精密注射成型技术的研究进展
更新时间：2008-9-1 16:04:50 文章来源：互联网 点击：
，另一方面P2 升高能压入更多的熔体，使型腔内塑料受到充分压实; P3 升高能增大补料量, 并有效地防止倒流, 有利于降低收缩率。因此，塑料件的收缩率是两方面作用的结果，所以收缩率随P1、P2、P3 的升高先增加后减小[10 ]。
精密塑料件不仅要求有稳定的尺寸公差，而且还要求有严格的力学性能。这些特性主要取决于熔体在冷却阶段的热- 机械作用的历史过程。模具温度和冷却时间对制品质量和生产率都有直接的影响。研究发现，在给定的模具温度下，制品的尺寸精度并不随冷却时间的延长而有明显的提高，只有在一定的时间段后才有明显的作用。在一般冷却过程中这样的关键冷却时间点有两个，在第一个冷却时间点时虽然生产的制品精度也较高，但不是最稳定的状态，而第二个冷却时间点冷却时间比较长，但能使制品的状态最稳定[ 11, 12 ]。
3用精密注塑机代替常规注塑机
精密注塑机一般都采用较大的注射功率，这样除了可以满足注塑压力和注射速率方面的要求外，注射功率本身还会对制品精度起一定的改进作用。精密注塑机的控制系统一般都有很高的控制精度，这一点是制品本身所要求的。高的控制精度能保证各种注射工艺参数具有良好的重复精度，以避免制品精度因工艺参数波动而发生变化。因此精密注塑机一般都对注射量、注塑压力、注射速率、保压压力、背压和螺杆转速等工艺参数采取多级反馈控制。精密注塑要求其合模系统有足够的刚度，否则制品精度将会因合模系统的弹性变形而降低。其次合模系统的合模力大小必须能够精确控制，否则过大或过小的合模力都将对制品精度产生不良影响。所以在设计时，应该综合考虑模具刚度、系统刚度以及合模力的大小以精确控制制品的精度，尤其是平板薄壁制品。当模具面积较大时，必须对导向柱进行挠度校核[ 13 ]。精密注塑机还必须能够对液压回路中的工作温度进行精确控制，以防工作油因温度变化而引起粘度和流量变化，进一步导致注射工艺参数波动而使制品失去应有的精度。
3. 1成型制件循环时间的一致性
一般典型的注塑机有三种模式：手动、半自动、全自动。由于各种因素的影响，在前两种模式下每次模塑的循环时间不尽相同，这会影响到模具温度和物料在料筒中的停留时间，进而影响到制件的精度，因此在精密成型中应尽量采用全自动的模式[ 14 ]。
3. 2精密注塑机的温度控制和新型螺杆的设计
注塑机筒上自动调温器的循环性开和关导致了料筒内熔料密度和粘度的变化，从而影响制件质量和尺寸精度的周期性波动;注塑机的喷嘴紧靠模具型腔，所以喷嘴的温度对模塑制件也有重大的影响。现代的注塑机配备了特殊的过程控制软件来抑制温度波动，这就是比例积分微分( P ID)控制。至少从机筒温度差电偶的观点上来看，优化P ID参数能够完全消除温度的波动[ 15 ]。
要制得高质量和稳定的塑料件，注塑机的塑化单元是非常重要的。对塑化单元评判的重要标准是：注射量、塑化速率、注射速率、高聚物在塑化单元的停留时间。
由于塑料件质量的误差对于尺寸精度有很重要的影响，因此应精确控制注塑机的注射量。提高注塑机计量精度的最有效方法就是用技术上能够实现的最小的螺杆直径，特别是对于轻型制件更是如此。由于螺杆计量段的相对长度和螺杆的整体长度变小，因此物料在塑化单元中停留的时间也会变短。螺杆螺纹也近似地变宽，可避免物料的停留时间变长，使螺杆稳定地运行。螺槽的宽深比也相应地变小，这对制造许多工程塑料制件的小直径螺杆尤为有效。熔体的均一性并没有因为小压缩比而减小，这是因为由非常浅的螺槽引起非常强烈的剪切速率而导致的。喂料段是设计的难点，它必须要保证各种粒料能够均匀地喂进去。考虑到需要较短的循环周期，塑化速率也必须足够大，因此在设计喂料段时必须有效地解决这一对矛盾。另外，若要通过两阶段螺杆注射来达到精确控制注射量误差，这就需要熔体的计量要通过球形检测阀由注塑机注射到活塞注塑机中[ 16 ]。
以前由微处理器控制的注射成型过程不能获得的注射精确度已经通过电压比较仪成功地解决了。电压比较仪允许从传送器和其它敏感器传来的非常精确的电压信号通过，当设定点和真实值相吻合时有一个信号马上传送到顺序控制的微处理器，因此由顺序运行程序的循环时间引起的异步时间转移能够通过直接的信号过程来消除[ 17 ] ，大大提高了控制的精度。
4精密成型新技术
