1精密模具

　　要制造出精密的制品断傲，精密模具是必不可少的脱吱。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(jì)時(shí)對(duì)塑料收縮率選用等影響层筹。

　　1. 1模具溫度的精密控制

　　在一般精度零件的注射成型中芜监，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(duì)精密注射成型的影響極大 秀坤，它影響制件的收縮、形狀莺肘、結(jié)晶荒懒、內(nèi)應(yīng)力等茉蔗，因此設(shè)計(jì)模具冷熱回路時(shí)要求溫度分布合理，控制精度精確装芬，最好采用模溫機(jī)和冷水機(jī)控制锚躺。模具溫度控制和冷卻時(shí)間對(duì)制品性能的影響及其影響因素如下：

　　(1)塑料熔體注入和模具開(kāi)模的循環(huán)時(shí)間二者會(huì)在模具中產(chǎn)生溫度差的波動(dòng)，因此應(yīng)該盡量減小這種波動(dòng)差峰援栗。

　　(2)模具內(nèi)的熱量轉(zhuǎn)移模具的熱量是通過(guò)模具體和模具內(nèi)的媒體傳遞出去的骄雇，模具是不變的，因此對(duì)媒體的控制是關(guān)鍵帘惜，一般其冷卻水出入口溫度差小于1℃瑰侥，應(yīng)用平均溫度理論來(lái)計(jì)算，這樣能夠保證熱量傳遞的穩(wěn)定性稳析。媒體的流量和熱量轉(zhuǎn)移是相互聯(lián)系的洗做，可以用模具表面溫度傳感器來(lái)控制媒體流量，以補(bǔ)償因環(huán)境溫度變化引起的模具溫度變化彰居。

　　(3)模具穩(wěn)定狀態(tài)為使模具所吸收和散發(fā)的熱量保持平衡诚纸，注塑機(jī)注射出的熔體要嚴(yán)格保持穩(wěn)定的溫度。模具周圍的溫度對(duì)模具也有很大的影響陈惰，一般會(huì)影響到模具內(nèi)媒體對(duì)流系數(shù)的變化畦徘，因此最好在模具表面設(shè)置溫度傳感器，隨時(shí)觀察模具表面溫度抬闯，并使其保持穩(wěn)定井辆。

　　(4)熱交換效率的變化模具用久后，在冷卻水管道中會(huì)出現(xiàn)銹斑和水垢画髓，這時(shí)交界面的熱導(dǎo)率降低掘剪，應(yīng)對(duì)水垢及時(shí)清除。

　　1. 2精密模具的設(shè)計(jì)與制造

　　模具設(shè)計(jì)的好壞是保證塑料制件尺寸精度的前提奈虾，為了提高精密注塑模的精度夺谁，在設(shè)計(jì)過(guò)程中采用計(jì)算機(jī)輔助分析是必要的，特別是對(duì)澆注系統(tǒng)的流動(dòng)行為和模具溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)熱量分布的分析等以息。應(yīng)盡可能地應(yīng)用分析模擬軟件并利用接近實(shí)際的加載條件來(lái)分析模擬熔體在模具中的澆注固荷、冷卻等非穩(wěn)態(tài)的過(guò)程。

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

　　模具材料和熱處理是模具精度的保障，在成型加工過(guò)程中肾轨，模具處于高溫狀態(tài)初禁，因而即使對(duì)模具零件采用低溫回火套芦，生產(chǎn)時(shí)高溫熔體又會(huì)對(duì)零件進(jìn)行重復(fù)回火而使硬度降低，同時(shí)還應(yīng)考慮殘留奧氏體所引起的體積膨脹棘魏。因此一般回火溫度至少應(yīng)是成型加工時(shí)模具溫度的兩倍以上短材，并適當(dāng)?shù)剡M(jìn)行低溫處理以便消除殘余奧氏體。

　　對(duì)高精度制品烹豫，要求模具成型零件的精度搭独、組合件累計(jì)精度、模具導(dǎo)向件的對(duì)中精度以及分型面的平行度應(yīng)該達(dá)到微米級(jí)廊镜。模具應(yīng)有足夠的強(qiáng)度牙肝、剛度和耐磨性，在注塑壓力下不易變形期升、磨損惊奇。要達(dá)到以上的加工精度可采用立體加工中心、數(shù)控機(jī)床和應(yīng)用CAD /CAM /CAE等新技術(shù)播赁。

　　1. 3精密模具設(shè)計(jì)時(shí)物料收縮率的選用

　　熱塑性塑料制品成型時(shí)收縮率波動(dòng)較大颂郎，給模具設(shè)計(jì)、確定型腔尺寸和控制制品尺寸精度帶來(lái)困難容为。因此在模具設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)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乓序，然后采用必要的補(bǔ)償措施。對(duì)高精度塑料件可在設(shè)計(jì)前先制造簡(jiǎn)易模具坎背，以測(cè)出成型時(shí)各部位的實(shí)際收縮率替劈，這樣便可大大提高制件的尺寸精度。

