精密塑料制品注射成型

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1、鄂州大学毕业设计（论文）课题名称： 精密塑料制品注射成型 系部名称 机械系 专业班级 05级模具(1)班 指导教师 宋亚林 学生姓名 武攀 完成时间：2008 年03月 15 日至 2008 年 05月 20日精密塑料制品注射成型摘 要：本文主要讲述“精密塑料制品注射成型的现状和发展的一些学术理念，随着现代技术的发展，对于机械设计和制造技术方面的要求领域其高，然而也进一步展望了先进制造技术的发展前景，随着经济技术的高速发展以及顾客需求和市场环境的不断变化，这种竞争日趋激烈，因而各国政府都非常重视对先进制造技术的研究，本文也介绍了当前制造科学要解决的问题和微机械及其制造技术的研究。同时也阐明了机

2、械仿生制造的过程，仿生制造指的是模仿生物器官的自组织、自愈合、自增长与自进化等功能结构和运行模式的一种制造系统，属于制造科学和生命科学的"远缘杂交"，它将对21世纪的制造业产生巨大的影响。关键词： 问题； 先进制造技术； 前沿科学； 应用前景Abstract: This article on "precision plastic injection molding of the status and development of academic ideas, along with the development of modern technology, mec

3、hanical design and manufacturing technology in the field of its high demand, but also prospects of further development of advanced manufacturing technology Prospects, with the high-speed economic and technological development and customer demand and changing market environment, this competition is i

4、ncreasingly fierce, so governments have attached great importance to the study of advanced manufacturing technology, the paper also on the current manufacturing science to solve the problems and Micro-mechanical and manufacturing technology research. Machinery also stated bionic manufacturing proces

5、s, manufacturing refers to the bionic mimic biological organ self-organization, self-healing, since the growth and evolution, and other functions since the structure and operation mode of a manufacturing system, Of manufacturing science and life science "distant hybridization" of the 21st

6、century will have a tremendous impact on the manufacturing sector. Key words:; advanced manufacturing technology; forefront of science; prospect精密塑料制品注射成型“精密注射成型”是指制品的精度和表面质量均要求很高的一类塑料成型工艺，这一概念主要是区别于“常规注射成型”的传统概念。由于高分子材料迅速的发展，使塑料制品能取代高精度的金属零件成为可能，从而使塑料制品在精密仪器制造、电子电器和仪表等行业得到更广泛的应用。但是塑料制品的精度与金属零件的精度还不

7、能等同起来，因为从根本上说，塑料制品和金属制品在原材料及其成型手段上有着许多本质的区别，所能达到的精度标准也就存在着一定的差异。要得到精密的注射制品，应采用精密的注射成型方法，它与普通注射制品的成型有许多不同之处，其中主要表现在以下几个方面：第一、制品的尺寸精度高，公差小，即有高精度的尺寸界限；第二、制品的重复精度要求高，要求有日、月、年的尺寸稳定性；第三、选择适合的塑料原材料；第四、采用精密成型工艺；第五、用精密注射机更换常规注射机；第六、模具的材料好，刚性足，型腔的尺寸精度、光洁度以及模板间的定位精度高。1 精密塑料制品的性能要求在实际生产中，影响精密注射成型制品的精度因素非常多，欲注射精

8、密制品，必须从以下诸方面逐一解决：材料选择、模具设计与制造、注射机选用、成型工艺的确定及操作者的水平。精密注射制品的要求很高，首先必须满足制品的性能要求。1.1 制品的形状和机能要求制品的形状应设计得易于模塑。如塑件有内、外侧凹（或侧凸）和侧孔时，在不影响使用的前提下，应修改设计，尽量避免设计侧抽芯和瓣合模。因为侧抽芯和瓣合模不但提高模具成本、降低生产效率，导致塑件成本上升，而且还会在多个分型面上留下飞边和哈夫线，增加后加工的困难，更重要的是侧向分型与抽芯的精密注射模具很难达到制造精度，直接或间接影响制品的尺寸精度。制品脱模斜度方面，无论制件精度要求多高,都必须设计出在公差允许范围内的脱模斜度

