四缸直锁二板式注塑机及精密注射成型关键技术锤头

四缸直锁二板式注塑机及精密注射成型关键技术

四缸直锁二板式注塑机及精密注射成型关键技术 2011年12月04日 来源： 摘要：本文从注塑机锁模结构的角度分析精密注塑成型的关键技术，并通过广东泓利机器有限公司研制的四缸直锁二板式注塑机在光盘注塑机的成功应用，提出精密、超精密注塑成型的一些重要技术指标，为以后精密、超精密注射成型技术概念的形成和标准的制定提供参考。关键词：精密注射成型 四缸直锁二板式 光盘注塑机 标准 精密注射成型技术是一门涉及原材料性能、配方、成型工艺及设备等多方面的综合技术；精密塑料制品包括DVD数码光盘、DVD激光头、数码相机零件、电脑接插件、导光板、非球面透镜等精密产品，这类产品显著特点是不但尺寸精度要求高，而且对制品的内在质量和成品率要求也极高。成型制品的模具是决定该制品能否达到设计所要求的尺寸公差的重要条件，而精密注塑机是保证制品始终在所要求的尺寸公差范围内成型及保证极高成品率的关键设备。 实验表明，制品的尺寸精度几乎是由锁模装置决定的，精密注射成型技术对注塑机的要求主要有三个方面： 1、开合模精度要求高，主要指位置、合模力的重复精度及模板均衡受力； 2、灵敏可靠的低压护模效果，（1）因为精密成型所需模具价格十分昂贵，有时价格高于工作母机；（2）生产节奏加快，加上分散加工装配，万一模具出问题会造成损失惨重；（3）许多产品放有嵌件，如果嵌件放置不当而低压护模失效会造成模具严重损坏； 3、开模力大，并且容易调节，开合模行程要求长，因为许多模具不仅复杂，而且有二个或三个分型面，除了开模力要求大外，开模的行程也要长。 根据以上分析，合模装置的性能优劣对精密注塑成型至关重要。合模装置从传动角度讲，一般可分为肘杆式（或称机铰式）和液压式，从受力的角度讲，大致可分为三板式和二板式注塑机。

传统注塑机都是三板受力的（如图1所示），对模具是“顶”的作用力方式，肘杆式（机铰式）以及全电动式、单缸或多缸充液式，都是这种作用力方式。肘杆式对于精密注塑来说有其先天的局限性：1、加工精度、装配精度及机械磨损均会造成肘杆式的合模精度下降，甚至环境温度对合模精度也会造成影响，因为肘杆式锁模力是靠拉杆的拉伸变形获得的，故温度变化大造成拉杆的伸缩会严重影响锁模力； 2、由于低压慢速段刚好靠近肘杆式放大倍数急剧上升区域，故低压慢速段很难掌握，而且既不灵敏也难以调整； 3、肘杆式开模力小，开合模行程小。 以上三个缺点，严重地影响了肘杆式在高档机包括成型精密产品及复杂产品中的应用。对于单缸合多缸充液式来说，拉杆受力仍然很长，系统刚度差，单缸充液式还有锁模力作用不均匀，锁模油缸容易内泻等缺点。全液压二板式注塑机（如图2所示）与以上结构有根本性的区别，其锁模力仅作用在动、定模板之间，支架是不承受力的，对模具是一种“夹”的作用力方式，二板式由于作用在模板四个角上的油缸是连通的，所以作用在模具四个角上的力几乎是相等的，定、动模板四个相对应的角的受力是作用力和反作用力的关系，所以其力完全相等，即使模具不平行，也能够自动置位使模具在分型面上完全贴合，模具四个角八个点上受力几乎完全相等，这一优势是其他结构的注塑机所不具有的。对于成型精密制品来说，直锁二板式锁模结构的合模精度最高，主要是因为模具受力均匀，锁模力重复精度高。

在注射成型过程中，两者的区别如下： ①从图3可以看出，在充模过程中，随着模腔的充满，模腔压力速度上升至最大值（B 点），此时注射压力也达到最大值。随后，模腔压力逐渐下降，注射压力转为保压，并用分级保压以适应这种变化。

②由于四缸直锁注射成型机其锁模压力可以随注射压力的升高而升高1.5倍，当注射结束后，锁模压力随之下降，在冷却过程中则保持某一较低压力，见图4，从图5中我们也可以看到传统肘杆式与四缸直锁式锁模压力的比较，由于模具及模板仅在胀模力最大的时间区域承受最大的锁模力，在整个过程中，四缸直锁二板式的锁模力和胀模力同步变化，维持平衡态，避免肘杆式那样模具长时间受高压，模具产生的弹性变形量很小，从而有利于提高制品精度。而且也减少了模具、模板等受力件长时间受高压导致的疲劳破坏。

