摘要： 本文聚焦于材料成型及控制工程专业领域中的高分子材料注塑成型工艺，深入剖析了常见的注塑成型缺陷。从原材料特性、注塑设备参数、模具设计与制造以及成型工艺过程控制等多方面入手，详细阐述了各类缺陷产生的原因，并针对性地提出了预防和改进措施。旨在为提高高分子材料注塑成型质量、推动相关产业发展提供理论与实践指导。

关键词：材料成型及控制工程；高分子材料；注塑成型；成型缺陷

引言：

高分子材料注塑成型作为一种重要的塑料加工方法，广泛应用于电子、汽车、航空航天等众多领域。然而，在实际生产过程中，常常会出现各种缺陷，如飞边、缩痕、气泡、翘曲变形等，这些缺陷不仅影响产品的外观质量，还可能降低产品的力学性能和使用可靠性，导致废品率增加、生产成本上升。因此，深入研究高分子材料注塑成型缺陷的成因及解决对策具有重要意义。

一、常见注塑成型缺陷及成因分析

1.1飞边

飞边又称溢边，是指在注塑制品边缘出现多余的薄片或飞翅状塑料。当注塑机施加的压力超过模具型腔所能承受的合模力时，塑料熔体就会从模具分型面或镶件缝隙等间隙处挤出，形成飞边。这可能是由于对制品壁厚、形状复杂程度预估不足，选用的注塑机规格不合适，注塑压力设置过大。模具制造过程中的加工误差、装配不当或长期使用后的磨损，导致分型面贴合不紧密，存在间隙，为塑料熔体的溢出提供了通道。某些高分子材料本身流动性好，或者在加工过程中添加了过量的增塑剂、润滑剂等助剂，使其在注塑时更容易填充到模具的细微缝隙中，产生飞边。

1.2缩痕

缩痕是制品表面出现的局部凹陷，通常在制品厚壁部位较为明显。在熔体冷却收缩过程中，若保压压力不够或保压时间过短，无法为熔体提供足够的补充材料以填补收缩空间，就会形成缩痕。这可能是由于对制品收缩率估算不准确，保压参数设置不合理。设计不合理导致制品存在壁厚差异较大的区域，在冷却时，厚壁部分冷却速度慢，收缩量大，而薄壁部分收缩量小，由于内部应力不均衡，厚壁处就会出现缩痕。浇口尺寸过小、数量过少或位置不合理，会使熔体在型腔中的填充不均衡，远离浇口的部位在冷却收缩时得不到充足的熔体补充，从而产生缩痕。

1.3气泡

气泡表现为制品内部或表面存在的空洞，影响制品的密实度和强度。高分子材料在储存或加工过程中吸收了水分，在注塑高温下，水分迅速汽化形成水蒸气，若不能及时排出，就会在制品中形成气泡。当熔体快速注入模具型腔时，型腔中的空气来不及排出，被卷入熔体中，随着熔体冷却固化，空气泡就残留在制品内。模具设计若未考虑排气问题，或排气通道堵塞、不畅，型腔内的空气、塑料分解产生的气体等无法顺利排出，就会积聚形成气泡。

1.4翘曲变形

翘曲变形是指注塑制品脱离模具后，发生形状扭曲、不平的现象。模具内部冷却系统设计不合理，导致制品不同部位冷却速度不一致。在注塑过程中，熔体在填充型腔时会沿流动方向产生分子取向，当制品各部位分子取向程度差异较大时，由于取向方向收缩率与垂直方向不同，就会造成翘曲变形。

二、预防和改进措施

2.1针对飞边的措施

根据制品的尺寸、形状、壁厚以及所用高分子材料的特性，合理选择注塑机的规格型号，通过试模确定合适的注塑压力范围。采用先进的注塑机控制系统，实时监测和调整注塑压力，防止压力过高。加强模具制造过程的质量控制，严格控制模具零件的加工精度，采用高精度的加工设备和工艺，如电火花加工、数控铣削等。定期对模具进行维护保养，及时更换磨损的零件，确保分型面的平整度和贴合紧密性。对于流动性过强的材料，适当降低加工温度，减少助剂的添加量，或者选用流动性稍低但性能满足要求的替代材料。

2.2针对缩痕的措施

通过实验或模拟分析，准确预估制品的收缩率，根据收缩量确定合适的保压压力和保压时间。采用多级保压工艺，即在不同阶段设置不同的保压压力，使熔体在冷却过程中持续得到合理补充，减少收缩不均。在设计阶段，尽量使制品壁厚均匀，避免出现过大的壁厚差异。对于必须存在的壁厚变化区域，如加强筋与主体连接部位，采用渐变过渡的设计方式，减小收缩应力。利用计算机辅助设计（CAD）和模拟软件，提前分析制品的冷却收缩情况，优化设计方案。根据制品的形状、尺寸和壁厚，合理确定浇口的尺寸、数量和位置。

2.3针对气泡的措施

对于吸湿性强的高分子材料，严格按照材料供应商推荐的干燥条件进行操作，如控制干燥温度、时间和湿度。采用真空干燥、除湿干燥等先进的干燥设备，确保材料中的水分含量低于允许值，一般聚酰胺材料水分含量应控制在 0.1%以下。结合制品的复杂程度和模具型腔的排气能力，合理调整注塑速度。在保证制品填充质量的前提下，尽量降低注塑速度，避免熔体前沿紊流，给型腔中的空气足够的排出时间。采用多级注塑工艺，在填充初期采用较慢的速度，使空气顺利排出，后期再适当加快速度，确保制品完整填充。在模具设计时，充分考虑排气问题，合理设置排气槽、排气孔等排气结构，确保排气通道畅通。

2.4针对翘曲变形的措施

运用热分析软件对模具冷却过程进行模拟分析，根据分析结果优化冷却水道的布局、直径、间距等参数，确保制品各部位冷却均匀。采用随形冷却技术，使冷却水道贴合模具型腔表面，提高冷却效率和均匀性，减少因冷却不均导致的翘曲变形。在制品设计上，尽量使熔体流动方向一致，避免出现急剧的转向或分支。对于容易产生分子取向不均衡的部位，如加强筋，可通过改变其设计方向或增加过渡圆角等方式，减小取向差异。在注塑工艺上，采用较低的注塑温度和较慢的注塑速度，降低分子取向程度。通过结构优化设计，降低制品的复杂程度，减少壁厚不均和倒扣等结构。对于悬臂结构等易翘曲部位，可增加支撑结构或采用加强筋进行加固，提高制品的刚性，减小翘曲变形的可能性。

结论：

高分子材料注塑成型缺陷的产生是由原材料、注塑设备、模具以及成型工艺等多方面因素共同作用的结果。深入理解各类缺陷的成因，采取针对性的预防和改进措施，如合理优化注塑压力、保压参数，精心设计模具冷却系统、浇口结构，充分干燥原材料等，能够有效提高注塑成型质量，减少废品率，降低生产成本，满足各行业对高分子材料塑料制品日益增长的质量需求。

参考文献：

[1] 刘鹏. 高分子材料成型工艺优化与控制研究[J]. 高分子科学，2020，42（5）：605-614.

[2] 王勇. 高分子材料成型模具设计关键技术研究[J]. 塑料工业，2022，47（9）：45-50.