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怎樣用傳統(tǒng)設(shè)備實(shí)現(xiàn)薄壁注塑成型
在塑膠注射成型加工中，零件的壁厚是一個十分關(guān)健的參數(shù)。薄壁注塑件有很多好處，它降低零件的重量、生產(chǎn)規(guī)模、減少材料開支及縮短成型周期。但是，制造薄壁產(chǎn)品必須采用昂貴的高速注塑機(jī)，甚不劃算。究竟傳統(tǒng)注塑機(jī)可否勝任，下面我們就這個問題來進(jìn)行分析。
首先，我們要了解什么是薄壁注塑。一般意義上講，薄壁注塑是指在一個有50平方厘米表面的注塑件上，其壁厚為1mm，這種級別的注塑可稱之為薄壁注塑。然而，傳統(tǒng)的注塑機(jī)往往不能適應(yīng)薄壁注塑的要求。以一臺制作3mm壁厚零件的傳統(tǒng)注塑機(jī)為例：當(dāng)熔化的熱塑性塑料的前沿部分流經(jīng)模具型腔時，它將會與溫度較低的型芯或型腔內(nèi)壁接觸，并形成一個固化的薄表皮。這種提前固化的表皮大致要占整個壁厚的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。顯然，如果零件的壁厚減少并達(dá)到薄壁的程度，其冷卻速度也會加快，從而導(dǎo)致上述固化表皮占整個壁厚的比例將會增加，也就是說，其后續(xù)流入型腔的熔融芯部將會縮小。相反，零件產(chǎn)生冷凝時間的間隔卻在縮短。這都給材料的繼續(xù)流動增加了難度，從而使得零件在冷凝之前實(shí)現(xiàn)填滿的要求變得更加困難。為了攻克薄壁注塑的填充困難，通常要對注塑機(jī)進(jìn)行特別的設(shè)計或改裝，如采用多通道注入口，施加高達(dá)241Pa的注塑射壓力和1000MMS的注射速度。然而，這些做法將要花費(fèi)相當(dāng)可觀的資金。那么，能否在傳統(tǒng)的未經(jīng)改裝的標(biāo)準(zhǔn)注塑機(jī)上，對某些工藝參數(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)報導(dǎo)，曾經(jīng)有人在一臺最大夾緊力為90公頃，最大注射量為170g的傳統(tǒng)注塑機(jī)上做過這方面的實(shí)驗：在這臺機(jī)器上安置了具有一個扇形注入內(nèi)插件和一個注口，并有一個型腔的模具。該插件的長、厚比為140：1，型腔厚為1mm。使用的塑料是Lexan SP7602和Magnum9015.產(chǎn)品零件的重量是唯一可變輸了出值，在同一個模具型腔條件下，零件重量的變化，顯然與注塑過程熔化材料在型腔內(nèi)填滿的程度密切相關(guān)。據(jù)稱，對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)了五仰個壓力與溫度轉(zhuǎn)換器。一個數(shù)據(jù)控測系統(tǒng)在腔內(nèi)跟蹤壓力與溫度曲線。該實(shí)驗采用了一個半分?jǐn)?shù)因子（half fractional factorial）設(shè)計，用來研究噴嘴溫度、模具溫度、冷卻時間、注射速度和變白持壓力。據(jù)稱，這五個參數(shù)都能影響零件之重量。為了建立這些參數(shù)以確定它們對零件重量的影響，采用了不同高低值的組合來進(jìn)行注射成型。對PC和ABS兩種材料進(jìn)行了實(shí)驗。實(shí)驗條件是：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，兩種材料的相對粘度也都能在不同的剪切率下得到確立。E、將ABS材料由其熔化溫度260OC升至280OC時，其零件重量會由6.6克增至7.4克，即有12%的增大。F、對PC材料，將其熔化溫度由290OC升至300OC時，零件重量即從7.3克增至8.9克，即增大了22%。G、當(dāng)模具溫度從80OC升至90OC時，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8.4克增至8.8克，增長了4.8%。H、熔化溫度和模具溫度的變化都會導(dǎo)致零件張力強(qiáng)度的改變。但熔化溫度的增高將會使強(qiáng)度下降，而模具溫度的升高難度則會使強(qiáng)度增加。I、縮短冷卻時間和提高注射速度都將會使PC材料的零件重量得以增加，而ABS材料則不受這兩個參數(shù)的影響。對PC材料而言，熔化溫度、模具溫度、冷卻時間和注射速度都是影響零件重量的關(guān)鍵參數(shù)；而對ABS而言，影響其零件重量的參數(shù)只是熔化溫度和模具溫度。Ⅱ、熔化溫度的提高將使材料有更高的熱能，同時會導(dǎo)致材料粘度的降低，從而使得熔融材料更易于流動，其形成一個更長的流注長度，同時更加順暢地填滿型腔。但熔化溫度過高，將會促使材料退化和降級。所以，這一參數(shù)僅可在該材料允許的上限之內(nèi)被用來保證型腔的填滿。Ⅲ、模具溫度的升高，會減少材料在型腔里的冷凝層，使熔融材料在型腔內(nèi)更易流動，從而獲得更大的零件重量和更好的表面質(zhì)量。Ⅳ、更短的冷卻時間可使熔化材料在容器內(nèi)停留的時間更短，并減少退化的可能性。據(jù)認(rèn)為，減少壁厚50%將導(dǎo)致冷卻時間成4倍的減少。另外冷卻時間構(gòu)成了約70%的成型周期，它的少意味著生產(chǎn)效率的提高。Ⅴ、機(jī)器注射應(yīng)盡可能達(dá)到最大值。因為這也幫助熔化材料在容器內(nèi)停留時間的減少。Ⅵ、增高注射速度，也會使熔化材料的粘度相對下降，這是由于剪切變得更薄時，產(chǎn)生假塑膠體（pseudoplastic）影響的結(jié)果。同時，這種剪切的加熱僅發(fā)生在不到一秒鐘的瞬間，這對于導(dǎo)致明顯的退化來說，是無足輕重的。Ⅶ、注射速度的提高，雖然會使PC材料粘度下降并造成零件重量的上升，但比起熔化溫度增高時零件重量的增加要少得多，不過，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。Ⅷ、注塑速度的改變，對于ABS材料幾乎不會造成任何影響，這是由于此時它的相對粘度沒有產(chǎn)生明顯的下降的緣故。通過在傳統(tǒng)注塑機(jī)條件下對一些工藝參數(shù)的變更，取得了零件重量增加的效果。這一結(jié)果實(shí)際上反映了塑料在熔化狀態(tài)下填滿1mm型腔能力增加，也就是提高了薄壁成型的能力。綜合實(shí)驗情況，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，可以將其注射速度調(diào)整到所允許的最高上限，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)的薄壁注塑的主要對策。
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