精密注射成型的概念
精密注塑是指加工成型的注塑制品的尺寸重復(fù)精度很高,以致使用通用注塑機(jī)、常規(guī)的注塑成型工藝難以達(dá)到要求的一種注射成型方法。
“精密注射成型”這一概念,主要是區(qū)別于“常規(guī)注射成型”,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)。
目前針對精密注射制品的界定指標(biāo)有兩個(gè):
一是制品尺寸重復(fù)精度,二是制品質(zhì)量的重復(fù)精度。
本文主要從制品尺寸重復(fù)精度方面闡述精密注射成型。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。
成型制品的模具是決定該制品能否達(dá)到設(shè)計(jì)要求的尺寸公差的重要條件,而精密注塑機(jī)是保證制品始終在所要求的尺寸公差范圍內(nèi)成型,及保證極高成品率的關(guān)鍵設(shè)備。
精密注射的特點(diǎn):
制件的尺寸精度高、公差小,即有高精度的尺寸界限;
制品重量重復(fù)精度高,要求有日、月、年的尺寸穩(wěn)定性;
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;
采用精密注射機(jī)更換常規(guī)注射機(jī);
采用精密注射成型工藝;
選擇適應(yīng)精密注射成型的材料。
評定制品最重要的技術(shù)指標(biāo),就是注塑制品的精度( 尺寸公差、形位公差和制品表面的光潔度) 。欲注塑出精密的塑料制品,需從材料選擇、模具設(shè)計(jì)、注射成型工藝、操作者的技術(shù)水平等4大因素進(jìn)行嚴(yán)格控制。
精密注塑機(jī)要求制品尺寸精度一般在0.01~0.001mm以內(nèi),許多精密注塑還要求注塑機(jī)具有高的注射壓力、高的注射速度;
要求合模系統(tǒng)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(diào)、穩(wěn)定和重復(fù)性高,開合模位置精度高;
要求對壓力、流量、溫度、計(jì)量等都能精確控制到相應(yīng)的精度,采用多級或無級注射,保證成型工藝再現(xiàn)條件和制品尺寸的重復(fù)精度等。
影響制品尺寸精度的因素:
A.模具精度;
B.成型收縮率;
C.制品使用環(huán)境的溫度、濕度以及波動的幅度。
注塑精密成型材料的選擇原則
機(jī)械強(qiáng)度高、尺寸穩(wěn)定性好、抗蠕變性能好、環(huán)境適應(yīng)范圍廣。
常用的有四種材料:
POM及碳纖維增強(qiáng)( CF) 或玻璃增強(qiáng)(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。
PA及玻纖增強(qiáng)PA66,其特點(diǎn):抗沖擊能力及耐磨性能強(qiáng),流動性能好,可成型0.4mm壁厚的制品。玻纖增強(qiáng)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調(diào)濕處理。
PBT增強(qiáng)聚酯,成型時(shí)間短。成型時(shí)間比較如下:PBT≤POM≈PA66≤PA6。
PC及GFPC。特點(diǎn):良好的耐磨性,增強(qiáng)后剛性提高,尺寸穩(wěn)定性好,耐候性、難燃及成型加工性好。
精密注塑成型中的收縮問題
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。
熱收縮是成型材料與模具材料所固有的熱物理特性。模具溫度高,制品的溫度也高,實(shí)際收縮率會增加,因此精密注射的模具溫度不宜過高。
相變收縮由于結(jié)晶型樹脂在定向過程中,伴隨高分子的結(jié)晶化,由于比容減少而引起的收縮,即叫相變收縮。模具溫度高,結(jié)晶度高,收縮率大;但另一方面,結(jié)晶度提高會使制品密度增加,線膨脹系數(shù)減小,收縮率降低。因此實(shí)際收縮率由兩者綜合作用而定。
取向收縮,由于分子鏈在流動方向上的強(qiáng)行拉伸,使在冷卻時(shí)的大分子有重新卷曲恢復(fù)的趨勢,在取向方向?qū)a(chǎn)生收縮。分子取向程度與注射壓力、注射速度、樹脂溫度及模具溫度等有關(guān)。但主要的是注射速度。
壓縮收縮與彈性復(fù)位,一般塑料都具有壓縮性。即在高壓下比容發(fā)生顯著變化。在一般溫度下,提高壓力成型制品比容會減小,密度會增加,膨脹系數(shù)減小,收縮率會顯著下降。對應(yīng)于壓縮性,成型材料具有彈性復(fù)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)。
精密注塑模具
模具精度,主要取決于模具型腔尺寸精度高,型腔定位準(zhǔn)確或分型面精度是否滿足要求。一般精密注塑模具的尺寸公差,應(yīng)控制在制品尺寸公差的1/3以下。
可加工性與剛性,在模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中,型腔數(shù)不宜過多,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。
