精密塑料制品注射成型的现状和发展

1精密塑料制品注射成型的现状和发展摘要：国内外模具系统发展概况随着塑料制品的发展，传统的制造业开始了根本性变革，各工业发达国家投入巨资，对现代制造技术进行研究开发，提出了全新的制造模式。本文分析了精密塑料制品的性能要求、原料的选择、注射成型工艺、注射成型设备、注射成型模具及制品收缩问题，对精密塑料制品注射成型的现状和发展情况进行了初步探索。关键词：精密制品；注射；工艺；工程塑料“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。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2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,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。第一、我国长期以来直接引用GB1800~1804-79的公差与配合标准中尺寸≤500mm标准公差数值。由于不同种类塑料可达到的最高精度不同，一般推荐的精密塑件的公差等级为IT9，其数值如表1-1所示。表中数值是指由型腔单独决定尺寸的公差。若是由动、定模或由型腔与滑块合成的尺寸，则需在此基础上增加一个与合模因素有关的附加值。通常此附加值为0.1mm（以下皆同）。表1—1我国推荐的精密塑件尺寸公差（IT9）[1](mm)基本尺寸≤3﹥3~6﹥6~10﹥10~18﹥18~30﹥30~50﹥50~80﹥80~120公差0.0250.0620.030.0360.0430.0520.0740.0871978年也曾颁布过行业标准SJ1327-78的《塑料件公差》。其中精密塑件的尺寸公差如表1-2所示：表1—2SJ1327-78精密塑件公差[1](mm)基本尺寸≤3≥3~6≥6~10≥10~14≥14~18≥18~24≥24~30≥30~40≥40~50≥50~65≥65~80公差0.040.050.060.070.080.090.100.110.120.130.14第二、德国为塑件的尺寸公差制订了DIN16901的国家标准。其中有关精密3塑件的尺寸公差如表1-3所示：表1—3DIN16901的精密塑件公差[1](mm)基本尺寸≤3≥3~6≥6~10≥10~15≥15~22≥22~30≥30~40≥40~53≥53~70≥70~90≥90~120公差0.060.070.080.100.120.140.160.180.210.250.30第三、原苏联为塑件的公差与配合制订了「OCT11710的国家标准。其中有关精密塑件的尺寸公差如表1-4所示：表1—4「OCT11710的精密塑件公差[1](mm)基本尺寸≤3≥3~6≥6~10≥10~18≥18~30≥30~50≥50~80≥80~120≥120~180公差0.0250.030.0360.0430.0520.0620.0740.0840.10第四、美国塑料工业协会（SPI）对每一种塑料都单独规定精密塑件的尺寸公差。其中PA精密塑件的尺寸公差如表1-5所示：表1—5美国SPI标准的PA精密塑件尺寸公差[1](mm)基本尺寸≤3≥3~6≥6~10≥10~15≥15~22≥22~30≥30~40≥40~53≥53~70≥70~90≥90~120公差0.0650.070.0750.080.090.100.110.120.140.160.20第五、日本有的企业提出用单腔精密模具所能达到的精密塑件的极小界限和用一模四腔精密模具成形精密塑件的实用界限作为尺寸公差，如表1-6所示：表1—6日本精密塑件的尺寸公差[1](mm)基本尺寸≤3≥3~6≥6~10≥10~15≥15~22≥22~30≥30~40≥40~53≥53~70≥70~90≥90~120公差0.020.020.020.030.030.040.050.060.070.080.092精密成型材料42.1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。实际上，塑料的有关属性使得制件的制造质量达不到精密成型的技术要求。这是因为在不同的塑料中，所采用的聚合物和助剂的种类、成分及其配比不同，在注射成型时所表现的流动性能和成型性能有很大的差异；即使对于组分和配比完全相同的塑料，由于厂家日期、批次、环境条件等因素的影响，所成型的制件还会存在形状和尺寸等稳定性问题。