金属精密成型技术

精密注射成型的概念

精密注射成型(Precision injection molding)是指加工出来的注塑制品尺寸重复性很高,用一般注塑机和常规注射成型工艺很难满足要求的一种注射成型方法。

“精密注塑”的概念主要不同于“常规注塑”。基于高分子材料的快速发展,精密塑料零件在仪器、电子等领域被用来代替高精度金属零件。

目前,精密注塑产品有两个定义指标:

一个是产品尺寸的重复性,一个是产品质量的重复性。

本文主要从产品尺寸重复性精度方面阐述精密注射成型。但由于各种材料的性质和加工工艺不同,塑料零件的精度不能等同于金属零件。

成型产品的模具是决定产品能否达到要求的尺寸公差的重要条件,而精密注塑机是保证产品始终在要求的尺寸公差内成型并保证极高成品率的关键设备。

金属精密成型技术

精密注射的特点:

零件尺寸精度高,公差小,即尺寸界限高;

产品重量重复性高,要求日、月、年的尺寸稳定性;

模具的材质好,刚性好,型腔的尺寸精度和光洁度以及模板之间的定位精度高;

采用精密注射机取代常规注射机;

采用精密注塑工艺;

选择适合精密注塑的材料。

评价产品最重要的技术指标是注塑产品的精度(产品的尺寸公差、形位公差和表面光洁度)。要想注射出精密的塑料制品,需要严格控制选材、模具设计、注射成型工艺、操作者技术水平等四个因素。

精密注塑机要求产品的尺寸精度一般在0.01 ~ 0.001 mm以内,很多精密注塑机还要求高注射压力和高注射速度。

要求夹紧系统具有足够的刚度和较高的锁紧精度,即夹紧力均匀、可调、稳定、可重复,开合模位置精度高;

要求压力、流量、温度、计量能精确控制到相应的精度,采用多级或无级注射,保证成型过程的再现条件和产品尺寸的重复精度。

影响产品尺寸精度的因素;

模具精度;

成型收缩;

产品使用环境的温度、湿度和波动范围。

注密成型材料的选择原则

机械强度高、尺寸稳定性好、抗蠕变性好、环境适应性广。

有四种常用材料:

聚甲醛和碳纤维增强(CF)或玻璃纤维增强(GF)。这种材料的特点是具有良好的抗蠕变性、抗疲劳性、耐候性、良好的介电性能、阻燃性,并且通过添加剂易于脱模。

PA和玻纤增强PA66的特点是抗冲击能力强,耐磨,流动性好,可以成型为壁厚0.4 mm的制品..玻璃纤维增强PA66具有耐热性(熔点250℃),但其缺点是吸湿性,因此通常在成型后进行湿度控制处理。

PBT增强聚酯,成型时间短。成型时间如下:PBT≤POM≈PA66≤PA6。

个人电脑和GFPC。特点:耐磨性好,增强后刚性提高,尺寸稳定性好,耐候性、阻燃性、成型加工性好。

精密注射成型中的收缩

影响收缩的因素有四个:热收缩、相变收缩、取向收缩和压缩收缩。

热收缩是模塑材料和模具材料固有的热物理性质。模具温度越高,产品温度越高,实际收缩率也越高,所以精密注塑的模具温度不能太高。

相变收缩称为相变收缩,是由于结晶树脂在取向过程中,聚合物结晶,比容减小而引起的。高模具温度、高结晶度和高收缩率;另一方面,结晶度的增加会增加产品的密度,降低线膨胀系数,减少收缩率。所以实际的收缩率是由两者共同作用决定的。

取向收缩,由于分子链在流动方向的强制拉伸,使得大分子在冷却时倾向于卷曲回去,会在取向方向收缩。分子取向的程度与注射压力、注射速度、树脂温度和模具温度有关。但最主要的还是注射速度。

压缩收缩和弹性回复,一般塑料都有可压缩性。即在高压下比容变化明显。常温下,增加模压制品的比容会降低,密度会增加,膨胀系数会降低,收缩率会显著降低。与可压缩性相对应,成型材料具有弹性复位功能,减少了产品的收缩。影响制品成型收缩率的因素与成型条件和操作条件有关。

