內容目錄
1. 保壓壓力(Packing Pressure)
在射出過程中將近結束時,射出壓力切換為保壓壓力(Packing Pressure)後,就會進入保壓階段。保壓過程中射出機由射嘴向型腔補料,以填充由於塑件收縮而空出的容積;如果型腔充滿後不進行保壓,塑件大約會收縮25%左右,特別是筋處由於收縮過大而形成收縮痕跡。保壓壓力一般為充填最大壓力的85%左右,當然要根據實際情況來確定。
保壓壓力控制對於減少毛邊(溢邊/飛邊/披鋒)和防止塑件黏模有著非常重要的意義,良好的保壓壓力控制方式有助於減少塑件收縮,提高塑件的外觀質量。保壓壓力一般為射出壓力的75%~85%,採用(圖1)的保壓壓力控制曲線有助減少射出壓力和所模力,保持良好的控制質量。(圖1)是整個射出成型的保壓控制。

經驗表明,保壓時間過長或過短都對成型不利。過常會使得保壓不均勻,塑件內部應力增大,塑件容易變形,嚴重時會發生應力開裂;過短則保壓不充分,塑件體積收縮嚴重,表面質量差。
保壓曲線分為兩部分,一部分是恆定壓力的保壓,大約需要2~3s,稱為恆定保壓曲線;另一部分是保壓壓力逐步減小釋放,大約需要1s,稱為延遲保壓曲線,延遲保壓曲線對於成型塑件的影響非常明顯。如果恆定保壓曲線變長,塑件體積收縮減小,反之則增大;如果延遲保壓曲線斜率變大,延遲保壓時間變短,塑件體積收縮變大,反之則變小;如果延遲保壓曲線分段且延長,塑件體及收縮變小,反之則變大。
射出充填過程中,當型腔快要充滿時,螺桿的運動從流動速率控制轉換到壓力控制,這個轉化點稱為保壓切換控制點(V/P轉換點/ V/P切換位置)。保壓切換對於成型工藝的控制很重要,保壓切換點以前熔體前進的速度和壓力很大,保壓切換後,螺桿向前擠壓推動熔體前進的的壓力較小。如果不進行保壓切換,當型腔充滿時壓力會很大,造成射出壓力陡增,所需鎖模壓力也會變大,甚至會出現毛邊(溢邊/飛邊/披鋒)等一系列的缺陷。保壓切換的選擇應該適當,過早或過遲的保壓切換都對成型不利。過早地進行保壓切換會使衝模壓力降低,充模困難,甚至出現射出不滿的現象;過遲的保壓切換將導致射出壓力增大,甚至於出現毛邊。
保壓切換方式有位置、速度、壓力、時間等。例如,當射出壓力達到一定值時即進行保壓切換;如果按照位置進行切換,一般選擇型腔填充到95%(射出體積)時進行切換。
射出機中的保壓切換一般都是按照射出位置進行的,也就是說當螺桿進行到某一位置即發生保壓切換,保壓切換的位置、時間和壓力如(圖2)所示。

獲得最佳射出質量的關鍵是在恰當的時刻從熔體射出階段切換到保壓階段。如果切換過早,模腔在保壓階段中被填充(產生內部應力),切換過遲,射出過度。確定模腔注滿時刻的方法,未考慮保持壓力,而是基於下列參數,時間、液壓壓力、螺桿位置、模腔壓力。
相比之下,在恆定的保持壓力水平切換,是控制射出最佳的方式。
保壓壓力是在物料充滿模腔時至冷卻固化作用於物料上的壓力,在保壓壓力作用下的整個時間,成為保壓時間。找出最小保壓時間的最省時最便捷的方法是設定一較長的保壓時間,在逐漸降低保壓時間,直到凹陷產生。保壓所起的作用是,在防止毛邊的發生和過度充填的基礎上,把伴隨著冷卻固化中因收縮引起的體積減小的部分,從噴嘴用塑料熔體進行不斷地補充,以防塑件因收縮而產生縮痕。
