【原创】从物理化学中的力学聊注塑工艺与模具
进入注塑行业年头不少，很多问题还是喜欢从根本上分析原因，注塑的成型和模具的搭配不得不说是一门很深的学问，于是便考虑从最根本的东西入手，来分析一些问题，于是不得不说一下各种力学对注塑工艺以及模具的影响。
工艺与模具的搭配，无非是得到一个最终的标准合格的产品，在任何时候，都难以抛弃各种力学对产品的一种干扰，于是决定从下面几个方向开始入手：
1、 摩擦力
摩擦力是存在于任何接触面的一个问题，但凡不是垂直方向移动，几乎全部存在摩擦力的干扰。
在模具方面来说，个人觉得对以下的方面的影响较大：
首先是模具的导向柱，斜导柱之类的定位型的硬性物件的考验很大，在来回移动中，难所避免的就是因为来回摩擦导致的起刺，如果是因为涨模或者是设备的模板不平整，直接导致接触摩擦力过大，更甚至会直接因为摩擦力过大将导柱拉出或者直接拉刺，如果设备的开模力不足时候有甚者拉不开模，同时也有拉扯力太大将模具的压板拉掉，导致模具从设备上滑落的情况。
遇见此种情况时候，冷静分析下摩擦力暴涨的原因，到底是因为模具变热导致的孔洞变小，或是涨模、板不平整导致的方向略微倾斜等。
如果是因为温度问题导致的摩擦力巨升，可以将模具冷却下去之后再进行开模。
其次是模具内部的顶出系统，在模具上存在着许多的顶杆、斜顶、滑块等部件，在它们进行移动的时候无可避免的会与模具框架进行一个横向摩擦，在此时需要的是尽可能的做到孔径合适，所以新出厂的模具无可避免的有一个磨合期，也见识过很多的方法进行磨合。
但总的来说，模具场内的磨合远远达不到量产厂家一次大量生产所带来的磨合效果，所以模具出场之后的磨合尤其重要，在此归纳了很多厂家的磨合期做法。
在此列举：模具场内磨合的时候选择接上模温机进行空顶或者空动作周期运行，但模具厂家不会在此浪费太多的时间，很多模具厂家会选择接上模温机进行300次顶出空动作或者是循环周期动作，这样可以极大程度的减少模具到达生产厂家产生卡死等现象的发生。
生产厂家在生产的时候，小批量连续生产3000模后会进行第一次模具维护，此时的维护需要将所有的顶出部件拆开，检查是否有起刺、划伤现象，之后上机继续生产。
再次生产模数大约在5000-8000模后，会再次拆开检修，观察之前有起刺、划伤的部件是否是能够流畅运行，同时检查是否出现新的问题。
之后的模具保养则就可以变得简单化，若都无问题发生，只需进行正常的顶出机构的润滑保养即可，无须再次去做深度清理；若是依旧出现顶出机构的问题，还需多做几次拆模检修，来防止因为起刺过大卡死、别断的情况发生。
再从产品上分析摩擦力对产品的影响：
其实我个人很乐意把摩擦力和顶出力放在一起，它们两种力的相互作用造成的产品不良占比估计能够达到30%左右，我们依次分析。
首先，了解下产品的收缩性能，不同材质的收缩比例是不一样的，所以针对不同材料去开不同的模具是模具、工艺行业的一个普遍认知，当然，大收缩率的模具可以直接无缝连接生产小收缩率的产品在实际生产中也是存在的，无非就是尺寸稍稍有些变动，若在合适的范围内也不是不能考虑直接更改的。
材料的收缩，导致制品在顶出前会在型腔里面进行一个收缩变形，收缩的大方向会是朝向入料口的方向，因为不论怎么更改，都会是流动方向的收缩大于非流动方向的收缩的。收缩产生的抱紧力就会在模具上产生一个很大的摩擦力，在产品顶出的时候就会产生各种弊端。
