本發(fā)明涉及注塑成型領域，尤其涉及一種薄壁塑件的注塑成型方法。

背景技術：

隨著移動互聯(lián)網時代的來臨，人們對智能設備“輕、薄、小、巧”的追求形成了一種風氣，這使得薄壁注塑成型得到了飛速的發(fā)展。目前關于薄壁注塑成型還沒有統(tǒng)一的定義，從塑件壁厚方面來說，通常定義壁厚小于1mm或者1.5mm的注塑為薄壁注塑；從流長比(即從熔體進入模具到熔體必須充填的型腔最遠點的流動長度和相應的平均壁厚之比)方面來說，則定義流長比在100或150以上的注塑為薄壁注塑。隨著技術的發(fā)展，薄壁注塑成型定義的臨界值也將發(fā)生變化，它應該是一個相對的概念。

與常規(guī)注塑成型相比，薄壁注塑成型具有減小產品質量及外形尺寸、便于集成設計及裝配、縮短生產周期、節(jié)約材料和降低成本等優(yōu)點，同時薄壁成型技術也具有一些難點：

(1)成型需要高射壓、高射速和高料溫的成型條件，成型過程復雜，工藝過程敏感，成型難度大，可成型性差；

(2)成型需要高流動性、大流長、高抗沖擊強度的樹脂材料；

(3)成型需要特別設計的高性能模具；

(4)需要專用的薄壁注塑成型機；

(5)制品剛度設計要求高，而且脫模頂出比較困難；

(6)成型過程的CAE分析技術復雜，對技術人員要求高。

薄壁塑料由于厚度較薄，在注射階段，塑性熔體進入模腔后其流動通道會非常窄，而且由于模具的溫度遠低于熔體溫度，熔體會粘附在模具表面阻擾后面熔體的進一步前進，這樣大大增加了注塑成型的難度，影響薄壁塑料的質量。

現(xiàn)有技術中，公開號為CN101439575A的中國專利公開了一種薄膜塑料制品的注塑成型工藝，熔體采用推薦溫度，不需要提高，根據(jù)不同塑料原料的性質以及模具結構調整模具溫度在20～150℃之間，根據(jù)不同成型面積控制注射壓力在1500～3000kg/cm2，注射速度400～2000mm/s，把熔體注射入模具，然后迅速切換到保壓，保壓分段進行，采用2或3或4段，調節(jié)各段的保壓壓力及保壓時間，經冷卻后完成成型過程。該專利雖然也規(guī)定了模具溫度，但是并未對模具溫度的控制進行具體說明。

現(xiàn)有技術中，公告號為CN202155995U的中國專利公開了一種薄壁注塑動模以及薄壁注塑模具，在普通的注塑機上通過兩次合模實現(xiàn)薄壁注塑成型，而無需利用專用的高速注射機，從而降低了薄壁注塑成型的實現(xiàn)成本。該專利雖然能在一定程度上實現(xiàn)薄壁注塑成型，但是由于兩次合模會增加注塑時間，造成塑料熔體分布不均勻，影響成型效果，而且很難克服翹曲問題

因此，如何針對上述現(xiàn)有技術中的薄壁塑件的注塑成型方法所存在的缺點進行研發(fā)改良，實為相關業(yè)界所需努力研發(fā)的目標，本發(fā)明人有鑒于此，乃思及創(chuàng)作的意念，遂以多年的經驗加以設計，經多方探討并試作樣品試驗，及多次修正改良，乃推出本發(fā)明。

技術實現(xiàn)要素：

為克服現(xiàn)有技術中薄壁塑件注塑成型由于流通通道小而在模具表面冷凝影響熔體注射均勻及成品易出現(xiàn)翹曲等問題。

本發(fā)明提供了一種薄壁塑件的注塑成型方法，包括如下步驟：

步驟一：塑性原料填充，將塑性原料放入料斗，經螺桿擠出機高溫熔融并注射到模腔；注射壓力為1500～3000kg/cm²，注射時間為0.5～2s，注射速度控制在500～1000mm/s；控制模具溫度在50～220℃之間動態(tài)變化，采用高頻或超高頻電磁感應線圈加熱對模具靠近模腔表面0.1～1mm區(qū)域進行局部加熱，頻率控制在100～500kHz；采用高頻或超高頻電磁感應線圈加熱，由于高頻或超高頻電磁感應的穿透深度較小，使得能量分布在模具靠近模腔的表層，實現(xiàn)局部加熱，這樣可有效降低模具的冷卻時間，減少能量浪費；同樣由于模具表面溫度與熔體溫度接近甚至略高于熔體溫度，不僅可避免熔體在模具表面的凝聚，而且還可能用于平衡熔體內溫度，使熔體冷卻后成型的塑料成品更加均勻，有效降低翹曲現(xiàn)象；此外由于熔體在模腔內凝聚時間延長，這可大幅降低對注射工藝的要求，能允許適當增加注射時間，降低注射速度，降低分子之間的取向度，減少成品翹曲；

