赵大猛
珠海三威注塑模具有限公司 广东省珠海市 519000
摘要 目前市面上常见的水龙头本体基本都由五金材料制作而成，由于五金材料制作的水龙头本体，需要经过熔炼、铸造、机加、抛光、电镀等工艺流程。整个生产过程工艺复杂、工序多、周期长，良品率低，整体生产效率低下。同时在机加、抛光、电镀生产过程中伴随有耗能大或产生粉尘、废料等污染环境问题，不符合国家提倡的环保生产政策。
下文中设计了一种由塑胶材料替代五金材料的水龙头本体方案，整个工艺流程仅需注塑及外壳电镀2个工序组成，不单能有效提高产品生产效率，提升良品率，降低生产成本，缩短生产周期，还会降低对生产环境造成污染，并且性能完全能满足行业标准要求。
关键词：水龙头，水龙头本体，塑胶水龙头
1绪论
1.1题目背景及目的
现如今，虽国内水龙头制造行业的竞争日趋白热化，大多数企业选用五金材料进行制作龙头本体已是此行业的常态。但五金材料加工龙头本体的过程非常复杂。拿铜制龙头本体举例，其大致加工工艺流程需经过铸造-机加-抛光-电镀四大部分。铸造过程中生产工序繁多，投料多，铸件的质量也不够稳定，废品率较高；机加过程周期长，周转次数频繁，批量生产产品，加工质量又不够稳定，精度低，次品率较高；而抛光过程则会产生大量的粉尘，严重危害车间工人健康，且容易造成抛光表面不均匀，效率低，由此还需增加全自动抛光设备对产品进行二次抛光。可看出，铜制龙头本体制作流程不仅繁琐，且所需人工量较大，良品率低，大大增加了企业生产成本的负担。
所以设计出一款不但能降低生产成本，减少制作流程和生产过程的污染程度的同时还能保持龙头本体性能稳定，是打破水龙头制造行业中发展瓶颈的关键。
1.2市场现有龙头本体材质研究
目前市场上存在的水龙头本体按照材质大体分为五种：不锈钢、铜制、锌合金、陶瓷、塑胶。
不锈钢：耐酸碱、腐蚀，不含铅，不会对水源造成二次伤害，但加工技术难度较高，价格较贵；
铜制：又分为三类，分别是铅黄铜、青铜和无铅铜。后两者生产工序复杂，价格较昂贵。前者含有重金属铅元素，若此元素超标，会危害人体健康。
锌合金：韧性差，长期使用容易出现裂缝，且长期接触水会容易生锈，有害元素泄露，影响健康；
陶瓷：其材质虽然稳定，但却易碎，华而不实；
塑料：价格低，不含铅，耐高压，重量轻，缺点仅在于不结实，不耐用，长时间使用会发黄，不美观。
通过上述调查研究，我司决定将塑料水龙头本体内部由环保、耐水解及抗压力爆破、机械性能优良的工程塑料注塑构成；外部由具有优良电镀性能的塑胶ABS材料套啤注塑而成，注塑成型后，再对本体外壳表面进行电镀处理，使得产品具有与金属电镀一样的外观质感，同时耐盐雾腐蚀，可解决普通塑胶水龙头的缺点，还能给消费者提供价格低廉，质量可靠且外形美观的卫浴水龙头本体。
2总体方案的设计
2.1总体结构布局
本塑料水龙头本体分为内外结构。其主要部件包括包括：内阀体、外壳、进水口铜螺母及锁定铜螺母。外壳套设于放置在内阀体的外侧；进水口铜螺母及锁定铜螺母分别通过套啤工艺镶嵌在内阀体上。
2.2内阀体的设计
2.2.1内阀体的选材设计
内阀体作为水龙头本体产品的核心，其强度和变形度要求最高。所以为了保证内阀体套啤时不会出现收缩变形或破裂，材料需选用机械强度高，流动性好，有饮用水认证的PPO+GF或PPE/PS+GF等含有玻璃纤维的工程塑料.
