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塑料加工工藝之精密注塑
我們通常說的精密注塑成型是指注塑制品的外型精度應(yīng)滿足嚴(yán)格的尺寸公差、形位公差和表面粗糙度。要進(jìn)行精密注塑必須有許多相關(guān)的條件，而最本質(zhì)的是塑料材料、注塑模具、注塑工藝和注塑設(shè)備這四項(xiàng)基本因素。設(shè)計(jì)塑料制品時(shí)，應(yīng)首先選定工程塑料材料，而能進(jìn)行精密注塑的工程塑料又必須選用那些力學(xué)性能高、尺寸穩(wěn)定、抗蠕變性能好、耐環(huán)境應(yīng)力開裂的材料。其次應(yīng)根據(jù)所選擇的塑料材料、成品尺寸精度、件重、質(zhì)量要求以及預(yù)想的模具結(jié)構(gòu)選用適用的注塑機(jī)。在加工過程中，影響精密注塑制品的因素主要來自模具的溫度、注塑工藝控制，以及生產(chǎn)現(xiàn)場的環(huán)境溫度和濕度變化幅度及后天產(chǎn)品退火處理等方面。
就精密注塑而言，模具是用以取得符合質(zhì)量要求的精密塑料制品的關(guān)鍵之一，精密注塑用的模具應(yīng)切實(shí)符合制品尺寸、精度及形狀的要求，模具材料應(yīng)嚴(yán)格選取。但即使模具的精度、尺寸一致，其模塑的塑料制品之實(shí)際尺寸也會(huì)因收縮量差異而不一致。因此，有效地控制塑料制品的收縮率在精密注塑技術(shù)中就顯得十分重要。
注塑模具設(shè)計(jì)得合理與否會(huì)直接影響塑料制品的收縮率，由于模具型腔尺寸是由塑料制品尺寸加上所估算的收縮率求得的，而收縮率則是由塑料生產(chǎn)廠家或工程塑料手冊推薦的一個(gè)范圍內(nèi)的數(shù)值，它不僅與模具的澆口形式、澆口位置與分布有關(guān)，而且與工程塑料的結(jié)晶取向性(各向異性)、塑料制品的形狀、尺寸、到澆口的距離及位置有關(guān)，同時(shí)和模具冷卻分布系統(tǒng)緊密相關(guān)。影響塑料收縮率的主要有熱收縮、相變收縮、取向收縮、壓縮收縮與彈性回復(fù)等因素，而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)。因此，在設(shè)計(jì)模具時(shí)必須考慮這些影響因素與注塑條件的關(guān)系及其表觀因素，如注塑壓力與模腔壓力及充模速度、注射熔體溫度與模具溫度、模具結(jié)構(gòu)及澆口形式與分布，以及澆口截面積、制品壁厚、塑料材料中增強(qiáng)填料的含量、塑料材料的結(jié)晶度與取向性等因素的影響。上述因素的影響也因塑料材料不同、其它成型條件如溫度、濕度、繼續(xù)結(jié)晶化、成型后的內(nèi)應(yīng)力、注塑機(jī)的變化而不同。
由于注塑過程是把塑料從固態(tài)(粉料或粒料)向液態(tài)(熔體)又向固態(tài)(制品)轉(zhuǎn)變的過程。從粒料到熔體，再由熔體到制品，中間要經(jīng)過溫度場、應(yīng)力場、流場以及密度場等的作用，在這些場的共同作用下，不同的塑料(熱固性或熱塑性、結(jié)晶性或非結(jié)晶性、增強(qiáng)型或非增強(qiáng)型等)具有不同的聚合物結(jié)構(gòu)形態(tài)和流變性能。凡是影響到上述"場"的因素必將會(huì)影響到塑料制品的物理力學(xué)性能、尺寸、形狀、精度與外觀質(zhì)量。這樣，工藝因素與聚合物的性能、結(jié)構(gòu)形態(tài)和塑料制品之間的內(nèi)在聯(lián)系會(huì)通過塑料制品表現(xiàn)出來。分析清楚這些內(nèi)在的聯(lián)系，對合理地?cái)M定注塑加工工藝、合理地設(shè)計(jì)并按圖紙制造模具、乃至合理選擇注塑加工設(shè)備都有重要意義。精密注塑與普通注塑在注塑壓力和注射速率上也有區(qū)別，精密注塑常采用高壓或超高壓注射、高速注射以獲得較小的成型收縮率。綜合上述各種原因，設(shè)計(jì)精密注塑模具時(shí)除考慮一般模具的設(shè)計(jì)要素外，還須考慮以下幾點(diǎn)：①采用適當(dāng)?shù)哪＞叱叽绻?；②防止產(chǎn)生成型收縮率誤差；③防止發(fā)生注塑變形；④防止發(fā)生脫模變形；⑤使模具制造誤差降至最小；⑥防止模具精度的誤差；⑦保持模具精度。
收縮率會(huì)因注塑壓力而發(fā)生變化，因此，對于單型腔模具，型腔內(nèi)的模腔壓力應(yīng)盡量一致；至于多型腔模具，型腔之間的模腔壓力應(yīng)相差很小。在單型腔多澆口或多型腔多澆口的情況下，必須以相同的注塑壓力注射，使型腔壓力一致。為此，必須確保使?jié)部谖恢镁?。為了使型腔?nèi)的模腔壓力一致，最好使?jié)部谌肟谔幍膲毫Ρ３忠恢?。澆口處壓力的均衡與流道中的流動(dòng)阻力有關(guān)。所以，在澆口壓力達(dá)到均衡之前，應(yīng)先使流通均衡。
