王愛(ài)陽(yáng)伐厌，賈鐵鋼
大連職業(yè)技術(shù)學(xué)院承绸，遼寧大連116037
摘要：家用電器、通訊產(chǎn)品等大量使用塑件挣轨，而“輕八酒、薄、小”是今后發(fā)展方向刃唐。因此薄壁塑件模具設(shè)計(jì)及其注塑工藝的應(yīng)用羞迷，需要在厚度結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、材料性能要求画饥、模具結(jié)構(gòu)衔瓮、注塑工藝等方面進(jìn)行改進(jìn)。本文列舉實(shí)例抖甘，針對(duì)薄壁塑件出現(xiàn)的典型問(wèn)題進(jìn)行研究热鞍，提出解決措施，以滿足日益增長(zhǎng)的薄壁塑件的需要衔彻。
關(guān)鍵詞：薄壁塑件薇宠；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；塑料材質(zhì)艰额；模具結(jié)構(gòu)澄港；注塑工藝
中圖分類(lèi)號(hào)：TQ320.52 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A
塑料是以樹(shù)脂為主要成分的高分子有機(jī)化合物，塑料制品以密度低柄沮、質(zhì)輕回梧、絕緣性好废岂、化學(xué)穩(wěn)定、耐磨減震狱意、透光性好等優(yōu)點(diǎn)湖苞，廣泛應(yīng)用于家用電器、通訊器材详囤、生活用品等财骨。目前我國(guó)已成為世界工業(yè)加工中心(生產(chǎn)基地)，尤其是彩電藏姐、手機(jī)蚓再、空調(diào)、冰箱包各、洗衣機(jī)等系列產(chǎn)品已占據(jù)全球產(chǎn)量的50%[1]。這些產(chǎn)品大量使用塑料件靶庙，其成本占產(chǎn)品總成本的50%～80%问畅，因而在保證產(chǎn)品質(zhì)量的同時(shí)，薄壁有助于降低產(chǎn)品成本六荒。另外手機(jī)护姆、筆記本電腦等正向“輕、薄”型發(fā)展掏击，加之一次性水杯卵皂、碗、勺砚亭、飯盒等大量使用灯变，促使國(guó)內(nèi)外相關(guān)科研人員著手研究塑件的薄壁技術(shù)。但是塑件壁厚減薄在其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)捅膘、材料性能要求添祸、模具結(jié)構(gòu)、注塑工藝等方面還存在不少問(wèn)題寻仗。本文針對(duì)這些問(wèn)題進(jìn)行了研究刃泌，并提出了解決措施。
1塑件厚度與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
圖1所示塑件不僅有結(jié)構(gòu)及外觀形狀要求署尤，內(nèi)部還要安裝一些零部件耙替，需具有一定強(qiáng)度和剛度，同時(shí)還要考慮注塑成型工藝要求等曹体，因此該塑件的厚度設(shè)計(jì)非常重要俗扇。
圖1塑料件
1.1塑件厚度設(shè)計(jì)
1.1.1壁厚
塑件壁厚過(guò)薄，會(huì)使成型時(shí)的流動(dòng)阻力太大箕别，大型塑件難以充滿狐援；塑件壁厚過(guò)厚钢坦，則易產(chǎn)生縮坑、氣泡等缺陷啥酱。在保證剛度和強(qiáng)度的基礎(chǔ)上爹凹，推薦塑件壁厚[1]范圍在0.45～6.5mm，常用范圍1.5～3.0mm镶殷，要求壁厚均勻禾酱。
根據(jù)使用要求，設(shè)計(jì)塑件整體壁厚時(shí)绘趋，必須考慮加強(qiáng)筋颤陶、螺釘柱等結(jié)構(gòu)對(duì)剛度、強(qiáng)度陷遮、外觀的影響滓走。
1.1.2加強(qiáng)筋
設(shè)立加強(qiáng)筋可提高塑件的強(qiáng)度和剛度，還可以防止塑件變形且有利于塑料熔體的流動(dòng)帽馋。普通
