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精密注塑件成型的概念 精密注塑件是指加工成型的注塑件制品的尺寸重復精度很高，以致使用通用注塑件機、常規的注塑件成型工藝難以達到要求的一種注塑件成型方法?！熬茏⑺芗尚汀边@一概念，主要是區別于“常規注塑件成型”，它是基于高分子材料的迅速發(fā)展, 在儀表、電子領(lǐng)域里采用精密塑料部件取代高精度的金屬零件的技術(shù)。目前針對精密注塑產(chǎn)品的界定指標有2 個(gè)，一是制品尺寸重復精度, 二是制品質(zhì)量的重復精度。本文主要從制品尺寸重復精度方面闡述精密注塑件成型。但由于各種材料本身的性質(zhì)和加工工藝不同，不能把塑料制件的精度與金屬零件的精度等同起來(lái)。 精密注塑件成型是一門(mén)涉及原材料性能、配方、成型工藝及設備等多方面的綜合技術(shù)，精密塑料制品包括DVD數碼光盤(pán)、DVD激光頭、數碼相機零件、電腦接插件、導光板、非球面透鏡等精密產(chǎn)品，這類(lèi)產(chǎn)品的顯著(zhù)特點(diǎn)是不但尺寸精度要求高，而且對制品的內在質(zhì)量和成品率要求也極高。成型制品的注塑件模具是決定該制品能否達到設計要求的尺寸公差的重要條件，而精密注塑件機是保證制品始終在所要求的尺寸公差范圍內成型，及保證極高成品率的關(guān)鍵設備。塑料制品最高的精度等級是三級。 1.1 精密注射的特點(diǎn) (1)制件的尺寸精度高、公差小，即有高精度的尺寸界限；(2)制品重量重復精度高，要求有日、月、年的尺寸穩定性；(3)注塑件模具的材料好、剛性足，型腔的尺寸精度、光潔度以及模板間的定位精度高；(4)采用精密注射機更換常規注射機；(5)采用精密注塑件成型工藝；(6)選擇適應精密注塑件成型的材料。 評定制品最重要的技術(shù)指標，就是注塑件制品的精度( 尺寸公差、形位公差和制品表面的光潔度) 。我國使用的標準是SJ1372―78，與日本塑料制品的精度和注塑件模具精度等級很接近。欲注塑件出精密的塑料制品，需從材料選擇、注塑件模具設計、注塑件成型工藝、操作者的技術(shù)水平等4大因素進(jìn)行嚴格控制。 精密注塑件機要求制品尺寸精度一般在0.01～0.001mm以?xún)?，許多精密注塑件還要求注塑件機具有高的注射壓力、高的注射速度；要求合模系統具有足夠大的剛性和足夠高的鎖模精度，所謂鎖模精度是指合模力的均勻性、可調、穩定和重復性高，開(kāi)合模位置精度高；要求對壓力、流量、溫度、計量等都能精確控制到相應的精度，采用多級或無(wú)級注射，保證成型工藝再現條件和制品尺寸的重復精度等。 1.2 影響制品尺寸精度的因素 (1)注塑件模具精度；(2)成型收縮率；(3)制品使用環(huán)境的溫度、濕度以及波動(dòng)的幅度。 2 注塑件精密成型材料的選擇原則 機械強度高、尺寸穩定性好、抗蠕變性能好、環(huán)境適應范圍廣。常用的有四種材料： (1)POM及碳纖維增強( CF) 或玻璃增強(GF)；這種材料的特點(diǎn)是耐蠕變性能好，耐疲勞、耐候性、介電性能好，難燃，加入潤滑劑易脫模。 (2)PA及玻纖增強PA66，其特點(diǎn)：抗沖擊能力及耐磨性能強，流動(dòng)性能好，可成型0.4mm壁厚的制品。玻纖增強PA66具有耐熱性(熔點(diǎn)250℃)，其缺點(diǎn)是具有吸濕性，一般成型后都要通過(guò)調濕處理。 (3)PBT增強聚酯，成型時(shí)間短。成型時(shí)間比較如下：PBT≤POM≈PA66≤PA6。 (4)PC及GFPC特點(diǎn)：良好的耐磨性，增強后剛性提高，尺寸穩定性好，耐候性、難燃及成型加工性好。 3 精密注塑件成型中的收縮問(wèn)題 影響收縮的因素有四種：熱收縮、相變收縮、取向收縮以及壓縮收縮。 3.1 熱收縮是成型材料與注塑件模具材料所固有的熱物理特性。注塑件模具溫度高，制品的溫度也高，實(shí)際收縮率會(huì )增加，因此精密注射的注塑件模具溫度不宜過(guò)高。 3.2 相變收縮由于結晶型樹(shù)脂在定向過(guò)程中，伴隨高分子的結晶化，由于比容減少而引起的收縮，即叫相變收縮。