何为精密注塑成型与精密注塑机？

时间：2015-09-06

	一、什么叫做精密注塑成型？


	        精密注塑成型，从严格意义上来说，指的是通过注塑机设备生产出来的塑胶制品的尺寸精度，可以达到0.01mm以下，通常在0.01～0.001mm之间的一种注射成型生产方式。


	        “精密注射成型”这一概念，主要是区别于“常规注射成型”，随着高分子材料和微电子技术的高速发展，电子电路高度集成化，使得工业设备零件逐渐发展为**化、**化、轻量化、小型化和微型化。这样，精密塑胶制件因为符合**要求，同时具备良好的机械、力学性能以及尺寸稳定性等优点，在机械、电子、仪器、通讯、汽车和航空仪表等行业领域里，取代了部分**的金属零件而得到了广泛应用。


	        由精密注塑成型的定义可知，精密塑胶件的尺寸公差范围是非常窄的。而实际上，塑胶成型行业内公认，当塑胶制件的尺寸公差在0.1mm以下，或者说制件尺寸正负公差在0.1mm以下，都可称之为精密成型，制件的尺寸公差达到微米级的，可以称之为**精密级注塑成型。


	        相对精密注塑成型而言，普通注塑成型的制件的尺寸公差通常在0.1mm以上，制件的尺寸公差范围相对较宽，并且随着制件体积或重量的增加，制件的尺寸公差也会有所增加。


	        值得一提的是，由于材料本身的性质和加工手段不同，不能把塑料制件的精度与金属零件的精度等同起来。塑料制品较高的精度等级是三级精度，即尺寸公差可达0.001mm以下，而金属零件尺寸可分为十四级，加工精度分有九级。


	 


	二、精密注塑成型有哪些特点？


	    （1）制件的尺寸精度高，公差范围小，即有**的尺寸界限。精密塑胶制件的尺寸偏差会在0.03mm以内，有的甚至小到微米级，检测工具依赖于投影仪。


	    （2）制品重复精度高主要表现在制件重量偏差小，重量偏差通常在0.7%以下。


	    （3）模具的材料好，刚性足，型腔的尺寸精度、光洁度以及模板间的定位精度高。


	    （4）采用精密注射机设备。


	    （5）采用精密注射成型工艺。**控制模具温度、成型周期、制件重量、成型生产工艺。


	    （6）选择适应精密注射成型的材料：


	     PPS、PPA、LCP、PC、PMMA、PA、POM、PBT、加玻纤或碳纤的工程材料等。


	 


	三、精密注塑成型受到哪些因素的影响？


	        要注塑出精密的塑料制品，材料选择、模具设计和加工、注射成型工艺、成型人员的技术水平以及精密注塑成型机，五大因素缺一不可。


	        精密塑胶制件的精度包括尺寸精度，形位精度和表面精度，分别对应尺寸公差、形位公差和表面粗糙度，其中尺寸精度是塑胶制件重要的制造和使用质量指标。影响制件的尺寸精度主要有：（1）、成型材料的收缩特性，采用尺寸稳定性高的塑料


	        塑料的收缩特性是塑料固有特性之一，它对塑料件尺寸稳定性和精度起着重要的作用。塑料的收缩特性包括塑料的热收缩、弹性回复、塑性变形、后收缩和老化收缩的综合反映。它表现为成型过程和使用过程中受环境影响而发生的线性收缩率和体积收缩率的变化，常用收缩特性值表示。


