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四缸直鎖二板式注塑件機器及精密注塑件成型關
摘要：本文從注塑件機鎖模結構的角度分析精密注塑件成型的關鍵技術，并通過廣東泓利機器有限公司研制的四缸直鎖二板式注塑件機在光盤注塑件機的成功應用，提出精密、超精密注塑件成型的一些重要技術指標，為以后精密、超精密注塑件成型技術概念的形成和標準的制定提供參考。 關鍵詞：精密注塑件成型 四缸直鎖二板式 光盤注塑件機 標準 精密注塑件成型技術是一門涉及原材料性能、配方、成型工藝及設備等多方面的綜合技術；精密塑料制品包括DVD數碼光盤、DVD激光頭、數碼相機零件、電腦接插件、導光板、非球面透鏡等精密產品，這類產品顯著特點是不但尺寸精度要求高，而且對制品的內在質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到設計所要求的尺寸公差的重要條件，而精密注塑件機是保證制品始終在所要求的尺寸公差范圍內成型及保證極高成品率的關鍵設備。 實驗表明，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對注塑件機的要求主要有三個方面： 1、開合模精度要求高，主要指位置、合模力的重復精度及模板均衡受力； 2、靈敏可靠的低壓護模效果，（1）因為精密成型所需注塑件模具價格十分昂貴，有時價格高于工作母機；（2）生產節奏加快，加上分散加工裝配，萬一注塑件模具出問題會造成損失慘重；（3）許多產品放有嵌件，如果嵌件放置不當而低壓護模失效會造成注塑件模具嚴重損壞； 3、開模力大，并且容易調節，開合模行程要求長，因為許多注塑件模具不僅復雜，而且有二個或三個分型面，除了開模力要求大外，開模的行程也要長。 根據以上分析，合模裝置的性能優劣對精密注塑件成型至關重要。合模裝置從傳動角度講，一般可分為肘桿式（或稱機鉸式）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。 傳統注塑件機都是三板受力的（如圖1所示），對注塑件模具是“頂”的作用力方式，肘桿式（機鉸式）以及全電動式、單缸或多缸充液式，都是這種作用力方式。肘桿式對于精密注塑件來說有其先天的局限性：1、加工精度、裝配精度及機械磨損均會造成肘桿式的合模精度下降，甚至環境溫度對合模精度也會造成影響，因為肘桿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嚴重影響鎖模力； 2、由于低壓慢速段剛好靠近肘桿式放大倍數急劇上升區域，故低壓慢速段很難掌握，而且既不靈敏也難以調整； 3、肘桿式開模力小，開合模行程小。 以上三個缺點，嚴重地影響了肘桿式在高檔機包括成型精密產品及復雜產品中的應用。對于單缸合多缸充液式來說，拉桿受力仍然很長，系統剛度差，單缸充液式還有鎖模力作用不均勻，鎖模油缸容易內瀉等缺點。 全液壓二板式注塑件機（如圖2所示）與以上結構有根本性的區別，其鎖模力僅作用在動、定模板之間，支架是不承受力的，對注塑件模具是一種“夾”的作用力方式，二板式由于作用在模板四個角上的油缸是連通的，所以作用在注塑件模具四個角上的力幾乎是相等的，定、動模板四個相對應的角的受力是作用力和反作用力的關系，所以其力完全相等，即使注塑件模具不平行，也能夠自動置位使注塑件模具在分型面上完全貼合，注塑件模具四個角八個點上受力幾乎完全相等，這一優勢是其他結構的注塑件機所不具有的。對于成型精密制品來說，直鎖二板式鎖模結構的合模精度最高，主要是因為注塑件模具受力均勻，鎖模力重復精度高。在注塑件成型過程中，兩者的區別如下： ①從圖3可以看出，在充模過程中，隨著模腔的充滿，模腔壓力速度上升至最大值（B 點），此時注射壓力也達到最大值。隨后，模腔壓力逐漸下降，注射壓力轉為保壓，并用分級保壓以適應這種變化。 ②由于四缸直鎖注塑件成型機其鎖模壓力可以隨注射壓力的升高而升高1.5倍，當注射結束后，鎖模壓力隨之下降，在冷卻過程中則保持某一較低壓力，見圖4，從圖5中我們也可以看到傳統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間區域承受最大的鎖模力，在整個過程中，四缸直鎖二板式的鎖模力和脹模力同步變化，維持平衡態，避免肘桿式那樣注塑件模具長時間受高壓，注塑件模具產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、模板等受力件長時間受高壓導致的疲勞破壞。 以上的這些優點使全液壓四缸直鎖二板式注塑件機在精密注塑件中有卓越的表現，該結構甚至可被應用于數碼光盤注塑件機當中，廣東泓利機器有限公司即利用這種結構于2003 年研制成功我國首臺數碼光盤注塑件成型機，所產CD、VCD、DVD光盤全部符合國際標準。可見即使在精度要求最苛刻的光盤注塑件成型技術中，全液壓四缸直鎖二板式仍能勝任，對于一般精密制品來說，其性能自然不言而喻。 