理解科學注塑成型理論的六個面向
2025-11-07
射出成型 黏度
首先，讓我們來了解一些定義：
牛頓流體：一種流體，其黏度不受剪切速率的影響。粘度隨剪切速率的變化保持不變。
非牛頓流體：一種黏度隨剪切速率變化的流體。當剪切速率改變時，其黏度並非保持不變。
流變學：研究非牛頓流體流動的學科。
所有塑膠均為非牛頓流體。這意味著在一定的剪切速率範圍內，它們的黏度並非恆定不變。嚴格來說，塑膠的流變行為是非牛頓流體和牛頓流體特性的結合。在較低的剪切速率下，塑膠表現為非牛頓流體；但隨著剪切速率的增加，它們逐漸表現出牛頓流體的特性。這是因為，隨著剪切速率的增加，聚合物分子開始彼此分離，並沿著流動方向排列。詳情請見下文：
黏度分佈對射出成型製程的重要性
期間 射出成型在型腔填充階段，材料會受到顯著的剪切力作用。剪切速率與注射速率成正比。如果剪切速率處於非牛頓流體曲線區域，即使剪切速率發生微小變化也會導致黏度發生較大偏移。這將導致模具填充不均勻，從而影響批量生產的產品。
因此，重要的是找到該區域內的牛頓流體區域，並設定注射速度（從而設定剪切速率）。任何模具的黏度曲線都可以使用注塑機來獲得。剪切速率對黏度的影響遠大於溫度。因此，只要實際熔體溫度在建議範圍內，就能在註塑過程中獲得類似的黏度曲線。 成型工藝。
齲齒平衡
當塑膠熔體通過流道流入模腔時，其溫度、壓力和流速都會改變。這三個變數都會隨時間變化，也就是說，在填滿完成之前，每個變數的值都會在短時間內發生變化。
例如，熔體溫度會隨時間降低。如果注射時熔體溫度為 280°C，一秒後就會降至 280°C 以下。最終各部件的尺寸和品質都會受到影響。 注塑產品 部分取決於溫度、壓力和速度。
一、考慮一個單腔模具
在填充過程結束時，熔體溫度為華氏450度，塑膠壓力為8000磅/平方英寸，塑膠以每分鐘4.5英寸的速度進入型腔。現在，如果溫度降至華氏400度，零件的收縮量將減少，最終尺寸將比之前更大。同樣地，如果改變填充結束時的壓力和速度，零件的尺寸和/或最終溫度也會改變。
二、現在考慮一個雙腔模具，其中每個腔的穴位大小相同：
如果兩個型腔的填充條件不一致，那麼根據前面的討論，我們知道從這兩個型腔加工出來的零件將會不同。這就是為什麼需要進行型腔平衡測試的原因。
壓力降
當塑膠在機器和模具的不同部件中流動時，由於阻力和摩擦，流動前緣的壓力會降低。此外，塑膠撞擊模壁後開始冷卻，黏度增加，需要更大的壓力才能推動其流動。在模壁上形成的塑膠表面層會減少塑膠流動的橫截面積，這也會導致壓力下降。
注塑機驅動螺桿以設定的注射速度運轉所需的最大可用壓力是有限的。驅動螺桿以設定的注射速度運轉所需的壓力絕不能超過最大可用壓力。在這種情況下，該工藝就成為壓力限制工藝。
在製程開發過程中，了解各部分的壓力損失有助於確定總壓力損失和壓力下降區域。然後可以對模具進行改進，以降低壓力損失並實現更好、更穩定的流動。
壓力保持和工藝窗口
過程 注塑塑料 進入腔體的過程可分為兩個主要階段。
第一階段是注射階段。在註射階段，模腔完全被熔融塑膠填充。
第二階段是收縮補償階段。此階段緊接著注射階段之後。收縮補償壓力必須注入模腔，塑膠在冷卻過程中衝擊模具冷卻壁時會發生體積收縮。
大多數情況下，進給階段和保壓階段並不區分，統稱為保壓階段。理想的保壓壓力是透過評估模具的工藝窗口來確定的。製程視窗也稱為成型區域圖。這是成型合格零件的區域。視窗越大，允許的成型波動範圍就越大。請參考下圖：
此過程設定在視窗的中心，以便視窗內的任何變更都能產生可接受的結果。
閘門密封
塑膠透過澆口進入型腔。只要澆口不凍結，塑膠就可以自由進出型腔。因此，必須施加保壓直至澆口凍結。
進行一項非常簡單的測試來確定保持時間：
將不同保溫時間下的樣品進行秤重。隨著保溫時間的增加，越來越多的塑膠進入型腔，導致重量增加。然而，一旦澆口凍結，塑膠就無法再進入型腔，零件重量不變。這被稱為澆口凍結時間或澆口關閉時間。參見下圖：
上圖中，零件重量在9秒後不變。保持時間比澆口密封時間長1秒，以確保每次澆注過程中澆口完全凍結。如下圖所示，保持時間設定為10秒。這樣可以確保一致性，任何微小的偏差都會得到補償。
射出成型冷卻
塑膠接觸模壁後便開始冷卻。模具保持閉合狀態至冷卻完成。冷卻完成後，模具打開，零件被取出。在模具打開之前，零件必須達到塑膠可接受的脫模溫度。如果零件在達到此溫度之前脫模，則會過軟，在脫模過程中容易變形。冷卻時間過長只會浪費機器時間和利潤。
確定合適的冷卻時間非常複雜。對於較厚的零件，很難測量最厚部分中心的內部溫度。在模具的某些區域，也很難實現充分冷卻。冷卻時間的變化也會影響收縮率。
在上圖中，尺寸 A（藍色）不受冷卻時間範圍測試的影響。然而，尺寸 B（紅色）會隨冷卻時間而變化。尺寸 B 的目標值為 0.135。因此，我們可以將冷卻時間設定為 17 秒左右。