模具教學(xué)中的薄壁注塑工藝

在職業(yè)學(xué)校的模具專(zhuān)業(yè)教學(xué)中，注塑成型是必須開(kāi)設(shè)的訓(xùn)練科目，但學(xué)校的實(shí)習(xí)課教學(xué)不同于工廠企業(yè)的加工生產(chǎn)，從設(shè)備品種、規(guī)模、工裝到產(chǎn)品的數(shù)量都是無(wú)法相比的，實(shí)習(xí)教學(xué)是充分利用有限的課時(shí)、有限的設(shè)備、有限的模具使學(xué)生接觸、練習(xí)到更為實(shí)用、典型的模具結(jié)構(gòu)和塑料制品的生產(chǎn)加工。特別是現(xiàn)代社會(huì)中更為廣泛使用輕便、耐用、經(jīng)濟(jì)的電子產(chǎn)品制件，其中很多制品壁厚往往小于1毫米，那么這些薄壁塑件的注塑，更是模具實(shí)習(xí)教學(xué)中不可缺少的課題。

一、薄壁塑件注塑中常見(jiàn)的質(zhì)量缺陷及其原因

1.塑件充型不良現(xiàn)象

有塑件充型不滿、邊部塌陷等形式。成因是注塑時(shí)填充材料溫度過(guò)低、塑料熔融流動(dòng)性差、供給不足;注塑機(jī)設(shè)定預(yù)制射出壓力低，形成汽筒管嘴堵塞或者注塑嘴孔徑太小;模具內(nèi)表面潤(rùn)滑不良、溫度低、入膠口流道小、水口位置不當(dāng)、通氣口位置不當(dāng)或沒(méi)有、冷卻渣堵在流道或入膠口等。

2.塑件表面不良、有陰影

主要是局部表面顏色和光澤的異常。成因是填充材料揮發(fā)性大、混有異物、干燥不充分，供給不足，成型機(jī)預(yù)制射出壓力低、管嘴堵塞或口徑小、射出速度慢，模具入膠口流道小、通氣口位置不當(dāng)或沒(méi)有等。

3.銀條痕氣泡

原因主要是成形機(jī)預(yù)制射出壓力低、射出速度快、射出容量小、保壓時(shí)間短，填充材料溫度高、揮發(fā)性大、干燥不充分，模具通氣孔不當(dāng)、成型殼體壁厚不一、入膠口流道小等。

4.縮水現(xiàn)象

由出模后的塑性變形引起。成因是填充材料溫度高、供給不足、收縮率太大，成形機(jī)預(yù)制射出壓力低、保壓時(shí)間短、射出速度過(guò)慢，模具內(nèi)表面溫度高、冷卻時(shí)間短、成型殼體壁厚不一、入膠口流道小、推出不當(dāng)?shù)取?/p>

5.氣痕現(xiàn)象

成因也有很多，如填充材料溫度低、流動(dòng)性差、潤(rùn)滑不良，成形機(jī)預(yù)制射出壓力低、射出速度慢、管嘴孔徑太小，模具內(nèi)表面潤(rùn)滑不良、溫度低、入膠口流道小等。

6.結(jié)合線現(xiàn)象

主要成因是填充材料溫度低、硬化過(guò)快、干燥不充分、潤(rùn)滑不良，成型機(jī)預(yù)制射出壓力低、射出速度慢;模具內(nèi)表面溫度低、潤(rùn)滑不良、溫度低、入膠口流道小、水口位置不當(dāng)、通氣口位置不當(dāng)或沒(méi)有等因素所造成。

7.塑件出現(xiàn)翹曲變形現(xiàn)象

造成的原因有很多，如填充材料剛性不足、流動(dòng)性差、收縮率大;注塑機(jī)設(shè)定預(yù)制射出壓力高、保壓時(shí)間長(zhǎng);模具溫度高、噴射結(jié)構(gòu)不良、入膠口大等。

二、薄壁塑件注塑的要求

薄壁塑件加工中，工藝上要求有更高的注塑壓力和速度，更短的塑件冷卻時(shí)間，以及澆口排列和制件頂出機(jī)構(gòu)的設(shè)置等，這些因素對(duì)注塑機(jī)和模具提出了更高的要求。目前新型注塑機(jī)的性能已大大得到改善和提高，用于薄壁塑件注塑的液壓式注塑機(jī)，具有高速和高壓性能，現(xiàn)在國(guó)產(chǎn)全電動(dòng)注塑機(jī)已具有高達(dá)600mm/s的注射成型速度，鎖模力的最小值也控制在5～7噸/平方英寸(投影面積)范圍內(nèi)，這樣有助于在高壓和高速下控制充模和保壓，并以高速將熔融的熱塑性材料注入模腔中，形成快速充模和高壓，從而可防止?jié)部诘睦涔蹋岣吡怂芗善仿省?/p>

