带金属嵌件的薄壁塑件注射成型分析与优化

作者:阮育煌;王建宇;方泽端 刊名:模具工业 上传者:蒋志

【摘要】分析了带金属嵌件的薄壁塑件注射成型工艺与模具设计要点,利用CAE技术对铁框和塑框一体注射成型件的翘曲变形进行分析,得出不同材料属性与塑件结构是引起塑件翘曲变形及塑铁分离的主要原因,并通过调整注射温控系统和塑件结构的方法实现优化,最终成型出符合质量要求的塑件。

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1引言背光模组(backlightmodule)为液晶显示器面板(LCDpanel)的关键组件之一。由于液晶本身不发光,背光模组的功能在于为液晶显示器面板提供充足的分布均匀的光源,使液晶显示器面板能正常显示影像。随着光电技术的发展,对背光模组的要求越来越高,轻薄化成为其发展趋势,且其需求量越来越大,在采用0.4mm厚度以下的薄壁导光板时塑框会变得异常软,使得塑框不易组装,铁框容易松动,而塑框和铁框一体化能使二者紧密粘合在一起,从而解决这一问题。现通过Moldflow软件,对背光模组的塑框和铁框一体化注射成型进行数值模拟分析。2成型工艺背光模组塑框和铁框一体化注射成型融合了薄壁注射成型技术和InsertMolding技术。在注射过程中,塑框的薄壁使得型腔中的熔融塑料冷却速度加快而在很短的时间内固化,成型过程变得更加复杂。模具的型腔壁温度较熔融塑料要低,在熔融塑料充填模腔时模具的型腔壁会形成冷凝层,因而降低了可流动通道的厚度,壁厚越薄该现象越严重。一旦充填完成前流动通道因固化层过厚而消失,熔体便充不满模腔。当熔体流动长度为300mm、塑件壁厚为3.0mm时,用常规注射成型技术很容易实现塑件成型;而当塑件壁厚下降至1.0mm以下时,采用常规注射成型技术将很难实现塑件成型。图1为薄壁注射过程中熔体流动示意图。图1薄壁注射过程中熔体流动示意图采用2种不同材质的材料注射时,因为其冷却及收缩速率不同,相对薄壁塑框而言,把较大的铁框嵌入塑料中,容易产生应力集中,造成成型件翘曲变形甚至塑铁分离脱落。因此,带金属嵌件的薄壁塑框一体化注射工艺对模具设计提出了更高的要求。在模具设计时收缩率的大小不能按照常规的塑件来定,而要根据金属嵌件的区域来分段设定,通常是在3个方向设定不同的收缩率。同时,薄壁塑框的型腔空间较小,填充时间短,注射速度快,必须使模具排气充分以防困气,还需优化模具冷却系统,保证模具温度均匀,确保塑件形位尺寸的稳定性。模具的刚度和强度要高,动模、定模及支承板的厚度通常比常规的模板厚且内锁紧定位机构较多,以确保成型件定位精度要求,防止成型件的弯曲和偏移。3CAE分析与优化以长宽尺寸为97mm56mm、塑框最薄壁厚为0.5mm的塑框和铁框一体化成型件(见图2)为例进行模拟分析,得到其翘曲变形模拟仿真结果如图3所示。经分析,该带金属嵌件的薄壁塑件存在两大缺陷:翘曲变形;成型件取出后金属嵌件与塑件分离,即塑框与铁框分离(见图4)。图2塑框和铁框一体化成型件分析得出,成型件的翘曲变形主要是其结构设计引起的,因为成型件底部的铁框面积较大,影响了塑框注射时不能正常收缩,而成型件下方(见图3下方)有较大的收缩,使得成型件发生翘曲变形。成型件在取出后出现的塑框与铁框分离现象主要是铁框与塑框的结合力不够,而影响塑框与铁框结合力的主要原因是二者间的结合部位为平底形形状,以致容易在塑框成型后产生分离。图3成型件翘曲变形模拟仿真结果图4塑框与铁框分离针对以上2个问题,提出如下解决方案:成型件的材料为钢材与塑料,二者比热容不一样,而且在注射过程中铁框的温度比熔融塑料的温度要低得多且面积较大,容易引起温度的不均匀性导致塑料收缩率不一致,因此,解决成型件的翘曲变形应从模具的温度控制入手,通过优化模具冷却系统、调节模具温度来解决,对于一些塑框壁厚较薄的一体化成型件,除优化模具温控系统外,还需对铁框进行预热;优化塑框与铁框的结合结构,将原来的平底形结合结构改成弯弧形结合结构,并增加铆孔,加强塑框与铁框的结合力。优化前、后的塑框与铁框结合结构如图5所示。图6所示为优化后的成型件模拟翘曲结果,由图

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