9、,否则制品在脱模时不能完美无损地从模型内顺利地脱落下来。塑件壁厚应在各种塑料规定厚度内设定，如有塑件因考虑强度和刚度要求，也不能设计壁太厚，应将超厚壁的塑件改用加强筋代替。若增加塑件刚度，设计时要考虑防止变形的措施。对制件有其它机能要求时，应在模具设计时采取一定措施。如制品有透光率和透明度等要求时，应在模具浇注系统设计尺寸上严格确定和严格控制模温。另外，塑件转角处必须设计圆滑过渡，避免尖角处应力集中造成塑件强度不高。1.2 精密注射制品的尺寸公差标准精密注射制品的精度必须规定的合理，因为影响制品尺寸精度的因素较多，但主要来自三个方面：（i）模具的精度；（ii）成型收缩；（iii）制品使用的环境

10、温度、湿度的变动幅度。太高的制品精度会导致模具及设备制造的困难和成本的增加。2.1原料的选择从精密注射概念中可知，判定精密注射的依据是注射制品的精密度。但是欲满足精密注射制品所要求的公差和几何精度并不是任何成型材料都能满足的。目前，常用的精密注射材料有以下四种：第一、POM及其碳纤维增强（CF）或玻璃纤维增强（GF），这种材料主要特点是耐蠕变性能好、耐疲劳、耐候性、介电性能好，难燃、加入润滑剂易脱模。第二、PA及其增强PA（FRPA66） 这种材料最大特点是抗冲击能力及耐磨性能好、流动性能好，可成型0.4mm制品。FRPA66具有耐热性能（熔点约250）。其缺点是具有吸湿性，一般成型后都要通过

11、调湿处理。第三、PBT 这种材料也多以增强材料使用。特点是固化速度快：PBTPOMPA66PA6第四、PC及其GFPC PC属非结晶型塑料，有优良的耐热性能。用玻璃纤维增强后刚性提高，尺寸稳定性好，并同时具有耐磨性、耐候性、难燃性和离型性。用上述材料，加上金属纤维制成的复合材料，增加了密实性，作为精密注射材料使刚度、强度、抗冲击、耐磨等性能得到了显著地提高。2.2 国内外研究发展动态2.2.1 用于健康护理设备的PCGE高新材料推出了3种生物相容的PC树脂：Lexan HPx8R、HPX4和HPHF，改进了流动性和柔韧性，增加了抗冲性能和耐高压蒸汽消毒。目标应用在手术设备、个人药品分发装置和监

12、视设备上替代金属。2.2.2 自发光PVC材料自发光PVC材料是近年来兴起的一种高附加值新型功能塑料，其主要特点是在吸收可见光后，在暗处可自动发光，时间可持续12h以上，并可反复吸光，寿命长久。这种材料无毒、无害、无放射性，安全可靠，可广泛用于电器开关、消防器材、高速公路、停车场等各种指示标牌，自行车、鞋帽、玩具等方面，夜晚可起到警示及装饰作用，这种材料使用环保能源，给人们生活带来极大方便。2.2.3 可电镀ABS标准ABS共聚物品级Terluran GP35适用于快速电镀，以生产金属涂覆塑料。这种聚合物的粘度低、流动性高，使注射压力减小，用于无应力部件，65下可承受8min的酸蚀，68下可承

13、受4min的酸蚀。镀铬塑料部件在包括汽车在内的领域有大量应用。3 精密注射成型的工艺要点由于精密注射成型制件的高质量要求，致使精密注射成型工艺具有一系列的特点。其中主要有：注射压力大、注射速度快，对温度（包括料筒、塑化、喷嘴、模具、温度等）要控制严格、准确。3.1 注射压力大 一般的注射机压力147177Mpa，精密注射机的注射压力216243Mpa，精密注射机超高注射压力已达到243392Mpa。由上而知，精密注射成型的注射压力较之普通注射成型要大几倍至几十倍。精密注射机的注射压力采用高压甚至超高压是基于下面的理由：第一、提高精密注射制品的精度和质量 注射压力对制品的成型收缩率有最明显的影响

14、，当注射压力提高到392Mpa时，制品的成型收缩率几乎为零，而这时精密制品的精度只受模具温度或环境的控制。由于注射压力提高，成型材料压缩性增加，比容减小；另一方面由于密度的增加线膨胀系数减小，使热收缩率又减小，从而使整个收缩率降低而使制品精度提高。此外，增加注射压力可有效地提高精密注射制品的机械性能、抗冲击强度、弯曲应力和屈服强度。实验证实：注射压力从98Mpa到392Mpa，机械强度提高333%。第二、可减小精密制品的壁厚和提高成型长度。以注射PC为例，用普通注射机以注射压力177Mpa时，可成型制品壁厚0.20.8mm，而在精密注射机上当注射压力为392Mpa时，成型制品的壁厚可达0.15

