气辅成型在电视外壳模具的应用
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气体辅助注塑成型技术在电视机模具中的应用
于昕世, 王小新, 邵 振
(青岛海信集团 模具有限公司, 山东 青岛 ’))"*!)
摘
要:论述了电视机气辅模具的设计思路和要点, 对两种进气方式进行了比较, 对常用的气
道截面形状及尺寸参数进行了总结, 并介绍了目前气体辅助注塑成型工艺中的难点及其 +,分析技术。 关键词:电视机前壳; 气体辅助注塑成型; 模具设计; +,- 技术 中图分类号:./’$! 文献标识码:0
.
引言
气体辅助注塑成型技术是一项新兴的塑料注
相比, 有着无可比拟的优势, 被誉为注塑成型工艺 的一次革命, 在家电、 汽车、 家具、 日常用品等几乎 所有塑料制件领域得到广泛应用。在家电领域, 电视机壳特别是大屏幕彩电前壳是最早也是最广 泛采用气辅注塑成型技术的制品之一。 随着电视机屏幕越来越大, 显像管越来越重, 电视机前壳强度要求越来越高, 要改善电机前壳 的强度问题, 增加加强肋板的厚度是最直接的办 法, 但是在增加肋板厚度的同时带来了制件表面 缩凹和成型周期长等问题, 严重地影响着制件的 表面质量和加工成本。为了解决这些问题, 世界 各国纷纷采用气体辅助注塑成型技术, 不仅解决 了制件表面缩凹问题而且可以节省原材料, 缩短 成型周期, 收到了可观的经济效益。我国是电视 机生产大国, 许多生产厂家都先后引进了气辅成 型的设备, 开发出了气辅注塑模具, 取得了一定的 经济效益, 但总体上来说与国外相比尚有不小的 差距。现将本公司在开发电视机前壳气辅注塑成 型模具中的一些经验加以介绍, 与业内同行进行 交流。
在计算机上对模具设计方案进行分析和模拟, 预 测设计中潜在的缺陷, 为设计人员修改设计提供 科学的依据。应用注塑 ,-. 技术带来的直接好 处是省时省力, 减少试模、 修模次数, 缩短模具设 计制造周期, 降低成本, 提高产品质量。 我公司为了应用注塑 ,-. 技术, 提高模具设 计水平, 引进了美国 :;<=><;? 公司的料流分 析软件 :@A* B %, 除可进行流动、 保压、 冷却、 翘曲 分析外, 还可以进行气辅分析, 在计算机上完成气 辅注塑的仿真过程, 预测熔体及气体在型腔内的 流动及穿透情况, 优化产品和模具设计, 改进气道 的布局、 尺寸, 优化成型工艺参数, 大大提高了气 辅技术应用的可行性和可靠性。 电视 机 前 壳 模 具 的 注 射 量 一 般 在 C%D # 气体压力一般控制在 $% # *%:@E, 保 !%%D 之间, 压时间与制件大小、 壁厚及冷却效果有关, 一般在 !% # *%F 之间。
气道截面形式及参数说明
用于制件加强筋 根部, 根据制件结构具 体选取截面形式, 根据 制件 大 小 确 定 尺 寸 参 数, 制 件 大 者 取 上 限, 制件小者取下限。
用于制件中气道 的连接, 截面形式和尺 寸参 数 应 与 所 连 接 的 气道相一致。
体和高压气体的气液两相流动及相互作用问题, 因此使得气体辅助注塑成型工艺实现过程的设计 参数 和 控 制 参 数 大 大 增 加。其 主 要 的 难 点 有: (!)确定塑料熔体和气体的最佳注射量、 注射压 力和填充时间。 ($)确定注入熔体和氮气的切换 时间。 (*)确定注入氮气的压力控制分布曲线。 (()预测熔体在型腔内的流动及气体的穿透情 况。 (&)防止困气、 吹穿、 气体进入薄壁。 ( +) 计 算所需的锁模力和保压时间。这些都需要通过成 熟的 ,-. 气辅分析并在实际的注塑过程中经实 验确定。 ( ,/0 12345 -6747 .8 96844568 9) 技术从字 ,-. 面上理解是计算机辅助工程, 准确地讲就是工程 设计中的分析计算和模拟仿真。注塑 ,-. 技术 是 ,-. 技术中一个重要的组成部分, 它是根据塑 料加工流变学和传热学的基本理论, 建立塑料熔 体在模具型腔中流动、 传热的物理、 数学模型, 利 用数值计算理论构造其求解方法, 利用计算机图 形学技术在计算机屏幕上形象、 直观地模拟出实 际成型中熔体的动态填充、 冷却等过程, 定量地给 出成 型 过 程 中 的 状 态 参 数 (如 压 力、 温 度、 速度 等) 。利用注塑 ,-. 技术可以在模具制造之前,
要有拐角处、 筋根部和气道连接段三种, 如表 ! 所 示。
!
