精密注塑技術(shù)的“精密”之處
隨著“3C”產(chǎn)品的發(fā)展,精密注塑機(jī)作為精密注塑成型的一個(gè)關(guān)鍵基本設(shè)備,在成型制品的尺寸重復(fù)精度、內(nèi)在質(zhì)量及重復(fù)精度與成型效率等三個(gè)方面都得到了極大的改進(jìn)。相比傳統(tǒng)的注塑成型設(shè)備,精密注塑機(jī)真正實(shí)行了對(duì)于制品的精確控制和精密生產(chǎn)。那么,精密注塑技術(shù)的“精密”之處體現(xiàn)在哪里?
精密注塑的塑化裝置
精密注塑的塑化裝置是提高塑化質(zhì)量、注塑重復(fù)精度和制品內(nèi)在質(zhì)量等三方面的關(guān)鍵部件。目前,該裝置主要向?qū)崿F(xiàn)高速、高壓和快速應(yīng)答的目標(biāo)發(fā)展。
1、高速的注塑塑化裝置
實(shí)現(xiàn)高速的注塑塑化是精密注塑機(jī)的一個(gè)重要特征。一般,高速注塑的速度可以達(dá)到300~1000mm/s,有些注塑設(shè)備甚至達(dá)到2000mm/s。對(duì)于注塑速度不超過500mm/s的注塑加工過程,可選用一線式同軸裝置同時(shí)完成注塑和塑化,而當(dāng)注塑速度超過500mm/s時(shí),采用一線式同軸裝置很難達(dá)到所要求的注塑精度及塑化質(zhì)量,主要是由于該種裝置容易在高速注塑時(shí)使已塑化的熔融料倒流,從而導(dǎo)致計(jì)量不準(zhǔn)和熔融料的質(zhì)量劣化。
為解決這一難題,根據(jù)精密高速注塑的特征,可采用“IMC”式的注塑塑化裝置,即把傳統(tǒng)的一線式同軸裝置分拆為注塑和塑化兩個(gè)互相聯(lián)系且功能各自獨(dú)立的裝置,塑化部分由擠出螺桿完成,而注塑部分則由注塑柱塞完成,這樣由于注塑柱塞與注塑機(jī)筒內(nèi)壁之間的配合間隙遠(yuǎn)小于注塑螺桿與注塑機(jī)筒內(nèi)壁/止回環(huán)之間的間隙,有效避免了注塑柱塞在高速注塑時(shí)可能引發(fā)的熔融料倒流的現(xiàn)象,而且獨(dú)立塑化完全不受成型周期的限制,極大地提高了塑化質(zhì)量和塑化能力。
2、精密全電動(dòng)注塑塑化裝置
全電動(dòng)注塑塑化裝置應(yīng)用于精密注塑塑化裝置后,可顯著提高注塑設(shè)備的塑化位移、塑化轉(zhuǎn)速、塑化背壓、注塑行程和保壓等注塑塑化參數(shù)的控制精度,因此,在精密注塑機(jī)上得到了廣泛的應(yīng)用。
3、精密注塑螺桿
與傳統(tǒng)的注塑螺桿相比,精密注塑螺桿具有壓縮比較小、長(zhǎng)徑比大和高耐磨等特點(diǎn),以長(zhǎng)徑比為例, 普通的注塑螺桿為20~23,而精密注塑螺桿則為24~30。
一般,用作精密注塑螺桿的材料都具有很高的剛度和強(qiáng)度,制得的精密注塑螺桿也會(huì)根據(jù)加工材料的不同而不同。為提高注塑的流長(zhǎng)比,并最大限度地降低制品成型的收縮率,精密注塑機(jī)的注塑壓力可達(dá)到216~243MPa,而超高壓機(jī)的注塑壓力可達(dá)到243~392MPa。在這種情況下,螺桿必須具備足夠的剛度和強(qiáng)度,才能在高壓注塑時(shí)不會(huì)出現(xiàn)彎曲和扭斷等失效現(xiàn)象。
精密合模裝置
合模裝置是保護(hù)精密模具及保證制品質(zhì)量的重要部件。與普通的合模裝置相比,精密合模裝置的剛度要大10%~15%,而且動(dòng)、定模板之間的平行度標(biāo)準(zhǔn)也要高30%~40%,一般控制在0.05~0.08mm,從而實(shí)現(xiàn)對(duì)于模具的低壓保護(hù)及對(duì)合模力的精確控制。
1、精密肘桿裝置的合模裝置
對(duì)于傳統(tǒng)的肘桿裝置的合模裝置,其動(dòng)、定模板之間無法獲得長(zhǎng)期穩(wěn)定的平行度,同時(shí)很難實(shí)現(xiàn)對(duì)精密模具的低壓保護(hù)。為克服這一缺陷,精密肘桿裝置做了以下改進(jìn):采用高精度的滾珠導(dǎo)軌副來導(dǎo)向動(dòng)模板的運(yùn)行,保證了動(dòng)模板運(yùn)行精度的穩(wěn)定性;應(yīng)用了具備控制速度和閉環(huán)壓力的雙重功能的伺服閥,實(shí)現(xiàn)了對(duì)于精密模具的低壓保護(hù);銷軸和鋼套采用了具有高耐磨性的摩擦副,進(jìn)一步穩(wěn)定了動(dòng)、定模板之間的平行度;精密調(diào)模機(jī)構(gòu)的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)了高精度地調(diào)模,從而保證了動(dòng)模板在任一位置都能達(dá)到穩(wěn)定的平行度。
