精密注射成型技術(shù)的研究進(jìn)展
更新時(shí)間：2008-9-1 16:04:50 文章來源：互聯(lián)網(wǎng) 點(diǎn)擊：
，另一方面P2 升高能壓入更多的熔體，使型腔內(nèi)塑料受到充分壓實(shí); P3 升高能增大補(bǔ)料量, 并有效地防止倒流, 有利于降低收縮率。因此，塑料件的收縮率是兩方面作用的結(jié)果，所以收縮率隨P1、P2、P3 的升高先增加后減小[10 ]。
精密塑料件不僅要求有穩(wěn)定的尺寸公差，而且還要求有嚴(yán)格的力學(xué)性能。這些特性主要取決于熔體在冷卻階段的熱- 機(jī)械作用的歷史過程。模具溫度和冷卻時(shí)間對(duì)制品質(zhì)量和生產(chǎn)率都有直接的影響。研究發(fā)現(xiàn)，在給定的模具溫度下，制品的尺寸精度并不隨冷卻時(shí)間的延長(zhǎng)而有明顯的提高，只有在一定的時(shí)間段后才有明顯的作用。在一般冷卻過程中這樣的關(guān)鍵冷卻時(shí)間點(diǎn)有兩個(gè)，在第一個(gè)冷卻時(shí)間點(diǎn)時(shí)雖然生產(chǎn)的制品精度也較高，但不是最穩(wěn)定的狀態(tài)，而第二個(gè)冷卻時(shí)間點(diǎn)冷卻時(shí)間比較長(zhǎng)，但能使制品的狀態(tài)最穩(wěn)定[ 11, 12 ]。
3用精密注塑機(jī)代替常規(guī)注塑機(jī)
精密注塑機(jī)一般都采用較大的注射功率，這樣除了可以滿足注塑壓力和注射速率方面的要求外，注射功率本身還會(huì)對(duì)制品精度起一定的改進(jìn)作用。精密注塑機(jī)的控制系統(tǒng)一般都有很高的控制精度，這一點(diǎn)是制品本身所要求的。高的控制精度能保證各種注射工藝參數(shù)具有良好的重復(fù)精度，以避免制品精度因工藝參數(shù)波動(dòng)而發(fā)生變化。因此精密注塑機(jī)一般都對(duì)注射量、注塑壓力、注射速率、保壓壓力、背壓和螺桿轉(zhuǎn)速等工藝參數(shù)采取多級(jí)反饋控制。精密注塑要求其合模系統(tǒng)有足夠的剛度，否則制品精度將會(huì)因合模系統(tǒng)的彈性變形而降低。其次合模系統(tǒng)的合模力大小必須能夠精確控制，否則過大或過小的合模力都將對(duì)制品精度產(chǎn)生不良影響。所以在設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該綜合考慮模具剛度、系統(tǒng)剛度以及合模力的大小以精確控制制品的精度，尤其是平板薄壁制品。當(dāng)模具面積較大時(shí)，必須對(duì)導(dǎo)向柱進(jìn)行撓度校核[ 13 ]。精密注塑機(jī)還必須能夠?qū)σ簤夯芈分械墓ぷ鳒囟冗M(jìn)行精確控制，以防工作油因溫度變化而引起粘度和流量變化，進(jìn)一步導(dǎo)致注射工藝參數(shù)波動(dòng)而使制品失去應(yīng)有的精度。
3. 1成型制件循環(huán)時(shí)間的一致性
一般典型的注塑機(jī)有三種模式：手動(dòng)、半自動(dòng)、全自動(dòng)。由于各種因素的影響，在前兩種模式下每次模塑的循環(huán)時(shí)間不盡相同，這會(huì)影響到模具溫度和物料在料筒中的停留時(shí)間，進(jìn)而影響到制件的精度，因此在精密成型中應(yīng)盡量采用全自動(dòng)的模式[ 14 ]。
3. 2精密注塑機(jī)的溫度控制和新型螺桿的設(shè)計(jì)