精密注塑模具

模具的精度主要取决于模具型腔的尺寸精度高,型腔定位准确或分型面精度是否符合要求。一般精密注塑模具的尺寸公差应控制在WIP尺寸公差的1/3以下。

可加工性和刚性,在模具结构设计中,型腔数量不宜过多,但底板、支撑板和型腔壁应较厚,以避免零件在高温高压作用下发生严重的弹性变形。

对于产品的脱模性,模具应尽量采用少型腔、少而短的流道,并具有比普通模具更高的光洁度,有利于脱模。

精密模具的材料是高机械强度的合金钢。制作型腔和流道的材料要经过严格的热处理,选用硬度高(成型件要达到HRC52左右)、耐磨性好、耐腐蚀性强的材料。

精密注射机的特点及选择

技术参数特征:

注射压力方面,普通机:147 ~ 177MPa精密机:216 ~ 243MPa超高压机:243 ~ 392 MPa。

精密注射成型机必须具有高压力的原因是:

(1)提高精密产品的精度和质量,注射压力对产品的成型收缩率影响最明显。当注射压力达到392MPa时,制品的成型收缩率几乎为零。此时产品的精度只受模具控制或环境的影响。实验表明,当注射压力从98MPa提高到392MPa时,机械强度提高了3%~33%。

(2)可以减少精密产品的壁厚,提高成型长度。以PC为例,壁厚为0.2 ~ 0.8 mm的产品,普通机器可以用177MPa的注射压力成型,而厚度为0.15 ~ 0.6 mm的产品,精密机器可以用392MPa的注射压力成型。超高压注射机可以获得更大流长比的产品。

(3)提高注射压力可以充分搅浑注射速度。只有两种方法可以达到额定喷射率:一种是提高系统的最大喷射压力;二是改进螺杆参数,增加长径比。精密注射机要求高注射速率。

精密注塑机的控制特点:

(1)注射成型参数的重复精度(再现性)高,因此应采用多级注射反馈控制:

A.多级位置控制;

B.多级速度控制;

c、多级保压控制;

D.多级背压控制;

E.多级螺杆速度控制。

要求位移传感器的精度达到0.1mm,这样可以严格控制计量行程、注射行程和休息垫(注射监控点)的厚度,保证每次注射的精度,提高产品的成型精度。料筒和喷嘴的温度控制要准确,升温时超调量要小,温度波动要小。精密注射成型应采用PID控制,使温度精度在0.5℃以内。

(2)塑化质量要求。塑料塑化的均匀性不仅影响注塑件的成型质量,还影响熔融塑料通过浇口时的阻力。为了获得均匀的塑化,必须设计特殊的螺杆和使用特殊的塑化技术。

另外,桶的温度也要精确控制。目前螺杆和机筒温度多采用PID(比例、微分、积分)控制,精度可以控制在L℃以内,基本可以满足精密注塑的要求。如果采用模糊控制方法,更适合精密注塑成型。

(3)工作油的温度控制要高,油温的变化会导致喷油压力的波动。工作油的加热和冷却必须采用闭环装置,油温稳定在50 ~ 55℃为宜。

(4)保压压力的影响。保压压力对精密塑件影响很大。准确地说,保压可以更好地送料,减少塑件变形,控制塑件精度。保压压力的稳定性决定了塑件的成型精度,而螺杆的末端位置是决定保压效果的决定性因素。

(5)模具温控冷却时间相同的情况下,模腔温度低的产品厚度大于温度高的产品厚度。比如POM和PA材料,模具温度为50 ~ 100微米的制品厚度在80℃时降低到20 ~ 40微米,100℃时只有10μm。室温也会影响精密产品的尺寸公差。

精密注塑机的液压系统:

油系统需要采用比例压力阀、比例流量阀或伺服变量泵比例系统。

在直压合模机构中,合模部分的油路与注射部分的油路分离。

由于精密注塑机的高速性,必须强调液压系统的反应速度。

精密注塑机的液压系统应充分体现机电液仪一体化工程。

精密注塑机的结构特点:

由于精密注射机的注射压力较高,因此需要强调合模系统的刚性。动模板和定模板的平行度控制在0.05 ~ 0.08毫米范围内

要求保护低压模具,控制锁模力的精度。因为锁模力会影响模具变形的程度,最终影响零件的尺寸公差。

模具开合速度要快,一般在60 mm/s左右。

塑化部件:螺杆、螺杆头、挡圈、机筒等。,应设计成塑化能力强、均化程度好、注射效率高的结构形式;螺杆的驱动扭矩要大,可以连续变速。

无论哪种精密注塑机,都必须能够稳定地控制产品的尺寸重复性和质量重复性。

精密注射成型的概念

精密注射成型(Precision injection molding)是指加工出来的注塑制品尺寸重复性很高,用一般注塑机和常规注射成型工艺很难满足要求的一种注射成型方法。

