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          精密注塑技術的“精密”之處

          2021-12-21

          精密注塑的塑化裝置

          精密注塑的塑化裝置是提高塑化質量、注塑重復精度和制品內在質量等三方面的關鍵部件。目前,該裝置主要向實現高速、高壓和快速應答的目標發展。

          1、高速的注塑塑化裝置

          實現高速的注塑塑化是精密注塑機的一個重要特征。一般,高速注塑的速度可以達到300~1000mm/s,有些注塑設備甚至達到2000mm/s。對于注塑速度不超過500mm/s的注塑加工過程,可選用一線式同軸裝置同時完成注塑和塑化,而當注塑速度超過500mm/s時,采用一線式同軸裝置很難達到所要求的注塑精度及塑化質量,主要是由于該種裝置容易在高速注塑時使已塑化的熔融料倒流,從而導致計量不準和熔融料的質量劣化。

          為解決這一難題,根據精密高速注塑的特征,可采用“IMC”式的注塑塑化裝置,即把傳統的一線式同軸裝置分拆為注塑和塑化兩個互相聯系且功能各自獨立的裝置,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筒內壁之間的配合間隙遠小于注塑螺桿與注塑機筒內壁/止回環之間的間隙,有效避免了注塑柱塞在高速注塑時可能引發的熔融料倒流的現象,而且獨立塑化完全不受成型周期的限制,極大地提高了塑化質量和塑化能力。

          2、精密全電動注塑塑化裝置

          全電動注塑塑化裝置應用于精密注塑塑化裝置后,可顯著提高注塑設備的塑化位移、塑化轉速、塑化背壓、注塑行程和保壓等注塑塑化參數的控制精度,因此,在精密注塑機上得到了廣泛的應用。

          3、精密注塑螺桿

          與傳統的注塑螺桿相比,精密注塑螺桿具有壓縮比較小、長徑比大和高耐磨等特點,以長徑比為例,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度,制得的精密注塑螺桿也會根據加工材料的不同而不同。為提高注塑的流長比,并最大限度地降低制品成型的收縮率,精密注塑機的注塑壓力可達到216~243MPa,而超高壓機的注塑壓力可達到243~392MPa。在這種情況下,螺桿必須具備足夠的剛度和強度,才能在高壓注塑時不會出現彎曲和扭斷等失效現象。

          精密合模裝置

          合模裝置是保護精密模具及保證制品質量的重要部件。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、定模板之間的平行度標準也要高30%~40%,一般控制在0.05~0.08mm,從而實現對于模具的低壓保護及對合模力的精確控制。

          1、精密肘桿裝置的合模裝置

          對于傳統的肘桿裝置的合模裝置,其動、定模板之間無法獲得長期穩定的平行度,同時很難實現對精密模具的低壓保護。

          為克服這一缺陷,精密肘桿裝置做了以下改進:采用高精度的滾珠導軌副來導向動模板的運行,保證了動模板運行精度的穩定性;應用了具備控制速度和閉環壓力的雙重功能的伺服閥,實現了對于精密模具的低壓保護;銷軸和鋼套采用了具有高耐磨性的摩擦副,進一步穩定了動、定模板之間的平行度;精密調模機構的應用實現了高精度地調模,從而保證了動模板在任一位置都能達到穩定的平行度。 
          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,會導致動模板中部發生受力變形,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模板的中央位置,保證了動、定模板之間長期穩定的平行度。

          隨著應用要求的提高,精密全液壓合模裝置也不斷進行著改造,動模板運行的導向采用高精度的滾珠導軌副就是一個最明顯的進步,使其達到了進一步提高動、定模板之間的平行度穩定性的要求。

          3、無拉桿合模裝置

          無拉桿合模裝置由于不采用拉桿,消除了拉桿撓度對模板平行度的影響。近年來,通過對易受力變形的“C”形架進行改進,提高了動、定模板之間平行度的精度及精度穩定性。比如,米拉克龍的Freedom系列無拉桿注塑機其合模裝置呈U型結構,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構,使得定模板之間的平行度更穩定。

          4、分塊連體頭板

          一般,有拉桿的合模裝置注塑機其頭板都是采用整塊式結構,而這樣的結構設計往往會由于頭板受力過大而導致整體變形。精密注塑機通過采用分塊連體頭板,有效提高了頭板的剛度,從而達到減小模板因受力而對模具產生的變形撓度。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,并用中心圓環體連接受力塊與安裝模具塊。在承受合模力的過程中,由于中心圓環體的受力面積小于受力塊面積,頭板受力產生的撓度,僅將中央中心圓環體處所產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生的變形撓度區僅在中央中心圓環體,不會對安裝模具塊整體產生撓度,從而達到提高鎖模精度的目的。

