盤(pán)點(diǎn)精密注塑

1、盤(pán)點(diǎn)精密注塑作者：佚名 文章來(lái)源：網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)載 點(diǎn)擊數(shù)： 35 更新時(shí)間：2006-7-15 精密注塑成型是指制品的精度和表面質(zhì)量均要求很高的一類(lèi)塑料成型工藝。該技術(shù)對(duì)注塑機(jī)、注塑模具、工藝、物料等均有極高的要求。近十年來(lái)，手機(jī)、電腦、DV及微電子產(chǎn)品消費(fèi)量的迅速增長(zhǎng)，促進(jìn)了精密注射技術(shù)的飛速發(fā)展，精密注塑成型開(kāi)始向超高速、超精密及微型化的方向發(fā)展，未來(lái)的精密注塑成型將不斷地發(fā)展和完善。計(jì)算機(jī)模擬與仿真技術(shù)的發(fā)展促進(jìn)了模具技術(shù)的不斷進(jìn)步，不斷涌現(xiàn)的新材料在提高自身物理性能的同時(shí)也改善了物料的加工性能，數(shù)字技術(shù)的進(jìn)步也為注射設(shè)備的精確控制提供了可靠的保障。精密注射成型將何去何從，未來(lái)的發(fā)展方向又將如

2、何，這是每一個(gè)塑料從業(yè)者所關(guān)注的問(wèn)題。 精密注射成型機(jī) 1、全液壓與全電動(dòng)的比較 全電動(dòng)注塑機(jī)是隨著精密注射制品的發(fā)展而逐步走向人們的視野的。所謂全電動(dòng)注塑機(jī)，是指采用伺服電機(jī)取代原來(lái)的液壓裝置，以完成螺桿的旋轉(zhuǎn)、注射、開(kāi)合模等動(dòng)作過(guò)程的注塑機(jī)。全電動(dòng)注塑機(jī)的機(jī)械原理與傳統(tǒng)的液壓注塑機(jī)是基本相同的，只是在控制部分采用伺服電機(jī)取代原來(lái)的液壓裝置，其注射裝置也包括塑化和傳動(dòng)兩個(gè)部分。塑化部件是由螺桿、機(jī)筒、噴嘴組成，傳動(dòng)部分是由滾珠絲桿、伺服電機(jī)、傳動(dòng)齒輪和離合器等組成。全電動(dòng)注塑機(jī)的合模裝置也有肘桿式和直壓式兩種，這一點(diǎn)也同傳統(tǒng)的注塑機(jī)基本相同。 通過(guò)對(duì)電動(dòng)注塑機(jī)結(jié)構(gòu)上的了解，我們可以比較一下電

3、動(dòng)注塑機(jī)與液壓注射機(jī)在性能上的不同。由于電動(dòng)注塑機(jī)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)不用液壓油，因此排除了因液壓油可能的泄漏和液壓油特征參數(shù)隨溫度變化造成的工藝參數(shù)波動(dòng)。滾珠絲桿的精度更高，重復(fù)性更好，有利于加工的穩(wěn)定性。采用伺服電機(jī)控制螺桿的塑化，其計(jì)量精度更高，也更穩(wěn)定，并且更有利于調(diào)速。電力直接傳動(dòng)也有利于節(jié)約能源。然而，此類(lèi)注塑機(jī)是采用伺服電機(jī)帶動(dòng)滾珠絲桿驅(qū)動(dòng)螺桿進(jìn)行注射，由于滾珠絲桿負(fù)載大，高速旋轉(zhuǎn)時(shí)磨損嚴(yán)重，因此一般全電動(dòng)注塑機(jī)的注塑速率小于500mm/s，這是全電動(dòng)注塑機(jī)的一個(gè)弱點(diǎn)。 全液壓式注塑機(jī)在成型復(fù)雜制品方面有許多獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，如合模精度高、開(kāi)模力大等。它的合模裝置有多種結(jié)構(gòu)，如單缸充液式、多缸充

4、液式、兩板直壓式，種類(lèi)很多，差異也比較大。單缸充液式注射機(jī)體積龐大，液壓油容易泄漏，升壓速度慢，耗能也多。多缸充液式注射機(jī)在一定程度上緩解并改善了這些問(wèn)題，其機(jī)身較短，體積也小了一些。兩板直壓式注塑機(jī)解決了上述的缺點(diǎn)，其開(kāi)合模行程長(zhǎng)，效率高，調(diào)模以及開(kāi)合模精度高，鎖模變形小，模具更換方便，但其控制技術(shù)的難度大，液壓技術(shù)也難于掌握。 全液壓與全電動(dòng)可以說(shuō)各具特點(diǎn)。全電動(dòng)式注塑機(jī)在開(kāi)合模精度以及使用壽命上不如全液壓式注塑機(jī)，而全液壓注塑機(jī)要保證精度就必須采用伺服閥，這必然帶來(lái)成本的提高。如今，人們積極開(kāi)發(fā)電動(dòng)液壓式精密注塑機(jī)，計(jì)量塑化過(guò)程采用電力驅(qū)動(dòng)以達(dá)到節(jié)能的效果；液壓或者電動(dòng)液壓復(fù)合的鎖模機(jī)構(gòu)

