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薄殼成型技術(shù)
近幾年，金融風(fēng)暴使得百業(yè)蕭條，但是可攜式電子產(chǎn)品的從業(yè)中日夜趕工、供不應(yīng)求者卻大有人在。可攜式電子產(chǎn)品講究短小輕薄，當(dāng)外殼薄到將近1mm，甚至小于1mm時(shí)，對(duì)于材料商、產(chǎn)品和注塑件模具設(shè)計(jì)工程師、注塑件模具注塑件加工、成型注塑件加工以及成型機(jī)暨附屬設(shè)備制造注塑件加工都是一大挑戰(zhàn)。本文針對(duì)薄殼成型從材料選擇、產(chǎn)品和注塑件模具設(shè)計(jì)、CAE分析、注塑件模具制造成型設(shè)定到成型機(jī)及設(shè)備選擇作重點(diǎn)介紹。期能拋磚引玉，共創(chuàng)新機(jī)。 對(duì)固定式電子產(chǎn)品而言，薄殼使得成本降低、循環(huán)時(shí)間縮短，因而生產(chǎn)力提高。對(duì)于可攜式電子產(chǎn)品而言，薄殼使得重量變輕、尺寸減小。可攜式電子產(chǎn)品的需求每年成長(zhǎng)達(dá)30%，今后十年的成長(zhǎng)會(huì)更快。由于擁有這種產(chǎn)品的人還很少－在美國(guó)少于5%，全世界則少于1%－整個(gè)市場(chǎng)大得驚人。典型薄殼的流長(zhǎng)對(duì)壁厚比的范圍是100：1到150：1或更大。若要達(dá)到這么高的比值而不增加澆口，就須要采用高融膠溫度、高射壓以及很高的射速。 C-MOLD射出成型模擬采用的Cross-WLF黏度模式如下： 此一模式可以在寬廣的成型條件范圍內(nèi)適切的描述黏度，好處之一是較好的處理黏度對(duì)溫度和壓力的敏感性(黏度對(duì)壓力的敏感性隨溫度降低而增加)。在Cross-WLF黏度模式中，壓力對(duì)黏度的影響以D3顯示。在傳統(tǒng)的成型條件下，壓力對(duì)黏度的影響不明顯，D3可設(shè)為0。在高壓下，壓力對(duì)黏度的影響變得重要，D3必須決定，使得模擬的結(jié)果可以捕捉壓力的效應(yīng)。要獲得D3的合理值，特殊的黏度測(cè)試程序以及數(shù)據(jù)分析是必要的。 如果沒有考慮壓力對(duì)黏度的影響，當(dāng)系統(tǒng)壓力增加時(shí)，預(yù)測(cè)壓力的誤差會(huì)愈來愈大。下圖的平碟模是一個(gè)很好的例子，說明非零的壓力對(duì)黏度的影響項(xiàng)D3可以改進(jìn)充填和后充填模擬的壓力預(yù)測(cè)。平碟采用聚碳酸酯(PC)材料，平均壁厚是1mm，流長(zhǎng)是170mm。壓力對(duì)黏度的影響項(xiàng)D3并入計(jì)算后，預(yù)測(cè)的壓力明顯提高，并和實(shí)測(cè)壓力相當(dāng)吻合。 經(jīng)由澆道澆口、針點(diǎn)澆口、二次熱澆道澆口等直接進(jìn)澆到薄壁，應(yīng)使用澆口井，以減少澆口應(yīng)力、幫助充填，并將制品在去澆口時(shí)的損毀降到最低。當(dāng)壁厚小于1.2mm時(shí)，往往使用直徑大于壁厚的澆口，以助流，并在澆口封凝前，完成適當(dāng)?shù)奶顗骸?為了有足夠的壓力充填薄的型腔，流道壓力降最好不要超過機(jī)器可提供射壓的15%。使用較傳統(tǒng)流道大1.25到1.4倍的流道。