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双色高光成型塑件的结构设计技术

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塑料工业 ・第40卷第2期 2012年2月 34・ CHINA PIJASTICS INDUSTRY 双色高光成型塑件的结构设计技术 陈茂顺,孙玲,辛勇,沙华 (南昌大学机电工程学院,江西南昌330031) 摘要:根据双色注塑和高光注塑成型对塑件结构的双重要求,基于和普通塑件结构设计方法的对比,针对双色高 光塑件的整体结构、连接方式、防溢设计及凸起、加强筋、圆角、孔等进行研究。结合双色高光塑件的双层结构及表 面高光的突出特点,得出其结构设计需遵守结构协调、黏结牢固及壁厚均匀三项原则。并以某液晶电视机前壳和电器 外壳结构设计为例,对双色高光塑料制品的结构设计做了具体阐述。 关键词:结构设计;双色高光塑件;双色高光成型 中图分类号:TQ320.66 2 文献标识码:B 文章编号:1005—5770(2012)02—0034—04 Structure Design Technique of Double。。injection High。。gloss Surface Plastic Parts CHEN Mao—shun,SUN Ling,XIN Yong,SHA Hua (College of Mechanical and Electircal Engineeirng,Nanchang University,Nanchang 33003 1,Chin) Abstract:According to the requirements of double—injection and high gloss plastics injection on structure design,the design methodology of structure with double color and high gloss surface including the main struc— ture and join way,shut。off design,bosses,ribs,fillets,hole,etc,were been studied based on conven- tional design method.The research lead to the conclusion that three main rules—correspondence of structure, sturdiness of connection and uniformity of wall。thickness,should be followed based on the outstanding charac— teristic of double。decker and high。gloss surface of high gloss double—injection plastic part.Finally study used a LCD TV front shell and electrical appliance shell as an example to illustrate structure design of double color high gloss plastic products. Keywords:Structure Design;Double—decker And High—gloss Plastic Part;High—gloss And Double。injection 双色高光成型又称双组份快速冷热成型技术或双 色高光无痕注塑技术,是近两年刚刚兴起的注塑技 术,其突出特点为:外观多彩、表面高光镜面、节省 时间、环保。原理是利用三维无汇线模具及模温控制 1 双色高光塑件结构设计技术 制品结构设计是影响制品质量高低的最关键因素 之一。对于双色高光成型,需要同时满足塑件的黏结 性能、力学性能以及美观性。如今双色高光技术刚刚 起步,同时模具表面光滑处理技术有限,双色高光塑 机使模温迅速升高或降低获得一次注塑件,然后通过 双色注塑机悬挂转盘旋转1 80度进行重叠注塑,从而 得到表面高度光亮且有两种色泽的制品¨吒J。利用 件结构仅限于板壳类结构,所以其结构比较简单。制 品分两层:外层较为美观,表观质量极高,为高光 面;内层在主体结构内侧一般增加提高力学性能的强 化结构,如加强筋、凸台、螺纹、支撑等结构。在内 层与外层连接处还需增设加强黏结强度的结构。双色 双色高光成型技术不仅可以获得表面质量极高、外观 美观的产品,而且可以消除熔接痕、银丝纹、降低翘 曲度,并且免去了后续的喷涂工序,既节省时间又环 保。目前该技术已应用于家电产品。