMarkorVoid 环坑状缩痕的形成 酒窝状缩痕的形成 制品3 局部壁厚太厚局部壁厚太厚时 在厚壁处易生缩痕和缩孔 应采用掏空 coring out 等技巧 使得壁厚尽可能的均一 缩痕或缩孔SinkMarkorVoid 模具1 主流道 sprue 流道 runner 或 和浇口 gate 太小主流道 流道或 和浇口太小 流阻提高 如果射压不足 型腔无法填实 熔体密度小 发生缩痕或缩孔的机率大 以CAE在电脑上对不同的熔体传送系统 包括主流道 流道和浇口 的充填进行模拟分析 找出理想的主流道 流道和浇口的尺寸 包括长度和截面有关尺寸如直径等 是可行之道 缩痕或缩孔SinkMarkorVoid 11spruegateaddedon 18stem 18 11 球阀 PP 广东省顺德市 缩孔 2011 12 15 11 18 0 61 0 7 18mm Injectioncompression 缩孔 球阀 PP 广东省顺德市 缩孔 2011 12 15 11spruegateaddedon 18stem 模具2 浇口 gate 的位置不当浇口的位置不当 使得流长 flowlength 太长 流阻太大 如果射压不足 型腔无法填实 熔体密度小 发生缩痕或缩孔的机率大 浇口应尽可能置于壁厚处 确保补充流 compensationflow 的充份供应 减少缩痕或缩孔的可能 以CAE在电脑上对不同的浇口设计进行模拟分析 找出浇口的最佳数目和位置是聪明的作法 缩痕或缩孔SinkMarkorVoid L L 3 1 2 0 6 2 5t 2 5t A柱上护板 PP EPDM T20 上海通用汽车 有 2015 9 15 上海通用技术交流会 1h扇形浇口 doghouse C Hsu 1 缩痕 非缩痕 而是迟滞痕和应力痕 2 将该doghouse根部厚度加大到1 0t 与其他3doghouses同 3 将浇口置L之中点 4 将浇口之厚度h增加到1 8mm 0 7x2 5 1 75 CHX 根部打薄到0 6t 仍有 缩痕 其他3doghouses根部1 0t 却无 缩痕 GM Korea也有此情形 2 5t 模具3 补缩之塑流流路的流长对壁厚比 flowlengthtothicknessratio 太大塑流流路 包括主流道 sprue 流道 runner 浇口 gate 和型腔 cavity 有太小或太薄的瓶颈或太长的流程 流阻太大 保压无法到位 型腔无法填实 熔胶收缩大 发生缩痕或缩孔的机率大 以CAE在计算机上对不同的熔胶传送系统的充填进行仿真分析 找出合理的主流道 流道 浇口和型腔的尺寸 包括长度和断面有关尺寸如直径等 是稳妥之道 缩痕或缩孔SinkMarkorVoid 模具 一模八腔 冷流道潜浇口进胶 材料 PP 问题 模具生产时 偶尔一腔会出现气泡 C Hsu 缩孔 位置固定 客户要求第二套模具不能有此问题 客户要求第二套模具的生产周期由36秒降低到26秒 黄色线框区域出现气泡 C Hsu 缩孔 泡沫泵喷头气泡 C Hsu 缩孔 消除及生产周期减半案例 2015年moldflow大師賽 改善方案对比说明 浇注系统 1 增加热浇道 2 缩短冷流道 旧模 新模 2015年moldflow大師賽 0 8 2 5mm 前模潜浇口 最大充填压力 在相同的保压参数设置下 新模压力降低了15 3MPa 降幅接近三分之一 保压调整窗口大幅提升 可改善局部体积收缩 新旧设计分析结果对比 保压切换点的压力 旧模 新模 成型压力下降33 2015年moldflow大師賽 此区域体积收缩率有效降低 新旧设计分析结果对比 顶出时的体积收缩率 旧模 新模加强保压 此区域体积收缩率下降31 新模在加强保压后 最高压力未超过旧模 重点区域顶出时的体积收缩率明显降低 可以避免出现真空泡 C Hsu 缩孔 实际改善效果 客户在看过详细的Moldflow改善分析报告后 同意了新模方案 直接下单开模 新模8腔试模样品未见气泡 C Hsu 缩孔 出现 完全OK 且成型周期为25秒 达到了客户要求 OK 2015年moldflow大師賽 2015年moldflow大师赛 0 8 2 5mm 前模潜浇口 原始浇注系统设计 C Hsu 原始潜伏式浇口进胶点 0 8mm偏小 如果适度放大 一来因为浇口的压力降小 使得型腔内压更高 二来由于浇口封凝得晚 保压时间较长 可以更有效的补缩 此处空气应设法排出 熔接线Weldline 注塑件上熔接线的品质控制QualityControlontheWeldLineofanInjectionMoldingPlasticPart 熔接线品质的提升 藉由 1 排气 vent 的优化 2 形成熔接线之二熔体前沿之会合角 meetingangle 的扩大 3 模温的提高 4 保压时间 holdingtime 和压力的优化和5 适当溢流井 overflowwell 的添加 可以将熔接线的品质大为提升 排气的优化 排气不良时 气体阻隔二接近前沿的会合 其间的空气在充填末端升压 升温 并氧化 降解与其接触的熔体而使其变色 烧焦和欠注 shortshot 所以 形成熔接线之二前沿会合处要加排气 排气槽的深度在不产生飞边的前提下愈深愈好 排气的优化 图1是PC和ABS合胶之汽车标牌 logo 其上有三条熔接线 正面红色线段和反面红色椭圆圈所标示的二熔接线较为明显 正面绿色线段和反面绿色圆圈所标示的一熔接线较不明显 原因在于前者于二熔体前沿会合时 其间空气无路可走 阻隔前沿的会合和融合 后者在熔体前沿会合时 其间空气可驱赶到下游尚未充填的卡扣板的型腔内 使得前沿的会合和融合较为顺畅 此例说明排气顺畅对高品质熔接线的重要性 图1一是PC和ABS合胶之汽车