15、0.6mm。薄制品注射无论对节约成型材料或缩小精密制品的体积都有很大好处。超高压注射可以获得流长比更大的制品。所以，只有采用高注射压力，才能保证精密注射制品的成型长度。第三、提高注射压力有助于充分发挥注射速度的功效，保证注射时能具有较高的注射速度，物料熔体能在极短的时间内填充到复杂型腔的各个部位。3.2 注射速度快较高的注射压力使注射速度达到相当快的程度。注射速度越快，物料熔体的填充能力越强，可以成型各种形状较复杂的制件；注射速度快，充模时间短，料流变异小，能以均匀的连续相成型，无论对减少收缩率、提高制品尺寸精度和形状精度，还是对改善制件应力状态都是有利的。3.3 温度控制要严格、精确塑料成型

16、温度可以说是对制件质量影响的最重要的因素。这是因为成型的最基本原理是依赖于塑料的热流变性。塑料热成型时，通过力和热的作用，物料从室温的玻璃态经历高弹态转变为粘流态，再注射入模、冷却、成型，从粘流态返经高弹态转回玻璃态。所以塑料只能在粘流态下成型，注射成型的温度范围为粘流温度到分解温度。注射过程中，为使顺利充模，从喷嘴出来的物料熔体必须熔融均匀，粘度低到一定程度，故需使料筒里的物料处于良好的塑化状态。另一方面，成型温度是一个大概念，牵涉到烘料温度、料筒温度、喷嘴温度及模具温度等。就料筒温度而言，在不同的部位又有差异，可达数十度，如此诸多的可变因素给温度的严格、精确控制带来困难。综上所述，精密注射

17、成型工艺本质上是利用收缩稳定的原料，设定最佳的熔体压力、速度、温度和稳定的环境条件进行注射成型的过程。当然，这离不开精密的注射机和注射模具所提供的硬件支持。4 精密注射机4.1精密注射机的特点：高质量的制件精密注射成型一般都需要在专用的精密注射机上进行。精密注射机一般有以下特点：4.1.1注射功率大精密注射机一般都具有比普通注射机更大的功率，这不仅可以满足注射压力和注射速度方面的要求，而且对制品的精度起一定的改善作用。通常普通注射机所成型的制件尺寸公差范围要大的很多。在某些特定场合，采用普通注射机使用大注射压力也能获得高质量制件，其表面粗糙状况可达到镜面。4.1.2 控制精度高注射机的高精度控

18、制能力主要体现在以下几个方面：第一、能够对成型时的注射量、注射速度和注射压力、背压、保压和螺杆转速等工艺参数采用多级反馈控制，其中包括多级位置控制多级速度控制多级保压控制多级背压控制多级螺杆转速控制。通常各工艺参数的设定与注射机实时工作状态都会在屏幕上显示，这就便于保证各种注射工艺参数具有良好的重复精度，同时还能报警或诊断注射过程中出现的不利倾向，使整个工艺始终处于稳定的状态。第二、能对温度进行精密控制：注射过程中牵涉到的温度有很多类项，如塑化温度、料筒温度、喷嘴温度、液压回路温度、模具型腔和模具各零部件温度等。第三、工作油的温控精度要求高：工作油温的变化会引起粘度的变化，使进入各执行机构的流

19、量将发生波动，引起启、闭模速度、注射速度、螺杆转速的不稳定，而且也会导致压力波动，对一般小型注射机而言，如果没有油温调节的情况下，连续工作5小时，油温会升高28，系统压力会升高0.19Mpa，则换算成对流道聚合物熔体的保压压力约在1.92.9Mpa，这必将影响到制品的尺寸偏差，这对精密注射是不允许的。因此，必须对工作油采用加热冷却的闭环装置，把油温稳定在5055为宜。第四、对模具温度要求控制 POM和PA的冷却实验表明，制品尺寸精度受模具温度的控制。不同成型材料制品的厚度不仅受冷却时间的控制，而且受模具温度的控制。若冷却时间相同，模具型腔温度低的制品厚度要比温度高的尺寸大。对结晶型材料，模具温

