近年來，家用電器、儀器儀表，建筑器材，汽車工業(yè)、日用五金等眾多領(lǐng)域，塑料制品所占的比例正迅猛增加。對塑料制品的高精度、高性能要求與日俱增，促使精密成型技術(shù)不斷地進(jìn)步。注射成型是最重要的塑料成型方法之一，影響精密注射成型的因素也很多。

1.注塑材料

在設(shè)計(jì)塑料制品的前期，應(yīng)首先根據(jù)其應(yīng)用環(huán)境選定相應(yīng)性能需要的工程塑料。

2.精密模具

合理地設(shè)計(jì)精密注塑模具是獲得精密制品的基礎(chǔ)和必要前提。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溫度控制、模具的精密制造和模具設(shè)計(jì)時(shí)對塑料收縮率選用等影響。

2. 1模具溫度的控制

由于模具溫度對成型收縮率的影響很大，同時(shí)也直接影響注塑制品的力學(xué)性能，還會(huì)引起制品表面發(fā)花等各種成型缺陷，因此必須使模具保持在規(guī)定的溫度范圍內(nèi)，而且還要使模具溫度不隨時(shí)間變化而變化。在一般精度零件的注射成型中，控制模具溫度主要是為了提高生產(chǎn)率。然而模具溫度控制對精密注射成型的影響極大，它影響制件的收縮、形狀、結(jié)晶、內(nèi)應(yīng)力等，因此設(shè)計(jì)模具冷熱回路時(shí)要求溫度分布合理，控制精度精確，最好采用模溫機(jī)和冷水機(jī)控制。模具溫度控制和冷卻時(shí)間對制品性能的影響及其影響因素如下：

(1)塑料熔體注入和模具開模的循環(huán)時(shí)間二者會(huì)在模具中產(chǎn)生溫度差的波動(dòng)，因此應(yīng)該盡量減小這種波動(dòng)差峰。

(2)模具內(nèi)的熱量轉(zhuǎn)移模具的熱量是通過模具體和模具內(nèi)的媒體傳遞出去的，模具是不變的，因此對媒體的控制是關(guān)鍵，一般其冷卻水出入口溫度差小于1℃，應(yīng)用平均溫度理論來計(jì)算，這樣能夠保證熱量傳遞的穩(wěn)定性。媒體的流量和熱量轉(zhuǎn)移是相互聯(lián)系的，可以用模具表面溫度傳感器來控制媒體流量，以補(bǔ)償因環(huán)境溫度變化引起的模具溫度變化。

(3)模具穩(wěn)定狀態(tài)為使模具所吸收和散發(fā)的熱量保持平衡，注塑機(jī)注射出的熔體要嚴(yán)格保持穩(wěn)定的溫度。模具周圍的溫度對模具也有很大的影響，一般會(huì)影響到模具內(nèi)媒體對流系數(shù)的變化，因此最好在模具表面設(shè)置溫度傳感器，隨時(shí)觀察模具表面溫度，并使其保持穩(wěn)定。

(4)熱交換效率的變化模具用久后，在冷卻水管道中會(huì)出現(xiàn)銹斑和水垢，這時(shí)交界面的熱導(dǎo)率降低，應(yīng)對水垢及時(shí)清除。

2. 2精密模具的設(shè)計(jì)與制造

模具設(shè)計(jì)的好壞是保證塑料制件尺寸精度的前提，為了提高精密注塑模的精度，在設(shè)計(jì)過程中采用計(jì)算機(jī)輔助分析是必要的，特別是對澆注系統(tǒng)的流動(dòng)行為和模具溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)熱量分布的分析等。應(yīng)盡可能地應(yīng)用分析模擬軟件并利用接近實(shí)際的加載條件來分析模擬熔體在模具中的澆注、冷卻等非穩(wěn)態(tài)的過程。

模具的制造質(zhì)量是保證塑料制件尺寸精度的關(guān)鍵，精密模具主要的制造特點(diǎn)是除了拋光和裝配作業(yè)外，均不用手工加工。一般模具機(jī)械加工和手工加工的比例約為6∶4～7∶3，而精密模具的機(jī)械加工和手工加工比例為9∶1。

模具材料和熱處理是模具精度的保障。在成型加工過程中，模具處于高溫狀態(tài)，因而即使對模具零件采用低溫回火，生產(chǎn)時(shí)高溫熔體又會(huì)對零件進(jìn)行重復(fù)回火而使硬度降低，同時(shí)還應(yīng)考慮殘留奧氏體所引起的體積膨脹。因此一般回火溫度至少應(yīng)是成型加工時(shí)模具溫度的兩倍以上，并適當(dāng)?shù)剡M(jìn)行低溫處理以便消除殘余奧氏體。