4. 1在模具中应用注射压缩成型( ICM)技术
ICM技术是指模具开启一定距离的条件下开始注射，注射到一定量后，模具开始闭合对型腔内的熔体实施压缩，模具完全闭合时注射终止，然后保压、冷却直到取出制品。注射压缩成型是通过压缩行为来压实制品，使得制品的表面具有均匀的压力分布，这样压实的制品尺寸精度高且稳定，变形小。它是在模具开启的情况下将熔体注入型腔的，因而流动通道大，所需的注塑压力很低，并且减小或消除了由保压引起的树脂分子取向和制品的内应力，从而提高制品的尺寸稳定性。ICM技术的柔性与控制能力都较一般的注射模有较大的提高。因此利用这项技术可以生产更高精度的制件，尤其是高精度的圆柱状制件[ 18～21 ]。
4. 2高速注射成型
高速注射成型方法的熔体填充速度较传统的快10 ～100倍，使熔体在模腔内产生高剪切的流动，粘度下降，充模速度快，塑料表面硬化减慢，因而可提高薄壁制品的成型厚度极限，抑制过度的成型压力，同时由于模内低压流动，制品的内应力降低。对于薄壁精密制品，可以利用注塑时螺杆前移引起熔体吸收能量，在螺杆移动停止后通过熔体膨胀高速充满型腔来实现。
4. 3无保压的注射成型
无保压注射成型技术是指将塑料熔体以高速、高压充填入模具，然后关闭设于喷嘴的针阀，以模腔内的塑料熔体自动弥补制品各部分的收缩，这样可以大大降低制品的翘曲变形。但是这种方法需要事先估计保压的收缩补充部分，因此在注射中需要有较高的型腔压力值，需要的锁模力也高。
4. 4其它的智能控制技术
精密注射成型过程中对加工条件实行持续性监测和精确控制非常重要。随着计算机技术的发展，计算机化的注射成型已得到广泛的应用。其中有统计过程控制( SPC)技术、P ID技术、模糊逻辑控制( FCC)方法、中枢网络控制(NNC)方法和基于逆向加工模型的中枢网络尺寸控制等[ 22 ]。
5结语
对塑料制品高精度、高性能要求的日益增长是精密注射成型技术前进的动力，人们对精密注射成型原理理解的不断深化是精密注射成型技术进步的基础。随着新材料、新工艺和新设备的相继出现，尤其是计算机在塑料加工中的广泛应用，为精密注射技术创造了良好的条件。对只要合理的利用这些技术，就一定能生产出精密的制品。
参考文献
1罗卫华，等. 工程塑料
文章地址：http://www.jiajingmould.com/Article/mjjs/200809/340.html
精密塑料件不仅要求有稳定的尺寸公差，而且还要求有严格的力学性能。这些特性主要取决于熔体在冷却阶段的热- 机械作用的历史过程。模具温度和冷却时间对制品质量和生产率都有直接的影响。研究发现，在给定的模具温度下，制品的尺寸精度并不随冷却时间的延长而有明显的提高，只有在一定的时间段后才有明显的作用。在一般冷却过程中这样的关键冷却时间点有两个，在第一个冷却时间点时虽然生产的制品精度也较高，但不是最稳定的状态，而第二个冷却时间点冷却时间比较长，但能使制品的状态最稳定[ 11, 12 ]。
3用精密注塑机代替常规注塑机
精密注塑机一般都采用较大的注射功率，这样除了可以满足注塑压力和注射速率方面的要求外，注射功率本身还会对制品精度起一定的改进作用。精密注塑机的控制系统一般都有很高的控制精度，这一点是制品本身所要求的。高的控制精度能保证各种注射工艺参数具有良好的重复精度，以避免制品精度因工艺参数波动而发生变化。因此精密注塑机一般都对注射量、注塑压力、注射速率、保压压力、背压和螺杆转速等工艺参数采取多级反馈控制。精密注塑要求其合模系统有足够的刚度，否则制品精度将会因合模系统的弹性变形而降低。其次合模系统的合模力大小必须能够精确控制，否则过大或过小的合模力都将对制品精度产生不良影响。所以在设计时，应该综合考虑模具刚度、系统刚度以及合模力的大小以精确控制制品的精度，尤其是平板薄壁制品。当模具面积较大时，必须对导向柱进行挠度校核[ 13 ]。精密注塑机还必须能够对液压回路中的工作温度进行精确控制，以防工作油因温度变化而引起粘度和流量变化，进一步导致注射工艺参数波动而使制品失去应有的精度。
3. 1成型制件循环时间的一致性
一般典型的注塑机有三种模式：手动、半自动、全自动。由于各种因素的影响，在前两种模式下每次模塑的循环时间不尽相同，这会影响到模具温度和物料在料筒中的停留时间，进而影响到制件的精度，因此在精密成型中应尽量采用全自动的模式[ 14 ]。