　　1. 4精密模具澆口的設(shè)計(jì)

　　澆口的類型得滤、大小娇建、位置和數(shù)量都影響制件尺寸精度。點(diǎn)澆口噴射力大菊虏，但補(bǔ)縮效果差厘举，對(duì)厚壁制件不適用。澆口位置影響熔體流向和流程遠(yuǎn)近桦材，流程愈長(zhǎng)收縮愈大屋赌。多澆口可以縮短流程，但熔接痕增多炮惕。澆口的設(shè)計(jì)應(yīng)該根據(jù)制件大小和所選用的材料運(yùn)用分析軟件并借助于實(shí)際經(jīng)驗(yàn)來(lái)最終確定瓜坎。

　　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射贡、彈性回復(fù)瞪歹、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艘珊，具體表現(xiàn)為線性收縮率和體積收縮率的變化俊势，常用收縮特性值表示。熱塑性塑料注塑制品成型時(shí)收縮率波動(dòng)較大绷旗，特別是對(duì)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(xué)結(jié)構(gòu)副砍，而且還受到加工過(guò)程中冷卻參數(shù)(冷卻速率衔肢、熔體溫度、模具溫度豁翎、制品厚度)的影響角骤，給模具設(shè)計(jì)確定型腔尺寸和控制制品尺寸精度帶來(lái)困難，所以迫切需要了解注塑工藝參數(shù)對(duì)各種塑料收縮率的影響規(guī)律心剥。制件壁厚的差異一般認(rèn)為是由兩個(gè)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(dāng)模具開(kāi)模后材料的彈性膨脹邦尊。一般來(lái)說(shuō)，質(zhì)量精度能夠很好地控制尺寸精度优烧，而在較高的模具溫度里熔體的粘度較低蝉揍，所以粘度梯度較小，在一定的螺桿背壓下畦娄，制件的質(zhì)量精度就能夠得到精確的控制又沾。然而對(duì)于液晶聚合物(LCP)來(lái)說(shuō)，它恰恰需要較低的模具溫度熙卡，這是因?yàn)長(zhǎng)CP遇冷后會(huì)迅速冷卻定形巷科。

　　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选曼，當(dāng)充分冷卻時(shí)底靴，液- 固轉(zhuǎn)變幾乎是在瞬間完成。在較冷的模具中失傍，當(dāng)型腔充滿時(shí)贝崎，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(bǔ)充熔體咒祠，因而制件的尺寸與未變形的型腔尺寸十分接近智复。

　　無(wú)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萌琉，同時(shí)隨著彈性體用量的增加光樱，材料的收縮率有所降低。塑料經(jīng)增強(qiáng)或填充后咧饭，熱容減小尿愿，剛性增大，收縮率大幅度降低，且纖維或填充劑含量愈高呛梆，收縮率愈小锐涯。結(jié)晶型塑料制品精度還受壓力的影響。由于壓力致結(jié)晶的作用填物，注塑壓力( P1 ) 纹腌、保壓壓力( P2 )和補(bǔ)料壓力( P3 )能夠加速結(jié)晶過(guò)程，因此結(jié)晶度隨P1滞磺、P2升薯、P3 的增加呈上升趨勢(shì)。對(duì)于P1 击困，其壓力致結(jié)晶作用提高了結(jié)晶度涎劈，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阅茶，另一方面P2 升高能壓入更多的熔體蛛枚，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。因此脸哀，塑料件的收縮率是兩方面作用的結(jié)果蹦浦，所以收縮率隨P1、P2咧歪、P3 的升高先增加后減小投篇。

　　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)性能厦湘。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(guò)程爸备。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)哺里，在給定的模具溫度下荤勤，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骄鸽。在一般冷卻過(guò)程中這樣的關(guān)鍵冷卻時(shí)間點(diǎn)有兩個(gè)鹉陪，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)铅粉，而第二個(gè)冷卻時(shí)間點(diǎn)冷卻時(shí)間比較長(zhǎng)戴悔，但能使制品的狀態(tài)最穩(wěn)定。

　　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蓄盘，這樣除了可以滿足注塑壓力和注射速率方面的要求外俏汇，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羡微，這一點(diǎn)是制品本身所要求的谷饿。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)注射量博投、注塑壓力绸贡、注射速率、保壓壓力毅哗、背壓和螺桿轉(zhuǎn)速等工藝參數(shù)采取多級(jí)反饋控制听怕。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)的彈性變形而降低黎做。其次合模系統(tǒng)的合模力大小必須能夠精確控制叉跛，否則過(guò)大或過(guò)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)蒸殿，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鸣峭，尤其是平板薄壁制品宏所。當(dāng)模具面積較大時(shí)，必須對(duì)導(dǎo)向柱進(jìn)行撓度校核音虹。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)行精確控制穴示，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)有的精度次新。