注塑機(jī)筒上自動(dòng)調(diào)溫器的循環(huán)性開和關(guān)導(dǎo)致了料筒內(nèi)熔料密度和粘度的變化，從而影響制件質(zhì)量和尺寸精度的周期性波動(dòng);注塑機(jī)的噴嘴緊靠模具型腔，所以噴嘴的溫度對(duì)模塑制件也有重大的影響。現(xiàn)代的注塑機(jī)配備了特殊的過程控制軟件來抑制溫度波動(dòng)，這就是比例積分微分( P ID)控制。至少?gòu)臋C(jī)筒溫度差電偶的觀點(diǎn)上來看，優(yōu)化P ID參數(shù)能夠完全消除溫度的波動(dòng)[ 15 ]。
要制得高質(zhì)量和穩(wěn)定的塑料件，注塑機(jī)的塑化單元是非常重要的。對(duì)塑化單元評(píng)判的重要標(biāo)準(zhǔn)是：注射量、塑化速率、注射速率、高聚物在塑化單元的停留時(shí)間。
由于塑料件質(zhì)量的誤差對(duì)于尺寸精度有很重要的影響，因此應(yīng)精確控制注塑機(jī)的注射量。提高注塑機(jī)計(jì)量精度的最有效方法就是用技術(shù)上能夠?qū)崿F(xiàn)的最小的螺桿直徑，特別是對(duì)于輕型制件更是如此。由于螺桿計(jì)量段的相對(duì)長(zhǎng)度和螺桿的整體長(zhǎng)度變小，因此物料在塑化單元中停留的時(shí)間也會(huì)變短。螺桿螺紋也近似地變寬，可避免物料的停留時(shí)間變長(zhǎng)，使螺桿穩(wěn)定地運(yùn)行。螺槽的寬深比也相應(yīng)地變小，這對(duì)制造許多工程塑料制件的小直徑螺桿尤為有效。熔體的均一性并沒有因?yàn)樾嚎s比而減小，這是因?yàn)橛煞浅\的螺槽引起非常強(qiáng)烈的剪切速率而導(dǎo)致的。喂料段是設(shè)計(jì)的難點(diǎn)，它必須要保證各種粒料能夠均勻地喂進(jìn)去。考慮到需要較短的循環(huán)周期，塑化速率也必須足夠大，因此在設(shè)計(jì)喂料段時(shí)必須有效地解決這一對(duì)矛盾。另外，若要通過兩階段螺桿注射來達(dá)到精確控制注射量誤差，這就需要熔體的計(jì)量要通過球形檢測(cè)閥由注塑機(jī)注射到活塞注塑機(jī)中[ 16 ]。
以前由微處理器控制的注射成型過程不能獲得的注射精確度已經(jīng)通過電壓比較儀成功地解決了。電壓比較儀允許從傳送器和其它敏感器傳來的非常精確的電壓信號(hào)通過，當(dāng)設(shè)定點(diǎn)和真實(shí)值相吻合時(shí)有一個(gè)信號(hào)馬上傳送到順序控制的微處理器，因此由順序運(yùn)行程序的循環(huán)時(shí)間引起的異步時(shí)間轉(zhuǎn)移能夠通過直接的信號(hào)過程來消除[ 17 ] ，大大提高了控制的精度。
4精密成型新技術(shù)
4. 1在模具中應(yīng)用注射壓縮成型( ICM)技術(shù)
ICM技術(shù)是指模具開啟一定距離的條件下開始注射，注射到一定量后，模具開始閉合對(duì)型腔內(nèi)的熔體實(shí)施壓縮，模具完全閉合時(shí)注射終止，然后保壓、冷卻直到取出制品。注射壓縮成型是通過壓縮行為來壓實(shí)制品，使得制品的表面具有均勻的壓力分布，這樣壓實(shí)的制品尺寸精度高且穩(wěn)定，變形小。它是在模具開啟的情況下將熔體注入型腔的，因而流動(dòng)通道大，所需的注塑壓力很低，并且減小或消除了由保壓引起的樹脂分子取向和制品的內(nèi)應(yīng)力，從而提高制品的尺寸穩(wěn)定性。ICM技術(shù)的柔性與控制能力都較一般的注射模有較大的提高。因此利用這項(xiàng)技術(shù)可以生產(chǎn)更高精度的制件，尤其是高精度的圓柱狀制件[ 18～21 ]。
4. 2高速注射成型