气道截面形状及尺寸参数
电视机类气辅模具中常用的气道截面形式主
表& 气道截面形式
"
气体辅助注塑成型工艺与 #$% 分析
气体辅助注塑成型工艺过程涉及到高分子熔
尺寸参数 (! # $) !" "$ (! # $) #" "! (! # $) $" " (% & $ # % & &) %" " ( "! ’ "$) ’$ "" "!、 " $ !( ($ # () (" "! (% & & # % & )) )" ( (% & & # % & )) $" ( (% & $ # % & &) "! %" (& # !%) #" "! (% & & # !) "$ " "! " ! !( ($ # () (" " (% & & # % & )) #" ( (% & & # % & )) ( $" (% & $ # % & &) %" " " !( 说明 用于制件拐角处, 根据 制 件 结 构 具 体 选 取截面形式, 根据制件 大小确定尺寸参数, 制 件大者取上限, 制件小 者取下限。
品设计相结合, 在进行产品结构设计时就要考虑 气道的设计和分布; 有些结构一定要按照气辅设 计的要求作出修改, 如允许壁厚不均匀, 增加必要 的加强筋等等, 这是气辅产品和模具开发取得成 功的重要保证。 对于电视机类的气辅模具, 可将转角、 肋板等 需要增加强度的地方加厚为气道, 其余大面壁厚 全面减薄, 一方面节省塑料原材料, 缩短冷却周 期, 另一方面规范气体流动, 防止薄壁进气。 例如在彩电前壳的设计和模具开发中, 可将前 沿四周作为基本的主气道, 上下底面和两侧面上的 加强筋等处可根据熔体流动情况加设不同的分气 道, 对需加强的显像管固定座部分加强肋板, 可由 以前的 ! " # $ ! " %&& 增加到 ’ $ (&&, 以起到加强 作用; 而机壳大面积的壁厚则由平均 ’ " )&& 减薄 至 # " ) $ ’&&。从工程力学的角度看, 气道产生的 中空截面改变了材料在制件断面上的分布, 大大提 高了制件断面的二次矩, 使制件的刚度和强度大大 改善, 承载力显著增加, 不仅使机壳拐角处强度增 加, 也大大提高了整个机壳的强度, 满足了大屏幕 电视机的需要。如图 ! 所示。
!"#$%&’$:.12 32456 7 5328 873 24427958:4 5; . < =8>5729 ?@A:3 >8423 @7 684B84454923 57C2=95@7 ?@:3B 57 6( /,D )E2F2 354=A4423 G .12 9E@ H5734 @; IA? I57 6 684 ?8772F4 E2F2 =@? I8F23 E591 G .12 42=95@7 418I2 873 45J2 I8F8?292F4 @; 912 6272F8: 684 =18772: E2F2 8:4@ 4A??8F5J23 G .12 35;;5=A:B 9524 @; 912 /,KD IF@=244 873 9125F +,- 878:L454 92=175MA24 E2F2 579F@3A=23 G ()* +,%-#:. < =8>5729;684B84454923 57C2=95@7 ?@:357 6;?@A:3 32456 7;+,- 92=175MA2 气体辅助注塑成型技术与普通注塑成型工艺
’
结束语
海信集团早在 !CC( 年就引进了美国 GE68 公 (下转第 ** 页)
滑配, 内孔与型芯 (件 %、 小间隙滑配。 ’) 与顶杆和顶圈相比, 顶块的推顶面积大, 顶出 过程平稳, 对提高制件质量有利。 图 & 所示顶块 (件 &) 的制造并不困难, 但其 推顶效果比采用四个顶圈的方案好, 而且有利于 简化模具结构。显然, 这里用顶块比用顶杆或顶 圈好。
百度文库
"
电视机类气辅模具设计要点