5、也能有效地保持加工的精度以及穩(wěn)定性。因此，綜合了電動(dòng)注塑機(jī)的節(jié)能以及液壓注塑機(jī)的高性能的電動(dòng)液壓式精密注塑機(jī)已經(jīng)成為當(dāng)今精密注塑發(fā)展的新動(dòng)向。 2、微型注射成型機(jī) 市場(chǎng)需求推動(dòng)了微型精密注塑成型機(jī)的發(fā)展。目前，可成型制件的件重達(dá)0.0003g，壁厚為0.01mm，尺寸公差達(dá)到±0.005mm。因此，成型這些制品對(duì)注塑機(jī)提出了更高的要求。要使熔體通過(guò)細(xì)小的噴嘴和流道，要求注塑機(jī)提供更高的注射壓力；為確保材料在冷卻前充滿(mǎn)整個(gè)型腔，則要求極高的注射速度。此外，精密注射量計(jì)量以及快速反應(yīng)能力都是對(duì)微型注塑機(jī)所提出的要求，因此，精確的螺桿和料筒設(shè)計(jì)以及精密的注射控制都是必需的。 微型注射成型機(jī)

6、是注塑成型設(shè)備發(fā)展的一個(gè)新方向，開(kāi)創(chuàng)了微細(xì)結(jié)構(gòu)零件和系統(tǒng)制造研究的新途徑，其突出優(yōu)點(diǎn)就是能夠?qū)崿F(xiàn)高精度、高精細(xì)零件的大批量、低成本生產(chǎn)。對(duì)于螺桿式微注射成型機(jī)，其塑化、計(jì)量和注射均由一組螺桿完成，所以結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于控制。其不足之處在于由于螺桿前端的止逆環(huán)結(jié)構(gòu)，使得設(shè)備對(duì)一次注射量的控制精度較差，并且增加了材料在注射料筒中降解的幾率，影響零件成型質(zhì)量的穩(wěn)定性。對(duì)于柱塞式微注射成型機(jī)，雖然其對(duì)注射量的控制精度較螺桿式高，但是其塑化量小，混料性能差，材料的塑化品質(zhì)較螺桿式差，不利于成型表面質(zhì)量和光學(xué)特性要求較高的零件。而螺桿柱塞混合式微注射成型機(jī)則綜合了柱塞式和螺桿式的優(yōu)點(diǎn)，以螺桿作為塑化單元，柱塞

7、作為計(jì)量和注射單元，使微注射成型的控制精度和零件的成型品質(zhì)均有明顯提高，但是通常其結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，控制和維護(hù)較柱塞式和螺桿式繁瑣。 不同原理的微型注射成型機(jī)有著不同的性能指標(biāo)，適合不同微細(xì)結(jié)構(gòu)零件的需求。因此要根據(jù)具體的微細(xì)結(jié)構(gòu)零件的成本、尺寸和質(zhì)量等各方面因素綜合考慮選擇配置適當(dāng)?shù)奈⑿妥⑸涑尚蜋C(jī)。隨著機(jī)電一體化技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等相關(guān)技術(shù)的不斷發(fā)展，為微型注射成型機(jī)的發(fā)展提供了許多新思路和新方向。從目前微型注射成型機(jī)研究狀態(tài)看，未來(lái)一段時(shí)間關(guān)于微型注射成型的研究發(fā)展趨勢(shì)可能體現(xiàn)在以下方面：開(kāi)發(fā)高精度、高靈敏度和高推力、低成本的驅(qū)動(dòng)設(shè)備和方式；探索新的材料塑化方式，解決現(xiàn)有塑化方式帶來(lái)的諸多問(wèn)