步驟二：保壓工藝，保壓壓力控制在400～800kg/cm²，保壓時間為4～10s；保壓壓力主要是對模腔內熔體進行再次的壓實，降低體積收縮率對產品造成的影響，這里要實際操作時可選擇分段操作，保壓壓力逐漸增大，防止因一次保壓壓力過大而在熔體內部產生內應力，從而造成塑件成品變形；關于保壓時間的確定，其與澆口的凝固時間有關，在實際操作中，保壓時間可在澆口凝固略往后位置，使?jié)部诓辉傺a充注射熔體后再慢慢完成保壓；

這里優(yōu)選分為三段，第一段保壓壓力為400～500kg/cm²，保壓時間為2～4s，第二段保壓壓力為600～700kg/cm²，保壓時間為1～3s，第三段保壓壓力為700～800kg/cm²，保壓時間為1～3s；

步驟三：冷卻工藝，降低模具溫度，使其達到塑性熔體的頂出溫度以下，冷卻時間控制在4～10s；冷卻工藝由于之前采用局部加熱，有效減少了該階段時間，從而降低了單次注塑成型的周期，提高了生產效率；

以及步驟四：開模工藝，將成型塑件頂出，完成一次注塑成型。

進一步，所述步驟一中，所述電磁感應線圈由內至外至少包括：第一層線圈、第二層線圈和第三層線圈，

其中，每層線圈流過驅動電流的頻率均不相同，流過第一層線圈的電流頻率為100～150kHz，流過第二層線圈的電流頻率為200～300kHz，流過第三層線圈的電流頻率為300～500kHz。電磁感應線圈加熱時，其在模具表面加熱受其能量穿透的影響，由于線圈與模具表面存在一定距離，單層線圈其能量在模具表面加熱厚度方向存在一定的不均勻性，這樣導致模具表面的溫度快速向內傳導，無法在熔體注射階段進行有效的保持，這里采用多層線圈設計，通過線圈從內到外電流頻率逐漸增加，能有效彌補在模具表面一定厚度區(qū)域的溫度差，從而降低熔體注射階段模具表面溫度的損失。

進一步，所述電磁感應線圈的形狀為方形，均勻鋪設在模具內表面5～20mm位置處，每層線圈之間的距離L范圍為3～8mm。在實際操作中發(fā)現(xiàn)，電磁感應線圈設置成圓形、橢圓形及螺旋形，其加熱速度、加熱均勻性均不理想，設置成方形時，加熱速度可有效提高。

進一步，所述模具為雙層結構，其靠近模腔表面加熱層為硅鐵鋁鎳鋅合金，其硅含量為13～15wt％，鋁含量為6～8wt％，鎳含量為1～2wt％，鋅含量為1～2wt％，其余為鐵和雜質，其中雜質含量小于0.5wt％。在加熱時，只對加熱層區(qū)域進行加熱，該硅鐵鋁鎳鋅合金不僅具有良好的熱傳導率，而且其表面呈現(xiàn)非常光滑的狀態(tài)，熔體不易粘附。

進一步，將模具的加熱和冷卻時的溫度用模型進行表征，考慮到采用的是電磁感應加熱，而且需要合適的保壓時間，其模型分為加熱階段和降溫階段，加熱階段時間為t₁，降溫階段時間為t₀-t₁，所述模具靠近膜腔表面溫度隨時間的變化關系為：

其中，T₁為塑性原料的玻璃化溫度，T₂為塑性原料的頂出溫度，ΔT₁為模具加熱到最高溫度時超出玻璃化溫度的溫度差，ΔT₂為模具冷卻到最低溫度與頂出溫度之間的溫度差，t為時間變量，t₀為注塑成型周期，t₁為加熱時間，k₁為感應線圈加熱常量，k₂為溫差控制常量，k₃為冷卻時間控制常量，a為冷卻溫差控制常量，T為在時間t時模具靠近模腔表面的溫度。其中k₁可通過調節(jié)感應線圈的電流，對多層感應線圈電流進行合理搭配進行控制。

