基于可视化的注射成型缺陷及其产生机理的研究

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可视化方法是研究高分子材料加工成型过程的重要手段。近20年来它与CAE相辅相成，推动着高分子材料加工成型科学与技术的快速发展。可视化方法对于发现加工成型过程中的某些未知现象，揭示成型缺陷的产生机理等方面有着不可替代的重要作用，近年来受到国际学术界的高度重视。有关注射成型可视化实验装置的原理和构造，“注射充模过程可视化试验装置的研制” 一文已经作了详尽的描述，这里不做介绍。
在可视化技术尚未出现之前，人们对模具内物料的流动情况一无所知。只能凭经验和简单的公式来推测其流动情况。现在有了可视化实验装置，我们就可以直观的观察注射成型的充模过程，发现缺陷的产生机理。
试验部分
6 b* b* U0 V( ?) [6 r1、主要原料
实验选择的注射材料为燕山石化公司生产的聚丙烯 PP-H-M-012(1300) GB12670-90，其物性参数如表1所示。
2、主要设备
注射机：香港力劲公司制造的PT-130型注射机，图片见图1，其主要的性能指标如表2所示。
/ ?4 Q5 d  L. W& m% m6 y) D3、实验过程
首先调整加工工艺参数，利用本可视化实验装置进行实验。导演注射成型各典型缺陷，并采用反射光方式进行观察，通过SONY数码摄像机记录树脂动态的连续充模过程。然后对拍摄的录像进行整理分析，研究其产生过程和机理。在实验过程中，以熔体进入模腔时刻为记时起点，于结论中每张图片下方标明了拍摄时间。试验中观察到的各缺陷对应的工艺参数如表3所示。
喷射通常始于浇口，分布在整个注塑件上。它是树脂熔体中的一种紊流：线形熔体不受控制的进入型腔。由于熔体冷却，线形熔体未与后进入的熔体均匀的熔合。这表现为零件表面的蛇形线。注射时过小的节流口：使材料以不良的注射角度进入型腔。造成喷射的原因可能为注射速度过快、模具太冷、浇口太小、浇道长度不正确、浇口位置不正确和熔体温度太低等。
解决的措施有：
1、降低注射速度
- h1 u! X6 U! l+ T2、检测喷嘴受热情况
$ w  E, U1 I" H/ E% r6 |% s9 g3、提高模具温度
4、提高熔体温度
5、增加浇口尺寸
6、避免浇口开在壁厚的部分
3 N9 Z% F* i2 M7、修改浇道位置和角度
8、使用直浇口或下销钉
7 l; ]* y  U2 O4 \/ D图3所示为充模过程中产生的喷射现象，由于树脂由浇口开始的注射速度过高，物料从浇口沿着流动方向，弯曲如蛇行一样的进行填充。另外，熔体的温度较低，与型腔表面接触的树脂很快就冷却下来了，就使得在2.0秒时就形成了表面硬化皮，造成了充模过程中的又一缺陷——短射。
结论
有了可视化实验研究条件，这些缺陷产生的机理便可以得到破解，从而找到避免缺陷产生的最佳方法。后续的研究工作中，将借助于可视化技术进一步直接观察模腔内树脂流动过程，以及各种注射成型缺陷的产生过程和机理，发现注射成型过程中的某些未知现象。研究注射成型中塑料制品宏观缺陷的产生机理及其与成型工艺条件的关系，找出排除制品宏观缺陷的有效途径并建立专家系统（知识库）。为成型工艺优化、预测和控制制品性能提供理论依据；为高聚物成型加工中注射成型模拟理论和方法的研究提供支持；并为CAE软件系统模拟效果的检验提供分析测试平台。