什么是薄壁注塑？ 薄壁注塑对注塑机、模具、塑料均有要求。文章探讨薄壁的特性、经济效益及设备的设计。

    何谓薄壁？

    简单的看法，当壁厚小于1mm时称为薄壁。更全面地，薄壁的定义与流程/壁厚比、塑料的粘度及传热系数均有关系。

    从模具的主流道到成品最远一点的流程L，除以成品的壁厚t，称为流程/壁厚比。当L/t＞150时，称之为薄壁。如流程的厚薄不一致，可分段计算。

    流程/壁厚比 PP的粘度因数是1。一次即弃饭盒的流程135mm，壁厚0.45mm，流程/壁厚比=300。PC的粘度因数是2。手机电池外壳的流程38mm，t=0.25mm，流程/壁厚比=152。乘上粘度因数是304，与饭盒的相若。

    一般塑料的导热不良。为了增加散热效果或达到电磁波兼容性，一些外壳会采用高导热性的塑料。金属粉末亦属于高导热性的。 上式是注塑成品的冷却时间公式，其中t=壁厚，Tm=溶融温度，TW=模壁温度，T=脱模温度，α=塑料传热系数。L/t的定义要包括粘度因数及传热因数在内。

    我来完善一下，什么是薄壁注塑？

    简述首先为何要薄壁注塑？

    塑料原料的成本通常占制品成本的一个大比数，如50-80%。薄壁有助降低这个比数。由于消费性电子设备如手机、MP3播放机、数码相机、掌上计算机的小型化及轻便化，有关的塑件设计便越来越薄。

    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消费行业追求的目标，已成为塑料成型行业中新的研究热点。

    工艺薄壁制品的设计思想和方法更为复杂，并进一步受到成型局限及材料选择的影响。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、抗冲击性和可制造性。

    成型薄壁制品时一般需要专门设计的薄壁制品专用模具。与常规制品的标准化模具相比，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发生了重大变化。主要表现在以下几个方面：

    （1）模具结构：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、定模板及其支承板重量较大，厚度通常比传统模具的模板要厚。支撑柱要多，模具内可能要多设置内锁，以保证精确定位和良好的侧支撑，防止弯曲和偏移。另外，高速射出速度增加了模具的磨损，因此模具要采用较高硬度的工具钢，高磨损、高冲蚀区（如浇口处）硬度应大于HRC55。

    （2）浇注系统：成型薄壁制品，特别是制品厚度非常小时，要使用大浇口，而且浇口应该大于壁厚。如是直浇口应设置冷料井，以减少浇口应力，协助填充，减少制品去除浇口时的损坏。为保证有足够的压力充填薄的模腔，流道系统中应尽可能减少压力降。为此，流道设计要比传统的大一些，同时要限制熔体的驻留时间，以防止树脂降解劣化。当是一模多腔时，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。

    （3）冷却系统：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。较好的冷却措施有在型芯及模腔模块内采用不闭合冷却线，加大冷却长度，均可增强冷却效果，必要的地方加入高传导率金属镶块，以加快热传导。

    （4）排气系统：薄壁注塑成型模具一般需要有良好的排气性，最好可以进行抽真空操作。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，以防困气引燃。气体通常通过型芯、顶杆、加强筋、螺柱及分型面等处排出。流道的末端也要充分排气。日本Sumitomo公司用多孔工具钢做小嵌件来解决小件制品的排气问题。

    （5）脱模系统：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、尺寸更大的顶出销。

    常规的注塑机很难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，常规注塑机的充填阶段用速度控制，保压阶段再转为压力控制的方法已不适用。所以机械设备制造商与研究机构共同合作努力，研制出了专用的注射设备。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。

    薄壁注塑成型材料流动性要好，必须拥有大的流动长度。还有具有高的冲击强度，高热变形温度，良好的尺寸稳定性。另外，还要考察材料的耐热性、阻燃性、机械装配性及外观质量等等。目前，薄壁注塑成型广为应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。

    技术常规注塑的填充过程和冷却过程是交织在一起的，当聚合物熔体流动时，熔体前沿遇到相对温度较低的型芯表面或型腔壁，就会在其表面形成一层冷凝层，熔体在冷凝层内继续向前流动，冷凝层厚度对聚合物的流动有着显著地影响。

    需要对薄壁注塑成型中的冷凝层的性质进行更深入、更全面的研究。因此有关薄壁注塑成型的数值模拟还需在以下几方面做很多工作。

    （1）更深入全面研究薄壁注塑成型理论，尤其是冷凝层的性质，以便提出更加合理的假设条件和边界条件。由上述分析可知，在薄壁注塑成型过程中，其很多条件和常规注塑成型有很大不同。模拟时，熔体流动数学模型的许多假设和边界条件在薄壁注塑成型中需要进行适当的调整。

    （2）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，但常规数值模拟时没有考虑压力的影响；材料的比热、传热系数和压力损失等。现有的商品化数值模拟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。

    （3）应用真正的三维数值模拟。现有商品化的数值模拟软件都是使用二维、二维半要素代表三维几何图形的简化模型，没有考虑物理量在厚度方向上的变化。三维流动区域即拐角处流动、厚度变化区域、熔体前端喷泉效应在现有的数值模拟软件中还不能表示，而它们在薄壁注塑成型中起重要作用。

    （4）注塑成型全过程模拟。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。但是，从注塑成型工艺过程来看，塑料熔体的充模流动、保压和冷却等是交织在一起并相互影响的，这在薄壁注塑成型中尤为明显。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。