第 41 章：缩水（Sink mark），凹陷

Steve Brammer，Randy Kerkstra，GEMINI & CHATGPT

41.1  定义

缩水是指，产品的表面没有和想要的那样平整（图 41.1）；产品表面有实际存在的下陷。缩水和空洞经常是相关联 的，因为空洞是产品内部的缩水。

错误的分类：透视

41.2  缩水问题的可能原因4M 表

注塑工艺	模具	机器	原料
保压压力低	水路堵塞	机器性能	粘度变化
保压时间短	冷却设计不良	转压切换	成核剂
射出重量低	热流道温度偏低或偏高	止逆环动作不稳定	发泡剂
余料量不足	针阀驱动不良	喷嘴尖类型
射出速度慢	壁厚问题	气辅不动作
模温偏高	模腔平衡
料温低或料温高	浇口尺寸，位置，数量
	拉凹

41.3  缩水的问题处理

如果是产品设计不科学造成的，缩水问题就会很难改善。因为注塑过程中，熔融的塑料在冷却的过程中会收缩，胶 位厚的地方就容易出现缩水印。在产品的设计阶段，必须遵循壁厚和筋位的比例关系的设计标准。另外，比如不要 从薄壁位置进胶这类准则也要遵从，来尽量减少缩水。如果只是让工艺人员一个人来想办法解决缩水问题，那他能 做的也是有限的，物理法则还是要发挥作用。

下面的缩水问题处理指南，是基于产品设计已经定型的情况下。

41.3.1  注塑工艺问题引起的缩水

注塑工艺方面，有很多因素会导致缩水程度增加，包括：

  保压压力低  保压时间短  射出重量低  余料量不足

  射出速度慢  模温偏高  料温偏高或偏低

41.3.1.1  注塑工艺问题：保压压力低

保压时注塑机施加的压力，是用来保缩模腔，补偿塑料的收缩的；必须要有足够的压力作用到模腔里，才能消除产 品的缩水。很多人根据经验来设定保压压力，但是最好的方法是，让产品的外观和尺寸来指明，怎样的压力是合适的。

确认保压压力是否和标准参数一致，也检查有没有人增加了保压段数；如果保压压力设定的不正确，机器的保压设 定应调整为和标准参数一致。

机器如果有保压速度设定的，确保保压速度要足够大，让机器能快速的达到设定的保压压力值。如果保压速度设定 的太小，机器会很难达到要求的保压压力。

检查保压压力的设定，是不是因为模具问题而故意调整的。有时产品有拉伤或顶高问题，技术员降低保压压力来改 善，这又导致产品缩水。从模具上解决这些问题，而不是用工艺参数来弥补它。

41.3.1.2  注塑工艺问题：保压时间短

模具里的模腔压力，是通过机器的保压压力来建立，并通过保压时间来维持。在多数情况下，保压时间应该设定为， 比浇口封闭时间略长一点，也就是保压持续到—-浇口已经冻结，模腔里的塑料不会随着机器保压压力的撤销而从浇口回流。

确认模具是不是在浇口封闭的情况下生产的。如果没有做过浇口封闭实验，那么花点时间去做一下；如果有做过浇 口封闭实验，对比一下保压时间有没有比浇口封闭时间略长。有必要的话，延长保压时间来确保浇口封闭。

浇口没有封闭的话，会导致浇口附近的区域出现缩水缺陷；如果保压时间特别短的话，整个产品表面都会有缩水印。 如果模具装有模腔压力传感器的话，可以看到保压结束后的模腔压力突然下降。图 41.2 是 e-DART 系统监控的一周 期压力曲线，注塑工艺是没有浇口封闭的；可以看到，随着保压压力的撤除，模腔压力骤然下降（浇口处压力传感器）。

41.3.1.3  注塑工艺问题：射出重量太轻

在使用科学成型技巧时，射出阶段模腔是 95%~98%满的，每付模具的标准工艺参数上，都应该记录射出阶段重量。

要确认射出重量，保压压力和时间要设置为零，这个时候产品应该是 95%~98%满的；然后将产品称重，和标准工艺 参数表的射出重量做对比。如果射出重量太轻，调整切换位置来获得正确的射出重量。按照以下步骤：

