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四缸直鎖二板式注塑件機(jī)器及精密注塑件成型關(guān)
摘要：本文從注塑件機(jī)鎖模結(jié)構(gòu)的角度分析精密注塑件成型的關(guān)鍵技術(shù)，并通過(guò)廣東泓利機(jī)器有限公司研制的四缸直鎖二板式注塑件機(jī)在光盤(pán)注塑件機(jī)的成功應(yīng)用，提出精密、超精密注塑件成型的一些重要技術(shù)指標(biāo)，為以后精密、超精密注塑件成型技術(shù)概念的形成和標(biāo)準(zhǔn)的制定提供參考。 關(guān)鍵詞：精密注塑件成型 四缸直鎖二板式 光盤(pán)注塑件機(jī) 標(biāo)準(zhǔn) 精密注塑件成型技術(shù)是一門(mén)涉及原材料性能、配方、成型工藝及設(shè)備等多方面的綜合技術(shù)；精密塑料制品包括DVD數(shù)碼光盤(pán)、DVD激光頭、數(shù)碼相機(jī)零件、電腦接插件、導(dǎo)光板、非球面透鏡等精密產(chǎn)品，這類(lèi)產(chǎn)品顯著特點(diǎn)是不但尺寸精度要求高，而且對(duì)制品的內(nèi)在質(zhì)量和成品率要求也極高。成型制品的注塑件模具是決定該制品能否達(dá)到設(shè)計(jì)所要求的尺寸公差的重要條件，而精密注塑件機(jī)是保證制品始終在所要求的尺寸公差范圍內(nèi)成型及保證極高成品率的關(guān)鍵設(shè)備。 實(shí)驗(yàn)表明，制品的尺寸精度幾乎是由鎖模裝置決定的，精密注塑件成型技術(shù)對(duì)注塑件機(jī)的要求主要有三個(gè)方面： 1、開(kāi)合模精度要求高，主要指位置、合模力的重復(fù)精度及模板均衡受力； 2、靈敏可靠的低壓護(hù)模效果，（1）因?yàn)榫艹尚退枳⑺芗＞邇r(jià)格十分昂貴，有時(shí)價(jià)格高于工作母機(jī)；（2）生產(chǎn)節(jié)奏加快，加上分散加工裝配，萬(wàn)一注塑件模具出問(wèn)題會(huì)造成損失慘重；（3）許多產(chǎn)品放有嵌件，如果嵌件放置不當(dāng)而低壓護(hù)模失效會(huì)造成注塑件模具嚴(yán)重?fù)p壞； 3、開(kāi)模力大，并且容易調(diào)節(jié)，開(kāi)合模行程要求長(zhǎng)，因?yàn)樵S多注塑件模具不僅復(fù)雜，而且有二個(gè)或三個(gè)分型面，除了開(kāi)模力要求大外，開(kāi)模的行程也要長(zhǎng)。 根據(jù)以上分析，合模裝置的性能優(yōu)劣對(duì)精密注塑件成型至關(guān)重要。合模裝置從傳動(dòng)角度講，一般可分為肘桿式（或稱機(jī)鉸式）和液壓式，從受力的角度講，大致可分為三板式和二板式注塑件機(jī)。 傳統(tǒng)注塑件機(jī)都是三板受力的（如圖1所示），對(duì)注塑件模具是“頂”的作用力方式，肘桿式（機(jī)鉸式）以及全電動(dòng)式、單缸或多缸充液式，都是這種作用力方式。肘桿式對(duì)于精密注塑件來(lái)說(shuō)有其先天的局限性：1、加工精度、裝配精度及機(jī)械磨損均會(huì)造成肘桿式的合模精度下降，甚至環(huán)境溫度對(duì)合模精度也會(huì)造成影響，因?yàn)橹鈼U式鎖模力是靠拉桿的拉伸變形獲得的，故溫度變化大造成拉桿的伸縮會(huì)嚴(yán)重影響鎖模力； 2、由于低壓慢速段剛好靠近肘桿式放大倍數(shù)急劇上升區(qū)域，故低壓慢速段很難掌握，而且既不靈敏也難以調(diào)整； 3、肘桿式開(kāi)模力小，開(kāi)合模行程小。 