高速注射成型方法的熔體填充速度較傳統(tǒng)的快10 ～100倍，使熔體在模腔內(nèi)產(chǎn)生高剪切的流動(dòng)，粘度下降，充模速度快，塑料表面硬化減慢，因而可提高薄壁制品的成型厚度極限，抑制過度的成型壓力，同時(shí)由于模內(nèi)低壓流動(dòng)，制品的內(nèi)應(yīng)力降低。對(duì)于薄壁精密制品，可以利用注塑時(shí)螺桿前移引起熔體吸收能量，在螺桿移動(dòng)停止后通過熔體膨脹高速充滿型腔來實(shí)現(xiàn)。
4. 3無保壓的注射成型
無保壓注射成型技術(shù)是指將塑料熔體以高速、高壓充填入模具，然后關(guān)閉設(shè)于噴嘴的針閥，以模腔內(nèi)的塑料熔體自動(dòng)彌補(bǔ)制品各部分的收縮，這樣可以大大降低制品的翹曲變形。但是這種方法需要事先估計(jì)保壓的收縮補(bǔ)充部分，因此在注射中需要有較高的型腔壓力值，需要的鎖模力也高。
4. 4其它的智能控制技術(shù)
精密注射成型過程中對(duì)加工條件實(shí)行持續(xù)性監(jiān)測(cè)和精確控制非常重要。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)化的注射成型已得到廣泛的應(yīng)用。其中有統(tǒng)計(jì)過程控制( SPC)技術(shù)、P ID技術(shù)、模糊邏輯控制( FCC)方法、中樞網(wǎng)絡(luò)控制(NNC)方法和基于逆向加工模型的中樞網(wǎng)絡(luò)尺寸控制等[ 22 ]。
5結(jié)語(yǔ)
對(duì)塑料制品高精度、高性能要求的日益增長(zhǎng)是精密注射成型技術(shù)前進(jìn)的動(dòng)力，人們對(duì)精密注射成型原理理解的不斷深化是精密注射成型技術(shù)進(jìn)步的基礎(chǔ)。隨著新材料、新工藝和新設(shè)備的相繼出現(xiàn)，尤其是計(jì)算機(jī)在塑料加工中的廣泛應(yīng)用，為精密注射技術(shù)創(chuàng)造了良好的條件。對(duì)只要合理的利用這些技術(shù)，就一定能生產(chǎn)出精密的制品。
參考文獻(xiàn)
1羅衛(wèi)華，等. 工程塑料
文章地址：http://www.www.direxe.cn/Article/mjjs/200809/340.html
精密塑料件不僅要求有穩(wěn)定的尺寸公差，而且還要求有嚴(yán)格的力學(xué)性能。這些特性主要取決于熔體在冷卻階段的熱- 機(jī)械作用的歷史過程。模具溫度和冷卻時(shí)間對(duì)制品質(zhì)量和生產(chǎn)率都有直接的影響。研究發(fā)現(xiàn)，在給定的模具溫度下，制品的尺寸精度并不隨冷卻時(shí)間的延長(zhǎng)而有明顯的提高，只有在一定的時(shí)間段后才有明顯的作用。在一般冷卻過程中這樣的關(guān)鍵冷卻時(shí)間點(diǎn)有兩個(gè)，在第一個(gè)冷卻時(shí)間點(diǎn)時(shí)雖然生產(chǎn)的制品精度也較高，但不是最穩(wěn)定的狀態(tài)，而第二個(gè)冷卻時(shí)間點(diǎn)冷卻時(shí)間比較長(zhǎng)，但能使制品的狀態(tài)最穩(wěn)定[ 11, 12 ]。
3用精密注塑機(jī)代替常規(guī)注塑機(jī)
精密注塑機(jī)一般都采用較大的注射功率，這樣除了可以滿足注塑壓力和注射速率方面的要求外，注射功率本身還會(huì)對(duì)制品精度起一定的改進(jìn)作用。精密注塑機(jī)的控制系統(tǒng)一般都有很高的控制精度，這一點(diǎn)是制品本身所要求的。高的控制精度能保證各種注射工藝參數(shù)具有良好的重復(fù)精度，以避免制品精度因工藝參數(shù)波動(dòng)而發(fā)生變化。因此精密注塑機(jī)一般都對(duì)注射量、注塑壓力、注射速率、保壓壓力、背壓和螺桿轉(zhuǎn)速等工藝參數(shù)采取多級(jí)反饋控制。