薄壳成型技术

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近几年，金融风暴使得百业萧条，但是可携式电子产品的从业中日夜赶工、供不应求者却大有人在。可携式电子产品讲究短小轻薄，当外壳薄到将近1;mm，甚至小于1;mm时，对于材料商、产品和模具设计工程师、模具厂、成型厂以及成型机暨附属设备制造厂都是一大挑战。本文针对薄壳成型从材料选择、产品和模具设计、CAE分析、模具制造成型设定到成型机及设备选择作重点介绍。期能抛砖引玉，共创新机。 ;;对固定式电子产品而言，薄壳使得成本降低、循环时间缩短，因而生产力提高。;对于可携式电子产品而言，薄壳使得重量变轻、尺寸减小。;可携式电子产品的需求每年成长达30%，今后十年的成长会更快。由于拥有这种产品的人还很少;－;在美国少于5%，全世界则少于1%;－;整个市场大得惊人。
典型薄壳的流长对壁厚比的范围是100：1到150：1或更大。;若要达到这么高的比值而不增加浇口，就须要采用高融胶温度、高射压以及很高的射速。
; C-MOLD射出成型模拟采用的Cross-WLF黏度模式如下：
; 此一模式可以在宽广的成型条件范围内适切的描述黏度，好处之一是较好的处理黏度对温度和压力的敏感性(黏度对压力的敏感性随温度降低而增加)。;在Cross-WLF黏度模式中，压力对黏度的影响以D3显示。在传统的成型条件下，压力对黏度的影响不明显，D3可设为0。;在高压下，压力对黏度的影响变得重要，D3必须决定，使得模拟的结果可以捕捉压力的效应。;要获得D3的合理值，特殊的黏度测试程序以及数据分析是必要的。
; 如果没有考虑压力对黏度的影响，当系统压力增加时，预测压力的误差会愈来愈大。;下图的平碟模是一个很好的例子，说明非零的压力对黏度的影响项D3可以改进充填和后充填模拟的压力预测。;平碟采用聚碳酸酯(PC)材料，平均壁厚是1mm，流长是170mm。;压力对黏度的影响项D3并入计算后，预测的压力明显提高，并和实测压力相当吻合。
; 经由浇道浇口、针点浇口、二次热浇道浇口等直接进浇到薄壁，应使用浇口井，以减少浇口应力、帮助充填，并将制品在去浇口时的损毁降到最低。;当壁厚小于1.2mm时，往往使用直径大于壁厚的浇口，以助流，并在浇口封凝前，完成适当的填压。
; 为了有足够的压力充填薄的型腔，流道压力降最好不要超过机器可提供射压的15%。;使用较传统流道大1.25到1.4倍的流道。;更有进者选择热流道加上阀门浇口以有效的降低压力到期望值。
热流道内径一般大于13mm，不可有尖角和死区。采用外热式加热器才是正途。;为了能以高压进浇，阀门浇口必须安装，但是不可形成障碍。;热流道能大大的减少压力降和循环时间，然而塑料经过热流道使得融胶的在高温下停留时间加长，薄壳成型的射料量较之传统者为小，如果塑料在料管以及热流道中的停留时间过长，会使得材料劣化。
; 塑料停留时间可以下式计算：
; 1.4;x使用塑料比重x料管料量x成型循环时间
;
; 聚苯乙烯比重;x;射料量
; 1.4是一乘数(一般在1和2之间)
; 最短和最长的停留时间应遵照材料厂商的建议。;如果特定的指示无从获得，最短和最长的停留时间可以1.5和4分钟为准。
; 在壁厚小于1.2mm的薄壳应用，产品的刚性设计变得重要。须要的刚性可以藉几何特微的并入和装配方法的巧思而获得。;较大产品的刚性可经由材料选择、设计和装配的一体考虑而达成。
高射速使得排气更为重要，以防气困引燃。;典型的分模面排气是0.01~0.04mm深、5mm宽，甚至沿分模面全周长排气。在型心销、顶出销、肋和螺柱处排气也是很有用的。;流道末端的充分排气以及对型腔抽真空都可以减轻型腔排气的负荷。
; 对冰箱蔬果盘之类的大零件而言，材料往往占成本50%以上。;对小而薄的零件而言，成型机费用可占到成本的90%，材料6%，而模具只占4%。;小而薄的产品较之厚者更能从冷却的改善而获得效益。
薄壳产品不像传统壁厚者一般可以承受较大的因热传不均而产生的残余应力。;为了将收缩弯翘控制在可以接受的程度，均衡的冷却设计变得非常重要。
; 薄壳制品的顶出是颇具挑战性的，因为：1）高压使得填压较紧、收缩较少以及2）薄壁和薄肋使得产品较易损毁。为了避免顶穿和粘模，应使用较多而且较大的顶出销。;当壁厚小于1.2mm时，可以使用多到2倍而且大到2倍;(直径>6;mm）的顶出销。
; 高速射出的塑料增加模具的磨耗。薄壳成型应采用较P20硬的工具钢，高磨耗、冲蚀区尤然。;建议使用洛式硬度大于55(如H13和D2)的浇口嵌块。;公、母模板和承板厚度可为传统板厚的两倍。支撑柱要多，在近浇道中心和型腔处应预负荷0.1mm。;H13钢的屈服强度较NAK55或P20高15%到25%，值得选用。
为了把融胶快速的带进薄的型腔，要使用高的油压和短的射出时间。当射出时间小于0.5秒时，实在没有多少时间可以用来遵循速度曲线或切断压力，因此一个高分辨率的微处理器控制的成型机就变得必要。高压薄壳成型须要在射出单元上加装蓄压器，快速合模的要求也使的蓄压器变得颇有帮助。对某些参数;(如保压压力和充填到保压的转换)的闭路控制是重要的，射出和合模行进曲线的控制能力和制程追踪及线上品管软件也是必要的。