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怎樣用傳統(tǒng)設(shè)備實(shí)現(xiàn)薄壁注塑加工？
在塑膠注塑加工中，零件的壁厚是一個(gè)十分關(guān)鍵的參數(shù)。薄壁注塑件有很多好處，它降低零件重量、生產(chǎn)規(guī)模、減少材料開(kāi)支及縮短成型周期等，但是制造薄壁產(chǎn)品必須采用昂貴的高速注塑機(jī)，甚不化算。究竟傳統(tǒng)注塑機(jī)可否勝任，文為你詳盡分析。
甚么是薄壁注塑？一般的定義是在一個(gè)有50cm²表面積的注塑件，其壁厚為lmm。這種級(jí)別則可稱(chēng)之為薄壁注塑零件。
然而，傳統(tǒng)的注塑機(jī)往往不能適應(yīng)薄壁注塑的要求。以一臺(tái)制作3mm壁厚零件的傳統(tǒng)機(jī)器為例，當(dāng)熔化的熱塑膠材料的前沿部份流經(jīng)模具型腔時(shí)，它將會(huì)與溫度較低的型芯或型腔內(nèi)壁接觸，并形成一層固化的薄表皮。這種提前固的表皮大致要占整個(gè)壁厚的20%。
在這層表皮內(nèi)邊，注入的熔化材料仍在不斷地向前流動(dòng)。顯然，如果零件的薄壁減少并達(dá)到“薄壁”的程度，其冷卻速度也會(huì)加快，從而導(dǎo)致上述固化表皮占整個(gè)壁厚的比例將會(huì)增加，也就是說(shuō)，其后續(xù)流人型膠的熔融“芯部”將會(huì)縮小。相反，零件產(chǎn)生冷凝的時(shí)間間隔卻在縮短。這都給材料的繼續(xù)流動(dòng)增添了難度，從而使的零件在冷凝之前實(shí)現(xiàn)“填滿(mǎn)”的要求變得更加困難。
為了克服內(nèi)壁注塑的填充困難，通常要對(duì)注塑機(jī)進(jìn)行特別的設(shè)計(jì)或改裝，如采用多通道注入口，施加高達(dá)241mpa的注射壓力和1， 000mm／s的注入速度。然而，這些做法將要花費(fèi)相當(dāng)可觀的資金。
能否在傳統(tǒng)的未經(jīng)改裝的標(biāo)準(zhǔn)注塑機(jī)上，對(duì)某些工藝參數(shù)進(jìn)行控制，以實(shí)現(xiàn)薄壁注塑的要求呢？
答案是肯定的。據(jù)報(bào)導(dǎo)，曾經(jīng)有人在一臺(tái)最大夾緊力為90公噸，最大注射量為170g的傳統(tǒng)機(jī)器上做過(guò)這方面的實(shí)驗(yàn)。在這臺(tái)機(jī)器上安置了具有一個(gè)扇形注入口內(nèi)插件和一個(gè)注口,并有一個(gè)型腔的模具。該內(nèi)插件的長(zhǎng)／厚比為140:1,型腔厚度為lmm。使用的樹(shù)脂是lexansp7602聚碳酸酯和magunum9015。
產(chǎn)品零件的重量,是唯一的可變輸出值。在同一個(gè)模具型腔條件下，零件重量的變化，顯然與注塑過(guò)程熔化材料在型腔內(nèi)“填滿(mǎn)”的程度密切相關(guān)。據(jù)稱(chēng)，對(duì)零件重量變化的分析。其結(jié)果的可信度能高達(dá)95％。因此該實(shí)驗(yàn)就是從有關(guān)工藝參數(shù)與零件重量的關(guān)系著手進(jìn)行研究的。為此，在型腔里特別裝設(shè)了五個(gè)壓力與溫度轉(zhuǎn)換器。一個(gè)數(shù)據(jù)探測(cè)系統(tǒng)在腔內(nèi)跟蹤壓力與溫度曲線(xiàn)。
該實(shí)驗(yàn)采用了一個(gè)半分?jǐn)?shù)因子（halffractional factorial）設(shè)計(jì)，用來(lái)研究噴嘴溫度，模具溫度,冷卻時(shí)間，注射速度和夾持壓力。據(jù)稱(chēng)，這五個(gè)參數(shù)都能影響零件之重量。為了建立這些參數(shù)以確定它們對(duì)零件重量的影響，采用了不同高低值的組合（見(jiàn)下表），來(lái)進(jìn)行注射成型。
薄壁注塑研究的實(shí)驗(yàn)?zāi)軘?shù)范圍
參 數(shù) 聚碳酸酯 abs
噴嘴溫度(℃) (290 - 300) (260 - 280)
模具溫度(℃) (80 - 90) (68 - 80)
冷卻時(shí)間(s) (40 - 50) (25 - 35)
注射速度(mm/s (203 - 272) (229 - 272)
夾持壓力(mpa) (4.8 - 5.5) (3.4 - 4.1)
