模具设计对薄壁塑件翘曲变形的影响

胡建强

摘 要:本文分析了薄壁塑件翘曲变形产生的原因,从模具设计方面着手,阐述了如何优化模架结构、浇注系统、冷却系统、排气系统和推出机构以减少翘曲变形。

关键词:薄壁注塑件翘曲变形模具设计

中图分类号:TG24 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2012)05(c)-0239-01

注塑成型时,最难控制的是塑件翘曲变形所产生的塑件缺陷。在注塑成型过程中,由于各种因素的影响,导致塑件脱模后的形状与其在模具型腔中的形状不同,这就是塑件的翘曲变形问题,薄壁塑件的翘曲变形问题尤为严重。而通过完善注塑模具的设计来减少和控制翘曲变形是主要手段之一。

1 整体模架的设计

薄壁注塑成型时的相对投影面积大,注射压力较高,对模具的刚度与强度提出了更高的要求,因此,薄壁成型模具比常规模具的外形更大,结构更粗壮,重量在常规模具的两倍以上;为进一步提高模架的刚度与强度,模架中的定模板与动模板及支承板也要加大厚度;一般薄壁件精度更高,防变形要求也更高,因此模架中要更多的布置支承柱或支承块;定位装置与导向装置在制造时精度要求更高,以保证优良的侧支承与定位,以防弯曲与偏移。

2 浇注系统的设计

浇注系统指的是熔料从注塑机喷嘴进入模具开始,一直到与型腔入口为止的流动系统,包括主流道、分流道、冷料井和浇口。

薄壁塑件随着壁厚的减少,冷却速度加快,凝固时间短,对浇注系统的平衡性要求高。因此要尽量避免流道方向的突然变化,减少浇口应力,缩短流动距离,减少压力降。可以从以下几个方面进行设计:(1)采用大浇口形式,浇口的厚度应该大于壁厚,以保证在成型时有足够的熔料注入型腔的同时,还可以在浇口凝固之前形成保压;(2)流道的截面面积可适当增大,可以减少压力降,实验证明,薄壁塑件的压力降应控制在注射机喷嘴压力的15%之内[3];(3)缩短流道距离,面积较大的塑件,浇口位置尽量放在塑件的中央,或者采用多点浇口的形式,点浇口的各浇注点位置也要考虑平衡;(4)采用一模多腔时,对浇注系统的平衡性要求极高,但由于塑件的形状与壁厚的限制,浇注系统无法达到平衡布置,这时可以考虑引进先进技术,如热流道技术和顺序阀式浇口技术。

3 冷却系统的设计

冷却不均是造成薄壁注塑件翘曲变形的主要原因之一,在注射过程,由于塑件各部分的冷却速度的不均匀,使塑件各部位的收缩无法同步,形成内应力,脱模后,产生残余应力,从而产生翘曲变形。为保证塑件的尺寸与形状的稳定,把收缩和翘曲变形控制在可以接受的范围内,就必须优化模具的冷却系统的设计,确保冷却均衡。

首先要确保模具的型芯与型腔的模温趋于一致,使塑件内外层的冷却速率相当,才不会造成塑件内外表面冷却不均所造成的应力;冷却水路之间的距离设计要小,使塑件的表面各部分冷却均匀一致;冷却水道不能太长,因为冷却介质的水温随着长度的增加会而上升,使模具各部分产生较大的温差,同样会使塑件产生内应力,塑件尺寸较大时,可以设置多条水道回路,一条冷却回路的进口与此同时另一条冷却回路的出口相邻,使温度相互补偿;提高冷却介质的流动速率,增强冷却的效果,必要时可设置高传热性金属镶件,以提升冷却效果。

4 排气系统的设计

排气系统主要为了将浇注系统和模腔内的空气以及塑件在成型过程中分解产生的低分子挥发气体顺利的排出模外[4]。薄壁注塑成型的模具必须要有更良好的排气性。因为填充时间短,注射速率高,充分排气可以顺利充模,不影响充模速度,也保证塑件的表面质量,还防止困气自燃现象的发生。

排气系统的设计首先要利用推杆、型芯、顶杆、加强筋、导柱及分型面的配合间隙;在流道的末端可以在分型面上开设排气槽或专门设置排气塞等;现在有公司开始使用多孔工具钢做成小嵌件来解决塑件的排气问题;对于排气负荷较大的精密模具,甚至可以用O型密封圈密封分型面,把型腔抽成真空来达到我们的目的。

5 脱膜机构的设计

脱模机构主要是将注塑成型后的塑件及浇注系统的凝料从模具中脱出。由于塑件具有收缩性,所以脱模阻力主要集中在型芯上。因此在开模后如何稳定可靠的将塑件脱离型芯是我们的设计目的。

薄壁塑件的壁厚和筋肋都很薄,在外界的因素的影响下,非常容易变形甚至损坏;制品的收缩率造成塑件与模具的型芯部分抱合紧密,造成脱模困难,还有薄壁件的加强肋和其它小结构会与模具精巧的曲线、曲面粘合的现象发生;同时,在市场的需要下,设计师在设计产品时,会设计一些精巧的曲线、曲面,以迎合人们的审美要求,但也增大了塑件的复杂程度,也增大了脱模机构地设计难度。

在设计脱模机构时,要力求与脱模阻力平衡,尤其要避免局部推出力过大造成对塑件的损坏,因此,推杆与塑件的接触面面积不能太小;推杆的布置应尽量在脱模阻力大的部位;在不影响塑件质量的前题下,可以尽可能的使推杆数量最多,以减少塑件的总体变形;如果是采用的推件板推出,推件板推出时容易使塑件内外形成大气压力差,造成脱模困难或塑件变形,这时应增设进气装置;如果塑件较软,可考虑改用多元件联合或气(液)压与机械式顶出相结合的方式。

6 结语

综上所述,薄壁塑件成型对模具的要求更高,模具设计时有其特有的设计准则,模具必须具有更高要求模架结构、浇注系统、冷却系统、排气系统和脱模机构,此外还要仔细选用模具材料与热处理工艺,以求拥有高的刚度、强度。同时还要结合CAE分析技术,对设计中的关键问题进行模拟分析,确保设计准确,譬如冷却回路的合理布置;浇注系统的尺寸参数和浇口的形式与浇口位置,甚至是推杆的分布和数量等。虽然薄壁成型模具的成本比常规模具成本高出很多倍,但薄壁成型技术能够通过节约材料、缩短成型周期、提高生产率等方式大幅度降低系统成本,从长远来看,增加的模具成本还是非常值得的[3]。

参考文献

[1] 唐烨.薄壁注塑制品的翘曲变形研究[D].广东:华南理工大学,2010,9.

[2] 陈晓平.薄壳件注塑成型工艺参数优化研究[D].浙江:浙江大学,2005,1.

[3] 俞华英.薄壁塑件注塑成型数值模拟及成型工艺参数优化的研究[D].浙江:浙江工业大学,2008,4.

[4] 屈华昌.塑料成型工艺与模具设计[M].北京:高等教育出版社,2008,2.