附录 C：注塑成型过程控制
C.1 工艺条件的重要性
成型零件的质量很大程度上受加工条件影响。降低温度时，需要更高压力才能将聚合物熔体送入型腔。温度过高会有材料降解的风险。注射压力过低可能造成短射，压力过高则会使模具产生飞边。
图 A.1：工艺窗口，显示压力与温度的影响
C.1.1 设定机器工艺条件
设定工艺条件前，应确认注塑机运行正常，且拟使用的模具是为该机器设计的。按以下步骤控制机器设定。
C.1.1.1 步骤 1，设定熔体温度
熔体温度是塑料零件成型中最重要的因素之一。温度过低时，树脂可能未完全熔融，或黏度过高而无法流动。熔体温度过高时，树脂可能降解，POM 或 PVC 尤其如此。特定材料的建议熔体和模具温度可向树脂供应商获取。附录 D 列有树脂、其一般性能和典型应用的参考资料。多种材料的适当熔体和模具温度见表 2。
**设定加热圈温度：**树脂的大部分熔化来自螺杆在料筒内旋转产生的摩擦热。料筒加热圈主要用于使树脂保持在适当温度。料筒通常有三个至五个温区或加热圈。加热圈温度应按以下规则设定：
- 最后一个温区，即最靠近料斗的温区，应比计算熔体温度低约 40 至 50°C（72 至 80°F），以改善塑化过程中塑料颗粒的输送。
- 喷嘴温区的加热圈应设为计算熔体温度，并保持温度均匀。加热圈温度设定不当可能导致喷嘴流涎、材料降解或变色，PA 材料尤其如此。
**空射温度：**实际熔体温度，即空射温度，通常高于加热圈控制器设定值。这是因为背压和螺杆转速会影响摩擦生热和熔体温度。可使喷嘴离开模具后快速空射，再将探针温度计插入熔体，测量实际熔体温度。
C.1.1.2 步骤 2，设定模具温度
特定材料的建议熔体和模具温度可向树脂供应商获取。多种通用基础树脂的适当熔体和模具温度见表 2。可用温度计测量模具温度。生产期间，型腔表面的平均温度高于冷却液温度。因此，冷却液温度应设为比所需模具温度低 10 至 20°C（18 至 36°F）。若模具温度为 40 至 50°C（72 至 80°F）或更高，应考虑在模具与锁模板之间设置隔热板，以节能并稳定工艺。
图 A.2：模具不同位置的温度，时间曲线：(a) 模具型腔表面，(b) 冷却通道壁，(c) 冷却通道出口，(d) 冷却通道入口
应采用可达到最短周期时间的最低温度设定。不过，也可尝试提高温度以改善零件外观。较高的模具温度会带来更高光泽和更多结晶。
**考虑温度差：**对于具有深型芯的零件，应降低型芯，即动模板的冷却液温度，以尽量减小型芯和型腔模具表面之间的温差。较小的表面温差可在较低成本下生产质量更高的零件。经验上，定模板和动模板的冷却液温度差不应超过 20°C（36°F）。这与热膨胀有关，具体数值只能由用户确定。温差过大将造成模具板热膨胀不一致，可能引起导柱对中问题，大型模具尤其如此，并有时会导致模具卡死。可通过延长周期时间来减小所需冷却液温差。
C.1.1.3 步骤 3，设定切换位置
切换位置是由速度控制的充填，即注射，阶段转换为压力控制的保压阶段时的柱塞位置。柱塞转入压力控制后继续前移，以对型腔加压并补偿收缩。余料垫是保压阶段结束时的柱塞位置到螺杆端部可到达的最前位置之间的距离。典型余料垫距离约为 3 至 10 mm（1/8 至 3/8 in）。
图 A.3：各阶段的螺杆位置
此时，将切换位置设为充填约三分之二的模具。这样可防止损坏压力机或模具。步骤 14 会增大注射量，使型腔充填至 95%。
C.1.1.4 步骤 4，设定螺杆转速
将螺杆转速设为树脂塑化所需的水平。塑化不应延长周期时间，若延长则提高转速。理想转速应使塑化在周期中尽可能晚完成，但不超过冷却时间，也不延长周期时间。树脂供应商会提供特定树脂的建议螺杆转速。
C.1.1.5 步骤 5，设定背压
建议背压约为 5 至 10 MPa。背压过低会造成零件不一致。提高背压会增加熔体温度中的摩擦热贡献，并缩短塑化时间。若要加快塑化，对于占注塑机容量比例较大的射出量，应采用较高背压；对于较小比例的射出量，应采用较低背压，因为材料在到达螺杆头之前会在料筒内停留更久，可能经过多个周期。
C.1.1.6 步骤 6，将注射压力设为机器最大值
注射压力是螺杆前方熔体的压力。为降低零件内应力，注射压力应尽可能低。在机器上，应将注射压力设为接近机器最大值。其目的在于充分发挥机器注射速度，使压力设定阀不限制速度。由于转入保压发生在模具完全充满之前，因此不会损坏模具。
C.1.1.7 步骤 7，将保压压力设为 0 MPa
此时将保压压力设为 0 MPa，使螺杆在到达切换位置时停止，可防止损坏模具或压力机。步骤 17 将把保压压力提高至最终设定值。