1.     确保机器还留有足够的余料量（不小于 6mm）

2.     如果机器的料量是足够的，调整（减小）切换位置

3.     如果余料量不足，参考下一节

4.     如果是储料量不够，增加储料量

41.3.1.4  注塑工艺问题：余料量不足

机器的压力要传递到模腔，螺杆前部一定要留有一定的余料量。余料量是重要的工艺变量，需要记录和追溯。如果生产时机器没有余料量，要确定塑料是去哪里了？可能的泄漏点有：

  通过止逆环泄漏  从喷嘴和浇口套之间  从热流道里

磨损或损坏的炮筒、止逆环、喷嘴尖、浇口套等都会导致漏胶发生；热流道分流板也容易开裂并漏胶（图 41.3）（译 者注：热嘴尖处也会漏胶）。如果机器因为漏胶而没有余料量，不要一直增加储料量！！如果漏胶造成模具或机器损 坏，维修的成本和周期都不菲。在这种问题里，谁造成漏胶的，谁来清理泄漏的塑料，他会学到难忘的一课！

如果怀疑止逆环漏胶，可以检查以下事项：

  确保储料完有合适的松退行程

  观察螺杆在注塑前进时，会不会转动。如果塑料从止逆环往后漏的话，螺杆会转动

  生产一模，冷却完成后不要开模，手动执行射出动作。如果螺杆会一直前进，那就应该是止逆环漏胶了

  将储料量和转压位置都加大 25mm。如果加大行程后余料量保持稳定，那说明炮筒上有磨损了，而不是止逆环 的问题

41.3.1.5  注塑工艺问题：射出速度慢

当射出阶段的速度很慢时，塑料的粘度会加大，导致模腔压力损失加大。这个粘度的变化还会影响机器保缩产品的 能力。

实际射出时间，应该和标准工艺参数上记录的一致。如果实际射出时间和标准参数不符，加大射出速度的设定。稳 定一致的射出时间，是工艺参数的关键而基础的一环。如果是因为模具问题比如烧焦而降低射出速度的，把模具改善好。

41.3.1.6  注塑工艺问题：模温太高

模温高会影响塑料的冷却速率。模温高，塑料通常会收缩的更多，导致额外的缩水问题。

检查实际水温和水流量是否在需要的数值。如果水流量不足，对模具的冷却能力冲击最大，特别是不能满足紊流条 件的话。使用水流量计来测量各个水路的实际水流量，如果没有水流量计的话，也可以用一个水桶，把回水管的水 排到水桶里，称重一分钟时间的回水量。使用水桶能让我们对水流量大小有个概念，但是要知道的是，这种情况下 回水是没有阻力自由流动的，会比实际的水流量大。

检查水路有无正确连接，比如没有进水的空回路；检查模温机的水阀有没有完全打开，水有没有流动？要注意有没 有空气困在水路里—-这会造成水不流动。所有的水路在上模时应该检查有没有堵塞问题。

产品刚脱模的热成像照片，可以醒目的看出模具过热的区域。如果这些过热的区域和最初工艺开发时的热成像照片 不符，那模具有冷却问题的可能就很大。

另一个要注意的地方是工厂里的冷却水温度。如果冷却水是普通的水塔提供的，那水温会随季节变动。如果工艺参 数是冬天开发建立，模温是设置为和冷却水温度接近的，那我们在夏天就没办法重现这个工艺参数，因为冷却水温 度要高得多。如果工厂里没有冰水机的话，模温不要设置成低于夏天的水温。如果工厂有冰水机的话，那全年都可 以用更低的模温。

在模温机有更换时，要保持警觉。更换的模温机必须要有相同的流量和冷却能力。如果一个 7.5 匹的模温机被替换 成 3 匹模温机，那水流量就会降低，可能导致无法实现紊流；如果无法实现紊流的话，模具的实际冷却效率会大打折扣。

41.3.1.7  注塑工艺问题：料温过高或过低

料温是工艺参数稳定的关键。注塑成型的一个主要组成部分，是热量交换的管理。知道实际的料温是多少，并且在每次生产时都保持一致性和重复性，可以减少产品的变动。

实际料温应该记录在标准工艺参数表上，并且在问题处理时检查确认。如果实际料温和标准参数上记录的不符（+/-5 度的范围），检查会影响实际料温的参数：

  炮筒温度设定  储料背压  螺杆转速

如果料温偏高，塑料需要更长的时间冷却，就会有额外的收缩，或导致缩水印。料温对结晶塑料的作用更大，因为 结晶塑料冷却的更慢的话，结晶度更高和晶体尺寸更大，导致收缩率更高。