由于熔體溫度和模具溫度對實(shí)際收縮率產(chǎn)生影響，因此在設(shè)計(jì)精密注塑模具型腔時(shí)，為了便于確定成型條件，必須注意型腔的排列。因?yàn)槿廴谒芰习褵崃繋肽＞?，而模具的溫度梯度分布一般是圍繞在型腔的周圍，呈以主流道為中心的同心圓形狀。
因此，流道均衡、型腔排列和以主流道為中心的同心圓狀排列等設(shè)計(jì)措施，對減小各型腔之間的收縮率誤差、擴(kuò)大成型條件的允許范圍以及降低成本都是必要的。精密注塑模具的型腔排列方式應(yīng)滿足流道均衡和以主流道為中心排列兩方面的要求，且必須采用以主流道為對稱線的型腔排列方式，否則會(huì)造成各型腔的收縮率差異。
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，因此必須使摸具保持在規(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。多型腔模具的各型腔之間的溫差也不得發(fā)生變化。為此，在模具設(shè)計(jì)中必須采取對模具加熱或冷卻的溫度控制措施，且為了使模具各型腔間的溫差盡量縮小，必須注意溫控-冷卻回路的設(shè)計(jì)。在型腔、型芯溫控回路中，主要有串聯(lián)冷卻與并聯(lián)冷卻兩種連接方式。
從熱交換效率來看，冷卻水的流動(dòng)應(yīng)呈紊流。但是在并聯(lián)冷卻回路中，成為分流的一條回路中的流量比在串聯(lián)冷卻回路中的流量小，這樣可能會(huì)形成層流，而且實(shí)際進(jìn)入每條回路中的流量也不一定相同。由于進(jìn)入各回路的冷卻水溫度相同，各型腔的溫度也應(yīng)相同，但實(shí)際上因各回路中的流量不同，且每條回路的冷卻能力也不相同，致使各模腔的溫度也不可能一致。采用串聯(lián)冷卻回路的缺點(diǎn)是冷卻水的流動(dòng)阻力大，最前面的型腔入口處的冷卻水溫度同最后型腔入口處的冷卻水溫度有明顯的差別。冷卻水出入口的溫差因流量的大小而變化。對于加工.塑料件的小型精密注塑模具而言，一般從降低模具成本考慮，采用串聯(lián)冷卻回路較適宜。如果所使用的模溫調(diào)節(jié)控制儀(機(jī))的性能能在2℃內(nèi)控制冷卻水的流量，則各型腔的溫差最大也可保持在2℃范圍內(nèi)。
模具型腔和型芯應(yīng)有各自的冷卻水回路系統(tǒng)。在冷卻回路的設(shè)計(jì)上，由于從型腔和型芯上所攝取的熱量不同，回路結(jié)構(gòu)的熱阻力也不一樣，型腔與型芯入口處的水溫會(huì)產(chǎn)生很大的溫差。若采用同一系統(tǒng)，冷卻回路設(shè)計(jì)也較困難。一般.塑料件用的小型注塑模具型芯都很小，采用冷卻水系統(tǒng)有很大的困難。如有可能，可以采用被青銅材料制造型芯，對實(shí)心鈹青銅型芯則可采用插入式冷卻的方法。另外，在對注塑制品采取防止翹曲的對策時(shí)，也希望型腔與型芯之間保持一定的溫差。因此設(shè)汁型腔與型芯的冷卻回路時(shí)應(yīng)能分別進(jìn)行溫度的調(diào)節(jié)和控制。為了保持在注塑壓力、鎖模力下的模具精度，設(shè)計(jì)模具結(jié)構(gòu)時(shí)必須考慮對型腔零件進(jìn)行磨削、研磨和拋光等加工的可行性。盡管型腔、型芯的加工已經(jīng)達(dá)到高精度的要求，而且收縮率也同所預(yù)計(jì)的一樣，但由于成型時(shí)的中心偏移，其所成型的制品內(nèi)側(cè)、外側(cè)的相關(guān)尺寸都很難達(dá)到塑料零部件的設(shè)計(jì)要求。為了保持動(dòng)、定模型腔在分型面上的尺寸精度，除了設(shè)置常規(guī)模具所常用的導(dǎo)柱、導(dǎo)套定中心外，還必須加裝錐形定位銷或楔形塊等定位以確保定位精度準(zhǔn)確、可靠。
精密注塑技術(shù)是塑料零部件的主要和關(guān)鍵生產(chǎn)技術(shù)，而精密注塑模具的設(shè)計(jì)是這項(xiàng)生產(chǎn)技術(shù)的主要部分，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。通過合理地確定模具的尺寸與公差、采取防止注塑制品產(chǎn)生收縮率誤差、注塑變形、脫模變形、溢邊等，以及確保模具精度等技術(shù)措施，并采用正確的精密注塑工藝、適用的工程塑料材料和精密的注塑設(shè)備，使之達(dá)到最佳的匹配！
