模具設(shè)計對薄壁塑件翹曲變形的影響

胡建強(qiáng)

摘 要:本文分析了薄壁塑件翹曲變形產(chǎn)生的原因,從模具設(shè)計方面著手,闡述了如何優(yōu)化模架結(jié)構(gòu)、澆注系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、排氣系統(tǒng)和推出機(jī)構(gòu)以減少翹曲變形。

關(guān)鍵詞:薄壁注塑件翹曲變形模具設(shè)計

中圖分類號:TG24 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號:1674-098X(2012)05(c)-0239-01

注塑成型時,最難控制的是塑件翹曲變形所產(chǎn)生的塑件缺陷。在注塑成型過程中,由于各種因素的影響,導(dǎo)致塑件脫模后的形狀與其在模具型腔中的形狀不同,這就是塑件的翹曲變形問題,薄壁塑件的翹曲變形問題尤為嚴(yán)重。而通過完善注塑模具的設(shè)計來減少和控制翹曲變形是主要手段之一。

1 整體模架的設(shè)計

薄壁注塑成型時的相對投影面積大,注射壓力較高,對模具的剛度與強(qiáng)度提出了更高的要求,因此,薄壁成型模具比常規(guī)模具的外形更大,結(jié)構(gòu)更粗壯,重量在常規(guī)模具的兩倍以上;為進(jìn)一步提高模架的剛度與強(qiáng)度,模架中的定模板與動模板及支承板也要加大厚度;一般薄壁件精度更高,防變形要求也更高,因此模架中要更多的布置支承柱或支承塊;定位裝置與導(dǎo)向裝置在制造時精度要求更高,以保證優(yōu)良的側(cè)支承與定位,以防彎曲與偏移。

2 澆注系統(tǒng)的設(shè)計

澆注系統(tǒng)指的是熔料從注塑機(jī)噴嘴進(jìn)入模具開始,一直到與型腔入口為止的流動系統(tǒng),包括主流道、分流道、冷料井和澆口。

薄壁塑件隨著壁厚的減少,冷卻速度加快,凝固時間短,對澆注系統(tǒng)的平衡性要求高。因此要盡量避免流道方向的突然變化,減少澆口應(yīng)力,縮短流動距離,減少壓力降。可以從以下幾個方面進(jìn)行設(shè)計:(1)采用大澆口形式,澆口的厚度應(yīng)該大于壁厚,以保證在成型時有足夠的熔料注入型腔的同時,還可以在澆口凝固之前形成保壓;(2)流道的截面面積可適當(dāng)增大,可以減少壓力降,實驗證明,薄壁塑件的壓力降應(yīng)控制在注射機(jī)噴嘴壓力的15%之內(nèi)[3];(3)縮短流道距離,面積較大的塑件,澆口位置盡量放在塑件的中央,或者采用多點(diǎn)澆口的形式,點(diǎn)澆口的各澆注點(diǎn)位置也要考慮平衡;(4)采用一模多腔時,對澆注系統(tǒng)的平衡性要求極高,但由于塑件的形狀與壁厚的限制,澆注系統(tǒng)無法達(dá)到平衡布置,這時可以考慮引進(jìn)先進(jìn)技術(shù),如熱流道技術(shù)和順序閥式澆口技術(shù)。

3 冷卻系統(tǒng)的設(shè)計

冷卻不均是造成薄壁注塑件翹曲變形的主要原因之一,在注射過程,由于塑件各部分的冷卻速度的不均勻,使塑件各部位的收縮無法同步,形成內(nèi)應(yīng)力,脫模后,產(chǎn)生殘余應(yīng)力,從而產(chǎn)生翹曲變形。為保證塑件的尺寸與形狀的穩(wěn)定,把收縮和翹曲變形控制在可以接受的范圍內(nèi),就必須優(yōu)化模具的冷卻系統(tǒng)的設(shè)計,確保冷卻均衡。

首先要確保模具的型芯與型腔的模溫趨于一致,使塑件內(nèi)外層的冷卻速率相當(dāng),才不會造成塑件內(nèi)外表面冷卻不均所造成的應(yīng)力;冷卻水路之間的距離設(shè)計要小,使塑件的表面各部分冷卻均勻一致;冷卻水道不能太長,因為冷卻介質(zhì)的水溫隨著長度的增加會而上升,使模具各部分產(chǎn)生較大的溫差,同樣會使塑件產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力,塑件尺寸較大時,可以設(shè)置多條水道回路,一條冷卻回路的進(jìn)口與此同時另一條冷卻回路的出口相鄰,使溫度相互補(bǔ)償;提高冷卻介質(zhì)的流動速率,增強(qiáng)冷卻的效果,必要時可設(shè)置高傳熱性金屬鑲件,以提升冷卻效果。

