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        精密注塑

        日期:2011年12月23日 11:18

        精 密 注 塑

        达 明 科 技 有 限 公 司

        2004年2月

         

        何谓精密

          精密就是高的重复性。成品与成品之间的尺寸、厚度、重量、机械强度等特征的一致性高,被限制在较狭窄的指定范围内。有表面缺陷的成品都不能属于精密的。

        精密与准确

          精密又称精确(英语为precise),与准确(英语为accurate)是两个独立的概

        念。从手表及射擊的例子说明。

        手表

           精确的手表每天的中午都指示相同的时间。不精确的手表不是每天快了少许便是慢了少许。

          准确的手表在中午时显示12:00:00,一秒不差。由于手表的显示是可调的,任何手表都可以在一个指定的时间显示准确时间。精确的手表更能在以后的时间显示准确时间。

        由于时区的分别,一个准确及精确的手表到了另一时区,便不准确。调整时差后,又回复准确。

        精确是手表的特性。在设计时考虑了很多(如温度)影响精确性的因素,作出补偿。手表商的广告都强调手表的精确性,而非准确性。

         

        精 确 手 表

         

        YES

        优质

        NO

        劣质

        准确手表

        YES

        永远正点

        只在调校的

        一秒显示正确

        NO

        起步不准,

        以后也不准

        永远显示

        错误时间

        射擊

          射擊强调准确。

          一位好的射擊手打靶精确。配上调校好的步枪,百发百中。配上调校错误的步枪,全部落空。

        以重量代表

          很多研究证明,成品重量的重复性能代表尺寸、厚薄等多种特征的重复性。由于测量重量既快,解像度又高,重量的重复性便成为最常见的重复性指标。

          如W代表重量,重复性以(W最大—W最小)/W平均或σ/W平均计算,其中σ是标准偏差。此值越小,重复性越高。粗略来说,

          1%是一般开环注塑机能达到的。

          0.1%是精密注塑机能达到的。

        为何会有偏差

          塑料的偏差、温度的偏差及注塑的偏差是主要做成重量偏差的原因。能限制偏差便能达到精密注塑。

        塑料

          塑料是高分子量的聚合物,有长短不同的分子链,没有一个恒定的分子重量,只有一个范围以内的分子重量。分子重量影响着塑料的全部特性,包括密度、玻璃转化温度、粘度、机械强度等。

          由于聚合过程控制得宜,优质的塑料有较狭窄范围的分子重量。

          “晶點”是成品的一種缺陷,是由於高分子量的粉末狀塑膠有高的熔點,未能塑化而成。最好用過濾來解決。

          注塑过程会使塑料降解,破坏了分子链,分子重量便降低,做成再生料流动性较佳的原因。

          粉碎成品而得的再生料,颗粒状的尺寸参差不齐,如没过滤的话,能小如粉末。不同大小的颗粒,小的吸热比大的颗粒快,故熔化得快。

          “拉粒”将再生料的颗粒均匀化,但拉粒过程将塑料熔化,亦增加了降解。

          采用比例阀混合再生料于新料中,精确性只有1% 。电子磅秤重的方法会更好。塑料批与批之间是有偏差的。不同工厂生产的同一型号、塑料亦不尽相同。

        温度

          温度分塑料温度、模具温度、压力油温度及环境温度等。

        塑料温度

          塑料熔融的温度极大程度影响它的流动性。

          注塑机是利用旋转螺杆的压缩段螺纹与塑料颗粒磨擦生热及料筒加热瓦的传导将塑料升温的。

          塑化时螺杆的旋转慕求保持恒速的,而背压亦保持恒定。故理论上,磨擦生热也是恒定的。

          料筒加热是经过厚壁的料筒导热至跟料筒内壁接触的塑料。在料筒的设计存在几个问题。

          料筒的厚壁延迟了热的传导,控制失宜会做成温度波动。

          我们只能测出电热偶位置的料筒温度,并不能測出塑料的温度。理论上,电热偶孔越深,测出的温度便越接近塑料温度。

          有个别厂商在喷咀处使用与内壁看齐的电热偶。

          通常只有注塑对温度敏感的硬PVC才会采用料筒吹风冷却,但在精密注塑亦适宜,能在超温时尽快降温。

          保温罩在保持塑料恒温是十分有用的,能减少环境(如风扇、室温)的影响,不要拆除。

          加热区之间有交叉影响,但可用温控方法解偶。

          PID温控是常用的温控计算方法。PID的参数是否优化是关键的。PID亦有很多变种,如模糊PID,可以降低开机升温时的温度超越及稳定后的温度波动。

          冷水环处的料筒温控不宜忽略。此处保持塑料的固态对压缩段的磨擦生热是很有关系的。

        模具温度

          模具的溫度是由注入的熔融将它提高,由流过模具的冷却液将它降低。

          全自动操作比半自动操作精密,是由于前者是去除了人为的不稳定因素。操作员开门、取件、关门的时间有偏差,便影响了以上的热平衡,从而影响模具的温度。同样,料筒内熔融温度亦受影响。故采用机械手取出,维持全自动操作,比半自动操作精密。

          模具温度影响成品的精密性是显而易见。如果采用机铰锁模,还会影响锁模力,从而影响成品的厚薄。

          机铰锁模是靠两板空间小于模具厚度(产生干扰)拉长拉杆而形成的。由于模具冷缩热胀,模温影响了模具的厚度,便影响了锁模力。号称精密的全电机,是用机铰锁模的。解决办法是多加锁模力测量。当锁模力超过某个范围外便作出锁模力调整。

