薄壁盖片高速注射模具设计+3d
薄壁盖片产品见图1，产品最大外形尺寸为66.10 mm x 40.69mm x 42.00 mm， 塑件平均胶位厚度0.80 mm，塑件材料为PA66+30GF，缩水率为1.005，塑件质量为5.43克。塑件技术要求为不得存在披峰、注塑不满、流纹、气孔、翘曲变形、银纹、冷料、喷射纹等各种缺陷。https://p3-sign.toutiaoimg.com/tos-cn-i-qvj2lq49k0/47e307373e5349e18f48fd1365573f3c~tplv-tt-large.image?x-expires=1973513897&x-signature=IbX4UB%2Bwfq16Uwn4GRUexCI8fy4%3D
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图1 薄壁盖片产品图
从图1可以看出，塑件结构为L型造型的简单塑件，壁厚为0.8，属于薄壁塑件。塑件本身除了薄壁之外，没有复杂的结构。薄壁塑件主要是为了满足某些特殊功能的需要，例如透光性、透磁性或便于某些射线穿过，满足产品的功能需求。另外一个目的就是节约材料，特别是一次性餐具，航空餐具等行业。薄壁化因具有减小产品重量及外形尺寸、便于集成设计及装配、缩短生产周期、节约材料和降低成本等优点成为塑料行业追求的目标，带动了塑料成型行业中注塑技术和高速精密注塑机的发展。
薄壁制品的设计和制造更为复杂，并受到成型工艺局限、材料流动性及高速注塑机性能的影响。薄壁制品要求应该具有高的冲击强度、良好的外观质量和尺寸稳定性，并能承受大的静态载荷，成型材料的流动性要好。设计过程中要重点考虑制品的刚性、抗冲击性和注塑性能。一次性餐具，碗，水杯，勺子等多采用PP和PE制作。工程塑件多采用尼龙制作。本文就以薄壁盖片为例，介绍工程塑料薄壁塑件的注塑模具设计特点。
圆筒形薄壁塑件，例如一次性航空杯，深腔快餐盒等，属于密闭的容器，薄壁塑件除了成型难度之外，还具有顶出难度，也就是说，型腔内部容易形成真空，塑件脱模容易变形，多利用伯努利原理，利用塑件内外吹其将其脱模。这种塑件的成型周期很短，只有几秒，其模具设计关键点请参考《伯努利效应在薄壁塑件空气顶出中的应用》. 模具制造.2021年第8期 45～47.
薄壁盖片产品简单，生产批量大，属于出口欧洲的模具。模具设计型腔排位为1出4.模具设计图见图2.与常规制品的模具相比，薄壁制品的模具从模具结构、浇注系统、冷却系统、排气系统和脱模系统等都有很大不同。浇口为侧浇口，浇口尺寸为3x0.3，为了实现全自动注塑，塑件采用顶针和直顶顶出，浇注系统凝料在顶出时自动拉断。
为承受成型时的高压，薄壁成型模具的刚度要大、强度要高。因此模具的动、定模板及其支承板厚度要厚。撑头要多，前后模仁四个角部设计虎口互锁，以保证精确定位和合模，防止弯曲和偏移。另外，高速射出速度增加了模具的磨损，因此模具采用较高硬度的工具钢1.2767，热处理硬度HRC54。
对于一模多腔的模具，浇注系统的平衡性要求远高于常规模具的要求。值得注意的是薄壁制品模具的浇注系统中还引入了两项先进技术，即热流道技术和顺序阀式浇口（SVG）技术。在流道设计的最终阶段，模流分析软件可以协助确认流动速率对于流道系统设计的敏感度，并且决定适当的成形条件。例如，设计多型腔直线型排列的流道系统时，不同的进浇速率会造成不同充填模式。一般而言，低进浇速率将先充饱远离竖直的主流道的模穴；见图4(a),高进浇速率则先充饱靠近竖直主流道的模穴,见图4（b）。原因在于低进浇速率的熔胶流动到第一个浇口时，会因流动阻力而流向流道的其它部分，等到流道系统内充满熔胶之后，上游的第一个浇口因部分熔胶凝固而产生较大的流动阻力。经过流道修改后大体平衡的流道设计见图4（c）所示。正确理解此图有利于进行模具型腔排位设计时进行相关选择。
薄壁制品不像传统壁厚件那样可以承受较大的因传热不均而产生的残余应力。为保证制品的尺寸稳定性，把收缩和翘曲控制在可以接受的范围内，就必须加强模具的冷却，确保冷却均衡。薄壁注塑成型模具一般需要有良好的排气性。由于填充时间短，注射速度高，模具的充分排气尤其是流动前沿聚集区的充分排气非常重要，以防困气。气体通常通过型芯、顶针及分型面等处排出。流道的末端也要充分排气。
因为薄壁制品的壁和筋都很薄，非常容易损坏，而且沿厚度方向收缩很小，使得加强筋和其他小结构很容易粘合，同时高保压压力使收缩更小。为避免顶穿和粘模，薄壁注塑成型应使用比常规注塑成型数量更多、尺寸更大的顶针。本套模具在中心部位设计了直顶顶出。
比如薄壁注塑成型的填充时间很短，很多填充时间不足0.5s，在这样短的时间不可能遵循速度曲线或截断压力，因此必须使用高解析度的微处理器来控制注塑机；在薄壁制品的整个注塑成型过程中，应同时各自独立地控制压力和速度。所以薄壁注塑需要使用专用的注射设备。如台湾中精机公司的VS-100薄壁注塑机、德国Dr．Boy公司开发的Boy型系列注塑机以及Battenfeld、Arburg和JSW等著名注塑机生产厂商开发的专用注塑机。
确定在薄壁注塑成型中增加的因素，并正确地考虑这些因素。一些在常规注塑中可以忽略的因素，往往会对薄壁成型熔体流动产生较大的影响。比如，在薄壁注塑中粘度对压力有明显的依赖性，而在常规注塑成型中却没有；熔接线强度对塑件性能影响很大，尤其是薄壁塑件，熔接线强度与温度和压力有关。现有的模流分析软件由于忽略了这些影响因素，因而在预测薄壁注塑成型填充时会出现不一致的现象。现有模流分析软件都是使用2D、2.5D要素代表三维几何图形的简化模型，没有考虑物理量在塑件壁厚方向上的变化。三维流动区域即拐角处流动、厚度变化区、熔体前端喷泉效应在现有的模流分析软件中还不能表示，而它们在薄壁注塑成型中起重要作用。目前的模拟软件主要包括填充、流动、保压、冷却、和翘曲分析等模块，各模块的开发是基于各自独立的数学模型，忽略了相互之间的影响。因此，充模流动、保压与冷却分析和翘曲模块必须有机地结合起来，进行耦合分析，才能综合反映实际的注塑成型。
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图2 薄壁盖片模具图
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图3 模具3D图
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图4 流道平衡解说图
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