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快速注塑成型的利弊
http://www.chinaluogan.com 2015-08-14 09:21:05 中塑在线

快速注塑成型技术帮助企业以低成本、高精度原型和小批量的方法快速生产塑料零部件。快速注塑成型与常规注塑成型类似,但两者仍存在不同之处,这也使适用于快速成型的部件的设计与常规注塑略有不同。
  这一技术常用于生产医疗市场的部件样本,如设备外壳,心脏监测仪组件,以及养老院的一部分自动化应急系统。一般来说,塑料注塑使用的树脂是颗粒状的,将树脂颗粒加载到注塑机的进料斗中。借助螺杆(或柱塞)的推力,将机器里被加热料筒熔融的材料,注射入闭合好的模腔内。材料冷却后凝固,然后机器在合模线部位打开模具,取得定型后的制品。
  采用三维动态模拟3D CAD可以使设计和模具制造自动化,相比常规方法,这通常可节省三分之一的初次交货期。当然,依据生产的部件数量的不同,成本节约的比例也不同,但在部件产量数量以千计时,快速注塑成型的确具有可观的成本优势。常见的快速成型技术包括两种:丝状材料选择性熔覆快速原型工艺,简称FDM,是一种不以激光作为成型能源、而将各种丝材加热溶化的成型方法。立体平板印刷设备,简称SLA,是采用立体雕刻原理的一种工艺,简称SLA,也是最早出现的、技术最成熟和应用最广泛的快速原型技术。
  快速注塑成型介于快速原型和常规注射成型之间。因此,它支持快速原型技术,桥模(通常指的是可直接进行注塑生产的环氧树脂模具)和小批量的生产。FDM成型和SLA成型能方便的用于测试部件的形状和尺寸,但并不适合于测试真实注塑成型部件。快速注塑成型不仅快,其较低的成本效益也足以补偿最初设计出现失误这类问题发生时的费用。
  在生产工具准备就绪前,通常需要等待三至四个月的时间,期间,需要生产一些产品投入市场进行性能的测试,快速注塑成型技术对于试制生产100件、1000件、10,000件产品十分有用。当产量不适合采用不锈钢模具时,可采用快速成型生产零件。在这种情况下, 多腔室铝模具是一种较为经济的选择。
  在注塑模具内
  快速注塑模具使用3轴CNCs铝模具代替传统上采用的较昂贵的钢模具。模具包括模具定模(a-side)侧和动模(b-side)侧,定模安装在注射机的固定板上,树脂通过注入口和浇注系统进入型腔,最后低达流道。这样就把树脂引向浇口,也就是塑料进入模腔的位置。动模(b-side)安装在注射机的移动模板,包括模具顶针。设计模具时,为便于塑件脱模,应使塑件在开模时尽可能留在B侧。
  左边破损的部件和右边熔合缝有缺陷的部件,多半源自快速注塑成型对设计上的疏忽。模具还应具有“侧向分型”机构,由于制品的特殊要求,其某些部位的脱模方向与注射机的开模方向不一致 o需进行侧向分型与抽芯方可顺利顶出制口。侧向分型与抽芯机构有两种:行位和斜顶。一般侧向分型是一个允许成型部件咬边的滑动凸轮装置,咬边必须连接或在模具分型线之上,位于部件的外侧,并与分型线位于同一水平面。在注塑加工中凸轮固定在适当的位置,在成品出来前以不影响加工的方式滑动。快速注塑成型中每个部件最多可达四个侧向分型,最后,当模具闭合时,模芯可能是进入对面模腔的模具的任何一侧的任意一个突出的部分。模芯与模腔之间的空隙决定了部件的几何形状与尺寸。
  设计因素
  使用铝模具对部件的设计有一定的影响。举例来说,它难以保持长刀具的铣削精度,所以最好避免用于峭面附近有细微构造的部件。一般认为,铣刀的圆柱形状容易以弯曲半径的形状而不是尖锐边缘的方式切割部件角落。
  此外,不用这种技术生产有深而薄的加强筋的部件,也是十分明智的,因为它们需要铣削工具进行清除。一般,工具的最大长度为直径的8至12倍。请注意,深而细的加强筋需要更长的铣削时间,同时也增加了抛光的难度。为了防止难看的凹痕,加强筋厚度应不超过相邻壁厚的60%。快速注塑成型不适合同步成型嵌入或包覆成型。
  成型高质量部件的一个设计要点是维持恒定的壁厚,否则,零件往往容易凹或翘曲。另外,一个很好的办法是消除厚壁。相比无芯部件,这些部件模塑质量更好,其强度也更好更一致,使用的材料也更少。但有些也是需要避免的,如陡面,因为它们象陡角一样,会产生模内应力以及操作应力的集中。壁厚的螺丝柱也不允许,因为这可能导致部件内部的缝隙。
  值得一提的是,设计时要尽量让斜坡或脱模斜度垂直,这样可增加铣削的深度。此外,铣削深壁时,脱模斜度有助于减少切削颤振和外观缺陷,这样会减少成型成本。尽可能采用1度以上的脱模斜度,如若为芯腔设计,则需使用2度以上的脱模斜度。一个既定的经验法则是深度每增加一英寸,脱模斜度的度数就增加一度,所以深度为三英寸的部件脱模斜度为3度。按照这一准则,无需顶出导梢,就能让部件很轻易的脱离型芯并轻松排出。此外,脱模斜度只适用于芯腔设计,但不适用于有加强筋的设计部件。这样做可以避免造成厚壁,使模具容易铣削,部件抛光效果更好。最后,表面纹理较淡的部件至少需要3度的脱模斜度,中等纹理则至少需要5度。
  关于着色,树脂供应商提供的颜色一般包括:白色,米色,黑色和黄色。半定制颜色无需额外收费,可将色母粒添加至天然树脂内。然而,这些颜色可能无法与色通卡上的颜色完全匹配,可能在部件上形成条纹或旋涡状图案。要想得到确定的自定义颜色,客户应与颜料" target="_blank">颜料供应商合作,多种树脂添加剂和填料,如玻璃纤维,碳纤维以及滑石粉,均可增强复合材料的性能,使部件自润滑,减少翘曲和收缩,并提供其他有用的性能。
  厚壁部件可能存在如翘曲等问题,改变浇口的尺寸和位置有可能解决这一问题,同时不影响部件的性能。
  采用快速注塑成型
  快速注塑成型部件在医疗设备上的一个例子是位于明尼苏达州的美国TeleCare公司,生产一种名为inLife的音频设备,方便患者在家里对自己的脉搏,体重,血压和血糖水平进行检测。该系统还能以数据图的形式记录每组数据,这些数据然后通过电话线传送到服务器,再上传到病人的记录里,方便医师审查。在开发这个设备过程中,该公司存在的问题是,部件生产速度太慢,最后,他们采用了快速注塑成型。
  但是,快速注塑成型技术现在也面临一些挑战,今年九月,美国PTI工程塑料公司宣布已经推出一项创新和私有技术可创建现成的生产与加工的原型,具有足够的成型持久力并支持大量生产。这一新技术商品名称P3 process(PTI Production Prototype),可替代快速注塑成型和快速原型。特别是它允许使用相同的工具用于原型和一系列生产,适合非常详细,高成型性的产品和组件。其中一个主要的优势在于缩短开发时间和降低成本,这一技术也令快速成型技术未来的走势变得多样化。

文章关键字: 注塑成型