“精密注塑”的概念主要不同于“常规注塑”。基于高分子材料的快速发展,精密塑料零件在仪器、电子等领域被用来代替高精度金属零件。

目前,精密注塑产品有两个定义指标:

一个是产品尺寸的重复性,一个是产品质量的重复性。

本文主要从产品尺寸重复性精度方面阐述精密注射成型。但由于各种材料的性质和加工工艺不同,塑料零件的精度不能等同于金属零件。

成型产品的模具是决定产品能否达到要求的尺寸公差的重要条件,而精密注塑机是保证产品始终在要求的尺寸公差内成型并保证极高成品率的关键设备。

精密注射的特点:

零件尺寸精度高,公差小,即尺寸界限高;

产品重量重复性高,要求日、月、年的尺寸稳定性;

模具的材质好,刚性好,型腔的尺寸精度和光洁度以及模板之间的定位精度高;

采用精密注射机取代常规注射机;

采用精密注塑工艺;

选择适合精密注塑的材料。

评价产品最重要的技术指标是注塑产品的精度(产品的尺寸公差、形位公差和表面光洁度)。要想注射出精密的塑料制品,需要严格控制选材、模具设计、注射成型工艺、操作者技术水平等四个因素。

精密注塑机要求产品的尺寸精度一般在0.01 ~ 0.001 mm以内,很多精密注塑机还要求高注射压力和高注射速度。

要求夹紧系统具有足够的刚度和较高的锁紧精度,即夹紧力均匀、可调、稳定、可重复,开合模位置精度高;

要求压力、流量、温度、计量能精确控制到相应的精度,采用多级或无级注射,保证成型过程的再现条件和产品尺寸的重复精度。

影响产品尺寸精度的因素;

模具精度;

成型收缩;

产品使用环境的温度、湿度和波动范围。

注密成型材料的选择原则

机械强度高、尺寸稳定性好、抗蠕变性好、环境适应性广。

有四种常用材料:

聚甲醛和碳纤维增强(CF)或玻璃纤维增强(GF)。这种材料的特点是具有良好的抗蠕变性、抗疲劳性、耐候性、良好的介电性能、阻燃性,并且通过添加剂易于脱模。

PA和玻纤增强PA66的特点是抗冲击能力强,耐磨,流动性好,可以成型为壁厚0.4 mm的制品..玻璃纤维增强PA66具有耐热性(熔点250℃),但其缺点是吸湿性,因此通常在成型后进行湿度控制处理。

PBT增强聚酯,成型时间短。成型时间如下:PBT≤POM≈PA66≤PA6。

个人电脑和GFPC。特点:耐磨性好,增强后刚性提高,尺寸稳定性好,耐候性、阻燃性、成型加工性好。

精密注射成型中的收缩

影响收缩的因素有四个:热收缩、相变收缩、取向收缩和压缩收缩。

热收缩是模塑材料和模具材料固有的热物理性质。模具温度越高,产品温度越高,实际收缩率也越高,所以精密注塑的模具温度不能太高。

相变收缩称为相变收缩,是由于结晶树脂在取向过程中,聚合物结晶,比容减小而引起的。高模具温度、高结晶度和高收缩率;另一方面,结晶度的增加会增加产品的密度,降低线膨胀系数,减少收缩率。所以实际的收缩率是由两者共同作用决定的。

取向收缩,由于分子链在流动方向的强制拉伸,使得大分子在冷却时倾向于卷曲回去,会在取向方向收缩。分子取向的程度与注射压力、注射速度、树脂温度和模具温度有关。但最主要的还是注射速度。

压缩收缩和弹性回复,一般塑料都有可压缩性。即在高压下比容变化明显。常温下,增加模压制品的比容会降低,密度会增加,膨胀系数会降低,收缩率会显著降低。与可压缩性相对应,成型材料具有弹性复位功能,减少了产品的收缩。影响制品成型收缩率的因素与成型条件和操作条件有关。

