快速熱循環(huán)注塑模具及工藝關(guān)鍵技術(shù)研究

冀冠一

摘 要：當(dāng)前在國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)行業(yè)都涉及到注塑成型的塑料加工品，但是注塑工藝復(fù)雜，產(chǎn)品表面瑕疵多，影響外觀，使得其力學(xué)性能較差，在工業(yè)使用中是一大隱患。為了提高產(chǎn)品的質(zhì)量，工廠技術(shù)人員曾經(jīng)使用噴漆的方式提高表面光滑度，但是噴漆對(duì)人身體健康威脅很大，因此為了更大程度的滿足客戶的需求，在外觀和質(zhì)量上做了很大的改善，很多技術(shù)人員提出了快速熱循環(huán)注塑技術(shù)，在減少表面瑕疵上有很大的幫助。文章簡(jiǎn)述快速熱循環(huán)技術(shù)工藝原理及特點(diǎn)，并提出該工藝的關(guān)鍵技術(shù)中涉及到的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)關(guān)鍵部位的設(shè)計(jì)建議，充分展示出其巨大的發(fā)展空間。

關(guān)鍵詞：快速熱循環(huán)；注塑模具技術(shù)；有限元模擬；優(yōu)化設(shè)計(jì)

現(xiàn)在，“綠色”口號(hào)在生活中處處可見，在模具行業(yè)，為了提高產(chǎn)品的美觀和質(zhì)量，掩飾一些小瑕疵會(huì)在塑件的表面進(jìn)行噴漆，但是噴漆中含有大量的化學(xué)物質(zhì)，散發(fā)出刺激的氣味，對(duì)人們的健康不利，也不符合“綠色”要求。綠色制造要求降低資源消耗量少，利用率高，提高其經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。注塑產(chǎn)品運(yùn)用在各個(gè)領(lǐng)域，因此其安全性、質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)效益等是人們關(guān)注的話題，因此快速熱循環(huán)注塑技術(shù)被提出并研究，該技術(shù)能夠減少制品表面瑕疵，提高光澤度，還能消除過去噴漆帶來的危害，避免二次加工，降低成本，真正實(shí)現(xiàn)綠色生產(chǎn)，由此可見該技術(shù)具有很寬闊的發(fā)展空間。

1 快速熱循環(huán)技術(shù)工藝原理及特點(diǎn)

1.1 快速熱循環(huán)注塑工藝原理

快速熱循環(huán)注塑技術(shù)其核心在于對(duì)溫度的控制，加熱最關(guān)鍵的部分是在熔體注射到模具之前，為了保證塑品的質(zhì)量，一般會(huì)將溫度提升到材料玻璃化轉(zhuǎn)變溫度以上幾度，接著在將熔體注射到模具腔內(nèi)時(shí)其溫度一直保持在之前的水平上，在保壓后期或者是注塑機(jī)開始熔膠時(shí)，不再加熱并且使用低溫介質(zhì)對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行快速降溫，便于取件且縮短注塑周期。傳統(tǒng)的注塑工藝中，整個(gè)系統(tǒng)的溫度維持不變，而快速熱循環(huán)注塑工藝中溫度形成變化周期，其順序依次是模具加熱、高溫保持、模具冷卻和低溫保持四個(gè)階段，其中最重要的是精確控制模具加熱的溫度，溫度太高對(duì)資源是一種浪費(fèi)，也可能破壞材料的性質(zhì)，溫度太低達(dá)不到質(zhì)量要求等，并且加熱的方法不能為常規(guī)的加熱方法，因?yàn)榭赡苎娱L(zhǎng)注塑周期，降低生產(chǎn)效率，因此快速熱循環(huán)注塑需要采用快速加熱和快速冷卻技術(shù)。

1.2 快速熱循環(huán)注塑工藝技術(shù)特點(diǎn)

快速熱循環(huán)注塑工藝于傳統(tǒng)注塑工藝相比較最大的創(chuàng)新點(diǎn)是能夠動(dòng)態(tài)控制系統(tǒng)的溫度，在系統(tǒng)內(nèi)部的改善體現(xiàn)在減小熔體模具腔內(nèi)部的流動(dòng)阻力，減小注射壓力和充模時(shí)的剪切力，最終減小塑品上殘存的應(yīng)力，提高塑品的力學(xué)特性。與傳統(tǒng)注塑工藝相比，快速熱循環(huán)注塑工藝的優(yōu)點(diǎn)具體表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：一是可以避免在模具腔體內(nèi)壁處形成冷凝層，這樣就不會(huì)再塑品的表面出現(xiàn)褶皺或者凸凹不平，從外觀上提高制品質(zhì)量；二是制品表面不存在熔接痕、流痕等各種缺陷，傳統(tǒng)工藝制作出來的塑品存在這些問題，以往為了遮蓋這些毛病，制作者會(huì)在其表面噴漆，對(duì)塑品進(jìn)行二次加工，既浪費(fèi)材料，而且所噴的漆中含有甲醛以及重金屬污染物，對(duì)人們健康有巨大的威脅，因此快速熱循環(huán)注塑工藝無污染、成本低、生產(chǎn)周期短等優(yōu)點(diǎn)值得其被擴(kuò)大氛圍使用。

