超高速注射成型及模具技术

超高速注射成型及模具技术
超高速注射成型及模具技术*
宁波大学(315211)李红林
【摘要】介绍了超高速注射成型技术的特点和应用,指出了超高速注射成型模具与普通注射成
型模具的差异,重点阐述了超高速注射成型模具排气系统的设计,并给出了设计工艺参数.
关键词超高速注射成型模具排气槽CAE
TheSuper-speedInjectionTechnology&MoldDesign AbstractItintroducesthefeatures&applicationsofsuper—speedinjectiontechnology,andputsforththe
differencebetweensuper—speedinjectionmoldandgeneralinjectionmold,thenmainlyexplainsthedesignof exhaustairsystemwithprocessingparameters. Keywordssuper—speedinjectionmold,exhausttank,CAE
中圈分类号:TG376文献标识码:A
塑料工业是发展历史短,但发展速度惊人的新
兴工业之一.据统计,全世界的塑料年产量1999年
已突破1.5亿吨.塑料制品工业从最初主要用于日
常用品领域发展到了国民经济和人民生活的各个方
面,塑料已经成为金属的良好代用材料,出现了金属
零件塑料化的趋势.
作为塑料工业的一个重要组成部分,塑料成型
加工先后出现了浇注成型,压缩成型,粉末成型,层
压成型,压注成型,挤出成型,注射成型,压延成型,
吹塑成型,发泡成型,热成型,气辅成型等成型加工
方法.在上述成型加工方法中,由于注射成型具有成
型周期短,生产率高,能一次成型外形复杂,尺寸精
确的塑料件,能成型带有金属或非金属嵌件的塑料件,易于实现自动化生产等特点,因而被广泛应用于塑料产品的生产.用注射成型所生产产品的产量约占塑料制品总量的30%.
进入21世纪后,在新产品开发和降低成本的激
烈竞争中,为提高产品的附加价值,各生产厂商都在积极开发具有市场竞争力的成型方法来生产个性化的产品,而超高速注射成型及模具技术正是在这种背景下出现的.
模具浇注系统的低温模壁接触会固化而形成一个皮层,而在超高速注射成型的情况下,这一皮层的厚度会变薄,使充模过程中的塑料温度能在较长时间内保持在较高温度,使塑料的粘度保持在较低的水平, 从而容易实现超薄壁成型.
2)由于是低黏度下的流动,成型时制品各部分
所承受的压力较为均匀,温度梯度较小,使得制品的翘曲,扭曲等变形较小.
3)制品表面的流纹(流痕)和熔合线与普通成
型相比不明显,产品具有较高的表面光泽.超高速注射成型技术的主要目的是超薄壁塑料件的成型,而薄壁制品究竟能薄到什么程度,与被成型塑料的特性有密切的关系.比如,壁厚为0.5～0.6mm的一
次性使用的杯子,用流动性较好的塑料PP,PE,PS 等,在几十年前就能进行生产了,不必采用超高速成型也能完成.近年采用超高速注射成型技术的目的, 是将其用于流动性较差的工程塑料,制造电子电器等高功能塑料零部件上.比如,笔记本电脑和移动电话的外壳(壁厚0.6～1.0mm)等以薄壁化和轻量
化为目的的制品,这类塑料制品在考虑成型性时,必
须考虑翘曲,扭曲等变形问题.
1超高速注射成型技术2与超高速成型相关的模具技术
超高速注射成型是指塑料充模时螺杆前进速度
为500～1000mm/s的注射成型技术.用于超高速
注射成型的注射成型机称为超高速注射成型机,他
主要用于薄壁塑料制品的成型.
超高速注射成型技术的特点如下:
1)由于成型塑料在极高剪切速率下流动,因此
由于超高速注射成型与普通注射成型相比充模
速度很高,因此用于超高速注射成型的模具除了在
模具成型零件的选材和制造精度方面要求较高之
外,特别重要的一点就是模具排气系统的设计.要保
证塑料能够高速充满型腔,非常关键的一点就是在
超高速注射时模具浇注系统和型腔中的气体能够顺
利排出.
塑料会受到高剪切发热而使粘度降低.通常塑料与型腔内气体的来源,除了型腔内原有的空气外,
.44.《新技术新工艺》?热加工工艺技术与装备2005年第3期
还有塑料因受热,受高剪切,凝固而产生的低分子挥
发气体.塑料熔体向注射模型腔填充过程中,尤其是
超高速注射成型时,必须考虑把这些气体顺利排出,
否则,将会产生以下不良后果:
1)引起注射压力过大,塑料熔体填充困难,甚
至造成产品短射现象.