8、題，達(dá)到整潔、高效塑化注射材料的目的；進(jìn)一步完善新材料的微型注塑成型工藝研究，發(fā)展適用于多種成型材料的微注射成型機(jī)；微型注射成型機(jī)的高精度、高效率產(chǎn)品檢測(cè)單元的探索，為微型注射成型機(jī)提供可靠的性能測(cè)試和評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)；智能化和網(wǎng)絡(luò)化微注射成型機(jī)的開(kāi)發(fā)應(yīng)用研究，使微型注射成型機(jī)在計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)的幫助下實(shí)現(xiàn)多元控制和遠(yuǎn)程在線(xiàn)控制生產(chǎn)。 微型注射成型機(jī)的研制發(fā)展歷史并不長(zhǎng)，但它是一個(gè)極具發(fā)展?jié)摿Φ募夹g(shù)領(lǐng)域，開(kāi)展這一領(lǐng)域的研究不僅可以帶動(dòng)傳統(tǒng)注塑成型技術(shù)的發(fā)展，同時(shí)也可以促進(jìn)精細(xì)微結(jié)構(gòu)制品的制造和應(yīng)用。隨著各國(guó)對(duì)于微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)及精細(xì)CAD/CAE/CAM制品開(kāi)發(fā)的力度不斷加強(qiáng)，精細(xì)微結(jié)構(gòu)制品的市場(chǎng)將

9、持續(xù)增長(zhǎng)，對(duì)精密微型注射成型機(jī)的需求也會(huì)相應(yīng)逐年增加， 微注射成型機(jī)在先進(jìn)制造領(lǐng)域必將發(fā)揮日益重要的作用。 精密注塑模具的設(shè)計(jì) 在精密注塑成型中，模具是保證制品的質(zhì)量符合要求的關(guān)鍵之一。精密注塑模具必須符合制品的尺寸精度要求，同時(shí)，模具設(shè)計(jì)必須合理，否則將直接影響塑料制品的收縮率。由于模具型腔尺寸是由塑料制品尺寸加上所估算的收縮率求得的，因此，塑料原料的物性、制品形狀和尺寸、澆口位置以及距離、注塑壓力、模腔壓力、熔體溫度、模具溫度、添加劑的種類(lèi)及用量等等都是在模具設(shè)計(jì)時(shí)要考慮的問(wèn)題。因此，精密注塑模具的設(shè)計(jì)除了一般模具需要考慮的問(wèn)題之外，還要考慮以下幾條：采用適當(dāng)?shù)哪＞吖?；防止成型收縮率誤差

10、；防止發(fā)生注塑變形；防止發(fā)生脫模變形；使模具制造誤差減至最小。 在注塑成型中，往往難以推斷出完全精確的收縮率，所以這時(shí)經(jīng)驗(yàn)就顯得很重要。一般來(lái)說(shuō)，在修正模具時(shí)，其凹部尺寸可以向大處修，凸部尺寸可以向小處修。所以在設(shè)計(jì)中，凹部尺寸的收縮率要選得小一些，凸部尺寸要選得大一些，前支承芯收縮率要選得小些，剪切型型芯要選得大些。 為了保持在注塑壓力、鎖模力下的模具精度，設(shè)計(jì)模具結(jié)構(gòu)時(shí)必須考慮對(duì)型腔零件進(jìn)行磨削、研磨和拋光等加工的可行性。盡管型腔、型芯的加工已經(jīng)達(dá)到高精度的要求，而且收縮率也同預(yù)計(jì)的一樣，但是，由于成型時(shí)中心的偏移，其所成型的制品內(nèi)外側(cè)相關(guān)尺寸都很難達(dá)到設(shè)計(jì)要求。為了保持動(dòng)定模在分型面上的

11、尺寸精度，模具必須加裝錐形定位銷(xiāo)或楔型塊等，以確保精度。 美國(guó)的Leopold Kiernicki等人發(fā)明了一種精密注塑光纖套圈的方法。該方法通過(guò)對(duì)模具進(jìn)行改進(jìn),在成型過(guò)程中使用了一種可調(diào)節(jié)的型芯和接收裝置，精確地定位芯棒和模具中的伸出線(xiàn)裝置。芯棒在模制套圈中確定了內(nèi)部的通道，而伸出線(xiàn)在套圈中形成了小直徑的縱向孔，小孔和內(nèi)部通道的末端連接，這樣模制套圈就精確地定位了內(nèi)部通道和小孔。該發(fā)明已于2001年獲得了包括美國(guó)在內(nèi)的多項(xiàng)專(zhuān)利。 德國(guó)的LindnerE.針對(duì)光盤(pán)各方面要滿(mǎn)足高精密度的要求，例如平面、厚度、波形和表面質(zhì)量等，對(duì)注射模具的結(jié)構(gòu)以及工況提出了一定的要求。光盤(pán)在一個(gè)單型腔的、并且?guī)в?/p>

