快速熱循環(huán)注塑模具及工藝關鍵技術研究

冀冠一

摘 要：當前在國民經濟的各個行業(yè)都涉及到注塑成型的塑料加工品，但是注塑工藝復雜，產品表面瑕疵多，影響外觀，使得其力學性能較差，在工業(yè)使用中是一大隱患。為了提高產品的質量，工廠技術人員曾經使用噴漆的方式提高表面光滑度，但是噴漆對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，在外觀和質量上做了很大的改善，很多技術人員提出了快速熱循環(huán)注塑技術，在減少表面瑕疵上有很大的幫助。文章簡述快速熱循環(huán)技術工藝原理及特點，并提出該工藝的關鍵技術中涉及到的產品結構關鍵部位的設計建議，充分展示出其巨大的發(fā)展空間。

關鍵詞：快速熱循環(huán)；注塑模具技術；有限元模擬；優(yōu)化設計

現在，“綠色”口號在生活中處處可見，在模具行業(yè)，為了提高產品的美觀和質量，掩飾一些小瑕疵會在塑件的表面進行噴漆，但是噴漆中含有大量的化學物質，散發(fā)出刺激的氣味，對人們的健康不利，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，提高其經濟效益和社會效益。注塑產品運用在各個領域，因此其安全性、質量和經濟效益等是人們關注的話題，因此快速熱循環(huán)注塑技術被提出并研究，該技術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，真正實現綠色生產，由此可見該技術具有很寬闊的發(fā)展空間。

1 快速熱循環(huán)技術工藝原理及特點

1.1 快速熱循環(huán)注塑工藝原理

快速熱循環(huán)注塑技術其核心在于對溫度的控制，加熱最關鍵的部分是在熔體注射到模具之前，為了保證塑品的質量，一般會將溫度提升到材料玻璃化轉變溫度以上幾度，接著在將熔體注射到模具腔內時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開始熔膠時，不再加熱并且使用低溫介質對產品進行快速降溫，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，溫度太高對資源是一種浪費，也可能破壞材料的性質，溫度太低達不到質量要求等，并且加熱的方法不能為常規(guī)的加熱方法，因為可能延長注塑周期，降低生產效率，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。

1.2 快速熱循環(huán)注塑工藝技術特點

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)新點是能夠動態(tài)控制系統(tǒng)的溫度，在系統(tǒng)內部的改善體現在減小熔體模具腔內部的流動阻力，減小注射壓力和充模時的剪切力，最終減小塑品上殘存的應力，提高塑品的力學特性。與傳統(tǒng)注塑工藝相比，快速熱循環(huán)注塑工藝的優(yōu)點具體表現在以下幾個方面：一是可以避免在模具腔體內壁處形成冷凝層，這樣就不會再塑品的表面出現褶皺或者凸凹不平，從外觀上提高制品質量；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，制作者會在其表面噴漆，對塑品進行二次加工，既浪費材料，而且所噴的漆中含有甲醛以及重金屬污染物，對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、生產周期短等優(yōu)點值得其被擴大氛圍使用。

2 快速熱循環(huán)注塑成型關鍵技術研究——產品結構關鍵部位設計

從生產中可以發(fā)現注塑產品的質量好壞除了與技術工藝參數有關外，還與結構設計是否符合成型的工藝性要求有關，因為結構設計合理能降低缺陷形成概率。因此在設計注塑產品的結構時需要考慮到以下幾個方面：一是產品結構設計要合理，便于模具的加工制造和成型工藝的實施；二是在保證產品外觀質量和使用性能的前提下，產品結構要力求簡單，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，做到產品成型的高效率、低消耗。產品結構設計還要注意以下幾方面。

2.1 壁厚和螺釘柱孔設計

產品的性能和質量等與其本身的壁厚有很大的關系，在產品結構設計時，壁厚要根據材料的性能、塑件結構與用途來設計，以不引起表面縮痕為標準，盡可能避免壁厚設計太小，產品的剛度和硬度不夠，注射充模困難；避免壁厚設計太大，浪費資源，冷卻困難，增加注塑周期，降低生產效率等情況，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，在生產中，技術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，提高流體的流動性能，制造出壁厚符合要求的產品。螺釘柱孔要充分考慮到孔的形狀、位置設計，螺釘柱孔主要作用是減小塑件的縮小程度，因此現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，有效避免產品外表面縮痕的產生。此外在設計時還要考慮產品使用材料的收縮比，合理安排壁厚和螺釘孔的尺寸。

2.2 拔模斜度和加強筋設計

拔模斜度是指平行于模具開合模方向，塑件壁面所應具有的傾斜度。當熔體進入模具以后，冷卻時遵循熱脹冷縮原理，產品體積縮小，會使塑件的型腔和芯凸出來，不易取出，或者取出來的時候容易被劃傷，拔模斜度設計對產品品質影響很大，在生產中塑件的拔模斜度一般控制在3°以上。此外在提高產品輕度和剛性方面，加強筋是必不可少的，其還能改善產品在模具中的流動情況，保證產品表面平整度高，在工程應用中發(fā)現夾墻井最佳設計值小于壁厚的0.4倍。

3 結束語

現在各個行業(yè)發(fā)展都離不開塑品，其質量的好壞對其領域的影響較大，現在很多學者均在研究提高塑品質量的技術，目前比較熱門的技術就是快速熱循環(huán)注塑技術，以控制溫度來控制產品質量和注塑周期，但其中涉及到的參數較多，文章只研究了壁厚、拔模斜度、加強筋和螺釘柱孔的設計參數，其它部分在后期會進行深入研究，也期待更多的學者共同參與研究。

參考文獻

[1]溫展飛，文生平，江靜，等.超高速注射機注射控制的系統(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)方案智能化設計研究[J].機械工程學報，2003，39（9）：123-127.

[3]余曉容，申長雨，陳靜波.注塑模澆注系統(tǒng)位置的自動設計[J].機械工程學報，2004，40（6）：174-177.

[4]肖長江，劉春太，申長雨.注塑制件熔接痕的形成、性能和預測[J].機械工程學報，2005（8）：17-20.