以上的这些优点使全液压四缸直锁二板式注塑机在精密注塑中有卓越的表现，该结构甚至可被应用于数码光盘注塑机当中，广东泓利机器有限公司即利用这种结构于2003 年研制成功我国首台数码光盘注射成型机，所产CD、VCD、DVD光盘全部符合国际标准。可见即使在精度要求最苛刻的光盘注塑成型技术中，全液压四缸直锁二板式仍能胜任，对于一般精密制品来说，其性能自然不言而喻。精密注塑成型技术在我国塑机行业处于发展的初期阶段，相信在若干年内会有长足发展，因此，在当今中国塑机高端市场几乎为国外企业垄断的情况下，在精密塑机技术还没有形成统一标准的情况下，提出精密注塑成型技术的概念以及某些参考的标准，对以后我国精密注塑成型技术的发展将有重要的参考价值。在此，本人愿抛砖引玉，提出一些看法。 结合对精密注射成型技术长期的实践经验，本人认为，一般精密注塑机有两个指标：一是制品尺寸的重复误差，二是制品的重复重量误差。前者由于尺寸大小和制品厚薄不同难以比较，而后者代表了注塑机的综合水平，一般普通注塑机的重量重复误差在1％左右，较好的机器可达到0.8％，低于0.5％为精密机，低于0.3％为超精密机，据以前资料报道，国际最高水平为小于0.15％，2004年德国科隆塑机博览会上，德国雅宝公司宣布其最新式注塑机重量重复精度可达到0.07％。精密注塑机要求制品尺寸精度一般在0.01-0.001mm 以内，许多精密注塑还要求注塑机具有高的注射压力、高的注射速度；要求合模系统具有足够大的刚性和足够高的锁模精度，所谓锁模精度是指合模力的均匀性、可调、稳定和重复性高，开合模位置精度高；要求对压力、流量、温度、计量等都能精确控制到相应的精度，采用多级或无级注射，保证成型工艺的再现条件和制品的重复精度等。 对精密注塑机的具体要求有：（1）注射压力≥250MPa；（2）注射速度≥300mm/s；（3）制品尺寸精度0.001mm；（4）制品质量标准差系数（变化率）≤0.1％；（5）开、合模位置精度：开≤0.03mm，合≤0.01mm；（6）注射位置精度（保压终止点）≤0.03mm；（7）拉杆受力均衡度≤1％；（8）预塑位置精度≤0.03mm；（9）定、动模板平衡度；A：锁模力为零时≤0.03mm，B：锁模力为最大时≤0.005mm；（10）机筒、螺杆温控精度≤±0.5℃。 精密注射成型技术的重点研究内容： （1）锁模力：在精密注射成型过程中，一般都需要很高的注射压力（>250MPa），否则很难成型，但我们就应该注意到，精密注塑制品的外形尺寸、厚度正常情况下都比较小，所以，对锁模力并不是所有制品都要求很高，反之，若锁模力过大，或四角受力不均，或锁模力不稳定都会使模具受压变形不一致和不均匀，最终会影响到制品的成型质量。根据注塑制品的工艺要求，合理、方便、准确地调整锁模力，克服肘杆式、电动式注塑机锁模部件由于制造精度而影响连杆受力及受力元件长时间受力变形等原因引起长度尺寸的差异（如肘杆、拉杆等）以及因室温、模具温度变化等引起锁模力不稳定的先天性问题，所以，如何发挥全液压式锁模结构精密度高的优点是精密注塑机今后一段时间内研究的一个重要课题。 （2）塑化质量：塑料塑化的均匀性不仅影响到塑件的成型质量，还会影响到熔融塑料通过浇口时所受阻力的大小，为了得到均匀的塑化，设计专用的螺杆和使用专用的增塑技术必不可少。另外，机筒的温度也应精确控制，现在螺杆、机筒温度多采用PID控制（比例、微分、积分），精度可控制在±0.5℃～±l℃，基本可满足精密注塑的要求，如果采用FUZZY控制方法，就更适合于精密注塑了。 （3）计量精度：要使塑料制品保持较高的稳定性，每次注入模腔的热熔塑料必须相等，也就是说每次加料时螺杆的复位精度要求一致，但事实上螺杆复位时的位置是不可能完全一致的，螺杆的直径越大，系统惯性就会越大，位置精度越难控制，一般应把螺杆的复位精度控制在0.3mm以内，最好能控制在0.2mm 以内。 （4）注射速度：注射速度是精度注塑机的一个重要指标，因为热熔融塑料从开始注入模腔到完成填充之间有一段时差，在这段时间中，热熔融塑料即开始冷却，为了使浇口处与模具型腔内的材料均匀冷却，就应采取高速注射，要提高注射速度，必须配置一个或几个能快速释放能量的蓄能器以缩短时差。将原注射速度提高3倍以上，达到300～800mm/s，这对精密注塑非常有利。 （5）注射压力：精密注塑需要较大的注射压力，以提高塑件的密实度，减小收缩变形，保证制件精度，但并不是注射压力越大越好，压力过大会产生飞边，在最佳的注射压力下，注射周期时间变化应不超过0.05 秒。 （6）保压：保压对精度塑件的影响极大，准确地说，保压能较好地补缩，减小塑件变形，控制塑件精度，保压压力的稳定决定了塑件的成型精度，螺杆的终止位置不变是决定保压效果的决定因素。 （7）模具温度：对精密注塑来说，模腔表面的温度变化应控制在±1℃之内，这就必须采用PID控制，但对超精密注塑而言，这远远是不够的，更先进的方法是采用FUZZF控制，即模糊控制。随着科技的日益进步，塑料制品特别是精密塑料制品将会有更加广阔的发展空间，我国塑机工业起步较晚，基础薄弱，与德、日等发达国家有一定的差距，但依照当今的发展势头，估计赶超世界先进的时间不会太长，因此，对属于高端产品的精密塑机及早形成统一认识，及早制定国有标准，对以后行业的发展将产生重要的影响。黄步明 国务院特殊津贴专家 教授级高工(end)

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