12、一個(gè)錐形注入口和環(huán)形澆口的模具中注塑成型。模具型腔的公差單位必須在幾個(gè)之內(nèi)，表面磨光到鏡面精加工的程度。模具的成型部分為鋼1.2083，洛氏硬度為50。模具在60下工作，周期時(shí)間小于4。 日本的HigashiY.等人發(fā)明了一種使用激光輔助的高速金屬燒結(jié)和成型技術(shù)。使用該技術(shù)制造注塑模具可以降低成本，縮短生產(chǎn)周期，而且制造的模具可以用來(lái)生產(chǎn)超精密的塑料制品1萬(wàn)件以上。 模具的技術(shù)水平是一個(gè)國(guó)家工業(yè)發(fā)展水平的重要標(biāo)志。目前，精密注塑模具市場(chǎng)仍為美國(guó)、日本的企業(yè)所壟斷，其中日本占全球市場(chǎng)的40左右，美國(guó)占到20左右。國(guó)內(nèi)能夠生產(chǎn)精度達(dá)到5m以?xún)?nèi)的精密模具可以說(shuō)是鳳毛麟角，更不用說(shuō)生產(chǎn)精度在1?2m之

13、間的模具了。因此，我國(guó)的模具制造業(yè)從設(shè)計(jì)、制造到工廠(chǎng)的管理都還處于起步階段，要達(dá)到美國(guó)、日本甚至韓國(guó)模具的制造水平尚有很長(zhǎng)一段路要走，建立自己的模具工業(yè)體系可謂任重而道遠(yuǎn)。 精密注塑成型技術(shù) 1、二次成型技術(shù) 目前開(kāi)發(fā)的先注后壓二次成型是將壓縮模用在注射機(jī)上成型塑件，采用注射機(jī)注射料坯，再利用壓縮模進(jìn)行壓縮成型。該成型方法能在成型過(guò)程中保證型腔與塑料制件之間較好的接觸，使樹(shù)脂的溫度和壓力分布均勻，消除內(nèi)應(yīng)力，減小樹(shù)脂的收縮。此工藝的技術(shù)關(guān)鍵是模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和溫度、壓力的控制。此種方法對(duì)某些形狀簡(jiǎn)單的光學(xué)件能起到明顯的效果，得到內(nèi)部壓力分布均勻的制品，而對(duì)于較復(fù)雜的光學(xué)件則無(wú)能為力。 2、注射壓縮

14、成型 所謂注射壓縮成型法是當(dāng)注入模腔的樹(shù)脂由于冷卻而收縮時(shí)從外部加一個(gè)強(qiáng)制的力使模 腔的尺寸變小，從而使收縮的部分得到補(bǔ)償?shù)某尚头椒āＲ话愕淖⑸涑尚头ㄊ怯每刂凭苈輻U的運(yùn)動(dòng)來(lái)間接控制模腔送料的速度和壓力，以確保成品的質(zhì)量；而注射壓縮成型是通過(guò)模腔向樹(shù)脂直接加壓來(lái)提高質(zhì)量的。對(duì)于透鏡零件是將樹(shù)脂充填部分在光軸方向壓縮而產(chǎn)生壓力，使表面得到均勻的壓力，成型制品的體積由樹(shù)脂的壓力和溫度來(lái)決定，用調(diào)整加工條件的方法，在低溫下釋放保持的壓力，從而有可能減少體積的收縮量。由于采用機(jī)械壓縮的方法，所以可以在較低的壓力下注射塑料，在模具內(nèi)保持較長(zhǎng)時(shí)間的熔融狀態(tài)以利于分子取向的回復(fù)，并且不需要注射后的保壓壓力來(lái)

15、補(bǔ)償收縮，這樣就可以減少或消除由保壓引起的樹(shù)脂分子取向和成型時(shí)的內(nèi)應(yīng)力，提高了成型品的材質(zhì)均勻性，并減少了殘余應(yīng)力，大大改善了折射率和雙折射等光學(xué)性能。采用這種方法已經(jīng)能制造出與玻璃精度相當(dāng)?shù)墓鈱W(xué)制件，而價(jià)格卻只有玻璃的 1/10。 3、超精模壓成型 利用注塑成型法，通常模具溫度要設(shè)定在所用樹(shù)脂的熱變形溫度以下。因而，向模具內(nèi)腔注射充填的熔化樹(shù)脂形成固、液混合狀，溫度和壓力存在梯度。而且采用注塑成型法，為防止產(chǎn)生“氣孔”，樹(shù)脂被注射充填后，需進(jìn)行維持壓力的“保壓”操作，樹(shù)脂取向的原因即源于此。采用注射壓縮成型法，口模處的樹(shù)脂固化后，力求使內(nèi)腔體積壓縮，完成高精度復(fù)制，但由于樹(shù)脂的固化，無(wú)法實(shí)施