對高精度制品，要求模具成型零件的精度、組合件累計(jì)精度、模具導(dǎo)向件的對中精度以及分型面的平行度應(yīng)該達(dá)到微米級。模具應(yīng)有足夠的強(qiáng)度、剛度和耐磨性，在注塑壓力下不易變形、磨損。要達(dá)到以上的加工精度可采用立體加工中心、數(shù)控機(jī)床和應(yīng)用CAD /CAM /CAE等新技術(shù)。

2. 3精密模具設(shè)計(jì)時(shí)物料收縮率的選用

影響塑料收縮率的主要因素包括熱收縮、相變收縮、取向收縮、壓縮收縮與彈性回復(fù)等，這些影響因素與精密注塑制品的成型條件或操作條件有關(guān)。熱塑性塑料制品成型時(shí)收縮率波動(dòng)較大，給模具設(shè)計(jì)、確定型腔尺寸和控制制品尺寸精度帶來困難。因此在模具設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)了解塑料的收縮特性和因制件形狀而造成的各部位收縮率的差異，然后采用必要的補(bǔ)償措施。對高精度塑料件可在設(shè)計(jì)前先制造簡易模具，以測出成型時(shí)各部位的實(shí)際收縮率，這樣便可大大提高制件的尺寸精度。

澆口的形式、位置與分布都影響制件尺寸精度。點(diǎn)澆口噴射力大，但補(bǔ)縮效果差，對厚壁制件不適用。澆口位置影響熔體流向和流程遠(yuǎn)近，流程愈長收縮愈大。多澆口可以縮短流程，但熔接痕增多。澆口的設(shè)計(jì)應(yīng)該根據(jù)制件大小和所選用的材料運(yùn)用分析軟件并借助于實(shí)際經(jīng)驗(yàn)來最終確定。

3.精密注射成型最佳工藝參數(shù)的設(shè)定

選取最佳的成型工藝參數(shù)能夠減少塑料制品的收縮率。塑料的收縮特性是指塑料的熱收縮、彈性回復(fù)、塑性變形、后收縮和老化收縮的綜合反映，通常是因材料吸水或分子鏈重排而引起，具體表現(xiàn)為線性收縮率和體積收縮率的變化，常用收縮特性值表示。熱塑性塑料注塑制品成型時(shí)收縮率波動(dòng)較大，特別是對于結(jié)晶性塑料注塑制品更加明顯，由于結(jié)晶度不僅取決于化學(xué)結(jié)構(gòu)，而且還受到加工過程中冷卻參數(shù)(冷卻速率、熔體溫度、模具溫度、制品厚度)的影響，給模具設(shè)計(jì)確定型腔尺寸和控制制品尺寸精度帶來困難，所以迫切需要了解注塑工藝參數(shù)對各種塑料收縮率的影響規(guī)律。制件壁厚的差異一般認(rèn)為是由兩個(gè)方面的因素引起的：

一是高壓熔體引起的模具型腔輕微變形;二是當(dāng)模具開模后材料的彈性膨脹。一般來說，質(zhì)量精度能夠很好地控制尺寸精度，而在較高的模具溫度里熔體的粘度較低，所以粘度梯度較小，在一定的螺桿背壓下，制件的質(zhì)量精度就能夠得到精確的控制。

精密塑料件不僅要求有穩(wěn)定的尺寸公差，而且還要求有嚴(yán)格的力學(xué)性能。這些特性主要取決于熔體在冷卻階段的熱- 機(jī)械作用的歷史過程。模具溫度和冷卻時(shí)間對制品質(zhì)量和生產(chǎn)率都有直接的影響。研究發(fā)現(xiàn)，在給定的模具溫度下，制品的尺寸精度并不隨冷卻時(shí)間的延長而有明顯的提高，只有在一定的時(shí)間段后才有明顯的作用。在一般冷卻過程中這樣的關(guān)鍵冷卻時(shí)間點(diǎn)有兩個(gè)，在第一個(gè)冷卻時(shí)間點(diǎn)時(shí)雖然生產(chǎn)的制品精度也較高，但不是最穩(wěn)定的狀態(tài)，而第二個(gè)冷卻時(shí)間點(diǎn)冷卻時(shí)間比較長，但能使制品的狀態(tài)最穩(wěn)定。