	（2）、模具设计和加工精度


	A、精密模具的材料：


	        选择机械强度高的合金钢。制作型腔、浇道的材料要经过严格的热处理。硬度高（成型零件要达到HRC52左右）、**性好、抗腐蚀性强的材料。


	B、可加工性与刚性：


	        在模具结构设计中型腔数不宜过多，而底板、支承板、型腔壁都要厚一些，避免零件在高温、高压作用下发生剧烈弹性形变。


	C、制品脱模性：


	        模具要尽量采取少的型腔数、少而短的流道以及比普通模具有更高的光洁度，这样有利于脱模。


	D、塑件的精度


	        主要取决于模具型腔尺寸精度、型腔定位精度、分型面精度。判断的标准是塑件的设计是否易于加工、模具浇口的充模性能是否良好、模具的冷却系统是否能够均匀冷却模具等等。


	一般精密注塑模具的尺寸公差应控制在制品尺寸公差的1/3以下。


	（3）、制品使用环境的温度、湿度以及尺寸蠕变的幅度


	        制件在承受外力作用或在温度变化的环境里，保持不发生形变的能力要好。


	（4）、注塑成型设备——用精密注塑机代替常规注塑机


	       精密注塑机是带有射胶闭环控制的注射机，通常注塑机的注射压力和注射速度是采用闭环控制的。所谓闭环控制，也叫反馈控制，指的是在控制系统中，通过检测组件对控制系统的输出信号进行检测，将检测信号再传递到控制器，控制器对该检测信号进行运算处理，从而实现输出信号与系统要求的输出信号一致，使输出信号更接近于期望值，系统输出偏差较小。简单的讲，闭环控制就是更接近期望值的自动调节控制。注塑机由于采用了注射闭环控制，大大提高了注射成型的重复性和稳定性，减小了制件的尺寸波动，也就提高了制件的尺寸精度和尺寸稳定性。注塑机要实现闭环控制，对于液压式注塑机而言，就**采用伺服阀，实现液压系统压力和流量的闭环控制。


	        **精密型注塑机除了采用伺服阀之外，还会配加使用伺服控制板。伺服控制板配合电脑控制系统，进一步提高液压系统输出压力和流量的重复精度，实现**精密注塑成型。


	        全电动式注塑机同比液压式注塑机，在实现全闭环注射控制上，要有很大的优势。全电动注塑机的电脑运动控制器，对伺服电机进行控制驱动，再通过逻辑控制器对传感器反馈的信号进行逻辑运算，实现对注塑动作包括注射、塑化、开合模、顶针动作的全闭环控制，位置控制可达到0.01mm，制件的尺寸精度更高，机台的稳定性和重复精度也就高得多。


	（5）、采用精密成型工艺


	        采用多级注塑，并对**控制模具温度。


	 


	四、精密注塑成型中制件收缩问题之探讨


	        精密注塑制品不仅有尺寸公差、几何精度、表面光洁度的概念，而且有重复精度，对日、月、年以及应用环境稳定精度的概念，这些精度不仅与成材料的性质、模具精度有关，而且与影响制精度的成型收缩有关。


	        影响制品的收缩的因素有四种：


	1、热收缩：


	        热收缩是成型材料与模具材料所固有的热物理特性，模具温度高制品的温度也高，实际收缩率是要增加，因此精密注射的模具温度不宜过高。


	2、相变收缩：


	        由于结晶型树脂在定向过程中，伴随高分子的结晶化，比容要减少而引起的收缩即叫相变收缩。模具温度高，结晶度大，收缩率大；但另一方面，结晶度提高会使制品密度增加，线膨胀系数减小，收缩率降低。因此实际收缩率由两者综合作用而定。


	3、取向收缩：


	        由于分子链在流动方向上的强行拉伸，使在冷却时的大分子有重新卷曲恢复的趋势，在取向方向将产生收缩。分子取向程度与注射压力、注射速度、树脂温度及模具温度等到有关，但主要的是注射速度。


	4、压缩收缩与弹性复位：


	        一般塑料都具有压缩性，即在高压下比容发生显着变化。在一般温度下，提高压力成型制品比容会减小，密度会增加，膨胀系数减小，收缩率会显着下降。对应于压缩性，成型材料具有弹性复位作用，使制品收缩减小。


	        影响制品成型收缩的因素与成型条件与操作条件有关。


	 