顶白、顶凸、顶裂、顶塌，这几种产品不良基本上都是因为上面阐述的摩擦力的诱因导致的。产品表面的承受力小与所需要对抗的摩擦力的时候就会产生这一系列的问题。
一般顶出机构的直接作用点都是作用在产品表面，产品所能承受的横向力小于摩擦力的时候，摩擦力的能力便可以显现出来，一般会在产品的表面留下顶出机构的印记，如果承受力是远小于摩擦力的时候，那么结局就是顶出机构可能直接突破产品表面，顶到外面，这在一些材料偏软的注塑中见过，一般来说，在模具工厂中的人能够见过，但在量产厂家中极少见到。
在这几种情况发生时候，一般有几种办法解决，工艺角度来说，如何减少摩擦力，工艺员采用的办法有降低保压。保压一般来说影响的是材料在腔体里面的填充紧实度，保压越大，在腔体中越发充实，而结果就是充实的产品对摩擦力的要求更为苛刻，所以减少保压是一个很有效的办法，在只有微微顶白的产品中，下调保压基本能够解决顶白问题。
而作为一些更加经验充足的工艺员来说，会选择加快填充速度，调高填充压力，同时下调充满计量，之后再选择降低保压，这样调整可以在顶出位置处选择一个高速通过来减少材料的紧实度，同时保压不变来保证其他位置的状态尽量不会改变，以此来解决顶白。
再若不行，可能会考虑到提高模温，提高模温能够降低产品的收缩，从而减少收缩力带来的那一部分的摩擦力补偿，也不失为一个调整此类问题的办法。
从模具构造上来减少一部分的摩擦力，通常模具公司会选择的是抛光来减少摩擦阻力，同时，还会考虑加一部分的斜度来分散收缩力的那一部分摩擦力补偿，一般来说此四类问题的产生位置在有结构、筋深、筋多的地方会出现的概率大，因为在那一部分顶出时所需要抗衡的摩擦力偏大，在开模建模的时候应该优先考虑此类问题，原理见下图：
2、 来自大自然的馈赠的吸真空力
真空力有多大，在此就不做解释。但是在注塑生产中是无所避免的遇到这些真空力的干扰。很多产品的高亮要求，外观面的整齐程度约束着我们必须进行一个特别光滑的镜面来满足产品的外观要求，这就无法避免的出现了一个问题，吸真空。
在高亮度的产品上面，模具设计的时候就需要考虑真空影响，提前做好规避，是预留进气槽还是直接在模具里面规划吹气来解决真空力的影响。在现在的模具工厂中，A0镜面在平面上是肯定会造成吸真空的。其实并不只是镜面，皮纹面在没有规划好的情况下也会造成吸真空的情况，并不是所有的皮纹都是吸真空的，也不是所有的均不是吸真空的。
吸真空力，其实很好解决的一个问题，难在的是需要吸真空的时候没有出现吸真空，不需要吸真空的时候偏偏出现了吸真空，这就很尴尬。
今年八月份左右的时候去天津交付一批模具，在现场做工艺调整的时候，模具基本没有问题，只是在外观面上有些许砂纸痕，于是我和厂家说到时候找个抛光的过来，把砂纸痕的位置带一下光就可以生产了。
后来公司派抛光过来，厂家那边说，要不然就把前模整个重新抛一下光吧。这一抛，前模开始吸真空，直接粘前模，导致的是后面的筋位等等全部拉白，整个产品能够从后模上拉起半厘米高。后来是又降号，又加后面的倒扣，却是难以解决粘前模问题了，最后没有办法，返厂维修，却是再也打不出交付时候的状态了。
对于真空力，确实是没有什么好的解决方案。一般来说因为吸真空的问题，在模具上一般会预留一个吹气孔来防备粘前模无法调整。而实际上来说，角度、方向或者说镜面的程度都会影响吸真空力的大小，对于高收缩率的产品来说，收缩加吸真空，确实是个难以改变的问题，是要求模具设计在开模的时候就得将此部分的因素考虑清楚。
