汽車注塑件典型外觀缺陷分析范文

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《湖北汽車工業(yè)學(xué)院學(xué)報》2015年第一期

1收縮痕

1.1產(chǎn)生原因及改善方法注塑件的收縮痕通常和表面的痕跡有關(guān)，而且是塑料從模具表面收縮脫離形成的，經(jīng)常產(chǎn)生在局部壁厚較大的區(qū)域、筋或突起物的背面。縮痕的形成與塑料熔體充模時的流動狀態(tài)有關(guān)，在正常情況下塑料熔體以“噴泉流”方式填充模具型腔。在這種充模狀態(tài)下，表層的熔體因接觸較冷的模壁形成固化層，而芯層處于熔融狀態(tài)。充模結(jié)束后，表層已經(jīng)冷卻固化，而芯層才開始冷卻，如果此時沒有得到足夠的保壓補償，芯層的冷卻收縮會拉扯表層，導(dǎo)致表面下凹而形成縮痕。收縮痕產(chǎn)生的原因如下：1）塑料收縮率偏大；2）塑料流動性不好，不能及時補塑；3）注塑速度太慢、注塑壓力太低，雖然料流充滿型腔但制品表面不平整；料溫太高、冷卻時間太短、制品未能充分冷卻就已脫模，也會造成制品表面不平整；4）流道不合理、澆口截面過小，無法完成補塑過程；5）澆口位置設(shè)計不當(dāng)，澆口應(yīng)設(shè)計在型厚壁處，否則前端料流無法完成補塑過程；6）模腔內(nèi)塑料不足；7）冷卻階段時接觸塑料的面過熱；8）模溫與塑料特性不相適應(yīng)；9）冷卻效果不好，產(chǎn)品脫模后繼續(xù)收縮。產(chǎn)品結(jié)構(gòu)不合理，在產(chǎn)品局部料厚加厚或是有加強筋結(jié)構(gòu)的部位（加強筋過高、過厚，明顯厚薄不一），也容易產(chǎn)生收縮痕，如圖2所示，淺色為流體，深色為固化層。固化層逐漸加厚，液態(tài)部分變少，液態(tài)向固態(tài)轉(zhuǎn)變過程中，體積變小，薄壁的固化層被拉進去，形成收縮痕。收縮痕的位置，可以通過做內(nèi)切圓的方式找出，以零件外邊緣做內(nèi)切圓，直徑最大部位就是縮痕產(chǎn)生的位置，見圖3。局部加厚與加強筋的結(jié)構(gòu)普遍存在，因此，在產(chǎn)品設(shè)計之初，要盡量保證產(chǎn)品的料厚變化控制在合理的范圍內(nèi)，并盡量做到均勻過渡，加強筋與產(chǎn)品名義壁厚比例的選擇也至關(guān)重要。改善收縮痕的常見方法如下：1）調(diào)整射料缸溫度；2）調(diào)整螺桿速度以獲得正確的螺桿表面速度；3）增加注塑量；4）保證使用正確的塑料；增加螺桿向前時間，提高注塑壓力和注塑速度；5）檢查止流閥是否安裝正確，因為非正常運行會引致壓力流失；6）降低模具表面溫度；7）適當(dāng)改進澆口位置，矯正流道避免壓力損失過大，根據(jù)實際需要，適當(dāng)擴大截面尺寸；8）根據(jù)所用塑料的特性及產(chǎn)品結(jié)構(gòu)適當(dāng)控制模溫；9）在允許的情況下改善產(chǎn)品結(jié)構(gòu)；10）設(shè)法讓產(chǎn)品有足夠的冷卻。

1.2實例分析與改進某種日產(chǎn)雷諾商用車擾流外板有多處焊接柱，在有焊接柱的部位會產(chǎn)生一定程度的縮痕，但有一處收縮痕較為明顯，不被日產(chǎn)檢查員接受。通過增加填充料和增加注塑壓力的方式生產(chǎn)，結(jié)果收縮痕不但沒有得到改善，反而導(dǎo)致產(chǎn)生嚴重的飛邊。破壞零件焊接柱以后，發(fā)現(xiàn)該點模具焊接柱銷子長度偏短，導(dǎo)致該處料厚高于其他焊接柱，因此縮痕明顯。為了改善該處縮痕，在生產(chǎn)廠家模具供應(yīng)商的配合下，加長塑料模具對應(yīng)此處的焊接柱銷子長度至1mm后再調(diào)試，縮痕調(diào)整到日產(chǎn)可接受范圍，如圖4所示。圖4a為焊接柱處表現(xiàn)的收縮痕；圖4b為改進前結(jié)構(gòu)，實物砸破后焊接柱內(nèi)為實心，料厚明顯，縮痕也相對明顯；圖4c為改進后結(jié)構(gòu)，實物砸破后焊接柱內(nèi)有明顯凹槽。由此說明，在模具上去除多余料厚即可減輕縮痕。某國產(chǎn)輕型商用車新法規(guī)后視鏡系列中，補盲鏡后蓋安裝卡座原始設(shè)計結(jié)構(gòu)不合理，零件成型后在A面產(chǎn)生明顯收縮痕，為此更改產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，對卡座底部進行掏空設(shè)計，在原卡座（長6mm，寬3mm）的底部形成一個長4mm、寬1.5mm、高5mm的凹槽。產(chǎn)品結(jié)構(gòu)變更后，卡座加強筋的厚度就減少為1mm與1.5mm，不大于名義厚度的0.6倍，縮痕消除，如圖5所示。圖5a為原始結(jié)構(gòu)實物，補盲鏡后蓋名義厚度2.5mm，設(shè)計安裝卡座長為6mm，寬為3mm；圖5b為改進結(jié)構(gòu)后的實物，是掏空設(shè)計，卡座底部有1個長4mm、寬1.5mm、高5mm的凹槽。