(!)大面壁厚全面减薄, 转角、 肋板等需要加
强的地方局部加厚为气道。 (#)气道依循主要的料流方向均衡地配置到 整个模腔上, 同时要避免闭路式气道。 (’)气道的截面形状应接近圆形以使气体流
或制件需要加强部位离浇口比较远的情况, 如电 视机后壳模具及一些流长较大的长条形制品。
射成型技术, 其原理是利用高压气体在塑件内部 产生中空截面, 利用气体保压代替塑料注射保压, 消除制品缩痕, 完成注射成型过程。气体辅助注 塑成型的工艺过程主要包括塑料熔体注射、 气体 注射、 气体保压三个阶段。根据熔体注射量的不 同, 又分为短射和满射两种方式, 在短射方式中, 气体首先推动熔体充满型腔, 然后保压; 在满射方 式中, 气体只起保压作用。 气体辅助注塑技术的优点主要有: (!)解决制件表面缩痕问题, 能够大大提高 制件的表面质量。 (’)降低制品内应力, 增加制件本身的强度 和尺寸稳定性, 减少翘曲变形。 (&)节约原材料, 最大可达 $"N O P"N 。 ($)简化制品和模具设计, 降低模具加工难度。 (P)降低模腔压力, 减少锁模力, 延长模具寿命。 生产周期缩短。 ())冷却加快,
#
进气方式的确定
气辅注塑成型的进气方式可分为喷嘴进气和
模具进气两种, 采用喷嘴进气需改造注塑机的喷 嘴, 使其既有熔体通路也有气体通路, 在熔体注射 结束后切换到气体通路实现气体注射; 采用模具 进气不需改造注塑机的喷嘴, 但需在模具中开设
图! 电视机前壳拐角处气道设计
气体通路并加设专门的进气元件 (气针) , 在气体 压力控制下工作, 引导气体进入模具型腔。 进气方式的选用要视制品的具体情况而定, 采用喷嘴进气方式, 塑料与气体通过同一流道, 具 有相同的流动方向和压力梯度; 而采用模具气针 进气方式, 会有气体的流动方向与塑料流动方向 相反的情况。由于在电视机前壳模具中一般采用 冷流道和潜伏式浇口, 因此使用喷嘴进气方式更 为合理。模具气针进气方式一般用于热流道模具
收稿日期:’""’ # "$ # !( 作者简介:于昕世 (!%)( O ) , 男, 高级工程师。
动顺畅; 气道的截面大小要合适, 气道太小可能引
!
电视机气辅模具的设计思路
与传统设计不同, 气辅模具的设计必须和产
起气体渗透, 气道太大则会引起熔接痕或者气穴。 (()气道应延伸到最后充填区域 (一般在非 外观面上) , 但不需延伸到型腔边缘。 ())主气道应尽量简单, 分支气道长度尽量 相等, 支气道末端可逐步缩小, 以阻止气体加速。 (*)气道转角处应采用较大的圆角半径。 (+)气体应局限于气道内, 并穿透到气道的 末端。 (%)模具要保证加工精度, 尺寸的偏差易使 产品壁厚出现偏差, 导致进气不均, 影响制品强度 及表面质量。 (,)模具的冷却应均匀, 同时还应考虑气辅 模具冷却的特点, 不恰当的冷却同样会导致进气 不匀, 影响制品强度及表面质量。 (!-)采用浇口进气时, 流动的平衡性对均匀 的气体穿透非常重要。 (!!)采用气针进气时, 气针应置于厚壁处, 进料口应置于薄壁处, 二者需保持 ’-&& 以上的 距离。 (!#)气针进气时, 小浇口可防止气体倒流入 浇道。 (!’)气针出气口方向应尽量和料流方向一 致。 (!()采用缺料注射时, 进气前未充填的型腔 体积以不超过气道总体积的一半为准。 应参照塑料的压力、 (!))采用满料注射时, 比容和温度关系图, 使气道总体积的一半约等于 型腔内塑料的体积收缩量。
图! ! " 定模板 % " 动模型芯! 模具结构 $ " 动模板 ’ " 动模型芯"
型腔分布如图 ’ 所示, 制件上下两孔由顶圈 以避免二次脱模或制件变形。 !、 "脱模,
# " 定模镶块 & " 顶块
气体辅助注塑成型技术在电视机模具中的应用
于昕世, 王小新, 邵 振
(青岛海信集团 模具有限公司, 山东 青岛 ’))"*!)
