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【实用】注塑生产中我们怎样用传统设备实现薄壁注射成型?

在注塑生产及塑胶注射成型加工中,零件的壁厚是一个十分关键的参数。


薄壁注塑件有很多好处,它降低零件重量、生产规模、减少材料开支及缩短成型周期等,但是制造薄壁产品必须采用昂贵的高速注塑机,甚不化算。究竟传统注塑机可否胜任,文为你详尽分析。

那什么是薄壁注塑?

一般的定义是在一个有50cm²表面积的注塑件,其壁厚为lmm。这种级别则可称之为薄壁注塑零件。


然而,传统的注塑机往往不能适应薄壁注塑的要求。以一台制作3mm壁厚零件的传统机器为例,当熔化的热塑胶材料的前沿部份流经模具型腔时,它将会与温度较低的型芯或型腔内壁接触,并形成一层固化的薄表皮。这种提前固的表皮大致要占整个壁厚的20%。


在这层表皮内边,注入的熔化材料仍在不断地向前流动。显然,如果零件的薄壁减少并达到“薄壁”的程度,其冷却速度也会加快,从而导致上述固化表皮占整个壁厚的比例将会增加,也就是说,其后续流人型胶的熔融“芯部”将会缩小。相反,零件产生冷凝的时间间隔却在缩短。这都给材料的继续流动增添了难度,从而使的零件在冷凝之前实现“填满”的要求变得更加困难。


为了克服内壁注塑的填充困难,通常要对注塑机进行特别的设计或改装,如采用多通道注入口,施加高达241mpa的注射压力和1, 000mm/s的注入速度。然而,这些做法将要花费相当可观的资金。


能否在传统的未经改装的标准注塑机上,对某些工艺参数进行控制,以实现薄壁注塑的要求呢?


答案是肯定的。据报导,曾经有人在一台最大夹紧力为90公吨,最大注射量为170g的传统机器上做过这方面的实验。在这台机器上安置了具有一个扇形注入口内插件和一个注口,并有一个型腔的模具。该内插件的长/厚比为140:1,型腔厚度为lmm。使用的树脂是lexansp7602聚碳酸酯和magunum9015。


产品零件的重量,是唯一的可变输出值。在同一个模具型腔条件下,零件重量的变化,显然与注塑过程熔化材料在型腔内“填满”的程度密切相关。据称,对零件重量变化的分析。其结果的可信度能高达95%。因此该实验就是从有关工艺参数与零件重量的关系著手进行研究的。为此,在型腔里特别装设了五个压力与温度转换器。一个数据探测系统在腔内跟踪压力与温度曲线。


该实验采用了一个半分数因子(halffractional factorial)设计,用来研究喷嘴温度,模具温度,冷却时间,注射速度和夹持压力。据称,这五个参数都能影响零件之重量。为了建立这些参数以确定它们对零件重量的影响,采用了不同高低值的组合(见下表),来进行注射成型。

薄壁注塑研究的实验能数范围

参 数       聚碳酸酯       abs

喷嘴温度(℃)     (290 - 300)     (260 - 280)

模具温度(℃)     (80 - 90)     (68 - 80)

冷却时间(s)     (40 - 50)     (25 - 35)

注射速度(mm/s    (203 - 272)     (229 - 272)

夹持压力(mpa)    (4.8 - 5.5)     (3.4 - 4.1)

对pc和abs两种材料进行了实验。实验条件是:各自的熔化温度;标准的模具温度和零件重量;标准的零件张力强度和最高的许用注射速度。另外两种材料的相对黏度也都能在不同的剪切率下得到确立。

实验结果如下:

●将abs材料由其熔化温度260℃升至280℃对其零件重量会由6.6g增至 7.4g,即有22%的增大。


●对pc材料,当将共熔化温度由290℃升至300℃时零件重量即从7.3g增至8.9g,即增大了22%。


●当模具温度从80℃升至90℃时,pc和abs两种材料的零件重量都有增大,但pc更为敏感,后者的零件重量可从8.4g增至8.8g,增长了4.8%。


●熔化温度和模具温度的变化都会导致零件张力强度的改变。但熔化温度的增高将会使强度下降,而模具温度的升高则会使强度增加。


●缩短冷却时间和提高注射速度都将使pc材料的零件重量得以增加,而abs材料则不受这两个参数的影响。


结果分析:

●对pc材料而言,熔化温度、模具温度、冷却时间和注射速度都是影响零件重量的关键参数;而对于abs.影响其零件重量的参数只是熔化温度和模具温度。


●熔化温度的升高,将使材料有更高的热能,同时会导致熔融黏度的降低,从而使得熔融材料更易于流动,其形成一个更长的流往长度,同时更加顺畅地填满型胶。但熔化温度过高,将会促使材料退化和降级。所以,这一参数仅可在该树脂允许的上限之内被用来保证型胶的填满。


●模具温度的升高,会减不树脂在型腔里的冷凝层,使熔融化材料在型腔内更易于流动,从而获得更大的零件重量和更好的表面质量。


●更短的冷却时间,可使熔化材料在容器内停留的时间更短并减少了退化的可能性。据认为,减少壁厚50%,将导致冷却时间成4倍地减少。另外,冷却时间构成了约70%的生产周期,它的减少意味着生产效率的提高。


●机器注射量应尽可能达到最大值。因为这也帮助熔化材料在容器停留时间的减少。


●增高注射速度,也会使熔化材料的相对黏度下降,这是由于剪切变得更薄时,产生假塑胶体(pseudoplastic)影响的结果。同时,这种剪切的加热,仅发生在不到一秒钟的瞬间,这对于导致明显的退化来说,是无足轻重的。


●注射速度的提高,虽然会使pc材料黏度下降并造成零件重量的上升,但比起熔化温度增高时零件重量的增加要少得多。不过,由于它还能使得材料更加不易退化,所以,提高注射速度还是有它可取之处的。


注射速度的改变,对于abs材料几乎不会造成任何影响,这是由于此时它的相对黏度没有产生明显的下降的缘故。通过在传统注塑机条件下对一些工艺参数的变更,取得了零件重量增加的效果。这一结果实际上反映了树脂在熔化状态下填满lmm型腔能力的增加也就是提高了薄壁成型的能力。


综合实验情况,在传统注塑机上加工薄壁零件同样是可以做得到的。进行操作时,可以将其注射速度调整到所允许的最高界限,在此基础上,可以按照该材料所推荐的最高熔化温度界限和模具最高温度标准,尽可能地提高这两个温度参数。这就是在传统注塑机上,以低成本的选择,实现优质的薄壁往塑的主要对策。