20、度对尺寸精度影响更大，却对POM、PA 类模具温度50时厚度为50-100um的制品，在80时厚度会减小到20-40um，100只有10um的程度。可见模腔温度对制品厚度的影响。对于精密成型制品来说，不仅模温的控制不能忽视，就是室温也表现出对精密成型制品尺寸公差的影响。可见对精密成型制品在模具中冷却阶段的定型控制以及取出时对环境温度的控制都是必要的。第五、具有很强的塑化能力 能保证物料获得熔融均匀一致的塑化效果，精密注射机一般都采用较大的驱动扭矩，螺杆具有无级调速的功能。需指出，塑化效果的优劣还与螺杆的构造有很大关系。精密注射机螺杆往往带有一些特殊的结构以提高塑化能力，如带有主副螺旋槽结构、特

21、殊屏障型螺杆等。4.1.3 液压系统反应速度快 精密注射成型一般都采用高速充模工艺参数，液压系统除了选择灵敏度高、响应快的液压元件外，还可以采用插装比例技术，或在设计时缩短控制元件到执行元件之间的油路，或加装蓄能器等措施。蓄能器的作用不仅可提高系统的压力、反应速度，而且也能达到吸振、稳定压力和节能的目的。目前，精密注射机的液压控制系统正朝着机、电、液、仪一体化的方向发展，进一步实现灵敏、稳定和精确的工作。4.2 国内外研究发展动态合模系统和锁模系统灵敏、精确，并且要有可靠的刚性，由于合模时的机构运动速度要求从快到慢变化的，因此其方式和速度调节以及压力控制都要求灵敏、精确，同时精密注射都采用较高

22、的压力，要求锁模系统要有可靠的刚性，制件的精度将不因其弹性变形而降低。5 精密注射模具5.1 模具精度成型精密塑件，模具制造精度是关键。为此必须对应地对模具制造公差作出规定。通常规定模具的加工公差为相应塑件公差值的1/3。因模具的加工公差过高则相应地提高了生产成本；过低则可能出现塑件超差。我国和英国塑料协会都按此方式规定模具的加工公差。如果模具型腔尺寸精度低或型控定位不准，或分型面精度不够都将影响制品的精度。但过高的精度会导致模具制造困难和成本昂贵。对于小型精度制品的模具限定值：当名义尺寸在50mm时，其尺寸公差为0.0030.005mm，名义尺寸在100mm 时，尺寸公差为0.0050.01

23、0 mm。模板分型面方向的平行度为0.005 mm。5.2 可加工性与刚性为了保证模具的尺寸精度，在设计模具结构时必须考虑型腔零件进行磨削研磨和抛光等加工的可能性。所谓同位型性就需要有较多的镶嵌式结构，在各镶嵌块的定位面之间有较高的配合精度，与此同时还必须考虑，测温、冷却、压力传感器等安装位置，不可先分成块后来再勉强地处理这些位置。为了保证动、定模型腔在分型面方向上的尺寸精度，除了设置常规模具所常用的导向柱之外，还需加装定位销或楔型块，以确保定位精度可靠。精密注射模具的结构设计不仅考虑强度而且要考虑有足够的刚性，为此在模具上顶出的销孔等应较常规模的尺寸小些，型腔数不宜过多，无底板、支承板、型腔

24、壁都要厚些，否则在合模力和高压注射时的涨模力作用下，各零部件就会发生剧烈的弹性形变，影响到型腔尺寸精度或形位公差，严重者会在分型面溢料，甚至产生局部塑性变形或破坏。5.3 制品脱模性精密注射模具必须考虑冷却后的制品容易顶出脱模，即所谓离型性。因为一对精密注射成型模具应尽量采用较少数量的型腔，尽量少而短的流道系统，这样不仅使制造加工方便，而且有利于脱模。在分配型腔和设计流道系统时，应考虑熔体流动平衡和等压力梯度的原则。这样，不仅有利于充模流动，也有利于脱模。5.4 精密模具的材料制作精密模具的材料要选择机械强度高的优质合金钢，制作型腔浇道的材料要选择经过严格热处理，硬度高、耐磨性好、抗腐蚀性强的

25、材料。但是与此同时还要考虑机械加工的难易性。所设计的浇道系统经过试模之后还能进行修改。5.5 特殊要求精密注射时一定要用精密注射模，相对于普通注射模来说，精密注射模具的成型零件的形状、尺寸、精度、表面质量、强度、刚度都有特殊要求，主要体现在以下几个方面：第一、成型零部件不能由于受热有较大的尺寸变化，也不能容易磨损而损失精度，这就要求模具材料选择和表面处理要多加注意。第二、相对于普通注射模，底板、垫板和型腔壁等要厚一些以防止刚度不足 而变形。第三、尺寸精度、表面精度、配合精度要求高，要由精密的制造技术予以保证。第四、模具的湿度调控系统的功能要求更有效，即必须精密地控制模具的温度。6 精密注射成型