摘
要:论述了电视机气辅模具的设计思路和要点, 对两种进气方式进行了比较, 对常用的气
道截面形状及尺寸参数进行了总结, 并介绍了目前气体辅助注塑成型工艺中的难点及其 +,分析技术。 关键词:电视机前壳; 气体辅助注塑成型; 模具设计; +,- 技术 中图分类号:./’$! 文献标识码:0
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引言
气体辅助注塑成型技术是一项新兴的塑料注
相比, 有着无可比拟的优势, 被誉为注塑成型工艺 的一次革命, 在家电、 汽车、 家具、 日常用品等几乎 所有塑料制件领域得到广泛应用。在家电领域, 电视机壳特别是大屏幕彩电前壳是最早也是最广 泛采用气辅注塑成型技术的制品之一。 随着电视机屏幕越来越大, 显像管越来越重, 电视机前壳强度要求越来越高, 要改善电机前壳 的强度问题, 增加加强肋板的厚度是最直接的办 法, 但是在增加肋板厚度的同时带来了制件表面 缩凹和成型周期长等问题, 严重地影响着制件的 表面质量和加工成本。为了解决这些问题, 世界 各国纷纷采用气体辅助注塑成型技术, 不仅解决 了制件表面缩凹问题而且可以节省原材料, 缩短 成型周期, 收到了可观的经济效益。我国是电视 机生产大国, 许多生产厂家都先后引进了气辅成 型的设备, 开发出了气辅注塑模具, 取得了一定的 经济效益, 但总体上来说与国外相比尚有不小的 差距。现将本公司在开发电视机前壳气辅注塑成 型模具中的一些经验加以介绍, 与业内同行进行 交流。
在计算机上对模具设计方案进行分析和模拟, 预 测设计中潜在的缺陷, 为设计人员修改设计提供 科学的依据。应用注塑 ,-. 技术带来的直接好 处是省时省力, 减少试模、 修模次数, 缩短模具设 计制造周期, 降低成本, 提高产品质量。 我公司为了应用注塑 ,-. 技术, 提高模具设 计水平, 引进了美国 :;<=><;? 公司的料流分 析软件 :@A* B %, 除可进行流动、 保压、 冷却、 翘曲 分析外, 还可以进行气辅分析, 在计算机上完成气 辅注塑的仿真过程, 预测熔体及气体在型腔内的 流动及穿透情况, 优化产品和模具设计, 改进气道 的布局、 尺寸, 优化成型工艺参数, 大大提高了气 辅技术应用的可行性和可靠性。 电视 机 前 壳 模 具 的 注 射 量 一 般 在 C%D # 气体压力一般控制在 $% # *%:@E, 保 !%%D 之间, 压时间与制件大小、 壁厚及冷却效果有关, 一般在 !% # *%F 之间。
气道截面形式及参数说明
用于制件加强筋 根部, 根据制件结构具 体选取截面形式, 根据 制件 大 小 确 定 尺 寸 参 数, 制 件 大 者 取 上 限, 制件小者取下限。
用于制件中气道 的连接, 截面形式和尺 寸参 数 应 与 所 连 接 的 气道相一致。
体和高压气体的气液两相流动及相互作用问题, 因此使得气体辅助注塑成型工艺实现过程的设计 参数 和 控 制 参 数 大 大 增 加。其 主 要 的 难 点 有: (!)确定塑料熔体和气体的最佳注射量、 注射压 力和填充时间。 ($)确定注入熔体和氮气的切换 时间。 (*)确定注入氮气的压力控制分布曲线。 (()预测熔体在型腔内的流动及气体的穿透情 况。 (&)防止困气、 吹穿、 气体进入薄壁。 ( +) 计 算所需的锁模力和保压时间。这些都需要通过成 熟的 ,-. 气辅分析并在实际的注塑过程中经实 验确定。 ( ,/0 12345 -6747 .8 96844568 9) 技术从字 ,-. 面上理解是计算机辅助工程, 准确地讲就是工程 设计中的分析计算和模拟仿真。注塑 ,-. 技术 是 ,-. 技术中一个重要的组成部分, 它是根据塑 料加工流变学和传热学的基本理论, 建立塑料熔 体在模具型腔中流动、 传热的物理、 数学模型, 利 用数值计算理论构造其求解方法, 利用计算机图 形学技术在计算机屏幕上形象、 直观地模拟出实 际成型中熔体的动态填充、 冷却等过程, 定量地给 出成 型 过 程 中 的 状 态 参 数 (如 压 力、 温 度、 速度 等) 。利用注塑 ,-. 技术可以在模具制造之前,
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气道截面形状及尺寸参数
