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精密注塑成型

精密注塑成型一般是指成型制件的精度和表面质量都要求很高的工艺,也有人认为,精密注塑是指塑件的尺寸精度达到0.01~0.001 mm 的注塑成型工艺。近年来,随着电子、医疗、通讯、汽车等行业的迅速发展,人们对塑料制品的高精度、高性能要求与日俱增,传统的塑料成型工艺已经很难满足目前高标准的要求,同时,注塑成型是最重要的塑料成型方法之一,因此,精密注塑成型技术愈来愈受到人们的重视,使得精密注塑成型技术不断地进步,新的技术不断地涌现。

影响精密注塑成型的因素精密注射成型要求制品不仅具有较高的尺寸精度、较低的翘曲变形、优良的转写特性,而且还应有优异的光学性能等,因此,它对注塑机、注塑模具、成型工艺、原材料性能和配方等均有特殊的要求,影响精密注射成型的因素很多。

根据目前的实际生产来看,影响精密注塑成型的因素主要有以下几个方面:

(1)塑料收缩率设计精密塑料制品时,应需考虑塑料的收缩率。精密注塑制品的公差等级可以按照SJB72-7.8中的第1和第2两个公差等级确定。

(2)制品形状及尺寸塑件的形状及尺寸对制件的精度有很大的影响,生产实践表明,制品形状越复杂和尺寸愈大时,其精度就越低。

(3)模具结构塑件的精度与模具型腔数目和生产批量密切有关。同样表明,单型腔模具结构的精度比多型腔模具结构要高,小批量生产的精度比大批量要高。

(4)模具加工精度由于注塑制品必须在模腔内成型,因此,制品的精度无论如何也不会超过模腔的精度。通常情况下,注塑制品精度要比模具精度低一到两个公差等级。就目前模具制造技术而言,模具型腔大部分采用高速铣削、磨削、抛光或电加工等方法制造,这些加工方法可以达到所需的最高精度。

(5)注塑机由于精密注塑成型对制品具有较高的精度要求,所以,它们一般都需要在专门的精密注塑机上进行。精密注塑机的注塑功率要大,控制精度要高,液压系统的反应速度要快,合模系统要有足够的刚性。

精密注塑成型塑料的选择塑料制品成型时收缩率波动较大,另外,不同的塑料品种,由于采用的聚合物和助剂的种类及其配比不同,它们在注塑成型时所表现的流动性能和成型性能将会具有很大的差异;即使对于组分和配比完全相同的塑料,由于生产厂家、出厂季节和环境条件等因素影响,用它们注塑出来的制品之间也还存在形状及尺寸是否稳定的问题。

因此,精密注塑成型的塑料除了要求具有良好的流动性能和成型性能之外,还要求用它们成型出的制品能够具有形状和尺寸方面的稳定性。否则,制品的精度就很难保证。因此,注塑成型精密塑料制品时,必须对塑料品种及其成型性能生中的考虑,尽可能选择收缩率小、长期稳定性好的材料。

通常,PS、ABS、AS、PMMA、PC、 PPO、PSU可成型3 、4级精度的制品;PA系列可成型4级精度的制品;而POM、 PP、PE、TPE等不适宜成型4级以上精度的制品。

另外,由于无机物填充或玻纤增强的塑料收缩率低、尺寸稳定性高,故常被用来成型高精度的制品。精密注塑成型的工艺特点精密注塑成型的工艺特点主要是注射压力高、注射速度快和温度控制必须精确。

1)注射压力高试验证明,对于不同塑料品种、形状及尺寸,精密注塑成型所需的压力应为180—250MPa(普通注塑所用的注射压力一般为40—200MPa ),在某些特殊情况下要求更高一些。最高己达450MPa左右。

(2)注射速度快注射速度的大小,不仅明显影响制品的生产率,更重要的是能减少制品的尺寸公差。为了提高注塑件的精度,尤其对形状复杂制品的成型,近年来发展了变速注射,即注射速度是变化的,其变化规律根据制件的结构形状和塑料的性能决定。

(3)温度控制必须精确温度对制品成型质量影响很大,是注塑成型的三大工艺条件之一。对于精密注塑来讲,不仅存在温度的高低问题,而且还存在温度控制精度问题。很显然,在精密注塑成型过程中,如果温度控制得不精确,则塑料熔体的流动性以及制品的成型性能和收缩率就不会稳定,因此也就无法保证制品的精度。

从这个角度来讲,采用精密注塑成型时,不论对于机筒和喷嘴,或是对于注塑模具,都必须严加控制它们的温度范围。

例如,精密注塑时,对机筒和喷嘴处的温度采用PID控制器,温度的波动范围控制在1℃之内,而对于普通注塑机,该处的温度可达20℃一300℃。进行精密注塑成型生产时,为了保证制品的精度,除了必须严格控制机筒、喷嘴和模具的温度之外,还要注意脱模后周围环境温度对制品精度的影响。设计精密注塑的注意事项设计精密注塑模时,除了普通注塑模的设计方法及要求之外,因精度方面的严格要求,还要特别注意下面一些事项:

模具应有较高的设计精度模具精度虽然与加工和装配技术密切相关,但若在设计时没有提出恰当的技术要求,或者模具结构设计不合理,那么无论加工和装配技术多么高,模具精度仍然不能得到保证。

为了保证精密注塑模不因设计问题而影响精度,必需注意如下4点: ①零部件的设计精度和技术要求应与制品精度相适应要使模具保证制品精度,首先要求模腔精度和分型面精度必须与制品精度相适应。