三、注塑過(guò)程中工藝參數(shù)的選定試驗(yàn)

正常情況下，注塑機(jī)將熔化的熱塑膠材料沿澆口進(jìn)入模具型腔時(shí)，它將會(huì)與溫度較低的型芯或型腔內(nèi)壁接觸，并形成一層固化的薄表皮，這種提前固的表皮大致要占整個(gè)壁厚的約20%。就如1mm壁厚的塑件，其固化層有0.2mm厚，流動(dòng)道通僅剩下0.6mm厚。為了克服這個(gè)問(wèn)題，通常情況下要求注塑機(jī)使用能施加高達(dá)300MPa的注射壓力和1000mm/s的注入速度，然而普通的標(biāo)準(zhǔn)通用注塑機(jī)的注射壓力是100mm/s左右，為能解決在普通注塑機(jī)上實(shí)現(xiàn)“薄壁注塑成型”，需要對(duì)模具結(jié)構(gòu)上進(jìn)行優(yōu)化，并對(duì)注塑機(jī)進(jìn)行改造。筆者針對(duì)現(xiàn)有的設(shè)備、材料、工藝選擇上進(jìn)行了生產(chǎn)試驗(yàn)，并掌握了一些實(shí)用的參數(shù)。

我們選用的是海天注塑機(jī)HTF系列機(jī)型和通常使用的聚碳酸酯(PC)材料進(jìn)行比較測(cè)試，生產(chǎn)試驗(yàn)如下:

1.模具結(jié)構(gòu)的改善

模具結(jié)構(gòu)上設(shè)計(jì)較大或較多的澆口，有助于降低薄件成品熱流道系統(tǒng)的壓力，熔膠的流道直徑比一般標(biāo)準(zhǔn)模具大25%～40%，以減低壓力損失。并盡量采用單一澆口，以減少縫合線的數(shù)量。增加模具的排氣設(shè)計(jì)，可避免燒焦痕及強(qiáng)化縫合線的強(qiáng)度。增加頂出桿數(shù)量，避免了頂穿和粘模現(xiàn)象。加強(qiáng)模具的冷卻，確保冷卻均衡，盡可能使收縮和翹曲控制在最小的范圍內(nèi)，保證尺寸穩(wěn)定性。

2.參數(shù)的選擇和結(jié)果分析

(1)熔化溫度的升高，將使材料有更高的熱能，同時(shí)會(huì)導(dǎo)致熔融黏度的降低，從而使得熔融材料更易于流動(dòng)，其形成一個(gè)更長(zhǎng)的流通長(zhǎng)度，同時(shí)更加順暢地填滿型腔。但熔化溫度過(guò)高，將會(huì)促使材料退化和降級(jí)。所以，這一參數(shù)僅可在該樹(shù)脂允許的上限之內(nèi)被用來(lái)保證型腔的填滿。

(2)模具溫度的升高，會(huì)減少樹(shù)脂在型腔里的冷凝層，使熔融化材料在型腔內(nèi)更易于流動(dòng)，從而獲得更大的零件重量和更好的表面質(zhì)量。

(3)機(jī)器注射量應(yīng)盡可能達(dá)到最大值，因?yàn)檫@也可幫助熔化材料在容器停留時(shí)間的減少。

(4)更短的冷卻時(shí)間，可使熔化材料在容器內(nèi)停留的時(shí)間更短并減少了退化的可能性。

(5)注射速度的提高，雖然會(huì)使pc材料黏度下降并造成零件重量的上升，但比起熔化溫度增高時(shí)零件重量的增加要少。不過(guò)，由于它還能使得材料更加不易退化，所以，提高注射速度還是有它可取之處的。

(6)模具結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，提高了薄壁注塑的質(zhì)量和效率。

綜合實(shí)驗(yàn)情況，熔化溫度、模具溫度、冷卻時(shí)間和注射速度都是影響零件重量的關(guān)鍵參數(shù)，在傳統(tǒng)注塑機(jī)上加工薄壁零件時(shí)，對(duì)一些工藝參數(shù)的變更，取得了零件重量增加的效果，反映出了樹(shù)脂在熔化狀態(tài)下填滿lmm型腔能力的增加也就是提高了薄壁成型的能力，在傳統(tǒng)注塑機(jī)條件下對(duì)薄壁制品注塑是完全可以做得到的。進(jìn)行操作時(shí)，在優(yōu)化模具結(jié)構(gòu)之外，還可以將其注射速度調(diào)整到所允許的最高界限，在此基礎(chǔ)上，可以按照該材料所推薦的最高熔化溫度界限和模具最高溫度標(biāo)準(zhǔn)，盡可能地提高這兩個(gè)溫度參數(shù)，既可節(jié)省設(shè)備改造的費(fèi)用，又可順利進(jìn)行薄壁注塑課題的順利進(jìn)行。

(作者單位:河南省鄭州市技師學(xué)院)