塑膠電鍍件材料選擇及結(jié)構(gòu)設(shè)計

杜麗那

塑膠電鍍件材料選擇及結(jié)構(gòu)設(shè)計

杜麗那

(廈門松霖科技股份有限公司，福建 廈門 361026)

針對塑膠電鍍件材料選擇原則以及結(jié)構(gòu)設(shè)計，從提高電鍍表面附著性、電鍍件強(qiáng)度、耐熱性的角度分析了塑膠電鍍件的材質(zhì)選擇原則，對排液孔、脫模斜度、加強(qiáng)筋、電鍍件模具等結(jié)構(gòu)設(shè)計以及電鍍流程開發(fā)進(jìn)行了研究并提出了相應(yīng)的建議，以提升塑膠電鍍件的電鍍作業(yè)質(zhì)量和效率。

塑膠電鍍件；材料選擇；結(jié)構(gòu)設(shè)計

電鍍是一種金屬的電沉積過程，是利用電解作用使金屬附著在物體表面上，以達(dá)到改變物體表面的特性或尺寸的目的。電鍍工藝的應(yīng)用，能提高表面的抗腐蝕性(鍍層金屬多為耐腐蝕的金屬)、硬度、耐磨性、導(dǎo)電性、潤滑性、耐熱性并能使表面更美觀。雖然許多塑膠生活用品都是電鍍件，但并不是所有的塑膠件都適宜采用電鍍工藝，只有材料和結(jié)構(gòu)符合電鍍要求的塑膠件才適宜采用電鍍工藝。研究并梳理塑膠電鍍件的材料選擇和結(jié)構(gòu)設(shè)計要點(diǎn)，對于提升塑膠電鍍件的設(shè)計加工質(zhì)量有著積極的意義[1]。

1　塑膠電鍍件材料選擇原則

塑膠的種類很多，但并非所有的塑膠件都可以適用于電鍍。有的塑膠材料與金屬層的結(jié)合力很差，將其制作成電鍍件沒有實(shí)用價值；有些塑膠材料與金屬鍍層的某些物理性質(zhì)(如膨脹系數(shù))相差過大，若用這些材料制作在大溫差環(huán)境中使用的電鍍件則難以保證產(chǎn)品性能。目前選用最多的塑膠電鍍件材料是ABS，其次是PP。雖然也有企業(yè)選用PSF、PC、PTFE等材料作為塑膠電鍍件的材料，但電鍍難度較大。

1.1　高熔點(diǎn)材料的選擇

塑膠材料的熔點(diǎn)對金屬在塑膠材料表面的附著力有很大的影響。為了得到適合電鍍的低壓力的塑膠制品表面，通常要求塑膠原料熔點(diǎn)足夠高以便材料可以以較低的注射速度較容易地充滿模具。熔點(diǎn)低，則不可避免地需要較高的注射速度和壓力。

1.2　鍍層附著性較好的材料的選擇

ABS塑料是目前最適于電鍍的材質(zhì)種類。電鍍時，在ABS塑料上容易獲得鏡面光澤和結(jié)合力好的鍍層。只要鍍層組合得當(dāng)，在室外使用的零件可用數(shù)年不壞。使用此類材料，雖然相對經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，但在生產(chǎn)中經(jīng)常會遇到鍍層附著性差的問題。除了通過改進(jìn)結(jié)構(gòu)的方式改善附著性，還需要從材質(zhì)本身入手，合理選擇鍍層附著性較好的材料。例如，如果常規(guī)的ABS727/757滿足不了附著性要求，則可以將其更換為ABS777D，以提高鍍層的附著性。由于這種材料的耐熱性更好，因此可使電鍍件更能適應(yīng)外界溫度變化。

1.3　高強(qiáng)度材料的選擇

電鍍目的除了能起到裝飾作用外，更重要的是為了增強(qiáng)電鍍件的硬度以及強(qiáng)度。在電鍍件不承受高壓作用的情況下，選用普通的ABS材料即可滿足要求。如果要求電鍍件具備較高的剛度、強(qiáng)度，就可以考慮選用例如ABS CV88B等可以很大程度上提升強(qiáng)度但相對成本較高的材料。

