星期四, 5月 19

    基於薄壁高速射出的前景分析

    0

    ■资料来源:CPRJ 中国塑料橡胶

    前言

    薄壁塑件产品因其便於回收,对环境污染小,广泛应用於航空航天,餐桌及医疗卫生和电子等行业。高速薄壁射出能省料省时,是未来塑料制品的重要生产工艺之一。

    塑料原料的成本通常约佔制品成本的50-80%,这一比例相当惊人。薄壁制造有助於降低这一比例。特別是消费性餐盒、医疗用品、电子产品等有关的日常用塑件设计便越来越薄。薄壁化因具有减小产品重量及外形尺寸、便於集成设计及装配、缩短生产周期、节约材料和降低成本等优点成为塑料消费行业追求的目标,已成为材料成型行业中新的研究热点之一。

    影响薄壁件的因素

    薄壁件是指壁厚比较薄的工件称之为薄壁件,工业上把 壁厚小于1mm时的工件称之为薄壁件。本文主要探讨 的是射出薄壁件。在注塑工艺中,薄壁的定义与是流程 /壁厚比、塑料的粘度及传热系数均有关系。从模具的 主流道到成品最远一点的距离称之为流程(用L表示), 除以成品的壁厚(用t表示),称为流程/壁厚比。当 L/t>150时,称之为薄壁。如流程的厚薄不一致,可 分段计算流程/壁厚比。聚丙烯(PP)的粘度因数是 1。一次性饭盒的流程 135mm,壁厚 0.45mm,流程 / 壁厚比=300。聚碳酸酯(PC)的粘度因数是2。手机电池外壳的流程 38mm,t=0.25mm,流程 / 壁厚比 =152。因此,塑料的粘度是影响塑件成品的关键。

    薄壁产品与注塑机的关系

    薄壁射出成型的填充时间很短,很多填充时间不足0.5 秒,在这样短的时间不可能遵循速度曲线或截断压 力,因此必须使用高分辨率的微处理器来控制射出机; 在薄壁制品的整个射出成型过程中,应同时各自独立 地控制压力和速度,常规射出机的充填阶段用速度控 制,保压阶段再转为压力控制的方法已不适用。

    高速射出机是主要是针对周期要求比较高和产品壁 厚要求比较薄的产品,类似单位时间产量比较大, 产品结构简单,并能有效降低产品成本,最熟悉的就 是一次性薄壁餐盒、一次性杯子等产品。目前市面上较好的高速射出机有台湾中精机公司的VS-100薄壁射出机、德国Dr. Boy公司开发的Boy型系列射出机、德库玛高速机、威猛巴顿菲尔(WITTMANN BATTENFELD)、阿博格(ARBURG)、日本制钢 JSW 和浙江力松等着名注塑机生产厂商开发的专用射出机。

    图 1:德库玛高速注塑机 DKM-300HH

    高速射出对模具的要求

    与常规制品的标準化模具相比,薄壁制品的模具从模具结构、浇注系统、冷却系统、排气系统和脱模系统等都发生了重大变化。主要表现在以下几个方面:
    a、模具结构:为承受成型时的高压,薄壁成型模具 的刚度要大、强度要高。因此模具要采用较高硬度的工具钢,高磨损、高冲蚀区(如浇口处)硬度应大于 HRC55。 b、浇注系统:成型薄壁制品,特別是制品厚度非常 小时,要使用大浇口,而且浇口应该大于壁厚。为此 薄壁制品模具的浇注系统中还引入了两项先进技术, 即热流道技术和顺序阀式浇口(SVG)技术。 c、冷却系统:薄壁制品不像传统壁厚件那样可以承 受较大的因传热不均而产生的残余应力。为保证制品 的尺寸稳定性,把收缩和翘曲控制在可以接受的范围 内,就必须加强模具的冷却,确保冷却均衡。 d、排气系统:薄壁射出成型模具一般需要有良好的 排气性,最好可以进行抽真空操作。由于填充时间短, 射出速度高,模具的充分排气尤其是流动前沿聚集区 的充分排气非常重要,以防困气引燃。 e、脱模系统:因为薄壁制品的壁和筋都很薄,非常容易损坏,而且沿厚度方向收缩很小,使得加强筋和 其他小结构很容易粘合,同时高保压压力使收缩更 小。

    薄壁件材料要求及合理控制冷却时间

    薄壁高速射出成型的材料必须具备以下特点:流动性 好;抗冲击强度高;热变形温度高;尺寸稳定性好; 材料的耐热性高;阻燃性好;机械装配性较高;外观 质量效果佳等。
    目前,薄壁射出成型常用的材料有聚碳酸酯(PC)、 丙烯腈—丁二烯—苯乙烯(ABS)及PC/ABS共混物 等,薄壁射出适合的材料必须有较高的流动性,一旦 原材料流动性不好,只能从设备上进行改进,如加高 料温,高速高压,用油温机或热流道效果来提高原材 料的流动性,达到生产合格产品的目的。
    冷却时间佔射出成型周期的80%,準确评估塑件的冷 却时间才能準确地评估出塑件的成型周期,冷却时间 跟原料,产品壁厚,射出温度,模温等有关。

    图2:薄壁注塑产品图

    高速射出技术发展及应用

    随着高分子材料和制造业的迅速发展,工程塑料在精 密仪器、电子仪表、音像制品、医疗器械、通讯器材 及光学镜片等领域应用广泛。这类塑料制品大多体积 小、质量小、外形复杂或超薄壁,其尺寸精度、形位 误差、质量的稳定性、表观质量等参数均要求较高。 高速射出已势在必行。目前,高速射出技术按驱动方式分主要有全液压式高速机、全电动式高速机和电液 复合式高速机。早期的高速射出技术都是全液压式, 其在成型精密、形状复杂的制品方面有许多独特优 势,但其控制技术难度大,机械加工精度高,液压技 术精度控制也难掌握。

    由于伺服电机的成熟应用和价格的大幅度下降,以及 环保和节能的需要,近年来全电动式的高速射出技术 越来越多,其在环保和节能方面有优势,但在使用寿命上不如全液压式注塑机,并且成本高。因此发展电 液复合式高速机势在必行,它是集液压和电驱动於一 体的新型射出机,融合全液压式注塑机在成型精密、 形状复杂的制品方面的优势和全电动式定位精準和节 省能源、杂音小的优点,并且成本低于全电动式注塑机。

    高速射出技术的开发及应用对提升国内注塑机的技术 水準,尤其是精密系列射出机的设计开发水準和层次 具有极大的促进作用,对推进国内塑机行业的发展和 竞争力的提高具有重大意义。

    高速射出主要应用在以下几个方面:PP、PE、PS的 各种薄壁类制品,如一次性餐盒,航空杯,IML盒子;高产量的产品,如注射器等以及精密的工业配件等, 该类产品属于消耗品,市场缺口较大,而且该类产品 易回收,可分类处理制作其他产品,循环利用,不会 对环境造成污染,市场前景广泛。■

    Leave A Reply