2.2.2内阀体的结构设计
内阀体结构设计的前提是：需要满足产品进出水压的爆破试验要求，在500PSI的阀前爆破压力下阀体无破裂漏水等不良发生，螺纹等位置满足20N.M的安装扭力要求。设计如下：
1）内阀体进出水平均壁厚应设计均匀，壁厚≥2毫米才能有效包装强度，及解决产品成型外观缩水变形问题。
2）内阀体应设计密集的加强筋和沟槽，可与外壳作紧密扣合支撑，防止套啤成型后外壳包覆面脱离，同时能有效增加水龙头本体的强度。
3）内阀体沟槽的厚度应为龙头本体外壳厚度的1/2。能有效防止本体外壳套啤注塑时因加强筋胶位太厚导致外观出现缩水现象，且与此同时也能增加产品整体刚性，提升产品使用寿命。
4）龙头本体内阀体出水口圆边为斜边，设定10°斜度。保证产品在套啤注塑时模具芯子可以顺利的插入内阀体的圆口内有效封胶，不会让塑胶材料溢出而导致产品出现批锋，进而影响产品的功能和外观。
.png)
5）内阀体固定孔柱设计四点作为固定点，当内阀体放置进模具内腔进行套啤注塑时，由这四个固定点做定位，且模具芯子紧贴内阀体上的封胶面，使产品进行套啤注塑时不会出现跑胶和位移。
6）内阀体大螺纹位置端面在套啤注塑外壳时，需进行外壳塑胶包边设计，但需要预留少部分端面，用于套啤注塑封胶使用，这样既能方便产品注塑加工，又能保证产品外露面电镀后美观。
.png)
2.2.3内阀体的螺纹设计
由于内阀体材料改成工程塑料，导致进行水口安装螺纹及主体固定位螺纹强度会有明显不足，故需对内阀体有大扭力安装要求的螺纹进行特别的加强设计，满足安装性能要求。
1）阀芯装饰盖安装螺纹与进水管固定螺纹因安装扭力≤20N.M,故采用模具绞牙成型直接出螺纹的方式完成，工程塑料的强度可满足此两项要求。
2）台盆拉杆锁紧螺纹安装扭力要求≥20N.M,如果工程塑胶由模具直接出螺纹，这两种M8和M10螺纹直径较小，细牙距螺纹强度不足，为了有效增强这两个位置的安装扭力，防止安装时出现滑牙现象及增强产品使用寿命，故需设计铜螺母直接镶嵌套啤在内阀体上来增强强度。
2.3外壳的设计
2.3.1外壳的选材设计
因为龙头本体外壳需要进行套啤及电镀工艺，故外壳应该选用具有优良电镀性能的塑胶注塑而成，能使产品具有与金属材质电镀等同的表面效果，提高产品档次。所以外壳选用电镀和注塑性能优良的ABS材料作为原材料。
2.3.2外壳的结构设计
为了确保电镀前外壳表面效果良好，外壳结构设计需要考虑3个方面的因素：
1）外壳表面尽量避免出现模具分型线，如果分型线不可避免，应考虑注塑成型后通过塑胶抛光的工艺将分型线处理掉。
2）壁厚是是需要考虑的第2个因素，内阀体沟槽的位置恰好就是外壳体加强骨填充的位置，外壳体壁厚应该设计是加强骨厚度的2倍以上并保持整体壁厚均匀，这样才能能确保产品成型后表面不会有缩水或凹痕等现象。
3）外壳体套啤封胶位置的结构需要根据内阀体结构而定。无论利用平面封胶还是利用壳体侧面直径封胶都应该尽量留出一定距离的封胶位置，如果利用圆边缘斜度来封胶应建议内阀体和外壳体连接的位置做一定的斜度，通过模具镶件行程的调整实现快速匹配，保证注塑产品质量。
4）外壳进胶点和水口位置应设计用于电镀的挂点，挂点要既要满足电镀时的导电功能又要满足电镀完成后便于切除且不影响产品外观。
3总体工艺的流程设计
3.1首先内阀体先注塑成型，铜螺母套啤也在本工序完成，铜螺母套啤前确保摆放到位，避免压模，内阀体成型后无变形，无批锋，尤其需要在下工序进行套啤封胶的表面保证光滑平整。
3.2其次外壳体和内阀体二次套啤成型，把合格的内阀体按照固定要求放置在外壳套啤模具腔内，使固定点完全将其支撑柱，并且需要封胶的平面紧密贴在模具平面上，确保注塑成型时不会出现跑胶及批锋等不良现象，塑胶水龙头本体外壳成型时ABS材料填充到内阀体和外观面之间，ABS材料紧紧地将内阀体包覆。
3.3最后电镀及电镀后处理，将二次套啤成型龙头本体挂扣在电镀挂具之上，确保预留ABS材料水口能和挂具导电，电镀完成后切除多余的水口，水龙头本体的塑料化工艺就完成了。
4.参考文献
[1] 杨春华.水龙头产品质量安全管理体系建设研究[D]. 华侨大学 2017
[2] 陈省.水龙头市场：安全饮水的最后阀门[J].中国质量万里行,2013（000）010