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微注射成型技术
微齿轮
微注射成型的提出源于1985年,微注射成型(也称微成型)用于生产总体尺寸、或特征功能区、或公差要求以毫米甚至微米计的制品。随着高技术和精密技术的快速发展,在光通信、计算机数据存储、医疗技术、生物技术、传感器和传动装置、微光学器件、电子和消费类产品,以及设备制造和机械工程等领域中,微注射成型制品呈现快速增长的需求。典型例子包括:手表和照相机部件 42 30927 42 13282 0 0 5206 0 0:00:05 0:00:02 0:00:03 5204汽车撞击、加速和距离传感器,硬盘和光盘驱动器读写头,医疗传感器,微型泵,小线轴,高精度齿轮、滑轮和螺旋管,光纤开关和接插件,微电机,外科仪器和通讯制品等。 由于制品的微型特征,因此需要特殊的成型机械和辅助设备来完成各种生产操作,如:注射量控制、模具排空(真空)、注射工艺、制品顶出、分离、检验、存放、定位和包装。另外模具嵌件和模腔制造也需要特殊的技术。
1、 重几微克到几分之一克,尺寸可能在微米(mm)级的微注塑成型制品,如微齿轮、微操纵杆等。图1是德国Hengstler公司用聚醚酰亚胺制得的微齿轮,齿轮轴孔直径和齿廓宽度均小于1mm。
2、 传统尺寸的注射成型制品,但具有微结构区域或特征功能区,例如:带有数据点隙的光盘、具有微表面特征的透镜、使用塑料薄片技术制造微齿轮的薄片等。图2和图3是聚碳酸酯小透镜和透明小齿轮。注意齿轮表面布有宽度小于1mm的同心圆,用于后续制作计数器的数据区。
3、可具有任意尺度,但尺寸公差在微米级的高精度制品,例如光纤技术用接插件等。图4是一种汽车用微卡子,卡体采用聚甲醛(POM Delrin),卡体尾片厚度为700mm。为减轻运行时卡体振动,采用第二台注射机和旋转模具,在卡体中部共注射一小块弹性体,材料为PE-PA共聚物。
微注射成型 - 设备要求
透明小齿轮图册 为满足微注射成型的特殊需求,采用专门设计的设备和模具至关重要。一般来说,应考虑以下要求:
1、应采用小型塑化装置,螺杆直径在12~18mm范围内,且螺杆长度较短,L/D比值大约为15,以避免长停留时间引起材料降解。
2、精确的注射量控制和理想的注射速度。为此,机器有时装备有分离的计量和注射用的柱塞和螺杆。其目的在于准确计量注射量和消除由于传统注射螺杆的分流和死角造成的与材料降解相关的问题。
3、可进行多重控制。比如既可根据螺杆位置,又可根据模腔压力进行从充模到保压的转换。
4、 模温可调,有能力将模具壁温升高到一定水平,有时略高于聚合物熔融温度,以避免超薄部分的早期固化。若微注射成型制品的壁厚小于5mm,须具备模具抽空能力,因为这种情况下壁厚与空气逃逸的气孔尺寸处于同一数量级。
5、推荐采用开关型喷嘴,以避免由于高加工温度造成熔体流涎。
6、精确定位和轻柔的模具开关速度以避免精巧的微注射成型件发生变形。
7、采用特殊操作技术取出成型件,进行检验和包装。由于微注射成型制品的尺寸和重量与传统制品存在着显著差异,故必须采取一些特定步骤以保证制品正确顶出。例如可在注射机上安装显示系统以确认微型制品的顶出。此外可使用吸力垫取出制品,它可以使制品保持分离和定向,便于质量控制和包装,或者使用静电力或吹出等。对微注射成型制品,传统的质量控制方法如测量制品重量不再适用。新的质量控制技术使用视频监视系统来区分合格和不合格制品。
8、尽可能就地准备干净封闭场所或层状周转箱,以避免污染微注射成型件。微注射成型制品通常是组装件的一部分,因此将它们按一定方向包装,准备进行后续的装配。
为此,若采用现代化的传统成型机械生产,必须按上述要求进行改装,以满足微注射成型的特殊需要。然而随着制品体积和注射量的减小,传统注射机不再是一种经济上可行的解决方案。许多种类“微注射机”因此被开发出来并投入了商业应用。Babyplast公司最新研制的一种微型注塑机。其中塑化单元和注射单元分离,均采用液压驱动活塞式挤出机,活塞直径10~18mm。斜上方的塑化单元采用的是金属球塑化系统,避免了螺杆塑化的强剪切和强生热造成的材料降解。注塑料室容积仅15cm3,缩短了物料的高温滞留时间。机器总功率3kW,净重150kg。
微注射成型 - 加工制造
微注射成型 - 缺点
微注射成型的主要工艺缺点有:流道体积大,有时流道内物料可能占到总注射重量的90%。而且对于微注射制品应用而言,流道内的材料大多数情况下是不能回收再用的,材料浪费较严重。另外由于微注射制品的表面/体积比通常很高,模具在注射过程中必须加热到熔融温度以上以防止早期固化,使得生产周期延长。