精密注塑技術(shù)的“精密”之處

隨著“3C”產(chǎn)品的發(fā)展，精密注塑機(jī)作為精密注塑成型的一個關(guān)鍵基本設(shè)備，在成型制品的尺寸重復(fù)精度、內(nèi)在質(zhì)量及重復(fù)精度與成型效率等三個方面都得到了極大的改進(jìn)。相比傳統(tǒng)的注塑成型設(shè)備，精密注塑機(jī)真正實行了對于制品的精確控制和精密生產(chǎn)。那么，精密注塑技術(shù)的“精密”之處體現(xiàn)在哪里?

精密注塑的塑化裝置

精密注塑的塑化裝置是提高塑化質(zhì)量、注塑重復(fù)精度和制品內(nèi)在質(zhì)量等三方面的關(guān)鍵部件。目前，該裝置主要向?qū)崿F(xiàn)高速、高壓和快速應(yīng)答的目標(biāo)發(fā)展。

1、高速的注塑塑化裝置

實現(xiàn)高速的注塑塑化是精密注塑機(jī)的一個重要特征。一般，高速注塑的速度可以達(dá)到300～1000mm/s，有些注塑設(shè)備甚至達(dá)到2000mm/s。對于注塑速度不超過500mm/s的注塑加工過程，可選用一線式同軸裝置同時完成注塑和塑化，而當(dāng)注塑速度超過500mm/s時，采用一線式同軸裝置很難達(dá)到所要求的注塑精度及塑化質(zhì)量，主要是由于該種裝置容易在高速注塑時使已塑化的熔融料倒流，從而導(dǎo)致計量不準(zhǔn)和熔融料的質(zhì)量劣化。

為解決這一難題，根據(jù)精密高速注塑的特征，可采用“IMC”式的注塑塑化裝置，即把傳統(tǒng)的一線式同軸裝置分拆為注塑和塑化兩個互相聯(lián)系且功能各自獨立的裝置，塑化部分由擠出螺桿完成，而注塑部分則由注塑柱塞完成，這樣由于注塑柱塞與注塑機(jī)筒內(nèi)壁之間的配合間隙遠(yuǎn)小于注塑螺桿與注塑機(jī)筒內(nèi)壁/止回環(huán)之間的間隙，有效避免了注塑柱塞在高速注塑時可能引發(fā)的熔融料倒流的現(xiàn)象，而且獨立塑化完全不受成型周期的限制，極大地提高了塑化質(zhì)量和塑化能力。

2、精密全電動注塑塑化裝置

全電動注塑塑化裝置應(yīng)用于精密注塑塑化裝置后，可顯著提高注塑設(shè)備的塑化位移、塑化轉(zhuǎn)速、塑化背壓、注塑行程和保壓等注塑塑化參數(shù)的控制精度，因此，在精密注塑機(jī)上得到了廣泛的應(yīng)用。

3、精密注塑螺桿

與傳統(tǒng)的注塑螺桿相比，精密注塑螺桿具有壓縮比較小、長徑比大和高耐磨等特點，以長徑比為例, 普通的注塑螺桿為20～23，而精密注塑螺桿則為24～30。

一般，用作精密注塑螺桿的材料都具有很高的剛度和強(qiáng)度，制得的精密注塑螺桿也會根據(jù)加工材料的不同而不同。為提高注塑的流長比，并最大限度地降低制品成型的收縮率，精密注塑機(jī)的注塑壓力可達(dá)到216～243MPa，而超高壓機(jī)的注塑壓力可達(dá)到243～392MPa。在這種情況下，螺桿必須具備足夠的剛度和強(qiáng)度，才能在高壓注塑時不會出現(xiàn)彎曲和扭斷等失效現(xiàn)象。

精密合模裝置

合模裝置是保護(hù)精密模具及保證制品質(zhì)量的重要部件。與普通的合模裝置相比，精密合模裝置的剛度要大10%～15%，而且動、定模板之間的平行度標(biāo)準(zhǔn)也要高30%～40%，一般控制在0.05～0.08mm，從而實現(xiàn)對于模具的低壓保護(hù)及對合模力的精確控制。

