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1、PMMA板材作嵌件注塑的设计问题工程机械仪表上的观察窗，是保护显示界面和起装饰用的重要结构件。本文主要分析和 阐述PMMA板材作为嵌件与仪表外壳一体注塑作为观察窗的关键技术问题。工程机械仪表由 于其强振动，工作环境恶劣而对仪表的防尘、防水、抗震性要求很高，采用PMMA板材作嵌 件与仪表一体注塑成型的仪表观察窗可以很好的满足以上要求。传统观察窗的结构方式可以采用胶粘接和超声波焊接以及橡胶机械压实密封的方式实现 观察窗与仪表外壳连接和密封。用胶分为液态和固态胶两种。液态胶粘接由于胶水内部的酸 性溶剂易挥发，粘接时，若采用人工施工，易在仪表外壳上出现“白化”现象，即仪表外壳 上出现白斑，后期处理麻烦
2、。所以采用液态胶粘接需采用专用设备，加工工序等待时间长（需 待胶水固化后才能进入下一工序），且胶水中包含有害化学成分，对工作人员的健康有害，其 优点就是粘接强度好，密封性能好。固态胶，目前常用的是3M双面胶或泡棉双面胶，这种 方式粘接强度好，操作方便，缺点是由于振动或仪表受力变形会影响其密封性能，且装配品 质一致性差。采用超声波焊接，需投入专用设备和模具，投入大。其成品焊接强度好，缺点 是密封效果不能保证，极容易出现次品，目前工程机械仪表上使用不多。采用橡胶机械密封 目前应用广泛，但其缺点是对仪表结构要求高，对仪表的空间尺寸要求高，且需投入专用的 发泡橡胶模具生产密封橡胶条，装配较麻烦。透明P
3、MMA板材作嵌件注塑成型的仪表观察窗，结构强度和密封性能良好，成本比前述 的三种方式的成本低，生产效率高，非常适合工程机械仪表上运用。一、塑料件作为嵌件注塑的可行性常作为透明件用的塑料有PP、PS、PC、PET、PMMA、AS等，他们都可以用作观察窗的 材料，这些材料未改性前的变形温度分别为102C、85C、134C、70C、100C、90C，进 过改性后的变形温度至少增加30%。工程机械仪表上常用仪表零件的塑料材料有ABS、PC、PA， 它们的注塑模温分别为38C-93C，80C-110C，38C-60C，材料的溶体温度分别是195C -240C，270C-325C，260C-320C。从数
4、据可得知只要模温控制在所用嵌件塑料的变形温 度下，那么塑料嵌件就不会在装入模具时发生变形，从而影响产品品质。注塑材料的溶体温 度一般在200C以上，如此高的温度可以使嵌件零件的表面发生熔融变化，从而使塑料嵌件 与注塑塑料的相接面更好的融合。工程机械仪表的结构尺寸通常不大，在300*150*50左右， 其合模注塑时间平均一般在20秒左右，注塑材料的溶体温度虽高，但由于模具吸收了大部分， 作用时间短，透明材料嵌件与溶体注塑材料接触面小（在下面的分析中可知），从而对嵌件零 件的影响只局限在很小的局部范围内，对嵌件零件的整体几乎没有影响。综上所述可得知采用透明塑料材料作为嵌件注塑是可行的。下面将分析采
5、用PMMA板材做嵌件的设计问题。二、注塑零件的结构设计注塑零件设计时主要考虑成型后产品的结构强度，密封可靠和注塑工艺要求，如图，零件1为PMMA板材嵌件，其边缘被注塑零件2仪表卜.）外壳包裹，注塑零件设计时保证其各部分壁厚均匀，和各尺寸间的关系。即，尽可能的保证尺寸B=C=D=E,图佳，另A尺寸视嵌入PMMA板的尺寸而有变化，最小或B、C、D、E任意两个尺寸差以不大于0.5mm为最的冷热收缩率亦变型。所以若结构允许，筋条最好不要与用于配合的外壳边图直边设计，可以减小缩水变型的问题。r/ 不能小于3mm。A XT JX.零件需要考虑加强筋时，筋位需均匀分布，且密布。嵌入PMMA板与注塑材料不同，