　　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)爽步、半自動(dòng)、全自動(dòng)傲枕。由于各種因素的影響沪峰，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)間辩芦，進(jìn)而影響到制件的精度嘀拂，因此在精密成型中應(yīng)盡量采用全自動(dòng)的模式。

　　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(kāi)和關(guān)導(dǎo)致了料筒內(nèi)熔料密度和粘度的變化遥加，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袱蔓，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(guò)程控制軟件來(lái)抑制溫度波動(dòng)观复，這就是比例積分微分( P ID)控制偏序。至少?gòu)臋C(jī)筒溫度差電偶的觀點(diǎn)上來(lái)看，優(yōu)化P ID參數(shù)能夠完全消除溫度的波動(dòng)胖替。

　　要制得高質(zhì)量和穩(wěn)定的塑料件研儒，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：注射量刊殉、塑化速率殉摔、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逸月，因此應(yīng)精確控制注塑機(jī)的注射量栓撞。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碗硬。由于螺桿計(jì)量段的相對(duì)長(zhǎng)度和螺桿的整體長(zhǎng)度變小瓤湘，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恩尾，可避免物料的停留時(shí)間變長(zhǎng)弛说，使螺桿穩(wěn)定地運(yùn)行。螺槽的寬深比也相應(yīng)地變小翰意，這對(duì)制造許多工程塑料制件的小直徑螺桿尤為有效舷到。熔體的均一性并沒(méi)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)致的集蛛。喂料段是設(shè)計(jì)的難點(diǎn)夹卒，它必須要保證各種粒料能夠均勻地喂進(jìn)去⌒铮考慮到需要較短的循環(huán)周期秆刑，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)矛盾虏斤。另外唧谊，若要通過(guò)兩階段螺桿注射來(lái)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(guò)球形檢測(cè)閥由注塑機(jī)注射到活塞注塑機(jī)中脊距。

　　以前由微處理器控制的注射成型過(guò)程不能獲得的注射精確度已經(jīng)通過(guò)電壓比較儀成功地解決了露惑。電壓比較儀允許從傳送器和其它敏感器傳來(lái)的非常精確的電壓信號(hào)通過(guò)，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捍睡，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(guò)直接的信號(hào)過(guò)程來(lái)消除呛靡，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(kāi)啟一定距離的條件下開(kāi)始注射唧取，注射到一定量后铅鲤，模具開(kāi)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)注射終止枫弟，然后保壓邢享、冷卻直到取出制品。注射壓縮成型是通過(guò)壓縮行為來(lái)壓實(shí)制品淡诗，使得制品的表面具有均勻的壓力分布骇塘，這樣壓實(shí)的制品尺寸精度高且穩(wěn)定，變形小韩容。它是在模具開(kāi)啟的情況下將熔體注入型腔的款违，因而流動(dòng)通道大唐瀑，所需的注塑壓力很低，并且減小或消除了由保壓引起的樹(shù)脂分子取向和制品的內(nèi)應(yīng)力插爹，從而提高制品的尺寸穩(wěn)定性哄辣。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)更高精度的制件赠尾，尤其是高精度的圓柱狀制件力穗。

　　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)次翩，粘度下降褪鸳，充模速度快，塑料表面硬化減慢鹿吴，因而可提高薄壁制品的成型厚度極限揣响，抑制過(guò)度的成型壓力，同時(shí)由于模內(nèi)低壓流動(dòng)干策，制品的內(nèi)應(yīng)力降低礼猪。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拒徐，在螺桿移動(dòng)停止后通過(guò)熔體膨脹高速充滿型腔來(lái)實(shí)現(xiàn)。

　　4. 3無(wú)保壓的注射成型

　　無(wú)保壓注射成型技術(shù)是指將塑料熔體以高速慧跋、高壓充填入模具莽每，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)制品各部分的收縮械兽，這樣可以大大降低制品的翹曲變形辖备。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呈驶，需要的鎖模力也高拷泽。

　　4. 4其它的智能控制技術(shù)

　　精密注射成型過(guò)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)展袖瞻，計(jì)算機(jī)化的注射成型已得到廣泛的應(yīng)用司致。其中有統(tǒng)計(jì)過(guò)程控制( SPC)技術(shù)、P ID技術(shù)聋迎、模糊邏輯控制( FCC)方法脂矫、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。

　　5結(jié)語(yǔ)

　　對(duì)塑料制品高精度霉晕、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)力庭再，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)。隨著新材料牺堰、新工藝和新設(shè)備的相繼出現(xiàn)拄轻，尤其是計(jì)算機(jī)在塑料加工中的廣泛應(yīng)用颅围，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)恨搓，就一定能生產(chǎn)出精密的制品院促。

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