1、精密肘桿裝置的合模裝置

對于傳統(tǒng)的肘桿裝置的合模裝置，其動、定模板之間無法獲得長期穩(wěn)定的平行度，同時很難實現(xiàn)對精密模具的低壓保護(hù)。為克服這一缺陷，精密肘桿裝置做了以下改進(jìn)：采用高精度的滾珠導(dǎo)軌副來導(dǎo)向動模板的運行，保證了動模板運行精度的穩(wěn)定性；應(yīng)用了具備控制速度和閉環(huán)壓力的雙重功能的伺服閥，實現(xiàn)了對于精密模具的低壓保護(hù)；銷軸和鋼套采用了具有高耐磨性的摩擦副，進(jìn)一步穩(wěn)定了動、定模板之間的平行度；精密調(diào)模機(jī)構(gòu)的應(yīng)用實現(xiàn)了高精度地調(diào)模，從而保證了動模板在任一位置都能達(dá)到穩(wěn)定的平行度。

2、精密全液壓合模裝置

精密注塑的合模裝置是以全液壓合模裝置為主。傳統(tǒng)的合模裝置其肘桿裝置的合模力通常作用在上、下(或左、右)兩側(cè)，會導(dǎo)致動模板中部發(fā)生受力變形，從而影響模板的平行度，而這種全液壓合模裝置的合模油缸活塞作用于動模板的中央位置，保證了動、定模板之間長期穩(wěn)定的平行度。

隨著應(yīng)用要求的提高，精密全液壓合模裝置也不斷進(jìn)行著改造，動模板運行的導(dǎo)向采用高精度的滾珠導(dǎo)軌副就是一個最明顯的進(jìn)步，使其達(dá)到了進(jìn)一步提高動、定模板之間的平行度穩(wěn)定性的要求。

3、無拉桿合模裝置

無拉桿合模裝置由于不采用拉桿，消除了拉桿撓度對模板平行度的影響。近年來，通過對易受力變形的“C” 形架進(jìn)行改進(jìn)，提高了動、定模板之間平行度的精度及精度穩(wěn)定性。比如，米拉克龍的Freedom系列無拉桿注塑機(jī)其合模裝置呈U型結(jié)構(gòu)，且僅有底下兩根拉桿，具有更高的剛性。通過配置專利的平衡油缸結(jié)構(gòu)，使得定模板之間的平行度更穩(wěn)定。

4、分塊連體頭板

一般，有拉桿的合模裝置注塑機(jī)其頭板都是采用整塊式結(jié)構(gòu)，而這樣的結(jié)構(gòu)設(shè)計往往會由于頭板受力過大而導(dǎo)致整體變形。精密注塑機(jī)通過采用分塊連體頭板，有效提高了頭板的剛度，從而達(dá)到減小模板因受力而對模具產(chǎn)生的變形撓度。這種分塊連體頭板將頭板的受力功能和安裝模具功能分開，分別由各自的塊體承擔(dān)，并用中心圓環(huán)體連接受力塊與安裝模具塊。在承受合模力的過程中，由于中心圓環(huán)體的受力面積小于受力塊面積，頭板受力產(chǎn)生的撓度,僅將中央中心圓環(huán)體處所產(chǎn)生的變形撓度傳遞給安裝模具塊，由此可以看出,安裝模具塊因受力而產(chǎn)生的變形撓度區(qū)僅在中央中心圓環(huán)體，不會對安裝模具塊整體產(chǎn)生撓度，從而達(dá)到提高鎖模精度的目的。

精密液壓控制技術(shù)

開發(fā)高速應(yīng)答的集成元件及系統(tǒng)是精密液壓控制技術(shù)的發(fā)展方向，而要實現(xiàn)高速應(yīng)答能力，不僅要提高閥件自身的響應(yīng)速度，還需要在提高控制性能的前提下精簡閥的數(shù)量，以達(dá)到響應(yīng)回路的速度要求。

為達(dá)到這一要求，精密注塑機(jī)液壓控制技術(shù)正在加速自身的技術(shù)發(fā)展，最明顯的特點就是將數(shù)字電子液壓技術(shù)和電子運算技術(shù)進(jìn)行整合，形成“智能”控制系統(tǒng)，這樣無需借助外部控制器即可獨立完成各種運行功能，實現(xiàn)對各主要參數(shù)，如流量、速度、位置和壓力等的精確閉環(huán)控制，使系統(tǒng)能夠達(dá)到更好的高速應(yīng)答控制效果。

多功能的高度集成化的比例液壓元件是精密注塑機(jī)液壓元件發(fā)展的一個重要特征。不同于以前需要應(yīng)用多個不同功能閥控制的回路，目前的精密注塑設(shè)備將這些多功能控制閥集成到一個回路中，極大地提高了設(shè)備的動態(tài)性能。比如，Atos公司開發(fā)出了用于注塑塑化回路的數(shù)字伺服比例插裝復(fù)合閥。該元件集成了P/Q數(shù)字放大器，通過配合外部壓力傳感器，在注塑時只需一個閥即可完成原來需要3～5個閥才能完成控制任務(wù)。該元件還能同時執(zhí)行速度控制和壓力控制，可在保壓和塑化背壓階段中實現(xiàn)高動態(tài)、精確的轉(zhuǎn)換。

