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1、,薄壁注射成型工艺与模具设计,高分子材料应用技术,谢焕静24号 荀月梨25号,09高分子一班,近年来，笔记本电脑与移动电话等产品更新换代的速度非常快，这类产品的设计理念正在朝着轻、薄、短、小的方向发展，同时人们对这些产品的需求也在快速的增长，于是在常规注塑成型技术的基础上，薄壁注塑成型技术迅速发展起来。 薄壁注塑成型技术虽仅有十几年的发展历程，但以美、德、日等为首的发达国家却纷纷投资，大力发展该技术。它已成为塑料成型行业中新的研究热点，是一项具有深远意义和重要作用的技术。,引言,定义,目前关于薄壁注塑成型还没有统一的定义，Mahishi和Maloney把其定义为流长厚度比L/T（L：Lengt
2、h，流动长度；T：Thickness，塑件厚度；L/T也简称为流长比）在100或者150以上的注塑为薄壁注塑；而Whetten和Fasset是这样定义薄壁注塑成型的：所成型塑件的厚度小于1mm，同时塑件的投影面积在50cm2以上的注塑成型。由此可见要给出一个统一的定义还是比较困难的；同时随着技术的发展，薄壁注塑成型定义的临界发生变化，它应该是一个 相对的概念 。,适用材料,薄壁注塑成型材料流动性要好， 必须拥有大的流动长度。还有 具有高的冲击强度，高热变形 温度，良好的尺寸稳定性。另 外，还要考察材料的耐热性、阻 燃性、机械装配性及外观质量等 等。目前，薄壁注塑成型广为应 用的材料有聚碳酸酯（
3、PC）、丙 烯腈丁二烯苯乙烯（ABS） 及PC/ABS共混物等。,典型应用,典型应用,常规注塑成型工艺已为人们所熟悉，但薄壁注塑成型则不然，因为随着壁厚的减薄，聚合物熔体在型腔中的冷却速度加剧，在很短的时间内就会固化，这使得成型过程变得复杂，成型难度加大，常规的注塑成型工艺条件已不能满足需要。常规注塑成型的一个不足就是填充过程和冷却过程往往是交织在一起的，但由于常规塑件的尺寸比较大，所以对成型过程影响不大，但在薄壁注塑成型中这个不足就成为致命的问题。所以，不能把常规注塑成型中的理论和操作简单地照搬到薄壁注塑成型中去。,成型薄壁制品时一般需要专门设计的薄壁制品专用模具。与常规制品的标准化模具相比
4、，薄壁制品的模具从模具结构、浇注系统、冷却系统、排气系统和脱模系统等都发生了重大变化。主要表现在以下几个方面：,（1）模具结构：为承受成型时的高压，薄壁成型模具的刚度要大、强度要高。因此模具的动、定模板及其支承板重量较大，厚度通常比传统模具的模板要厚。支撑柱要多，模具内可能要多设置内锁，以保证精确定位和良好的侧支撑，防止弯曲和偏移。另外，高速射出速度增加了模具的磨损，因此模具要采用较高硬度的工具钢，高磨损、高冲蚀区（如浇口处）硬度应大于HRC55。,2）浇注系统：成型薄壁制品，特别是制品厚度非常小时，要使用大浇口，而且浇口应该大于壁厚。如是直浇口应设置冷料井，以减少浇口应力，协助填充，减少制品
5、去除浇口时的损坏。为保证有足够的压力充填薄的模腔，流道系统中应尽可能减少压力降。为此，流道设计要比传统的大一些，同时要限制熔体的驻留时间，以防止树脂降解劣化。当是一模多腔时，浇注系统的平衡性要求远高于常规模具的要求。值得注意的是薄壁制品模具的浇注系统中还引入了两项先进技术，即热流道技术和顺序阀式浇口（SVG）技术。,（3）冷却系统：薄壁制品不像传统壁厚件那样可以承受较大的因传热不均而产生的残余应力。为保证制品的尺寸稳定性，把收缩和翘曲控制在可以接受的范围内，就必须加强模具的冷却，确保冷却均衡。较好的冷却措施有在型芯及模腔模块内采用不闭合冷却线，加大冷却长度，均可增强冷却效果，必要的地方加入高传
6、导率金属镶块，以加快热传导。,（4）排气系统：薄壁注塑成型模具一般需要有良好的排气性，最好可以进行抽真空操作。由于填充时间短，注射速度高，模具的充分排气尤其是流动前沿聚集区的充分排气非常重要，以防困气引燃。气体通常通过型芯、顶杆、加强筋、螺柱及分型面等处排出。流道的末端也要充分排气。日本Sumitomo公司用多孔工具钢做小嵌件来解决小件制品的排气问题。,（5）脱模系统：因为薄壁制品的壁和筋都很薄，非常容易损坏，而且沿厚度方向收缩很小，使得加强筋和其他小结构很容易粘合，同时高保压压力使收缩更小。为避免顶穿和粘模，薄壁注塑成型应使用比常规注塑成型数量更多、尺寸更大的顶出销。,工艺优点,薄壁成型降低
