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塑胶外观及模具解决方案
 

  消费类电子产品用模具 —高品质外观及模具解决方案 Mould for consumer electronic products - mould solution to achieve high-quality appearance 1 如何建立竞争优势? 消费电子表面上市场繁荣,但激烈 的竞争使得商家利润不断压缩! 创新 可能使企业获得新的利润增长点! 2 外观创新 ? 产品的创新是全方位的 外观 功能 安全 方便 …… ? MP3—功能、质量都类同化 时,是什么最有可能刺激你 的购买欲呢? 高品质的外观 3 高品质外观 —抓住你的眼球 ? 消费者首先会通过感观对产品外观进 行品评,这在很大程度上会影响消费 者对内在质量的推测。可以设想,一 个“脸面”都做不好的企业,能相信 它的内在质量吗? 在令消费者眼花缭乱的新产品中,高 品质的外观将首先抓住你的眼球! 4 ? 高品质外观 —来源于一流的设计 当艺术与科技巧妙融合时…… 5 高品质外观 —三星的成功 ? 三星电子的质量并不 一定是最出色的,但 其销量确是第一。 ? 三星当年推出的滑盖 手机一夜之间风靡全 球,获得多个设计大 奖,之后滑盖造型被 竟相模仿,直到现在, 也是受大众所喜爱的 一个造型。 6 消费电子外观件 —塑料件的天下 ? 塑料,堪称人类二十世纪最伟大的发明 之一。 由于其密度小、强度高、易成型、耐腐 蚀、好着色……等等一系列的优点,在 消费电子的外观件中占据着统治地位。 ? ? 而这其中,又以注塑成型的塑料件最多 7 如何打造高品质塑料件? ? ? 塑胶原料(Resin) 注塑设备 8 如何打造高品质塑料件? ? 注塑模具 9 高品质外观 —与高品质模具 从模具方面来说,打造高品质外观的塑料件必 须有高品质的模具! 高品质模具则必须从模具设计、材料、加工、 装配调试等全过程进行优化控制。 10 注塑成型的局限性 ? 首先,我们了解注塑成型对高品质外观来说, 存在的一些局限或缺陷: ? ? ? ? ? 浇注口 分型线 收缩性 熔接痕 光洁度 …… ? 针对这些常见的 缺陷,我们从模 具设计和制造有 哪些常规的改善 手段呢? 11 外观缺陷 —浇注口1 ? 浇注口形成原理 塑胶从注塑机经流道进入型腔的注口,塑料冷却 成型后在此处会形成料把或留下浇口印。 ? 浇注口对外观的影响 1、浇口疤痕 2、浇口气纹 3、浇口流纹(放射纹) 12 外观缺陷 —浇注口2 ? 浇口疤痕的解决方案 —基本原理:位置选择在非外观面上 根据产品的装配关系,将浇 口安排在可以被其它产品装 配后盖住的位置 在贴标签的位置(如电视机 后壳) 采用针阀式热胶口 13 ? ? ? 外观缺陷 —浇注口3 ? 浇口疤痕的解决方案 —局部手段:采用潜伏浇口 14 外观缺陷 —浇注口4 ? 浇口疤痕的解决方案 —局部手段:采用潜伏浇口 15 外观缺陷 —浇注口5 ? 浇口气纹产生主要原因: 模具排气不良、模腔内气体不能及时排出。 产品进胶点太小,射胶速度过快。 ? ? 模具解决方案: 加强模具排气、特别是流道未 端需增加排气槽; 改善流道直径及形状,比如 “S”形流道;“S”形流道可减少 流速,柔和塑胶,但压力损失不大 ? ? 适当加大进浇口截面,改善进 胶口形状等。 16 外观缺陷 —浇注口6 ? 浇口流纹或放射纹产生主要原因: 当首先进入模腔的胶料可以直射较远时,会在远离浇口 处冷却,它与后续射入的熔料不能紧密融合而产生。 ? ? 模具解决方案: 改进浇口位置和几何形状,或在浇口处设置障碍,避 免对空注射; 适当加大浇口尺寸,降低注射速度。 ? ? 解决浇口气纹或流纹还有一个重要手段 是采用热流道系统,后面会讲到。 17 外观缺陷 —分型线 ? 外观分型线、在产品的不同出模方向 处,模具型腔必须从此 处分开,从而形成分模线。 如前后模分模处,滑块 抽芯封胶处等。 2、因结构需要,模具型腔 需由活动镶件组合时 (如分级开模),接合 处会出现分型线 外观缺陷 —分型线 ? 