	五、精密注塑机是如何定义的？


	        精密注塑机指的是适于成型生产精密塑胶制品的成型机械设备。对于一台精密注塑机，又该如何去衡量或判断呢？


	        通常精密注塑机有两个指标：一是制品尺寸的重复偏差；另一个是制品的重复重量偏差。前者由于尺寸大小和制品厚薄不同难以比较；而后者代表了注塑机的综合水平。


	        一般普通注塑机的重量重复误差在1%左右，较好的机器可达到0.8%，低于0.5%为精密机，小于0.3%为**精密机。如前所述，精密注塑机要求制品尺寸精度一般在0.01～0.001mm以内。


	        许多精密注塑还要求注塑机具有：


	①高的注射压力、高的注射速度；


	②合模系统具有足够大的刚性和锁模精度。所谓锁模精度是指合模力的均匀性、可调、稳定和重复性高，开合模位置精度高；


	③对压力、流量、温度、计量等都能控制**到相应的精度，可采用多级注射，**成型工艺的再现和制品的重复精度等。


	 


	六、精密注塑成型对注塑机有哪些要求？


	1、技术参数方面的特点：


	①注射压力：


	        普通注塑机：147～177Mpa；精密注塑机：216～243 Mpa；**高压注塑机：243MPa以上，通常在243～392 MPa之间。


	精密注塑机可实现高压成型的好处是：


	A、提高精密制品的精度和质量。


	         注射压力对制品成型收缩率有较明显的影响，当注射压力达到392 MPa时，制品成型收缩率几乎为零。而这时制品的精度只受模具控制或环境的影响。实验证明：注射压力从98～392 MPa，制件的机械强度可提高3～33%。


	B、可减小精密制品的壁厚和提高成型长度。


	         以PC为例，普通机注射压力177 Mpa，可成型0.8mm壁厚的制品，而精密机注射压力在392 MPa时可成型厚度在0.45mm以上的制品。**高压注射机可获得流长比更大的制品。


	C、提高注射压力可充分发浑注射速率的功效。


	         为达到额定注射速率，有两种方式：一是提高系统较高注射压力；二是改造注射装置或注射系统参数，包括螺杆参数；


	②射胶速度：


	       精密注射机的注射速度要求高。精密液压式注塑机的注射速度要求到达200mm/s以上，全电动式注塑机的注射速度可达到300mm/以上。


	 


	2、精密注射机在控制方面的特点：


	①对注塑成型参数的重复精度（再现性）要求高，宜采用多级注射反馈控制。


	1、多级位置控制；


	2、多级速度控制；


	3、多级保压控制；


	4、多级背压控制；


	5、多级螺杆转速控制。


	        位移传感器的精度至少要求达到0.1mm，这样可以严格控制计量行程，注射行程以及余料垫的厚度（射出监控点）。**每次注射量准确，提高制品成型精度。


	②料筒及喷嘴温度控制要**


	        温控系统升温加热时**调量要小，温度的波动要小。精密注塑采用PID比例、积分、微分温度控制，使温度**度±1℃之间，**精密注塑机的温度控制精度达±0.1℃，温度偏差可稳定控制在±0.2℃之间。


	③注塑机液压油的温度需要控制


	        注塑机油温的变化导致注射压力的波动，**对液压油采用冷却装置，把油温稳定在50～55℃为宜。


	④对模具温度要求控制


	        模具温度对制件的后期热收缩有相当大的影响，也会影响制件的表观质量和结晶度，还会影响制件的力学性能。若冷却时间相同，模具型腔温度低的制品的厚度，要比温度高的制品的厚度尺寸大。


	 


	3、精密注塑机的液压系统


	①油路系统需要采用比例压力阀、比例流量阀或闭环变量泵系统。


	        注塑机液压系统需要采用比例压力阀、比例流量阀，实现系统不同的工作压力和流量。无论是定量泵液压系统，还是变量泵液压系统，都存在比例阀，以控制油泵输出的工作压力和工作流量，并实现比例线性调整。