16、壓力均勻的傳輸。因此，注塑成型和注塑壓縮成型技術(shù)制作的厚度不等的大口徑的塑料透鏡，其密度和折射率不夠均勻，存在很大的殘余應(yīng)力和雙折射，面形精度不夠理想 針對(duì)上述精密成型方法存在的缺陷，依據(jù)樹(shù)脂的溫度和壓力的關(guān)系，可采用超精模壓成型技術(shù)，實(shí)現(xiàn)高精度塑料光學(xué)制件的制備。 在介紹超精模壓之前，有必要研究一下塑料在加熱過(guò)程中的狀態(tài)。樹(shù)脂在加熱過(guò)程中體積不斷增加，當(dāng)超過(guò)樹(shù)脂的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度時(shí)，體積增加率更大，在冷卻時(shí)體積又減少。假定樹(shù)脂處于加熱過(guò)程中某個(gè)溫度T1，利用與當(dāng)時(shí)樹(shù)脂體積有相同體積空間的模具充填樹(shù)脂，然后繼續(xù)加熱接近樹(shù)脂玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，此時(shí)，樹(shù)脂的體積不再增加，壓力卻增大，一旦超過(guò)玻璃化轉(zhuǎn)變溫

17、度，壓力便急劇增加。若從此溫度逐漸冷卻，則塑料的壓力便減少，在溫度 T1 時(shí)，塑料的壓力與大氣壓相等，其體積等于模腔容積。若進(jìn)一步將溫度降至室溫時(shí)，樹(shù)脂的體積與加熱前的體積相等，但小于模具容積。樹(shù)脂的這種可逆現(xiàn)象是在樹(shù)脂的溫度均勻一致時(shí)才能成立。如前所述，為防止塑料光學(xué)制件產(chǎn)生縮坑，需進(jìn)行“保壓”或減小模腔容積，但樹(shù)脂比容未必恒定。為使比容恒定，需高壓注射充填熔融樹(shù)脂，并立即將其封堵在模腔內(nèi)。另外，為盡快消除模腔內(nèi)熔融樹(shù)脂的溫度和壓力不均勻以及取向，模具溫度必須控制在所成型樹(shù)脂的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度以上。注射充填后，在保持溫度和壓力均勻分布的同時(shí)，以恒定比容將模具冷卻到樹(shù)脂的熱變形溫度。超精模壓成型

18、正是利用塑料的這些特性研究出來(lái)的成型方法。 將模具加熱到樹(shù)脂的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度以上的某一溫度，將熔融樹(shù)脂注射入模腔內(nèi)并立即封堵。注射充填的壓力和樹(shù)脂量按初始樹(shù)脂壓力等于大氣壓來(lái)設(shè)定。封堵之后，將模具溫度保持在玻璃化轉(zhuǎn)變溫度以上，使樹(shù)脂的壓力和溫度分布均勻。然后，在維持樹(shù)脂壓力和溫度均勻的同時(shí)，以恒定比容將模具冷卻到樹(shù)脂的熱變形溫度。然后，開(kāi)模取出成型塑料光學(xué)制件。這一成型法即為超精模壓成型。在超精密成型過(guò)程中，模具溫度比通常成型法高，注射充填壓力也大，因此很難使用一般的滑動(dòng)機(jī)構(gòu)。該成型法使用專(zhuān)門(mén)的小金屬球封堵樹(shù)脂。在合模之前把小金屬球放進(jìn)模具注射口內(nèi)。成型機(jī)注射充填熔融樹(shù)脂時(shí)，金屬球被注射的樹(shù)脂推向模腔的一側(cè)，留出通道讓樹(shù)脂注射入模腔。熔融樹(shù)脂高壓充滿(mǎn)模腔后，成型機(jī)停止注射，此時(shí)由于壓差，樹(shù)脂倒流而把金屬球推向注射口，從而封堵樹(shù)脂。使用這種機(jī)構(gòu)保持的壓力為封堵前壓力的95% 以上。 對(duì)于該成型法，冷卻逐漸完成且樹(shù)脂的壓力和大氣壓相等的條件下，注射充填熔化樹(shù)脂和控制模具溫度是其關(guān)鍵所在。因此，即便是成型塑料光學(xué)制件的形狀尺寸不同，如果保持樹(shù)脂壓力和溫度均勻性的緩和時(shí)間和逐漸冷卻