加強(qiáng)筋的結(jié)構(gòu)及尺寸如圖2所示搅方。從圖2可以看出，b=(0.40～0.75)t绽族，L=(2.5～5.0)t姨涡，α=0.5°～1.5°[2]。其中吧慢，b為加強(qiáng)筋厚度涛漂，t為壁厚，L為加強(qiáng)筋高度检诗，α為脫模斜度匈仗。
圖2加強(qiáng)筋
1.1.3螺釘柱
通常在塑件內(nèi)部需用自攻螺釘安裝其他部件，故可設(shè)立如圖3所示的螺釘柱逢慌。螺釘柱分為有加強(qiáng)筋和無(wú)加強(qiáng)筋兩種锚沸，其中加強(qiáng)筋底部長(zhǎng)度c=(0.2～0.5)×螺釘柱高度。
圖3螺釘柱
此外涕癣，壁厚還涉及凸臺(tái)哗蜈、轉(zhuǎn)角、通孔和不通孔等結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)坠韩，但如果采用薄壁結(jié)構(gòu)距潘，上述加強(qiáng)筋和螺釘柱等的結(jié)構(gòu)和尺寸都要改變。
1.2薄壁塑件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
薄壁塑件一次性飯盒如圖4所示只搁，其壁厚通常小于1.2mm音比，但定義薄壁塑件并不是只看厚度尺寸，還要計(jì)算熔體流程與塑件壁厚之比l/t氢惋，當(dāng)l/t＞150時(shí)稱之為薄壁[3]洞翩。由于塑料熔體在注塑過(guò)程中先經(jīng)過(guò)主流道稽犁、分流道、澆口骚亿，然后注入模具型腔已亥，因此實(shí)際流程與壁厚各處均不相同(圖5)，總的流程與壁厚之比等于各段流程與壁厚之比的和来屠。
圖4一次性飯盒
圖5實(shí)際流程與壁厚
一次性飯盒比較柔軟虑椎、外表面要求不高，但為了提高剛性俱笛，大多數(shù)薄壁塑件的結(jié)構(gòu)形狀采用曲面捆姜、加強(qiáng)筋等。薄壁加強(qiáng)筋如圖6所示迎膜，其中泥技，加強(qiáng)筋厚度b與壁厚t相等，甚至小于壁厚磕仅。固定自攻螺釘?shù)谋”谒芗葆斨鐖D7所示珊豹。
圖6薄壁加強(qiáng)筋
圖7薄壁塑件的螺釘柱
由于壁厚較薄，而加強(qiáng)筋宽涌、凸臺(tái)(如螺釘柱)厚度沒(méi)有改變，按照常規(guī)生產(chǎn)方式蝶棋，塑件易出現(xiàn)凹陷卸亮、欠注、扭曲變形等缺陷玩裙，因此還要從塑件材質(zhì)兼贸、模具結(jié)構(gòu)、注塑工藝等著手研究吃溅。
2薄壁塑件材質(zhì)選擇
由于薄壁塑件厚度的減小溶诞，需使用流動(dòng)性好的材料，該材料還需具有較高沖擊強(qiáng)度和熱變形溫度决侈，以及良好的尺寸穩(wěn)定性等[4]螺垢。
2.1塑料的流動(dòng)性
注塑成型薄壁塑件時(shí)，塑料的流動(dòng)性要好赖歌，其流動(dòng)距離與厚度之比(l/t)大于150枉圃。塑料的流動(dòng)性可以用其熔體黏度系數(shù)來(lái)表征，常用塑料的熔體黏度系數(shù)[5]如表1所示庐冯。在實(shí)際生產(chǎn)中孽亲，通常以塑料樹(shù)脂的熔體質(zhì)量流動(dòng)速率(MFR)作為其流動(dòng)性選擇的依據(jù)。由于不同企業(yè)生產(chǎn)的不同牌號(hào)和批次塑料樹(shù)脂的MFR各不相同展父，需要在生產(chǎn)前進(jìn)行檢驗(yàn)返劲。
表1常用塑料的黏度系數(shù)
生產(chǎn)薄壁塑件需要低黏度玲昧、中高流動(dòng)性的塑料樹(shù)脂，對(duì)于表1中流動(dòng)性差的樹(shù)脂(如PC)可以通過(guò)改性篮绿，使其黏度降低孵延、MFR提高到30g/10min，達(dá)到中高流動(dòng)性搔耕，因此生產(chǎn)薄壁塑件所用材料比較廣泛隙袁。
2.2塑料的沖擊性能