從保壓所引起的作用上,其壓力設定往往比一次射出壓力低,但必須保持到模腔中的物料完全固化,即各流道中的物料也發生固化時為止。如(圖3)所示為不同的保壓設置而可能得到的結果,下面分析如下:
- (1) 為經優化的設置,沒有出現錯誤,可以期望得到高質量的零件。
- (2) 的模腔壓力出現尖峰,原因是V-P切換過遲(過度注射)。
- (3) 是在壓縮前壓力下降,原因是V-P切換過早(充填失控,塑件翹曲)。
- (4) 是保壓階段中壓力下降,導致壓力保持時間過短,熔體回流,澆口附近出現凹痕。
- (5) 為塑件殘餘應力大,原因是模具剛度不夠大,或者是V-P切換太遲,射出階段模板發生變形,導致熔體凝固後應力沒有釋放。

2. 如何合理使用保壓
保壓壓力的作用:
模腔充滿塑膠後直到澆口完全冷卻封閉前的一段時間,模腔內的塑膠仍然需要一個相當高的壓力支持,補充材料因冷卻的收縮量。材料的不同收縮,會產生不同的問題,如產品凹陷、變形翹曲、尺寸異常、毛邊等。
材料是在高溫高壓高速的情況下由液體成為固體,材料是由分子組成,分子在射出的階段是拉伸狀態,當壓力下降,分子會收縮,因為產品的溫度分佈不同,即分子的收縮在產品的每個地方是不同的,這樣分子就會產生不同的拉伸收縮力,即內應力。
這裡要瞭解的是材料收縮為什麼會產生這麼多的不良?其實產品最終是一個合格的產品,是材料在不同階段的收縮的一個綜合作用的結果。分為成型和後冷卻階段,後冷卻階段即是產品出模後的2小時或12小時,這個時間過後產品基本不會有變化,不同的材料會有不同的穩定時間;成型階段就是產品在模具內的成型階段,我們對應好了模具內的成型階段,80%以上的問題就可以解決了,其中保壓的作用是重中之重。
保壓怎樣設定,才能達到我們想要的結果?這是根據產品、材料、機台的不同會有點不同,但方向大體上是一樣的,其說明如下。
(1) 產品在模具內的冷卻是不同的
靠近澆口處的冷卻慢,遠澆口處冷卻快,即產品的溫度分佈是近澆口到遠端,溫度是逐漸降低,即是遠處的部分開始固化定型時,澆口處的材料還處於流動階段,所以它們之間在相同時間是逐漸變化的。
設定保壓時可以根據這個特性進行利用,設定多段保壓。第一段保壓壓力主要是對應遠端,為什麼?因為澆口附近的材料還是可流動的,壓力的作用只會使材料向前流動。
隨著冷卻時間加長,產品逐漸向澆口固化,保壓壓力能傳遞到達的位置也跟著變化。多段保壓的設定,可以根據產品的冷卻著重對應不同的位置,最後冷卻的是水口。所以水口位縮水增加保壓時間,遠端縮水增加保壓壓力是最有用的。還有一個直觀的方法是,看螺桿在保壓時有沒有前進,沒有前進,說明壓力不足,需要加壓力,有前進,說明時間不夠,加時間。
(2) 材料不穩定的產品
主要是缺膠,保壓的設定是第一段壓力大,時間可以短點。主要是用保壓彌補注射時材料不穩定造成的短射。一般的注射切換保壓是用位置切換的,不能感知材料的變化。檢驗保壓壓力設定的方法是,調整切換位置,使產品出現缺膠,然後調整加大保壓壓力,使產品不缺膠即為要的壓力,如有尺寸等的其它問題,可以把該段保壓的時間設置短點,使用多段保壓進行其它的保障。
(3) 尺寸不穩定的產品
我們要確認澆口封閉時間,保壓要在澆口封閉時結束。保壓在澆口封閉前結束,澆口的材料會倒流,對澆口附近的尺寸產生影響。如何確認澆口封閉的時間?主要是設定一個合理的保壓壓力(一般是生產時的保壓壓力),逐漸增加保壓時間,直到產品的重量不再增加的時間為澆口封閉時間。