1.4　阻燃材料的選擇

在現(xiàn)實(shí)生活中，有許多的電器件外殼都是塑膠電鍍件。這類產(chǎn)品通常應(yīng)具有較好的耐熱、阻燃性能。由于選用常用的ABS材料無法滿足耐熱、阻燃要求，因此需要選用專用的阻燃材料，例如ABS-D690、ABS-777B等。在實(shí)際生產(chǎn)中，需要綜合考量塑膠電鍍件的阻燃要求和材料的阻燃級別來選擇阻燃材料。

2　塑膠電鍍件結(jié)構(gòu)設(shè)計要點(diǎn)

2.1　盡量減少銳邊、尖角

在設(shè)計塑膠電鍍件結(jié)構(gòu)的過程中，需要遵循減少銳邊和尖角的原則，具體體現(xiàn)有以下2個方面。

(1)防止電鍍時銳邊和尖角處因電流過大而被燒焦。在電鍍過程中，相較于普通的圓角結(jié)構(gòu)，由于銳邊和尖角處的電流數(shù)值更高，易形成鍍層堆積，導(dǎo)致局部鍍層厚度偏厚，因此適當(dāng)減少電鍍件的銳邊或者尖角，有利于保持電流穩(wěn)定，避免鍍層被燒焦。

(2)防止銳邊和尖角處的鍍層因碰撞而脫落。減少銳邊和尖角結(jié)構(gòu)，可以避免銳邊和尖角因碰撞而發(fā)生形變，降低了該處鍍層脫落的風(fēng)險，提升了結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

2.2　不宜有盲孔

在電鍍件的結(jié)構(gòu)中不宜有盲孔，具體原因有以下2點(diǎn)。

(1)如果電鍍件結(jié)構(gòu)中存在盲孔，那么在電鍍過程中，容易出現(xiàn)溶液被帶走的現(xiàn)象，還會造成溶液被污染，從而影響電鍍的質(zhì)量。

(2)在電鍍過程中，盲孔結(jié)構(gòu)所涉及的相關(guān)參數(shù)很難合理控制，會影響到鍍層結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

2.3　減少深凹、突出部位

(1)減少深凹、突出的部位，可防止因結(jié)構(gòu)出現(xiàn)形狀突變而導(dǎo)致在電鍍過程中產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力。如鍍層結(jié)構(gòu)存在殘余應(yīng)力，則將使該結(jié)構(gòu)無法保持比較穩(wěn)定的形狀，進(jìn)而降低鍍層的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。

(2)減少深凹、突出的部位，可防止因結(jié)構(gòu)出現(xiàn)形狀突變而導(dǎo)致在電鍍過程中電流發(fā)生變化。出現(xiàn)深凹、突出部位，將導(dǎo)致鍍層厚度增加，干擾到電流的穩(wěn)定性。

(3)盡量減少深凹、突出的部位，可避免這些部位因碰撞而發(fā)生結(jié)構(gòu)形變，影響鍍層工作的可靠性。

2.4　合理控制塑膠電鍍件厚度

在設(shè)計結(jié)構(gòu)時，要對塑膠電鍍件的厚度進(jìn)行合理控制。在實(shí)際設(shè)計中，要注意以下2點(diǎn)。

(1)在對塑膠電鍍件的厚度進(jìn)行合理設(shè)計的過程中，要在滿足產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和功能要求的前提下，避免將塑膠電鍍件的厚度設(shè)計得過厚。一般情況下，應(yīng)將塑膠電鍍件的最大厚度控制在3.8mm以下，既可以節(jié)省原材料，又能避免出現(xiàn)鍍層脫落的問題。