薄壁塑件所使用的材料應(yīng)具有較高的沖擊性能，常溫沖擊強(qiáng)度不低于640J/m弃榨；在低溫(-29℃)條件下能正常使用菩收。
2.3塑料的耐熱性
要保證薄壁塑件在70～90℃下不變形，不出現(xiàn)凹陷和老化現(xiàn)象鲸睛。
綜合塑料的流動(dòng)性娜饵、沖擊性能、耐熱性等要求官辈，推薦薄壁塑件常用材料有PP箱舞、ABS、PC/ABS合金拳亿、PA6等晴股。
3薄壁塑件模具的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
3.1模具總體結(jié)構(gòu)
圖8所示塑件為物品盒，材料為PP肺魁，壁厚1.0mm电湘，為典型的薄壁塑件。由于采用薄壁技術(shù)鹅经，材料在模具內(nèi)的流動(dòng)性較差寂呛，需要較高的注射壓力，模具的剛度瘾晃、強(qiáng)度都要相應(yīng)提高贷痪。因此在設(shè)計(jì)物品盒模具(圖9)的動(dòng)模板12、定模板14及其支承板8時(shí)蹦误，其厚度通常比傳統(tǒng)模具的模板要厚30%～50%劫拢，而且要增加支承柱5。模具合模面定模板14與動(dòng)模板12要設(shè)置錐面定位(整體圓錐面定位或錐面定位塊)强胰，以保證精確定位和良好的側(cè)支撐尚镰，防止彎曲和偏移。另外哪廓，薄壁塑件需要注射機(jī)高速注射狗唉，增加了模具的磨損，因此要求模具型腔涡真、型芯分俯、澆口等材料具有較高的硬度肾筐、強(qiáng)度、剛度和耐磨性缸剪，通常采用S136吗铐、2344、SKD61杏节、PMS等模具鋼唬渗，并進(jìn)行預(yù)硬或熱處理，使其表面硬度達(dá)到48～52HRC奋渔。
圖8物品盒
1-墊釘镊逝；2、3嫉鲸、20撑蒜、34-螺栓；4玄渗、6-推桿座菠；5-支承柱；7-拉桿藤树；8-支承板浴滴；9-密封圈；
10-型芯岁钓；11-型芯固定板升略；12-動(dòng)模板；13-推件板甜紫；14-定模板(型腔)降宅；15-流道
推板骂远；16-定模座板囚霸；17-限位螺栓；18-定位環(huán)激才；19-澆口套拓型；21、25瘸恼、30-導(dǎo)柱劣挫；
22、23东帅、24压固、26、31-導(dǎo)套靠闭；27-復(fù)位桿帐我；28-復(fù)位彈簧坎炼；29-墊塊；32-推板拦键；
33-推桿固定板谣光；35-動(dòng)模座板
圖9物品盒模具
3.2澆注系統(tǒng)
對(duì)于PP等流動(dòng)性極好的塑料，可以采用點(diǎn)澆口形式芬为；對(duì)于流動(dòng)性中等的塑料(如ABS萄金、聚甲醛等)，澆口盡量設(shè)計(jì)在塑件的較厚部位媚朦，注塑過(guò)程從較厚向較薄過(guò)渡以減少凹陷氧敢、翹曲現(xiàn)象×停可以采用多澆口形式(如圖10所示的潛伏式澆口和薄片式澆口)福稳，使塑料熔體容易充滿型腔，減小壓力降瑞侮。還可以采用熱流道技術(shù)的圆，以降低塑料熔體黏度，達(dá)到快速將其注入模具型腔的目的半火。
圖10多澆口結(jié)構(gòu)
3.3脫模機(jī)構(gòu)
由于塑件壁厚很薄越妈，還帶有加強(qiáng)筋、凸臺(tái)等钮糖，出模時(shí)極易損壞梅掠。塑件沿厚度方向的收縮很小，同時(shí)較高的保壓壓力使其收縮更小店归，加強(qiáng)筋等部位容易黏合阎抒，為避免頂穿和粘模，需要比常規(guī)注塑成型數(shù)量更多消痛、尺寸更大的頂出推桿且叁，如圖9所示的物品盒模具采用了中心推桿與推件板相結(jié)合的結(jié)構(gòu)形式。