注塑件模具溫度高，結晶度高，收縮率大；但另一方面，結晶度提高會(huì )使制品密度增加，線(xiàn)膨脹系數減小，收縮率降低。因此實(shí)際收縮率由兩者綜合作用而定。 3.3 取向收縮，由于分子鏈在流動(dòng)方向上的強行拉伸，使在冷卻時(shí)的大分子有重新卷曲恢復的趨勢，在取向方向將產(chǎn)生收縮。分子取向程度與注射壓力、注射速度、樹(shù)脂溫度及注塑件模具溫度等有關(guān)。但主要的是注射速度。 3.4 壓縮收縮與彈性復位，一般塑料都具有壓縮性。即在高壓下比容發(fā)生顯著(zhù)變化。在一般溫度下，提高壓力成型制品比容會(huì )減小，密度會(huì )增加，膨脹系數減小，收縮率會(huì )顯著(zhù)下降。對應于壓縮性，成型材料具有彈性復位作用，使制品收縮減小。影響制品成型收縮的因素與成型條件和操作條件有關(guān)。 4 精密注塑件注塑件模具 4.1 注塑件模具精度，主要取決于注塑件模具型腔尺寸精度高，型腔定位準確或分型面精度是否滿(mǎn)足要求。一般精密注塑件注塑件模具的尺寸公差，應控制在制品尺寸公差的1/3以下。 4.2 可加工性與剛性，在注塑件模具結構設計中，型腔數不宜過(guò)多，而底板、支承板、型腔壁都要厚一些，以避免零件在高溫、高壓作用下發(fā)生劇烈彈性形變。 4.3 制品脫模性，注塑件模具要盡量采取少的型腔數、少而短的流道以及比普通注塑件模具有更高的光潔度，這樣有利于脫模。 4.4 精密注塑件模具的材料，選擇機械強度高的合金鋼。制作型腔、澆道的材料要經(jīng)過(guò)嚴格的熱處理，選用硬度高(成型零件要達到HRC52左右) 、耐磨性好、抗腐蝕性強的材料。 5 精密注射機的特點(diǎn)與選用 5.1 技術(shù)參數方面的特點(diǎn) 從注射壓力方面劃分，普通機：147 ～177MPa；精密機：216 ～243MPa；超高壓機：243～392 MPa。精密注塑件機必須高壓的理由是： (1) 提高精密制品的精度和質(zhì)量，注射壓力對制品成型收縮率有最明顯的影響。當注射壓力達到392MPa時(shí)，制品成型收縮率幾乎為零。而這時(shí)制品的精度只受注塑件模具控制或環(huán)境的影響。實(shí)驗證明：注射壓力從98MPa提高到392MPa后，機械強度提高3%～33%。 (2) 可減小精密制品的壁厚、提高成型長(cháng)度。以PC為例，普通機注射壓力177MPa，可成型0.2～0.8mm壁厚的制品，而精密機注射壓力在392MPa時(shí)可成型厚度在0.15～0.6mm 之間的制品。超高壓注射機可獲得流長(cháng)比更大的制品。 (3) 提高注射壓力可充分發(fā)渾注射速率的功效。欲達到額定注射速率，只有兩個(gè)辦法：一是提高系統最高注射壓力；二是改造螺桿參數，提高長(cháng)徑比。精密注射機的注射速率要求高。以德國制造的DEMAG精密注塑件機(60～420噸)為例，它的注射速度能達到1000mm/s，螺桿能獲得12m/s2的加速度。 5.2 精密注射機在控制方面的特點(diǎn) (1) 對注塑件成型參數的重復精度(再現性)要求高，宜采用多級注射反饋控制：a.多級位置控制；b.多級速度控制；c.多級保壓控制；d.多級背壓控制；e.多級螺桿轉速控制。位移傳感器的精度要求達到0.1mm，這樣可以嚴格控制計量行程、注射行程以及余料墊的厚度(射出監控點(diǎn))，保證每次注射量準確，提高制品成型精度。料筒及噴嘴溫度控制要精確，升溫時(shí)超調量要小，溫度的波動(dòng)要小。精密注塑件應采用PID控制，使溫度精確度在±0.5℃之間為宜。 (2) 塑化質(zhì)量要求，塑料塑化的均勻性不僅影響到注塑件件的成型質(zhì)量，還會(huì )影響到熔融塑料通過(guò)澆口時(shí)所受阻力的大小，為了得到均勻的塑化，設計專(zhuān)用的螺桿和使用專(zhuān)用的增塑技術(shù)必不可少。另外，機筒的溫度也應精確控制，現在螺桿、機筒溫度多采用PID控制(比例、微分、積分)，精度可控制在±l℃內，基本可滿(mǎn)足精密注塑件的要求，如果采用FUZZY控制方法，就更適合于精密注塑件了。 (3) 工作油的溫度控制要高油溫的變化導致注射壓力的波動(dòng)，必須對工作油采用加熱、冷卻的閉環(huán)裝置，把油溫穩定在50～55℃為宜。 (4) 保壓壓力的影響，保壓對精度塑件的影響極大，準確地說(shuō)，保壓能較好地補縮，減小塑件變形，控制塑件精度，保壓壓力的穩定決定了塑件的成型精度，螺桿的終止位置不變是決定保壓效果的決定因素。 (5) 對注塑件模具溫度控制要求若冷卻時(shí)間相同，注塑件模具型腔溫度低的制品厚度要比溫度高的制品厚度尺寸大。如POM、PA類(lèi)材料，模溫50℃時(shí)厚度為50～100μm的制品，在80℃時(shí)厚度減小到20～40μm，100℃時(shí)減小到只有10μm。室溫也對精密制品尺寸公差有影響。 5.3 精密注塑件機的液壓系統 (1) 油路系統需要采用比例壓力閥、比例流量閥或伺服變量泵的比例系統。(2) 在直壓式合模機構中，把合模部分油路和注射部分油路分開(kāi)。(3) 由于精密注塑件機具有高速性，為此必須強調液壓系統的反應速度。(4) 精密注塑件機的液壓系統，更要充分體現機― 電― 液― 儀一體化工程。 5.4 精密注塑件機的結構特點(diǎn) (1) 由于精密注射機注射壓力高，這就要強調合模系統的剛度。動(dòng)、定模板的平行度控制在0.05～0.08mm 的范圍內。 (2) 要求對低壓注塑件模具的保護及合模力大小精度的控制。因為合模力的大小要影響注塑件模具變形的程度，最終要影響到制件的尺寸公差。 (3) 啟、閉模速度要快，一般在60mm/s左右。 (4) 塑化部件: 螺桿、螺桿頭、止逆環(huán)、料筒等, 要設計成塑化能力強、均化程度好、注射效率高的結構形式；螺桿驅動(dòng)扭矩要大，并能無(wú)級變速。 結論：無(wú)論何種精密注塑件機, 最終都必須能夠穩定地控制制品尺寸重復精度和質(zhì)量重復精度。 6 精密注射機的主要代表型號 精密注塑件成型機的研制方面代表當今世界先進(jìn)水平的生產(chǎn)注塑件加工商主要有德國的克勞斯瑪菲、德瑪格、雅寶、阿博格以及日本的日精、日鋼、東芝機械和住友重機等注塑件加工廠(chǎng)。德國阿博格公司推出的精密注射機合模機構采取了箱式設計，以此來(lái)提高鎖模精度。由于三板式注射機前 板與后板均固定于機架上，當鎖模力施加時(shí)，四拉桿的伸長(cháng)受到機架的約束，從而使拉桿趨向“拱橋形”而影響鎖模精度，箱式樣設計的結果從限制不良變形的角度提高鎖模精度。注射油缸采用雙向壓力伺服控制，精確定位螺桿位置，使注射量控制精度提高一倍；采用變頻器優(yōu)化控制主泵馬達，不僅使液壓系統控制精度提高，而且節能效果顯著(zhù)；此外，采用模塊化設計，注塑件成型機各運動(dòng)系統可根據用戶(hù)實(shí)際需要，采取液壓與電動(dòng)兩者的組合，鎖模系統和注射系統空間相對位置也可以有多種配置。 日精公司采用了新的控制系統TACT，提高響應速度、操作穩定性、液晶屏顯示的多語(yǔ)言控制界面；新的注射機構：螺桿長(cháng)徑比加大增強 塑化效果，五段溫區優(yōu)化塑化溫度控制，并對油壓回路進(jìn)行了優(yōu)化；油路壓力損失降低、鎖模效率提高、低速運動(dòng)平穩性提高，開(kāi)發(fā)出新的油壓式FN系列精密注塑件成型機，還開(kāi)發(fā)成功了油壓式小型精密注塑件成型機NP7RealMini、AU3E、AS15 等機型。該精密注塑件成型機主要的加工材料為液晶聚合物(LCP)、聚酰胺(PA)、聚苯硫醚(PPS)等工程塑料。 日精NEX150 精密注射機綜合了Ultimate微型注塑件技術(shù)，可用于大批量注塑件成型加工微小的精密塑料部件，配置有優(yōu)化設計的精確計量和快速回應注射系統, 高精密和高剛性的合模機構, 可加工0.1～0.3g重的精密微型塑料部件，用途包括數碼相機、手機、硬盤(pán)、精細針孔連接器等等。日本制鋼所也開(kāi)發(fā)出J-ELII-UPS超高速精密注塑件成型機。在標準保壓條件下, 制品重量的變動(dòng)幅度為0.022 克, 采用新的保壓控制方式后，制品重量變動(dòng)幅度可減小到0.006 克。