料温偏低，会导致压力损失加大，保压压力没有办法很好的分配到模腔里（模腔内的压力差异也加大）。模腔内的 加压是保证注塑产品缩水最小化的关键。料温严重偏低甚至会导致产品缺胶。

41.3.2  模具问题引起的缩水

造成产品缩水的原因可能是模具本身，常见的模具原因有：

  水路堵塞  冷却设计不良  热流道温度  针阀驱动不良

  壁厚问题  模腔平衡  浇口尺寸，位置，数量   拉凹

41.3.2.1  模具问题：水路堵塞

模具的冷却效果要高效的话，所有水路都要通畅。如果水路有堵塞了，水流量要么受限制，要么不流动。这个水流 的限制会导致模具温度上升，这会引起产品缩水。

各个冷却水路的水流量，在工艺的开发阶段，就应该测量并记录下来。一旦在工艺开发阶段确定了模具冷却能力的 基准，在后续的问题解决处理时，可以很方便的用来参考。如果测量出某个水路的水流量降低了，冷却水路就需要清理。

很多东西会堵塞水路，包括：   生料带

  水垢  机加工的金属屑  挡板水路的挡板太高

冷却水路里的水垢，可能是模具冷却不良形成热点的最主要原因。如果工厂里的冷却水没有正确的处理，水里面的 矿物质就会层积在模具水路里。冷却水路里形成的水垢，会像隔热层那样，不光限制了水的流量，还限制了冷却水 和模具的热交换能力。

注塑厂的冷却水系统，一定要有水质处理和管理。如果工厂在不做水质处理的情况下运行，模具的冷却水路里肯定 会有水垢（图 41.4）。最糟糕的情况下，水垢会完全堵死水路，严重影响模具的冷却能力。也要知道一点，如果模 具会有水垢生成，那么机器的下料口、油温冷却器里面，也一样会有水垢生成；如果水垢严重的话，可能会导致油 温过高。

如果模具的冷却水路里已经有水垢生成了，要么用机械方法比如枪钻来去除，要么用化学方法比如酸液冲洗来去除。

41.3.2.2  模具问题：冷却水路设计不良

如果在产品的厚壁位置或小特征位置，模具不能保证充分的冷却，会造成模具局部过热。模具上的局部过热的容易 引起产品的缩水问题。不管是什么可能的手段，比如喷管、挡板、热针，都可以用来改善模具冷却。使用其他的模 具材料比如铍铜，也可以改善模具的冷却能力，前提是铍铜镶件也要有水路冷却。

41.3.2.3  模具问题：热流道温度

如果热流道的温度设定的太高或实际温度偏高，热流道内的塑料会吸收额外的热量，会导致产品缩水。

检查确认热流道的所有加热区，温度设定是否和标准工艺参数一致，温度读数也是正确的。注意是否有加热区一直 有加热功率输出，因为这通常意味着热流道出问题了。

41.3.2.4  模具问题：针阀驱动问题

当模具是针阀浇口时，如果针阀没有在要求的时间关闭，那对应的浇口就不会封住；因为浇口是打开的，当机器保 压压力撤除时，塑料可能就在模腔压力的驱动下从浇口回流，导致产品缩水。

检查所有的针阀浇口是不是正确连接的。手动打开并关闭针阀，是不是所有的针阀都能前进到底？检查针阀在关闭 位置的高度，可以知道针阀有无驱动问题。

如果手动测试针阀是没有问题的，检查针阀的控制器，有没有正确的给出针阀的驱动信号？如果手动测试时针阀不 动作，检查气路/油路有无问题（接错，堵塞），油缸可能泄露了，或者是电磁阀故障不作动。

