盤點精密注塑

1、盤點精密注塑作者：佚名 文章來源：網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)載 點擊數(shù)： 35 更新時間：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塑料成型工藝。該技術(shù)對注塑機、注塑模具、工藝、物料等均有極高的要求。近十年來，手機、電腦、DV及微電子產(chǎn)品消費量的迅速增長，促進了精密注射技術(shù)的飛速發(fā)展，精密注塑成型開始向超高速、超精密及微型化的方向發(fā)展，未來的精密注塑成型將不斷地發(fā)展和完善。計算機模擬與仿真技術(shù)的發(fā)展促進了模具技術(shù)的不斷進步，不斷涌現(xiàn)的新材料在提高自身物理性能的同時也改善了物料的加工性能，數(shù)字技術(shù)的進步也為注射設(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，未來的發(fā)展方向又將如

2、何，這是每一個塑料從業(yè)者所關(guān)注的問題。 精密注射成型機 1、全液壓與全電動的比較 全電動注塑機是隨著精密注射制品的發(fā)展而逐步走向人們的視野的。所謂全電動注塑機，是指采用伺服電機取代原來的液壓裝置，以完成螺桿的旋轉(zhuǎn)、注射、開合模等動作過程的注塑機。全電動注塑機的機械原理與傳統(tǒng)的液壓注塑機是基本相同的，只是在控制部分采用伺服電機取代原來的液壓裝置，其注射裝置也包括塑化和傳動兩個部分。塑化部件是由螺桿、機筒、噴嘴組成，傳動部分是由滾珠絲桿、伺服電機、傳動齒輪和離合器等組成。全電動注塑機的合模裝置也有肘桿式和直壓式兩種，這一點也同傳統(tǒng)的注塑機基本相同。 通過對電動注塑機結(jié)構(gòu)上的了解，我們可以比較一下電

3、動注塑機與液壓注射機在性能上的不同。由于電動注塑機的驅(qū)動系統(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。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。采用伺服電機控制螺桿的塑化，其計量精度更高，也更穩(wěn)定，并且更有利于調(diào)速。電力直接傳動也有利于節(jié)約能源。然而，此類注塑機是采用伺服電機帶動滾珠絲桿驅(qū)動螺桿進行注射，由于滾珠絲桿負載大，高速旋轉(zhuǎn)時磨損嚴重，因此一般全電動注塑機的注塑速率小于500mm/s，這是全電動注塑機的一個弱點。 全液壓式注塑機在成型復(fù)雜制品方面有許多獨特的優(yōu)勢，如合模精度高、開模力大等。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，種類很多，差異也比較大。單缸充液式注射機體積龐大，液壓油容易泄漏，升壓速度慢，耗能也多。多缸充液式注射機在一定程度上緩解并改善了這些問題，其機身較短，體積也小了一些。兩板直壓式注塑機解決了上述的缺點，其開合模行程長，效率高，調(diào)模以及開合模精度高，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。 全液壓與全電動可以說各具特點。全電動式注塑機在開合模精度以及使用壽命上不如全液壓式注塑機，而全液壓注塑機要保證精度就必須采用伺服閥，這必然帶來成本的提高。如今，人們積極開發(fā)電動液壓式精密注塑機，計量塑化過程采用電力驅(qū)動以達到節(jié)能的效果；液壓或者電動液壓復(fù)合的鎖模機構(gòu)

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

6、是注塑成型設(shè)備發(fā)展的一個新方向，開創(chuàng)了微細結(jié)構(gòu)零件和系統(tǒng)制造研究的新途徑，其突出優(yōu)點就是能夠?qū)崿F(xiàn)高精度、高精細零件的大批量、低成本生產(chǎn)。對于螺桿式微注射成型機，其塑化、計量和注射均由一組螺桿完成，所以結(jié)構(gòu)簡單，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。對于柱塞式微注射成型機，雖然其對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)量和光學特性要求較高的零件。而螺桿柱塞混合式微注射成型機則綜合了柱塞式和螺桿式的優(yōu)點，以螺桿作為塑化單元，柱塞

