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精密注塑加工之技術(shù)把控
針對精密注塑過程中出現(xiàn)尺寸偏差缺陷現(xiàn)象，從注塑設(shè)備，模具設(shè)計與制造, 注塑工藝條件及成型原料等方面, 分析了影響注塑制品尺寸精度的各種因素, 并給出了控制制品尺寸誤差的相應(yīng)措施, 以提高制品尺寸的準(zhǔn)確性。
一、精密注塑加工的重要性
隨著注塑成型技術(shù)的不斷發(fā)展, 對制品的尺寸精度要求越來越高。但在生產(chǎn)實(shí)踐中, 經(jīng)常會因制品尺寸偏差給裝配造成困難, 導(dǎo)致資源浪費(fèi)。如何提高注塑制品的尺寸精度, 是成型加工領(lǐng)域中非常重要的課題之一。
針對塑料制品產(chǎn)生尺寸偏差這一缺陷，凱明塑業(yè)對其產(chǎn)生因素進(jìn)行了分析和研究，導(dǎo)致其產(chǎn)生尺寸誤差的因素很多, 也很復(fù)雜。既有外部的溫度、濕度因素, 也有內(nèi)部的分子結(jié)晶、取向和內(nèi)應(yīng)力變化等因素。經(jīng)分析認(rèn)為造成制品尺寸誤差的主要因素, 可歸結(jié)為模具設(shè)計與制造和注塑工藝條件的影響, 此二者引起的制品尺寸誤差約占制品尺寸誤差的2/3 ；其次是塑料材料性能，制品設(shè)計及注塑設(shè)備等其它因素的影響。
二、產(chǎn)生尺寸偏差的原因
尺寸偏差是由于收縮率、流動性及工藝參數(shù)等原因，造成加工好的塑件實(shí)際尺寸與規(guī)定尺寸間出現(xiàn)的誤差。
1.注塑設(shè)備的影響
⑴注塑機(jī)塑化容量小
當(dāng)制品質(zhì)量超過注塑機(jī)實(shí)際最大注射質(zhì)量時，顯然地供料量是入不敷出的。若制品質(zhì)量接近注塑機(jī)實(shí)際注射質(zhì)量時，就有一個塑化不夠充分的問題，料在機(jī)筒內(nèi)受熱時間不足，結(jié)果不能及時地向模具提供適當(dāng)?shù)娜哿稀?
⑵液壓系統(tǒng)不穩(wěn)定
液壓系統(tǒng)不穩(wěn)定, 直接影響注射壓力、保壓壓力和鎖模壓力的穩(wěn)定, 造成制品尺寸穩(wěn)定性下降。
⑶噴嘴的影響
注塑機(jī)通常都因顧及壓力損失而只裝直通式噴嘴。但是如果機(jī)筒前端和噴嘴
溫度過高，或在高壓狀態(tài)下機(jī)筒前端儲料過多，產(chǎn)生“流涎”，使塑料在未開始注射而模具敞開的情況下，意外地?fù)屜冗M(jìn)入主流道入口并在模板的冷卻作用下變硬，而妨礙熔料順暢地進(jìn)入型腔。
此外，噴嘴太小，則由于流通直徑小，料條的比容增大，容易致冷，堵塞進(jìn)料通道或消耗注射壓力；太大，則流通截面積大，塑料進(jìn)模的單位面積壓力低，形成射力小的狀況。
⑷其他的影響
加料系統(tǒng)供料不穩(wěn)定，螺桿的轉(zhuǎn)速不穩(wěn)定，停止作用失常，溫度控制系統(tǒng)出現(xiàn)熱電偶燒壞，加熱器斷路等，都會導(dǎo)致塑件的成型尺寸不穩(wěn)定[1]。
2.模具設(shè)計與制造的影響
模具設(shè)計制造的水平高低，直接反映了塑件尺寸精度的高低。模具設(shè)計的結(jié)構(gòu)選擇，澆注系統(tǒng)形式，型腔結(jié)構(gòu)，脫模頂出系統(tǒng)，冷卻系統(tǒng)等設(shè)計，都會影響塑件成型后的尺寸精度高低。模具制造的工藝設(shè)備不同，手段不同，加工精度不同等也都在改變著塑件尺寸精度有的不同命運(yùn)。模具設(shè)計不合理, 零件加工不精確, 裝配誤差較大, 將直接造成制品尺寸誤差。
模具制造誤差對制品尺寸精度的影響很大,尤其是成型零件的加工精度及裝配尺寸誤差等直接影響制品尺寸。型腔尺寸必須正確，保證在要求的公差范圍之內(nèi), 任何方向的偏差都將影響制品尺寸的準(zhǔn)確性。此外, 模具總體加工質(zhì)量也應(yīng)保證, 因模具是由多個零件組合而成, 尤其當(dāng)型腔采用鑲拼結(jié)構(gòu)時, 相關(guān)零件的尺寸必須準(zhǔn)確裝配是保證模具最終質(zhì)量的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。