2 快速熱循環(huán)注塑成型關(guān)鍵技術(shù)研究——產(chǎn)品結(jié)構(gòu)關(guān)鍵部位設(shè)計(jì)

從生產(chǎn)中可以發(fā)現(xiàn)注塑產(chǎn)品的質(zhì)量好壞除了與技術(shù)工藝參數(shù)有關(guān)外，還與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是否符合成型的工藝性要求有關(guān)，因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理能降低缺陷形成概率。因此在設(shè)計(jì)注塑產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)時(shí)需要考慮到以下幾個(gè)方面：一是產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要合理，便于模具的加工制造和成型工藝的實(shí)施；二是在保證產(chǎn)品外觀質(zhì)量和使用性能的前提下，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)要力求簡(jiǎn)單，壁厚要均勻一致，便于后續(xù)的裝配操作；三是要減少塑件成型前后的輔助工作，盡量避免成型后的二次加工，做到產(chǎn)品成型的高效率、低消耗。產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)還要注意以下幾方面。

2.1 壁厚和螺釘柱孔設(shè)計(jì)

產(chǎn)品的性能和質(zhì)量等與其本身的壁厚有很大的關(guān)系，在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，壁厚要根據(jù)材料的性能、塑件結(jié)構(gòu)與用途來設(shè)計(jì)，以不引起表面縮痕為標(biāo)準(zhǔn)，盡可能避免壁厚設(shè)計(jì)太小，產(chǎn)品的剛度和硬度不夠，注射充模困難；避免壁厚設(shè)計(jì)太大，浪費(fèi)資源，冷卻困難，增加注塑周期，降低生產(chǎn)效率等情況，因此壁厚一般為2-4毫米，最低不能小于1毫米，這樣塑品表面光澤度高，瑕疵量少，在生產(chǎn)中，技術(shù)人員一般將壁厚控制在3.5毫米以下，模具表面溫度控制在材料熱變形溫度以上，提高流體的流動(dòng)性能，制造出壁厚符合要求的產(chǎn)品。螺釘柱孔要充分考慮到孔的形狀、位置設(shè)計(jì)，螺釘柱孔主要作用是減小塑件的縮小程度，因此現(xiàn)在常用的是添加斜頂槽的螺釘孔，其可提高塑件壁厚的均勻性，有效避免產(chǎn)品外表面縮痕的產(chǎn)生。此外在設(shè)計(jì)時(shí)還要考慮產(chǎn)品使用材料的收縮比，合理安排壁厚和螺釘孔的尺寸。

2.2 拔模斜度和加強(qiáng)筋設(shè)計(jì)

拔模斜度是指平行于模具開合模方向，塑件壁面所應(yīng)具有的傾斜度。當(dāng)熔體進(jìn)入模具以后，冷卻時(shí)遵循熱脹冷縮原理，產(chǎn)品體積縮小，會(huì)使塑件的型腔和芯凸出來，不易取出，或者取出來的時(shí)候容易被劃傷，拔模斜度設(shè)計(jì)對(duì)產(chǎn)品品質(zhì)影響很大，在生產(chǎn)中塑件的拔模斜度一般控制在3°以上。此外在提高產(chǎn)品輕度和剛性方面，加強(qiáng)筋是必不可少的，其還能改善產(chǎn)品在模具中的流動(dòng)情況，保證產(chǎn)品表面平整度高，在工程應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)夾墻井最佳設(shè)計(jì)值小于壁厚的0.4倍。

3 結(jié)束語

現(xiàn)在各個(gè)行業(yè)發(fā)展都離不開塑品，其質(zhì)量的好壞對(duì)其領(lǐng)域的影響較大，現(xiàn)在很多學(xué)者均在研究提高塑品質(zhì)量的技術(shù)，目前比較熱門的技術(shù)就是快速熱循環(huán)注塑技術(shù)，以控制溫度來控制產(chǎn)品質(zhì)量和注塑周期，但其中涉及到的參數(shù)較多，文章只研究了壁厚、拔模斜度、加強(qiáng)筋和螺釘柱孔的設(shè)計(jì)參數(shù)，其它部分在后期會(huì)進(jìn)行深入研究，也期待更多的學(xué)者共同參與研究。

參考文獻(xiàn)

[1]溫展飛，文生平，江靜，等.超高速注射機(jī)注射控制的系統(tǒng)分析與仿真研究[J].塑料工業(yè)，2009，37（9）：34-38.

[2]石峰，婁臻亮，陸金桂，等.基于模糊粗糙集模型的注塑模澆注系統(tǒng)方案智能化設(shè)計(jì)研究[J].機(jī)械工程學(xué)報(bào)，2003，39（9）：123-127.

[3]余曉容，申長(zhǎng)雨，陳靜波.注塑模澆注系統(tǒng)位置的自動(dòng)設(shè)計(jì)[J].機(jī)械工程學(xué)報(bào)，2004，40（6）：174-177.

[4]肖長(zhǎng)江，劉春太，申長(zhǎng)雨.注塑制件熔接痕的形成、性能和預(yù)測(cè)[J].機(jī)械工程學(xué)報(bào)，2005（8）：17-20.