7、作為計量和注射單元，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，控制和維護較柱塞式和螺桿式繁瑣。 不同原理的微型注射成型機有著不同的性能指標，適合不同微細結(jié)構(gòu)零件的需求。因此要根據(jù)具體的微細結(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?shù)奈⑿妥⑸涑尚蜋C。隨著機電一體化技術(shù)、計算機網(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研究狀態(tài)看，未來一段時間關(guān)于微型注射成型的研究發(fā)展趨勢可能體現(xiàn)在以下方面：開發(fā)高精度、高靈敏度和高推力、低成本的驅(qū)動設(shè)備和方式；探索新的材料塑化方式，解決現(xiàn)有塑化方式帶來的諸多問

8、題，達到整潔、高效塑化注射材料的目的；進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；微型注射成型機的高精度、高效率產(chǎn)品檢測單元的探索，為微型注射成型機提供可靠的性能測試和評價標準；智能化和網(wǎng)絡(luò)化微注射成型機的開發(fā)應(yīng)用研究，使微型注射成型機在計算機和網(wǎng)絡(luò)的幫助下實現(xiàn)多元控制和遠程在線控制生產(chǎn)。 微型注射成型機的研制發(fā)展歷史并不長，但它是一個極具發(fā)展?jié)摿Φ募夹g(shù)領(lǐng)域，開展這一領(lǐng)域的研究不僅可以帶動傳統(tǒng)注塑成型技術(shù)的發(fā)展，同時也可以促進精細微結(jié)構(gòu)制品的制造和應(yīng)用。隨著各國對于微機電系統(tǒng)(MEMS)及精細CAD/CAE/CAM制品開發(fā)的力度不斷加強，精細微結(jié)構(gòu)制品的市場將

9、持續(xù)增長，對精密微型注射成型機的需求也會相應(yīng)逐年增加， 微注射成型機在先進制造領(lǐng)域必將發(fā)揮日益重要的作用。 精密注塑模具的設(shè)計 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，模具設(shè)計必須合理，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、添加劑的種類及用量等等都是在模具設(shè)計時要考慮的問題。因此，精密注塑模具的設(shè)計除了一般模具需要考慮的問題之外，還要考慮以下幾條：采用適當?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，所以這時經(jīng)驗就顯得很重要。一般來說，在修正模具時，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)計模具結(jié)構(gòu)時必須考慮對型腔零件進行磨削、研磨和拋光等加工的可行性。盡管型腔、型芯的加工已經(jīng)達到高精度的要求，而且收縮率也同預(yù)計的一樣，但是，由于成型時中心的偏移，其所成型的制品內(nèi)外側(cè)相關(guān)尺寸都很難達到設(shè)計要求。為了保持動定模在分型面上的

11、尺寸精度，模具必須加裝錐形定位銷或楔型塊等，以確保精度。 美國的Leopold Kiernicki等人發(fā)明了一種精密注塑光纖套圈的方法。該方法通過對模具進行改進,在成型過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裝置。芯棒在模制套圈中確定了內(nèi)部的通道，而伸出線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年獲得了包括美國在內(nèi)的多項專利。 德國的LindnerE.針對光盤各方面要滿足高精密度的要求，例如平面、厚度、波形和表面質(zhì)量等，對注射模具的結(jié)構(gòu)以及工況提出了一定的要求。光盤在一個單型腔的、并且?guī)в?/p>

12、一個錐形注入口和環(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生產(chǎn)超精密的塑料制品1萬件以上。 模具的技術(shù)水平是一個國家工業(yè)發(fā)展水平的重要標志。目前，精密注塑模具市場仍為美國、日本的企業(yè)所壟斷，其中日本占全球市場的40左右，美國占到20左右。國內(nèi)能夠生產(chǎn)精度達到5m以內(nèi)的精密模具可以說是鳳毛麟角，更不用說生產(chǎn)精度在1?2m之