C.1.1.8 步骤 8，将注射速度设为机器最大值
在剪切速率限制内采用尽可能高的注射速度，可获得较小流动阻力、更长流动长度和更高的熔接线强度。不过，此后可能需要增加排气。
**适当排气可减少缺陷：**排气不足会压缩困在型腔内的空气。这会在型腔内产生很高的温度和压力，导致烧焦痕、材料降解和短射。应设计排气系统，以避免或减少由模内困气造成的缺陷。Moldflow 可显示熔接线、汇合线和困气位置将出现的位置，应利用这些预测结果改进设计。请记得定期清洁模具表面和排气系统，PVC 或 ABS/PVC 材料尤其如此。
C.1.1.9 步骤 9，设定保压时间
理想保压时间应为浇口冻结，即封口，时间或零件冻结时间中较短者。浇口和零件冻结时间可计算或估算。计算保压时间时，以保压分析结果中浇口冻结层比例为 1.0 的时刻为依据。没有保压分析结果时，可将保压时间估为充填时间的 10 倍。
C.1.1.10 步骤 10，设定充足的冷却时间
冷却时间可计算或估算。冷却在保压时间之后进行。冷却期间，零件继续固化以便顶出，同时准备下一模所需材料。计算值来自冷却或保压分析。没有 Moldflow 结果时，冷却时间可取充填时间的 10 倍。例如，若预测充填时间为 0.85 秒，初始冷却时间应为 8.5 秒。保压时间与冷却时间之和应采用偏高估计，确保零件和流道系统充分固化以供顶出。
图 A.4：周期时间及其组成部分
C.1.1.11 步骤 11，设定开模行程
开模行程由型芯高度、零件高度和翻转空间组成。应尽量减小开模行程。开模速度在开始时应较慢，随后加速，在行程末端再次减慢。合模速度顺序与开模相似，即慢、快、慢。
图 A.5：所需开模行程
C.1.1.12 步骤 12，设定顶出行程、起始位置和速度
先使所有滑块退回。顶出行程最大应为型芯高度。若机器配有液压顶出机构，将起始位置设在零件已脱离定模部件的位置。顶出速度等于开模速度时，零件相对定模部件的位置保持不变。
C.1.1.13 步骤 13，设定开模时间
开模时间通常设为 2 至 5 秒，其中包括开模、从模具顶出零件和合模。周期时间等于充填时间、冷却时间和开模时间之和。
C.1.1.14 步骤 14，通过增加注射量制作短射系列
Moldflow 提供零件重量和主流道、分流道、浇口重量。结合螺杆直径或料筒内径，可估算每一模的总注射量和供料位置。
目前只充填模具的三分之二。保压压力应已设为 0 MPa，因此螺杆到达切换位置时即停止充填，从而保护模具结构和压力机。随后按 5% 至 10% 的增量提高注射量，直至模具充填 95%。
为防止材料从开放喷嘴逸出，螺杆旋转停止后应立即后退数毫米，释放塑化时产生的背压。
C.1.1.15 步骤 15，切换至自动运行
自动运行的目的是获得稳定的工艺。
C.1.1.16 步骤 16，将注射量设为模具充填 99%
工艺稳定后，即每次均生产相同零件时，将切换位置调至充填 99%。这样可在尽可能大的注射阶段中发挥最大注射速度。
C.1.1.17 步骤 17，逐级提高保压压力
以熔体压力约 10 MPa 的增量逐级提高保压压力。若第一级不能充满模具，则提高注射量。
脱模并取下零件，在零件上标注保压压力。该保压压力系列可为更深入的检查提供良好基础，随后可与客户讨论各种可能性和限制。
选择可接受的最低保压压力，可尽量减小零件内应力、节省材料和运行成本。过高保压压力会产生过大的残余应力，可能使零件翘曲。可在低于热变形温度约 10°C（18°F）的温度下退火，部分释放成型残余应力。
若余料垫完全耗尽，保压时间的最后一段将不起作用。这时应改变注射行程位置以增加注射量。
**计算注射压力：**可从机器压力表读取注射油缸液压压力，但螺杆前方的注射压力更重要。计算注射压力时，需以增压比乘以液压压力。增压比即树脂压力与液压压力之比，通常可在注塑机注射单元附近或机器说明书中找到，一般介于 7 至 15。
图 A.6：直径 30 mm 螺杆的增压比为 11.1
C.1.1.18 步骤 18，尽量缩短保压时间
若零件尺寸一致性至关重要，以下确定保压时间的方法更准确。必须确定浇口封口时间。可在注塑机上通过浇口封口试验实验确定，即先采用较长保压时间，再逐步缩短，直到零件重量开始变化。这说明浇口仍处于开启状态。缩短保压时间时，应同等增加冷却时间，以保持周期时间不变。保压压力在 9 秒后不再影响零件重量时，9 秒即为最短保压时间。
图 A.7：通过称量不同保压时间下生产的零件，确定浇口，零件冻结时间
C.1.1.19 步骤 19，尽量缩短剩余冷却时间
缩短剩余冷却时间，直至零件最高表面温度达到材料的热变形温度。热变形温度可由树脂供应商提供。