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隨著人們對(duì)高品質(zhì)生活的追求，人們的日常生活越來(lái)越多的使用到薄壁塑件 。薄壁注塑和傳統(tǒng)的塑件注塑并無(wú)太大的不同，只是在塑件設(shè)計(jì)、模具設(shè)計(jì)的工藝方面存在一些獨(dú)到之處，需要從業(yè)人員特別關(guān)注。

 

由于可穿戴設(shè)備等小型化及輕便化的發(fā)展趨勢(shì)，有關(guān)的塑件設(shè)計(jì)便越來(lái)越薄。薄壁化因具有減小產(chǎn)品重量及外形尺寸、便于集成設(shè)計(jì)及裝配、縮短生產(chǎn)周期、節(jié)約材料和降低成本等優(yōu)點(diǎn)成為塑料消費(fèi)行業(yè)追求的目標(biāo)，已成為塑料成型行業(yè)中新的研究熱點(diǎn)。

 

薄壁注塑的定義

 

薄壁注塑的基本定義有如下幾點(diǎn)：

 

流動(dòng)長(zhǎng)度與厚度之比 L/T，即從熔體進(jìn)入模具到熔體必須充填的型腔最遠(yuǎn)點(diǎn)的流動(dòng)長(zhǎng)度 L 與相應(yīng)平均壁厚 T 之比在100或者150以上的注塑為薄壁注塑；

 

所成型塑件的厚度小于1 mm，同時(shí)塑件的投影面積在50c㎡ 以上的注塑成型方法；

 

所成型塑件的壁厚小于1 mm（或1.5mm），或者 t/d ( 塑件厚度 t、塑件直徑d、針對(duì)圓盤(pán)型塑件）在 0.05 以下的注塑成型定義為薄壁注塑成型。

 

薄壁塑件的設(shè)計(jì)

 

相對(duì)而言，薄壁制品的設(shè)計(jì)思想和方法更為復(fù)雜，并進(jìn)一步受到成型局限及材料選擇的影響。薄壁制品要求應(yīng)該具有高的沖擊強(qiáng)度、良好的外觀質(zhì)量和尺寸穩(wěn)定性，并能承受大的靜態(tài)載荷，成型材料的流動(dòng)性要好。設(shè)計(jì)過(guò)程中要重點(diǎn)考慮制品的剛性、抗沖擊性和可制造性。

 

壁厚設(shè)計(jì)

 

考慮到薄壁塑件的壁厚相對(duì)較薄，容易導(dǎo)致塑料在成型過(guò)程中的流動(dòng)阻力過(guò)大，無(wú)法充滿大型塑件。在塑件剛度和強(qiáng)度保障的基礎(chǔ)上，建議將塑件壁厚選擇在1~5毫米之間，并且要求其一致性和均勻性。按照要求分析，在對(duì)塑件整體壁厚進(jìn)行設(shè)計(jì)中，還需要考慮到螺釘柱、加強(qiáng)筋等對(duì)于機(jī)構(gòu)外觀、強(qiáng)度等帶來(lái)的影響。不同的材料還有不同的壁厚建議，具體如下圖所示：

 

 

薄壁件的壁厚應(yīng)該大于所選塑料的最小壁厚

 

加強(qiáng)筋

 

加強(qiáng)筋的作用主要有三個(gè)，分別為:

 

在不加大制品壁厚的條件下, 增強(qiáng)制品的強(qiáng)度和剛性, 以節(jié)約塑料用量, 減輕重量, 降低成本;

 

克服制品壁厚差帶來(lái)的應(yīng)力不均所造成的制品變形;

 

便于塑料熔體的流動(dòng), 在塑料制品本體某些壁厚過(guò)薄處為熔體的順利填充提供通道。

 

對(duì)于薄壁件的加強(qiáng)筋而言，建議厚度為0.5~0.7倍壁厚，高度小于等于壁厚的3倍，脫模斜度為2~5度。

 

螺釘柱

 