41.3.2.5  模具问题：壁厚问题

保持产品壁厚的均匀，是注塑产品设计的一个基石要求。假设产品设计是正确的，注塑产品上还是会有厚胶位的区 域；任何的厚胶位区域，都会比周圈的胶位收缩的更多，也常常保缩的不够，因为周围的薄胶位会先冷却冻结，阻 碍了压力的传递。用千分尺检查产品的壁厚，或者是将产品做一个切面。浇口应尽量布置在厚胶位的区域，避免从 薄胶位进胶的过早冻结问题。模具设计时，如果想从产品的细小特征图筋位上进胶，一定要特别的小心，筋位会比 正常的胶位先冷却冻结，靠加大浇口并不能改善产品的保缩问题。

有几件事会导致模具相关的壁厚问题，比如：

1.     镶针加工的过短（矮），导致镶针上面的胶位变厚

如果产品的缩水位置，是在镶针的上方，可以用卡尺检查孔的深度是否不够，或者将问题区域切开，目视检查 有无壁厚变化。如果是镶针太短引起的，那必须要重新更换镶针来消除这个厚壁区域。

2.     筋位根部的额外 R 角过渡

如果筋位本身的厚度已经接近于最大推荐厚度值，那筋位根部的额外 R 角可能就会导致缩水印出现。这是个比

较难纠正的问题，因为模具需要烧焊。使用图 41.5 的“圆球测试”，用这个虚拟球来测试产品的剖面壁厚，虚 拟球会掉落的位置，就预测着缩水印会出现。

41.3.2.6  模具问题：模腔平衡

模腔充填不平衡，会导致有的模腔过保压，而有的模腔缩水。如果多腔模的产品有缩水问题，且各个模腔的状况不 同，那就需要检查模具的模腔平衡率。

具体请参考第 12 章。

41.3.2.7  模具问题：浇口的尺寸，位置，数量

如果浇口的尺寸偏小，那浇口会在产品得到充分保缩之前就冻结。浇口的尺寸有很多经验法则，但这些都是比较粗 略的估测。塑料在通过小浇口的剪切更大，因为剪切稀化和剪切加热的影响，也有可能小浇口的保缩效果更好。

不要轻易的做决定说浇口需要加大；有的情况加大浇口并不能改善缩水问题，而只会导致周期加长。特别是多腔模 的浇口，不要轻易的去更改其中的一个；因为这会导致剪切速率、保缩压力、浇口封闭时间的差异。找到模腔不平 衡的原因，从源头上解决，而不是通过调整浇口尺寸来平衡各个模腔的充填时间。

如果浇口距离产品的某个特征很远，那这个特征就不可能有很好的保缩。确认从产品浇口到充填末端的流动长度， 能否有效的保缩到充填末端？有时必须要增加浇口，才能保证产品的各个区域都要充分的保缩压力。也要注意浇口 附近的筋条或螺丝柱，会在模腔充填时就冻结，或导致缩水问题。

41.3.2.8  模具问题：拉凹

有时产品顶出的时候，流道和浇口会把产品往下拉，导致浇口位置凹陷。这个问题在潜浇口和牛角浇口上特别容易 出现。

如果浇口在顶出时会把产品拉凹，确认浇口是否封闭。如果浇口是否封闭；如果浇口是封闭的，那可能是产品在脱 模顶出时，还没有充分冷却。试着加长冷却时间，查看问题是否有改善。如果加长冷却时间可以改善问题，检讨能否加强浇口附近的冷却，来缩短周期时间。这也是红外相机派上用场的时候。

另一种可能是浇口太厚，顶出时和产品断不开。如果是浇口太厚的问题，应该更改浇口设计。通常薄而宽的浇口， 在保证塑料体积充填速率的同时，也能更快的冷却，更容易和产品分离。

如果产品的特征如柱子（底部没有顶出的话）会粘在模具上，抱紧力大，在产品顶出时也会拉凹产品表面。如果缩 水印直接在柱子的上方，也要检查模具上是否还留有电火花痕迹等，有无抛顺。

41.3.3  机器问题引起的缩水

可能的机器相关的原因有：

  机器性能  转压切换  止逆环动作不一致  喷嘴尖尺寸/类型  气辅不动作

41.3.3.1  机器问题：机器性能

参考第 8 章。

41.3.3.2  机器问题：转压切换

转压切换是指机器从射出的速度控制，转变成保压的压力控制。机器在转到保压后，如果要一段时间才能升到需要 的保压压力，那产品可能就有缩水问题。图 41.6 是糟糕转压切换控制的工艺监控数据；图中可以看到，机器的压力 在转到保压后，先是几乎下降到零，又花了几秒时间才达到设定的保压压力值。模腔的压力曲线，才跟随着保压压 力的下降，几乎下降到了零。这个例子里，问题的原因是保压的速度设定的太小。