分型线、分型线 外观缺陷 —分型线 ? 分型线 外观缺陷 —分型线 ? 分型线、在产品设计和模具设计时,首先要考虑开模方向和分型线, 尽可能减少抽芯机构和消除分型线对外观的影响。 必要时可将分型线设计成产品美工线,以改善线痕及段差 对外观的影响 21 外观缺陷 —分型线 ? 分型线、模具加工时预设段差方向—改善段差的视觉影响 22 外观缺陷 —分型线 ? 分型线、模具组合精确定位—确保段差在可接受范围内 ? ? ? ? 精密的加工设备和加工工艺 在分型面上设计精密的定位器 必要时采用组合加工的方法确保分型 面的段差最小化 …… 23 外观缺陷 —分型线 ? 分型线、模具分型面承 压设计—改善 飞边影响 5、优化流道及浇 口,降低注塑 压力—改善分 型线 外观缺陷 —收缩1 ? 注塑成型收缩的形成原因 由于热胀冷缩,塑件脱模时弹性恢复、塑性变形等原因会 导致塑件冷却后体积缩小。 ? 注塑成型收 缩的对外观 的影响 1、表面缩水痕 和形成气泡 2、翘曲和变形 25 外观缺陷 —收缩2 ? 缩水痕和气泡的形成 气泡 ( Void ) 凹陷 ( Sink Mark ) 26 外观缺陷 —收缩3 ? 缩水痕(凹陷)的解决方案 加强筋的根部壁厚一般不要超过面胶 厚度的50%。 1、产品壁厚及加强筋、柱的合理设计 ? 2、模具优化设计(防缩槽、浇口、排气、冷却等) ? ? ? 右侧图为防缩槽(火山口)设计 浇口和流道适当加大,可以改善 保压效果 加强局部冷却 27 外观缺陷 —收缩4 ? 收缩变形或翘曲 由于产品、形状等的差异,以及模具走胶的先后顺序, 导致注塑冷却过程必定会出现先后顺序,从而形成体 积收缩率差异大,残余应力大。当残余应力克服了零 件的强度,就会产生变形或翘曲。 4.1 2.5 mm mm 1.3 mm 28 外观缺陷 —收缩5 ? ? ? 收缩变形或翘曲解决方案 改善流道、浇口等降低注塑压力。 通过冷却水路的设计及控制模温,可以调整变形方向。 29 外观缺陷 —收缩6 ? 冷却水道设计实例 30 外观缺陷 —收缩6 ? ? 注塑成型收缩的解决方案 采用气辅注塑模具 及气辅注塑工艺 通过CAE模流分析 及收缩凹陷指数及 变形翘曲指数,改 善浇口位置及工艺 参数,还可以通过 预变形来改善变形 情况. 31 ? 外观缺陷 —熔接痕1 ? 熔接痕(夹水纹)的形成原因 熔接痕是由于 来自不同方向 的熔融塑料前 端部分被冷却、 在汇合处未能 充分融合(分 子互相扩散不 够)而产生的。 32 外观缺陷 —熔接痕2 ? 熔接痕的不良影响 主要影响外观,对涂装、电镀产生影响。严重 时,对制品强度产生影响 ? 熔接痕的改善方案 1、优化浇口设置,减少熔接线、优化模具水路设计,调整注塑模温来改善熔线 外观缺陷 —表面光洁度 ? 塑件表面的不良现象 光泽度(透明度)不够、纹路不均匀等 ? 表面的不良的改善方案 1、模具钢材的选择 2、省模和抛光工艺的优化 3、蚀纹工艺的优化 34 外观缺陷 —注塑工艺改善方案 ? ? 通过调整注塑工艺可以改善注塑缺陷 选择合适的注塑设备的也可以改善注塑缺陷 ? ? ? ? ? 注射速度 注射位置 料筒温度 增加背压 …… 35 外观缺陷 —CAE模流分析改善 ? 上述所有的缺陷均可以通过CAE技术进行 分析,指导模具改善和工艺改善. CAE—Computer Aided Engineering CAE通过对熔体在模具中的流动行为进行仿真模拟, 可以预测和显示熔体流动前沿的推进方式、填充过程 中的压力和温度变化、气穴和熔接痕的位置等,从而 改善模具设计,调整工艺,从而改善制品缺陷。 36 外观缺陷 —CAE模流分析案例 Project Title: 0039 Reported By: JINSUNWAY Report Date : 09/10/08 37 外观缺陷 —CAE模流分析案例 Cooling System Design Cooling system has 12 circuits,with 6 circuits in core and 6 circuits in cavity. 