淺析微型注塑技術(shù)及其加工工藝

李敬

（華創(chuàng)天元實業(yè)發(fā)展有限責(zé)任公司，河北廊坊065001）

1 引言

在當(dāng)今多樣化市場前提下，注塑工業(yè)也在不斷地發(fā)展，出現(xiàn)了多色注塑、氣體輔助以及膜內(nèi)貼膜等先進(jìn)的工藝。不僅如此，在注塑機(jī)的規(guī)格方面，大噸位的注塑機(jī)以及微型注塑機(jī)也在不斷更新?lián)Q代。最近幾年，微型制品需求不斷增多，不管是電子行業(yè)還是軍工行業(yè)，都需要大量的微小注塑件，這些注塑產(chǎn)品在尺寸以及精度上都要求較高。在這個前提下，微型注塑工藝也面臨更大的挑戰(zhàn)，并引起了業(yè)內(nèi)的廣泛關(guān)注。

2 微型注塑技術(shù)研究概況

目前，在汽車、儀表以及機(jī)電等支柱產(chǎn)業(yè)當(dāng)中，塑料制品都得到了廣泛應(yīng)用。塑料制品成形的方法有許多種，其主要方法為注塑成形。世界塑料成形的模具占了注塑模具的一半以上，當(dāng)前，我國注塑制品占了塑料制品總量的40%以上。注塑成形能夠制造出各種尺寸和形狀的制品，微型的注塑成形往往應(yīng)用在醫(yī)療衛(wèi)生、計算機(jī)、電信等領(lǐng)域內(nèi)。由于這些領(lǐng)域的電子器件越來越小型化，所以，人們希望制作的制品越小越好。微型注塑模具質(zhì)量往往輕于1g,但是產(chǎn)品部件的質(zhì)量僅僅為0.01g。這種微注塑件形態(tài)和大型的塑件形態(tài)一樣，種類都比較多。成型微型部件系統(tǒng)選擇方面存在兩種，第一種為和模裝置、注射裝置以及模具等組合而成的非標(biāo)準(zhǔn)注塑裝置部件。在這種系統(tǒng)中，由于模具有轉(zhuǎn)板，以致能夠通過模具得到較為完整的塑件。第二種系統(tǒng)熱變溫注塑。它的基本原理為：在每個循環(huán)內(nèi)，模具被加熱到被加工塑料的融化溫度，以此進(jìn)一步提高填充模腔。如果模腔填充滿，它就會再次冷卻。為了減少冷卻的時間，應(yīng)該避免陰模嵌件受到溫度的循環(huán)，其他模具就將保持在脫模溫度下。陰模嵌件靠著電進(jìn)行加熱，加熱的強(qiáng)度是由截面積決定的。

微型注塑成型存在許多優(yōu)點，例如模具的成本不高，大大減少了原料的成本。目前，對微型注塑模具、微型注塑機(jī)成型的理論以及制造技術(shù)的研究，找到適合微型塑料制件生產(chǎn)的原料，正在成為國內(nèi)外研究學(xué)家研究的熱點問題。

3 微型注塑加工技術(shù)及其要點

3.1 模具方面

在模具方面，對加工設(shè)備的要求比傳統(tǒng)的注塑要求要高。微型注塑加工方面有兩種趨勢。第一，利用鏡面火花機(jī)進(jìn)行加工。為了能夠保證較高精密度，由于石墨電極損耗要比銅電極低，使用了石墨電極進(jìn)行電火花的加工。第二，常用的加工方式是電鑄模，利用電鑄工藝能夠確保高精度，但是其缺點是加工的周期較長，并且當(dāng)有輕微損傷的時候不能夠進(jìn)行修復(fù)[1]。

在模具方面，模溫是注塑的重要參數(shù)。面對高端需求的用戶，常用的做法是導(dǎo)入快速加熱和冷卻系統(tǒng)。從理論上講，微型注塑的關(guān)鍵點就是高模溫。高模溫能夠預(yù)防薄壁填充困難以及缺料問題。但是，較高的模溫也會出現(xiàn)新的問題，例如周期增加并且開模之后變形等。因此，導(dǎo)入新的模具溫控系統(tǒng)變得非常重要。

3.2 材料方面

在材料選擇上，前期可以選用一些粘度比較低并且穩(wěn)定性較好的塑料。低粘度的材料在填充當(dāng)中會使熔體粘度變低，整個澆注系統(tǒng)阻力就會變小，填充速度快能夠確保溶體充分填充型腔，并且熔體溫度沒有明顯變化，否則制品會容易出現(xiàn)冷接縫問題。當(dāng)選用高粘度的塑料時，不但填充起來比較慢，而且補(bǔ)料時間長[2]。因為補(bǔ)料帶來剪切流動，比較容易使鏈狀分子沿著剪切流動的方向進(jìn)行取向。在這個狀態(tài)下，冷卻到軟化點以下時，就會凍結(jié)取向狀態(tài)。在一定程度上，凍結(jié)取向比較容易帶來制品的內(nèi)應(yīng)力，嚴(yán)重的時候會造成制品應(yīng)力開裂和變形。