图 41.7 是从机器上看到的压力监控数据，也是和上面的图 41.6 一样，转压后机器压力先快速下降，又上升到超过 设定压力值，然后稳定到要求的压力。

机器的转压问题，可能由好多方面引起，包括：

  保压的速度设置不当。如果保压的速度设置的太小，机器就不会在转压后马上反应，达到要求的保压压力值。 根据需要调整保压的速度

  射出重量不足。如果产品还没有充填到 95%~98%满，机器就切换到保压，那么转压后模腔也不会有足够的阻力， 来帮助建立保压压力。调整射出重量，匹配标准工艺参数的要求。

  机器的电磁阀设定参数错误。如果电磁阀调整的不对，机器在转压时也不会有正确的反应。机器的电磁阀参数 要合理的调整，来纠正这个问题。

41.3.3.3  机器问题：止逆环动作不一致

当塑料可以从止逆环处泄漏，实际的模腔压力也不达到要求的数值；因为实际模腔压力偏低，缩水也会出现。参考 第 8 章—-怎样衡量止逆环的性能。

如果止逆环有泄漏，那就要更换它。止逆环的问题，有可能是磨损，损坏，或者是杂料、杂质的污染。

41.3.3.4  机器问题：喷嘴尖类型

如果机器使用了错误的喷嘴尖类型，或者喷嘴孔径，可能会因为压力损失的增加而造成产品缩水。如图 41.8，尽管 机器的压力输出还变大了，实际的模腔压力和标准模板相差非常大。这个问题是因为 4.8mm  孔径的喷嘴，被换成 4mm 孔径喷嘴造成的。

开机工艺参数确认的其中一步，必须要检查确认喷嘴类型和喷嘴孔径尺寸。如果喷嘴选用有误，在做任何其他的动 作之前，先把喷嘴换回来。混炼喷嘴的压力损失，和普通喷嘴的压力损失相差非常大。在注塑问题处理时，不要假设喷嘴是没有问题的。

一个简单的诀窍，是在模具上焊一个螺栓，每次换模时喷嘴尖和模具一起拆卸，挂在模具上。这样检查一下模具， 就能快速的知道，正确的喷嘴尖有没有换上。

41.3.3.5  机器问题：气辅不工作

气辅成型的具体细节，超出了本书的内容。

如果产品是气辅注塑的，当产品有缩水问题时，问题解决应先聚集于气辅的工艺方面。一些要检查的因素包括：

  射出重量  气体注射压力  气针的动作  溢流的动作

  氮气纯度  气体升压的过程  气体注射时间

41.3.4  原料问题引起的缩水

原料相关的可能会导致产品缩水的有：

  粘度变化   成核剂  发泡剂

41.3.4.1  原料问题：粘度变化

如果原料的粘度变化比较大，就会较明显的影响到模腔压力的分布。原料粘度的变化，可能是来料的问题，也可能 是含水率问题（吸湿性原料的烘干问题）

原料如果有明显的粘度变化，射出的转压压力也会变化。如果转压压力比以前高，那原料的粘度可能变高了。核对 原料的进货检验报告，并检查原料的含水率。

41.3.4.2  原料问题：成核剂

如果生产用的原料，是含有成核剂的结晶原料，那么成核剂的添加量会影响材料的结晶度，进而影响产品的收缩率。 如果产品的收缩率增加，那表面出现缩水印的几率也增加。

检查所用的原料是否有误；如果色母里含有成核剂，检查色母比例是否正确。

41.3.4.3  原料问题：发泡剂

如果产品是有用发泡剂来帮助保缩，改善缩水的，发泡剂的添加比例必须要保持一致。如果发泡剂的添加比例有变动，那气泡的大小和数量就会发生变化。检查发泡剂的添加比例是否正确。

使用发泡剂时，也要注意保压压力不要太大。模腔压力过大会制约气泡的形成和膨胀。有的时候技术人员加大了保 压压力，结果让产品变得更缩水。