精密控制系統(tǒng)

為了進(jìn)一步提高快速應(yīng)答的精確度，應(yīng)用先進(jìn)的精密控制系統(tǒng)是進(jìn)一步提升精密注塑成型機(jī)水平的關(guān)鍵，也是對整機(jī)精密注塑性能的補(bǔ)充和提高。目前，日精公司通過采用新的TACT控制系統(tǒng)，有效提高了設(shè)備的響應(yīng)速度及穩(wěn)定性，而且采用新的保壓控制系統(tǒng)后，其制品重量的變動幅度由原來的0.022g減小到0.006g，顯著提高了產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性。

弘訊科技股份有限公司在國內(nèi)率先開發(fā)出了全電動精密控制系統(tǒng),其中央處理器的速度可由普通的40MHz提升到400MHz,而且溫控精度達(dá)到±10，有效提升了全電動精密注塑機(jī)的位置和運轉(zhuǎn)精度。

日本JSW公司的J-EⅡ-P系列液壓注塑機(jī)擁有六擋注射速度閉環(huán)控制、六擋保壓閉環(huán)控制、三擋螺桿轉(zhuǎn)速控制和三擋背壓閉環(huán)控制，并裝備了帶有柔性高速低壓伺服回路的高靈敏度控制器，通過與液壓蓄能器回路和高性能的伺服閥組成的閉環(huán)控制相結(jié)合，準(zhǔn)確保證了油溫、樹脂溫度和模具溫度等的設(shè)定值和隨機(jī)變化的實測值的有效一致，從而實現(xiàn)了精密注塑過程的高速性、高響應(yīng)性、高穩(wěn)定性。另外，該系統(tǒng)還可設(shè)定高速高壓成型和高速低壓成型，在大范圍內(nèi)實現(xiàn)了穩(wěn)定的最佳壓力注塑成型，顯著提高了產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性。

應(yīng)用實例分析

對于復(fù)雜、薄壁注塑制件的生產(chǎn)，采用精密注塑成型具有極大的應(yīng)用和性能優(yōu)勢。以寧波海達(dá)塑料機(jī)械有限公司開發(fā)的HDJM-100全電動精密注塑機(jī)（如圖所示）為例，該設(shè)備的動力驅(qū)動全部采用交流伺服電機(jī)進(jìn)行閉環(huán)控制，可實現(xiàn)精密注塑機(jī)所要求的高速應(yīng)答及對運動部件進(jìn)行精確定位的目的。不同于其他精密注塑設(shè)備，該設(shè)備應(yīng)用了先進(jìn)的精密注塑成型人機(jī)對話控制系統(tǒng)，并采用先進(jìn)的高精度保壓控制方式，可顯著改善制品重量的穩(wěn)定性。

HDJM-100全電動精密注塑機(jī)

該設(shè)備具有高速高壓的注塑功能，其標(biāo)準(zhǔn)高速配置注塑速度為300mm/s，超高速注塑速度可達(dá)500mm/s，注塑壓力為235.2MPa，保壓壓力可達(dá)196MPa，可精確控制制品的微量取向收縮、微量壓縮收縮和微量彈性復(fù)位。其機(jī)筒溫度采用PID進(jìn)行控制，控溫精度可達(dá)±10。通過對螺桿主要技術(shù)參數(shù)的優(yōu)化，該設(shè)備可顯著提高融熔料密度的重復(fù)精度，并將計量密度由原來的3%～5%減小至0.5%～0.6%。通過采用小慣量伺服電動機(jī)，該設(shè)備可將加速和減速的時間縮短60%以上，使得制品具有優(yōu)異的塑化質(zhì)量。

該設(shè)備的合模裝置移動模板采用滾珠導(dǎo)軌副進(jìn)行軸向定位，使合模系統(tǒng)具有足夠高的鎖模精度。通過加厚頭板和加大拉桿的直徑，合模系統(tǒng)具備了足夠大的剛性，可很好地避免“拱橋形”變形。另外，該設(shè)備配置的位移傳感器其精度可達(dá)0.05mm，通過與系統(tǒng)的閉環(huán)控制相結(jié)合，可精確控制計量行程、注塑行程、余料墊的厚度(射出監(jiān)控點)，提高制品的重復(fù)精度。