溫差控制常量k₂滿足如下關系：所述冷卻溫差控制常量滿足如下關系：ΔT₁和ΔT₂滿足如下關系：

且

當nt₀＜t≤nt₀+t₁，且T＝T₁-ΔT₁時，開始將塑料熔體注射到模腔中；

當nt₀+t₁＜f≤(n+1)t₀，且T＝T₁-ΔT₁時，完成塑料填充進入保壓階段，保壓階段時間可以和冷卻階段時間接近或略小于冷卻段時間。

此外本發(fā)明還根據(jù)需要對噴嘴結構進行了改進，以配合模具溫度控制系統(tǒng)延遲熔體冷卻時間。

具體地步驟一中，在注射階段采用直通式噴嘴，所述噴嘴由內至外包括加速段和加熱段，所述加速段從機筒到噴嘴口口徑呈曲線形逐漸變窄，所述加熱段設在噴嘴口，其內設有加熱組件，可有效補償熔體溫度，特別是補償熔體進入模腔過程中的溫度損失。

進一步，加熱段表面溫度高于熔體溫度5～10℃，且從機筒到噴嘴口方向溫度逐漸降低，在熔體注射到模腔位置處溫度差為5℃。

進一步，所述加熱段內表面涂覆鎂鋅錳鎳合金材料，涂覆厚度為0.1～0.5mm，所述鎂合金材料中鋅含量為2～5wt％，錳含量為1.5～2.5wt％，鎳含量為0.5～1.5wt％，其余為鎂與雜質，雜質含量小于0.2wt％，其具有非常優(yōu)良的熱傳導性能，在注射完成，進入保壓階段，停止加熱，使噴嘴還可為補充注射熔體在一定時間內保溫，使保壓階段的噴嘴口處的熔體能順利注射到模腔中。

從上述技術方案可以看出，本發(fā)明薄壁塑件的注塑成型方法至少具有以下有益效果其中之一：

(1)采用高頻或超高頻電磁感應線圈加熱，由于高頻或超高頻電磁感應的穿透深度較小，使得能量分布在模具靠近模腔的表層，實現(xiàn)局部加熱，這樣可有效降低模具的冷卻時間，減少能量浪費；同樣由于模具表面溫度與熔體溫度接近甚至略高于熔體溫度，不僅可避免熔體在模具表面的凝聚，而且還可能用于平衡熔體內溫度，使熔體冷卻后成型的塑料成品更加均勻，有效降低翹曲現(xiàn)象；此外由于熔體在模腔內凝聚時間延長，這可大幅降低對注射工藝的要求，能允許適當增加注射時間，降低注射速度，降低分子之間的取向度，減少成品翹曲；

(2)電磁感應線圈加熱時，其在模具表面加熱受其能量穿透的影響，由于線圈與模具表面存在一定距離，單層線圈其能量在模具表面加熱厚度方向存在一定的不均勻性，這樣導致模具表面的溫度快速向內傳導，無法在熔體注射階段進行有效的保持，這里采用多層線圈設計，通過線圈從內到外電流頻率逐漸增加，能有效彌補在模具表面一定厚度區(qū)域的溫度差，從而降低熔體注射階段模具表面溫度的損失；

(3)電磁感應線圈采用方形，均勻鋪設在距離模具內表面5mm～20mm位置處，每層線圈之間的距離L范圍為3～8mm；采用方形電磁感應線圈，其多層線圈分布在模具表面的能量更加均勻，相比于圓形、橢圓形及螺旋形線圈，其加熱速度和均勻性均表現(xiàn)良好；

(4)在噴嘴口設置加熱段，可有效補償熔體溫度，特別是補償熔體進入模腔過程中的溫度損失；

(5)在噴嘴口涂覆鎂鋅錳鎳合金材料，其具有非常優(yōu)良的熱傳導性能，在注射完成，進入保壓階段，停止加熱，使噴嘴還可為補充注射熔體在一定時間內保溫，使保壓階段的噴嘴口處的熔體能順利注射到模腔中。

