精密注射成型技術(shù)的研究進展
更新時間：2008-9-1 16:04:50 文章來源：互聯(lián)網(wǎng) 點擊：
，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; P3 升高能增大補料量, 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- 機械作用的歷史過程。模具溫度和冷卻時間對制品質(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間的延長而有明顯的提高，只有在一定的時間段后才有明顯的作用。在一般冷卻過程中這樣的關(guān)鍵冷卻時間點有兩個，在第一個冷卻時間點時雖然生產(chǎn)的制品精度也較高，但不是最穩(wěn)定的狀態(tài)，而第二個冷卻時間點冷卻時間比較長，但能使制品的狀態(tài)最穩(wěn)定[ 11, 12 ]。
3用精密注塑機代替常規(guī)注塑機
精密注塑機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，注射功率本身還會對制品精度起一定的改進作用。精密注塑機的控制系統(tǒng)一般都有很高的控制精度，這一點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)波動而發(fā)生變化。因此精密注塑機一般都對注射量、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制品精度產(chǎn)生不良影響。所以在設(shè)計時，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，必須對導(dǎo)向柱進行撓度校核[ 13 ]。精密注塑機還必須能夠?qū)σ簤夯芈分械墓ぷ鳒囟冗M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，進一步導(dǎo)致注射工藝參數(shù)波動而使制品失去應(yīng)有的精度。
3. 1成型制件循環(huán)時間的一致性
一般典型的注塑機有三種模式：手動、半自動、全自動。由于各種因素的影響，在前兩種模式下每次模塑的循環(huán)時間不盡相同，這會影響到模具溫度和物料在料筒中的停留時間，進而影響到制件的精度，因此在精密成型中應(yīng)盡量采用全自動的模式[ 14 ]。
3. 2精密注塑機的溫度控制和新型螺桿的設(shè)計
注塑機筒上自動調(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;注塑機的噴嘴緊靠模具型腔，所以噴嘴的溫度對模塑制件也有重大的影響。現(xiàn)代的注塑機配備了特殊的過程控制軟件來抑制溫度波動，這就是比例積分微分( P ID)控制。至少從機筒溫度差電偶的觀點上來看，優(yōu)化P ID參數(shù)能夠完全消除溫度的波動[ 15 ]。
要制得高質(zhì)量和穩(wěn)定的塑料件，注塑機的塑化單元是非常重要的。對塑化單元評判的重要標(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間。
由于塑料件質(zhì)量的誤差對于尺寸精度有很重要的影響，因此應(yīng)精確控制注塑機的注射量。提高注塑機計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，特別是對于輕型制件更是如此。由于螺桿計量段的相對長度和螺桿的整體長度變小，因此物料在塑化單元中停留的時間也會變短。螺桿螺紋也近似地變寬，可避免物料的停留時間變長，使螺桿穩(wěn)定地運行。螺槽的寬深比也相應(yīng)地變小，這對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為小壓縮比而減小，這是因為由非常淺的螺槽引起非常強烈的剪切速率而導(dǎo)致的。喂料段是設(shè)計的難點，它必須要保證各種粒料能夠均勻地喂進去�？紤]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)計喂料段時必須有效地解決這一對矛盾。另外，若要通過兩階段螺桿注射來達到精確控制注射量誤差，這就需要熔體的計量要通過球形檢測閥由注塑機注射到活塞注塑機中[ 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通過，當(dāng)設(shè)定點和真實值相吻合時有一個信號馬上傳送到順序控制的微處理器，因此由順序運行程序的循環(huán)時間引起的異步時間轉(zhuǎn)移能夠通過直接的信號過程來消除[ 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，模具開始閉合對型腔內(nèi)的熔體實施壓縮，模具完全閉合時注射終止，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制品，使得制品的表面具有均勻的壓力分布，這樣壓實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，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，同時由于模內(nèi)低壓流動，制品的內(nèi)應(yīng)力降低。對于薄壁精密制品，可以利用注塑時螺桿前移引起熔體吸收能量，在螺桿移動停止后通過熔體膨脹高速充滿型腔來實現(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)的塑料熔體自動彌補制品各部分的收縮，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保壓的收縮補充部分，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加工條件實行持續(xù)性監(jiān)測和精確控制非常重要。隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，計算機化的注射成型已得到廣泛的應(yīng)用。其中有統(tǒng)計過程控制( 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
對塑料制品高精度、高性能要求的日益增長是精密注射成型技術(shù)前進的動力，人們對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)，尤其是計算機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
1羅衛(wèi)華，等. 工程塑料
