浅谈薄壁注塑的应用.doc

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1、浅谈薄壁注塑的应用壁注塑要求注塑机、模具和塑胶,均进行适当的调整配合。本文将会探讨薄壁的特性、经济效益,以及薄壁注塑设备的设计。何谓薄壁?最简单而基本的角度,「薄壁」指壁厚小于1mm时。全面而言,「薄壁」的定义与流程/壁厚比、塑胶粘度,以及传热系数等三项因素有关。首先流程/壁厚比方面,假设:从模具的主流道成品最远一点的流程=L、成品壁厚=t,即:流程/壁厚比L/t。若L/t﹥150,这类加工便称之为薄壁注塑。如流程厚薄不一致,可分段计算,详见图1。图1:流程/壁厚L/t=L1/t1+L2/t2+L3/t3+L4/t4(流程厚薄不一致)L/t的定义必须考虑塑胶的粘度因

2、数及传热因数。若(流程/壁厚比)x粘度因数﹥150,这类加工亦可定义为薄壁注塑。以聚丙烯(PP)即弃饭盒为例,PP粘度因数=1、流程、135mm、壁厚0.45mm,所以流程/壁厚比x粘度因数=300;另外,生产聚酸酯(PC)手机电池外壳,PC粘度因数=2,流程=38mm、壁厚=0.25mm,所以流程/壁厚比x粘度因数=152x2=304,与饭盒的相若。一般塑胶的导热性能不良。为增加散热效果或达到电磁波兼容性,部分外壳回采用高导热性白胶。当然,金属粉末亦属于高导热性。图2是计算注塑成批冷却时间表(tc)的公式中:t=壁厚、Tm=熔融温度、Tw、模壁温度T=脱模温度、α

3、=塑胶传热系数。tc=ln〔〕t22Лα4(Tm-Tw)Л(T-Tw)图2:冷却时间公式故定义(流程/壁厚比)x粘度因数x传热因数﹥150为薄壁注塑。而传热因数=α/αo·αo=PP传热系数。为何要薄壁注塑?塑胶成本通常都占制品成本的一大部分,大约50%至80%。应用薄壁部件,就有助降低塑胶在制品成本中所占的比例。另一方面,由于消费性电子设备如手机、MP3播放机、数码相机、掌上电脑越趋小型和轻巧,所以有关的塑件设计亦越来越薄,需要薄壁注塑。薄壁充填的本质模壁是冷的,在熔融充填模腔时,模壁会形成固化层,因而降低可流动通道的厚度。(见图3)壁厚越薄,这情况越严重,例如:

4、若壁厚1mm图3:充填过程出现0.2mm厚的固化层,剩下的流动通道厚度为0.6mm;但壁厚0.5mm同样会出现0.2mm厚的固化层,剩下的流动通道厚度便只有0.1mm。若充填尚未完成,但流动通道却因固化层过厚而小时,成品便未能填满。高速充填因此,薄壁注塑要求注塑机进行高速注射,在固化层不太厚时填满模腔。薄壁注塑不需要高注射压力,因为那只是弥补注射速度的不足,强行将熔融注入未填满的模腔。如此一来,不但增加所需的锁模力,亦会在成品里形成高内应力,导致脱模后成品出现变形。通用注塑机的注射速度一般在100mm/s左右,不能应付薄壁注塑。要增加注射速度,可加大油泵或采用双泵注

5、射,分别将注射速度提高25%和70%。部分厂家采用再生注射,以注射压力换取注射速度。若初段注射不需要高注射压力,这方法相当适用,能有效将注射速度提高100%以上。至于既正规,而又能大幅提高注射速度的方法,是利用氮气瓶将油泵的能量以压力的形式储存起,并在注射时释放。以下将注射速度分为四类:低速:200至300mm/s;中速:300至600mm/s;高速:600至1000mm/s;超高速:1000至2000mm/s。据了解,内地厂商可生产中速注塑机。氮气瓶氮气瓶又称储能器。高压氮气瓶的橡胶囊内,而剩余的空间则充以高压压力油。注射时,会将压力油释放,是个基本上恒压的瞬间大

6、流量动力源。虽然氮气瓶只能提供瞬间(如0.5秒)的大流量,但已足够进行高速的薄壁注射。氮气瓶越大,压力越恒定,所储存的压力油越多。低惯性注射单靠高速注射,并不可满足薄壁注射的所有要求,而需要考虑高加速率和减速率。400速度(mm/s)0.50.3时间(s)注射开始时,螺杆是静止的。从静止到全速(如400mm/s),螺杆要加速。如整个注射时间只有0.5s,拟在0.05s达到全速,加速率便超过0.8G(见图4);相反,如加速时间需要0.3s,便不合适,因为平均注射速度都随着慢加速率而减低(见图5)。0.50.05400速度(mm/s)时间(s)图4:拟在0.05s达到全

7、速的图5:如加速时间需要0.3s,400mm/s,加速率便超过0.8G会减低平均注射速度假设:α=加速率、F=推力、m=质量,若忽略熔融粘度阻力,即:α=F/m。从公式可知,薄壁注射需要大推力及小质量。现时的油压注塑机,以双注射缸设计为主。注射时,注射后座及油马达亦往前走,质量不算低。顺带一提,常见的全电注塑机设计,在注射时负责螺杆转动的电机亦是往前走的。单注射缸的设计,油马达在注射时不动,只有螺杆及注射缸的活塞杆往前,质量便大幅下降。高刚性油路压力油具有弹性,而在讲求0.05s加速时,就必须考虑这一点。大的油缸活塞面积、短的行程的油管,都有助降低弹性的影响。另

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