3、 材料的内应力
材料自身在流动上会产生两个方向的内部应力。从化学方面分析，分子链之间的拉扯力会导致在流动方向上有一个往回走的趋势，这也是缩水的主要大趋势方向，这个一般个人喜欢称之为一个横向收缩力。
而在材料填充满腔体之后，还会有保压等其他压力因素对其作用，会在此作用上产生一个对抗力，这个对抗力个人称之为纵向内应力，许多产品后期的应力痕之类的产生，个人感觉与这个纵向内应力有关。
在模腔内对抗力，当从模腔中脱离的时候，这部分力没有地方释放，会表现在产品的表面，而这些表现一般都会化作应力痕来告知此处有压力对抗且并未消除。
产品的应力痕，说到底不知道如何去解决的一个问题。从产品的前端就应该考虑的就是分子间的内应力如何去抵消的问题。内应力最后造成的痕迹，几乎都是在有筋位、厚度或长度有变化的地方，有些是因为收缩不平衡，在表面导致的痕迹，有些则是因为保压给予的压力不均衡，在释放保压之后制品内部的反弹力造成的表面有痕迹。而且是平行于流动方向的内应力是最难去除的。
在洗衣机的观察窗内框的时候，发现用PP+20%滑石粉，在最边缘的卡爪上面出现了应力痕，尝试了各种办法来解决应力痕的问题，到最后无功而返，被逼无奈下放弃。
很多有条件的会在注塑完成后加一个步骤来解决内应力出现的应力痕，甚至是减缓内应力对制品的影响。在高尔夫球注塑中，一些特殊的树脂注塑的时候是用特种注塑机注射的，给予的压力非常大，导致的后期的内应力偏大，对球皮的张力影响极大，这时候如果遇到低温或者是其他的恶劣环境时候，便会导致球皮因内应力释放不完全破裂。
高温慢降是个很好的释放内应力的办法，或者一定的温度静置一段时间，可以很好的将内应力释放完全，这样在后期制品的后收缩上可以排除掉因内应力导致的变形。
在高压力的特种注塑中，排除掉内应力的这个环节很多地方叫做淬火，此个环节是从钢铁注塑那边开始冉生出来，再后来的各种特种注塑中应用广泛。包括高压的注塑以及陶瓷类注塑中，猝火环节是一个无法避免的环节，这个环节完全就是为了消除产品的内应力而存在的。
在一些易碎裂的材料中，也有提高模温来解决后淬火环节的，像一些易碎的PS透明制品，可能就需要一个高的模温来便于制品更好的去释放分子间应力。
在所涉及的行业中，高尔夫球注塑中的部分材料是非常需要需要后淬火的。当时，在研发一款新产品的时候，忽略这个问题，产品到达客户手上之后，在韩国的冬天的一个早上，被选手一杆打成两半，后来各种找原因后才找到了内应力释放不充分。故而现在很多时候都需要在一个恒温室中静置一段时间来释放掉制品的内应力。
大致在注塑模具中经常打交道的力就这三种，其他的力学上不会有太大的干扰，但是这几种力的交叉相互作用，会产生制品上的万千变化，在此乐意将以下几种制品不良整合到这里，因为这些不良都是一种力或者多种力的作用而导致的，归纳为一起方便考虑对策。不良包含：顶白、顶凸、顶塌；粘模、拉白；顶裂、脱伤。
这几种不良分成了三类，顶白、顶凸、顶塌我放在一起，因为这三种主要是解决摩擦力和表面张力的冲突。
这几种一般在不考虑吸真空的情况下，就两种解决方法，一个是增加表面张力，一般的解决办法就是在模具上面增加顶出机构，或者增加辅助顶出设备。降低摩擦力的办法就是抛光来减少表面粗糙度，来减少滑动的摩擦力。
