抽真空注塑模具設(shè)計及應(yīng)用研究

張輩欽

摘? 要：文章以掛壁隱藏水箱異形魔力石（裝飾蓋板）為例，介紹抽真空注塑模具的設(shè)計過程，包括模具結(jié)構(gòu)的確定、澆注系統(tǒng)設(shè)計、冷卻及推出加氣頂方式的確定、抽真空部分的設(shè)計。重點講抽真空部分及借助保壓補縮階段實現(xiàn)壁厚處填充的注塑工藝，提高注塑周期等技術(shù)要點，并分析了該模具的設(shè)計理念及推廣應(yīng)用前景，對類似結(jié)構(gòu)的零部件開發(fā)具有極高的參考意義與應(yīng)用價值。

關(guān)鍵詞：抽真空;保壓補縮;注塑模具

中圖分類號：TQ320.6? ? ? ?文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2020）08-0087-02

Abstract： Taking the special-shaped magic stone（decorative cover plate） of the hanging wall hidden water tank as an example， this paper introduces the design process of the vacuum injection mold， including the determination of the mold structure， the design of the gating system， the cooling and the way of pushing out the air top， and the design of the vacuum part. This paper focuses on the vacuum part and the injection molding process of filling the wall thickness with the help of the pressure filling stage， improving the injection cycle and so on， and analyzes the design concept and application prospect of the mold. It has high reference significance and application value for the development of parts and components with similar structure.

Keywords： vacuum; packing and shrinkage; injection mold

引言

在這大數(shù)據(jù)信息化時代，隨著新技術(shù)的興起及生活水平的提高。人們更青睞于品質(zhì)優(yōu)越、節(jié)能環(huán)保、安全、時尚的產(chǎn)品。消費習(xí)慣和模式的轉(zhuǎn)變也促使科技創(chuàng)新、產(chǎn)品升級與換代。作者以掛壁隱藏水箱異性魔力石（裝飾蓋板）為例介紹其注塑模具的設(shè)計過程、注塑成型要點。探討從模具、注塑工藝的改進以實現(xiàn)精益生產(chǎn)。

1 塑件工藝分析

圖1為異性裝飾蓋板軸測圖，采用ABS塑料成型。塑件的技術(shù)要求為：表面光滑、無氣孔、縮水等缺陷。從圖l中可看出，塑件壁厚均一，利于填充，但是5個BOSS孔處，壁厚較厚。表面易產(chǎn)生縮痕及內(nèi)部有氣孔，且會影響注塑周期。必須加強此處冷卻以提高效率。本文采用抽真空形式加借助保壓補縮階段實現(xiàn)壁厚處填充的工藝來解決此縮痕和內(nèi)部縮孔不良，且可以縮短冷卻時間，一舉兩得。

2 模具結(jié)構(gòu)設(shè)計

綜合考慮塑件的技術(shù)要求及模具和注塑的可行性。特采用抽真空模具，它可以降低注塑壓力，低的注塑壓力可以保證小的注塑殘余應(yīng)力，最終保證產(chǎn)品的變形翹曲小。且抽真空后型腔內(nèi)為真空狀態(tài)，隨著熔體的填充，除了熔體自身分解有可能產(chǎn)生瓦斯氣體外，無其他氣體來源。控制好料溫和填充速度將可以改善困氣問題。再者要達到表面光滑，必須接模溫，模具溫度要達到80°C。故需考慮熱漲，模具配模和傳熱等問題。

2.1 澆注系統(tǒng)的設(shè)計

考慮到產(chǎn)品外觀不能有澆口，故把澆口設(shè)計在產(chǎn)品背面。綜合考慮流長、變形翹曲、填充等因素，特采用大水口，直接進在產(chǎn)品背面的中心，這樣4個角落可同時填充完成。減少了填充和保壓不平衡導(dǎo)致的產(chǎn)品變形翹曲問題。而背面的中心剛好需要貼標簽，可以蓋住澆口，這樣就不影響產(chǎn)品的美觀性。

2.2 冷卻系統(tǒng)設(shè)計

冷卻水路的設(shè)計要使模具冷卻均衡。不平衡的冷卻會導(dǎo)致變形。故此水路的設(shè)計，動模側(cè)和定模側(cè)的水路排位和方式基本一致，可保證動定模溫均衡，防止產(chǎn)品變形。水路直徑設(shè)計為ф12的，距離產(chǎn)品的距離均衡控制在1-2倍水路直徑之間，動模側(cè)有部分距離產(chǎn)品較遠，采用增加隔水片的形勢改善水路冷卻效果。

澆口套處是熱量聚集的地方，如果加以冷卻。可大大提高冷卻時間，此模具在澆口套處正加了冷卻水路設(shè)計。注意此處有個細節(jié)，冷卻必須在熱傳通道上移除空氣間隙，否則冷卻效果是非常低的。澆口套和澆口套鑲件間的配合間隙單邊控制在0.04-0.1左右，然后組裝的時候必須涂上耐熱潤滑脂（一種提高熱傳導(dǎo)性的物質(zhì)），可以改善澆口套和鑲件之間的傳熱。當(dāng)然如果成本允許可以采用3D打印的隨形冷卻澆口套，相信隨著3D打印的成熟，這種澆口套將會得到普及。