以上三個(gè)缺點(diǎn)，嚴(yán)重地影響了肘桿式在高檔機(jī)包括成型精密產(chǎn)品及復(fù)雜產(chǎn)品中的應(yīng)用。對(duì)于單缸合多缸充液式來(lái)說(shuō)，拉桿受力仍然很長(zhǎng)，系統(tǒng)剛度差，單缸充液式還有鎖模力作用不均勻，鎖模油缸容易內(nèi)瀉等缺點(diǎn)。 全液壓二板式注塑件機(jī)（如圖2所示）與以上結(jié)構(gòu)有根本性的區(qū)別，其鎖模力僅作用在動(dòng)、定模板之間，支架是不承受力的，對(duì)注塑件模具是一種“夾”的作用力方式，二板式由于作用在模板四個(gè)角上的油缸是連通的，所以作用在注塑件模具四個(gè)角上的力幾乎是相等的，定、動(dòng)模板四個(gè)相對(duì)應(yīng)的角的受力是作用力和反作用力的關(guān)系，所以其力完全相等，即使注塑件模具不平行，也能夠自動(dòng)置位使注塑件模具在分型面上完全貼合，注塑件模具四個(gè)角八個(gè)點(diǎn)上受力幾乎完全相等，這一優(yōu)勢(shì)是其他結(jié)構(gòu)的注塑件機(jī)所不具有的。對(duì)于成型精密制品來(lái)說(shuō)，直鎖二板式鎖模結(jié)構(gòu)的合模精度最高，主要是因?yàn)樽⑺芗＞呤芰鶆颍i模力重復(fù)精度高。在注塑件成型過(guò)程中，兩者的區(qū)別如下： ①?gòu)膱D3可以看出，在充模過(guò)程中，隨著模腔的充滿，模腔壓力速度上升至最大值（B 點(diǎn)），此時(shí)注射壓力也達(dá)到最大值。隨后，模腔壓力逐漸下降，注射壓力轉(zhuǎn)為保壓，并用分級(jí)保壓以適應(yīng)這種變化。 ②由于四缸直鎖注塑件成型機(jī)其鎖模壓力可以隨注射壓力的升高而升高1.5倍，當(dāng)注射結(jié)束后，鎖模壓力隨之下降，在冷卻過(guò)程中則保持某一較低壓力，見(jiàn)圖4，從圖5中我們也可以看到傳統(tǒng)肘桿式與四缸直鎖式鎖模壓力的比較，由于注塑件模具及模板僅在脹模力最大的時(shí)間區(qū)域承受最大的鎖模力，在整個(gè)過(guò)程中，四缸直鎖二板式的鎖模力和脹模力同步變化，維持平衡態(tài)，避免肘桿式那樣注塑件模具長(zhǎng)時(shí)間受高壓，注塑件模具產(chǎn)生的彈性變形量很小，從而有利于提高制品精度。而且也減少了注塑件模具、模板等受力件長(zhǎng)時(shí)間受高壓導(dǎo)致的疲勞破壞。 以上的這些優(yōu)點(diǎn)使全液壓四缸直鎖二板式注塑件機(jī)在精密注塑件中有卓越的表現(xiàn)，該結(jié)構(gòu)甚至可被應(yīng)用于數(shù)碼光盤(pán)注塑件機(jī)當(dāng)中，廣東泓利機(jī)器有限公司即利用這種結(jié)構(gòu)于2003 年研制成功我國(guó)首臺(tái)數(shù)碼光盤(pán)注塑件成型機(jī)，所產(chǎn)CD、VCD、DVD光盤(pán)全部符合國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。可見(jiàn)即使在精度要求最苛刻的光盤(pán)注塑件成型技術(shù)中，全液壓四缸直鎖二板式仍能勝任，對(duì)于一般精密制品來(lái)說(shuō)，其性能自然不言而喻。 