精密注塑要求其合模系統(tǒng)有足夠的剛度，否則制品精度將會(huì)因合模系統(tǒng)的彈性變形而降低。其次合模系統(tǒng)的合模力大小必須能夠精確控制，否則過大或過小的合模力都將對(duì)制品精度產(chǎn)生不良影響。所以在設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該綜合考慮模具剛度、系統(tǒng)剛度以及合模力的大小以精確控制制品的精度，尤其是平板薄壁制品。當(dāng)模具面積較大時(shí)，必須對(duì)導(dǎo)向柱進(jìn)行撓度校核[ 13 ]。精密注塑機(jī)還必須能夠?qū)σ簤夯芈分械墓ぷ鳒囟冗M(jìn)行精確控制，以防工作油因溫度變化而引起粘度和流量變化，進(jìn)一步導(dǎo)致注射工藝參數(shù)波動(dòng)而使制品失去應(yīng)有的精度。
3. 1成型制件循環(huán)時(shí)間的一致性
一般典型的注塑機(jī)有三種模式：手動(dòng)、半自動(dòng)、全自動(dòng)。由于各種因素的影響，在前兩種模式下每次模塑的循環(huán)時(shí)間不盡相同，這會(huì)影響到模具溫度和物料在料筒中的停留時(shí)間，進(jìn)而影響到制件的精度，因此在精密成型中應(yīng)盡量采用全自動(dòng)的模式[ 14 ]。
3. 2精密注塑機(jī)的溫度控制和新型螺桿的設(shè)計(jì)
注塑機(jī)筒上自動(dòng)調(diào)溫器的循環(huán)性開和關(guān)導(dǎo)致了料筒內(nèi)熔料密度和粘度的變化，從而影響制件質(zhì)量和尺寸精度的周期性波動(dòng);注塑機(jī)的噴嘴緊靠模具型腔，所以噴嘴的溫度對(duì)模塑制件也有重大的影響。現(xiàn)代的注塑機(jī)配備了特殊的過程控制軟件來抑制溫度波動(dòng)，這就是比例積分微分( P ID)控制。至少?gòu)臋C(jī)筒溫度差電偶的觀點(diǎn)上來看，優(yōu)化P ID參數(shù)能夠完全消除溫度的波動(dòng)[ 15 ]。
要制得高質(zhì)量和穩(wěn)定的塑料件，注塑機(jī)的塑化單元是非常重要的。對(duì)塑化單元評(píng)判的重要標(biāo)準(zhǔn)是：注射量、塑化速率、注射速率、高聚物在塑化單元的停留時(shí)間。
由于塑料件質(zhì)量的誤差對(duì)于尺寸精度有很重要的影響，因此應(yīng)精確控制注塑機(jī)的注射量。提高注塑機(jī)計(jì)量精度的最有效方法就是用技術(shù)上能夠?qū)崿F(xiàn)的最小的螺桿直徑，特別是對(duì)于輕型制件更是如此。由于螺桿計(jì)量段的相對(duì)長(zhǎng)度和螺桿的整體長(zhǎng)度變小，因此物料在塑化單元中停留的時(shí)間也會(huì)變短。螺桿螺紋也近似地變寬，可避免物料的停留時(shí)間變長(zhǎng)，使螺桿穩(wěn)定地運(yùn)行。螺槽的寬深比也相應(yīng)地變小，這對(duì)制造許多工程塑料制件的小直徑螺桿尤為有效。熔體的均一性并沒有因?yàn)樾嚎s比而減小，這是因?yàn)橛煞浅\的螺槽引起非常強(qiáng)烈的剪切速率而導(dǎo)致的。喂料段是設(shè)計(jì)的難點(diǎn)，它必須要保證各種粒料能夠均勻地喂進(jìn)去。考慮到需要較短的循環(huán)周期，塑化速率也必須足夠大，因此在設(shè)計(jì)喂料段時(shí)必須有效地解決這一對(duì)矛盾。另外，若要通過兩階段螺桿注射來達(dá)到精確控制注射量誤差，這就需要熔體的計(jì)量要通過球形檢測(cè)閥由注塑機(jī)注射到活塞注塑機(jī)中[ 16 ]。