附圖說明

圖1為根據(jù)本發(fā)明實施例薄壁塑件的注塑成型方法的流程圖；

圖2是本發(fā)明優(yōu)選之模具結構圖；

圖3是本發(fā)明優(yōu)選之模具溫度變化圖；

圖4是本發(fā)明優(yōu)選之噴嘴結構圖。

圖中各標記含義如下：

1-模具； 2-加熱層； 3-第一層線圈；

4-第二層線圈； 5-第三層線圈； 6-直通式噴嘴；

7-加速段； 8-加熱段； 11-模腔。

具體實施方式

為使本發(fā)明的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚明白，以下結合具體實施例，并參照附圖，對本發(fā)明進一步詳細說明。

在本發(fā)明的第一個示例性實施例中，提供了一種薄壁塑件的注塑成型方法。如圖1所示，本實施例薄壁塑件的注塑成型方法包括如下步驟：

步驟一：塑性原料填充，將塑性原料放入料斗，經螺桿擠出機高溫熔融并注射到模腔；注射壓力為1000～1200kg/cm²，注射時間為1～4s，注射速度控制在300～600mm/s；控制模具溫度在50～220℃之間動態(tài)變化，采用高頻或超高頻電磁感應線圈加熱對模具1靠近模腔11表面0.1～1mm區(qū)域進行局部加熱，頻率控制在100～500kHz；采用高頻或超高頻電磁感應線圈加熱，由于高頻或超高頻電磁感應的穿透深度較小，使得能量分布在模具1靠近模腔的表層，實現(xiàn)局部加熱，這樣可有效降低模具的冷卻時間，減少能量浪費；同樣由于模具1表面溫度與熔體溫度接近甚至略高于熔體溫度，不僅可避免熔體在模具1表面的凝聚，而且還可能用于平衡熔體內溫度，使熔體冷卻后成型的塑料成品更加均勻，有效降低翹曲現(xiàn)象；此外由于熔體在模腔11內凝聚時間延長，這可大幅降低對注射工藝的要求，能允許適當增加注射時間，降低注射速度，降低分子之間的取向度，減少成品翹曲。

步驟二：保壓工藝，保壓壓力控制在400～800kg/cm²，保壓時間為4～10s；保壓壓力主要是對模腔11內熔體進行再次的壓實，降低體積收縮率對產品造成的影響，這里要實際操作時可選擇分段操作，保壓壓力逐漸增大，防止因一次保壓壓力過大而在熔體內部產生內應力，從而造成塑件成品變形；關于保壓時間的確定，其與澆口的凝固時間有關，在實際操作中，保壓時間可在澆口凝固略往后位置，使?jié)部诓辉傺a充注射熔體后再慢慢完成保壓。

這里優(yōu)選分為三段，第一段保壓壓力為400～500kg/cm²，保壓時間為2～4s，第二段保壓壓力為600～700kg/cm²，保壓時間為1～3s，第三段保壓壓力為700～800kg/cm²，保壓時間為1～3s。

步驟三：冷卻工藝，降低模具1溫度，使其達到塑性熔體的頂出溫度以下，冷卻時間控制在4～10s；冷卻工藝由于之前采用局部加熱，有效減少了該階段時間，從而降低了單次注塑成型的周期，提高了生產效率。

步驟四：開模工藝，將成型塑件頂出，完成一次注塑成型。

所述塑性原料可以是ABS塑料、PC塑料、ABS與PMMA混合塑料中的一種。

如圖2所示，電磁感應線圈由內至外至少包括三層：第一層線圈、第二層線圈和第三層線圈。每層線圈流過驅動電流的頻率均不相同，流過第一層線圈3的電流頻率為100～150kHz，流過第二層線圈4的電流頻率為200～300kHz，流過第三層線圈5的電流頻率為300～500kHz。電磁感應線圈加熱時，其在模具表面加熱受其能量穿透的影響，由于線圈與模具表面存在一定距離，單層線圈其能量在模具表面加熱厚度方向存在一定的不均勻性，這樣導致模具表面的溫度快速向內傳導，無法在熔體注射階段進行有效的保持，這里采用多層線圈設計，通過線圈從內到外電流頻率逐漸增加，能有效彌補在模具表面一定厚度區(qū)域的溫度差，從而降低熔體注射階段模具表面溫度的損失。

電磁感應線圈的形狀為方形，均勻鋪設在距離模具內表面5～20mm位置處，每層線圈之間的距離L范圍為3～8mm；在實際操作中發(fā)現(xiàn)，電磁感應線圈設置成圓形、橢圓形及螺旋形，其加熱速度、加熱均勻性均不理想，設置成方形時，加熱速度可有效提高。