38 外观缺陷 —CAE模流分析案例 Gate Location The Gate Location result rates each place on the model for its suitability for an injection location. The most suitable areas(blue region) are rate-d as best, and the least suitable areas(red region) of the model are rated as worst. Best Gate Location shown by red circle marked regions. 39 外观缺陷 —CAE模流分析案例 Injection Pressure Left plot is the pressure distribution at filling 99.9%(V/P switch over). Max. injection pressure is 45.75 MPa. The pressure drop is not uniform in four filling ends. 40 外观缺陷 —CAE模流分析案例 Sink Mark Sink marks occur at locations opposite ribs. Sink marks may be obvious at marked areas. 41 外观缺陷 —CAE模流分析案例 Weld Lines Main weld lines are shown as black lines. Pay more attention to this weldline. 42 外观缺陷 —CAE模流分析案例 Z Deflection Deflection in Z direction is shown in left plot. Scale: 1/10 43 外观缺陷 —模具与工艺结合 ? 随着注塑成型技术的发展,许多新的工艺技术 通过和模具技术的结合,能极大的改善甚至突 破性的解决塑件的外观缺陷。如: ? ? ? ? ? 热流道技(Hot Runner) 气辅注塑(GIM) 双色注塑 无痕注塑(RHCM) 模内覆膜 (IMD) 44 外观缺陷 —热流道解决方案1 ? 热流道使塑料能从注塑机射嘴到热嘴端点 一直保持熔融状态,相当于延伸了注塑机 的射嘴,大大降低了压力损失并能准确控 制注射温度。 45 外观缺陷 —热流道解决方案2 ? ? ? ? ? ? ? ? 热流道的优点: 缩短注塑周期。提高生产效率 没有水口料,降低成本 提高产品的一致性和平衡性。 改善产品外观质量 降低注塑压力和锁模力 令难加工的制品亦变得容易 …… 46 外观缺陷 —热流道解决方案3 对制品外观的改善点: ? 改善浇口痕(针阀点)、气纹; ? 降低注塑压力,从而改善分型面飞边和段差情; ? 缩短塑胶流程,改善熔接情况; ? 通过控制针阀式热流道浇口开启时间,保证型腔 填充顺畅及熔体流动平衡,消除熔接痕。 47 外观缺陷 —气辅注塑解决方案1 ? 气辅注射成型(GIM—Gas injection molding) 在塑过程中时候注入高压惰性气体(氮气),推 动融熔塑胶继续充填满型腔,并用高压气体来保 压和冷却的一种注塑成型技术。通常有短射和满 射等方式。 在模具设计及制造上,需有选择合适的进气口, 安装气针,加工好气道。 ? 48 外观缺陷 —气辅注塑解决方案2 ? 气辅注射成型的优点 ? ? ? ? ? 解决和消除产品表面缩痕问题。 使产品表面更加光滑、美观、饱满 减小制品的内应力和翘曲变形、尺寸稳定 降低锁模力,提高注塑机和模具的寿命。 节省塑胶原材料。 49 外观缺陷 —气辅注塑案例 50 外观缺陷 —双色模具解决方案1 ? ? 双色注塑应用 为适应消费产品款式、外观等千变万化的 要,当产品要求在不同的部位上,采用不 同的物料时,双色注塑便应运而生了。 51 外观缺陷 —双色模具解决方案2 ? 