          直压锁模的注塑机,锁模力不受模温影响(亦不受油温影响)。

          一般的冰水机或模温机只对媒体进行温控。当管道泄漏、堵塞或破裂,模具温度便不受控制。宜在模具的多点用磁石吸附的温度表探温,并经常注意并纪录之。

          以冰水机为例,除冰水温度外,冰水流量及压力亦影响冷却效果,亦要保持恒定。冷却冰水机的水塔水温度、流量及压力亦有“二次”的影响。水温受天气影响(温度与湿度),流量及压力受其他共用注塑机及冰水机使用与不使用影响。

          多腔的模具宜用独立(並联式)的水道接法,而非串联的水道接法。否则下游的冷却效果比上游的差,腔与腔之间的冷却效果便不一致。

        油溫

        油溫影响壓力油的黏度,從而影響動作的速度。

          黏度低則阻力低,故速度會變快。然而黏度低則滲漏大,這就降低了速度。

          要保持冷卻水的溫度,使流量及壓力恆定。冷卻水要清潔,沒有水藻,最好是軟水,降低水垢在冷卻器管壁上形成。

           全電機標榜的就是不受油溫影響精密性。

        环境

          没有空调的车间,日班与夜班生产的成品受了室内温度的影响而不一致。

          在寒冷的冬天,车间的大门偶然打开便让冷空气进入,影响环境温度。

          拉杆、模温、料筒温度及喷咀温度都受环境温度影响。

          拉杆的冷缩热涨影响了机铰锁模的锁模力。

          由于喷咀没有保温罩,它受摇头风扇的影响最大。

          需要干燥的塑料只使用料斗干燥器,干燥效果不稳定。这是由于热空气来自大气,其濕度因天气而异。除湿干燥机将料斗干燥器出口的空气除湿后,再输出给料斗干燥器循环使用,便与大气的湿度绝缘。

        注塑机

          注塑机的功能及设计,多方面影响成品的精密性。

        注射量

          注射和保压是两个最大影响成品重量的过程。

          注射含“充填”及“壓緊”兩個部分。“充填”將模腔容積的95-99%填滿。

          其余及超額的容積在后繼的“壓緊”填進去。

          由于熔融是可压缩的,填进去的熔融容积比模腔容积大。若在压紧时模腔压力的峰值不稳定,压进模腔的熔融量便有多有少。

          一般的电脑注塑机均有“时间注射”及“位置注射”可选,甚至有“位置及时间注射”功能。

          “时间注射”的精密度最低。熔融温度及黏度不稳定,使注射速度变化。每次都注射相同时间,注入模腔的熔融量便有不同。

          “位置注射”不受这些影响,每次都注入相同的熔融容积。

          当螺杆位置达不到停注位置(称保压点),“位置及时间注射”设置的注射时间到,亦结束注射,开始保压。

        速度压力转换

          注射的充填段要做到恒速的,保压段要做到恒压的。它们之间的转换叫速度压力转换。转换点的重复性高是精密注塑最关键的。

          转换点的测定以模腔压力为最佳。

          测量模腔压力涉及安装压力传感器于模具内。该压力传感器及其讯号放大器是昂贵的,传感器亦在成品上留有顶针般的痕迹。

          退而求其次便是喷嘴压力转换。

          上述的“位置注射”或“位置及时间注射”又次之。

          以注射压力作转换, 常被坊间采用,但被“科学注塑”倡导者非议。这是由于熔融的黏度供料时已有偏差,恒定的注射压力会产生不恒定的模腔压力。

          “科学注塑”(Scientific injection molding)由美国RJG公司及John Bozzelli 先生十多年前提出,在美国颇受欢迎。请参考www.immnet.com 纲页.

        适应式控制

          一般“位置注射”用两个绝对位置的相差,定出注射行程,就是注射的起点及终点,均为电子尺的两个位置。

          适应式控制采用相对位置,相对于实际起点,减去恒定的注射行程,便是绝对的停止位置。由于实际起点每次都不同,此停止位置亦每次不同。理论上来说,比两个绝对位置的精密度更高。

          同样,塑化量亦可以做适应式控制。

        开环,半闭环,3/4闭环,全闭环

          注塑机的速度及压力如能精密控制的话,对生产精密成品是很重要的。

          开环注塑机不测量速度及压力,故不能精确控制它们。

          半闭环注塑机测量比例阀的阀芯位置,提高了流量及压力的重复性,反应亦比开环快。半閉環控制是用半閉環比例閥實現。

          3/4闭环控制是用闭环变量泵实现。压力被测量及控制,故是全闭环;流量则是半闭环。

          全闭环控制测量及控制螺杆的注射速度,保压压力,塑化的转速及背压的保持。较讲究的连模具,顶出及射台的控制亦用闭环。

          全闭环控制分硬件和软件两种。硬件闭环用伺服阀,能达到最佳效果。软件闭环采用一般的比例阀,以强大的电脑计算能力做闭环的控制,是个新浪潮。作价比硬件低。

          全电机的控制都是全闭环的。

        其它

          前述的几点,是属于注塑机的设计及功能的,再复述如后。

          模糊PID温控。

          深的电热偶孔。

          风扇冷却料筒。

          冷水环温度监控。

          油温监控。

          直压锁模。

          机械手取出。

        短的注射行程及長的螺桿長度增加熔融的溫度均勻性,對精密注塑有幫助。請參考xx期刊登的《注射行程與螺桿長度》。

        选用合适的螺桿可避免超溫。以通用螺桿注塑PC塑料會在壓縮段產生超溫,是由於PC黏度很高,而通用螺桿的壓縮比過大,壓縮段過短。選用專用的PC螺桿可以避免。

        所属类别: 注塑工艺

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