射出成型不良與對策

成型不良原因及對策處理

塑膠產品在試模階段中會因產品設計、塑膠材料、模具設計、射出設備、以及成型技術等因素而產生各種不良成型品,射出成形製程並不複雜,但是牽涉因素眾多,會產生交錯影響,不易把握真正的原因,若要充份了解不良發生原因,則必須要抽絲剝繭才能有效找出真因。 所以當發現問題時,應該先確定製程條件的穩定性,降低成形條件對於問題的影響。 排除射出成形問題會有些步驟,先讓操作特性所導致的瑕疵排除,從而有效控制不良的產生以及找到有效的改善方法。

1. 射出成型簡介

射出成型是一門知識面廣、技術性和經驗性強的技術,涉及塑料性能,射出模具結構、射出機功能、射出工藝調教、品質控制及生產管理等方面知識。在射出生產過程中,會經常出現一些現象(如:噴嘴流涎、漏膠、水口拉絲、黏模、塑化噪聲、螺桿打滑、開模困等)及產品質量缺陷(如:縮水、缺料、毛邊、結合線、流紋、開裂、頂白、內應力、包風困氣、翹曲變形等),如何快速有效地改善這些不良現象,僅憑過去的經驗是不夠的,需要全面系統地掌握射出專業技術知識和累積豐富的實戰經驗,學會科學分析問題和處理問題的方法與技巧。
射出成型的製品大都是根據規格/標準和客戶的要求來製造的,但在實際的射出生產過程中,它的變化是相當廣泛而複雜的。常見的現象是,射出生產進行得很順利時,會突然產生縮水、變形、裂痕、流紋等不良缺陷。因此,在射出生產過程中,需要從製品產生的缺陷來準確分析、判斷導致缺陷的根本原因,從中再找出解決問題的方法,這是一種專業性的技術,並需要大量的經驗累積。

2. 造成塑件缺陷的原因

塑件出現不良現象的種類很多,原因也很複雜,有模具方面的問題,也有塑料方面的影響以及成型工藝方面的問題。

2.1 塑料問題

塑料問題包括塑料質量、配料、及乾燥等。塑料品種如果不良不純、共混比例不當或者應該乾燥的塑料(如PC、ABS、PA等)沒有乾燥,都會造成諸如內部組織鬆散、強度差、內部氣泡、表面有銀紋等質量問題。

2.2 成型工藝問題

成型工藝要素包括射出壓力、射出速度、溫度和周期等。調機就是在這之間找到一組合適的值,使模具能夠在最短時間內,成型出合格的製品。但調機是一門細致而複雜的技術,有些缺陷是因調機不當造成的。

2.3 模具問題

即使是模具設計高手,再加上高水平的模具鉗工,也難以保證模具在試模和生產時沒有任何問題。模具問題包括模具設計、製造及磨損等。這裡有一點要注意,塑件結構不合理,也會造成塑件出現缺陷。但塑件結構問題直接導致模具問題,作為一個模具設計工程師,必須對塑件結構不合理可能帶來的問題有先知先覺,並即時和客戶或產品設計工程師溝通,將問題杜絕在模具製造之前。

以上所有問題中,塑料問題最易解決,成型工藝參數的調整對於有經驗的調機師傅來說也不難;最複雜、難解決的問題是模具問題,如果是模具結構設計不合理,或者製造精度差,則必須卸模修理,從而導致試模失敗影響生產任務的完成。

3. 製品缺陷的調查與了解

3.1 在射出成型過程中,當製品出現缺陷時,應重點掌握以下信息。

a. 產生何種缺陷? 它發生於何時(開始射出時還是生產過程中)、何處? 程度怎樣?
b. 缺陷發生的頻率是多少(是每一次,還是偶然發生)? 缺陷製品的數量有多少?
c. 模腔數是多少? 射出缺陷是否總是發生於相同的模腔(模穴)?
d. 該缺陷在成型時是否總是發生於相同的位置?
e. 該缺陷在模具設計/製造時是否已經被預估到會發生?
f. 該缺陷在澆口處是否已經明顯發生? 還是遠離澆口部位?
g. 更換新的原料或色粉時,缺陷是否還會發生?
h. 換一台射出機試試看,缺陷是否在某一台射出機發生,還是也發生於其他射出機?

3.2 在射出成型過程中,當製品出現缺陷時,應按照以下流程進行調查與了解。

3.2.1 必須搞清楚問題的本質,如:

a. 問題是什麼?
b. 什麼時候發生?
c. 發生在哪一部位? 哪一個型腔?
d. 每模都發生還是偶爾有?

3.2.2 必須思考可能的原因有哪些。

3.2.3 必須確認材料是否有問題,如:

a. 材料乾燥嗎?
b. 原材料質量好嗎?
c. 回收料質量好嗎(是否有其它雜料、汙染物、或太多粉塵等)?
d. 回收料添加比例合理嗎? 過程控制準確嗎?

3.2.4 需確認模具是否有問題,如:

a. 水路或氣路(空氣冷卻)連接正確嗎?
b. 模具型腔內部清潔嗎?
c. 模具型腔有損壞嗎?