2水絲

水絲，也稱銀紋或白花，注塑件表面的很長的、針狀銀白色如霜一般的細紋，開口方向沿著料流方向，在塑件未完全充滿的地方，流體前端較粗糙，稱為銀絲紋（銀紋）。其表現(xiàn)為隨著流體流動方向在產(chǎn)品表面呈現(xiàn)發(fā)射狀花紋。水絲排除注塑機、模具及成型工藝參數(shù)的因素，主要原因是材料水分過高、原料受高溫降解或碳化物氣化所產(chǎn)生氣體且未完全排盡所致。碳化物是高分子鏈物質(zhì)，在流體流動過程中，受剪切應(yīng)力的作用，降解成小分子鏈后的產(chǎn)物。流體在模具內(nèi)流動的過程中，流體與模具之間、流體與流體之間剪切應(yīng)力越大，則摩擦力越大，散熱越多，導(dǎo)致溫度越高，產(chǎn)生困氣越多，水絲越明顯。為了減少水絲，可以采取如下措施：1）減少原材料水分；2）增大澆口，降低流體的剪切速率與剪切應(yīng)力，降低模具溫度；3）改良模具的排氣系統(tǒng)。

3流痕

流痕是指在產(chǎn)品表面呈波浪狀的成型缺陷，該缺陷是由于熔膠流動緩慢引起的一種蛙跳痕跡，常用有效的解決方案是增加熔膠流動速度和注塑壓力。如果通過增加注塑速度和注塑壓力均無法改善或消除流痕，則需要增加原材料熔融指數(shù)。熔融指數(shù)是指在一定條件下（溫度為230°C），某個時間范圍內(nèi)（10min）流過某一孔洞（直徑2.1mm）的塑料質(zhì)量。熔融指數(shù)越高，材料的加工流動性好，流痕現(xiàn)象越輕。日產(chǎn)某種車型的冷凝器下導(dǎo)風(fēng)板，材料為EVA，在注塑成型后出現(xiàn)明顯的流痕，通過調(diào)整注塑壓力都未得到明顯改善，且出現(xiàn)很嚴重飛邊，最后調(diào)整材料配方，選擇熔融指數(shù)高的材料，將材料從熔融指數(shù)為16.2g/10min的材料更換到熔融指數(shù)為22g/10min的材料，流痕消除。各階段零件外觀對比如圖8所示。

4熔接線

4.1產(chǎn)生原因及解決方法在塑料熔料填充型腔時，模具溫度低于熔體溫度，熔融塑料在型腔中流速不連貫，充模料流被阻斷或以多股料流匯合，料流前沿部分先于其它部分冷卻，不能完全融合，便在匯合處產(chǎn)生線性凹槽，形成熔接線。熔接線是注塑件機械強度較為薄弱的位置，熔接線上可能出現(xiàn)缺口或者是變色現(xiàn)象，缺口特別在深色或光滑透明的注塑件或光亮度高的注塑件上更為明顯。在產(chǎn)品存在孔結(jié)構(gòu)、多個澆口注塑或是產(chǎn)品壁厚不均時，注塑過程中，兩股膠料的前沿相遇熔接，前沿?zé)崃繐p失，且氣體未排盡而產(chǎn)生的表面缺陷。嚴格來說，熔接線并不僅僅是注塑缺陷，而是產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計、模具和生產(chǎn)的綜合問題。遇到注塑件有通孔或者多個澆口注塑時，熔接線容易產(chǎn)生。在注塑過程中，每多一個澆口，就會有多產(chǎn)生一條熔接線的可能，所以在保證模具能填滿的情況下，應(yīng)盡量減少澆口的數(shù)量。解決熔接線的方法有增加模具溫度和流體溫度、提高注塑壓力和速度、更改模具排氣系統(tǒng)、優(yōu)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、減少澆口的數(shù)量等。在不產(chǎn)生收縮痕的前提下，適當(dāng)增加熔接痕部位產(chǎn)品壁厚，在注塑過程中料溫隨之增加，熔接線可以得到改善。同時產(chǎn)品壁厚也對膠料流動速度有影響，因此改變產(chǎn)品壁厚也對產(chǎn)品膠料前沿的角度有影響，前沿角度越小，熔接線越明顯，當(dāng)熔接線呈180°時，熔接線消失。在產(chǎn)品熔接線產(chǎn)生部位，因為2股熔膠結(jié)合不緊，導(dǎo)致該處結(jié)構(gòu)強度稍弱，容易發(fā)生斷裂。

