注塑技术的“精密”之处

逆水行舟

随着“3C”产品的发展，精密注塑机作为精密注塑成型的一个关键基本设备，在成型制品的尺寸重复精度、内在质量及重复精度与成型效率等三个方面都得到了极大的改进。相比传统的注塑成型设备，精密注塑机真正实行了对于制品的精确控制和精密生产。那么，精密注塑技术的“精密”之处体现在哪里?

精密注塑的塑化装置

精密注塑的塑化装置是提高塑化质量、注塑重复精度和制品内在质量等三方面的关键部件。目前，该装置主要向实现高速、高压和快速应答的目标发展。

1、高速的注塑塑化装置

实现高速的注塑塑化是精密注塑机的一个重要特征。一般，高速注塑的速度可以达到300～1000mm/s，有些注塑设备甚至达到2000mm/s。对于注塑速度不超过500mm/s的注塑加工过程，可选用一线式同轴装置同时完成注塑和塑化，而当注塑速度超过500mm/s时，采用一线式同轴装置很难达到所要求的注塑精度及塑化质量，主要是由于该种装置容易在高速注塑时使已塑化的熔融料倒流，从而导致计量不准和熔融料的质量劣化。

为解决这一难题，根据精密高速注塑的特征，可采用“IMC”式的注塑塑化装置，即把传统的一线式同轴装置分拆为注塑和塑化两个互相联系且功能各自独立的装置，塑化部分由挤出螺杆完成，而注塑部分则由注塑柱塞完成，这样由于注塑柱塞与注塑机筒内壁之间的配合间隙远小于注塑螺杆与注塑机筒内壁/止回环之间的间隙，有效避免了注塑柱塞在高速注塑时可能引发的熔融料倒流的现象，而且独立塑化完全不受成型周期的限制，极大地提高了塑化质量和塑化能力。

2、精密全电动注塑塑化装置

全电动注塑塑化装置应用于精密注塑塑化装置后，可显著提高注塑设备的塑化位移、塑化转速、塑化背压、注塑行程和保压等注塑塑化参数的控制精度，因此，在精密注塑机上得到了广泛的应用。

3、精密注塑螺杆

与传统的注塑螺杆相比，精密注塑螺杆具有压缩比较小、长径比大和高耐磨等特点，以长径比为例, 普通的注塑螺杆为20～23，而精密注塑螺杆则为24～30。

一般，用作精密注塑螺杆的材料都具有很高的刚度和强度，制得的精密注塑螺杆也会根据加工材料的不同而不同。为提高注塑的流长比，并最大限度地降低制品成型的收缩率，精密注塑机的注塑压力可达到216～243MPa，而超高压机的注塑压力可达到243～392MPa。在这种情况下，螺杆必须具备足够的刚度和强度，才能在高压注塑时不会出现弯曲和扭断等失效现象。

精密合模装置

合模装置是保护精密模具及保证制品质量的重要部件。与普通的合模装置相比，精密合模装置的刚度要大10%～15%，而且动、定模板之间的平行度标准也要高30%～40%，一般控制在0.05～0.08mm，从而实现对于模具的低压保护及对合模力的精确控制。

1、精密肘杆装置的合模装置

对于传统的肘杆装置的合模装置，其动、定模板之间无法获得长期稳定的平行度，同时很难实现对精密模具的低压保护。为克服这一缺陷，精密肘杆装置做了以下改进：采用高精度的滚珠导轨副来导向动模板的运行，保证了动模板运行精度的稳定性；应用了具备控制速度和闭环压力的双重功能的伺服阀，实现了对于精密模具的低压保护；销轴和钢套采用了具有高耐磨性的摩擦副，进一步稳定了动、定模板之间的平行度；精密调模机构的应用实现了高精度地调模，从而保证了动模板在任一位置都能达到稳定的平行度。

2、精密全液压合模装置

精密注塑的合模装置是以全液压合模装置为主。传统的合模装置其肘杆装置的合模力通常作用在上、下(或左、右)两侧，会导致动模板中部发生受力变形，从而影响模板的平行度，而这种全液压合模装置的合模油缸活塞作用于动模板的中央位置，保证了动、定模板之间长期稳定的平行度。

随着应用要求的提高，精密全液压合模装置也不断进行着改造，动模板运行的导向采用高精度的滚珠导轨副就是一个最明显的进步，使其达到了进一步提高动、定模板之间的平行度稳定性的要求。

3、无拉杆合模装置

无拉杆合模装置由于不采用拉杆，消除了拉杆挠度对模板平行度的影响。近年来，通过对易受力变形的“C” 形架进行改进，提高了动、定模板之间平行度的精度及精度稳定性。比如，米拉克龙的Freedom系列无拉杆注塑机其合模装置呈U型结构，且仅有底下两根拉杆，具有更高的刚性。通过配置专利的平衡油缸结构，使得定模板之间的平行度更稳定。

