理解科学注塑成型理论的六个方面
2025-11-07
注塑成型 粘度
首先，让我们了解一些定义：
牛顿流体：一种流体，其黏度不受剪切速率的影响。黏度随剪切速率的变化保持不变。
非牛顿流体：一种粘度随剪切速率变化的流体。当剪切速率改变时，其粘度并非保持不变。
流变学：研究非牛顿流体流动的学科。
所有塑料均为非牛顿流体。这意味着在一定的剪切速率范围内，它们的粘度并非恒定不变。严格来说，塑料的流变行为是非牛顿流体和牛顿流体特性的结合。在较低的剪切速率下，塑料表现为非牛顿流体；但随着剪切速率的增加，它们逐渐表现出牛顿流体的特性。这是因为，随着剪切速率的增加，聚合物分子开始彼此分离，并沿流动方向排列。详情请参见下文：
粘度分布对注塑成型工艺的重要性
期间 注塑成型在型腔填充阶段，材料会受到显著的剪切力作用。剪切速率与注射速度成正比。如果剪切速率处于非牛顿流体曲线区域，即使剪切速率发生微小变化也会导致粘度发生较大偏移。这将导致模具填充不均匀，从而影响批量生产的产品。
因此，重要的是找到该区域内的牛顿流体区域，并设定注射速度（从而设定剪切速率）。任何模具的粘度曲线都可以使用注塑机获得。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，就能在注塑过程中获得类似的粘度曲线。 成型工艺。
龋齿平衡
当塑料熔体通过流道流入模腔时，其温度、压力和流速都会发生变化。这三个变量都随时间变化，也就是说，在填充完成之前，每个变量的值都会在短时间内发生变化。
例如，熔体温度会随时间降低。如果注射时熔体温度为 280°C，一秒后就会降至 280°C 以下。最终各部件的尺寸和质量都会受到影响。 注塑产品 部分取决于温度、压力和速度。
一、考虑一个单腔模具
在填充过程结束时，熔体温度为华氏450度，塑料压力为8000磅/平方英寸，塑料以每分钟4.5英寸的速度进入型腔。现在，如果温度降至华氏400度，零件的收缩量将减少，最终尺寸会比之前更大。同样地，如果改变填充结束时的压力和速度，零件的尺寸和/或最终温度也会发生变化。
二、现在考虑一个双腔模具，其中每个腔的穴位大小相同：
如果两个型腔的填充条件不一致，那么根据前面的讨论，我们知道从这两个型腔加工出来的零件将会不同。这就是为什么需要进行型腔平衡测试的原因。
压降
塑料在机器和模具的不同部件中流动时，由于阻力和摩擦，流动前沿的压力会降低。此外，塑料撞击模壁后开始冷却，粘度增加，需要更大的压力才能推动其流动。在模壁上形成的塑料表面层会减小塑料流动的横截面积，这也会导致压力下降。
注塑机驱动螺杆以设定的注射速度运转时，其可用压力是有限的。驱动螺杆以设定的注射速度运转所需的压力绝不能超过最大可用压力。在这种情况下，该工艺就成为压力限制工艺。
在工艺开发过程中，了解各部分的压力损失有助于确定总压力损失和压力下降区域。然后可以对模具进行改进，以降低压力损失并实现更好、更稳定的流动。
压力保持和工艺窗口
过程 注塑塑料 进入腔体的过程可以分为两个主要阶段。
第一阶段是注射阶段。在注射阶段，模腔完全被熔融塑料填充。
第二阶段是收缩补偿阶段。该阶段紧随注射阶段之后。收缩补偿压力必须注入模腔，塑料在冷却过程中冲击模具冷壁时会发生体积收缩。
大多数情况下，进给阶段和保压阶段并不区分，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。工艺窗口也称为成型区域图。这是成型合格零件的区域。窗口越大，允许的成型波动范围就越大。请参见下图：
该过程设置在窗口的中心，以便窗口内的任何更改都能产生可接受的结果。
闸门密封
塑料通过浇口进入型腔。只要浇口不冻结，塑料就可以自由进出型腔。因此，必须施加保压直至浇口冻结。
进行一项非常简单的测试来确定保持时间：
对不同保温时间下的样品进行称重。随着保温时间的增加，越来越多的塑料进入型腔，导致重量增加。然而，一旦浇口冻结，塑料就无法再进入型腔，零件重量保持不变。这被称为浇口冻结时间或浇口关闭时间。参见下图：
上图中，零件重量在9秒后保持不变。保持时间比浇口密封时间长1秒，以确保每次浇注过程中浇口完全冻结。如下图所示，保持时间设置为10秒。这样可以确保一致性，任何微小的偏差都会得到补偿。
注塑成型冷却
塑料接触模壁后便开始冷却。模具保持闭合状态直至冷却完成。冷却完成后，模具打开，零件被取出。在模具打开之前，零件必须达到塑料可接受的脱模温度。如果零件在达到此温度之前脱模，则会过软，在脱模过程中容易变形。冷却时间过长只会浪费机器时间和利润。
确定合适的冷却时间非常复杂。对于较厚的部件，很难测量最厚部分中心的内部温度。在模具的某些区域，也很难实现充分冷却。冷却时间的变化也会影响收缩率。
在上图中，尺寸 A（蓝色）不受冷却时间范围测试的影响。然而，尺寸 B（红色）会随冷却时间而变化。尺寸 B 的目标值为 0.135。因此，我们可以将冷却时间设置为 17 秒左右。