更有進(jìn)者選擇熱流道加上閥門澆口以有效的降低壓力到期望值。熱流道內(nèi)徑一般大于13mm，不可有尖角和死區(qū)。采用外熱式加熱器才是正途。為了能以高壓進(jìn)澆，閥門澆口必須安裝，但是不可形成障礙。熱流道能大大的減少壓力降和循環(huán)時(shí)間，然而塑料經(jīng)過熱流道使得融膠的在高溫下停留時(shí)間加長(zhǎng)，薄殼成型的射料量較之傳統(tǒng)者為小，如果塑料在料管以及熱流道中的停留時(shí)間過長(zhǎng)，會(huì)使得材料劣化。 塑料停留時(shí)間可以下式計(jì)算： 1.4x使用塑料比重x料管料量x成型循環(huán)時(shí)間 聚苯乙烯比重x射料量 1.4是一乘數(shù)(一般在1和2之間) 最短和最長(zhǎng)的停留時(shí)間應(yīng)遵照材料注塑件加工商的建議。如果特定的指示無從獲得，最短和最長(zhǎng)的停留時(shí)間可以1.5和4分鐘為準(zhǔn)。 在壁厚小于1.2mm的薄殼應(yīng)用，產(chǎn)品的剛性設(shè)計(jì)變得重要。須要的剛性可以藉幾何特微的并入和裝配方法的巧思而獲得。較大產(chǎn)品的剛性可經(jīng)由材料選擇、設(shè)計(jì)和裝配的一體考慮而達(dá)成。高射速使得排氣更為重要，以防氣困引燃。典型的分模面排氣是0.01~0.04mm深、5mm寬，甚至沿分模面全周長(zhǎng)排氣。在型心銷、頂出銷、肋和螺柱處排氣也是很有用的。流道末端的充分排氣以及對(duì)型腔抽真空都可以減輕型腔排氣的負(fù)荷。 對(duì)冰箱蔬果盤之類的大零件而言，材料往往占成本50%以上。對(duì)小而薄的零件而言，成型機(jī)費(fèi)用可占到成本的90%，材料6%，而注塑件模具只占4%。小而薄的產(chǎn)品較之厚者更能從冷卻的改善而獲得效益。薄殼產(chǎn)品不像傳統(tǒng)壁厚者一般可以承受較大的因熱傳不均而產(chǎn)生的殘余應(yīng)力。為了將收縮彎翹控制在可以接受的程度，均衡的冷卻設(shè)計(jì)變得非常重要。 薄殼制品的頂出是頗具挑戰(zhàn)性的，因?yàn)椋?）高壓使得填壓較緊、收縮較少以及2）薄壁和薄肋使得產(chǎn)品較易損毀。為了避免頂穿和粘模，應(yīng)使用較多而且較大的頂出銷。當(dāng)壁厚小于1.2mm時(shí)，可以使用多到2倍而且大到2倍(直徑>6mm）的頂出銷。 高速射出的塑料增加注塑件模具的磨耗。薄殼成型應(yīng)采用較P20硬的工具鋼，高磨耗、沖蝕區(qū)尤然。建議使用洛式硬度大于55(如H13和D2)的澆口嵌塊。公、母模板和承板厚度可為傳統(tǒng)板厚的兩倍。支撐柱要多，在近澆道中心和型腔處應(yīng)預(yù)負(fù)荷0.1mm。H13鋼的屈服強(qiáng)度較NAK55或P20高15%到25%，值得選用。為了把融膠快速的帶進(jìn)薄的型腔，要使用高的油壓和短的射出時(shí)間。當(dāng)射出時(shí)間小于0.5秒時(shí)，實(shí)在沒有多少時(shí)間可以用來遵循速度曲線或切斷壓力，因此一個(gè)高分辨率的微處理器控制的成型機(jī)就變得必要。高壓薄殼成型須要在射出單元上加裝蓄壓器，快速合模的要求也使的蓄壓器變得頗有幫助。對(duì)某些參數(shù)(如保壓壓力和充填到保壓的轉(zhuǎn)換)的閉路控制是重要的，射出和合模行進(jìn)曲線的控制能力和制程追蹤及線上品管軟件也是必要的。