4 排氣系統(tǒng)的設(shè)計

排氣系統(tǒng)主要為了將澆注系統(tǒng)和模腔內(nèi)的空氣以及塑件在成型過程中分解產(chǎn)生的低分子揮發(fā)氣體順利的排出模外[4]。薄壁注塑成型的模具必須要有更良好的排氣性。因為填充時間短,注射速率高,充分排氣可以順利充模,不影響充模速度,也保證塑件的表面質(zhì)量,還防止困氣自燃現(xiàn)象的發(fā)生。

排氣系統(tǒng)的設(shè)計首先要利用推桿、型芯、頂桿、加強(qiáng)筋、導(dǎo)柱及分型面的配合間隙;在流道的末端可以在分型面上開設(shè)排氣槽或?qū)ｉT設(shè)置排氣塞等;現(xiàn)在有公司開始使用多孔工具鋼做成小嵌件來解決塑件的排氣問題;對于排氣負(fù)荷較大的精密模具,甚至可以用O型密封圈密封分型面,把型腔抽成真空來達(dá)到我們的目的。

5 脫膜機(jī)構(gòu)的設(shè)計

脫模機(jī)構(gòu)主要是將注塑成型后的塑件及澆注系統(tǒng)的凝料從模具中脫出。由于塑件具有收縮性,所以脫模阻力主要集中在型芯上。因此在開模后如何穩(wěn)定可靠的將塑件脫離型芯是我們的設(shè)計目的。

薄壁塑件的壁厚和筋肋都很薄,在外界的因素的影響下,非常容易變形甚至損壞;制品的收縮率造成塑件與模具的型芯部分抱合緊密,造成脫模困難,還有薄壁件的加強(qiáng)肋和其它小結(jié)構(gòu)會與模具精巧的曲線、曲面粘合的現(xiàn)象發(fā)生;同時,在市場的需要下,設(shè)計師在設(shè)計產(chǎn)品時,會設(shè)計一些精巧的曲線、曲面,以迎合人們的審美要求,但也增大了塑件的復(fù)雜程度,也增大了脫模機(jī)構(gòu)地設(shè)計難度。

在設(shè)計脫模機(jī)構(gòu)時,要力求與脫模阻力平衡,尤其要避免局部推出力過大造成對塑件的損壞,因此,推桿與塑件的接觸面面積不能太小;推桿的布置應(yīng)盡量在脫模阻力大的部位;在不影響塑件質(zhì)量的前題下,可以盡可能的使推桿數(shù)量最多,以減少塑件的總體變形;如果是采用的推件板推出,推件板推出時容易使塑件內(nèi)外形成大氣壓力差,造成脫模困難或塑件變形,這時應(yīng)增設(shè)進(jìn)氣裝置;如果塑件較軟,可考慮改用多元件聯(lián)合或氣(液)壓與機(jī)械式頂出相結(jié)合的方式。

6 結(jié)語

綜上所述,薄壁塑件成型對模具的要求更高,模具設(shè)計時有其特有的設(shè)計準(zhǔn)則,模具必須具有更高要求模架結(jié)構(gòu)、澆注系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、排氣系統(tǒng)和脫模機(jī)構(gòu),此外還要仔細(xì)選用模具材料與熱處理工藝,以求擁有高的剛度、強(qiáng)度。同時還要結(jié)合CAE分析技術(shù),對設(shè)計中的關(guān)鍵問題進(jìn)行模擬分析,確保設(shè)計準(zhǔn)確,譬如冷卻回路的合理布置;澆注系統(tǒng)的尺寸參數(shù)和澆口的形式與澆口位置,甚至是推桿的分布和數(shù)量等。雖然薄壁成型模具的成本比常規(guī)模具成本高出很多倍,但薄壁成型技術(shù)能夠通過節(jié)約材料、縮短成型周期、提高生產(chǎn)率等方式大幅度降低系統(tǒng)成本,從長遠(yuǎn)來看,增加的模具成本還是非常值得的[3]。

參考文獻(xiàn)

[1] 唐燁.薄壁注塑制品的翹曲變形研究[D].廣東:華南理工大學(xué),2010,9.

[2] 陳曉平.薄殼件注塑成型工藝參數(shù)優(yōu)化研究[D].浙江:浙江大學(xué),2005,1.

[3] 俞華英.薄壁塑件注塑成型數(shù)值模擬及成型工藝參數(shù)優(yōu)化的研究[D].浙江:浙江工業(yè)大學(xué),2008,4.

[4] 屈華昌.塑料成型工藝與模具設(shè)計[M].北京:高等教育出版社,2008,2.