双色注塑模具(Double Injection Mould) ? ? ? ? 采用特殊的模具结构,可以使模具的两个型 腔交替注塑(或转动整个模具),从而实现 两种材料或颜色的同模注塑。 双色模对模具的结构及定位精度有特殊要求 双色模具必须采用双色注塑机才能注塑成型 双色注塑物料的选择需两类物料的融合性 。 52 外观缺陷 —无痕注塑解决方案1 ? ? 无痕高光注塑技术(RHCM ) 无痕高光注塑(蒸汽辅助注塑) —Rapid Heat Cycle Molding,又称快速热循环注塑技术 2004年在德国K-Show中正式公布 2005年韩国Samsung (三星) 公司已开始使用RHCM “蒸汽 无痕高光注塑”技术生产LCD液晶平板电视外壳 2007年中国电视生产商才开始使用在生产液晶平板电视外 壳上 ? ? ? 53 外观缺陷 —无痕注塑解决方案2 ? 无痕高光注塑技术 ? ? ? ? 采用高压蒸汽,使模具表面温度上升的速度快于树脂的热 变形速度,保持充分的树脂流动性,抑制树脂表面发生固 化层,实现高光外观,并能克服扭曲变形、表面凹陷、溶 接痕、流痕、波纹、银条纹等不良现象; 通过切换门阀,使模具温度速度降低,大幅缩短了厚壁成 形的注塑周期,缩短成型周期和晶体化等。 在模具技术上,主要需设计和加工复杂的冷却系统 注塑成型时,需采用蒸汽控制设备 54 外观缺陷 —无痕注塑解决方案3 ? 无痕高光注塑技术的效果 55 外观缺陷 —模内覆膜解决方案1 ? 模内覆膜技术(IMD)—In-Mold Decoration ? ? 模内覆膜技术,是一种可成型注塑的装饰技术。 主要应用于家电产品的表面装饰及功能性面板, 常用在手机视窗镜片及外壳、洗衣机控制面板、 冰箱控制面板、空调控制面板、汽车仪表盘、 电饭煲控制面板多种领域的面板、标志等外观 件上。 模内覆膜技术IMD又分为IML、IMR,这两种工 艺的最大区别就是产品表面是否有一层透明的 保护薄膜。 56 外观缺陷 —模内覆膜解决方案2 ? ? IML(In-mold label)—模内镶件注塑:表层是硬化透 明膜,中间是印刷图案层,背面是塑胶层,由于油墨 夹在中间,可防止表面被刮花和磨损,不易退色。 IMR(In-mold reprint)—模内转印:图案印刷在薄 膜上,注塑后有图案的油墨层与薄膜分离,油墨层装 饰图案印在塑件上,产品表面是没有透明的保护膜, 产品易磨损、易褪色。另新品开发周期长、开发费用 高,图案颜色无法实现小批量灵活变化也是IMR工艺 无法克服的弱点。但IMR的优势在于生产时的自动化 程度高和大批量生产的成本较低。 57 外观缺陷 —模内覆膜解决方案3 ? 模内覆膜技术对模具的要求 ? ? 浇口:为避免进胶将会把片材冲开或产生气纹、 冲起皱等,一般要采用潜浇 分型面及碰穿面的要求:为能准确定位片材,分 型面和碰穿面都需改为擦穿面(向下拉出3--5mm,3度以上的脱模角) IMD 模具的核心技术并不是模具,主要就是片材 的制造工艺,它掌握在日本、德国的几个大型企 业里。像关键的耐高温油墨、耐磨、超透明的涂 料还是主要依赖进口。 ? 58 外观缺陷 —模内覆膜解决方案4 ? 模内覆膜技术应用示例 59 总结 ? 1 一款PDA产品从成功到失败 高品质外观举足轻重 ? ? ? 00年高交会,未见产品,先闻其声 成功的营销—超强的功能! 当真实的产品推出 失败的产品—低劣的外观! 2、3年后便退出市场 60 总结 2 ? 据美国工业设计协会的测算数据 显示,工业产品外观每投入1美元, 可带来1500美元的收益。 61 总结 ? 3 高分子材料成型加工技术是一个国家经济发达程 度的标志之一。 塑料件的广泛应用,推动了模具的快速发展…… 模具技术和成型技术的不断发展和突破又促使了 塑料件的更加广泛的应用…… 注塑成型可制造各种形状、尺寸、精度、性能要 求的制品,注塑成型及注塑模具的发展还有很大 的技术发展空间,更具有巨大的市场前景! ? ? ? 62


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