6、两者 然不同，从而会造成注塑成型后零件内应力变化不一致，造成零件变形，通常表现为零件配合边缘成波浪形面相连，可以在中间加“阻断”性的结构， 以改善由于缩水带来的变型问题，如图 。图中a图是无“阻断”结构，b图 有阻断结构，b图结构的产品在注塑成型 后的变型效果远好于a图。另外，若仪表 外形无特殊要求的产品，零件外型边以圆 弧形的设计为最佳。圆弧形的边缘结构设 计，注塑成型后的内应力表象效果要好于三、嵌件零件的设计从透明塑料件作嵌件注塑的可行性中可知，作为观察窗的零件很多，但诸如PC、PP、AS 等材料市面上标准板材较少，或几乎没有，如要用需自行投入模具生产，投入大、周期长。在此选用PMMA加硬
7、标准板材或PMMA加硬防眩光处理过的标准板材。未经处理过的PMMA成品，包括其它的透明材料，表面硬度最多能达到2H的硬度，硬化处理后的PMMA板材硬度可N4H，可以满足仪表盘面的防划伤的要求。匝最主要是其已批量的市场化，不用投入模具生产，采购便捷，成本低，周期短。abPMMA板材嵌件在设计上主要考虑注塑是安装定位。如果产品采用立式注塑机注塑，PMMA板材嵌件上最多设计两个定位点，如图， 图中列举了三种结构形式。定位点的结构形式很多，可根据具体产品结构采用不同的结构方 式。通过定位点可以固定PMMA板材嵌件在合模运动线法向面上的4个自由度，另两个自由 度通过动模和定模固定。若是采用卧式注塑机，最
8、好能设计四个定位点，四个定位点对称分 布为佳。四定位点虽然会增加嵌件的装配难度，但可以更好的保持PMMA板材嵌件在合模过 程中的稳定性。1 .定模模芯 2.PMMA嵌件 3.动模模芯为什么要设计定位点呢？注塑时，注塑材料的 溶体由于浇口的位置与PMMA板材嵌件各边的距 离不可能都相同，及材料溶体在不同结构的模腔里 的流速也不同，则溶体到达嵌件各边面的时间也不 同。注塑材料的溶体是具有高压（一般平均在20-40MPa），在与嵌件的接触面对嵌件产生推力。 如图，F1=F2，平衡，如F1#F2，定模和动模对 PMMA嵌件在F1和F2的作用力方向有固定力，嵌 件在F1或F2的作用方向上不会发生位移。F
9、3由于 溶体到达嵌件各边面的时间差的原因，将会对PMMA嵌件产生推力。在F3的作用下PMMA嵌件会发生移位，会造成成型产品不合格，甚 全损坏模具和造成危险。四、PMMA板材做嵌件注塑的模具设计要点对于PMMA板材做嵌件注塑的模具，在模具设计上应尽可能的减少模具零件与PMMA 嵌件的碰触，以及排除出模时由于压力原因造成零件变形。减少模具与PMMA 嵌件的碰触，是为防止 PMMA嵌件上出现压痕 或划痕，以避免造成成 品零件废品率过高。通 常采用边缘封胶的方 式，如图。可以看到 PMMA嵌件正反两面与 模具是窄面接触，且处于沿周边缘。如此即使出现划痕和压痕也是处于边缘，不会对产品的 品质造成影响。实
10、际运用中，只要模具设计正确，加工精度保证，产品上是不会出现划痕和 压痕的。出模时，由于零件内应力的作用，零件包裹在动模上，如图可得知，零件将包裹在动 模3上，PMMA嵌件A面的封闭空腔分模后将不存在，B面的封闭空腔依然存在，内部封闭 的是高温气体。零件顶出时，B面空腔内气体随模温降低而降温，再有顶出时这个空腔体积 将增大，如此将在B面形成负压，这个负压对PMMA嵌件的压力与H和顶出速度成正比。 这个负压力会造成PMMA嵌件内凹变形，也将对注塑零件的整体尺寸造成影响，会使注塑零 件发生变型，影响零件间的配合。因此模具设计师，必须考虑平衡压力，即在动模芯上加排 气孔，再增加顶出杆，以确保PMMA嵌
11、件不发生内凹变形。在PMMA嵌件的几何中心处增 加锥形顶杆，采用锥形顶杆可以实现单杆大面积接触的效果，以免由于顶杆面积过小，作用 到PMMA嵌件上的压强过大，在PMMA嵌件上留下压痕。如果有条件在此顶杆上最好采用 橡胶材料作为接触面的材料。上述分析了 PMMA板材作嵌件注塑的设计思路和设计要点，当然在后期的注塑环节，如 对模温、注塑压力、保压时间等如何控制亦是影响产品品质的重要因素，在此不再分析。PMMA板材作为嵌件在工程机械仪表上的应用目前还很少，可以说是空白，这与仪表的 造型结构的个性化和复杂化有关，但可以肯定的是在造型结构允许的仪表上运用此类设计是 完全可行的和可靠的，可以降低产品的投入成本，提高产品的可靠性，减少装配工序，提高 生产效率。
