保险杠注塑成型过程缩痕形成原因及解决方案

[摘要] 本文分析了汽车保险杠在注塑成型过程缩痕产生的原理，并提出通过优化工艺参数（如保压压力、保压时间、注射速度、注射压力等）的方案来改善缩痕。

关键词：汽车保险杠；注塑成型；缩痕；形成原理；工艺优化

0引言

聚丙烯（PP）由于综合性能优异、价格相对低廉而被广泛应用于汽车工业的内外饰零件[1]。缩痕是汽车保险杠成型过程常见品质缺陷，它会降低零件的外观质量和尺寸精度，其改善难度大、成本高，因此缩痕是保险杠成型过程所面临的主要品质课题之一。本文解析了保险杠缩痕的形成原理并提出了解决方案。

1注塑成型与收缩原理

1.1注塑成型介绍

注塑成型过程包含合模、模具升压、注射、保压、冷却、模具卸压、开模、产品取出等过程。其中合模、模具升压、模具卸压、开模、产品取出等机械动作过程主要影响成型节拍，注射、保压、冷却主要影响产品品质。

1.2收缩原理介绍

PP材料具有良好收缩性，通常用收缩率来评价其收缩性能。保险杠在注塑过程冷却收缩不均是产生缩痕的根本原因，材料收缩率越大发生缩痕不良的风险越高。保险杠的收缩主要来源于PP分子链的收缩卷曲以及PP结晶两个方面[2-3]，添加橡胶、滑石粉等填料后的改性PP收缩率低于纯PP材料，因为填料阻碍了PP分子链的收缩及结晶行为[4]。故一般采用收缩率较低的改性PP作为汽车保险杠的原材料。

2缩痕产生原理以及解决对策

2.1填充不足

为了避免发生欠注，注射阶段需要熔融PP快速填充进模具型腔，其填充率需要达到95-98%；在填充末端，一般以较低的速度与压力完成熔融PP对整个模具型腔的填充，此过程被称作保压，也被称为二次注射。

保压不足会导致成型过程进胶量不足，冷却时收缩不均进而引发缩痕。充足的进胶量可以填补冷却时的收缩量，产品无明显的收缩变形，喷涂后具备良好的外观效果。反之，若进胶量不能填补冷却收缩量，产品会向内部收缩形成明显的凹痕（缩痕），喷涂后则会呈现出凹凸不平的不良外观效果。

保压过程由保压压力与保压时间两项控制参数。保压初期，熔融PP在模具内部流动通道较大，能在较低压力下完成填充，可适当降低保压压力、延长保压时间；保压后期，熔融PP流动通道持续变小，较低的保压压力难以推动PP进入模具型腔来填补冷却带来的体积收缩，因此需要适当提高保压压力。

2.2过填充

熔融PP通过水口填充进模具型腔，远离水口的部位快速冷却固化，水口附近的熔融PP在保压压力的作用下被压缩为高温高压态熔融PP。保压结束后，注塑机对熔融PP施加的压力消失，水口附近被压缩的熔融PP随之膨胀并且填补冷却时的收缩量，保压时的进胶量远大于其冷却收缩量被称为过充填。

随着熔融PP温度的升高，热胀冷缩特性使得其在压缩态时收缩率变大，冷却时体积收缩也随之增大。因此过充填产生的高温熔融PP冷却后由于收缩过大导致缩痕，通常在水口附近表现为近似圆形的小凹坑，一般通过降低保压压力或者缩短保压时间来改善。

2.3壁厚突变

熔融PP在模具型腔的稳定流动是影响产品质量的核心因素之一，产品壁厚并不完全均匀，在壁厚过度区域PP的流动状态会发生突变，从而影响产品的最终品质。

熔融PP进入模具型腔后外表面迅速冷却形成固化层，在型腔中间形成了PP的流动通道以供后续的填充成型。在产品壁厚较厚的部位，熔融PP流动通道较大且流速相对平缓，有利于后续的填充；在产品壁厚较薄部位，产品冷却效果好，PP流动通道相对更小，流速更快，流动通道变窄不利于后续PP的填充。依据伯努利原理，流动通道从大变小流体的流速的压力就会发生变化，由于存在速度差与压力差导致PP时会产生回旋流动，回旋流动伴有激烈的剪切放热，因此在冷却时容易发生收缩不均导致缩痕。此外，在壁厚较薄的部位，冷却效果较好，PP快速冷却固化，保压时PP难以通过此部位进行二次填充，填充不足导致产品发生缩痕。

因此，在注射阶段，需要适当提高壁厚较薄部位的注射速度与注射压力，使熔融PP快速填充；适当降低壁厚较厚部位的注塑速度与注射压力，使熔融PP的流动更加平稳。如果壁厚过度部位处于PP的填充末端，则需要适当降低注射速度与注射压力使熔融PP的流动过程尽可能的稳定。此外，可以适当提高模具热流道以及喷嘴的温度来增强PP的流动性，良好的流动性有利于PP的填充。需要注意的是，温度过高会导致PP变性，从而导致保险杠发生油漆附着力不良。

3结束语

（1）填充不足引发的缩痕，可以通过适当增加保压压力或者延长保压时间改善；

（2）水口附近过充填导致的缩痕，可通过适当降低保压压力或者缩短保压时间；

（3）壁厚突变处的缩痕，可以通过适当降低壁厚较厚部位的注射速度与注射压力、提高壁厚较薄部位的注射速度与注射压力，适当增加保压压力或者延长保压时间来优化。

参考文献

[1] Christopher F， Parth B， Liang L， et al. Conceptual Development of a Multi-Material Composite Structure for an Urban Utility/Activity Vehicle[J]. Sae International Journal of Passenger Cars Mechanical Systems， 2016， 9（1）：253-270.

[2]洪定一.塑料工业手册[M].北京：化学工业出版社，1999.

[3]赵文聘，黄海清等.聚丙烯改性料的收缩率的探讨[J] .工程塑料应用，2000，28（11）：8-10.

[4]徐伟，罗竟涛等. 汽车PP保险杠注塑成型收缩及涂装后收缩的研究[J].汽车科技，2015，（2）：58-62.