13、間的模具了。因此，我國的模具制造業(yè)從設(shè)計、制造到工廠的管理都還處于起步階段，要達到美國、日本甚至韓國模具的制造水平尚有很長一段路要走，建立自己的模具工業(yè)體系可謂任重而道遠。 精密注塑成型技術(shù) 1、二次成型技術(shù) 目前開發(fā)的先注后壓二次成型是將壓縮模用在注射機上成型塑件，采用注射機注射料坯，再利用壓縮模進行壓縮成型。該成型方法能在成型過程中保證型腔與塑料制件之間較好的接觸，使樹脂的溫度和壓力分布均勻，消除內(nèi)應(yīng)力，減小樹脂的收縮。此工藝的技術(shù)關(guān)鍵是模具結(jié)構(gòu)設(shè)計和溫度、壓力的控制。此種方法對某些形狀簡單的光學件能起到明顯的效果，得到內(nèi)部壓力分布均勻的制品，而對于較復(fù)雜的光學件則無能為力。 2、注射壓縮

14、成型 所謂注射壓縮成型法是當注入模腔的樹脂由于冷卻而收縮時從外部加一個強制的力使模 腔的尺寸變小，從而使收縮的部分得到補償?shù)某尚头椒?。一般的注射成型法是用控制精密螺桿的運動來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模腔向樹脂直接加壓來提高質(zhì)量的。對于透鏡零件是將樹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脂的壓力和溫度來決定，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)保持較長時間的熔融狀態(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

15、補償收縮，這樣就可以減少或消除由保壓引起的樹脂分子取向和成型時的內(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性能。采用這種方法已經(jīng)能制造出與玻璃精度相當?shù)墓鈱W制件，而價格卻只有玻璃的 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”，樹脂被注射充填后，需進行維持壓力的“保壓”操作，樹脂取向的原因即源于此。采用注射壓縮成型法，口模處的樹脂固化后，力求使內(nèi)腔體積壓縮，完成高精度復(fù)制，但由于樹脂的固化，無法實施

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 針對上述精密成型方法存在的缺陷，依據(jù)樹脂的溫度和壓力的關(guān)系，可采用超精模壓成型技術(shù)，實現(xiàn)高精度塑料光學制件的制備。 在介紹超精模壓之前，有必要研究一下塑料在加熱過程中的狀態(tài)。樹脂在加熱過程中體積不斷增加，當超過樹脂的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度時，體積增加率更大，在冷卻時體積又減少。假定樹脂處于加熱過程中某個溫度T1，利用與當時樹脂體積有相同體積空間的模具充填樹脂，然后繼續(xù)加熱接近樹脂玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，此時，樹脂的體積不再增加，壓力卻增大，一旦超過玻璃化轉(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，塑料的壓力與大氣壓相等，其體積等于模腔容積。若進一步將溫度降至室溫時，樹脂的體積與加熱前的體積相等，但小于模具容積。樹脂的這種可逆現(xiàn)象是在樹脂的溫度均勻一致時才能成立。如前所述，為防止塑料光學制件產(chǎn)生縮坑，需進行“保壓”或減小模腔容積，但樹脂比容未必恒定。為使比容恒定，需高壓注射充填熔融樹脂，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，以恒定比容將模具冷卻到樹脂的熱變形溫度。超精模壓成型

18、正是利用塑料的這些特性研究出來的成型方法。 將模具加熱到樹脂的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度以上的某一溫度，將熔融樹脂注射入模腔內(nèi)并立即封堵。注射充填的壓力和樹脂量按初始樹脂壓力等于大氣壓來設(shè)定。封堵之后，將模具溫度保持在玻璃化轉(zhuǎn)變溫度以上，使樹脂的壓力和溫度分布均勻。然后，在維持樹脂壓力和溫度均勻的同時，以恒定比容將模具冷卻到樹脂的熱變形溫度。然后，開模取出成型塑料光學制件。這一成型法即為超精模壓成型。在超精密成型過程中，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機構(gòu)。該成型法使用專門的小金屬球封堵樹脂。在合模之前把小金屬球放進模具注射口內(nèi)。成型機注射充填熔融樹脂時，金屬球被注射的樹脂推向模腔的一側(cè)，留出通道讓樹脂注射入模腔。熔融樹脂高壓充滿模腔后，成型機停止注射，此時由于壓差，樹脂倒流而把金屬球推向注射口，從而封堵樹脂。使用這種機構(gòu)保持的壓力為封堵前壓力的95% 以上。 對于該成型法，冷卻逐漸完成且樹脂的壓力和大氣壓相等的條件下，注射充填熔化樹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制件的形狀尺寸不同，如果保持樹脂壓力和溫度均勻性的緩和時間和逐漸冷卻