最好的解决办法就是从模具上改善这些问题，达到能够顶出的效果，这是从根本上去除三类问题的点，就是减少摩擦力，增加表面能承受的张力。
而从工艺角度上来分析，即考虑制品在模具中存在热胀冷缩以及填充的凝实度存在的干扰，工艺上会选择减短冷却时间来减少收缩率附加给摩擦力的外力，同时降低保压来尽量制品的凝实度，这样的话多个方面来考究，去解决这三种问题的方案，但是，最主要的，还是靠模具上更改，甚至可能需要增加斜度来解决摩擦力过大的问题，部分拉白也可以归到这个分组中，但是更多的拉白是由于下面原因导致的。
第二类：粘模、拉白
这两种问题点发生，归结到问题上的话我还是喜欢将他们放到真空力和摩擦力的对抗上面。拉白虽然也有摩擦力和表面张力的因素，但更多的影响次数是在摩擦力和真空力的原因。
在模具的动模或者静模发生吸真空的时候，模具的开模动作就会直接在吸真空力的作用下拔开制品，如果制品在另一端模具上的摩擦力足够大，未发生位移的时候，便不会出现拉白的现象。对我而言，判定是不是有粘模的情况不是看产品表面，而是听模具打开时的声音。
在声音比无产品的时候大的情况下我均认为此套模具是有吸真空力存在的，而不是单一的去看制品的表面是否有问题。在听到异响问题很大的时候，及时沟通更改结构，不然一切靠工艺去调整只是一种应付。粘模一旦出现，基本都会伴随着拉白等问题出现，还有别的问题，在第三类一起。
第三类：顶裂，脱伤
这种不良，给我感觉也是摩擦力和制品表面张力的一种对抗表现，但是差距在，顶裂、脱伤从力上来说，是表面张力大于摩擦力，所以制品表面没有问题，即顶出机构的布局做的很合理，同时摩擦力大于制品的分子之间的拉力，造成制品表面纵向移动方向的表面发生破裂。
在外面的表现就是这种脱伤或者部分位置顶裂，而且顶裂的位置并不是在顶出结构的上面，明显有撕裂的痕迹，这个顶裂到最后成为了分子内的聚合力和摩擦力的对抗，摩擦力远大于分子之间的聚合力，就会是分子之间开始脱开，形成这种断裂式的制品不良，因此将这几种问题放在了格外的位置。
模具角度解决，最好的办法是增加脱模斜度和拔模斜度，这样的话一旦脱开便不再会有接触面进行撕裂，从而从根源上解决这种问题。
脱伤这个范围很广泛，不止是斜度的问题，所有在乎脱伤的地方几乎全都是镜面，在制品上基本在外观面，让人能够一眼看见，看到此类的问题就会很反感。脱伤的原因就是上述的第三种原因，知道原因再去解决问题，增加分子间的聚合力是没有什么好的办法，只能是说一个产品固定的时候就会确定了它的材质。
所以能够解决的只能从降低摩擦力方向考虑：模具方面来说，镜面位置的平整度，出模的斜度，在有吸真空的位置提前布局吹气孔或者入气槽来避免真空力对摩擦力进行强加，这样的话能够从模具的根本上解决脱伤问题。
但是如果脱伤比较轻的情况下，考虑用工艺解决，这时候的工艺就是从减少这些摩擦力的产生原因入手：降低凝实度，或者说是减少制品的克重；缩短冷却时间，让制品在型腔内的变形未达到之前的那么紧致就脱出，减少收缩力作用到摩擦力上；提高模温，其实还是为了减少摩擦力，来达到一种摩擦力未能超越分子的聚合力的状态。如此，便可以缓解或者解决脱伤问题。
脱伤的完全解决，还要考虑材料和模具钢材的附着能力是否是不好，从各方面考究。各种摩擦力、收缩率、吸真空力以及分子之间的内应力等各种力量的对抗导致表面的各种不良，需要仔细分析原因，从根源入手完成力学对制品的干扰，得到好的成品。