3 模具設(shè)計(jì)上的解決措施

3.1 水路設(shè)計(jì)

合理的水路設(shè)計(jì)使得型腔表面的模溫盡可能一致。必要時(shí)，在局部壁厚較大或者散熱不好的區(qū)域加強(qiáng)冷卻。如圖11所示，在筋對(duì)應(yīng)的模面加強(qiáng)冷卻，使得表面固化層較快形成，當(dāng)表面固化層較厚時(shí)，剛性較大，不容易產(chǎn)生縮痕。

    圖11 加強(qiáng)冷卻防止縮痕或縮孔

當(dāng)形成筋的動(dòng)定模對(duì)應(yīng)面都是鋼材時(shí)，容易產(chǎn)生縮痕，若在筋的下面改成陶瓷或者塑料鑲件，使得上面的固化層形成較快，剛性較大，最后固化的塑料向內(nèi)吸入，上面不至于塌陷，也可以防止縮痕產(chǎn)生（如圖12所示）。

    圖12 用陶瓷或塑料鑲件防止縮痕產(chǎn)生

3.2 澆口設(shè)計(jì)

      制件的澆口應(yīng)設(shè)計(jì)在壁厚大的區(qū)域，或者靠近縮痕和縮孔出現(xiàn)的位置，以利于保壓補(bǔ)縮（如圖13所示）。澆口的尺寸應(yīng)足夠大，減緩澆口的冷卻，使得更多的熔體能在保壓階段進(jìn)去型腔中補(bǔ)縮。一般情況下，澆口厚度不應(yīng)小于壁厚的50%，最好能達(dá)到壁厚的80%。

    圖13 澆口設(shè)計(jì)位置

3.3 流道設(shè)計(jì)

       優(yōu)先選用圓形流道，因?yàn)閳A形流道的有效截面積最大，其次是梯形流道，最好不要選用半圓形流道。流道的有效截面越大，保壓補(bǔ)縮的能力越強(qiáng)，制件越不容易出現(xiàn)縮痕或縮孔。此外，流道的尺寸應(yīng)足夠大，減少充模阻力，給型腔提供足夠大的保壓壓力。

    3.4 拉料桿設(shè)計(jì)

    圖14 拉料桿的設(shè)計(jì)

在三板模中常使用到拉料桿，拉料桿的設(shè)計(jì)應(yīng)避免伸到流道中，造成流道的有效截面變小，充模阻力增加，不利于制件的保壓補(bǔ)縮，如圖14所示。對(duì)于聚碳酸酯(PC)等流動(dòng)性較差的材料，尤其需要注意拉料桿的設(shè)計(jì)，避免流道壓力損失過(guò)大引起實(shí)際保壓不足，導(dǎo)致制件產(chǎn)生縮痕或縮孔。

 3.5 排氣設(shè)計(jì)

模具的排氣順暢，注塑時(shí)可以采用較高的壓力和速度，保壓補(bǔ)縮的效果更好，降低縮痕或縮孔產(chǎn)生的可能性。圖15是典型的排氣槽設(shè)計(jì)，根據(jù)材料的不同，排氣槽的深度也會(huì)有所不同，但相同的是排氣槽的長(zhǎng)度不能過(guò)長(zhǎng)，最好在2mm左右。

    圖15 典型的排氣槽設(shè)計(jì)

4 成型工藝上的解決措施

4.1 模具溫度

模溫對(duì)縮痕或縮孔的影響是相對(duì)的。模溫太低時(shí)，制件表層容易凝同變厚，芯層的厚度相對(duì)減小，保壓補(bǔ)縮的通道變窄，制件遠(yuǎn)端得不到足夠的補(bǔ)縮，形成縮痕或縮孔；此外，模溫較低使得澆注系統(tǒng)特別是澆口容易凍結(jié)，制件得不到足夠的保壓補(bǔ)縮，也容易形成縮孔或縮痕。模溫太高時(shí)，模具的冷卻效率較低，冷卻緩慢，由于冷卻時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，導(dǎo)致收縮也變大，如果得不到足夠的保壓補(bǔ)縮也容易導(dǎo)致縮痕或縮孔。但相對(duì)來(lái)說(shuō)，模溫較低時(shí)容易產(chǎn)生縮孔，模溫較高時(shí)容易產(chǎn)生縮痕。圖16是某項(xiàng)目的玩具燈零件，材料為透明PC，主體部分是1/4球形，壁厚不均，在厚度大的部分形成縮孔，將模溫從100℃提供至130℃，并采用高壓低速注塑，這樣一來(lái)縮孔就消失了。

    圖16 提高模溫消除縮孔

4.2 有效保壓

有效保壓偏低，導(dǎo)致樹脂填補(bǔ)小于制件的收縮量，在模具溫度偏高時(shí)就容易形成凹痕，而在模具溫度偏低時(shí)容易形成空洞，如圖17所示。保壓過(guò)低的主要原因如下：保壓設(shè)定值偏低、保壓時(shí)間偏短、澆口尺寸偏小、分流道偏細(xì)。