單個零件加工準(zhǔn)確, 裝配時調(diào)整不好, 也會導(dǎo)致制品誤差大。裝配過程中的零件碰傷, 型芯固定不牢, 零件相對位置偏移及配合間隙過大等, 都會造成制品尺寸偏差。因?yàn)樽⑺苓^程是多種因素綜合作用的結(jié)果模具對制品尺寸精度的影響, 除上述一些因素外, 模具使用過程中造成的碰傷或型腔型芯表面被腐蝕等;也會影響制品尺寸。有些材料，在成型時還會產(chǎn)生析出物附著于成型部位表面形成模垢, 嚴(yán)重時也影響制品尺寸[2]。
3.注塑工藝條件的影響
想要實(shí)現(xiàn)精密注塑，塑件成形操作條件非常重要，如溫度、壓力、時間以及在成形期間塑件中產(chǎn)生的分子取向、纖維狀填料取向以及分子結(jié)晶等，均會對塑件尺寸精度產(chǎn)生影響。成形條
件變化表現(xiàn)為塑件收縮波動，是產(chǎn)生塑件尺寸誤差的直接原因，僅次于模具加工精度的重要因素。
通常塑料熔體溫度高、模腔內(nèi)壓力傳遞快、塑件收縮小,其尺寸精度高。模內(nèi)壓力高、保壓時間長，亦有塑件尺寸精度高的結(jié)果。但模溫高、溫差大、澆口凍結(jié)快，會得到塑件尺寸精度差的效果。
⑴模具溫度的影響
注塑成型中的溫度以模具溫度對制品尺寸精度影響最大。模具溫度是通過熔融態(tài)高分子的取向與結(jié)晶度高低, 直接影響制品收縮率變化,從而引起尺寸誤差。對于非結(jié)晶性樹脂，模溫高, 熔體冷卻慢, 分子有充分的松弛時間, 結(jié)晶趨于更完全, 結(jié)晶度高, 使收縮加大。
但對結(jié)晶性樹脂, 高模溫可減小后收縮, 使制品尺寸穩(wěn)定。模溫低,則冷卻快,熔體分子被凍結(jié)取向來不及松弛,不易結(jié)晶, 體積變化小,制品收縮小。但低模溫使制品后收縮加大,收縮時間加長,不易穩(wěn)定尺寸。
溫度是結(jié)晶過程中最敏感的因素,溫差1℃ ,結(jié)晶速度可相差幾倍。模具溫度不均或不穩(wěn)定,直接影響結(jié)晶度大小,從而使制品收縮產(chǎn)生尺寸誤差。
⑵注射壓力的影響
注射壓力的變化導(dǎo)致制品尺寸的波動。其它工藝參數(shù)不變時, 提高注射壓力, 可改善熔體充模流動性,增加流動長度,充模速度加快,制品密實(shí),收縮減小,但易產(chǎn)生取向應(yīng)力。壓力低時,制品得不到充分壓實(shí),收縮加大。
⑶保壓壓力的影響
保壓壓力對穩(wěn)定制品尺寸有重要作用,提高保壓壓力,可對模內(nèi)制品的收縮進(jìn)行補(bǔ)料壓實(shí),減小收縮。但保壓壓力太高,會造成制品脫模時的殘余應(yīng)力增大,引起變形或開裂,影響制品尺寸。
⑷注射時間的影響
在澆口封閉前，注射時間越短，收縮率越大，而且收縮率的變化幅度也越大；當(dāng)注射時間達(dá)到或超過澆口的凝固時間時，即使再延長注射時間，制品質(zhì)量和收縮率也不再發(fā)生變化，注射時間控制與所設(shè)計的澆口厚度關(guān)系密切，澆口厚度能夠在很大程度上左右澆口封閉時間。
⑸保壓時間的影響
保壓時間越長有利于熔體補(bǔ)塑壓實(shí)，塑件密度越大，收縮率越小。當(dāng)澆口凝封后，保壓對制品收縮的減小不再起作用，過長的保壓時間會延長成型周期。
4.成型原料的影響
成型原料的收縮率對塑件尺寸精度影響很大。如果成型設(shè)備和模具的精度很高，但成型原料的收縮率很大，則很難保證塑件的尺寸精度。一般情況下，成型原料的收縮率越大，塑件的尺寸精度越難保證。
通常，結(jié)晶型和半結(jié)晶型樹脂的收縮率比非結(jié)晶型樹脂大，而且收縮率變化范圍也比較大，與之對應(yīng)的塑件成型后產(chǎn)生的收縮率波動也比較大；對于結(jié)晶型樹脂，結(jié)晶度高，分子體積縮小，塑件的收縮大。此外，如果成型原料的顆粒大小不均，干燥不良，再生料與新料混合不均勻，每批原料的性能不同，也會引起塑件成型尺寸的波動。
四、結(jié)語
注射成型過程中尺寸偏差的存在是普遍的，想要實(shí)現(xiàn)精密注塑加工，需要通過優(yōu)化模具結(jié)構(gòu)及成型工藝參數(shù)，選擇合適的原料，可以減少甚至避免尺寸偏差的產(chǎn)生，或減小尺寸偏差，改善塑件產(chǎn)品的性能，從而使制品尺寸及性能能夠滿足設(shè)計要求.