6个方面全面了解科学注塑成型理论，你看得懂几个？

优胜网络服务

注射成型的黏度


首先了解下一些定义：

牛顿流体：一种流体，其粘度不受施加于它的剪切速率的影响。当剪切变化时，粘度保持不变。

非牛顿流体：一种粘度随剪切速率变化而变化的流体。当剪切变化时，粘度不会保持不变。

流变学：非牛顿流体流体流动的研究。



所有的塑料都是非牛顿流体。

这意味着在一定的剪切速率范围内，它们的粘度不会保持不变。

从严格意义上讲，塑料的流变行为是非牛顿力学和牛顿力学的结合。在较低的剪切速率下，塑料是非牛顿的，但随着剪切速率的增加，塑料趋向于表现出牛顿的行为。

这是因为随着剪切速率的增加，聚合物分子开始相互分离，并开始沿着流动方向排列。参考如下：



黏度曲线对注塑成型工艺的重要性

在注塑成型过程中，材料在型腔充填阶段受到大量剪切力的影响。

剪切速率与注射速度成正比。如果剪切速率位于曲线的非牛顿区域，那么剪切速率的微小变化将引起粘度的大位移。

这将使模具填充不一致从而影响量产制品。因此，在这一区域内寻找曲线的牛顿区域并设定注入速度(因此是剪切速率)是很重要的。

可以使用注塑机获得任何模具的粘度曲线。剪切速率对粘度的影响远大于温度。因此，只要实际熔体温度在推荐范围内，在成型过程中就会得到类似的粘度曲线。

型腔平衡
当塑料通过流道进入型腔时，熔体具有一定的温度、压力和速度。所有这三个变量都是时间相关的，这意味着每一个变量的值将在短时间内发生变化，直到填充结束为止。

例如，熔体温度随时间下降。如果熔体温度280℃的注入，一秒钟后，熔体温度低于280℃。每个注塑成品的最终尺寸和质量部分取决于温度、压力和速度。

考虑一个一腔模具：

填充结束时的熔化温度为450华氏度，塑料压力为8000磅/平方英寸，塑料进入型腔的速度为4.5英寸/分钟。现在，如果温度下降到400华氏度，零件会收缩得更少，产生的零件现在比以前的零件大。类似地，如果填充压力和速度的结束改变，部件的尺寸和/或结束将会改变。

现在考虑一个两腔模具，每个模腔都有相同的穴位尺寸：

如果两个腔体没有充满相似的填充条件，那么根据上面的讨论，我们知道从每个腔体产生的两个零件将是不同的。

这就是需要进行型腔平衡测试的原因。

压力降
当塑料流过机器和模具的不同部分时，由于阻力和摩擦作用，在塑料的流动前端处施加压力的损失。

此外，当塑料撞击模具的壁时，开始冷却，增加塑料的粘度，需要额外的压力来推动塑料。

在壁上形成的塑料表层减少了塑料流的横截面积，这也导致了压降。

模塑机具有有限的可用的最大压力量来以设定的注射速度推动螺杆。以设定的注射速度推动螺杆所需的压力决不能超过最大可用压力。在这种情况下，这个过程变得压力有限。

在工艺开发过程中，了解每个部分的压力损失有助于确定整体压力损失和压力下降部分。然后可以对模具进行修改以减少这种压力下降并实现更好的一致的流动。

保压和工艺过程窗口
将塑料注入空腔可以分为两个主要阶段。

第一阶段是注射阶段。在注塑阶段，模腔完全充满熔融塑料。

第二阶段是补缩阶段。补缩阶段在注射阶段之后。补缩压力必须填充到模腔中，塑料等同于塑料冷却过程中发生的体积收缩，因为塑料会撞击模具的冷壁。

在大多数情况下，补缩和保持阶段不区分，统称为保压阶段。

理想的保压压力是通过评估模具的工艺窗口来确定的。

处理窗口也被称为成型面积图。这是可以接受的部件被模制的区域。窗口越大，允许成型波动的范围就越大。如下：



这个过程被设置在这个窗口的中心，这样窗口内的任何变化都会产生可接受的部分。

浇口封闭
塑料通过浇口进入空腔。只要浇口不冻结，塑料就可以进入型腔或离开型腔。

因此必须施加保压，直到浇口被冻结。

进行一个非常简单的测试来确定保压时间：

称量不同保压时间的样品称重，随着保持时间的增加，越来越多的塑料进入腔体增加重量。但是，一旦浇口冻结，塑料就不能进入型腔，零件重量保持不变。这被称为浇口冻结时间或浇口封闭时间。见下图：



上图中，9秒后零件重量保持不变。保压时间设定为比浇口密封时间高一秒，以确保浇口在每次浇注期间都被冻结。在下图的情况下，时间设置为10秒。这将确保一致性，任何小的变化将得到补偿。

注射成型冷却
塑料一旦接触到模具的墙壁，就开始冷却。

模具一直关闭，直到冷却时间结束。然后模具打开，零件被弹出。在模具打开之前，零件必须达到塑料可接受的顶出温度。

如果零件在达到可接受的顶出温度之前被喷射，部件太软，在顶出过程中会变形。而过度冷却时间只是浪费机器时间和利润。

确定合适的冷却时间很复杂。

在厚截面的部分，很难测量最厚部分中心的内部温度。在模具的某些部分，很难得到足够的冷却。

冷却时间的变化也会影响收缩。



在上图中，尺寸A（蓝色）不受cooing时间范围试验的影响。然而，尺寸B（红色）随着冷却时间的变化而变化。尺寸B的目标值为0.135。所以我们可以在17秒左右设定冷却时间。



写在最后：

在设定注塑成型工艺时，经验丰富的工程师更喜欢简单、低波动范围的注塑工艺参数，你有这样的工艺优化经历吗？欢迎在评论区分享~