潜水镜镜片注塑模故障及改造案例分析
作者：黄联武 黄碧华
来源：《机电信息》2021年第29期
        摘 要：PC（聚碳酸酯）材质具有良好的透光性、抗冲击性，常用于光学透镜、光学照明、玻璃装配业、汽车工业和电子、电器工业等领域。针对一种采用PC材料的潜水镜镜片，在其注塑模设计制造完成、交付正常使用一段时间后，出现了镜片填充不足的缺陷，通过分析排查，发现为排气系统失效造成，经过改造后故障排除。
        关键词：模具;PC塑料;故障;排气
        0 引言
        注塑成型模具的浇注系统、排气系统、冷却系统及分型面、成型零件等若在设计制造上存在不合理因素，将直接影响注射成型生产的质量、产量和经济效益。因此，只有对存在问题的模具进行维修改造，使其符合注射生产加工工艺条件，才能提高产品质量和生产效率，减少材料损耗，节约生产成本。
        1 问题的提出
        一种塑料潜水镜镜片注塑模如图1所示。
        该模产品采用PC（聚碳酸酯）材料，模具制造完成后，试模和投入生产都很正常。但经过注射生产一段时间后出现了问题，主要表现为镜片无法充满模具型腔，无论如何调整注射成型工艺，都无法充满，潜水镜镜片的边缘始终存在缺口，达不到产品质量要求，成为废品。
        2 问题的分析
        针对生产中突然出现的注射充不满型腔的现象，检查生产记录的工艺参数，注射机、注塑工艺参数的调整设置均与正常生产时一致;注射机的注射系统、装置及注射压力等均正常;喷嘴无阻塞;塑件形状、结构以及塑件的胶厚对注塑工艺要求都属较优的条件，不会造成注射充不满型腔现象。
        对注射得出的塑胶件进行分析认为，模具排气系统不能充分排气或失效是导致填充不足的主要因素。
        2.1 模具生产中的影响因素及具体问题分析
        由于注射成型工艺的需要，必须保证注射机有足够的注射压力和速度。如果注射压力
、速度不足，会造成表面起波纹、透明度不达标等缺陷。PC属于工程塑料，注塑成型压力一般在70～140 MPa，比其他普通塑料的注射压力要大。注塑生产一般是24 h连续进行的，模腔在较高温度下连续不断承受注射高压，容易对一些薄弱环节造成不良影响。
        2.2 塑件材料、形状和结构分析
        潜水镜镜片用于潜水，因水下可能存在珊瑚、礁石，意外碰撞会刮花，甚至造成爆裂，因此镜片不仅需要良好的光学性能，还要具有优良的力学性能，而PC（聚碳酸酯）[1]的突出特点是冲击强度高，透光率可達到92%，是优良的镜片材料。PC材料的注射成型温度是220～260 ℃，有几十摄氏度临界温度，有利于注塑生产。同时，塑件为厚2 mm的片状，对注射生产很有利。但PC熔融粘度高、吸收水分快，注塑生产前必须将PC材料置于110～120 ℃的热风干燥料斗中进行干燥除湿，若生产中未能将水分充分干燥，带有水分的物料在注射机料筒内受热熔融过程中就容易产生气体。
        2.3 潜水镜镜片模具结构分析
        注塑生产锁模压力不够会出现胀模现象，使制件产生飞边或其他缺陷，所以锁模压力
要足够大。出故障前，该模具每天承受接近10 000次的注射和锁模，模具推件块经受注射压力的频繁挤压，其底部和与其底部接触的平面被压得非常贴合，导致模具原本通过推件块底部实现的排气变得不可行。另外，模具通过分型面也可以排气，分型面同样经受每天接近10 000次的锁模压力的压迫，其两接触表面也被压得非常贴合，影响排气。而推件块侧面，因为是动配合，运动会引起一些磨损，形成间隙，有利于排气，但由于所处位置不是排气系统末端，效果不大。
        2.4 浇注系统、排气系统分析
        潜水镜镜片模是一模多腔，浇注系统是平行式分流道侧向进料内浇口，其热平衡、流动平衡均较好，加上是平面塑件，侧向进料内浇口的最后料流基本汇合在有排气系统设置的位置。通过上面2.3对模具结构的分析可知，潜水镜镜片模具投入生产一段时间后，因为高压挤压，分型面的两接触表面、推件块底部的排气功能变差，排气不良，影响注塑成型的正常生产。
        3 问题的归纳总结
        潜水镜镜片模具每天承受接近10 000次的注射和锁模压力，造成原本可以排气的平面被压得过于贴合，气体不能通过，使排气系统失效。
        4 注塑模具改造方案
        从上述分析可知在生产中模具排气系统失效的原因：模具推件块由于受注射压力的挤压，与底部接触过于贴合;模具分型面受锁模压力的压迫，接触表面被压得过于贴合，不能排气。因此，需要对排气系统进行改造。
        排气系统的设计应该达到以下要求[2]：（1）排气要保证迅速、完全，排气速度要与充模速度相适应;（2）排气槽尽量开设在胶件较厚的成型部位;（3）排气槽应尽量开设在分型面上;（4）排气槽应尽量设在料流的终点和汇合处，如冷料井的末端;（5）为了模具制造和清模方便，排气槽应尽量设在凹模一侧;（6）排气槽方向不应朝向操作面，防止注塑时漏料伤人;（7）排气槽不应有“*”角，防止积存冷料。
        具体改造方案如下：
        第一，针对推件块底部：在模具推件块底部开设多条宽4 mm、深0.3 mm的排气凹槽，
因此处无胶料，无须考虑漏胶，深度可大些。由此可形成以下排气通路：推件块四周→推件块底部→推杆（也包括推件块平衡推出导杆）与动模板相应安装孔之间的间隙，保证可靠排气。
何冰        第二，针对分型面：在分型面上料流最后位置磨削多条宽20 mm、深0.03 mm的排气凹槽（不要一直开至型腔），凹槽末端用划针划出划痕，即可用于排气，如图2所示。划痕数量可通过试模确定，视情况适当增加。
        排气槽也可以开成以下形式[3]：如图3（a）所示，在距离型腔5～8 mm处制成燕尾形。有时为防止排出的气体伤人，可将排气槽制成拐弯的形式，如图3（b）所示。
        经过改造，在注射生产过程中，模具的排气系统真正能够满足塑料注射成型工艺要求，将剩余在模腔内的气体充分排走。未经维修、改造前的注塑模具不能正常顺利生产，造成材料损耗大、合格率和生产效率低下，通过对注塑模具的技术维修、改造，提高了生产效率和产品合格率，同时降低了材料损耗和工人劳动强度。