26、中的收缩问题除了模具精度外，成型收缩是影响精密注射制品精度的重要原因之一。6.1 热收缩处于高温的聚合物熔体以及模具型腔在加热或冷却时产生的热收缩，是成型材料与模具所固有的热处理特性。收缩量与材料的膨胀系数有关。6.2 相变收缩由于结晶型树脂在定型过程中伴随着高分子的结晶化，比容要减小，而引起的收缩，即为相变收缩。当模具型腔中熔体的冷却温度接近至结晶化温度时，比容要发生很大变化。结晶型材料要比非结晶型材料的收缩率要大的多，这是因为从模具取出时的制品温度正好是在结晶化温度附近，会引起比容急剧变化。模具温度高，结晶度高，收缩率大；但另一方面，结晶度提高会使制品密度增加，线膨胀系数减小，收缩率降低。

27、因此实际收缩率由二者综合作用而定。6.3 取向收缩成材材料在熔融充模时，在流动方向上的将产生剪切应力，迫使分子链取向，充模速度愈高则分子取向作用愈强。由于分子链在流动方向上的强行拉伸，使在冷却时大分子有重新卷曲恢复的趋势，在取向方向上将要产生收缩。收缩率的大小，将影响到注射制品的尺寸精度。分子取向程度与注射压力、注射速度、树脂温度及模具温度等有关，但主要是注射速度。6.4 压缩收缩与弹性回复一般塑料都有压缩性，即在高压下比容发生显著变化，这一点从范德华（wander waols）状态方程（P ）（VW）=RT2可以看出。在一定温度下，提高压力成型制品比容会减小，密度会增加，膨胀系数减小，收缩率

28、会显著下降。对应于压缩性，成型材料具有弹性恢复作用，当制品从模具型腔中取出时，制品体积会产生弹性恢复作用，使制品的收缩减小。总结上述因素不难看出，影响成型收缩率的各种因素与精密注射制品的成型条件或成型操作条件有关。结束语综上所述，我们可以得出以下结论：1、精密注射成型的成型尺寸精度很高，一般推荐的公差等级为IT9。2、精密成型要选择具有良好的流动性（一般熔体流动速率在30g/10min左右），成型性、较高的尺寸稳定性（收缩率一般采用0.61.2）及机械强度高，环境应用范围广的高分子材料。如POM及其碳纤维增强（CF）或玻璃增强（GF），PA及其增强PA（FRPA66）、PBT和PC及GFPC。

29、3、精密注射成型中要求采用注射压力大（一般为216243Mpa），注射速度快，对温度控制严格、准确（在某些精密注射机上，对料筒和喷嘴处的温度采用比例积分、微分控制（PID），温控精度可选±0.5）的精密成型工艺。4、采用注射功率大、控制精度高、液压系统反应速度快的精密注射机。5、采用精密的注射模具，即使用的模具精度为3mm，精密的结构设计，机械强度高、硬度高、耐磨性好、抗腐蚀性强的模具材料，采用CAE和CAD技术设计模具。在经济快速发展的今天，纵观全球，几乎每个行业都需要精密的塑料制件，而且制品的精密化和高功能化已成为全球聚合物成型加工领域所普遍关注的问题。所以，我们相信，精密注射成

30、型会立于更高的科技起点上，向高精度、高功能化、小型化、轻量化、低成本、高附加值的塑料制件进军，它的发展前景更为广阔。参考文献1 赵伟，刘晓冰建立面向区域资源共享企业动态联盟体系的研究。组合机床与加工自动化，1998，11：43462 李永戎，田雨华，高原等敏捷制造的实施与应用中国兵器工业第二一O研究所报告,1997，6：123 张申生我国研究先进制造技术应重视的几个问题中国机械工程，1995.6 (4):46蒋新松21世纪企业的主要模式-¾ 敏捷制造企业计算机集成制造系统-¾ CIMS,1996.2 (4):384 罗振壁，周兆英，汪劲松等制造的革新机械工程学报，1995，31 (4)：3137鄂州大学毕业设计（论文）成绩评定表指导教师批阅指导教师签名： 指导教师职称：年 月 日评阅组评阅组教师签名：评阅组教师职称： 年 月 日16