2、精密全液壓合模裝置
精密注塑的合模裝置是以全液壓合模裝置為主。傳統(tǒng)的合模裝置其肘桿裝置的合模力通常作用在上、下(或左、右)兩側(cè),會(huì)導(dǎo)致動(dòng)模板中部發(fā)生受力變形,從而影響模板的平行度,而這種全液壓合模裝置的合模油缸活塞作用于動(dòng)模板的中央位置,保證了動(dòng)、定模板之間長(zhǎng)期穩(wěn)定的平行度。
隨著應(yīng)用要求的提高,精密全液壓合模裝置也不斷進(jìn)行著改造,動(dòng)模板運(yùn)行的導(dǎo)向采用高精度的滾珠導(dǎo)軌副就是一個(gè)最明顯的進(jìn)步,使其達(dá)到了進(jìn)一步提高動(dòng)、定模板之間的平行度穩(wěn)定性的要求。
3、無拉桿合模裝置
無拉桿合模裝置由于不采用拉桿,消除了拉桿撓度對(duì)模板平行度的影響。近年來,通過對(duì)易受力變形的“C” 形架進(jìn)行改進(jìn),提高了動(dòng)、定模板之間平行度的精度及精度穩(wěn)定性。比如,米拉克龍的Freedom系列無拉桿注塑機(jī)其合模裝置呈U型結(jié)構(gòu),且僅有底下兩根拉桿,具有更高的剛性。通過配置專利的平衡油缸結(jié)構(gòu),使得定模板之間的平行度更穩(wěn)定。
4、分塊連體頭板
一般,有拉桿的合模裝置注塑機(jī)其頭板都是采用整塊式結(jié)構(gòu),而這樣的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)往往會(huì)由于頭板受力過大而導(dǎo)致整體變形。精密注塑機(jī)通過采用分塊連體頭板,有效提高了頭板的剛度,從而達(dá)到減小模板因受力而對(duì)模具產(chǎn)生的變形撓度。這種分塊連體頭板將頭板的受力功能和安裝模具功能分開,分別由各自的塊體承擔(dān),并用中心圓環(huán)體連接受力塊與安裝模具塊。在承受合模力的過程中,由于中心圓環(huán)體的受力面積小于受力塊面積,頭板受力產(chǎn)生的撓度,僅將中央中心圓環(huán)體處所產(chǎn)生的變形撓度傳遞給安裝模具塊,由此可以看出,安裝模具塊因受力而產(chǎn)生的變形撓度區(qū)僅在中央中心圓環(huán)體,不會(huì)對(duì)安裝模具塊整體產(chǎn)生撓度,從而達(dá)到提高鎖模精度的目的。
精密液壓控制技術(shù)
開發(fā)高速應(yīng)答的集成元件及系統(tǒng)是精密液壓控制技術(shù)的發(fā)展方向,而要實(shí)現(xiàn)高速應(yīng)答能力,不僅要提高閥件自身的響應(yīng)速度,還需要在提高控制性能的前提下精簡(jiǎn)閥的數(shù)量,以達(dá)到響應(yīng)回路的速度要求。
為達(dá)到這一要求,精密注塑機(jī)液壓控制技術(shù)正在加速自身的技術(shù)發(fā)展,最明顯的特點(diǎn)就是將數(shù)字電子液壓技術(shù)和電子運(yùn)算技術(shù)進(jìn)行整合,形成“智能”控制系統(tǒng),這樣無需借助外部控制器即可獨(dú)立完成各種運(yùn)行功能,實(shí)現(xiàn)對(duì)各主要參數(shù),如流量、速度、位置和壓力等的精確閉環(huán)控制,使系統(tǒng)能夠達(dá)到更好的高速應(yīng)答控制效果。
多功能的高度集成化的比例液壓元件是精密注塑機(jī)液壓元件發(fā)展的一個(gè)重要特征。不同于以前需要應(yīng)用多個(gè)不同功能閥控制的回路,目前的精密注塑設(shè)備將這些多功能控制閥集成到一個(gè)回路中,極大地提高了設(shè)備的動(dòng)態(tài)性能。比如,Atos公司開發(fā)出了用于注塑塑化回路的數(shù)字伺服比例插裝復(fù)合閥。該元件集成了P/Q數(shù)字放大器,通過配合外部壓力傳感器,在注塑時(shí)只需一個(gè)閥即可完成原來需要3~5個(gè)閥才能完成控制任務(wù)。該元件還能同時(shí)執(zhí)行速度控制和壓力控制,可在保壓和塑化背壓階段中實(shí)現(xiàn)高動(dòng)態(tài)、精確的轉(zhuǎn)換。
