在塑胶注射成形加工中,零件的壁厚是一个十分关键的参数,薄壁注射件有很多好处,它降低零件重量、生产规模、减少材料开支缩短成形周期等,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,我们为你祥尽分析。
什么是薄壁注塑?一般的定义是在一个50cm2表面积的注塑件,其壁厚为1mm。这种级别则可称之为薄壁注塑件。然而,传统的注塑件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分流经模具型腔时,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,从恧地致上述固华表皮占整个壁厚的比例将会增加,也就是说,其后续流入型腔的熔融“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的注塑速度,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的传统注塑机上做过这方面的实验。在这台机器上安置了一个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1mm。使用树脂是Iexansp7602聚碳酸脂和ma-gunum9015。
产品零件的重量,是唯一的可变输出值,在同一个模具形腔条件下,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着手进行研究的,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。
薄壁注射研究的实验能数汇围 |
参数 |
聚碳酸酯(PC) |
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主用注射速度。另外两种材料的相对粘度也都能在不同的剪切率下得到确立。
◆ 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℃升至于90℃时,PC和ABS两种材料的零件重量都有增大,但PC更为敏感,后者的零件重量可以从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,同时会导致熔融点滴度的降低,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腔。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内被用来保证型胶的填满。
★ 模具温度的升高,会减小树脂在型腔里的冷凝层,使熔融化材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倍的减少。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内停留时间的减少。
★ 增加注射速度,也会使熔化材料的相对粘度下降,这是由于剪切变得更薄时,产生假塑胶体(pseudoblastic)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,这对于导致明显退化来说,是无足轻重的。
★ 注射速度的提高,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粘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1mm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,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,以低成本的选择,实现优质的薄壁注塑的主要对策。