摘要：介绍聚合物材料的精密注射成型技术，论述影响精密注射成型的因素，包括模具的精度、注塑机的控制精度、精密注射工艺控制和其它一些计算机控制技术。分别对这些因素进行分析讨论，并给出了相关的解决方法，最后介绍了一些先进的模塑成型技术。
关键词：精密注射；注塑机；精密注射工艺；精密注射模具

近年来，随着电子、电信、医疗、汽车等行业的迅速发展，对塑料制品的高精度、高性能要求与日俱增，促使精密成型技术不断地进步，新的技术不断地涌现。精密注射成型要求制品不仅具有较高的尺寸精度、较低的翘曲变形、优良的转写性，而且还应有优异的光学性能等[ 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、保压、冷却等几个基本的过程，因此影响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温度控制、模具的精密制造和模具设计时对塑料收缩率选用等影响。

1. 1模具温度的精密控制

在一般精度零件的注射成型中，控制模具温度主要是为了提高生产率。然而模具温度控制对精密注射成型的影响极大[ 2 ] ，它影响制件的收缩、形状、结晶、内应力等，因此设计模具冷热回路时要求温度分布合理，控制精度精确，最好采用模温机和冷水机控制。模具温度控制和冷却时间对制品性能的影响及其影响因素如下[ 3 ] ：

(1)塑料熔体注入和模具开模的循环时间二者会在模具中产生温度差的波动，因此应该尽量减小这种波动差峰。

(2)模具内的热量转移模具的热量是通过模具体和模具内的媒体传递出去的，模具是不变的，因此对媒体的控制是关键，一般其冷却水出入口温度差小于1℃，应用平均温度理论来计算[ 4 ] ，这样能够保证热量传递的稳定性。媒体的流量和热量转移是相互联系的，可以用模具表面温度传感器来控制媒体流量，以补偿因环境温度变化引起的模具温度变化。

(3)模具稳定状态为使模具所吸收和散发的热量保持平衡，注塑机注射出的熔体要严格保持稳定的温度。模具周围的温度对模具也有很大的影响，一般会影响到模具内媒体对流系数的变化，因此最好在模具表面设置温度传感器，随时观察模具表面温度，并使其保持稳定。

(4)热交换效率的变化模具用久后，在冷却水管道中会出现锈斑和水垢，这时交界面的热导率降低，应对水垢及时清除。

1. 2精密模具的设计与制造

模具设计的好坏是保证塑料制件尺寸精度的前提，为了提高精密注塑模的精度，在设计过程中采用计算机辅助分析是必要的，特别是对浇注系统的流动行为和模具温度调节系统热量分布的分析等。应尽可能地应用分析模拟软件并利用接近实际的加载条件来分析模拟熔体在模具中的浇注、冷却等非稳态的过程。

模具的制造质量是保证塑料制件尺寸精度的关键，精密模具主要的制造特点是除了抛光和装配作业外，均不用手工加工。一般模具机械加工和手工加工的比例约为6∶4～7∶3，而精密模具的机械加工和手工加工比例为9∶1。

模具材料和热处理是模具精度的保障，在成型加工过程中，模具处于高温状态，因而即使对模具零件采用低温回火，生产时高温熔体又会对零件进行重复回火而使硬度降低，同时还应考虑残留奥氏体所引起的体积膨胀。因此一般回火温度至少应是成型加工时模具温度的两倍以上，并适当地进行低温处理以便消除残余奥氏体。

对高精度制品，要求模具成型零件的精度、组合件累计精度、模具导向件的对中精度以及分型面的平行度应该达到微米级。模具应有足够的强度、刚度和耐磨性，在注塑压力下不易变形、磨损。要达到以上的加工精度可采用立体加工中心、数控机床和应用CAD /CAM /CAE等新技术。

1. 3精密模具设计时物料收缩率的选用

热塑性塑料制品成型时收缩率波动较大，给模具设计、确定型腔尺寸和控制制品尺寸精度带来困难[ 5 ]。因此在模具设计时应了解塑料的收缩特性和因制件形状而造成的各部位收缩率的差异，然后采用必要的补偿措施。对高精度塑料件可在设计前先制造简易模具，以测出成型时各部位的实际收缩率，这样便可大大提高制件的尺寸精度[ 6 ]。

1. 4精密模具浇口的设计

浇口的类型、大小、位置和数量都影响制件尺寸精度。点浇口喷射力大，但补缩效果差，对厚壁制件不适用。浇口位置影响熔体流向和流程远近，流程愈长收缩愈大。多浇口可以缩短流程，但熔接痕增多。浇口的设计应该根据制件大小和所选用的材料运用分析软件并借助于实际经验来最终确定。

2精密注射成型最佳工艺参数的设定

选取最佳的成型工艺参数能够减少塑料制品的收缩率。塑料的收缩特性是指塑料的热收缩、弹性回复、塑性变形、后收缩和老化收缩的综合反映，通常是因材料吸水或分子链重排而引起，具体表现为线性收缩率和体积收缩率的变化，常用收缩特性值表示。热塑性塑料注塑制品成型时收缩率波动较大，特别是对于结晶性塑料注塑制品更加明显，由于结晶度不仅取决于化学结构，而且还受到加工过程中冷却参数(冷却速率、熔体温度、模具温度、制品厚度)的影响，给模具设计确定型腔尺寸和控制制品尺寸精度带来困难，所以迫切需要了解注塑工艺参数对各种塑料收缩率的影响规律[ 7 ]。制件壁厚的差异一般认为是由两个方面的因素引起的：

一是高压熔体引起的模具型腔轻微变形;二是当模具开模后材料的弹性膨胀。一般来说，质量精度能够很好地控制尺寸精度，而在较高的模具温度里熔体的粘度较低，所以粘度梯度较小，在一定的螺杆背压下，制件的质量精度就能够得到精确的控制。然而对于液晶聚合物(LCP)来说，它恰恰需要较低的模具温度，这是因为LCP遇冷后会迅速冷却定形。

LCP有低的熔解热和有序的结构状态，因此在液体晶态向固体晶态转变之间有较小的变化，当充分冷却时，液- 固转变几乎是在瞬间完成。在较冷的模具中，当型腔充满时，型腔中的大部分材料和浇口已经固化，因此压缩阶段很难补充熔体，因而制件的尺寸与未变形的型腔尺寸十分接近[ 8 ]。

无定型塑料较结晶型塑料收缩率低，配混料的收缩率较纯聚合物材料低，同时随着弹性体用量的增加，材料的收缩率有所降低。塑料经增强或填充后，热容减小，刚性增大，收缩率大幅度降低，且纤维或填充剂含量愈高，收缩率愈小[ 9 ] 。结晶型塑料制品精度还受压力的影响。由于压力致结晶的作用，注塑压力( P1 ) 、保压压力( P2 )和补料压力( P3 )能够加速结晶过程，因此结晶度随P1、P2、P3 的增加呈上升趋势。对于P1 ，其压力致结晶作用提高了结晶度，使收缩率增加; P2 和P3 上升，一方面因结晶度提高使收缩率增加

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