本研究基于普通 注塑制品结构设计基本原则,综合考虑双色制品和高 光制品的具体结构,针对双色高光成型工艺特点研究 了双色高光制品结构设计技术,其结果可用于指导双 色高光制品的结构设计。 制品与高光制品结构设计差异明显,双色制品重点在 高的黏结强度,而高光制品的关键在于高光面的获 得。基于黏结强度与高光面两个主要因素,双色高光 制品结构设计需满足结构协调、黏结牢固、壁厚均匀 三个基本要求。 作者简介:陈茂顺,男,硕士研究生,主要研究方向为注塑成型CAD/CAE。ehenmaoshun5@163.son 第40卷第2期 陈茂顺,等:双色高光成型塑件的结构设计技术 ・35・ 1.1连接结构设计 二次加热现象,而且防止第二次注射时会漏到第一次 双色高光制品的结合面设计有多种,如图1所 注射材料的表面。 示。图1a为两个材料直接简单的贴合在一起,此种 结合方式主要依靠两种材料界面分子间的作用力来增 加黏结强度;图1b为外层注塑成型材料以u型半包 围内层注塑材料,此种结合方式主要靠外层注塑材料 的收缩对内层材料起到的包紧力,增加结合面接触面 积,并且二次注塑使内层熔体材料与结合面外层材料 图3防溢结构设计 Fig 3 Structure design to prevent flash 互溶、摩擦产生相互结合力,从而增加黏结强度;图 1c为外层注塑材料全包裹内层材料,此种方式完成 1.3筋类结构设计 了结构上的机械锁紧,达到结合面面积最大化,黏结 双色高光制品表面要求达到镜面效果,其对于光 强度最高,但此结构难于实现双色注塑成型。 的折射效果极为敏感,表面一旦出现缺陷便会被发 现,影响美观,因此表面不允许出现任何缺陷,即以 “零缺陷”的设计理念做指导,确保表面的镜面效 果。而成型收缩是影响塑件表观质量的主要因素,因 b 此消除由于制品收缩带来的缺陷是解决缺陷问题的首 要任务。而双色高光注塑过程中,在冷却阶段模具温 度通过冷却液迅速下降,同时保压压力尚未消除,冷 却收缩部分可依靠热流道内熔体的补缩抵消;而且由 图1接合面结构设计 于双色高光成型进行的是快速冷热变换,在极短的时 Fig 1 Structure design of jointing surface 间模具温度迅速下降,从而使塑件尚未收缩便已经冷 却,故双色高光塑件收缩率较普通成型塑件小得多。 双色高光制品两种材料间黏结强度的增加主要有 但是,不同壁厚的收缩仍会有不同,造成表面收缩不 两种方式,如图2。一种是图2a所示,通过增加内 均现象,故塑件结构设计时要考虑壁厚的均匀,结构 层与外层在非工作面的接触面积,即增加黏结面积, 的协调,结构变化间的平缓过渡等。 从黏结“量”的增加考虑;另一种如图2b所示,可 在塑件结构设计中一般需增设加强筋来提高塑件 在制品内外层接触面处设计凸凹卡槽,从结构上的相 囵一 力学性能。加强筋致使塑件局部地方出现壁厚不均现 互制约,以期提高内外层的结合力度。 象,故影响收缩程度,从而易导致塑件表面缺陷。普 通塑件筋类设计一般取高度为塑件壁厚A的3倍,筋 厚度不超过2/3A,如图4a。但是双色高光塑件的高 光面要求要最大限度地减小壁厚不均现象,所以其加 强筋厚度要小于2/5A,筋高不超过1.5A,如图4b。 b 图2 两种增加黏结强度的结构设计 Fig 2 Two kinds of structure design to increase stick strength 1.2防溢(跑胶)结构设计 在注射过程中,由于高光面要求很高的注射温 度,所以第二次注射的物料会对一次注射件的表面产 a一普通塑件加强筋 b一双色高光塑品加强筋 生二次加热。在两个材料连接处,一次注射件受热升 图4加强筋结构设计 温,发生软化,同时若在较大的注射压力下,二次注 Fig 4 Rib desing 射物料会溢到一次注射件表面产生缺陷。若在两个材 1.4凸起结构设计 料的连接处设置一条细小的沟槽,如图3所示,这里 双色高光塑件中的凸起结构设计要根据其所在的 把这种设计叫止溢槽,不但可以减弱甚至防止连接处 位置来设计。当其设在具有高光要求的部位或外层内 ・36・ 塑料工业 2012正 侧就要按照高光要求结构设计;当其设在制品内层或 不要求高光处,便可按照普通制品结构设计。 计。需要注意的是设计结构时应尽量避免结构突变 区,为提高结构协调性,和壁厚的均匀性,可在有结 普通塑件较小凸起多为简单的一个圆柱,如图 5a;较大凸起通常在其一边或两边加上加强筋,由于 凸起尺寸较大,极易在制品表面出现缩痕,见图5b。 构突变区改为过渡区,由于熔体表面张力使熔体的截 面趋于圆滑,所以制品的截面形状突变处应可做圆弧 过渡设计。 双色高光塑件要求尽可能的降低壁厚不均及结构突变 现象,这种设计方法并不适合双色高光制品。针对双 色高光制品小型凸起可在凸起处做一缓坡凹坑坡度约 15。,深度约1 mm左右,如图5c。如此即减小了壁 2设计实例 2.1 某液晶电视前壳结构设计 某公司液晶显示器前壳双层结构如图所示,内外 厚不均现象,同时壁厚不均处有了平缓的过渡。 双色高光制品大型凸起采用缓坡作用并不明显, 需另做设计。