7、了制品质量、节约了材料，并且大大缩短了冷却时间。同时也满足了客户的某些需求，例如设计要求，成本降低。特别是，传统注射成型周期在3060s范围内；而薄壁注射成型的周期在620s之间，缩短了2/3.周期缩短，成本降低。,工艺缺点,由于流道通道窄、操作条件苛刻、加工范围窄，薄壁成型较传统注射成型工艺遇到更多技术挑战。该工艺也需要硬度极高的、昂贵的模具，可能还需要高标准的或专用的成型机械进行高速、高压注射。最后高速注射导致的高剪切速率会造成材料降解。,薄壁注射成型中存在的主要问题,1) 短射短射( short shots)是指由于模具型腔填充不完全造成塑件不完整的质量缺陷,即熔体在完成填充之前就已经凝
8、结。如果某塑件填充不完整,则无需考虑其他质量缺陷就可判定为不合格产品。常规注塑成型的填充过程和冷却过程是交织在一起的。当聚合物熔体流动时,熔体前沿遇到相对温度较低的型芯表面或型腔壁,就会在其表面形成一层冷凝层。熔体在冷凝层内继续向前流动,随着冷凝层厚度的增加,实际型腔流道变窄,冷凝层厚度对聚合物的流动有着显著的影响。因为常规注塑成型时塑件的厚度较厚,所以此时冷凝层对注塑成型的影响还不是很大。但在薄壁注塑成型中,当冷凝层的厚度与塑件厚度之比随着塑件厚度的变薄逐渐增加时,这个影响就很大。特别是二者的尺寸可以相互比较时更为突出。,研究表明,当塑件的厚度减小时,冷凝层对流动的影响将会以指数形式增加,这
9、也更说明了冷凝层在薄壁注塑成型中的影响之大。如果仅从注塑成型( 图1)考虑,则需要注塑机有高的注射速率,使塑料熔体填充型腔的速率超过冷凝层成长的速率( 或者使冷凝层的成长速率变慢) ,这样才可在流动截面封闭前完成填充动作,进行薄壁塑件的注成型Fasset 6 指出,当流动长度为300 mm ,塑件壁厚为3. 0 mm 时, 此时L / T为100,用常规注 塑成型技术就很容易达到;但 当塑件壁厚下降至1. 0mm 以到下时,这个曾经很容易达到 的流长厚度比(100)就变得非常难达到。,(2) 翘曲变形 翘曲变形(warpage)是不均匀的内部应力导致的塑件缺陷。翘曲变形产生的原因是收缩不均匀、
10、取向不均匀和冷却不均匀。翘曲变形值超过一定数值后塑件将被视为不合格,而且薄壁塑件对翘曲的要求更为严格。可以通过平衡冷却系统、调节冷却时间、保压压力以及保压时间等措施来改善塑件的翘曲变形缺陷。,(3) 熔接线熔接线(weldline)是型腔内两个或多个熔体流动前沿熔合时形成的界线。熔接线不但影响塑件的外观质量,而且在熔接线处易产生应力集中,削弱塑件的机械强度,对塑件特别是薄壁塑件的机械性能尤为不利,受外力后塑件非常容易在熔接线处开裂。在设计时可以通过减少浇口数目或改变浇口位置来减少或改变熔接线的位置,来满足塑件的设计要求。随着3C 产品应用领域不断拓宽, 产品向“短、小、轻、薄”方向的深入发展,
11、薄壁注塑成型技术将会成为一种不可缺少的注塑成型技术。我国的薄壁注塑成型技术与国外相比还有很大差距,我们一定要加快这一高新技术的开发与应用,为我国塑料加工业开创新局面作出贡献。,常规的注塑机很难在薄壁塑件注塑成型中有用武之地。比如薄壁注塑成型的填充时间很短，很多填充时间不足0.5s，在这样短的时间不可能遵循速度曲线或截断压力，因此必须使用高解析度的微处理器来控制注塑机；在薄壁制品的整个注塑成型过程中，应同时各自独立地控制压力和速度，常规注塑机的充填阶段用速度控制，保压阶段再转为压力控制的方法已不适用。所以机械设备制造商与研究机构共同合作努力，研制出了专用的注射设备。如台湾中精机公司的VS-100薄壁注塑机、德国DrBoy公司开发的Boy型系列注塑机以及Battenfeld、Arburg和JSW等著名注塑机生产厂商开发的专用注塑机,注塑机,Thank you,