以前由微處理器控制的注射成型過程不能獲得的注射精確度已經(jīng)通過電壓比較儀成功地解決了。電壓比較儀允許從傳送器和其它敏感器傳來的非常精確的電壓信號(hào)通過，當(dāng)設(shè)定點(diǎn)和真實(shí)值相吻合時(shí)有一個(gè)信號(hào)馬上傳送到順序控制的微處理器，因此由順序運(yùn)行程序的循環(huán)時(shí)間引起的異步時(shí)間轉(zhuǎn)移能夠通過直接的信號(hào)過程來消除[ 17 ] ，大大提高了控制的精度。
4精密成型新技術(shù)
4. 1在模具中應(yīng)用注射壓縮成型( ICM)技術(shù)
ICM技術(shù)是指模具開啟一定距離的條件下開始注射，注射到一定量后，模具開始閉合對(duì)型腔內(nèi)的熔體實(shí)施壓縮，模具完全閉合時(shí)注射終止，然后保壓、冷卻直到取出制品。注射壓縮成型是通過壓縮行為來壓實(shí)制品，使得制品的表面具有均勻的壓力分布，這樣壓實(shí)的制品尺寸精度高且穩(wěn)定，變形小。它是在模具開啟的情況下將熔體注入型腔的，因而流動(dòng)通道大，所需的注塑壓力很低，并且減小或消除了由保壓引起的樹脂分子取向和制品的內(nèi)應(yīng)力，從而提高制品的尺寸穩(wěn)定性。ICM技術(shù)的柔性與控制能力都較一般的注射模有較大的提高。因此利用這項(xiàng)技術(shù)可以生產(chǎn)更高精度的制件，尤其是高精度的圓柱狀制件[ 18～21 ]。
4. 2高速注射成型
高速注射成型方法的熔體填充速度較傳統(tǒng)的快10 ～100倍，使熔體在模腔內(nèi)產(chǎn)生高剪切的流動(dòng)，粘度下降，充模速度快，塑料表面硬化減慢，因而可提高薄壁制品的成型厚度極限，抑制過度的成型壓力，同時(shí)由于模內(nèi)低壓流動(dòng)，制品的內(nèi)應(yīng)力降低。對(duì)于薄壁精密制品，可以利用注塑時(shí)螺桿前移引起熔體吸收能量，在螺桿移動(dòng)停止后通過熔體膨脹高速充滿型腔來實(shí)現(xiàn)。
4. 3無保壓的注射成型
無保壓注射成型技術(shù)是指將塑料熔體以高速、高壓充填入模具，然后關(guān)閉設(shè)于噴嘴的針閥，以模腔內(nèi)的塑料熔體自動(dòng)彌補(bǔ)制品各部分的收縮，這樣可以大大降低制品的翹曲變形。但是這種方法需要事先估計(jì)保壓的收縮補(bǔ)充部分，因此在注射中需要有較高的型腔壓力值，需要的鎖模力也高。
4. 4其它的智能控制技術(shù)
精密注射成型過程中對(duì)加工條件實(shí)行持續(xù)性監(jiān)測(cè)和精確控制非常重要。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)化的注射成型已得到廣泛的應(yīng)用。其中有統(tǒng)計(jì)過程控制( SPC)技術(shù)、P ID技術(shù)、模糊邏輯控制( FCC)方法、中樞網(wǎng)絡(luò)控制(NNC)方法和基于逆向加工模型的中樞網(wǎng)絡(luò)尺寸控制等[ 22 ]。
5結(jié)語(yǔ)
對(duì)塑料制品高精度、高性能要求的日益增長(zhǎng)是精密注射成型技術(shù)前進(jìn)的動(dòng)力，人們對(duì)精密注射成型原理理解的不斷深化是精密注射成型技術(shù)進(jìn)步的基礎(chǔ)。隨著新材料、新工藝和新設(shè)備的相繼出現(xiàn)，尤其是計(jì)算機(jī)在塑料加工中的廣泛應(yīng)用，為精密注射技術(shù)創(chuàng)造了良好的條件。對(duì)只要合理的利用這些技術(shù)，就一定能生產(chǎn)出精密的制品。
參考文獻(xiàn)
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