(2)在設(shè)計塑膠電鍍件的過程中，要確保結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度。一般情況下，應(yīng)將塑膠電鍍件的厚度控制在3mm以上，在最薄處也應(yīng)控制在1.9mm以上，以確保結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度。在結(jié)構(gòu)設(shè)計中，應(yīng)盡量使塑膠電鍍件的厚度均勻，以有效避免注塑成型時因結(jié)構(gòu)問題出現(xiàn)收縮現(xiàn)象，確保結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

2.5　減少大面積的平直表面

除了上述提到的相關(guān)內(nèi)容外，在設(shè)計塑膠電鍍件結(jié)構(gòu)的過程中，還應(yīng)該適當(dāng)減少平直表面，以提升電鍍質(zhì)量。在實(shí)際生產(chǎn)中，需注意以下2點(diǎn)。

(1)在塑膠電鍍件的表面中，如果存在大面積的平直表面，那么在電鍍過程中，會因為電流密度分布不均勻而導(dǎo)致鍍層厚度不均勻。在設(shè)計中，應(yīng)將平直表面的面積控制在10cm2以內(nèi)，以滿足電鍍的工藝要求。

(2)在設(shè)計塑膠電鍍件的結(jié)構(gòu)時，如果無法避免大面積的平直表面，那么要對該表面的中間部位進(jìn)行隆起處理，并將隆起度控制在0.1～2 mm之間，以確保平直表面設(shè)計的合理性。

2.6　優(yōu)化設(shè)計脫模斜度

在塑膠電鍍件結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，應(yīng)注重脫模斜度的優(yōu)化設(shè)計，以確保注塑成型的效果。在具體生產(chǎn)實(shí)踐中，要注意以下2點(diǎn)。

(1)在設(shè)計塑膠電鍍件結(jié)構(gòu)的過程中，可以借助相應(yīng)的軟件來完成脫模斜度的設(shè)計工作。在結(jié)構(gòu)設(shè)計時，可通過計算機(jī)輔助設(shè)計對脫模斜度進(jìn)行優(yōu)化，以確保脫模斜度設(shè)計的合理性。

(2)在設(shè)計塑膠電鍍件結(jié)構(gòu)的過程中，應(yīng)充分考慮注塑成型后便于脫模。如果結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理且強(qiáng)行進(jìn)行脫模處理，則很容易損傷塑膠電鍍件的結(jié)構(gòu)。在結(jié)構(gòu)設(shè)計時，可通過仿真實(shí)驗對脫模斜度進(jìn)行優(yōu)化，以確保脫模斜度設(shè)計的合理性[2]。

2.7　合理設(shè)計加強(qiáng)筋

在設(shè)計塑膠電鍍件的結(jié)構(gòu)時，一般不采用加強(qiáng)筋結(jié)構(gòu)。在增加某些產(chǎn)品的壁厚仍達(dá)不到結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度要求時，為防止結(jié)構(gòu)變形，可適當(dāng)采用加強(qiáng)筋以提高結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度。在設(shè)計加強(qiáng)筋時應(yīng)注意以下2點(diǎn)。

(1)不宜采用長方體加強(qiáng)筋，且加強(qiáng)筋的厚度應(yīng)比塑膠電鍍件的壁厚小，一般只為壁厚的 1/2 到 2/3。

(2)為了防止應(yīng)力集中而影響鍍層附著力，在加強(qiáng)筋與附著面之間應(yīng)采用圓弧連接，且將加強(qiáng)筋的邊角設(shè)計成圓角。加強(qiáng)筋的圓角半徑R取值約為壁厚的1/8，其中底部圓角半徑一般為0.5～1.0mm[3]。

2.8　科學(xué)制定電鍍工藝流程

塑膠電鍍件的電鍍工藝流程一般包括以下幾個過程。

(1)電鍍前的預(yù)處理過程。在電鍍前，應(yīng)按要求先對塑膠材料進(jìn)行除油處理，然后對塑膠材料進(jìn)行粗化處理，再對塑膠材料進(jìn)行中和處理和敏化處理，最后還應(yīng)對半成品進(jìn)行活化處理。