    圖17 保壓與縮痕和縮孔的關(guān)系

4.3 其他影響較大的工藝參數(shù)

其他對(duì)縮痕和縮孔影響較大的工藝參數(shù)還包括熔體溫度、注塑速度、V/P轉(zhuǎn)換位置、背壓和殘膠量等。熔體溫度越高，材料黏度越低，更有利于充模和保壓補(bǔ)縮，對(duì)防止縮痕和縮孔有利，但熔體溫度越高，相應(yīng)的冷卻時(shí)間也越高；合理的注塑速度，可以在澆口凍結(jié)前有效地進(jìn)行保壓補(bǔ)縮；V/P轉(zhuǎn)換位置一般選擇在制件填充到95%～98%左右，切換過(guò)早容易引起縮痕或縮孔；適當(dāng)?shù)谋硥嚎梢栽黾尤垠w的密實(shí)性，有利于防止縮痕或縮孔；殘膠量一般控制在5～10mm，適當(dāng)?shù)臍埬z量才能保證保壓的效果。

 4.4 后冷卻處理

 對(duì)于一些外觀要求沒(méi)有縮痕但允許內(nèi)部有縮孔的制件，可以在出模后迅速浸泡到凍水中，使得制件短時(shí)間內(nèi)固化冷卻，防止縮痕的產(chǎn)生。這種方法對(duì)壁厚較大的產(chǎn)品比較有效。圖18是某項(xiàng)目的玩具恐龍，材料為熱塑性聚氨酯(TPU)，在設(shè)計(jì)上很難避免壁厚不均和較大的壁厚，制件在模具內(nèi)也很難充分冷卻，出模后制件表面容易形成縮痕。解決的辦法是制件出模后立刻裝在夾具上放入凍水中定型，使得制件表面迅速冷卻，當(dāng)然這會(huì)導(dǎo)致制件中間產(chǎn)生縮孔，但不會(huì)影響到制件的外觀。

    圖18 出模后凍水冷卻防止縮痕

5 材料上的解決措施

5.1 結(jié)晶和無(wú)定型材料

結(jié)晶材料的收縮要大于無(wú)定型材料。因?yàn)榻Y(jié)晶材料從熔融狀態(tài)冷卻至室溫的過(guò)程中，分子鏈有序排布形成晶體，所以結(jié)晶材料的體積收縮要大于無(wú)定型材料。因此，相對(duì)而言，結(jié)晶材料更容易產(chǎn)生縮痕或縮孔。圖19是某項(xiàng)目的碎紙機(jī)外殼，采用增強(qiáng)PP取代ABS，雖然材料的收縮率近似，制件在尺寸方面沒(méi)有問(wèn)題，但在筋位處縮痕比ABS明顯，需要調(diào)整筋位厚度或基面厚度，或者調(diào)整流道和澆口的尺寸，加強(qiáng)保壓補(bǔ)縮。

    圖19 縮痕（增強(qiáng)PP替代ABS）

5.2 黏度

材料的黏度越高，充模阻力越大，填充越困難，保壓補(bǔ)縮效果越差，因此越容易產(chǎn)生縮痕或縮孔。因此，要改善制件的縮痕和縮孔，提高材料的流動(dòng)性是一個(gè)可行的方案。

5.3 填充物

填充物的加入有利于增加制件表層的強(qiáng)度，抵抗芯層的收縮應(yīng)力，制件不容易產(chǎn)生縮痕，而傾向于產(chǎn)生縮孔。需要注意的是，纖維增強(qiáng)的材料，在平行和垂直流動(dòng)方向上的收縮有較大的差別。由于玻纖取向平行于流動(dòng)方向上，起到支撐作用，因此在該方向上收縮較小，而在垂直于流動(dòng)方向上收縮較大(如圖20所示)。圖21是某項(xiàng)目的發(fā)夾，材料為PA66+15%玻纖，制件內(nèi)部有平行和垂直流動(dòng)方向的兩種加強(qiáng)筋，平行于流動(dòng)方向的加強(qiáng)筋背面幾乎看不到縮痕(圖21a)，垂直于流動(dòng)方向則能看到輕微的縮痕(圖21b)，這是由于垂直于流動(dòng)方向的收縮較大所致。

    圖20 纖維增強(qiáng)材料在不同方向上的收縮

    圖21 不同方向上的加強(qiáng)筋縮痕

6 結(jié)語(yǔ)

產(chǎn)品設(shè)計(jì)、模具設(shè)計(jì)、成型工藝和材料都影響縮痕和縮孔的產(chǎn)生。要避免或減輕縮痕和縮孔問(wèn)題，從產(chǎn)品設(shè)計(jì)和模具設(shè)計(jì)著手是根本的對(duì)策，再?gòu)某尚凸に嚿先フ{(diào)整，與材料相配合，才能徹底解決縮痕和縮孔問(wèn)題。