我們在之前的文章中討論過聚合物的比容-溫度曲線。如圖1所示，圖中的區域區分與注塑周期的不同階段相對應。注射階段(Injection)對應於處於熔融階段的塑料，當熔體開始冷卻時，補縮和保壓(Pack, Hold)階段開始起作用。當補縮和保壓完成後，塑料被冷卻到頂出溫度（什麼是頂出溫度，請參考之前的文章）以下，以便安全地將產品從模具中頂出來，產品不會變形。
圖1 聚合物比容-溫度曲線
產品的收縮率與材料的比容直接相關。隨著外在壓力的增加，塑料的比容會隨之減小。因此，補縮壓力會直接影響產品的收縮。補縮壓力越高，腔內塑料壓力越高，產品的收縮率越低。因此，為了控制零件的尺寸，必須控制補縮壓力或模內壓力。圖2顯示了模腔壓力對產品長度尺寸的影響。公差也顯示在圖表上。隨著模內壓力的增加，產品的長度尺寸也隨之增加。
圖2 模內壓力和產品尺寸的關係
我們以一套兩穴模具為例。為了使最終產品的尺寸一致，每個型腔中的塑料壓力必須相同。當型腔填充相同時，隨後的補縮和保壓階段將具有相同的效果並產生相同的型腔壓力。如果一個型腔的填充量恰好小於另一個型腔的填充量，那麼從補縮切換到保壓之後，首先填充的型腔將得到更多的壓力，導致這一穴的型腔壓力更高，從而產生更大的尺寸。這將導致穴與穴之間的產品尺寸差異。如圖2中所示，第一個產品的模內壓力最小，其長度尺寸也最小。最後一個產品的模內壓力最大，產品尺寸也最大。通過測量，只有中間的第二個和第三個產品尺幅在規格範圍內，第一和第四個都超差。
此外，當工藝窗口很小時，第一個填充的型腔可能會以飛邊結束，即使另一個型腔仍然是短射。圖3所示為雙腔模具的零件，其中一個零件短射，而另一個零件已經飛邊。為了避免這些問題，就要求熔融塑料流入每個型腔的量必須相同。因此，型腔平衡的確定是工藝開發過程中的一個重要步驟。
圖3 兩穴模具差異（飛邊&短射）
造成模穴之間不平衡的原因有很多，科學君總結下來包含一下原因：
流道差異：如果多腔模具的流道和澆口之間存在較大差異，則模穴之間的塑料流動性會有較大差異，這就會導致填充不平衡。排氣差異：模具中添加排氣孔的目的是方便塑料在進入模腔之後的流動，為模腔中的空氣提供一條排出通道。因此，排氣口必須能夠使空氣以與塑料流入腔中的流速相等的速率從模具中排出。我們不妨假設一個最壞的情況，一個模穴中沒有通風口。在這種情況下，塑料無法像在另一個模穴中那樣快速地進入該腔，塑料在進入無通風口的那一穴的過程中將會遇到巨大的阻力，這將會導致嚴重的不平衡。因此，如果模穴之間通風口的尺寸和位置不相同，這將影響填充速率和填充量，導致零件尺寸變化。冷卻差異：模具溫度也會顯著影響塑料的流動，尤其是結晶材料和長流長比的零件。通常，較高的模具溫度會導致較高的塑料流速。模具溫度也會影響塑料的收縮量。因此，如果冷卻速率在多型腔中不一致，塑料在每個型腔中的流動和收縮將不會相同，這也將導致產品尺寸的變化。塑料流變差異：在H形流道的8腔模具中，即使流道是幾何平衡的，四個內腔將比外腔更快得到填充。原因是存在由熔體流變不平衡導致的流動不平衡。為了在所有8個腔中產生相同的零件，必須使兩對內腔中的塑料流動塑料與兩對外腔的塑料流道塑料平衡。由於H型8型腔模具固有的不平衡性，很難從流變學的角度平衡所有8個型腔。目前流道翻轉是比較好的解決方案，如圖5所示。
圖4 H型多穴模具的天然不平衡
圖5 流道翻轉示意圖
為了實現模穴平衡，必須確定任何現有不平衡的原因。首先，必須通過可靠的方法檢查每個模穴中的實際模具溫度。接觸式溫度探頭的結果最有效。熱成像系統也可以，因為它即使在模具運行時也能提供快速的圖像以迅速了解模具溫度。模穴間的模具溫度差異應控制在接近2°C溫差內。
應該檢測每一個模穴的流道和澆口尺寸，這些尺寸必須相同。流道和澆口都會隨著使用的時間而磨損。因此，定期測量和監測這兩個數據也是非常必要額。
如下是確定流道平衡性的步驟：
將保壓壓力和保壓時間設置為零。設置螺杆停留時間，使其與保壓時間近似。將冷卻時間設置為可以確保零件順利彈出的值。根據粘度曲線選擇合適的填充速度。其餘設置與粘度研究時相同，開始實驗。因為這個測試是在粘度研究之後立即進行的，所以設置必須能夠保證生產的產品是短射的。記錄每一穴產品的重量。根據零件的尺寸，必須至少記錄3到4次連注塑，並稱重和記錄，最後形成圖表。如圖6所示。
圖6 模腔平衡實驗圖我們都知道，世界上沒有100%完全平衡額模具，那麼多大的不平衡性是可以接受的？
可接受的不平衡百分比變化取決於各種因素，其中最重要的因素是零件的尺寸公差要求和可用的工藝窗口。一個更寬的工藝窗口會提供更好的機會來填充所有的型腔。儘管如上文所述填充差異會造成模內壓力的不同，從而造成穴與穴之間的尺寸會有所不同。但是，如果產品的尺寸公差要求足夠寬，並且所有模穴生產的產品都在尺寸規格範圍內，則這種情況下的不平衡是可以被接受的。更寬的尺寸公差和更寬的工藝窗口能夠提供更高的模穴平衡可接受百分比。相反，尺寸公差越緊，可接受的不平衡百分比越低。
所以，應該檢查零件的最終質量，以確定是否需要更高的模穴平衡百分比。對於大多數產品而言，科學君看到更多的企業是將不平衡百分比設置在5%~10%之間，這個範圍僅供參考，具體還是要看產品。