缩痕是由凸起处高度尺寸过大引起,因 此可在凸起处设计一个大一点的支架,将凸起设计在 支架上,便可解决凸起处壁厚过大导致的表面缩痕现 象,如图5d所示。 ● a一传统小凸起 b一传统大凸起 c一改进小凸起d一改进大凸起 图5凸起结构设计 Fig 5 Boss design 1.5孔、卡扣,圆角等结构 制品中出现孔结构,可能会出现两种缺陷,一是 降低制品的强度;二是熔体注射型腔时,流到有孑L 处,必然会出现分流现象,从而容易导致熔接痕的产 生。因此,在设计时尽量减少不必要的孔结构。针对 孔结构的设计根据其易产生的缺陷可以从两方面考 虑:其一,在孔影响到制品强度时,可在孑L处设计小 型凸台来加固孔结构。其二,可将模具浇口位置设置 在距离孔较近的地方,当料流流经孔结构时,高光所 特有的高温注塑可以保证很高的料流前沿温度,在经 过孔后汇合时仍能很好地融合在一起,从而消除熔 接痕。 卡扣及圆角一般对整个制品塑件来讲都是极小的 结构特征,可以根据普通制品结构设计要点进行设 层材料均为聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA),但外层为 透明料,内层加入黑色色母,显黑色。制品外层要求 高光面,高透明度,且无熔接痕、缩痕等缺陷。制品 外形尺寸为590 mm×397.5 mm,内层主体壁厚为3 mm,外层主体壁厚为4 mm,如图6a所示。 制品双层连接方式采用U型半包围结构以增强 其黏结强度。由于制品尺寸较大,容易变形,故在制 品内侧一圈增设厚1 mm,高4.5 mm的加强筋。在 为与显示器后壳连接,在筋处设多个小型圆柱凸台, 直径5 mm,高6.5 mm;前壳底部因受力较大,需在 增设4个直径8 mm,高20 mm大型凸起以提高前壳 与其他部件的连接强度;电视显示面板边缘内外层交 界处可设防溢凹槽,凸起和防溢结构剖视如图6b 一一 a 液晶电视机前壳 b一凸起和防溢结构剖视图 图6某液晶电视机前壳模型 Fig 6 CAD model of LCD TV front shell 2.2某家用电器外壳结构设计 某家用电器外壳结构设计局部如图7所示。制品 在内层较厚处开一椭圆型槽(图7a所示),以保证 壁厚均匀性,减小收缩不均现象。为增强内外层黏结 强度,可在其接触面上设计一个很小的椭圆形卡槽 (图7b所示)。 b 图7某电器结构局部视图 Fig 7 Electric appliance structure partiM views 第40卷第2期 陈茂顺,等:双色高光成型塑件的结构设计技术 ・37・ 3 结束语 本文根据双色注塑成型和高光注塑成型特点,通 原则,应尽量避免结构突变,导致收缩不均,进而影 响双色高光制品的表面质量。 参考文献 [1]万三军,陈旭松,李积彬.电视机面壳双色高光无痕注 射模设计[J].模具制造,2010(5):46—51. [2]刘东雷,辛勇.RHCM成型高光制品的结构设计技术 过与普通塑件结构设计技术的对比与分析,对双色高 光制品的主体结构连接方式、防溢设计、凸起、加强 筋、圆角、孑L等结构设计技术进行了分析和介绍,得 出双色高光制品结构设计总原则为:1)壁厚均匀性 原则,这是设计制品的一般性基本原则,而双色高光 制品对其要求更高,以防止壁厚不均导致的收缩不 均,从而影响表面高光度。2)黏结牢固原则,两种 [J].高分子材料科学与工程,2009,25(8):162 —166. [3]赵兰蓉.双色注塑成型技术及其发展[J].塑料科技, 2009,37(11):92—95. 组分的组合强度在于其连接位置是否牢固,故粘双色 高光制品需保证其较高的黏结强度。3)结构协调性 (本文于2011—11—07收到) (上接第12页) [12]CAI Z,ZHAO S C,SHEN B X,et a1.The effect of biey— cleated crystallization kinetics[J]. Macromolecules, 1993,26(14):3639—3643. clo[2,2,1]hept。5。ene。2,3-dicarboxylate on the me— chanical properties and crystallization behaviors of isotactic [22]史观一,张景云. 晶型聚丙烯的研究[J].科学通 报,198t,26(12):731—733. [23]SHI G Y,ZHANG J Y,JIN H S.Beta crystlaline isotactic polypropylene,process for the preparation thereof,and arti— polypropylene[J].J Appl Polym Sci,2010,l16(2): 792—800. 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