          精密液壓控制技術

          開發高速應答的集成元件及系統是精密液壓控制技術的發展方向,而要實現高速應答能力,不僅要提高閥件自身的響應速度,還需要在提高控制性能的前提下精簡閥的數量,以達到響應回路的速度要求。

          為達到這一要求,精密注塑機液壓控制技術正在加速自身的技術發展,最明顯的特點就是將數字電子液壓技術和電子運算技術進行整合,形成“智能”控制系統,這樣無需借助外部控制器即可獨立完成各種運行功能,實現對各主要參數,如流量、速度、位置和壓力等的精確閉環控制,使系統能夠達到更好的高速應答控制效果。

          多功能的高度集成化的比例液壓元件是精密注塑機液壓元件發展的一個重要特征。不同于以前需要應用多個不同功能閥控制的回路,目前的精密注塑設備將這些多功能控制閥集成到一個回路中,極大地提高了設備的動態性能。

          比如,Atos公司開發出了用于注塑塑化回路的數字伺服比例插裝復合閥。該元件集成了P/Q數字放大器,通過配合外部壓力傳感器,在注塑時只需一個閥即可完成原來需要3~5個閥才能完成控制任務。該元件還能同時執行速度控制和壓力控制,可在保壓和塑化背壓階段中實現高動態、精確的轉換。 
          精密控制系統

          為了進一步提高快速應答的精確度,應用先進的精密控制系統是進一步提升精密注塑成型機水平的關鍵,也是對整機精密注塑性能的補充和提高。目前,日精公司通過采用新的TACT控制系統,有效提高了設備的響應速度及穩定性,而且采用新的保壓控制系統后,其制品重量的變動幅度由原來的0.022g減小到0.006g,顯著提高了產品質量的穩定性。

          弘訊科技股份有限公司在國內率先開發出了全電動精密控制系統,其中央處理器的速度可由普通的40MHz提升到400MHz,而且溫控精度達到±10,有效提升了全電動精密注塑機的位置和運轉精度。

          日本JSW公司的J-EⅡ-P系列液壓注塑機擁有六擋注射速度閉環控制、六擋保壓閉環控制、三擋螺桿轉速控制和三擋背壓閉環控制,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控制相結合,準確保證了油溫、樹脂溫度和模具溫度等的設定值和隨機變化的實測值的有效一致,從而實現了精密注塑過程的高速性、高響應性、高穩定性。另外,該系統還可設定高速高壓成型和高速低壓成型,在大范圍內實現了穩定的最佳壓力注塑成型,顯著提高了產品質量的穩定性。

          應用實例分析

          對于復雜、薄壁注塑制件的生產,采用精密注塑成型具有極大的應用和性能優勢。以寧波海達塑料機械有限公司開發的HDJM-100全電動精密注塑機(如圖所示)為例,該設備的動力驅動全部采用交流伺服電機進行閉環控制,可實現精密注塑機所要求的高速應答及對運動部件進行精確定位的目的。不同于其他精密注塑設備,該設備應用了先進的精密注塑成型人機對話控制系統,并采用先進的高精度保壓控制方式,可顯著改善制品重量的穩定性。

          HDJM-100全電動精密注塑機

          該設備具有高速高壓的注塑功能,其標準高速配置注塑速度為300mm/s,超高速注塑速度可達500mm/s,注塑壓力為235.2MPa,保壓壓力可達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位。其機筒溫度采用PID進行控制,控溫精度可達±10。通過對螺桿主要技術參數的優化,該設備可顯著提高融熔料密度的重復精度,并將計量密度由原來的3%~5%減小至0.5%~0.6%。通過采用小慣量伺服電動機,該設備可將加速和減速的時間縮短60%以上,使得制品具有優異的塑化質量。

          該設備的合模裝置移動模板采用滾珠導軌副進行軸向定位,使合模系統具有足夠高的鎖模精度。通過加厚頭板和加大拉桿的直徑,合模系統具備了足夠大的剛性,可很好地避免“拱橋形”變形。另外,該設備配置的位移傳感器其精度可達0.05mm,通過與系統的閉環控制相結合,可精確控制計量行程、注塑行程、余料墊的厚度(射出監控點),提高注塑加工制品的重復精度。


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