高聚物制品的精密化和高性能化已成為全球聚合物成型加工領(lǐng)域所普遍關(guān)注的重要問題。精密注射成型技術(shù)并不單單與成型設(shè)備有關(guān)，還涉及到加工材料、加工工藝控制等多種因素。 $E 8 }||d
b!/-9 {
成型設(shè)備技術(shù)進(jìn)展 tr A ^JY
D2Q0p(#%
近年來，為了滿足IT等產(chǎn)業(yè)要求塑料零部件高精度、高功能化、小型化、輕量化、低成本、高附加值的要求，精密注射成型機(jī)和模具的研制是重點(diǎn)和難點(diǎn)問題。在精密注射成型機(jī)的研制方面，代表當(dāng)今世界先進(jìn)水平的生產(chǎn)廠商主要有德國的克勞斯瑪菲、德瑪格、阿博格以及日本的日精、日鋼、東芝機(jī)械和住友重機(jī)等。 -`X`Ff
))X"bFP!3
德國 39 pA:3iTd
EIpz-"S
克勞斯瑪菲最早推出兩板式注射成型機(jī)并備受世界同行的關(guān)注，德瑪格則與海天長期合作，它們的技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢早已為國內(nèi)同行所熟知。在此僅以阿博格為例簡要介紹其精密注射成型機(jī)的特點(diǎn)。阿博格精密注射機(jī)合模機(jī)構(gòu)采取箱式設(shè)計(jì)來提高鎖模精度。由于三板式注射機(jī)前板與后板均固定于機(jī)架上，當(dāng)鎖模力施加時(shí)，四拉桿的伸長受到機(jī)架的約束，從而使拉桿趨向“拱橋形”而影響鎖模精度，箱式設(shè)計(jì)的結(jié)果從限制不良變形的角度提高鎖模精度。注射油缸雙向壓力伺服控制精確定位螺桿位置使注射量控制精度提高一倍。采用變頻器優(yōu)化控制主泵馬達(dá)不僅提高液壓系統(tǒng)控制精度，而且有顯著的節(jié)能效果。此外，阿博格精密注射機(jī)還采用模塊化設(shè)計(jì)，注射成型機(jī)各運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)可在全液壓到全電動(dòng)兩個(gè)極端之間根據(jù)用戶生產(chǎn)實(shí)際需要而采取液壓與電動(dòng)的隨意組合，鎖模系統(tǒng)和注射系統(tǒng)空間相對位置也可有多種選擇。
1=X1<@*
6B
b +f"
日本 RA){\~@wC
}t| i1{%_
東芝機(jī)械在其精密注射機(jī)三板式合模系統(tǒng)設(shè)計(jì)中將前后板與機(jī)架的連接由通常的底部固定聯(lián)接改進(jìn)為腰部鉸鏈聯(lián)接，使鎖模力施加時(shí)的拉桿變形自由伸展而始終保持平行，采取變形疏導(dǎo)的方式保障鎖模精度。日精通過對傳統(tǒng)油壓機(jī)的全面優(yōu)化，使其在與全電動(dòng)注射機(jī)對比中處于劣勢的狀況得到大幅度改變。它采用新的控制系統(tǒng)TACT（提高響應(yīng)速度、操作穩(wěn)定性、液晶屏顯示的多語言控制界面），新的注射機(jī)構(gòu)（大螺桿長徑比增強(qiáng)塑化效果，五段溫區(qū)優(yōu)化塑化溫度控制），并對油壓回路進(jìn)行了優(yōu)化，開發(fā)出新的油壓式主力機(jī)型FN系列精密注射成型機(jī)。以110噸鎖模力機(jī)型為例，優(yōu)化設(shè)計(jì)后的精密注射成型機(jī)控制響應(yīng)速度提高30%，質(zhì)量穩(wěn)定性提高50%，油溫變動(dòng)影響減輕50%，節(jié)能30%。