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精密模具注射成型的工艺特点

文章来源: 科翔模具 人气:3620 发表时间:2023-04-11 10:32:00

[导读]:精密模具注射成型的工艺特点,精密模具注射成型是成型尺寸和形状精度很高、表面粗糙度值很小的塑件时采用的注射工艺方法。由于塑料工业的发展,塑件在精密仪器和电子仪表等工业中的应用越来越广泛,并且不断地替代许多传统的金属零部件。因此,对于它们的精度要求也就越来越高,若采用普通注射成型方法,这些精度要求则难以达到,所以精密模具注射成型应运而生,并且正在迅速发展和完善。在精密模具注射成型中,究竟如何规定塑件的精度,是一个非常重要而且也是一个比较复杂的问题,需要考虑较多的问题。

(1)从模具加工精度方面考虑:由于注射塑件必须在型腔内成型,因此,它们的精度无论如何也不会超过型腔的精度。就目前精密模具制造技术而言,型腔大部分采用铣削、磨削或电加工方法制造,这些加工方法可以达到的高精度和实用的经济精度列于表.从该表数值可知,欲使塑件能够达到较高的精度,必须对型腔进行磨削。然而,由于塑件形状的原因,型腔形状一般都很复杂,若要对其整体磨削,往往是一项十分困难或难以做到的工作。经常把型腔设计成镶拼结构,以便对各个镶件进行磨削。但也正是由于为了解决这一问题,这一措施,导致精密模具精度受到限制,即对型腔进行镶拼时,各镶件必须采用配合尺寸,由于目前能够使用的配合公差等级高为IT5,所以,确定精密模具注射塑件的精度时,一般都不要使模具的公差等级因塑件精度过高而超过TT5~IT6级。如果需要根据模具公差确定塑件精度。


(2)从精密模具结构和品种两方面考虑:如果综合模具结构和塑料品种两方面的因素确定精密模具注射塑件的公差,其中,后者是由日本塑料工业技术研究会提出的。极限是指采用单型腔模具结构时,注射塑件所能达到的公差数值,很显然,这些数值不适于多型腔模大批量生产。实用极限是指采用四腔以下的精密模具结构时,注射塑件所能达到的公差数值。


(3)从塑料的工艺特性方面考虑:如果需要根据收缩率确定精密注射塑件精度,这两级公差组所规定的公差数值,对于精密注射要求来讲,显得偏低一些。有关精密注射塑件的精度要求,还有其他一些标准,特别是日本在这方面做了较多工作。就目前情况来讲,精密模具注射塑件的公差等级可以按照我国已颁布的塑料模塑件尺寸公差的标准中的MT2级。从精密模具注射成型的概念可知,判断塑件是否需要精密注射的依据是其公差数值。但是,对于精密注射的公差数值,并不是所有的塑料品种都能达到。由于采用的聚合物和填料的种类及其配比不同,在注射成型时流动性和成型性能将会具有很大差异,即使对于组分和配比完全相同的塑料,由于生产厂家、出厂时间和环境条件等因素影响,用它们注射出来的塑件之间也还会存在一个形状及尺寸是否稳定的问题。因此,欲要将某种塑料进行精密注射,除了要求它们必须具有良好的流动性能和成型性能之外,还要求用它们成型出的塑件具有稳定性。否则,制件精度就很难保证。因此,必须对塑料品种及其成型物料的状态和品级进行严格选择。就目前情况而言,适合精密注射成型的塑料品种主要有聚碳酸酯、聚酰胺及其增强型、聚甲醛以及ABS和PBT等。


一、精密注射成型的工艺特点


精密模具注射成型的主要工艺特点是注射压力高、注射速度快和温度控制必须准确。


1.注射压力高


精密模具注射成型的工艺特点,普通注射所用的注射压力一般为40~200MPa,而对于精密模具注射则要提高到180~ 250MPa,在某些特殊情况下甚至要求更高一些,采取这种做法的原因有以下几个。


(1)提高注射压力可以增大塑料熔体的体积压缩量,使其密度增大,线膨胀系数小,降低塑件的收缩率以及收缩率的波动数值。例如,对于温度为209℃的聚甲醛,采用60℃的温模和98 MPa的注射压力成型壁厚为3mm的塑件时,塑件的收缩率接近2.5%;当湿度和塑件条件不变时,将注射压力提高到392MPa时,塑件的收缩率可降到0.5%左右。


(2)提高注射压力可以使成型允许使用的流动距离增大,有助于改变塑件的成型性能并能成型超薄壁厚塑件。例如,对聚碳酸酯,在77MPa的注射压力时,可成型的塑件壁厚为 0.2~0.8mm;当注射压力提高到392MPa时,塑件的壁厚可降到0.15~0.6mm.


