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什么是薄壁注塑？ 薄壁注塑對注塑機、模具、塑料均有要求。文章探討薄壁的特性、經濟效益及設備的設計。

    何謂薄壁？

    簡單的看法，當壁厚小于1mm時稱為薄壁。更全面地，薄壁的定義與流程/壁厚比、塑料的粘度及傳熱系數均有關系。

    從模具的主流道到成品最遠一點的流程L，除以成品的壁厚t，稱為流程/壁厚比。當L/t＞150時，稱之為薄壁。如流程的厚薄不一致，可分段計算。

    流程/壁厚比 PP的粘度因數是1。一次即棄飯盒的流程135mm，壁厚0.45mm，流程/壁厚比=300。PC的粘度因數是2。手機電池外殼的流程38mm，t=0.25mm，流程/壁厚比=152。乘上粘度因數是304，與飯盒的相若。

    一般塑料的導熱不良。為了增加散熱效果或達到電磁波兼容性，一些外殼會采用高導熱性的塑料。金屬粉末亦屬于高導熱性的。 上式是注塑成品的冷卻時間公式，其中t=壁厚，Tm=溶融溫度，TW=模壁溫度，T=脫模溫度，α=塑料傳熱系數。L/t的定義要包括粘度因數及傳熱因數在內。

    我來完善一下，什么是薄壁注塑？

    簡述首先為何要薄壁注塑？

    塑料原料的成本通常占制品成本的一個大比數，如50-80%。薄壁有助降低這個比數。由于消費性電子設備如手機、MP3播放機、數碼相機、掌上計算機的小型化及輕便化，有關的塑件設計便越來越薄。

    薄壁化因具有減小產品重量及外形尺寸、便于集成設計及裝配、縮短生產周期、節約材料和降低成本等優點成為塑料消費行業追求的目標，已成為塑料成型行業中新的研究熱點。

    工藝薄壁制品的設計思想和方法更為復雜，并進一步受到成型局限及材料選擇的影響。薄壁制品要求應該具有高的沖擊強度、良好的外觀質量和尺寸穩定性，并能承受大的靜態載荷，成型材料的流動性要好。設計過程中要重點考慮制品的剛性、抗沖擊性和可制造性。

    成型薄壁制品時一般需要專門設計的薄壁制品專用模具。與常規制品的標準化模具相比，薄壁制品的模具從模具結構、澆注系統、冷卻系統、排氣系統和脫模系統等都發生了重大變化。主要表現在以下幾個方面：

    （1）模具結構：為承受成型時的高壓，薄壁成型模具的剛度要大、強度要高。因此模具的動、定模板及其支承板重量較大，厚度通常比傳統模具的模板要厚。支撐柱要多，模具內可能要多設置內鎖，以保證精確定位和良好的側支撐，防止彎曲和偏移。另外，高速射出速度增加了模具的磨損，因此模具要采用較高硬度的工具鋼，高磨損、高沖蝕區（如澆口處）硬度應大于HRC55。

    （2）澆注系統：成型薄壁制品，特別是制品厚度非常小時，要使用大澆口，而且澆口應該大于壁厚。如是直澆口應設置冷料井，以減少澆口應力，協助填充，減少制品去除澆口時的損壞。為保證有足夠的壓力充填薄的模腔，流道系統中應盡可能減少壓力降。為此，流道設計要比傳統的大一些，同時要限制熔體的駐留時間，以防止樹脂降解劣化。當是一模多腔時，澆注系統的平衡性要求遠高于常規模具的要求。值得注意的是薄壁制品模具的澆注系統中還引入了兩項先進技術，即熱流道技術和順序閥式澆口（SVG）技術。

    （3）冷卻系統：薄壁制品不像傳統壁厚件那樣可以承受較大的因傳熱不均而產生的殘余應力。為保證制品的尺寸穩定性，把收縮和翹曲控制在可以接受的范圍內，就必須加強模具的冷卻，確保冷卻均衡。較好的冷卻措施有在型芯及模腔模塊內采用不閉合冷卻線，加大冷卻長度，均可增強冷卻效果，必要的地方加入高傳導率金屬鑲塊，以加快熱傳導。