精密注塑件成型技術在我國塑機行業處于發展的初期階段，相信在若干年內會有長足發展，因此，在當今中國塑機高端市場幾乎為國外注塑件加工廠壟斷的情況下，在精密塑機技術還沒有形成統一標準的情況下，提出精密注塑件成型技術的概念以及某些參考的標準，對以后我國精密注塑件成型技術的發展將有重要的參考價值。在此，本人愿拋磚引玉，提出一些看法。 結合對精密注塑件成型技術長期的實踐經驗，本人認為，一般精密注塑件機有兩個指標：一是制品尺寸的重復誤差，二是制品的重復重量誤差。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的綜合水平，一般普通注塑件機的重量重復誤差在1％左右，較好的機器可達到0.8％，低于0.5％為精密機，低于0.3％為超精密機，據以前資料報道，國際最高水平為小于0.15％，2004年德國科隆塑機博覽會上，德國雅寶公司宣布其最新式注塑件機重量重復精度可達到0.07％。精密注塑件機要求制品尺寸精度一般在0.01-0.001mm 以內，許多精密注塑件還要求注塑件機具有高的注射壓力、高的注射速度；要求合模系統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、穩定和重復性高，開合模位置精度高；要求對壓力、流量、溫度、計量等都能精確控制到相應的精度，采用多級或無級注射，保證成型工藝的再現條件和制品的重復精度等。 對精密注塑件機的具體要求有： （1）注射壓力≥250MPa； （2）注射速度≥300mm/s； （3）制品尺寸精度0.001mm； （4）制品質量標準差系數（變化率）≤0.1％； （5）開、合模位置精度：開≤0.03mm，合≤0.01mm； （6）注射位置精度（保壓終止點）≤0.03mm； （7）拉桿受力均衡度≤1％； （8）預塑位置精度≤0.03mm； （9）定、動模板平衡度；A：鎖模力為零時≤0.03mm，B：鎖模力為最大時≤0.005mm； （10）機筒、螺桿溫控精度≤±0.5℃。 精密注塑件成型技術的重點研究內容： （1）鎖模力：在精密注塑件成型過程中，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，對鎖模力并不是所有制品都要求很高，反之，若鎖模力過大，或四角受力不均，或鎖模力不穩定都會使注塑件模具受壓變形不一致和不均勻，最終會影響到制品的成型質量。根據注塑件制品的工藝要求，合理、方便、準確地調整鎖模力，克服肘桿式、電動式注塑件機鎖模部件由于制造精度而影響連桿受力及受力元件長時間受力變形等原因引起長度尺寸的差異（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定的先天性問題，所以，如何發揮全液壓式鎖模結構精密度高的優點是精密注塑件機今后一段時間內研究的一個重要課題。 （2）塑化質量：塑料塑化的均勻性不僅影響到塑件的成型質量，還會影響到熔融塑料通過澆口時所受阻力的大小，為了得到均勻的塑化，設計專用的螺桿和使用專用的增塑技術必不可少。另外，機筒的溫度也應精確控制，現在螺桿、機筒溫度多采用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）計量精度：要使塑料制品保持較高的穩定性，每次注入模腔的熱熔塑料必須相等，也就是說每次加料時螺桿的復位精度要求一致，但事實上螺桿復位時的位置是不可能完全一致的，螺桿的直徑越大，系統慣性就會越大，位置精度越難控制，一般應把螺桿的復位精度控制在0.3mm以內，最好能控制在0.2mm 以內。 （4）注射速度：注射速度是精度注塑件機的一個重要指標，因為熱熔融塑料從開始注入模腔到完成填充之間有一段時差，在這段時間中，熱熔融塑料即開始冷卻，為了使澆口處與注塑件模具型腔內的材料均勻冷卻，就應采取高速注射，要提高注射速度，必須配置一個或幾個能快速釋放能量的蓄能器以縮短時差。將原注射速度提高3倍以上，達到300～800mm/s，這對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，壓力過大會產生飛邊，在最佳的注射壓力下，注射周期時間變化應不超過0.05 秒。 （6）保壓：保壓對精度塑件的影響極大，準確地說，保壓能較好地補縮，減小塑件變形，控制塑件精度，保壓壓力的穩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：對精密注塑件來說，模腔表面的溫度變化應控制在±1℃之內，這就必須采用PID控制，但對超精密注塑件而言，這遠遠是不夠的，更先進的方法是采用FUZZF控制，即模糊控制。 隨著科技的日益進步，塑料制品特別是精密塑料制品將會有更加廣闊的發展空間，我國塑機工業起步較晚，基礎薄弱，與德、日等發達國家有一定的差距，但依照當今的發展勢頭，估計趕超世界先進的時間不會太長，因此，對屬于高端產品的精密塑機及早形成統一認識，及早制定國有標準，對以后行業的發展將產生重要的影響。 上海瑞雪塑膠科技有限公司