3. 2精密注塑机的温度控制和新型螺杆的设计
注塑机筒上自动调温器的循环性开和关导致了料筒内熔料密度和粘度的变化，从而影响制件质量和尺寸精度的周期性波动;注塑机的喷嘴紧靠模具型腔，所以喷嘴的温度对模塑制件也有重大的影响。现代的注塑机配备了特殊的过程控制软件来抑制温度波动，这就是比例积分微分( P ID)控制。至少从机筒温度差电偶的观点上来看，优化P ID参数能够完全消除温度的波动[ 15 ]。
要制得高质量和稳定的塑料件，注塑机的塑化单元是非常重要的。对塑化单元评判的重要标准是：注射量、塑化速率、注射速率、高聚物在塑化单元的停留时间。
由于塑料件质量的误差对于尺寸精度有很重要的影响，因此应精确控制注塑机的注射量。提高注塑机计量精度的最有效方法就是用技术上能够实现的最小的螺杆直径，特别是对于轻型制件更是如此。由于螺杆计量段的相对长度和螺杆的整体长度变小，因此物料在塑化单元中停留的时间也会变短。螺杆螺纹也近似地变宽，可避免物料的停留时间变长，使螺杆稳定地运行。螺槽的宽深比也相应地变小，这对制造许多工程塑料制件的小直径螺杆尤为有效。熔体的均一性并没有因为小压缩比而减小，这是因为由非常浅的螺槽引起非常强烈的剪切速率而导致的。喂料段是设计的难点，它必须要保证各种粒料能够均匀地喂进去。考虑到需要较短的循环周期，塑化速率也必须足够大，因此在设计喂料段时必须有效地解决这一对矛盾。另外，若要通过两阶段螺杆注射来达到精确控制注射量误差，这就需要熔体的计量要通过球形检测阀由注塑机注射到活塞注塑机中[ 16 ]。
以前由微处理器控制的注射成型过程不能获得的注射精确度已经通过电压比较仪成功地解决了。电压比较仪允许从传送器和其它敏感器传来的非常精确的电压信号通过，当设定点和真实值相吻合时有一个信号马上传送到顺序控制的微处理器，因此由顺序运行程序的循环时间引起的异步时间转移能够通过直接的信号过程来消除[ 17 ] ，大大提高了控制的精度。
4精密成型新技术
4. 1在模具中应用注射压缩成型( ICM)技术
ICM技术是指模具开启一定距离的条件下开始注射，注射到一定量后，模具开始闭合对型腔内的熔体实施压缩，模具完全闭合时注射终止，然后保压、冷却直到取出制品。注射压缩成型是通过压缩行为来压实制品，使得制品的表面具有均匀的压力分布，这样压实的制品尺寸精度高且稳定，变形小。它是在模具开启的情况下将熔体注入型腔的，因而流动通道大，所需的注塑压力很低，并且减小或消除了由保压引起的树脂分子取向和制品的内应力，从而提高制品的尺寸稳定性。ICM技术的柔性与控制能力都较一般的注射模有较大的提高。因此利用这项技术可以生产更高精度的制件，尤其是高精度的圆柱状制件[ 18～21 ]。
4. 2高速注射成型
高速注射成型方法的熔体填充速度较传统的快10 ～100倍，使熔体在模腔内产生高剪切的流动，粘度下降，充模速度快，塑料表面硬化减慢，因而可提高薄壁制品的成型厚度极限，抑制过度的成型压力，同时由于模内低压流动，制品的内应力降低。对于薄壁精密制品，可以利用注塑时螺杆前移引起熔体吸收能量，在螺杆移动停止后通过熔体膨胀高速充满型腔来实现。
4. 3无保压的注射成型
无保压注射成型技术是指将塑料熔体以高速、高压充填入模具，然后关闭设于喷嘴的针阀，以模腔内的塑料熔体自动弥补制品各部分的收缩，这样可以大大降低制品的翘曲变形。但是这种方法需要事先估计保压的收缩补充部分，因此在注射中需要有较高的型腔压力值，需要的锁模力也高。
4. 4其它的智能控制技术
精密注射成型过程中对加工条件实行持续性监测和精确控制非常重要。随着计算机技术的发展，计算机化的注射成型已得到广泛的应用。其中有统计过程控制( SPC)技术、P ID技术、模糊逻辑控制( FCC)方法、中枢网络控制(NNC)方法和基于逆向加工模型的中枢网络尺寸控制等[ 22 ]。
5结语
对塑料制品高精度、高性能要求的日益增长是精密注射成型技术前进的动力，人们对精密注射成型原理理解的不断深化是精密注射成型技术进步的基础。随着新材料、新工艺和新设备的相继出现，尤其是计算机在塑料加工中的广泛应用，为精密注射技术创造了良好的条件。对只要合理的利用这些技术，就一定能生产出精密的制品。
参考文献
1罗卫华，等. 工程塑料
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