最近該公司又開出適于極小精密零部件成型，鎖模力為15噸的精密小型電氣式成型機(jī)“ELJECT NEX150”。該精密注射成型機(jī)主要用于成型液晶聚合物（LCP）、聚酰胺（PA）、聚苯硫醚（PPS）等。其典型注射成型產(chǎn)品為數(shù)碼照相機(jī)的快門等數(shù)碼產(chǎn)品的關(guān)鍵零件。這類微小精密的零部件在注射成型加工中，一次注射量僅為0.1g～5g。日本制鋼所通過采用先進(jìn)的保壓控制技術(shù)，使注射成型制品質(zhì)量穩(wěn)定性得到大幅度提高。標(biāo)準(zhǔn)保壓條件下制品重量變動(dòng)幅度為0.022克，采用新的保壓控制后制品重量變動(dòng)幅度減小到0.006克。日本制鋼所還研究開發(fā)出JELII-UPS超高速精密注塑成型機(jī)。 T' Jl,)"
Gy6x.GX
國內(nèi) 4qd( a)NdY
]X X> h~0
精密注射成型機(jī)也是國內(nèi)各生產(chǎn)廠商競相摘取的皇冠上的明珠。近年，廣東泓利以生產(chǎn)出國內(nèi)第一臺(tái)光盤注射機(jī)而在精密注射成型工程技術(shù)領(lǐng)域產(chǎn)生了較大影響。但是，中國精密注射成型工程技術(shù)的研究仍然處于攻堅(jiān)戰(zhàn)役的關(guān)鍵階段，學(xué)術(shù)界也對此抱有強(qiáng)烈的研究興趣。青島化工學(xué)院胡海青對影響精密注射成型的主要因素諸如成型收縮、模具設(shè)計(jì)、注塑設(shè)備以及注塑材料等進(jìn)行了探討，總結(jié)了精密注射成型中容易出現(xiàn)的問題及其防止措施；北京化工大學(xué)從注射機(jī)合模系統(tǒng)鎖模精度和剛度，精密充填與模具優(yōu)化設(shè)計(jì)、塑化系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)等方面開展了大量的理論分析和實(shí)驗(yàn)研究工作。 3:c6x kaw
8wkt9:
加工工藝研究進(jìn)展 zlkW-rRk R
%Yg|QBm|
為了滿足用戶對利用所購買的注射成型機(jī)生產(chǎn)出最優(yōu)異產(chǎn)品的強(qiáng)烈需求，供應(yīng)商除了能夠提供技術(shù)領(lǐng)先的設(shè)備之外，還有責(zé)任給用戶提供最佳的成型工藝技術(shù)支持。 0 \k {v
+T,0,^ *
由于高聚物成型過程是各種物理、力學(xué)現(xiàn)象共存的復(fù)雜過程，存在著溫度、壓力等多物理場耦合作用下高聚物成型加工條件、形態(tài)結(jié)構(gòu)演化與制品力學(xué)性能之間耦合問題、高聚物復(fù)雜流體動(dòng)力學(xué)問題、模具優(yōu)化設(shè)計(jì)和制品質(zhì)量控制理論等諸多急需解決的問題，因此，對精密注射成型過程的研究主要以實(shí)驗(yàn)研究以及借助各種數(shù)據(jù)分析方法進(jìn)行計(jì)算機(jī)分析與模擬等手段為主。 <&((vrfa
X #$l7I9H
實(shí)驗(yàn)研究 zG%'Cw)8
m,5?|J=