精密注塑件成型技術(shù)在我國(guó)塑機(jī)行業(yè)處于發(fā)展的初期階段，相信在若干年內(nèi)會(huì)有長(zhǎng)足發(fā)展，因此，在當(dāng)今中國(guó)塑機(jī)高端市場(chǎng)幾乎為國(guó)外注塑件加工廠壟斷的情況下，在精密塑機(jī)技術(shù)還沒(méi)有形成統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的情況下，提出精密注塑件成型技術(shù)的概念以及某些參考的標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)以后我國(guó)精密注塑件成型技術(shù)的發(fā)展將有重要的參考價(jià)值。在此，本人愿拋磚引玉，提出一些看法。 結(jié)合對(duì)精密注塑件成型技術(shù)長(zhǎng)期的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，本人認(rèn)為，一般精密注塑件機(jī)有兩個(gè)指標(biāo)：一是制品尺寸的重復(fù)誤差，二是制品的重復(fù)重量誤差。前者由于尺寸大小和制品厚薄不同難以比較，而后者代表了注塑件機(jī)的綜合水平，一般普通注塑件機(jī)的重量重復(fù)誤差在1％左右，較好的機(jī)器可達(dá)到0.8％，低于0.5％為精密機(jī)，低于0.3％為超精密機(jī)，據(jù)以前資料報(bào)道，國(guó)際最高水平為小于0.15％，2004年德國(guó)科隆塑機(jī)博覽會(huì)上，德國(guó)雅寶公司宣布其最新式注塑件機(jī)重量重復(fù)精度可達(dá)到0.07％。精密注塑件機(jī)要求制品尺寸精度一般在0.01-0.001mm 以內(nèi)，許多精密注塑件還要求注塑件機(jī)具有高的注射壓力、高的注射速度；要求合模系統(tǒng)具有足夠大的剛性和足夠高的鎖模精度，所謂鎖模精度是指合模力的均勻性、可調(diào)、穩(wěn)定和重復(fù)性高，開(kāi)合模位置精度高；要求對(duì)壓力、流量、溫度、計(jì)量等都能精確控制到相應(yīng)的精度，采用多級(jí)或無(wú)級(jí)注射，保證成型工藝的再現(xiàn)條件和制品的重復(fù)精度等。 對(duì)精密注塑件機(jī)的具體要求有： （1）注射壓力≥250MPa； （2）注射速度≥300mm/s； （3）制品尺寸精度0.001mm； （4）制品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)差系數(shù)（變化率）≤0.1％； （5）開(kāi)、合模位置精度：開(kāi)≤0.03mm，合≤0.01mm； （6）注射位置精度（保壓終止點(diǎn)）≤0.03mm； （7）拉桿受力均衡度≤1％； （8）預(yù)塑位置精度≤0.03mm； （9）定、動(dòng)模板平衡度；A：鎖模力為零時(shí)≤0.03mm，B：鎖模力為最大時(shí)≤0.005mm； （10）機(jī)筒、螺桿溫控精度≤±0.5℃。 精密注塑件成型技術(shù)的重點(diǎn)研究?jī)?nèi)容： （1）鎖模力：在精密注塑件成型過(guò)程中，一般都需要很高的注射壓力（>250MPa），否則很難成型，但我們就應(yīng)該注意到，精密注塑件制品的外形尺寸、厚度正常情況下都比較小，所以，對(duì)鎖模力并不是所有制品都要求很高，反之，若鎖模力過(guò)大，或四角受力不均，或鎖模力不穩(wěn)定都會(huì)使注塑件模具受壓變形不一致和不均勻，最終會(huì)影響到制品的成型質(zhì)量。