對(duì)pc和abs兩種材料進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)條件是：各自的熔化溫度；標(biāo)準(zhǔn)的模具溫度和零件重量；標(biāo)準(zhǔn)的零件張力強(qiáng)度和最高的許用注射速度。另外兩種材料的相對(duì)黏度也都能在不同的剪切率下得到確立。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下：
●將abs材料由其熔化溫度260℃升至280℃對(duì)其零件重量會(huì)由6.6g增至 7.4g，即有22％的增大。
●對(duì)pc材料，當(dāng)將共熔化溫度由290℃升至300℃時(shí)零件重量即從7.3g增至8.9g，即增大了22％。
●當(dāng)模具溫度從80℃升至90℃時(shí)，pc和abs兩種材料的零件重量都有增大，但pc更為敏感，后者的零件重量可從8.4g增至8.8g，增長(zhǎng)了4.8％。
●熔化溫度和模具溫度的變化都會(huì)導(dǎo)致零件張力強(qiáng)度的改變。但熔化溫度的增高將會(huì)使強(qiáng)度下降，而模具溫度的升高則會(huì)使強(qiáng)度增加。
●縮短冷卻時(shí)間和提高注射速度都將使pc材料的零件重量得以增加，而abs材料則不受這兩個(gè)參數(shù)的影響。
結(jié)果分析：
●對(duì)pc材料而言，熔化溫度、模具溫度、冷卻時(shí)間和注射速度都是影響零件重量的關(guān)鍵參數(shù)；而對(duì)于abs．影響其零件重量的參數(shù)只是熔化溫度和模具溫度。
●熔化溫度的升高，將使材料有更高的熱能，同時(shí)會(huì)導(dǎo)致熔融黏度的降低，從而使得熔融材料更易于流動(dòng)，其形成一個(gè)更長(zhǎng)的流往長(zhǎng)度，同時(shí)更加順暢地填滿(mǎn)型膠。但熔化溫度過(guò)高，將會(huì)促使材料退化和降級(jí)。所以，這一參數(shù)僅可在該樹(shù)脂允許的上限之內(nèi)被用來(lái)保證型膠的填滿(mǎn)。
●模具溫度的升高，會(huì)減不樹(shù)脂在型腔里的冷凝層，使熔融化材料在型腔內(nèi)更易于流動(dòng)，從而獲得更大的零件重量和更好的表面質(zhì)量。
●更短的冷卻時(shí)間，可使熔化材料在容器內(nèi)停留的時(shí)間更短并減少了退化的可能性。據(jù)認(rèn)為，減少壁厚50％，將導(dǎo)致冷卻時(shí)間成4倍地減少。另外，冷卻時(shí)間構(gòu)成了約70％的生產(chǎn)周期，它的減少意味著生產(chǎn)效率的提高。
●機(jī)器注射量應(yīng)盡可能達(dá)到最大值。因?yàn)檫@也幫助熔化材料在容器停留時(shí)間的減少。
●增高注射速度，也會(huì)使熔化材料的相對(duì)黏度下降，這是由于剪切變得更薄時(shí)，產(chǎn)生假塑膠體（pseudoplastic）影響的結(jié)果。同時(shí)，這種剪切的加熱，僅發(fā)生在不到一秒鐘的瞬間，這對(duì)于導(dǎo)致明顯的退化來(lái)說(shuō)，是無(wú)足輕重的。
●注射速度的提高，雖然會(huì)使pc材料黏度下降并造成零件重量的上升，但比起熔化溫度增高時(shí)零件重量的增加要少得多。不過(guò)，由于它還能使得材料更加不易退化，所以，提高注射速度還是有它可取之處的。
注射速度的改變，對(duì)于abs材料幾乎不會(huì)造成任何影響，這是由于此時(shí)它的相對(duì)黏度沒(méi)有產(chǎn)生明顯的下降的緣故。通過(guò)在傳統(tǒng)注塑機(jī)條件下對(duì)一些工藝參數(shù)的變更，取得了零件重量增加的效果。這一結(jié)果實(shí)際上反映了樹(shù)脂在熔化狀態(tài)下填滿(mǎn)lmm型腔能力的增加也就是提高了薄壁成型的能力。
綜合實(shí)驗(yàn)情況，在傳統(tǒng)注塑機(jī)上加工薄壁零件同樣是可以做得到的。進(jìn)行操作時(shí)，可以將其注射速度調(diào)整到所允許的最高界限，在此基礎(chǔ)上，可以按照該材料所推薦的最高熔化溫度界限和模具最高溫度標(biāo)準(zhǔn)，盡可能地提高這兩個(gè)溫度參數(shù)。這就是在傳統(tǒng)注塑機(jī)上，以低成本的選擇，實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)的薄壁往塑的主要對(duì)策。