4.精密注塑機(jī)

應(yīng)根據(jù)所選擇的塑料材料、成品尺寸精度、制件重量、質(zhì)量要求以及預(yù)想的模具結(jié)構(gòu)來選用適當(dāng)?shù)淖⑺軝C(jī)。精密注塑機(jī)一般都采用較大的注射功率，這樣除了可以滿足注塑壓力和注射速率方面的要求外，注射功率本身還會(huì)對制品精度起一定的改進(jìn)作用。精密注塑機(jī)的控制系統(tǒng)一般都有很高的控制精度，這一點(diǎn)是制品本身所要求的。高的控制精度能保證各種注射工藝參數(shù)具有良好的重復(fù)精度，以避免制品精度因工藝參數(shù)波動(dòng)而發(fā)生變化。因此精密注塑機(jī)一般都對注射量、注塑壓力、注射速率、保壓壓力、背壓和螺桿轉(zhuǎn)速等工藝參數(shù)采取多級反饋控制。精密注塑要求其合模系統(tǒng)有足夠的剛度，否則制品精度將會(huì)因合模系統(tǒng)的彈性變形而降低。其次合模系統(tǒng)的合模力大小必須能夠精確控制，否則過大或過小的合模力都將對制品精度產(chǎn)生不良影響。所以在設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該綜合考慮模具剛度、系統(tǒng)剛度以及合模力的大小以精確控制制品的精度，尤其是平板薄壁制品。當(dāng)模具面積較大時(shí)，必須對導(dǎo)向柱進(jìn)行撓度校核。精密注塑機(jī)還必須能夠?qū)σ簤夯芈分械墓ぷ鳒囟冗M(jìn)行精確控制，以防工作油因溫度變化而引起粘度和流量變化，進(jìn)一步導(dǎo)致注射工藝參數(shù)波動(dòng)而使制品失去應(yīng)有的精度。

4. 1成型循環(huán)時(shí)間的一致性

在精密成型中應(yīng)盡量采用全自動(dòng)的模式，這樣會(huì)避免因每次模塑的循環(huán)時(shí)間不相同而影響到模具溫度和物料在料筒中的停留時(shí)間，進(jìn)而影響到制件的精度。

4. 2 注塑機(jī)的溫度控制和螺桿的設(shè)計(jì)

注塑機(jī)筒上自動(dòng)調(diào)溫器的循環(huán)性開和關(guān)導(dǎo)致了料筒內(nèi)熔料密度和粘度的變化，從而影響制件質(zhì)量和尺寸精度的周期性波動(dòng);注塑機(jī)的噴嘴緊靠模具型腔，所以噴嘴的溫度對模塑制件也有重大的影響。

要制得高質(zhì)量和穩(wěn)定的塑料件，注塑機(jī)的塑化單元是非常重要的。對塑化單元評判的重要標(biāo)準(zhǔn)是：注射量、塑化速率、注射速率、高聚物在塑化單元的停留時(shí)間。

由于塑料件質(zhì)量的誤差對于尺寸精度有很重要的影響，因此應(yīng)精確控制注塑機(jī)的注射量。提高注塑機(jī)計(jì)量精度的最有效方法就是用技術(shù)上能夠?qū)崿F(xiàn)的最小的螺桿直徑，特別是對于輕型制件更是如此。由于螺桿計(jì)量段的相對長度和螺桿的整體長度變小，因此物料在塑化單元中停留的時(shí)間也會(huì)變短。螺桿螺紋也近似地變寬，可避免物料的停留時(shí)間變長，使螺桿穩(wěn)定地運(yùn)行。螺槽的寬深比也相應(yīng)地變小，這對制造許多工程塑料制件的小直徑螺桿尤為有效。熔體的均一性并沒有因?yàn)樾嚎s比而減小，這是因?yàn)橛煞浅\的螺槽引起非常強(qiáng)烈的剪切速率而導(dǎo)致的。喂料段是設(shè)計(jì)的難點(diǎn)，它必須要保證各種粒料能夠均勻地喂進(jìn)去。考慮到需要較短的循環(huán)周期，塑化速率也必須足夠大，因此在設(shè)計(jì)喂料段時(shí)必須有效地解決這一對矛盾。另外，若要通過兩階段螺桿注射來達(dá)到精確控制注射量誤差，這就需要熔體的計(jì)量要通過球形檢測閥由注塑機(jī)注射到活塞注塑機(jī)中。

標(biāo)簽：熱處理注射成型