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摘要：介紹聚合物材料的精密注射成型技術(shù)，論述影響精密注射成型的因素，包括模具的精度、注塑機的控制精度、精密注射工藝控制和其它一些計算機控制技術(shù)。分別對這些因素進行分析討論，并給出了相關(guān)的解決方法，最后介紹了一些先進的模塑成型技術(shù)。
關(guān)鍵詞：精密注射；注塑機；精密注射工藝；精密注射模具

近年來，隨著電子、電信、醫(yī)療、汽車等行業(yè)的迅速發(fā)展，對塑料制品的高精度、高性能要求與日俱增，促使精密成型技術(shù)不斷地進步，新的技術(shù)不斷地涌現(xiàn)。精密注射成型要求制品不僅具有較高的尺寸精度、較低的翹曲變形、優(yōu)良的轉(zhuǎn)寫性，而且還應有優(yōu)異的光學性能等[ 1 ]。注射成型是最重要的塑料成型方法之一，包括塑料的塑化、注射、保壓、冷卻等幾個基本的過程，因此影響精密注射成型的因素也很多。

1精密模具

要制造出精密的制品，精密模具是必不可少的。模具的精度一般受模具的溫度控制、模具的精密制造和模具設(shè)計時對塑料收縮率選用等影響。

1. 1模具溫度的精密控制

在一般精度零件的注射成型中，控制模具溫度主要是為了提高生產(chǎn)率。然而模具溫度控制對精密注射成型的影響極大[ 2 ] ，它影響制件的收縮、形狀、結(jié)晶、內(nèi)應力等，因此設(shè)計模具冷熱回路時要求溫度分布合理，控制精度精確，最好采用模溫機和冷水機控制。模具溫度控制和冷卻時間對制品性能的影響及其影響因素如下[ 3 ] ：

(1)塑料熔體注入和模具開模的循環(huán)時間二者會在模具中產(chǎn)生溫度差的波動，因此應該盡量減小這種波動差峰。

(2)模具內(nèi)的熱量轉(zhuǎn)移模具的熱量是通過模具體和模具內(nèi)的媒體傳遞出去的，模具是不變的，因此對媒體的控制是關(guān)鍵，一般其冷卻水出入口溫度差小于1℃，應用平均溫度理論來計算[ 4 ] ，這樣能夠保證熱量傳遞的穩(wěn)定性。媒體的流量和熱量轉(zhuǎn)移是相互聯(lián)系的，可以用模具表面溫度傳感器來控制媒體流量，以補償因環(huán)境溫度變化引起的模具溫度變化。

(3)模具穩(wěn)定狀態(tài)為使模具所吸收和散發(fā)的熱量保持平衡，注塑機注射出的熔體要嚴格保持穩(wěn)定的溫度。模具周圍的溫度對模具也有很大的影響，一般會影響到模具內(nèi)媒體對流系數(shù)的變化，因此最好在模具表面設(shè)置溫度傳感器，隨時觀察模具表面溫度，并使其保持穩(wěn)定。

(4)熱交換效率的變化模具用久后，在冷卻水管道中會出現(xiàn)銹斑和水垢，這時交界面的熱導率降低，應對水垢及時清除。

1. 2精密模具的設(shè)計與制造

模具設(shè)計的好壞是保證塑料制件尺寸精度的前提，為了提高精密注塑模的精度，在設(shè)計過程中采用計算機輔助分析是必要的，特別是對澆注系統(tǒng)的流動行為和模具溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)熱量分布的分析等。應盡可能地應用分析模擬軟件并利用接近實際的加載條件來分析模擬熔體在模具中的澆注、冷卻等非穩(wěn)態(tài)的過程。

模具的制造質(zhì)量是保證塑料制件尺寸精度的關(guān)鍵，精密模具主要的制造特點是除了拋光和裝配作業(yè)外，均不用手工加工。一般模具機械加工和手工加工的比例約為6∶4～7∶3，而精密模具的機械加工和手工加工比例為9∶1。

模具材料和熱處理是模具精度的保障，在成型加工過程中，模具處于高溫狀態(tài)，因而即使對模具零件采用低溫回火，生產(chǎn)時高溫熔體又會對零件進行重復回火而使硬度降低，同時還應考慮殘留奧氏體所引起的體積膨脹。因此一般回火溫度至少應是成型加工時模具溫度的兩倍以上，并適當?shù)剡M行低溫處理以便消除殘余奧氏體。