2)部分气体会在压力作用下渗进塑料中,使塑
件产生气泡,组织疏松,熔接不良.
3)由于气体受到压缩,温度急剧上升,进而引
起周围熔体烧灼,使塑件局部碳化和烧焦.
4)注射工艺不能稳定,塑件光泽改变,出现暗
皮或发光.
5)不必要的模具抛光,浪费时间,并增加模具
成本.因此,对超高速注射成型模具来说,除了采用普通注射成型模具的排气方法之外,在排气结构的设计方面必须有所创新.在普通注射成型模具的排气设计方面,通常采用图1所示的2种方式.
1)间隙
排气.(如图
1a所示),就
是利用顶出
杆,镶拼件和
模具分型面
上的间隙
排气.
烧结材料块
a)b)
图1普通注射成型模具的排气结构图
2)局部烧结金属块排气.(如图1b所示),利用
烧结材料内的细微空隙排气.
在超高周围排气槽
速注射成型
模具设计时,
仅仅利用上
述间隙和细
微空隙排气
是不够的,这图2超高速注射成型模具结构如图
时必须采用分型面上专门加工的排气槽进行排气,
其具体结构如图2所示.排气槽开设的原则是:在整个分型面周围进行开设.若由于加工和模具结构的原因不便在整个周围开设时,也应在周长上间隔一定距离等间距开设.只有这样才能保证在超高速注射成型时,模具内的气体能迅速排出.过去的观念是太大的排气会引起飞边,但实际上并非完全如此.因为不合理的排气尺寸会引起过高的压力,塑料就会随同气体一起逃出.至于图2上排气槽的尺寸参数, 它们因模具大小和产品形状而异,其具体取值已经成了各个公司的技术秘密,在此笔者仅给出参考数值.排气槽的深度因塑料种类而异,通常小于所成型塑料的溢边值,一般取0.025~0.03mm,排气槽的
宽度一般为3～12mm,排气槽后面通常有数条加
深了的通道将气体引向模具外面.单从排气的角度来说,通道的数目越多越好,但这时要考虑的一点是分模型要有足够的承压面积,即开设通道后的剩余面积应能承受锁模力而不产生变形或塌陷.另外,在布置通道出口时不能对着操作人员,以免气体喷出而发生工伤事故.
在超高速注射成型模具设计时,除了以上排气
措施外,有时也结合以下排气方法进行应用.
1)流道(特别是大和长的流道)末端要开设排
气口.
2)产品充填成型时,倒数第2个充满点经常被
忽略,这一区域也要开设排气口.
3)设置排气针在困气区域的成型零件上加
工出孔,然后将截面类似十字梅花形的钢针打入孔中,要求孔与针间有小于0.02mm的间距.
需要进一步说明的是,过去为了确定具体的困
气位置,只有经过试模后才能判断,现在人们利用模
具流动分析CAE软件,在计算机上便可以预先确
定其可能的位置,使得在随后的模具设计,加工和装
配中可以采取主动措施.另外,对超高速注射成型来
讲,除了在模具设计上重视排气问题之外,模具的生
产维护也是重要的环节,也就是说模具必须清洁,尤
其是排气口不能被脏物堵塞,每班必须对模具清理
1次.
3结语
超高速注射成型由于具有充填速度高的特点而
被用来成型精密,薄壁,轻量型塑料产品.超高速注
射成型中熔体能否高速充模的关键是模具必须排气
顺畅,因此在排气系统的设计上仅使用传统的方法
是不够的,实践证明在分型面上产品周围开设专门
加工的排气槽并由通道引向模外是一种有效方法.
[参考文献]
[13陈志刚.塑料模具设计.北京:机械工业出版社,2003.
[2]陈万林,等.实用塑料注射模设计与制造.北京:机械工
业出版社,2000.
[3]李红林,等.模流分析CAE技术在塑料模具设计和制造
中的应用.电加工与模具,2003,(4).
*塑性成型模拟及模具技术国家重点实验室开放基金项目(04—12)
责任编辑吕德龙
《新技术新工艺》?热加工工艺技术与装备2005年第3期.45.。