注塑成型中保压过程探讨

曾与几个同事在探讨注塑保压问题。一个模具设计同事问，保压要怎么分段？到底分几段合适？各段分别起什么作用？

一个做工艺的同事回答：一般两段，三段，能一段最好。通常第一段低压避免出现毛边，第二段保缩水和尺寸，最好不要用第三段，等等等等。

讨论了很久，问的人还是不明白，说的人也叨不清楚，越说越困惑。

这样的提问，这样的回答，如果仅仅讲分段，不明白什么是保压，保压的功能是什么，也不讲每段的时间，这个问题永远讲不清楚。讲保压分段离不开每段的时间，而这个时间的拿捏非常关键。

10多年前，我也曾这样问过一些老师傅，终究没有得到我想要的答案。越问越困惑，每人讲的都不同。我只好系统地学习注塑原理，结合实际现象不断思考总结，终于明白了注塑的本质。现在和大家探讨一下。

究竟什么是保压？

这位设计同事问的三个问题，如果不搞清楚保压的本质，不知道如何回答。产品结构不同，模具设计不同，塑胶材料不同，注塑机不同，产品质量要求不同，因此没有一个一定的保压设定模式。如何设定保压取决于上述的各种条件。要探讨清楚这些问题，需要先搞清楚保压的本质是什么。

保压过程是一个压实补缩的过程。

当型腔充填完成后，熔体在模腔内的快速流动停止，因而也就没有或很少剪切热产生。由于失去了剪切热的补充，熔体热量会快速通过模壁的传导出去，这时塑胶开始快速收缩固化。此时，需要一段时间的压力压实熔体并弥补熔体收缩释放的空间，这就是保压。没有保压的作用，塑胶产品将会出现不同程度的缩痕，外观复制性不好，和尺寸过小等问题，这些是无法接受的品质缺陷。保压本质上与注塑充填一样，都是用高压将熔体挤入模腔。其与充填阶段主要的差别在于：充填阶段有一个凝固层形成过程，而保压阶段几乎没有。从注塑机的功能设计来看，充填阶段以速度为控制参数，因为充填的目的是快速完成充填；而保压阶段以压力为控制参数，其目的是补进塑胶压实型腔中凝固层内部的熔体，并弥补熔体收缩释放的空间，由于挤进模腔的塑料熔体的量有限，所以速度不是控制参数。

既然充填和保压的本质一样，都是用高压将熔体挤入模具型腔，那么只要螺杆保持前进就可以实现。所以，在实践中可以用机器的射胶功能来充当保压（有一些技术员这样操作，即不用保压功能，射胶末段设定极低的速度，很高的压力，设定射胶时间限制，不设V/P转换点，保压时间设定为0，射胶时间一到螺杆开始回退塑化。），也能获得外观尺寸合格的产品；实践中也有利用注塑机保压功能充当一部分射胶作用的做法，例如V/P切换过早，那么型腔充满之前的保压其实完成的是充填的工作。

明白了充填和保压的本质，我们就知道射胶和保压两个阶段并不是由注塑机功能设定决定，即在射胶阶段即充填，保压阶段即保压。理论上，真正的保压补缩开始于型腔100%充满，这时已经没有新的凝固层形成，在此时间点以后继续进入型腔的熔体才起到压实补缩的作用，保压真正开始。

从流变来分析充填和保压的差异

充填过程中，塑胶熔体高速流动，流通熔体经历的剪切速率极高，一般为10⁴-10⁵/s数量级。熔体在此阶段经受的是剪切应力。而在保压阶段，由于型腔已经充填满，熔体在凝固层内部流动缓慢，除浇口处之外，型腔内熔体流动剪切作用基本消失。此阶段熔体经受的应力是以压应力为主。压应力作用压实熔体，驱动熔体补充到收缩释放的空间。

由于保压阶段熔体经受的是压应力，型腔亦是如此。这种压应力在型腔内作用是一种静水压作用。产品的外观质量需要这种静水压作用迫使凝固层与模壁精密吻合，以获得更好的复制性；然而，如果模具强度不够，或者静水压作用超过模具设计刚度所能经受的应力，模具将出现过度变形，这种弹性变形在压力卸除后（保压结束），回弹作用在型腔内的塑胶上（产品上），将导致产品出现诸如应力痕，光影之类的缺陷。