一般来讲,精密注塑模腔的尺寸公差应小于制品公差的三分之一,并需要根据制品的实际情况具体确定。分型面精度(分型面平行度)主要用来保证模腔精度。对于小型精密注塑模,分型面平行度的技术要求约为0.005mm。模具中的结构零部件虽然不会直接参与注塑成型,但是影响模腔精度,并进而影响制品精度,所以均应对它们的结构零部件提出恰当合理的精度。

②确定动、定模的配合精度一般情况下,普通注塑模主要依靠导柱导向机构保证其对合精度。但是,由于导柱与导向孔的间隙配合性质,两者之间或大或小总有一定间隙,该间隙经常影响模具在注塑机上的安装精度,一导致动模和定模两部分发生错移,因此很难用来注塑精密制品。

除此之外,在高温注塑条件下,动、定模板的热膨胀有时也会使两者之间发生错移,最后导致制品精度发生变化。在精密注塑模中,应当尽量减小动、定模之间的错移,设法确保动模和定模的对合精度,可以设计锥面定位机构或圆柱导正销定位机构与导柱导向机构配用。

③模具结构应有足够的刚度精密注塑模必须具有足够的结构刚度,否则,它们在注塑压力或合模力作用下将会发生较大的弹性变形,从而引起模具精度发生变化,并因此影响制品精度。对于整体式凸、凹模,其结构刚度需要由自身的形状尺寸及模具材料来保证,而对于镶拼式凸、、凹模,其结构刚度往往还与紧固镶件所用的模框有关。模框材料应采用合金结构钢40Cr,热处理硬度要求HRC30左右。

④模具中活动零部件的运动应当准确精度注塑模中,往往也会带有一些能够活动的成型镶块或者活动型芯。如果这些活动零部件运动不准确,即每次运动之后不能准确地返回到原来的位置,那么无论模具零件的加工精度有多高、模具本身的结构精度以及制品的精度都会因此而出现很大波动。为了解决这一问题,需要采用一些比较特殊的运动定位结构。

避免因模具设计不良而使制品出现不均匀收缩设计精密注塑时,如果模具结构或温度控制系统设计不当,便容易使制品出现收缩率不均匀的现象,这种现象对制品的精度以及制品精度的稳定性均会产生不良影响。

为了避免出现这类问题,需要注意下面积点:

①浇注系统应尽量使料流保持平衡。

②模腔的布排应尽量使模具温度保持热平衡。

③温控系统最好能对各个模腔的温度进行单独调节。

④凸模和凹模两部分最好分设冷却水路。

避免因模具问题使制品出现脱模变形目前的精密注塑制品尺寸一般都不太大,壁厚也比较薄,有的还带有许多薄肋,因此很容易在脱模时产生变形,这种变形必然会造成制品精度下降。为了避免制品出现脱模变形,应注意下面三点。

①模具除应具有足够的刚度之外,其结构还要适合制品脱模;

②一般来讲,精密注塑制品最好用脱模板(推板)脱模,这样有利于防止制品发生脱模变形;

③精密注塑制品的脱模斜度一般都比较小,但不大容易脱模。

对于形状复杂的制品应采用镶拼模具结构欲使制品能够达到较高的精度,必须对模腔进行磨削,但对模腔能否磨削加工,将受制品形状的复杂程度限制。为了解决这一问题,对于形状复杂的精密注塑制品,最好将其模腔设计成镶拼结构。

在模具中应用注射压缩成型( ICM)技术 ICM技术是指模具开启一定距离的条件下开始注射,注射到一定量后,模具开始闭合对型腔内的熔体实施压缩,模具完全闭合时注射终止,然后保压、冷却直到取出制品。注射压缩成型是通过压缩行为来压实制品,使得制品的表面具有均匀的压力分布,这样压实的制品尺寸精度高且稳定,变形小。

它是在模具开启的情况下将熔体注入型腔的,因而流动通道大,所需的注塑压力很低,并且减小或消除了由保压引起的树脂分子取向和制品的内应力,从而提高制品的尺寸稳定性。ICM技术的柔性与控制能力都较一般的注射模有较大的提高。因此利用这项技术可以生产更高精度的制件,尤其是高精度的圆柱状制件。

高速注射成型高速注射成型方法的熔体填充速度较传统的快10 ~ 100倍,使熔体在模腔内产生高剪切的流动,粘度下降,充模速度快,塑料表面硬化减慢,因而可提高薄壁制品的成型厚度极限,抑制过度的成型压力,同时由于模内低压流动,制品的内应力降低。对于薄壁精密制品,可以利用注塑时螺杆前移引起熔体吸收能量,在螺杆移动停止后通过熔体膨胀高速充满型腔来实现。

无保压的注射成型无保压注射成型技术是指将塑料熔体以高速、高压充填入模具,然后关闭设于喷嘴的针阀,以模腔内的塑料熔体自动弥补制品各部分的收缩,这样可以大大降低制品的翘曲变形。但是这种方法需要事先估计保压的收缩补充部分,因此在注射中需要有较高的型腔压力值,需要的锁模力也高。

其它的智能控制技术精密注射成型过程中对加工条件实行持续性监测和精确控制非常重要。随着计算机技术的发展,计算机化的注射成型已得到广泛的应用。其中有统计过程控制( SPC)技术、P ID技术、模糊逻辑控制( FCC)方法、中枢网络控制(NNC)方法和基于逆向加工模型的中枢网络尺寸控制等。

 

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