頂針應力痕與頂凸頂白

射出成型不良-頂針應力痕與頂凸頂白

頂針印是塑料產品表面不希望出現的凹痕或印記,它們通常位於頂針接觸產品的部位。這些印記不僅破壞了產品的外觀,有時還會影響產品的結構強度。 在塑料射出成型中,頂針印的形成大致可分為兩種情形,分別是針應力痕與頂凸頂白。

1. 頂針應力痕與頂凸頂白

頂針印是塑料產品表面不希望出現的凹痕或印記,它們通常位於頂針接觸產品的部位。這些印記不僅破壞了產品的外觀,有時還會影響產品的結構強度。
在塑料射出成型中,頂針印的形成大致可分為兩種情形(圖1)。

第一種是模具開模後,頂針作用於產品時產生的頂針印。這種情況下,頂針印的形成與頂針的位置、力度和形狀有關。如果頂針配置不當或力道過大,則可能在產品的相應位置產生凸起或印痕(頂凸或頂白)。解決這個問題通常需要調整頂針的位置,確保其均勻接觸產品表面,或者修改頂針的結構設計,以減輕對產品表面的壓力。

第二種情況則是在模具尚未開啟,產品還沒有被頂出時已經產生了頂針印。這種情況可能與保壓階段有關。在射出成型的保壓階段,需要對模具內的熔融塑料施加一定的壓力以防止產品縮水和確保塑料充分填充模腔。如果保壓壓力過大,頂針可能在產品固化前對其表面產生壓痕。處理這種問題需要仔細調整保壓壓力和時間,確保頂針不會在不適當的時機對產品造成印痕。

在實際生產中,遇到頂針印問題時,射出技師必須快速準確地判斷出是哪一種情況導致的問題(圖1),並及時調整生產參數或模具設計。這要求技師不僅要有豐富的射出成型經驗,還需要對模具設計、塑料材料特性和成型機的操作有深入的了解。

2. 頂針應力痕(印)

(2-1) 頂針受成型壓力變形產生的頂針痕

先看一個公式:P=F/S
這個是壓強公式,P為壓強、F為壓力、S為力作用的面積,S越大即頂針的直徑越大。單支頂針所承受的固定P的能力越強。較大直徑的頂針不易被射壓擠彎。即不易有射壓過後頂針回彈至成品被擠出頂針應力痕。

成品射出壓力假設為100Mpa = 100N/mm^2≒(約等於)10Kg/mm^2, 意思是每支頂針所承受的力是每平方毫米10kg。所以頂針所承受的力量可參考(圖2)內容,這是以射出平均壓力來計算,頂針所承受的力會較計算小些。

此類現象的發生也比較常見,在產品未頂出前便可看出頂針痕的存在。對於結構複雜尺寸偏大的產品而頂針尺寸又不夠大以及頂針離澆口比較近的情況時較容易發生。此時就需想辦法降低成型壓力(可通過修改流道,進澆點尺寸)。還有一種方式是頂針板的下方增加停止銷防止頂出板形變(參考-【模具頂針應力痕與模具停止梢影響】影片內容)。

(2-2) 頂針與模具鋼料的導熱係數不同產生的頂針痕

這種現象在咬花產品會有較大程度的影響,主要是頂針材質與模仁材質不同的導熱係數產生,還有頂針與模仁間存在必要的間隙等,導致傳熱速度不一樣,存在溫差,而溫差又導致塑膠在此局部冷卻速度不一樣,因為溫度差而使產品表面顯現出來不同的亮度,模溫越高越明顯,通常解決方案有以下幾種。

  • (a) 將頂針位置加膠0.05~0.20mm即可改善此影響(圖3),作用是讓膠跑到頂針的地方時產生亂流減少塑膠分子鏈的拉升受力,相應的也就減少了該部位在塑膠冷卻後的應力集中現象。
  • (b) 另外還有種方式是在頂針表面做咬花或皮紋處理(圖3),原理同上。
  • (c) 用鈹銅做鑲件將頂針(或斜頂)裝在鈹銅鑲件裡面,成型時快速傳遞熱量,可以減輕應力痕—–此方式使用的很少。

(2-3) 模具水路影響所產生的頂針痕

  • (a) 一般情況下,模溫較低時容易產生應力,適當提高溫度溫可減低應力的產生,此方法是為了應付產品造型設計不妥時產生的應力痕,對於頂針痕的解決不會有太多效果。
  • (b) 有時當射出速度較高時,即使模溫低一些,也可減低應力的產生。
  • (c) 調整冷卻水路,保證模具各部位溫度的一致性。

(2-4) 頂針排氣所引起的頂針痕

  • (a) 通常一副好的模具要看它的排氣系統設計的如何。模具排氣順暢時塑膠充填也就會很順暢,相應你的成型參數就容易控制的多。
  • (b) 頂針除了頂出產品的功能以外,還要有幫助模具排出型腔內氣體的作用。根據產品結構,模具所需採取不同的頂針大小和材料,塑膠流到頂針附近時因排氣效果的差異而產生不同的流動效果,從而使產品表面產生頂針痕跡—–此狀況較少確認。有爭議的地方是:當頂針有排氣功能時,它的間隙就會出來,相對於前面所說的,頂針與模具溫差而產生頂針痕就有些矛盾。

3. 頂凸頂白

(3-1) 頂針受脫模產品壓力產生的頂針(印)痕

對於一些筋位元偏深的產品來講,需要將頂出的受力點放到那些深的筋位上。以避免頂針在頂出時由於受力過大而產生頂針痕。頂針位置的設置要考慮是不是在最大著力點上與是否平衡頂出(圖4) (圖5)。

(3-2) 增加頂出面積

修改頂針尺寸來解決,或是改成頂出塊的形式增加頂出面積。(參考-【塑件頂凸頂白案例討論】影片內容)。

4. 機台及參數對頂針應力痕及頂凸頂白影響

這以下的內容也包含了表面應力痕的影響。

(4-1) 射出機的選用

射出機選用不當,也會產生內應力。那種認為大容量射出機注射小模具中的製品會減少內應力的說法不正確。有時會因為壓力過高、噴嘴結構不合適造成較大的內應力。

(4-2) 射出成型工藝條件

射出製品由於成型工藝特點不可避免的存在頂針痕,但工藝條件控制得當就會使狀況降低到最小程度;影響頂針痕的有模具溫度、加工溫度、射出速度、射出壓力、保壓壓力、射出時間、保壓時間、冷卻時間等。其中溫度、壓力、速度,時間又是塑膠成型工藝的主要因素。

(4-3) 加工溫度

(4-4) 射出壓力、速度和時間

(4-5) 保壓壓力和保壓時間

對於保壓來講,在產品膠量達到90%以上時(V/P轉換)開始使用此參數再去做調整。
不可通過射出壓力等條件把產品完成打飽,或在產品膠量還很少時就開始切換使用保壓。此兩種方式都是極為不妥的。保壓壓力,時間以及切換時間需要控制的很好,這對頂針痕的產生有著很多關係。有時降低保壓壓力和縮短保壓時間有利於取向應力的降低,這時你會發行頂針痕其實改善了很多。

(4-6) 冷卻時間

冷卻時間不足。產品表面溫度還未達到其塑膠材料特性的最高頂出溫度時頂出產品,此時易產生頂凸或頂穿等頂出缺陷。

☆ 其他參考資料及文章

● 【模具頂針應力痕與模具停止梢影響】

● 【頂針應力痕案例及對策討論】

● 【塑件頂凸頂白案例討論】