充填过程中熔体流速极快，剪切发热现象显著。在高速充填时，剪切热不仅可以弥补熔体流动过程中传导损失的热量，甚至还能升高熔体温度，使充填更容易。然而，流道中熔体高速流动的剪切发热导致流道内各熔体流层温度/粘度不均，又成为多腔模具充填不均的根源，这也是塑胶熔体流变之所以复杂的根源之一。而在保压阶段，由于没有了剪切发热，塑胶熔体热量迅速被模具带走，真正的冷却开始。所以保压阶段时间可以计为冷却时间。虽然如此，但是保压阶段的冷却不能严格等同于保压结束后的冷却，因为保压不断的补进新的熔体，输入了新的热量。

注塑产品的冷却进程是从远到近发展，即从末端开始逐渐发展到浇口，因为进入型腔所有的熔体都必须经过浇口，即便是保压阶段，浇口区域也还是有相当程度的剪切发热；从外到内发展，即从凝固层逐渐发展到芯部，因为塑胶是极好的隔热材料。

注塑机的功能设定限制

注塑机螺杆前进运动有惯性。在实践中，通常会在模腔充填满90-95%时切换到注塑机的保压功能，这是从机械运动惯性来考虑。一些实操性的技术书籍和操作指导也是这样描述，因而行业中都默认螺杆一过V/P（V是Velocity,速度，P是pressure,压力，因此V/P切换点实际上就是从以速度控制主导的螺杆前进切换到压力控制主导螺杆前进的切换点）切换点，就开始保压。这是注塑机功能上的保压，与上述的保压（一个压实补缩的过程；此过程中没有凝固层形成）有点不同。上述的保压是，不论注塑机何时切换保压，只要型腔没有充满，还继续有凝固层形成，都还是充填过程（实操中有一些加强筋是保压阶段填满的，希望读者朋友不要纠结），只有模腔全部充满后，真正意义上的保压才开始。因而在此，我们不考虑机器的功能设计，正如我前面描述的：保压本质上与注塑充填一样，都是将熔体挤入模腔，差别在于各自所扮演的角色不同而已：充填的作用是充填满整个模腔，保压负责压实补缩。深刻理解这一点，就不会钻牛角尖。

通常，实操中我们大多数人关注的焦点在于保压曲线的设定，即保压压力大小，时间长短和各段时间分配，以及保压分段模式等等，而实际上恰恰忽略了我们设定保压曲线的目的：保压效果。所谓保压效果指的是：

1，补进的塑胶熔体量

2，补进的塑胶熔体量的分布状况

所以良好的保压效果意味着每次补进的塑胶量稳定；补进的塑胶量在模腔内的均匀分布程度高。这样意味着产品的尺寸稳定，残余应力最小，自然品质就好。要做到这两点，需要对塑胶熔体在型腔内的流动和收缩有深刻的理解，才能：

1，按需设定合理的保压曲线

2，根据试射的产品情况方向清晰的调整保压设定

3，测试机器的性能

4，根据模流分析的冻结速度，合理设定保压时间

保压设定指南：

1，产品越薄所需保压补料越少，薄壁快餐盒几乎不需保压，高速高压射满即可。

2，厚壁产品因为壁厚关系，收缩体积大，需要保压补料多，而且因为保压时塑料流动速度低，因此需要比射压大得多的保压压力，和更长的保压时间。

3，如果产品外观要求高，那么需要高压迫使凝固层贴紧模壁，获得良好的复制性。要获得良好的压力传递，必须趁凝固层内熔体粘度比较低时足够的保压，才能获得更好的保压效果，即越早起高保压越好，然后随着时间推移逐渐降低保压，避免浇口区域应力过大。这种保压模式，需要模具分型面吻合度好，模具刚度好，不然毛边风险大。

4，如果产品尺寸要求高，变形要求严格，保压设定模式同上。

5，如果模具条件无法满足很早起高保压，那么为了避免毛边，需要待凝固层固化到一定程度才升高保压。这时熔体粘度增加，保压效果不好，很难把熔胶输送到末端需要的区域，浇口附近和末端的收缩差会变大，即可能导致尺寸不稳定，变形超差，各区复制性不一致。因此，产品极致的外观和精密的尺寸，除了模具型腔必要的精度之外，还需要极好的模具结构刚度来实现。

6，射胶速度影响保压效果。射胶速度决定熔体充填时间，充填时间越长，热量损失越大，进入保压阶段熔体粘度越高，因而在同样保压压力作用下保压效果越差。缩短射胶速度需要模具充分的排气，而且需要模具更好的刚度。

KK模具的邓先生一句话描述了稳定注塑的关键：在相同的温度，压力，速度条件下，注入相同量的塑胶熔体进入模腔，自然就获得稳定的注塑。