由于模具必須接模溫到80°C生產(chǎn)，故動定模側(cè)均必須設(shè)計隔熱板（電木材質(zhì)）。

2.3 頂出系統(tǒng)設(shè)計

由于澆口位置限制，模具必須采用倒裝模形式。即頂針板部分在前模，頂出必須采油缸頂出。

再者產(chǎn)品BOSS孔出壁厚較厚，此套模具采用特殊工藝注塑。頂針板在注塑的時候必須往前頂，使得BOSS孔處的壁厚均衡。這樣就使得模具不能布置頂針，而采用氣頂輔助頂出。最終取產(chǎn)品是靠機械手吸產(chǎn)品的，可實現(xiàn)自動化生產(chǎn)。

2.4 抽真空系統(tǒng)設(shè)計

抽真空模具有以下幾個優(yōu)點：

（1）改善制品的充填效果，消除空氣對成型的影響，從根本上解決排氣不良現(xiàn)象。（2）模具真空型腔容易填充，降低注塑壓力和注塑機背壓。（3）加快注射速度，減少成型周期，提高生產(chǎn)效率。（4）改善制品熔接線，提升制品品質(zhì)。（5）消除制品缺陷、燒焦、氣泡現(xiàn)象。

結(jié)合產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)，此模具采用抽真空系統(tǒng)。

3 非常規(guī)工藝注塑工藝

塑件的5個BOSS孔處，壁厚較厚。表面易產(chǎn)生縮痕及內(nèi)部有氣孔，且會影響注塑周期及產(chǎn)品的良率。此模具采用注塑時頂針板頂出，保壓時頂針板退回的注塑工藝。它的原理是借助保壓補縮階段實現(xiàn)把剩余的料補償?shù)奖诤裉幍墓に嚒＞唧w見圖2。

（1）注塑充填階段頂針板在油缸的推動下先前頂?shù)降祝瑢崿F(xiàn)壁厚均一注塑。如圖2A放大視圖所示。司筒套的在頂針板往先推的作用下凸到與型腔同高，使得產(chǎn)品壁厚均一。易于填充，且不會因為產(chǎn)品壁厚凸變而產(chǎn)生熔體波峰不穩(wěn)造成表面光色差異。（2）保壓階段頂針板在油缸的拉動下退回到位狀態(tài)，司筒套向下回退為BOSS孔膠位騰出空間。最終BOSS孔內(nèi)的料依靠保壓補縮階段填充進去。如圖2B放大視圖所示。網(wǎng)格剖面線處的膠位靠保壓進去，以實現(xiàn)最終的產(chǎn)品形狀。這在注塑過程中最厚的BOSS孔靠近型腔側(cè)的膠位已先凝固，這樣產(chǎn)品表面就不會縮水。且可以大大減少縮孔的可能，最終提高了產(chǎn)品的良率。（3）圖2C放大視圖最終產(chǎn)品頂出狀態(tài)視圖，再輔以氣頂。最終在機械手的幫助下完成取件工作。這就是產(chǎn)品為什么無法布置頂針的原因。

4 應(yīng)用前景

4.1 抽真空注塑模具的應(yīng)用前景

對于精密、薄壁、大型平板件或結(jié)果復(fù)雜的塑件，必須消除空氣對成型的影響。否則產(chǎn)品會出現(xiàn)質(zhì)量不穩(wěn)定、欠注、注塑壓力大及變形和表面質(zhì)量差等缺陷。當(dāng)采用抽真空注塑時，塑件表面較光順，成型質(zhì)量較好。所以抽真空注塑模具的應(yīng)用前景是非常廣闊的。例如智能手機的出現(xiàn)，它要求產(chǎn)品的壁薄，有的為了增加強度還添加了玻纖。一般常規(guī)的注塑設(shè)備和工藝的無法實現(xiàn)的必須采用高速注塑機生產(chǎn)，而注塑工藝也必須做相應(yīng)的調(diào)整，必須采用高速高壓注射。這對模具在短時間內(nèi)排氣帶來了很大的考驗。所以很多都必須輔以抽真空才能完成的。注塑是個復(fù)雜的過程，必須考慮多方面的因素，才能制造出品質(zhì)優(yōu)越、時尚美觀的產(chǎn)品。

4.2 借助保壓補縮階段實現(xiàn)壁厚處填充的工藝應(yīng)用前景分析

隨著新技術(shù)的興起及生活水平的提高。人們對產(chǎn)品的需求也越來越高，產(chǎn)品的設(shè)計也更為人性化。一些注塑為了美觀時尚，產(chǎn)品設(shè)計上壁厚差異大的，很多常規(guī)工藝無法實現(xiàn)注塑的，因此新工藝、新技術(shù)也就相應(yīng)出現(xiàn)了。例如氣輔、水輔與超臨界流體微發(fā)泡注射成型，高低模溫交替變換等等。但這些工藝需要設(shè)備的投入和技術(shù)的研究還是需要一定的時間和成本的。而此套模具采用的理念是在現(xiàn)有設(shè)備上就可以實現(xiàn)的。它的原理是借助保壓補縮階段實現(xiàn)壁厚處填充，可以改善壁厚產(chǎn)品縮孔問題。改善塑件冷卻時間長，整體應(yīng)用前景還是很不錯的。

5 結(jié)束語

借用此套抽真空注塑模具的設(shè)計想闡述一些注塑模具的設(shè)計理念。如平衡原理，填充應(yīng)滿足流動平衡，流動平衡可使熔膠的壓力、溫度及體積收縮率分布均勻，質(zhì)量均一。冷卻要均衡，不平衡的冷卻會導(dǎo)致變形。還有就是善于利用注塑各階段的原理來改善工藝，如借助保壓補縮階段實現(xiàn)壁厚處填充的工藝。

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