實(shí)驗(yàn)研究是注射成型工藝過程研究的一種重要方法。國內(nèi)外許多學(xué)者、研究機(jī)構(gòu)、專業(yè)公司都進(jìn)行了大量的研究工作。這些研究涉及到注塑加工過程中的流動(dòng)行為，如固體床破碎機(jī)理、熔融行為、成型條件的影響等。近年來可視化實(shí)驗(yàn)方法成為行業(yè)關(guān)注的熱點(diǎn)之一。筆者采用可視化方法，研究了“三明治”式復(fù)合高分子制品注射成型皮芯材料充填過程；還研究了多模腔注射成型充填不平衡現(xiàn)象的產(chǎn)生機(jī)理，提出從注射工藝上改進(jìn)流動(dòng)平衡的有效方法；并在王興天教授創(chuàng)建的北京化工大學(xué)注射成型可視化實(shí)驗(yàn)裝置的基礎(chǔ)上，吸取國外相關(guān)研究的有益經(jīng)驗(yàn)，建立了注射成型可視化實(shí)驗(yàn)室，并成功拍攝了注射成型充模過程的一些現(xiàn)象，為注射成型工藝優(yōu)化的研究創(chuàng)造了有利的條件。近年來，為進(jìn)行注射成型工藝優(yōu)化的研究，對高聚物材料注射成型性能進(jìn)行了一些研究，并研究了高聚物成型加工過程中材料的P-V-T(壓力-比容積-溫度)關(guān)系及其測試方法。 I2) 2'j,B
oe=1 [9T"
數(shù)值模擬 puh-\Q/ P
)g^O'e=m
在注射成型工藝過程的數(shù)值模擬方面，由于塑料工業(yè)迅猛發(fā)展的近三十年也正是計(jì)算機(jī)應(yīng)用飛速發(fā)展的時(shí)期，加之以有限元分析為代表的數(shù)值分析技術(shù)在廣泛的工程領(lǐng)域取得令人振奮的應(yīng)用效果，從而推動(dòng)了對注射成型加工過程進(jìn)行模擬的理論與應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展。 >I ;.q|T
w xa MdA
澳大利亞Moldflow公司占據(jù)全球注射模擬技術(shù)市場份額的75%，始終領(lǐng)導(dǎo)該領(lǐng)域的發(fā)展潮流，其“中型面”模型至今仍在使用�！爸行兔妗蹦M方法比較適用于薄壁注射制品的成型分析，對于熔接線、氣孔位置、纖維取向等能夠作出比較準(zhǔn)確的預(yù)測，但是對于結(jié)構(gòu)復(fù)雜的制品，很難甚至不可能構(gòu)造出連續(xù)的中面模型。近年又發(fā)展了“雙面流”模型。這種方法的主要優(yōu)點(diǎn)是自接在制品表面生成網(wǎng)格，無需抽取中型面，方便廠建模。這兩種模擬方法的理論基礎(chǔ)部是在二維面上用有限元計(jì)算壓力，在厚度方向用有限差分計(jì)算溫度，因而常被稱為2.5維分析法。由于2.5維分析法忽略廠厚度方向的許多物理信息，必然導(dǎo)致分析誤差的存在，對于厚壁或復(fù)雜制品分析結(jié)果就失去意義。采用三維實(shí)體模型，則無需太多的假設(shè)和簡化，并可以與CAD／CAM模型實(shí)現(xiàn)無縫集成，現(xiàn)在已逐漸成為主流分析技術(shù)。國內(nèi)學(xué)者從80年代以來紛紛開展起有關(guān)的研究工作，比較集中和持續(xù)開展研究的主要有：臺(tái)灣清華大學(xué)張榮語、鄭州大學(xué)申長雨和華中科技大學(xué)李德群分別領(lǐng)導(dǎo)的研究群體。他們比較系統(tǒng)地外展了注射成型從充模、保壓、到冷卻固化全過程的數(shù)值模擬，并且分別研發(fā)了注射成型CAE軟件：Moldex、Z—Mold和HSCAE。近年來，各大注射成型CAE軟件開發(fā)者們都在競相發(fā)展針對氣體輔助注射成型的模擬分析功能，臺(tái)灣清華大學(xué)的張榮語起步較早，華中科技大學(xué)周華民、李德群提出的數(shù)學(xué)模型獲得了國際同行的認(rèn)可。 *