(4) 縮水和毛邊衝突時調整保壓的方法
材料在模具內是表面先冷卻,裡面後冷卻,即在注射填充沒有毛邊時切換保壓,使用多段保壓,第一段保壓壓力小,減少對毛邊處的壓力,不會產生毛邊,該段的壓力和時間以保證沒有毛邊為主。縮水的調整交由第二段保壓,由於第一段保壓的過渡,毛邊處已經冷卻固化,二段保壓可以增大以補縮。一段和二段的壓力和時間,需要相互補充調整。
(5) 保壓對機台的保護
設定保壓時,如果最後段的壓力很大,在保壓結束時,突然卸掉壓力,沒有緩衝過渡,對射出機的電機有很大的影響。設定多段保壓時,最後段保壓壓力小,機台可以釋放壓力緩衝過渡,保護電機。
保壓的調整方法和因素很多,最終的目的是生產穩定的產品。掌握一些巧妙的技巧,對於調機工作將可事半功倍,提升工作效率。
3. 怎樣設置射出保壓
一般可將射出分為兩個階段:
- 在第一階段,大部分塑膠充入模具中,一般為整個製品體積的0%~99.9%;
- 在第二階段,壓實製品,得到與模具結構和外形相同的製品。

在第二階段,雖然只有相對較少的塑膠熔體充入型腔,然而對製品表面的光潔度,美學外觀以及製品尺寸來說非常重要。
在大多數情況下,射出成型的第二階段使用壓力和時間兩個參數。從科學成型的研究角度,我們將兩個因素增加到四個要素:
- (a) 第一階段向第二階段轉換的方法;
- (b) 保持澆口密封(凍結)或澆口不密封狀態下,加工製品;
- (c) 保壓時間;
- (d) 保持型腔內的合理壓力。
(1) 轉換
或許可以這樣說,第一階段向第二階段轉換的控制是成型過程最關鍵的部分。能否加工出高品質的製品往往取決於此,而且也常常是塑膠加工廠不能從一台設備到另一台設備生產出相同製品的原因。
在大多數應用領域,應盡可能讓轉換過程短,即不論第一階段最後是什麼壓力,都希望能夠快速變化到第二階段壓實和保壓所需要的壓力。另外,你必須瞭解設備控制單元是如何正確完成這一轉換過程。
遺憾的是在不同設備之間如何判斷完成轉換還沒有統一標準,因此射出廠(企業)需面臨四種可能:
- (a) 加工設備配置控制粘度的轉換功能;
- (b) 設備控制單元具有一個轉換用粘度設定值,但它只能讓轉換時螺桿的速度變慢,卻不能控制。
- (c) 設備沒有用於轉換的粘度設定值;
- (d) 第一階段向第二階段轉換時,設備不能正常運轉,出現漸變的粘度傾斜,下降或波擺動。
必須要保證第一階段向第二階段轉換時迅速而一致。因此瞭解射出機的工作原理對獲得所需要的結果非常關鍵。對大多數製品,正確的工藝控制來說,第一階段結束到第二階段壓力設定點的時間應小於0.1秒。不希望向第二階段壓力轉變時出現任何下沉,細而尖的峰,擺動或緩緩滑進第二階段的壓力現象。下沉會引起流體前鋒變得遲疑,造成欠保壓或缺料。
細峰或緩慢轉變到第二階段的壓力將過度填充型腔,造成毛邊。擺動常造成加工穩定性差。射出壓力的壓力監控器圖形與時間的對應關係可作為評估設備回應最好的方式。
(2) 澆口狀態(密封或打開)