制品脫模性,模具要盡量采取少的型腔數(shù)、少而短的流道以及比普通模具有更高的光潔度,這樣有利于脫模。
精密模具的材料,選擇機(jī)械強(qiáng)度高的合金鋼。制作型腔、澆道的材料要經(jīng)過嚴(yán)格的熱處理,選用硬度高(成型零件要達(dá)到HRC52左右) 、耐磨性好、抗腐蝕性強(qiáng)的材料。
精密注射機(jī)的特點(diǎn)與選用
技術(shù)參數(shù)方面的特點(diǎn):
從注射壓力方面劃分,普通機(jī):147 ~177MPa;精密機(jī):216 ~243MPa;超高壓機(jī):243~392MPa。
精密注塑機(jī)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(dāng)注射壓力達(dá)到392MPa時(shí),制品成型收縮率幾乎為零。而這時(shí)制品的精度只受模具控制或環(huán)境的影響。實(shí)驗(yàn)證明:注射壓力從98MPa提高到392MPa后,機(jī)械強(qiáng)度提高3%~33%。
(2)可減小精密制品的壁厚、提高成型長度。以PC為例,普通機(jī)注射壓力177MPa,可成型0.2~0.8mm壁厚的制品,而精密機(jī)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(jī)可獲得流長比更大的制品。
(3)提高注射壓力可充分發(fā)渾注射速率的功效。欲達(dá)到額定注射速率,只有兩個(gè)辦法:一是提高系統(tǒng)最高注射壓力;二是改造螺桿參數(shù),提高長徑比。精密注射機(jī)的注射速率要求高。
精密注射機(jī)在控制方面的特點(diǎn):
(1) 對注塑成型參數(shù)的重復(fù)精度(再現(xiàn)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(zhuǎn)速控制。
位移傳感器的精度要求達(dá)到0.1mm,這樣可以嚴(yán)格控制計(jì)量行程、注射行程以及余料墊的厚度(射出監(jiān)控點(diǎn)),保證每次注射量準(zhǔn)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(diào)量要小,溫度的波動要小。精密注塑應(yīng)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的成型質(zhì)量,還會影響到熔融塑料通過澆口時(shí)所受阻力的大小,為了得到均勻的塑化,設(shè)計(jì)專用的螺桿和使用專用的增塑技術(shù)必不可少。
另外,機(jī)筒的溫度也應(yīng)精確控制,現(xiàn)在螺桿、機(jī)筒溫度多采用PID控制(比例、微分、積分),精度可控制在±l℃內(nèi),基本可滿足精密注塑的要求,如果采用FUZZY控制方法,就更適合于精密注塑了。
(3)工作油的溫度控制要高油溫的變化導(dǎo)致注射壓力的波動,必須對工作油采用加熱、冷卻的閉環(huán)裝置,把油溫穩(wěn)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(zhǔn)確地說,保壓能較好地補(bǔ)縮,減小塑件變形,控制塑件精度,保壓壓力的穩(wěn)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) 對模具溫度控制要求若冷卻時(shí)間相同,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。
精密注塑機(jī)的液壓系統(tǒng):
油路系統(tǒng)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(tǒng)。
在直壓式合模機(jī)構(gòu)中,把合模部分油路和注射部分油路分開。
由于精密注塑機(jī)具有高速性,為此必須強(qiáng)調(diào)液壓系統(tǒng)的反應(yīng)速度。
精密注塑機(jī)的液壓系統(tǒng),更要充分體現(xiàn)機(jī)電液儀一體化工程。
精密注塑機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn):
由于精密注射機(jī)注射壓力高,這就要強(qiáng)調(diào)合模系統(tǒng)的剛度。動、定模板的平行度控制在0.05~0.08mm 的范圍內(nèi)。
要求對低壓模具的保護(hù)及合模力大小精度的控制。因?yàn)楹夏AΦ拇笮∫绊懩>咦冃蔚某潭龋罱K要影響到制件的尺寸公差。
啟、閉模速度要快,一般在60mm/s左右。
塑化部件:螺桿、螺桿頭、止逆環(huán)、料筒等,要設(shè)計(jì)成塑化能力強(qiáng)、均化程度好、注射效率高的結(jié)構(gòu)形式;螺桿驅(qū)動扭矩要大,并能無級變速。
無論何種精密注塑機(jī),最終都必須能夠穩(wěn)定地控制制品尺寸重復(fù)精度和質(zhì)量重復(fù)精度。