模具為雙層結構，其靠近模腔表面加熱層2為硅鐵鋁鎳鋅合金，其硅含量為13～15wt％，鋁含量為6～8wt％，鎳含量為1～2wt％，鋅含量為1～2wt％，其余為鐵和雜質，其中雜質含量小于0.5wt％。在加熱時，只對加熱層2區(qū)域進行加熱，該硅鐵鋁鎳鋅合金不僅具有良好的熱傳導率，而且其表面呈現(xiàn)非常光滑的狀態(tài)，熔體不易粘附。

將模具的加熱和冷卻時的溫度用模型進行表征，考慮到采用的是電磁感應加熱，而且需要合適的保壓時間，其模型分為加熱階段和降溫階段，如圖3所示，加熱階段時間為t₁，降溫階段時間為t₀-t₁，所述模具靠近膜腔表面溫度隨時間的變化關系為：

其中，T₁為塑性原料的玻璃化溫度，T₂為塑性原料的頂出溫度，ΔT₁為模具加熱到最高溫度時超出玻璃化溫度的溫度差，ΔT₂為模具冷卻到最低溫度與頂出溫度之間的溫度差，t為時間變量，t₀為注塑成型周期，t₁為加熱時間，k₁為感應線圈加熱常量，k₂為溫差控制常量，k₃為冷卻時間控制常量，a為冷卻溫差控制常量，T為在時間t時模具靠近模腔表面的溫度。其中k₁可通過調節(jié)感應線圈的電流，對多層感應線圈電流進行合理搭配進行控制。

溫差控制常量k₂滿足如下關系：所述冷卻溫差控制常量滿足如下關系：ΔT₁和ΔT₂滿足如下關系：

且

當nt₀＜t≤nt₀+t₁，并且T＝T₁-ΔT₁時，開始將塑料熔體注射到模腔中；當nt₀+t₁＜t≤(n+1)t₀，并且T＝T₁-ΔT₁時完成塑料填充進入保壓階段。保壓階段時間可以和冷卻階段時間接近或略小于冷卻段時間。

在注射階段采用直通式噴嘴6。請參照圖4，所述直通式噴嘴6包括加速段7和加熱段8，所述加速段7從機筒到噴嘴口口徑呈曲線形逐漸變窄，所述加熱段8設在噴嘴口，其內設有加熱組件。

加熱段8表面溫度高于熔體溫度5～10℃，且從機筒到噴嘴口方向溫度逐漸降低，在熔體注射到模腔位置處溫度差剛好為5℃。在噴嘴口設置加熱段，可有效補償熔體溫度，特別是補償熔體進入模腔過程中的溫度損失。

加熱段內表面涂覆鎂鋅錳鎳合金材料，涂覆厚度為0.1～0.5mm，所述鎂合金材料中鋅含量為2～5wt％，錳含量為1.5～2.5wt％，鎳含量為0.5～1.5wt％，其余為鎂與雜質，雜質含量小于0.2wt％。在噴嘴口涂覆鎂鋅錳鎳合金材料，其具有非常優(yōu)良的熱傳導性能，在注射完成，進入保壓階段，停止加熱，使噴嘴還可為補充注射熔體在一定時間內保溫，使保壓階段的噴嘴口處的熔體能順利注射到模腔中。

經上述工藝后的塑件與一般薄壁塑件相比，具有良好的表面性能，其表面要明顯比其他薄壁塑件光滑，且翹曲性能得到了很大的改善至此，已經結合附圖對本實施例進行了詳細描述。

依據(jù)以上描述，本領域技術人員應當對本發(fā)明有了清楚的認識。需要說明的是，在附圖或說明書正文中，未繪示或描述的實現(xiàn)方式，均為所屬技術領域中普通技術人員所知的形式，并未進行詳細說明。

還需要說明的是，本文可提供包含特定值的參數(shù)的示范，但這些參數(shù)無需確切等于相應的值，而是可在可接受的誤差容限或設計約束內近似于相應值。此外，除非特別描述或必須依序發(fā)生的步驟，上述步驟的順序并無限制于以上所列，且可根據(jù)所需設計而變化或重新安排。并且上述實施例可基于設計及可靠度的考慮，彼此混合搭配使用或與其他實施例混合搭配使用，即不同實施例中的技術特征可以自由組合形成更多的實施例。

以上所述的具體實施例，對本發(fā)明的目的、技術方案和有益效果進行了進一步詳細說明，所應理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內。