    （4）排氣系統：薄壁注塑成型模具一般需要有良好的排氣性，最好可以進行抽真空操作。由于填充時間短，注射速度高，模具的充分排氣尤其是流動前沿聚集區的充分排氣非常重要，以防困氣引燃。氣體通常通過型芯、頂桿、加強筋、螺柱及分型面等處排出。流道的末端也要充分排氣。日本Sumitomo公司用多孔工具鋼做小嵌件來解決小件制品的排氣問題。

    （5）脫模系統：因為薄壁制品的壁和筋都很薄，非常容易損壞，而且沿厚度方向收縮很小，使得加強筋和其他小結構很容易粘合，同時高保壓壓力使收縮更小。為避免頂穿和粘模，薄壁注塑成型應使用比常規注塑成型數量更多、尺寸更大的頂出銷。

    常規的注塑機很難在薄壁塑件注塑成型中有用武之地。比如薄壁注塑成型的填充時間很短，很多填充時間不足0.5s，在這樣短的時間不可能遵循速度曲線或截斷壓力，因此必須使用高解析度的微處理器來控制注塑機；在薄壁制品的整個注塑成型過程中，應同時各自獨立地控制壓力和速度，常規注塑機的充填階段用速度控制，保壓階段再轉為壓力控制的方法已不適用。所以機械設備制造商與研究機構共同合作努力，研制出了專用的注射設備。如臺灣中精機公司的VS-100薄壁注塑機、德國Dr．Boy公司開發的Boy型系列注塑機以及Battenfeld、Arburg和JSW等著名注塑機生產廠商開發的專用注塑機。

    薄壁注塑成型材料流動性要好，必須擁有大的流動長度。還有具有高的沖擊強度，高熱變形溫度，良好的尺寸穩定性。另外，還要考察材料的耐熱性、阻燃性、機械裝配性及外觀質量等等。目前，薄壁注塑成型廣為應用的材料有聚碳酸酯（PC）、丙烯腈—丁二烯—苯乙烯（ABS）及PC/ABS共混物等。

    技術常規注塑的填充過程和冷卻過程是交織在一起的，當聚合物熔體流動時，熔體前沿遇到相對溫度較低的型芯表面或型腔壁，就會在其表面形成一層冷凝層，熔體在冷凝層內繼續向前流動，冷凝層厚度對聚合物的流動有著顯著地影響。

    需要對薄壁注塑成型中的冷凝層的性質進行更深入、更全面的研究。因此有關薄壁注塑成型的數值模擬還需在以下幾方面做很多工作。

    （1）更深入全面研究薄壁注塑成型理論，尤其是冷凝層的性質，以便提出更加合理的假設條件和邊界條件。由上述分析可知，在薄壁注塑成型過程中，其很多條件和常規注塑成型有很大不同。模擬時，熔體流動數學模型的許多假設和邊界條件在薄壁注塑成型中需要進行適當的調整。

    （2）確定在薄壁注塑成型中增加的因素，并正確地考慮這些因素。一些在常規注塑中可以忽略的因素，往往會對薄壁成型熔體流動產生較大的影響。比如，在薄壁注塑中粘度對壓力有明顯的依賴性，而在常規注塑成型中卻沒有；熔接線強度對塑件性能影響很大，尤其是薄壁塑件，熔接線強度與溫度和壓力有關，但常規數值模擬時沒有考慮壓力的影響；材料的比熱、傳熱系數和壓力損失等。現有的商品化數值模擬軟件由于忽略了這些影響因素，因而在預測薄壁注塑成型填充時會出現不一致的現象。

    （3）應用真正的三維數值模擬。現有商品化的數值模擬軟件都是使用二維、二維半要素代表三維幾何圖形的簡化模型，沒有考慮物理量在厚度方向上的變化。三維流動區域即拐角處流動、厚度變化區域、熔體前端噴泉效應在現有的數值模擬軟件中還不能表示，而它們在薄壁注塑成型中起重要作用。

    （4）注塑成型全過程模擬。目前的模擬軟件主要包括填充、流動、保壓、冷卻、和翹曲分析等模塊，各模塊的開發是基于各自獨立的數學模型，忽略了相互之間的影響。但是，從注塑成型工藝過程來看，塑料熔體的充模流動、保壓和冷卻等是交織在一起并相互影響的，這在薄壁注塑成型中尤為明顯。因此，充模流動、保壓與冷卻分析和翹曲模塊必須有機地結合起來，進行耦合分析，才能綜合反映實際的注塑成型。