對(duì)于一些帶鉤秩伞、爪以及塑件內(nèi)部需要安裝螺釘?shù)拿撃C(jī)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜一些逞带。如圖11所示螺釘柱采用簡(jiǎn)單的推管推出結(jié)構(gòu)(如圖12所示)，推管推出脫模過(guò)程如圖13所示纱新。因塑件壁厚較薄展氓，其中的螺釘柱要緊固ST4.2自攻螺釘，其圓柱厚度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于塑件壁厚脸爱，表面很容易出現(xiàn)凹坑遇汞，為避免這一缺陷，根據(jù)螺釘柱的位置將其設(shè)計(jì)成如圖14所示的懸空結(jié)構(gòu)，模具脫模設(shè)計(jì)成如圖15所示的斜頂結(jié)構(gòu)空入，脫模過(guò)程如圖16所示教寂。螺釘柱從模具推出來(lái)，推桿側(cè)向移動(dòng)的距離為e执庐，盡管產(chǎn)品脫模有時(shí)需要人工收取酪耕，復(fù)雜程度大大提高，但解決了塑件表面凹坑等問(wèn)題轨淌。
圖11螺釘柱
1-凹模迂烁；2-推管；3-型芯递鹉；4-推件固定板盟步；5-推板；6-動(dòng)模座板躏结；7-絲堵
圖12推管推出機(jī)構(gòu)
圖13推管推出脫模過(guò)程
圖14懸空結(jié)構(gòu)
圖15斜頂機(jī)構(gòu)
圖16斜頂機(jī)構(gòu)脫模過(guò)程
如果有多個(gè)螺釘柱却盘，則需要考慮斜頂頂出后塑件的取出問(wèn)題，應(yīng)保證斜頂方向一致媳拴。
4注塑成型工藝
4.1薄壁塑件的充模過(guò)程
在塑件生產(chǎn)過(guò)程中黄橘，塑料熔體經(jīng)過(guò)分流道、澆口填充至模腔(圖17)時(shí)屈溉，貼在模壁的熔料變成凝固層塞关，使流動(dòng)通道變小。薄壁塑件由于壁厚很小子巾，流動(dòng)通道會(huì)變得更窄帆赢，容易出現(xiàn)欠注現(xiàn)象。因此薄壁塑件需較高的注射壓力與注射速度才能將型腔完全充滿线梗，此外注射速度高還可以提高剪切熱椰于，增大熔料的流動(dòng)距離[6]。
圖17填充模腔
4.2薄壁塑件注塑工藝
薄壁塑件的生產(chǎn)除了模具之外仪搔，非常重要的是注塑工藝參數(shù)(時(shí)間瘾婿、壓力、溫度)的選擇僻造，由于注射壓力增大憋他、時(shí)間縮短孩饼，勢(shì)必給生產(chǎn)帶來(lái)一定難度髓削，因此需要專(zhuān)門(mén)的薄壁注射機(jī)。薄壁塑件厚度薄镀娶，單件重量輕立膛，每次注塑量較少。薄壁注射機(jī)的機(jī)筒容積較小，可避免塑料原料因停留時(shí)間過(guò)長(zhǎng)而分解宝泵。不同壁厚塑件注塑成型時(shí)好啰，其注射機(jī)工藝參數(shù)[4]如表2所示。
表2不同壁厚塑件注射機(jī)工藝參數(shù)
5結(jié)論
對(duì)薄壁塑件的結(jié)構(gòu)儿奶、材質(zhì)框往、模具結(jié)構(gòu)、注塑工藝等的分析結(jié)果表明闯捎，通過(guò)改進(jìn)薄壁塑件的結(jié)構(gòu)椰弊、選擇合適的塑料材質(zhì)、有針對(duì)性地改進(jìn)模具結(jié)構(gòu)瓤鼻、選擇合理的注塑工藝秉版，完全能夠解決薄壁塑件的產(chǎn)品質(zhì)量問(wèn)題，滿足日益增長(zhǎng)的薄壁塑件的需求茬祷。
由于塑件可以制成各種復(fù)雜形狀清焕，給模具的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、加工制造帶來(lái)挑戰(zhàn)祭犯，尤其是塑件薄壁技術(shù)的應(yīng)用國(guó)內(nèi)外都在進(jìn)行研發(fā)和完善秸妥。相信通過(guò)薄壁塑件生產(chǎn)不斷積累經(jīng)驗(yàn)，塑件薄壁技術(shù)的推廣應(yīng)用勢(shì)在必行沃粗。
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