(3)提高注射压力有助于充分发挥注射速度的功效。这是因为形状复杂的塑件一般都必须采用较快的注射速度,而较快的注射速度又必须靠较高的注射压力来保证。


2.注射速度快


注射成型时,如果采用较快的注射速度,不仅能够成型形状比较复杂的塑件,而且还能减小塑件的尺寸公差,这一结论目前已经得到证实。


3.温度控制必须准确


精密模具注射成型的工艺特点,温度对塑件成型质量影响很大,对于精密模具注射,不仅存在温度的高低问题,而且还存在温度控制精度的问题。很显然,在精密模具注射成型过程中,如果温度控制得不准确,则塑料熔体的流动性以及塑件的成型性能和收缩率就不会稳定,因此也就无法保证塑件的精度。从这个角度来讲,采用精密模具注射成型时,不论对于料筒和喷嘴,或是对于注射模具,都必须严加控制它们的温度范围。例如,在某些专用的精密模具注射机上,对料筒和喷嘴处温度采用PID控制器,温控精度可达±0.5℃.而在某些普通注射机上,料筒和喷嘴升温时的超调量可达25~30℃,螺杆计量时引起的温度波动可达4℃以上。进行精密注射成型生产时,为了保证塑件的精度,除了必须严格控制料筒、喷嘴和精密模具的温度之外,还要注意脱模后周围环境温度对塑件精度的影响。


二、精密注射成型工艺对注射机的要求


由于精密模具注射成型具有较高的精度要求,所以,它们一般都需要在专门的精密注射机上进行。下面简单介绍一些有关精密模具注射机的特征问题。


1.注射功率大精密注射机一般都采用比较大的注射功率,这样做除了可以满足注射压力和注射速度方面的要求之外,注射功率本身还会对塑料制件起到一定的作用。


2.控制精度高精密注射机的控制系统一般都具有很高的控制精度,这一点是精密模具注射成型精度本身所要求的。精密注射成型对于注射机控制系统的要求如下:


(1)注射机控制系统必须保证各种注射工艺参数具有良好的重复精度,以避免精密模具注射成型精度因工艺参数波动而发生变化。为此,精密注射机一般都对注射量、注射压力、注射速度、保压压力、螺杆背压和螺杆转速等工艺参数采取多级反馈控制,而对料筒和喷嘴温度则采用PID控制器。


(2)注射机对其合模系统的合模力大小必须能够准确控制,否则,过大或过小的合模力都会对塑件精度产生不良影响。例如,合模力过大时,精密注射成型精度将会因模具的弹性变形过大而下降。


(3)精密注射机必须具有很强的塑化能力,并且还要保证物料能够得到良好的塑化效果。因此,除了螺杆必须采用较大的驱动转矩之外,控制系统还应能够对螺杆进行无级调速。


(4)精密注射机控制系统还必须对液压回路中的工作油温进行准确控制,以防工作油因为温度变化而引起黏度和流量变化,并进一步导致注射工艺参数变动,从而使塑件失去应有的精度。实验已证明,小型注射机中的液压油在没有温度调节的情况下,连续工作5h以后,油温就升高28℃,油压升高0.19MPa,保压压力升高1.9~2.9MPa。很显然,这种压力变化必然导致精密模具注射成型尺寸偏差增大。为此,精密模具注射机一般都对其液压油进行加热和冷却闭环控制,油温经常稳定在50~55℃。


3.液压系统的反应速度要快


精密模具注射成型的工艺特点,由于精密注射经常采用高速成型,所以也要求为工作服务的液压系统必须具有很快的反应速度,以满足高速成型对液压系统的工艺要求。为此,液压系统除了必须选用灵敏度高、响应快的液压元件外,还可以采用插装比例技术,或在设计时缩短控制元件到执行元件之间的油路,必要时也可加装蓄能器。液压系统加装蓄能器后,不仅可以提高系统的压力反应速度,而且也能起到吸振和稳定压力以及节能等作用。随着计算机应用技术不断发展,精密注射机的液压控制系统目前正朝着机、电、液、仪方向发展,这将能进一步促使注射机实现稳定、灵敏和 准确的工作。


4.合模系统要有足够的刚性


精密模具注射成型的工艺特点,精密模具注射需要的注射压力较高,因此,注射机合模系统必须具有足够的刚性,否则,精密模具注射成型精度将会因为合模系统的弹性变形而下降。为此,在设计注射机移动模板、固定模板和拉杆等合模系统的结构零部件时,都必须围绕着刚性这一问题进行设计和选材。


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