4.2實際案例分析研究與改進某種輕型商用車儀表板儀表裝飾蓋，與高錳鋼卡爪裝配后，再安裝在儀表板本體上，但該卡接結(jié)構(gòu)經(jīng)過數(shù)次拆裝后發(fā)生斷裂。為解決該質(zhì)量問題，先從工藝參數(shù)調(diào)整著手，通過增加注塑溫度，熔接線部位強度加強，未再發(fā)生斷裂現(xiàn)象，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)如圖9所示。圖9a中，零件背面有4個與儀表板本體裝配的卡座，卡座處外表面（圓圈處）有熔接線；圖9b中，圈出部位有熔接線，強度較弱，折裝后出現(xiàn)斷裂。因產(chǎn)品結(jié)構(gòu)限制，熔接線無法完全消除時，可以通過修改澆口大小和位置，將熔接線位置轉(zhuǎn)移至主機廠可以接受的部位。某種日產(chǎn)雷諾商用車格柵采用5點進膠注塑，熔接線在兩側(cè)紋理區(qū)域。經(jīng)分析，采用將上面兩側(cè)2個澆口由15mm加大到30mm，且下面2個澆口向中靠攏155mm的對策。CAE分析顯示，熔接線下移至轉(zhuǎn)角位置，且通過控制排氣和模具溫度，熔接線可以減輕。經(jīng)過調(diào)試驗證，兩側(cè)熔接線消失，見圖10。如圖10b所示，采用5點進膠，在皮紋區(qū)域產(chǎn)生明顯的熔接線。修改澆口后熔接線位置如圖10c所示，將上面兩側(cè)的澆口加大，下面2個澆口向中間移動，熔接線位置下移，通過控制好排氣和模具溫度，熔接線消除。某種日產(chǎn)雷諾商用車控制面板旋鈕最初采用產(chǎn)品內(nèi)側(cè)3點進膠注塑，零件成型后在外表面產(chǎn)生多處熔接線，經(jīng)過調(diào)整進膠量與修改澆口位置與數(shù)量2種方案的驗證，最終找到有效解決措施，將內(nèi)側(cè)原有3個Φ1點澆口改為外邊緣1個長3mm、寬1mm澆口，如圖11所示。圖11a為原澆口方案注塑零件，在外表面產(chǎn)生多處熔接線。

5遲滯現(xiàn)象

在產(chǎn)品壁厚薄弱的部位出現(xiàn)短射或是強度不足，即為注塑的遲滯現(xiàn)象。熔膠在注塑過程中容易在阻力較小的型腔內(nèi)流動，當(dāng)遇到突然減薄的結(jié)構(gòu)時，熔膠會短暫停留，待壁厚部位填充完成時，遲滯區(qū)周圍熔膠已經(jīng)開始固化，此時就容易發(fā)生短射，阻力大引起一定程度的壓力降，薄壁結(jié)構(gòu)的強度也受到影響。遲滯現(xiàn)象可以通過更改澆口位置進行緩解，將澆口位置放在產(chǎn)品離遲滯區(qū)域最遠的部位，減少遲滯發(fā)生的時間，從而起到緩解的作用。在汽車零件中，存在遲滯現(xiàn)象的零件有儀表板右下護板。因為結(jié)構(gòu)需要，產(chǎn)品有一處需要翻折的蓋板，此處容易出現(xiàn)遲滯現(xiàn)象，蓋板經(jīng)過多次翻折，薄壁的連接處出現(xiàn)一條白色的痕跡，該痕跡為遲滯部位材料撕裂的痕跡，是強度不夠的表現(xiàn)。遲滯部位如圖12所示。橢圓內(nèi)的線為遲滯痕，零件經(jīng)過多次翻折會產(chǎn)生一條白線。合理的澆口位置見圖13~14，圈內(nèi)是卡扣，根部是薄壁結(jié)構(gòu)，為避免發(fā)生遲滯現(xiàn)象，減輕卡扣根部斷裂的風(fēng)險，零件澆注口應(yīng)選在箭頭所示部位。

6結(jié)語

在汽車塑料件的實際制造中，根據(jù)經(jīng)驗和常見的品質(zhì)缺陷，依照一定的順序有規(guī)則地排查，就能較方便地找出缺陷產(chǎn)生的真正原因，確定克服缺陷的具體方案和措施。本文中提到的各種改進對策都只能做為定性分析，具體整改能收到多大成效，還需要通過有效的軟件分析或?qū)嶋H的調(diào)試進行驗證。同時利用CAE技術(shù)能預(yù)測模具設(shè)計和工藝條件對制品的影響，預(yù)測可能發(fā)生的缺陷，減少失誤，提高成功率。

作者：鄧鳳霞劉勇單位：東風(fēng)汽車股份有限公司商品研發(fā)院東風(fēng)商用車有限公司