文章地址：http://shoneher.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- 機械作用的歷史過程。模具溫度和冷卻時間對制品質(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間的延長而有明顯的提高，只有在一定的時間段后才有明顯的作用。在一般冷卻過程中這樣的關(guān)鍵冷卻時間點有兩個，在第一個冷卻時間點時雖然生產(chǎn)的制品精度也較高，但不是最穩(wěn)定的狀態(tài)，而第二個冷卻時間點冷卻時間比較長，但能使制品的狀態(tài)最穩(wěn)定[ 11, 12 ]。
3用精密注塑機代替常規(guī)注塑機
精密注塑機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，注射功率本身還會對制品精度起一定的改進作用。精密注塑機的控制系統(tǒng)一般都有很高的控制精度，這一點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)波動而發(fā)生變化。因此精密注塑機一般都對注射量、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制品精度產(chǎn)生不良影響。所以在設(shè)計時，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，必須對導(dǎo)向柱進行撓度校核[ 13 ]。精密注塑機還必須能夠?qū)σ簤夯芈分械墓ぷ鳒囟冗M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，進一步導(dǎo)致注射工藝參數(shù)波動而使制品失去應(yīng)有的精度。
3. 1成型制件循環(huán)時間的一致性
一般典型的注塑機有三種模式：手動、半自動、全自動。由于各種因素的影響，在前兩種模式下每次模塑的循環(huán)時間不盡相同，這會影響到模具溫度和物料在料筒中的停留時間，進而影響到制件的精度，因此在精密成型中應(yīng)盡量采用全自動的模式[ 14 ]。
3. 2精密注塑機的溫度控制和新型螺桿的設(shè)計
注塑機筒上自動調(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;注塑機的噴嘴緊靠模具型腔，所以噴嘴的溫度對模塑制件也有重大的影響。現(xiàn)代的注塑機配備了特殊的過程控制軟件來抑制溫度波動，這就是比例積分微分( P ID)控制。至少從機筒溫度差電偶的觀點上來看，優(yōu)化P ID參數(shù)能夠完全消除溫度的波動[ 15 ]。
要制得高質(zhì)量和穩(wěn)定的塑料件，注塑機的塑化單元是非常重要的。對塑化單元評判的重要標(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間。
由于塑料件質(zhì)量的誤差對于尺寸精度有很重要的影響，因此應(yīng)精確控制注塑機的注射量。提高注塑機計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，特別是對于輕型制件更是如此。由于螺桿計量段的相對長度和螺桿的整體長度變小，因此物料在塑化單元中停留的時間也會變短。螺桿螺紋也近似地變寬，可避免物料的停留時間變長，使螺桿穩(wěn)定地運行。螺槽的寬深比也相應(yīng)地變小，這對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為小壓縮比而減小，這是因為由非常淺的螺槽引起非常強烈的剪切速率而導(dǎo)致的。喂料段是設(shè)計的難點，它必須要保證各種粒料能夠均勻地喂進去�？紤]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)計喂料段時必須有效地解決這一對矛盾。另外，若要通過兩階段螺桿注射來達到精確控制注射量誤差，這就需要熔體的計量要通過球形檢測閥由注塑機注射到活塞注塑機中[ 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通過，當(dāng)設(shè)定點和真實值相吻合時有一個信號馬上傳送到順序控制的微處理器，因此由順序運行程序的循環(huán)時間引起的異步時間轉(zhuǎn)移能夠通過直接的信號過程來消除[ 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，模具開始閉合對型腔內(nèi)的熔體實施壓縮，模具完全閉合時注射終止，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制品，使得制品的表面具有均勻的壓力分布，這樣壓實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，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，同時由于模內(nèi)低壓流動，制品的內(nèi)應(yīng)力降低。對于薄壁精密制品，可以利用注塑時螺桿前移引起熔體吸收能量，在螺桿移動停止后通過熔體膨脹高速充滿型腔來實現(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)的塑料熔體自動彌補制品各部分的收縮，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保壓的收縮補充部分，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加工條件實行持續(xù)性監(jiān)測和精確控制非常重要。隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，計算機化的注射成型已得到廣泛的應(yīng)用。其中有統(tǒng)計過程控制( 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
對塑料制品高精度、高性能要求的日益增長是精密注射成型技術(shù)前進的動力，人們對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)，尤其是計算機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
1羅衛(wèi)華，等. 工程塑料
文章地址：http://shoneher.cn/Article/mjjs/200809/340.html
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