因此精密注射成型的物料首先必须具有良好的流动性能和成型性能；其次是它们所成型的制件具有较高的尺寸稳定性，也可以说是要求用于精密注射的物料具有较小的收缩率和抗蠕变性，这主要是因为对稳定性的影响最直观的表现是塑料的收缩率或变形；再次是要选用机械强度高、环境应用范围广的高分子材料。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：PBT﹥POM≈PA66﹥PA6第四、PC及其GFPCPC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。数控系统是各类数控装备的核心，因此通过科技创新首先发展具有中国特色的新型数控系统，将是推动数控产业化进程的有效技术途径。实践证明，10年来我们所走的PC数控道路是完全正确的。PC机（包括工业PC）产量大、价格便宜，技术进步和性能提高很快，且可靠性高（工业PC主机的MTBF已达30年［3］）。因此，以其作为数控系统的软硬件平台不但可5以大幅度提高数控系统的性能价格比，而且还可充分利用通用微机已有软硬件资源和分享计算机领域的最新成果，如大容量存储器、高分辨率彩色显示器、多媒体信息交换、联网通讯等。目前，PC数控系统的体系结构有2种主要形式：（1）专用数控加PC前端的复合式结构；（2）通用PC加位控卡的递阶式结构。我们认为，上述结构并不是符合中国国情的最好方案，适合中国国情的应是将所有数控功能全软件化的集成式结构，因为这种结构的硬件规模最小，不但有利于降低系统成本，而且更重要的是可以有效提高系统的可靠性。因此，我们在开发新型数控系统时，应优先选用新型高性能CPU（如高主频的PentiumII、PentiumIII等）作为系统的运算和控制核心，并尽量用软件来实现数控的所有功能。这样，可大幅度减小系统硬件的规模。此外，还应在软件设计、电源设计、接插件设计与选用、接地与屏蔽设计和施工等方面采用强抗扰高可靠性设计与制造技术，从而全面提高系统的可靠性。2.2国内外研究发展动态2.2.1用于健康护理设备的GE高新材料推出了3种生物相容的PC树脂：LexanHPx8R、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视设备上替代金属。因此，利用我国稀土永磁材料的优势，开发新型大功率、高效率、宽调速范围永磁同步型交流电主轴单元，将可有效解决现有电主轴存在的问题，形成具有中国特色的新一代电主轴产品。由于永磁电主轴的机械结构和控制系统都较感应异步型电主轴简单，因此易于进行专业化大规模生产。当然，这还要攻克主轴支承（陶瓷轴承、流体动静压轴承、磁悬浮轴承）技术、高精度高速动平衡技术、高速驱动、检测与控制技术、高可靠性安全保证技术等关键技术。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。此将内装式进给伺服的价格控制在数千元以内，将内装式主轴伺服的价格2.2.3新型PVC低发泡建筑管材专用料青岛化工学院相继开发出硬PVC低发泡建筑管材专用材及配套设备和生产工艺，以及PVC低发泡建筑管材和低发泡室内型材、板材，其表面光洁坚硬，芯部泡孔结构细小致密，性能和质量均到或超过考核指标规定的要求。与目前普通6塑料管材相比，这种新型建筑材料具有原料省、刚性强、尺寸稳定性好、线膨胀系数和收缩率小、隔热、隔音和绝缘性好以及成本低等特点。2.2.4可电镀ABSAS公司的一种标准ABS共聚物品级TerluranGP35适用于快速电镀，以生产金属涂覆塑料。它允许客户快速电镀。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。2.2.5高流动性共聚PP早在20世纪90年代初，国外一些聚丙烯生产企业开发成功熔体流动速率在30—40g/10min的嵌段共聚聚丙烯产品，进入21世纪，世界几大跨国PP生产厂家开发出超高流动性级PP共聚物，成功地开发出流动速率为60—120g/10min的超高流动性共聚PP新产品。随着催化剂及生产工艺技术的发展以及配套技术的发展，国外高流动性共聚PP的开发生产成为一种新的发展趋势，熔体流动速率向着超高的方向发展，最高达到120g/10min。国内高流动性共聚PP开发进入20世纪90年代末发展较快，但与国外相比还有一定的差距。由于高流动性共聚PP