快速热循环注塑模具及工艺关键技术研究

冀冠一

摘 要：当前在国民经济的各个行业都涉及到注塑成型的塑料加工品，但是注塑工艺复杂，产品表面瑕疵多，影响外观，使得其力学性能较差，在工业使用中是一大隐患。为了提高产品的质量，工厂技术人员曾经使用喷漆的方式提高表面光滑度，但是喷漆对人身体健康威胁很大，因此为了更大程度的满足客户的需求，在外观和质量上做了很大的改善，很多技术人员提出了快速热循环注塑技术，在减少表面瑕疵上有很大的帮助。文章简述快速热循环技术工艺原理及特点，并提出该工艺的关键技术中涉及到的产品结构关键部位的设计建议，充分展示出其巨大的发展空间。

关键词：快速热循环；注塑模具技术；有限元模拟；优化设计

现在，“绿色”口号在生活中处处可见，在模具行业，为了提高产品的美观和质量，掩饰一些小瑕疵会在塑件的表面进行喷漆，但是喷漆中含有大量的化学物质，散发出刺激的气味，对人们的健康不利，也不符合“绿色”要求。绿色制造要求降低资源消耗量少，利用率高，提高其经济效益和社会效益。注塑产品运用在各个领域，因此其安全性、质量和经济效益等是人们关注的话题，因此快速热循环注塑技术被提出并研究，该技术能够减少制品表面瑕疵，提高光泽度，还能消除过去喷漆带来的危害，避免二次加工，降低成本，真正实现绿色生产，由此可见该技术具有很宽阔的发展空间。

1 快速热循环技术工艺原理及特点

1.1 快速热循环注塑工艺原理

快速热循环注塑技术其核心在于对温度的控制，加热最关键的部分是在熔体注射到模具之前，为了保证塑品的质量，一般会将温度提升到材料玻璃化转变温度以上几度，接着在将熔体注射到模具腔内时其温度一直保持在之前的水平上，在保压后期或者是注塑机开始熔胶时，不再加热并且使用低温介质对产品进行快速降温，便于取件且缩短注塑周期。传统的注塑工艺中，整个系统的温度维持不变，而快速热循环注塑工艺中温度形成变化周期，其顺序依次是模具加热、高温保持、模具冷却和低温保持四个阶段，其中最重要的是精确控制模具加热的温度，温度太高对资源是一种浪费，也可能破坏材料的性质，温度太低达不到质量要求等，并且加热的方法不能为常规的加热方法，因为可能延长注塑周期，降低生产效率，因此快速热循环注塑需要采用快速加热和快速冷却技术。

1.2 快速热循环注塑工艺技术特点

快速热循环注塑工艺于传统注塑工艺相比较最大的创新点是能够动态控制系统的温度，在系统内部的改善体现在减小熔体模具腔内部的流动阻力，减小注射压力和充模时的剪切力，最终减小塑品上残存的应力，提高塑品的力学特性。与传统注塑工艺相比，快速热循环注塑工艺的优点具体表现在以下几个方面：一是可以避免在模具腔体内壁处形成冷凝层，这样就不会再塑品的表面出现褶皱或者凸凹不平，从外观上提高制品质量；二是制品表面不存在熔接痕、流痕等各种缺陷，传统工艺制作出来的塑品存在这些问题，以往为了遮盖这些毛病，制作者会在其表面喷漆，对塑品进行二次加工，既浪费材料，而且所喷的漆中含有甲醛以及重金属污染物，对人们健康有巨大的威胁，因此快速热循环注塑工艺无污染、成本低、生产周期短等优点值得其被扩大氛围使用。

2 快速热循环注塑成型关键技术研究——产品结构关键部位设计

从生产中可以发现注塑产品的质量好坏除了与技术工艺参数有关外，还与结构设计是否符合成型的工艺性要求有关，因为结构设计合理能降低缺陷形成概率。因此在设计注塑产品的结构时需要考虑到以下几个方面：一是产品结构设计要合理，便于模具的加工制造和成型工艺的实施；二是在保证产品外观质量和使用性能的前提下，产品结构要力求简单，壁厚要均匀一致，便于后续的装配操作；三是要减少塑件成型前后的辅助工作，尽量避免成型后的二次加工，做到产品成型的高效率、低消耗。产品结构设计还要注意以下几方面。

2.1 壁厚和螺钉柱孔设计

产品的性能和质量等与其本身的壁厚有很大的关系，在产品结构设计时，壁厚要根据材料的性能、塑件结构与用途来设计，以不引起表面缩痕为标准，尽可能避免壁厚设计太小，产品的刚度和硬度不够，注射充模困难；避免壁厚设计太大，浪费资源，冷却困难，增加注塑周期，降低生产效率等情况，因此壁厚一般为2-4毫米，最低不能小于1毫米，这样塑品表面光泽度高，瑕疵量少，在生产中，技术人员一般将壁厚控制在3.5毫米以下，模具表面温度控制在材料热变形温度以上，提高流体的流动性能，制造出壁厚符合要求的产品。螺钉柱孔要充分考虑到孔的形状、位置设计，螺钉柱孔主要作用是减小塑件的缩小程度，因此现在常用的是添加斜顶槽的螺钉孔，其可提高塑件壁厚的均匀性，有效避免产品外表面缩痕的产生。此外在设计时还要考虑产品使用材料的收缩比，合理安排壁厚和螺钉孔的尺寸。

2.2 拔模斜度和加强筋设计

拔模斜度是指平行于模具开合模方向，塑件壁面所应具有的倾斜度。当熔体进入模具以后，冷却时遵循热胀冷缩原理，产品体积缩小，会使塑件的型腔和芯凸出来，不易取出，或者取出来的时候容易被划伤，拔模斜度设计对产品品质影响很大，在生产中塑件的拔模斜度一般控制在3°以上。此外在提高产品轻度和刚性方面，加强筋是必不可少的，其还能改善产品在模具中的流动情况，保证产品表面平整度高，在工程应用中发现夹墙井最佳设计值小于壁厚的0.4倍。

3 结束语

现在各个行业发展都离不开塑品，其质量的好坏对其领域的影响较大，现在很多学者均在研究提高塑品质量的技术，目前比较热门的技术就是快速热循环注塑技术，以控制温度来控制产品质量和注塑周期，但其中涉及到的参数较多，文章只研究了壁厚、拔模斜度、加强筋和螺钉柱孔的设计参数，其它部分在后期会进行深入研究，也期待更多的学者共同参与研究。

参考文献

[1]温展飞，文生平，江静，等.超高速注射机注射控制的系统分析与仿真研究[J].塑料工业，2009，37（9）：34-38.

[2]石峰，娄臻亮，陆金桂，等.基于模糊粗糙集模型的注塑模浇注系统方案智能化设计研究[J].机械工程学报，2003，39（9）：123-127.

[3]余晓容，申长雨，陈静波.注塑模浇注系统位置的自动设计[J].机械工程学报，2004，40（6）：174-177.

[4]肖长江，刘春太，申长雨.注塑制件熔接痕的形成、性能和预测[J].机械工程学报，2005（8）：17-20.