精密注塑模具

模具的精度主要取决于模具型腔的尺寸精度高,型腔定位准确或分型面精度是否符合要求。一般精密注塑模具的尺寸公差应控制在WIP尺寸公差的1/3以下。

可加工性和刚性,在模具结构设计中,型腔数量不宜过多,但底板、支撑板和型腔壁应较厚,以避免零件在高温高压作用下发生严重的弹性变形。

对于产品的脱模性,模具应尽量采用少型腔、少而短的流道,并具有比普通模具更高的光洁度,有利于脱模。

精密模具的材料是高机械强度的合金钢。制作型腔和流道的材料要经过严格的热处理,选用硬度高(成型件要达到HRC52左右)、耐磨性好、耐腐蚀性强的材料。

精密注射机的特点及选择

技术参数特征:

注射压力方面,普通机:147 ~ 177MPa精密机:216 ~ 243MPa超高压机:243 ~ 392 MPa。

精密注射成型机必须具有高压力的原因是:

(1)提高精密产品的精度和质量,注射压力对产品的成型收缩率影响最明显。当注射压力达到392MPa时,制品的成型收缩率几乎为零。此时产品的精度只受模具控制或环境的影响。实验表明,当注射压力从98MPa提高到392MPa时,机械强度提高了3%~33%。

(2)可以减少精密产品的壁厚,提高成型长度。以PC为例,壁厚为0.2 ~ 0.8 mm的产品,普通机器可以用177MPa的注射压力成型,而厚度为0.15 ~ 0.6 mm的产品,精密机器可以用392MPa的注射压力成型。超高压注射机可以获得更大流长比的产品。

(3)提高注射压力可以充分搅浑注射速度。只有两种方法可以达到额定喷射率:一种是提高系统的最大喷射压力;二是改进螺杆参数,增加长径比。精密注射机要求高注射速率。

精密注塑机的控制特点:

(1)注射成型参数的重复精度(再现性)高,因此应采用多级注射反馈控制:

A.多级位置控制;

B.多级速度控制;

c、多级保压控制;

D.多级背压控制;

E.多级螺杆速度控制。

要求位移传感器的精度达到0.1mm,这样可以严格控制计量行程、注射行程和休息垫(注射监控点)的厚度,保证每次注射的精度,提高产品的成型精度。料筒和喷嘴的温度控制要准确,升温时超调量要小,温度波动要小。精密注射成型应采用PID控制,使温度精度在0.5℃以内。

(2)塑化质量要求。塑料塑化的均匀性不仅影响注塑件的成型质量,还影响熔融塑料通过浇口时的阻力。为了获得均匀的塑化,必须设计特殊的螺杆和使用特殊的塑化技术。

另外,桶的温度也要精确控制。目前螺杆和机筒温度多采用PID(比例、微分、积分)控制,精度可以控制在L℃以内,基本可以满足精密注塑的要求。如果采用模糊控制方法,更适合精密注塑成型。

(3)工作油的温度控制要高,油温的变化会导致喷油压力的波动。工作油的加热和冷却必须采用闭环装置,油温稳定在50 ~ 55℃为宜。

(4)保压压力的影响。保压压力对精密塑件影响很大。准确地说,保压可以更好地送料,减少塑件变形,控制塑件精度。保压压力的稳定性决定了塑件的成型精度,而螺杆的末端位置是决定保压效果的决定性因素。

(5)模具温控冷却时间相同的情况下,模腔温度低的产品厚度大于温度高的产品厚度。比如POM和PA材料,模具温度为50 ~ 100微米的制品厚度在80℃时降低到20 ~ 40微米,100℃时只有10μm。室温也会影响精密产品的尺寸公差。

精密注塑机的液压系统:

油系统需要采用比例压力阀、比例流量阀或伺服变量泵比例系统。

在直压合模机构中,合模部分的油路与注射部分的油路分离。

由于精密注塑机的高速性,必须强调液压系统的反应速度。

精密注塑机的液压系统应充分体现机电液仪一体化工程。

精密注塑机的结构特点:

由于精密注射机的注射压力较高,因此需要强调合模系统的刚性。动模板和定模板的平行度控制在0.05 ~ 0.08毫米范围内

要求保护低压模具,控制锁模力的精度。因为锁模力会影响模具变形的程度,最终影响零件的尺寸公差。

模具开合速度要快,一般在60 mm/s左右。

塑化部件:螺杆、螺杆头、挡圈、机筒等。,应设计成塑化能力强、均化程度好、注射效率高的结构形式;螺杆的驱动扭矩要大,可以连续变速。

无论哪种精密注塑机,都必须能够稳定地控制产品的尺寸重复性和质量重复性。

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