對高精度制品，要求模具成型零件的精度、組合件累計精度、模具導向件的對中精度以及分型面的平行度應該達到微米級。模具應有足夠的強度、剛度和耐磨性，在注塑壓力下不易變形、磨損。要達到以上的加工精度可采用立體加工中心、數(shù)控機床和應用CAD /CAM /CAE等新技術(shù)。

1. 3精密模具設(shè)計時物料收縮率的選用

熱塑性塑料制品成型時收縮率波動較大，給模具設(shè)計、確定型腔尺寸和控制制品尺寸精度帶來困難[ 5 ]。因此在模具設(shè)計時應了解塑料的收縮特性和因制件形狀而造成的各部位收縮率的差異，然后采用必要的補償措施。對高精度塑料件可在設(shè)計前先制造簡易模具，以測出成型時各部位的實際收縮率，這樣便可大大提高制件的尺寸精度[ 6 ]。

1. 4精密模具澆口的設(shè)計

澆口的類型、大小、位置和數(shù)量都影響制件尺寸精度。點澆口噴射力大，但補縮效果差，對厚壁制件不適用。澆口位置影響熔體流向和流程遠近，流程愈長收縮愈大。多澆口可以縮短流程，但熔接痕增多。澆口的設(shè)計應該根據(jù)制件大小和所選用的材料運用分析軟件并借助于實際經(jīng)驗來最終確定。

2精密注射成型最佳工藝參數(shù)的設(shè)定

選取最佳的成型工藝參數(shù)能夠減少塑料制品的收縮率。塑料的收縮特性是指塑料的熱收縮、彈性回復、塑性變形、后收縮和老化收縮的綜合反映，通常是因材料吸水或分子鏈重排而引起，具體表現(xiàn)為線性收縮率和體積收縮率的變化，常用收縮特性值表示。熱塑性塑料注塑制品成型時收縮率波動較大，特別是對于結(jié)晶性塑料注塑制品更加明顯，由于結(jié)晶度不僅取決于化學結(jié)構(gòu)，而且還受到加工過程中冷卻參數(shù)(冷卻速率、熔體溫度、模具溫度、制品厚度)的影響，給模具設(shè)計確定型腔尺寸和控制制品尺寸精度帶來困難，所以迫切需要了解注塑工藝參數(shù)對各種塑料收縮率的影響規(guī)律[ 7 ]。制件壁厚的差異一般認為是由兩個方面的因素引起的：

一是高壓熔體引起的模具型腔輕微變形;二是當模具開模后材料的彈性膨脹。一般來說，質(zhì)量精度能夠很好地控制尺寸精度，而在較高的模具溫度里熔體的粘度較低，所以粘度梯度較小，在一定的螺桿背壓下，制件的質(zhì)量精度就能夠得到精確的控制。然而對于液晶聚合物(LCP)來說，它恰恰需要較低的模具溫度，這是因為LCP遇冷后會迅速冷卻定形。

LCP有低的熔解熱和有序的結(jié)構(gòu)狀態(tài)，因此在液體晶態(tài)向固體晶態(tài)轉(zhuǎn)變之間有較小的變化，當充分冷卻時，液- 固轉(zhuǎn)變幾乎是在瞬間完成。在較冷的模具中，當型腔充滿時，型腔中的大部分材料和澆口已經(jīng)固化，因此壓縮階段很難補充熔體，因而制件的尺寸與未變形的型腔尺寸十分接近[ 8 ]。

無定型塑料較結(jié)晶型塑料收縮率低，配混料的收縮率較純聚合物材料低，同時隨著彈性體用量的增加，材料的收縮率有所降低。塑料經(jīng)增強或填充后，熱容減小，剛性增大，收縮率大幅度降低，且纖維或填充劑含量愈高，收縮率愈小[ 9 ] 。結(jié)晶型塑料制品精度還受壓力的影響。由于壓力致結(jié)晶的作用，注塑壓力( P1 ) 、保壓壓力( P2 )和補料壓力( P3 )能夠加速結(jié)晶過程，因此結(jié)晶度隨P1、P2、P3 的增加呈上升趨勢。對于P1 ，其壓力致結(jié)晶作用提高了結(jié)晶度，使收縮率增加; P2 和P3 上升，一方面因結(jié)晶度提高使收縮率增加

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