4、分块连体头板

一般，有拉杆的合模装置注塑机其头板都是采用整块式结构，而这样的结构设计往往会由于头板受力过大而导致整体变形。精密注塑机通过采用分块连体头板，有效提高了头板的刚度，从而达到减小模板因受力而对模具产生的变形挠度。这种分块连体头板将头板的受力功能和安装模具功能分开，分别由各自的块体承担，并用中心圆环体连接受力块与安装模具块。在承受合模力的过程中，由于中心圆环体的受力面积小于受力块面积，头板受力产生的挠度,仅将中央中心圆环体处所产生的变形挠度传递给安装模具块，由此可以看出,安装模具块因受力而产生的变形挠度区仅在中央中心圆环体，不会对安装模具块整体产生挠度，从而达到提高锁模精度的目的。

精密液压控制技术

开发高速应答的集成元件及系统是精密液压控制技术的发展方向，而要实现高速应答能力，不仅要提高阀件自身的响应速度，还需要在提高控制性能的前提下精简阀的数量，以达到响应回路的速度要求。

为达到这一要求，精密注塑机液压控制技术正在加速自身的技术发展，最明显的特点就是将数字电子液压技术和电子运算技术进行整合，形成“智能”控制系统，这样无需借助外部控制器即可独立完成各种运行功能，实现对各主要参数，如流量、速度、位置和压力等的精确闭环控制，使系统能够达到更好的高速应答控制效果。

多功能的高度集成化的比例液压元件是精密注塑机液压元件发展的一个重要特征。不同于以前需要应用多个不同功能阀控制的回路，目前的精密注塑设备将这些多功能控制阀集成到一个回路中，极大地提高了设备的动态性能。比如，Atos公司开发出了用于注塑塑化回路的数字伺服比例插装复合阀。该元件集成了P/Q数字放大器，通过配合外部压力传感器，在注塑时只需一个阀即可完成原来需要3～5个阀才能完成控制任务。该元件还能同时执行速度控制和压力控制，可在保压和塑化背压阶段中实现高动态、精确的转换。

精密控制系统

为了进一步提高快速应答的精确度，应用先进的精密控制系统是进一步提升精密注塑成型机水平的关键，也是对整机精密注塑性能的补充和提高。目前，日精公司通过采用新的TACT控制系统，有效提高了设备的响应速度及稳定性，而且采用新的保压控制系统后，其制品重量的变动幅度由原来的0.022g减小到0.006g，显著提高了产品质量的稳定性。

弘讯科技股份有限公司在国内率先开发出了全电动精密控制系统,其中央处理器的速度可由普通的40MHz提升到400MHz,而且温控精度达到±10，有效提升了全电动精密注塑机的位置和运转精度。

日本JSW公司的J-EⅡ-P系列液压注塑机拥有六挡注射速度闭环控制、六挡保压闭环控制、三挡螺杆转速控制和三挡背压闭环控制，并装备了带有柔性高速低压伺服回路的高灵敏度控制器，通过与液压蓄能器回路和高性能的伺服阀组成的闭环控制相结合，准确保证了油温、树脂温度和模具温度等的设定值和随机变化的实测值的有效一致，从而实现了精密注塑过程的高速性、高响应性、高稳定性。另外，该系统还可设定高速高压成型和高速低压成型，在大范围内实现了稳定的最佳压力注塑成型，显著提高了产品质量的稳定性。

应用实例分析

对于复杂、薄壁注塑制件的生产，采用精密注塑成型具有极大的应用和性能优势。以宁波海达塑料机械有限公司开发的HDJM-100全电动精密注塑机（如图所示）为例，该设备的动力驱动全部采用交流伺服电机进行闭环控制，可实现精密注塑机所要求的高速应答及对运动部件进行精确定位的目的。不同于其他精密注塑设备，该设备应用了先进的精密注塑成型人机对话控制系统，并采用先进的高精度保压控制方式，可显著改善制品重量的稳定性。


该设备具有高速高压的注塑功能，其标准高速配置注塑速度为300mm/s，超高速注塑速度可达500mm/s，注塑压力为235.2MPa，保压压力可达196MPa，可精确控制制品的微量取向收缩、微量压缩收缩和微量弹性复位。其机筒温度采用PID进行控制，控温精度可达±10。通过对螺杆主要技术参数的优化，该设备可显著提高融熔料密度的重复精度，并将计量密度由原来的3%～5%减小至0.5%～0.6%。通过采用小惯量伺服电动机，该设备可将加速和减速的时间缩短60%以上，使得制品具有优异的塑化质量。


该设备的合模装置移动模板采用滚珠导轨副进行轴向定位，使合模系统具有足够高的锁模精度。通过加厚头板和加大拉杆的直径，合模系统具备了足够大的刚性，可很好地避免“拱桥形”变形。另外，该设备配置的位移传感器其精度可达0.05mm，通过与系统的闭环控制相结合，可精确控制计量行程、注塑行程、余料垫的厚度(射出监控点)，提高制品的重复精度。