一般來(lái)說(shuō)，對(duì)于塑件內(nèi)部，還需要利用自攻螺釘進(jìn)行其余部位的安裝，設(shè)置對(duì)應(yīng)的螺釘柱。對(duì)于螺釘柱，其主要包含了加強(qiáng)筋和無(wú)加強(qiáng)筋，其底部的長(zhǎng)度一般控制在 c=(0.2~0.5)× 螺釘柱高度的范疇內(nèi)。并且，其厚度還需要兼顧到通孔、轉(zhuǎn)角等結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，需要使用薄壁結(jié)構(gòu)，還需要做好對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)與尺寸的改變。

 

薄壁件的材料選擇

 

隨著薄壁塑件厚度的不斷減小，還需要考慮到流動(dòng)性良好的材料使用，這一類型的材料，其本身的熱變形溫度與沖擊強(qiáng)度較高，并且本身的尺寸穩(wěn)定性良好。

 

薄壁件塑料的流動(dòng)性

 

對(duì)于薄壁塑件的注塑成型，由于樹(shù)脂本身具有良好的流動(dòng)性，其流動(dòng)距離與厚度比（流長(zhǎng)比L/T）一般會(huì)超過(guò)150。對(duì)于薄壁塑件的生產(chǎn)而言，一般會(huì)選擇中高流動(dòng)性、低黏度的塑料樹(shù)脂作為原材料， 針對(duì)流動(dòng)性較差的樹(shù)脂，一般會(huì)利用改性的方法來(lái)降低其黏度，提升MFR，至少滿足30g/10min的要求，才能滿足生產(chǎn)需求。

 

塑料的抗沖擊性能

 

對(duì)于薄壁塑件而言，其對(duì)應(yīng)的材料的抗沖擊性能要求較高，一般要求在常溫下， 其沖擊的強(qiáng)度需要超過(guò)640J/m。

 

塑料的耐熱性能

 

一般要求在70~90℃下，需要確保薄壁塑件本身不會(huì)變形和老化，不會(huì)出現(xiàn)凹陷等問(wèn)題。綜合塑料的沖擊性能、流動(dòng)性、 耐熱性等方面的要求，一般會(huì)考慮使用PP、PA6等材料作為薄壁塑件的原材料。

 

薄壁塑件模具的設(shè)計(jì)

 

成型薄壁制品時(shí)一般需要專門(mén)設(shè)計(jì)的薄壁制品專用模具。與常規(guī)制品的標(biāo)準(zhǔn)化模具相比，薄壁制品的模具從模具結(jié)構(gòu)、澆注系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、排氣系統(tǒng)和脫模系統(tǒng)等都發(fā)生了重大變化。

 

圖1為塑件的物品盒以及對(duì)應(yīng)的模具設(shè)計(jì)圖，材料為PP，塑件的壁厚為1.0mm，屬于典型的薄壁塑件。由于薄壁注塑的壁厚較薄，塑料在填充階段的阻力較大，因此需要較高的注射壓力。這樣就會(huì)對(duì)模具的強(qiáng)度與剛度也提出了更高的要求。

 

在模具的支撐板8、動(dòng)模板12、定模板14的設(shè)計(jì)中，其厚度一般要超出普通塑料模具30%~50%，并且還需要增加支撐柱5。對(duì)于動(dòng)模板和定模板，應(yīng)該有錐面定位的設(shè)置，這樣才可以確保良好的側(cè)面支撐以及準(zhǔn)確定位，避免出現(xiàn)偏移和彎曲。此外，薄壁塑件的塑料填充速度和壓力都會(huì)較高，這樣會(huì)導(dǎo)致模具的磨損增加。所以，針對(duì)所使用的模具材料，其本身的強(qiáng)度、硬度、剛度等至關(guān)重要。一般來(lái)說(shuō)，可以選擇利用模具鋼進(jìn)行預(yù)硬亦或是熱處理，要求其表面的硬度控制在 48~52 HRC。

 

 

模具澆注系統(tǒng)

 

