注塑,是利用注塑機,將熱熔成流體的塑料,在高溫高壓下注射入模具中,并在模具中冷卻后得到塑料注塑件成品的工藝。
塑料注塑的材料主要有以下三大類:
1、熱塑性塑料,例如:ABS、PC(聚碳酸酯)、尼龍等;
2、熱固性塑料,例如:電木;
3、熱塑性彈性體,例如TPR、TPU
傳統(tǒng)認為超過3000只產(chǎn)品就可以考慮注塑工藝,隨著機加工成本的上升、模具技術(shù)的成熟、模具工期的不斷縮短,很多用量超過500件的產(chǎn)品也開始注塑生產(chǎn)。
注塑加工利用注塑模具及注塑機,高效、低成本生產(chǎn)塑料件,適合批量生產(chǎn),需投入模具;塑料件件加工利用CNC、車床、銑床等傳統(tǒng)機械加工設(shè)備對塑料胚進行加工,通常加工后需要打磨、噴漆等處理,成本高、效率低,但生產(chǎn)靈活、無需投入模具,適合單件及小批量試制件。
3D打印是近年來迅速發(fā)展的新工藝,通常為激光粉末燒結(jié)、激光固化等方式成型,優(yōu)點是可成型復(fù)雜結(jié)構(gòu)塑料件、無需開模,但材料選擇局限性很大,常用的打印材料性能,尤其是耐老化、抗沖擊性能一般,比較適合研發(fā)打樣,不適合大批量生產(chǎn)。
注塑產(chǎn)品的單件質(zhì)量可以從幾毫克到50kg不等,但極小和非常大的產(chǎn)品通常比較少見,較為常規(guī)的注塑件重量為0.5克至15千克,威普塑膠做過項目中,產(chǎn)品單件最大為21KG(大型設(shè)備面罩,使用海天4000噸注塑機成型)。
不是,注塑加工的塑料件約占所有塑料制品的60%,其他的工藝還有吹塑、擠出、滾塑等,一般經(jīng)驗豐富的工程人員能迅速判斷塑料產(chǎn)品的成型工藝。
簡單的講,熱塑性塑料會隨著溫度升高而軟化,溫度降低會凝固,而且可以反復(fù)融化和凝固,就像蠟燭一樣。
熱固性塑料被加熱后會發(fā)生固化反應(yīng),固化后就不會再軟化,這個過程就像煎雞蛋一樣。
為了改善塑料的某些特征和特性,化工廠會在塑料中添加不同的添加劑以改良塑料的特性,如阻燃劑、抗氧劑、增韌劑等,這樣形成的塑料具備不同的特性,因此成為不同的牌號,這一點與鋼鐵的型號類似。
常用的透明塑料有PC、PMMA、PS(GPPS),其他不常用的透明塑料有COC(價格非常貴,僅適用于某些有較高光學要求的部件)、K膠、透明PP(透明度一般)
聚酯類塑料通常有較佳的耐化學性,例如PETG、PC/PBT等,另外一些特種工程塑料也有較佳的耐化學性,例如PEEK、PEI、PSU等,但這類材料的加工非常貴且有較高的加工條件要求。
幾乎所有的熱塑性塑料遇火都會燃燒或分解,而熱固性材料只會碳化。在塑料中添加阻燃劑可以改善塑料的阻燃性,但會降低塑料的環(huán)保型,也會增加塑料的成本。
不是,注塑件設(shè)計必須考慮工藝性,通常為均勻的壁厚、可脫模的結(jié)構(gòu),另外,工藝性不佳的設(shè)計會急劇增加模具及產(chǎn)品的生產(chǎn)制造成本。
塑料在完整的注塑過程中,經(jīng)歷以下過程:加熱融化、注入模具、冷卻、脫模、注塑成品取出。
塑料制品的壁厚取決于注塑件的使用要求:強度、結(jié)構(gòu)、電性能、尺寸穩(wěn)定性、裝配要求等指標。產(chǎn)品壁厚對注塑件的質(zhì)量影響很大,對成本的影響也很大。通常塑件太薄會造成注塑制品強度不足、剛性不足、受力易變形、阻燃不達標、成型困難不易填充等問題;而過厚的壁厚則造成縮水、內(nèi)部氣泡、翹曲變形、成型周期過長等問題。一般情況下,在滿足注塑件強度及基礎(chǔ)性能的前提下,盡量減少壁厚。依據(jù)產(chǎn)品大小的不同,塑料件的壁厚通常為1.0-5.0mm之間,最常用的壁厚1.5-3mm之間。
為了使成型冷卻后的注塑件從模具中剝離,注塑件的內(nèi)外表面在脫模方向必須設(shè)計足夠的脫模斜度,否則會發(fā)生脫模困難、拉上、粘模、頂白等成型缺陷。
通常越硬的塑料,需要的脫模斜度越大;
壁厚越大的塑料件,脫模斜度越大;
形狀復(fù)雜,不易脫模的塑料件,脫模斜度越大;
收縮率越大的塑料件,脫模斜度越大。
相反,含自潤滑的材料,脫模斜度可較??;
尺寸精度較高的注塑件,要減小脫模斜度;
大型塑料制品,要采用較小的脫模斜度。
為了提高塑料件的強度和剛度,單純增加制品壁厚是不合理的,因為這容易造成縮水、變形、增加成本,在塑料件上設(shè)置加強筋,可完美地解決這些問題。
加強筋的主要功能有兩方面:
1、提高塑料件的強度。
2、防止和避免塑料件變形和翹曲。
為防止縮水,加強筋的厚度不宜超過產(chǎn)品的主壁厚,通常為壁厚的0.5-0.7倍。
加強筋設(shè)計應(yīng)考慮以下幾點:
1、防止產(chǎn)品變形,起到加強作用;
2、加強筋設(shè)計應(yīng)考慮到融料流動方向,加強筋方向最好與料流方向一致,防止料流收到攪亂,降低塑料件的韌性。
3、加強筋通常還可以起到導流的作用,對于不易填充的部位,增加加強筋后會有所改善。
通常來說,注塑件的加強筋越高,則加強作用越明顯;
但加強筋越高,產(chǎn)生粘模、欠注、外表面縮水等工藝問題的幾率越大,
通常我們將加強筋高度設(shè)置不超過壁厚的3倍。
塑料制品除了使用上要求必須采用的尖角外,盡量設(shè)計圓角過渡,圓角有以下幾方面的優(yōu)點:
1、避免應(yīng)力集中,提高塑件強度。而塑件的尖角處通常應(yīng)力集中,受力時極易破裂,尤其是PC這一類對應(yīng)力較為敏感的材料;
2、改善材料的流動性,更容易填充;
3、有利于脫模;
4、有利于模具制造,帶有圓角的模具鑲件壽命更久。
根據(jù)材料力學的實驗結(jié)果,通常圓角半徑為壁厚的1/4時,就可大大減少拐角的應(yīng)力集中。當然,我們也需要從塑料件結(jié)構(gòu)的實際需求來設(shè)計圓角。