3.3 設(shè)備選用方面

在設(shè)備選用方面，因為微型注塑件的尺寸級別是微米，所以應(yīng)該選用的注射劑的注射量級別為毫克。這種注射機(jī)通常利用螺桿和柱塞組合方式的注射單元，通過螺桿部分完成對物料塑化。螺桿柱塞式的注塑機(jī)能夠根據(jù)高精度的螺桿以及高速度的柱塞設(shè)備，保證生產(chǎn)過程當(dāng)中較高的精度以及填充速度。除此之外，這類注塑機(jī)安裝了質(zhì)量檢測系統(tǒng)，能夠確保微型注塑機(jī)制作的成品率，并且監(jiān)控過程當(dāng)中參數(shù)變化狀況。

4 微型注塑加工成型技術(shù)的發(fā)展方向

微型注塑技術(shù)是可以在工作的表面制造出比較細(xì)膩的結(jié)構(gòu)的一類工藝。這種工藝能夠制造出功能不同的成品，比如吸水特性、導(dǎo)光性以及減少流動阻力等功能。目前，微型注塑技術(shù)能夠制造出小于20mm細(xì)微結(jié)構(gòu)的成品。微型注塑技術(shù)要以特殊的加工模具技術(shù)和設(shè)備為基礎(chǔ)，比如利用外部加熱系統(tǒng)。這種系統(tǒng)的優(yōu)點在于不僅能夠?qū)崿F(xiàn)對模腔表面溫度進(jìn)行局部控制，還可以大大減少加熱以及冷卻時間。隨著現(xiàn)代化技術(shù)水平的不斷提高，注塑加工工藝正在向高新技術(shù)方向不斷發(fā)展，其中包括微型注塑、高填充符合注塑、泡沫注塑、模具以及仿真技術(shù)等等。微型注塑成型產(chǎn)品主要應(yīng)用在微型計算機(jī)系統(tǒng)當(dāng)中，此類產(chǎn)品尺寸較小，大多是微米以及納米級別的尺寸，并且產(chǎn)品的質(zhì)量多數(shù)是以毫克為單位進(jìn)行度量。

微型注塑機(jī)有著高效、精密以及節(jié)能等特點，其精確度達(dá)到了微毫，深受客戶的青睞。微型注塑機(jī)能夠使受熱均勻，重復(fù)性較高，并且能夠縮短注塑的周期時間；不僅如此，它還配有專門的納米和微零件設(shè)計的輔助設(shè)備。微型注塑機(jī)和一般的設(shè)備相比較，成本能夠降低三分之一。

當(dāng)前，多數(shù)微型注塑機(jī)利用了高頻、高扭矩的私伺服電機(jī)，并配以精度較高的機(jī)械傳動裝置，以此來實現(xiàn)高速、高壓、高精度的注射技術(shù)的微型注塑成型技術(shù)。這種方式因為采用了機(jī)械傳動裝置，以至于出現(xiàn)傳動間隙和機(jī)構(gòu)累積變形的誤差，直接影響了對設(shè)備精度以及快速反應(yīng)程度的控制。但是，利用直線電機(jī)驅(qū)動就會出現(xiàn)推力小、成本高的問題。基于上面這些問題，在今后對微型注塑機(jī)的研發(fā)過程中，可以進(jìn)一步對設(shè)備驅(qū)動方式進(jìn)行研究，開發(fā)出有著高精度、高靈敏度以及高推力的驅(qū)動設(shè)備[3]。微型注塑機(jī)中的塑化單元往往采用兩種方式，分別為螺桿式以及柱塞式。由于柱塞式的塑化效果不好，不能成為今后發(fā)展的方向，而螺桿式的注塑機(jī)雖然塑化效果要比柱塞式注塑機(jī)好，但還是存在小尺寸的螺桿加工起來比較困難，并且使用壽命和塑化時間比較長等問題。所以，研究學(xué)家今后還需要對新環(huán)保高效的塑化方式做進(jìn)一步研究，不斷探討出新材料的塑化方式，以此來解決當(dāng)前塑化方式引起的一系列問題。研發(fā)整潔、高效的塑化注射材料也將是微型注塑機(jī)今后發(fā)展的方向。

5 結(jié)語

注塑機(jī)是隨著塑料工業(yè)以及塑料加工工業(yè)的發(fā)展而來的。同時，新材料以及高性能的塑料制品進(jìn)一步推進(jìn)了注塑機(jī)的完善和突破，注塑機(jī)不斷向標(biāo)準(zhǔn)化、微型化以及智能化方面發(fā)展，除此之外，還滿足了當(dāng)前節(jié)能、高效的要求。微型注塑機(jī)是注塑領(lǐng)域內(nèi)的一個分支，正在不斷向高精度、高功能需求方面發(fā)展。只有對模具、材料以及設(shè)備等各個環(huán)節(jié)進(jìn)行嚴(yán)格的控制，才能夠不斷適應(yīng)當(dāng)前市場發(fā)展的需求。