根據(jù)注塑件制品的工藝要求，合理、方便、準(zhǔn)確地調(diào)整鎖模力，克服肘桿式、電動(dòng)式注塑件機(jī)鎖模部件由于制造精度而影響連桿受力及受力元件長(zhǎng)時(shí)間受力變形等原因引起長(zhǎng)度尺寸的差異（如肘桿、拉桿等）以及因室溫、注塑件模具溫度變化等引起鎖模力不穩(wěn)定的先天性問(wèn)題，所以，如何發(fā)揮全液壓式鎖模結(jié)構(gòu)精密度高的優(yōu)點(diǎn)是精密注塑件機(jī)今后一段時(shí)間內(nèi)研究的一個(gè)重要課題。 （2）塑化質(zhì)量：塑料塑化的均勻性不僅影響到塑件的成型質(zhì)量，還會(huì)影響到熔融塑料通過(guò)澆口時(shí)所受阻力的大小，為了得到均勻的塑化，設(shè)計(jì)專(zhuān)用的螺桿和使用專(zhuān)用的增塑技術(shù)必不可少。另外，機(jī)筒的溫度也應(yīng)精確控制，現(xiàn)在螺桿、機(jī)筒溫度多采用PID控制（比例、微分、積分），精度可控制在±0.5℃～±l℃，基本可滿足精密注塑件的要求，如果采用FUZZY控制方法，就更適合于精密注塑件了。 （3）計(jì)量精度：要使塑料制品保持較高的穩(wěn)定性，每次注入模腔的熱熔塑料必須相等，也就是說(shuō)每次加料時(shí)螺桿的復(fù)位精度要求一致，但事實(shí)上螺桿復(fù)位時(shí)的位置是不可能完全一致的，螺桿的直徑越大，系統(tǒng)慣性就會(huì)越大，位置精度越難控制，一般應(yīng)把螺桿的復(fù)位精度控制在0.3mm以內(nèi)，最好能控制在0.2mm 以內(nèi)。 （4）注射速度：注射速度是精度注塑件機(jī)的一個(gè)重要指標(biāo)，因?yàn)闊崛廴谒芰蠌拈_(kāi)始注入模腔到完成填充之間有一段時(shí)差，在這段時(shí)間中，熱熔融塑料即開(kāi)始冷卻，為了使?jié)部谔幣c注塑件模具型腔內(nèi)的材料均勻冷卻，就應(yīng)采取高速注射，要提高注射速度，必須配置一個(gè)或幾個(gè)能快速釋放能量的蓄能器以縮短時(shí)差。將原注射速度提高3倍以上，達(dá)到300～800mm/s，這對(duì)精密注塑件非常有利。 （5）注射壓力：精密注塑件需要較大的注射壓力，以提高塑件的密實(shí)度，減小收縮變形，保證制件精度，但并不是注射壓力越大越好，壓力過(guò)大會(huì)產(chǎn)生飛邊，在最佳的注射壓力下，注射周期時(shí)間變化應(yīng)不超過(guò)0.05 秒。 （6）保壓：保壓對(duì)精度塑件的影響極大，準(zhǔn)確地說(shuō)，保壓能較好地補(bǔ)縮，減小塑件變形，控制塑件精度，保壓壓力的穩(wěn)定決定了塑件的成型精度，螺桿的終止位置不變是決定保壓效果的決定因素。 （7）注塑件模具溫度：對(duì)精密注塑件來(lái)說(shuō)，模腔表面的溫度變化應(yīng)控制在±1℃之內(nèi)，這就必須采用PID控制，但對(duì)超精密注塑件而言，這遠(yuǎn)遠(yuǎn)是不夠的，更先進(jìn)的方法是采用FUZZF控制，即模糊控制。 隨著科技的日益進(jìn)步，塑料制品特別是精密塑料制品將會(huì)有更加廣闊的發(fā)展空間，我國(guó)塑機(jī)工業(yè)起步較晚，基礎(chǔ)薄弱，與德、日等發(fā)達(dá)國(guó)家有一定的差距，但依照當(dāng)今的發(fā)展勢(shì)頭，估計(jì)趕超世界先進(jìn)的時(shí)間不會(huì)太長(zhǎng)，因此，對(duì)屬于高端產(chǎn)品的精密塑機(jī)及早形成統(tǒng)一認(rèn)識(shí)，及早制定國(guó)有標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)以后行業(yè)的發(fā)展將產(chǎn)生重要的影響。 上海瑞雪塑膠科技有限公司