所有的製品在澆口密封狀態下加工(調整成型條件)是不可能的事。對於一件具體的製品,須進行澆口密封試驗並檢測澆口密封加工的製品和澆口不密封加工的製品確定那種方式最好。這將可能出現澆口凍結時測試樣品100%性能不好,澆口未凍結的製品100%通過檢測,或者與之相反。通過簡單的觀察樣品或工藝不能判斷是怎麼回事。進行澆口密封試驗並測試樣品才能找到答案。
(3) 設定保壓時間
知道了是否應該保持澆口密封或打開能夠幫助設定第二階段的時間長度。如果需要澆口密封時間,那麼為了工藝保持加工強度和穩定性,增加第二段或設定更長的澆口密封時間。這並不是一定需要增加週期時間,這是因為大多數環境下可以通過減少冷卻時間或模具密閉時間來平衡。

如果澆口不密封對製品的性能有利,那麼以所需要時間的一半開始讓澆口冷卻。由於正常的溫度和工藝變化,最壞的可能情況是選擇準確的澆口密封時間。
然而生產製品時有時候需要讓澆口密封,有時候相反,這就會生產前後不一致的產品。相關聯的方法是:如果加工過程澆口沒有密封,那麼對於前後一致的產品來說,週期時間的一致性變得非常關鍵。
如果週期時間在澆口不密封的情況下變化,那麼製品也會因為改變了型腔中聚合物的量而不同。稱取製品的重量可檢查這一點。
(4) 設置保壓
找到正確的保壓對於壓實製品非常關鍵。第二階段正確的壓力應該位於獲得良好製品所要求的產品參數範圍內,並居於它的中心。由於保壓是在澆口密封試驗條件下設定,因此應該通過試驗找到正確的第二階段壓實和保壓值,從而定為製品加工參數範圍的中心值。
首先,檢查第一階段的穩定性,並檢查第一階段結束後是否出現充模不足或製品收縮。檢查過程:在第二階段預留出時間並將保壓降低到設備容許的低值,注意避免讓保壓或保壓時間降低到零。如果第一階段與預期的不同,那麼保持第一階段不變。如果第二階段不採取措施,那麼將導致第一階段出錯。
如果第一階段穩定,那麼開始增加保壓。從低開始,對塑膠來說也許只需要1000~2000psi的壓力。每次提高保壓時檢查製品;以小幅度增量的方法提高保壓,直到判斷出製品的品質達到最佳的可接受的狀態。生產一定數量的,品質需要初步測試的製品。貼上標籤並收好
現在繼續提高保壓,直至生產出現不可接受的毛邊,推杆作用,粘附或其他可能造成損壞模具或製品的問題,或者有跡象表明加工不能運行在所設定的高壓條件下。將壓力降低到加工容許的最大值可容許安全,有效的生產。另外,加工一組用於初步品質檢查的製品。貼上標識並收好。最後在剛剛所設定的壓力範圍中值生產一組製品。
取出所得到的三組製品進行品質控制操作,通過品質控制產生的資料確定哪組製品是不可接受或可接受的。有以下三個可能答案:
- (1) 所有制品太大。這意味著故障,因為它表明計算型腔尺寸時使用了錯誤的收縮。如果它們超出了壓力範圍的高低極限值,那麼任何工藝變化都很難能讓製品尺寸達到所要求範圍的中間。
- (2) 所有制品太小。這依然不是好消息,但是至少是“模具安全”,這可以通過調節模具使製品達到要求範圍內。另外,也很難通過改變工藝讓製品回到要求的範圍中心來。
- (3) 製品有些太小,有些過大。現在你可以通過獲得的資料建立擁有資料來確定最小DOE(實驗設計)的上下限。在可接受的製品範圍內,用第二階段壓力的實驗確定製品要求範圍的中心。

沒有資料支援,使用25%,50%或75%射出壓力的手指法則也是行不通的。這一方法會表明有時需要低的保壓,而有時也需要超過射出壓力的保壓。唯一有效的法則是:獲取資料,讓製品來確定!