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品设计相结合, 在进行产品结构设计时就要考虑 气道的设计和分布; 有些结构一定要按照气辅设 计的要求作出修改, 如允许壁厚不均匀, 增加必要 的加强筋等等, 这是气辅产品和模具开发取得成 功的重要保证。 对于电视机类的气辅模具, 可将转角、 肋板等 需要增加强度的地方加厚为气道, 其余大面壁厚 全面减薄, 一方面节省塑料原材料, 缩短冷却周 期, 另一方面规范气体流动, 防止薄壁进气。 例如在彩电前壳的设计和模具开发中, 可将前 沿四周作为基本的主气道, 上下底面和两侧面上的 加强筋等处可根据熔体流动情况加设不同的分气 道, 对需加强的显像管固定座部分加强肋板, 可由 以前的 ! " # $ ! " %&& 增加到 ’ $ (&&, 以起到加强 作用; 而机壳大面积的壁厚则由平均 ’ " )&& 减薄 至 # " ) $ ’&&。从工程力学的角度看, 气道产生的 中空截面改变了材料在制件断面上的分布, 大大提 高了制件断面的二次矩, 使制件的刚度和强度大大 改善, 承载力显著增加, 不仅使机壳拐角处强度增 加, 也大大提高了整个机壳的强度, 满足了大屏幕 电视机的需要。如图 ! 所示。
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结束语
海信集团早在 !CC( 年就引进了美国 GE68 公 (下转第 ** 页)
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电视机类气辅模具设计要点
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或制件需要加强部位离浇口比较远的情况, 如电 视机后壳模具及一些流长较大的长条形制品。
射成型技术, 其原理是利用高压气体在塑件内部 产生中空截面, 利用气体保压代替塑料注射保压, 消除制品缩痕, 完成注射成型过程。气体辅助注 塑成型的工艺过程主要包括塑料熔体注射、 气体 注射、 气体保压三个阶段。根据熔体注射量的不 同, 又分为短射和满射两种方式, 在短射方式中, 气体首先推动熔体充满型腔, 然后保压; 在满射方 式中, 气体只起保压作用。 气体辅助注塑技术的优点主要有: (!)解决制件表面缩痕问题, 能够大大提高 制件的表面质量。 (’)降低制品内应力, 增加制件本身的强度 和尺寸稳定性, 减少翘曲变形。 (&)节约原材料, 最大可达 $"N O P"N 。 ($)简化制品和模具设计, 降低模具加工难度。 (P)降低模腔压力, 减少锁模力, 延长模具寿命。 生产周期缩短。 ())冷却加快,
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进气方式的确定
气辅注塑成型的进气方式可分为喷嘴进气和
模具进气两种, 采用喷嘴进气需改造注塑机的喷 嘴, 使其既有熔体通路也有气体通路, 在熔体注射 结束后切换到气体通路实现气体注射; 采用模具 进气不需改造注塑机的喷嘴, 但需在模具中开设
图! 电视机前壳拐角处气道设计
气体通路并加设专门的进气元件 (气针) , 在气体 压力控制下工作, 引导气体进入模具型腔。 进气方式的选用要视制品的具体情况而定, 采用喷嘴进气方式, 塑料与气体通过同一流道, 具 有相同的流动方向和压力梯度; 而采用模具气针 进气方式, 会有气体的流动方向与塑料流动方向 相反的情况。由于在电视机前壳模具中一般采用 冷流道和潜伏式浇口, 因此使用喷嘴进气方式更 为合理。模具气针进气方式一般用于热流道模具
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电视机气辅模具的设计思路
与传统设计不同, 气辅模具的设计必须和产
起气体渗透, 气道太大则会引起熔接痕或者气穴。 (()气道应延伸到最后充填区域 (一般在非 外观面上) , 但不需延伸到型腔边缘。 ())主气道应尽量简单, 分支气道长度尽量 相等, 支气道末端可逐步缩小, 以阻止气体加速。 (*)气道转角处应采用较大的圆角半径。 (+)气体应局限于气道内, 并穿透到气道的 末端。 (%)模具要保证加工精度, 尺寸的偏差易使 产品壁厚出现偏差, 导致进气不均, 影响制品强度 及表面质量。 (,)模具的冷却应均匀, 同时还应考虑气辅 模具冷却的特点, 不恰当的冷却同样会导致进气 不匀, 影响制品强度及表面质量。 (!-)采用浇口进气时, 流动的平衡性对均匀 的气体穿透非常重要。 (!!)采用气针进气时, 气针应置于厚壁处, 进料口应置于薄壁处, 二者需保持 ’-&& 以上的 距离。 (!#)气针进气时, 小浇口可防止气体倒流入 浇道。 (!’)气针出气口方向应尽量和料流方向一 致。 (!()采用缺料注射时, 进气前未充填的型腔 体积以不超过气道总体积的一半为准。 应参照塑料的压力、 (!))采用满料注射时, 比容和温度关系图, 使气道总体积的一半约等于 型腔内塑料的体积收缩量。
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