精密控制系統(tǒng)
為了進(jìn)一步提高快速應(yīng)答的精確度,應(yīng)用先進(jìn)的精密控制系統(tǒng)是進(jìn)一步提升精密注塑成型機(jī)水平的關(guān)鍵,也是對(duì)整機(jī)精密注塑性能的補(bǔ)充和提高。目前,日精公司通過采用新的TACT控制系統(tǒng),有效提高了設(shè)備的響應(yīng)速度及穩(wěn)定性,而且采用新的保壓控制系統(tǒng)后,其制品重量的變動(dòng)幅度由原來的0.022g減小到0.006g,顯著提高了產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性。
弘訊科技股份有限公司在國(guó)內(nèi)率先開發(fā)出了全電動(dòng)精密控制系統(tǒng),其中央處理器的速度可由普通的40MHz提升到400MHz,而且溫控精度達(dá)到±10,有效提升了全電動(dòng)精密注塑機(jī)的位置和運(yùn)轉(zhuǎn)精度。
日本JSW公司的J-EⅡ-P系列液壓注塑機(jī)擁有六擋注射速度閉環(huán)控制、六擋保壓閉環(huán)控制、三擋螺桿轉(zhuǎn)速控制和三擋背壓閉環(huán)控制,并裝備了帶有柔性高速低壓伺服回路的高靈敏度控制器,通過與液壓蓄能器回路和高性能的伺服閥組成的閉環(huán)控制相結(jié)合,準(zhǔn)確保證了油溫、樹脂溫度和模具溫度等的設(shè)定值和隨機(jī)變化的實(shí)測(cè)值的有效一致,從而實(shí)現(xiàn)了精密注塑過程的高速性、高響應(yīng)性、高穩(wěn)定性。另外,該系統(tǒng)還可設(shè)定高速高壓成型和高速低壓成型,在大范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定的最佳壓力注塑成型,顯著提高了產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性。
應(yīng)用實(shí)例分析
對(duì)于復(fù)雜、薄壁注塑制件的生產(chǎn),采用精密注塑成型具有極大的應(yīng)用和性能優(yōu)勢(shì)。以寧波海達(dá)塑料機(jī)械有限公司開發(fā)的HDJM-100全電動(dòng)精密注塑機(jī)(如圖所示)為例,該設(shè)備的動(dòng)力驅(qū)動(dòng)全部采用交流伺服電機(jī)進(jìn)行閉環(huán)控制,可實(shí)現(xiàn)精密注塑機(jī)所要求的高速應(yīng)答及對(duì)運(yùn)動(dòng)部件進(jìn)行精確定位的目的。不同于其他精密注塑設(shè)備,該設(shè)備應(yīng)用了先進(jìn)的精密注塑成型人機(jī)對(duì)話控制系統(tǒng),并采用先進(jìn)的高精度保壓控制方式,可顯著改善制品重量的穩(wěn)定性。
HDJM-100全電動(dòng)精密注塑機(jī)
該設(shè)備具有高速高壓的注塑功能,其標(biāo)準(zhǔn)高速配置注塑速度為300mm/s,超高速注塑速度可達(dá)500mm/s,注塑壓力為235.2MPa,保壓壓力可達(dá)196MPa,可精確控制制品的微量取向收縮、微量壓縮收縮和微量彈性復(fù)位。其機(jī)筒溫度采用PID進(jìn)行控制,控溫精度可達(dá)±10。通過對(duì)螺桿主要技術(shù)參數(shù)的優(yōu)化,該設(shè)備可顯著提高融熔料密度的重復(fù)精度,并將計(jì)量密度由原來的3%~5%減小至0.5%~0.6%。通過采用小慣量伺服電動(dòng)機(jī),該設(shè)備可將加速和減速的時(shí)間縮短60%以上,使得制品具有優(yōu)異的塑化質(zhì)量。
該設(shè)備的合模裝置移動(dòng)模板采用滾珠導(dǎo)軌副進(jìn)行軸向定位,使合模系統(tǒng)具有足夠高的鎖模精度。通過加厚頭板和加大拉桿的直徑,合模系統(tǒng)具備了足夠大的剛性,可很好地避免“拱橋形”變形。另外,該設(shè)備配置的位移傳感器其精度可達(dá)0.05mm,通過與系統(tǒng)的閉環(huán)控制相結(jié)合,可精確控制計(jì)量行程、注塑行程、余料墊的厚度(射出監(jiān)控點(diǎn)),提高制品的重復(fù)精度。
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