	②在直压式合模机构中，把合模部分油路和注射部分油路分开。


	         这种要求针对直压式注塑机而言的，因为直压式注塑机是在合模起高压后的瞬间，开始注射熔体，填充模具型腔。与此同时，**有油液充填合模油缸，形成合模高压力。否则中板会因受到充填压力和胀模力的作用而后退，这是不允许发生的。这就要求合模油路和注射油路分离，否则会发生因油液同时充填合模油缸和注射油缸而发生油泵过载问题，并且会影响注射速度和系统稳定性。


	③由于精密注塑机具有高速性，为此**强调液压系统的响应速度。


	        精密注塑多数是在高射压和高射速的情况下完成的（连接器或手机按键），充填时间非常短，一般只有零点几秒，这要求系统具备高应答性能，否则出现响应迟滞现象，较终导致系统输出信号与输入信号的要求偏差较大，成型工艺调试困难，生产中也会直接影响制件的尺寸或重量稳定性。


	        注塑机的高应答性取决于控制器的扫描时间、油泵的响应时间、油阀的响应时间。对于加装伺服阀的液压系统，在响应方面和重复精度方面就有相当的优势。


	        对于变量泵注塑机，因为油泵的压力和流量输出，是通过油泵斜盘摆角调整的，因此具备高响应性与高应答性，油泵的重复精度可达到0.2%以下。


	④精密注塑机的液压系统，要充分体现机—电—液—仪一体化工程。


	        当前注塑机普遍采用全电脑控制，功能逐渐完善，具备“人机对话”、故障自诊断、成型状态监控、SPC品质监测等智能化功能。注塑机液压系统是注塑机各动作发生的动力部件，控制器是液压系统管控中心，各类仪表是机台运行状态的辅助监控部分。注塑机其实是机、电、液、仪**结合的智能体。


	 


	4、精密注塑机的结构特点


	（1）由于精密注射机注射压力高。这就要求合模系统的刚度高。动、定模板的平行度控制在0.08～0.10mm的范围内。


	（2）要求对低压模具的保护及合模力大小精度的控制。因为合模力的大小要影响模具变形的程度，较终要影响到制件的尺寸公差。


	（3）启、闭模速度要快，一般在60mm/s左右。


	（4）塑化部件：螺杆、螺杆头、止逆环、料筒等，要设计成塑化能力强，均化程度好、注射**的结构形式；螺杆驱动扭矩要大，并能无级变速。


	 


	七、注塑机实现精密注塑的表现


	        如前已述，注塑制品已应用到各个领域，广泛地用来代替精密度高的金属零件，由此对注塑件的尺寸精度、质量精度、表观质量和力学性能等提出了严格的要求。与此同时，对影响注塑制品质量的工艺因素也提出了更高的要求。


	        注塑机对制品控制的理想状态就是希望能直接控制制品尺寸、质量、表观质量、力学性能的变量为反馈信号进行反馈控制。但是就目前来说，将这些非电量直接测量并转化为电信号还没解决，因此只能通过控制影响上述制品质量的注塑机可控制变量来解决，主要有：


	（1）螺杆熔料筒各段温度，非周期性信号，一般至少选用4段加热；


	（2）液压油温，非周期性信号，用常规热电偶检测；


	（3）螺杆预塑位移，用位移电子尺检测周期性信号，由此引出速度信号；


	（4）注射系统压力，用应变传感器安装在注射油缸上，检测周期性信号，测定注射压力、保压压力及背压信号；


	（5）螺杆转速，用转速传感器检测螺杆转速，保持背压恒定；


	（6）螺杆后退停止位置，用于计量注射量，用电子尺检测；


	（7）注射压力至少4级设定曲线与反馈信号检测，进行反馈控制；


	（8）注射速度至少4级设定曲线与反馈信号检测，将位移变量转换速度反馈，并进行反馈控制。


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