(2)電鍍過程。在正式進(jìn)行電鍍前，一般會對待電鍍件進(jìn)行預(yù)鍍處理。在待電鍍件滿足相關(guān)要求之后，再結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)需求進(jìn)行電鍍，如鍍銅、鍍鉻等。鍍層成型后，應(yīng)對其進(jìn)行干燥處理，以便實(shí)施下一個流程。

(3)電鍍結(jié)束后的質(zhì)檢過程。電鍍結(jié)束后，應(yīng)對電鍍質(zhì)量進(jìn)行檢查，確認(rèn)達(dá)到要求后方可進(jìn)入到下一個加工環(huán)節(jié)。

2.9　塑膠電鍍件的模具設(shè)計

塑膠電鍍件模具的設(shè)計要求一般比普通的注塑模具高。在設(shè)計塑膠電鍍件模具時，一般選擇NAK80 或者 718H為模具的型腔材料，并對材料進(jìn)行35℃左右的熱處理。模具澆口應(yīng)光滑，以防止注塑時殘留在澆口的冷料進(jìn)入模具型腔，造成產(chǎn)品表面缺陷甚至使產(chǎn)品報廢。為了確保塑膠電鍍件與掛具之間有較大的接觸面，防止接觸不良或燒焦接觸點(diǎn)，要求塑膠電鍍件與掛具的接觸面比金屬電鍍件與掛具的接觸面大2～3 倍[4]。在產(chǎn)品設(shè)計過程中，需要對產(chǎn)品的電鍍過程進(jìn)行考量，尤其是工藝夾片的安裝。如果對工藝夾片的安裝過程不清楚，應(yīng)及時與電鍍公司取得聯(lián)系，確定導(dǎo)電點(diǎn)的有關(guān)情況，避免出現(xiàn)形變。

3　結(jié)語

綜上所述，在選擇塑膠電鍍件材料的過程中，需要嚴(yán)格遵循相應(yīng)的原則，以確保電鍍質(zhì)量；在設(shè)計塑膠電鍍件結(jié)構(gòu)的過程中，需要嚴(yán)格遵循相應(yīng)的設(shè)計原則并滿足相應(yīng)的規(guī)范要求，以確保所設(shè)計結(jié)構(gòu)的合理性，提升塑膠電鍍件的產(chǎn)品質(zhì)量。

[1] 馮競祥,羅瑜清.汽車ABS電鍍件金屬回收技術(shù)分析[J].電鍍與環(huán)保,2020,40(4):60-61.

[2] 梁睿,王景偉,熊維,等.廢棄ABS電鍍件表面金屬退鍍技術(shù)研究進(jìn)展[J].上海第二工業(yè)大學(xué)學(xué)報,2019,36(4): 284-287.

[3] 張洪銘. 基于機(jī)器視覺的衛(wèi)浴電鍍件表面缺陷檢測系統(tǒng)開發(fā)[D].廈門:廈門理工學(xué)院,2019.

[4] 盧穎穎,孫育.基于機(jī)器視覺的電鍍件表面缺陷檢測系統(tǒng)[J].電鍍與環(huán)保,2019,39(2):59-61.

Material selection and structure design of plastic electroplating parts

DU Lina

(Xiamen Songlin Technology Co., LTD, Xiamen, Fujian 361026, China)

In view of the material selection principle and structural design of plastic electroplating parts, the material selection principle was analyzed from the increased strength of surface adhesion, chrome plating, and heat resistance. The structure design including the drainage hole, the draft, the stiffener, and the chrome die and the development of electroplating processes are studied and proposed the corresponding suggestion, To improve the electroplating quality and efficiency of plastic electroplating parts.

plastic electroplating parts; material selection; structure design

TQ320

A

2096–8736(2021)05–0037–03

杜麗那(1986—)，女，福建泉州人，大學(xué)本科，工程師，主要研究方向為機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計。

責(zé)任編輯：張亦弛

英文編輯：吳志立