3.2.5 必須確認射出機器是否有問題,如:

a. 料管止回閥損壞嗎?
b. 料管損壞了嗎(圖1)?
c. 射出時實際壓力能達到嗎?

值得注意的是,一般情況下,在射出過程穩定生產24h以上而沒有任何問題出現的話,該生產工藝參數被認為是穩定並合理的。因此,在穩定生產過程中出現的問題不應是工藝參數問題,應主要查找其他方面。

4. 處理製品缺陷的DAMIC流程

在處理射出成型中出現缺陷時,可以採用(圖2)所示的DAMIC流程進行。

定義(Define):出現何種缺陷、它發生於什麼時候、什麼位置、頻率如何、不良數/不良率是多少?
● 分析(Analyze):產生該缺陷的相關因素有那些? 主要因素是什麼? 根本原因是什麼?
● 量測(Measure):MAS(Measurement System Analysis)分析,外觀質量目測、內在質量分析,尺寸大小進行量測、顏色目視或色差儀。
● 改善(Improve):制定改善射出缺陷的有效方案/計畫(該用什麼方法),並組織實施與跟進。
● 控制(Control):鞏固改善成果(紀錄完整的射出工藝條件),對這一類結構所產生的該缺陷進行總結/規範,將此種改善方法應用到其他類似的產品上面,做到舉一反三,觸類旁通。

5. 系統性驗證與分析方法

射出成型過程中發現製品出現缺陷,可能的原因有多個,確定的方法一是憑經驗,二是通過系統性驗證的方法。
在開始驗證前,必須先熟悉該射出成型的塑料、射出機、射出模具、射出製品等詳細資料,並明確驗證的目的。

(1) 射出成型的時間窗口。塑件的質量只在”一定”的參數設定範圍內獲得保證。而這”一定範圍”常被稱為射出成型的時間視窗。只有在時間窗口中的參數設定才可生產廢品率較低的塑件。
(2) 以下的方法來設定射出過程稱之為容許”誤差”方法。假設在生產的過程中。射出塑件的品質出現問題,首要做的是檢查射出機及模具的各部分,以確保加工溫度、檢查塑料的烘乾情況和比較各參數的設定值實際數據。
(3) 轉換參數的步驟。通過改變工藝參數的方法來查找問題原因的時候,每一次只可以改變一個參數並立刻記錄下來。特別是當改變熔體溫度和模壁溫度時,如果要對射出件做出評價,必須先確定在生產過程中,溫度已達到要求的設定值。

6. 影響製品質量的因素

射出成型中影響射出缺陷的因素應從以下四個方面來考量:塑料原料、射出機、射出模具、成型條件。上述四個因素對塑料製品質量的影響關係如(圖3)所示。

7. 總結

對射出產品的評價主要有三個方面,
第一是外觀品質,包括完整性、顏色、光澤等;
第二是尺寸的要求以及準確性;
第三是產品用途所需的機械性能、化學性能、電性能等。
這些要求會依產品使用場合的不同,所要求的尺度也不同。
在以往的試模過程中,所產生的射出成形缺陷很多都來自在於模具設計以及產品設計的影響。但事實上,很多狀況都是要求塑膠成型廠的技術人員用調機手段來彌補模具缺陷或是設計缺陷所衍生的問題,但結果就是成效不大或是良率很低的情況。

生產過程中工藝的調節是提高製品品質和產量的必要途徑,這是作為一個射出技術人員所必須具備的基本功。但只是一味地調整射出條件來滿足射出產品的品質,這還是處於一個比較低的層次。
能夠通過射出工藝的調整,來發現模具設計、製造上的缺陷,提出合理的修模方案,拓寬模具的工藝調整範圍,從而從根本上解決模具存在的問題,提高射出產品的品質與射出直通率,降低生產成本。這是射出水準處於一個中級層次。
而高級的層次,則是將這樣解決辦法昇華,形成文字,用來指導產品設計、模具設計,從源頭上來預防產品及模具的設計缺陷,獲得低成本、高品質的產品。
但是要具有這樣全面的理論知識及實踐經驗,往往是比較困難的,這也是大多數射出技術人員所缺乏的。

通常看到的射出問題點都不會有一個問題所形成,在試模過程中可以發現到技師為了克服這個問題點,然後就衍生出另外一個問題點,很多技師就是花時間在抓這個平衡點,然後浪費一堆塑料。
所以遇到這樣的情況,會看哪個影響生產比較大,影響比較大的就靠修改設計就去克服,影響小的可以靠射出成型處理好就讓射出成型處理,也就是射出能克服哪個,模具就去修改另外一個,同時兩個問題點發生時,就不該調機試模,而是先判斷哪一個影響生產比較大比較難處理,後續通過修改模具或是結構設計去處理,這是你在參與試模時就要學會判斷的事情,不然就會跟那些技師試模試到天荒地老(圖4)。

☆ 其他參考資料及文章

● 射出成型不良原因分析1-觀念篇

● 射出成型不良原因分析2-圖解篇

https://youtu.be/h8sBRnBZs3c

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