成型薄壁制品，特別是制品厚度非常小時(shí)，要使用大澆口，而且澆口應(yīng)該大于壁厚。對(duì)于具有良性流動(dòng)性的塑料，可以選擇點(diǎn)澆口的方式設(shè)計(jì)澆注系統(tǒng)；針對(duì)流動(dòng)性中等的塑料，一般會(huì)在塑件較厚的部位設(shè)計(jì)澆口。在注塑的過(guò)程中，一般是從壁厚較厚的部分向壁厚較薄的部分過(guò)渡，從而減少產(chǎn)品的翹曲、凹陷等問(wèn)題，利用薄片式多澆口或者是潛伏式澆口設(shè)計(jì)可以將塑料熔體直接充滿型腔，進(jìn)而減少塑料壓力的損失。另外，選擇熱流道技術(shù)，可以降低熔體的黏度，這樣也可以實(shí)現(xiàn)快速填充的要求。

 

冷卻系統(tǒng)

 

薄壁制品不像傳統(tǒng)壁厚件那樣可以承受較大的因傳熱不均而產(chǎn)生的殘余應(yīng)力。為保證制品的尺寸穩(wěn)定性，把收縮和翹曲控制在可以接受的范圍內(nèi)，就必須加強(qiáng)模具的冷卻，確保冷卻均衡。較好的冷卻措施有在型芯及模腔模塊內(nèi)采用不閉合冷卻線，加大冷卻長(zhǎng)度，均可增強(qiáng)冷卻效果，必要的地方加入高傳導(dǎo)率金屬鑲塊，以加快熱傳導(dǎo)。 

 

排氣系統(tǒng)

 

薄壁注塑成型模具一般需要有良好的排氣性，最好可以進(jìn)行抽真空操作。由于填充時(shí)間短，注射速度高，模具的充分排氣尤其是流動(dòng)前沿聚集區(qū)的充分排氣非常重要，以防困氣燒膠。氣體通常通過(guò)型芯、頂桿、加強(qiáng)筋、螺柱及分型面等處排出，流道的末端也要充分排氣。

 

模具脫模機(jī)構(gòu)

 

考慮到塑件壁較薄，并且一般還帶有凸臺(tái)、加強(qiáng)筋等結(jié)構(gòu)，在脫模過(guò)程中可能會(huì)出現(xiàn)塑件變形或者損壞的問(wèn)題。沿著厚度的方向，塑件收縮較小，同時(shí)，保壓壓力較高，就會(huì)讓其收縮更小，加強(qiáng)筋的位置上也容易出現(xiàn)黏合，為了避免粘模與頂穿問(wèn)題的出現(xiàn)，建議使用更多和尺寸更大的頂針頂出塑件。

 

薄壁件注塑工藝

 

薄壁塑件的填充過(guò)程

 

在生產(chǎn)薄壁塑件的時(shí)候，熔體經(jīng)過(guò)分流道、澆口直接填充到模腔之中，模具壁上的熔料會(huì)形成凝固層，這樣會(huì)讓熔體的流動(dòng)通道變小。因?yàn)樗芗谋诤窈苄。?，其流?dòng)通道就會(huì)變得更窄，這樣就可能會(huì)引發(fā)欠注的問(wèn)題。所以薄壁注塑一般需要高速和高壓才能順利完成填充。

 

薄壁塑件注塑工藝

 

在生產(chǎn)薄壁塑件的應(yīng)用中，注塑工藝參數(shù)非常關(guān)鍵。一般需要專門(mén)的薄壁注塑機(jī)。薄壁注塑件一般膠量會(huì)比較少，因此要求的炮筒尺寸也相對(duì)較小，以降低熔料在炮筒內(nèi)的滯留時(shí)間，防止熔料降解。不同壁厚塑件的注塑成型，其對(duì)應(yīng)的參數(shù)也會(huì)有所不同，對(duì)于壁厚小于1mm的塑件, 推薦的注射壓力范圍為 138~241MPa, 填充時(shí)間為0.1~0.5s 。