一、历史的回顾和现状
从20世纪50年代技术创新推出了螺杆式塑料注射成型机至今已有50多年的历史。目前在工程塑料业中80%的塑料制品采用了注射成型。近年来汽车、建筑、家用电器、食品、医药等行业对注塑制品日益增长的需要,更推动了注射成型技术水平的发展和提高。中国塑料机械2000年销售额在70亿元金额左右,以台数记约为8.5万台,其中40%左右是注射成型机。从美国、日本、德国、意大利、加拿大等主要生产国来看,注塑机的产量都在逐年增加,在塑料机械中占的比重大。
(一)注塑机的技术水平及发展趋势
从注塑机问世起,锁模力在1000~5000 kN、注射量在50~2000 s的中小型注塑机占绝大多数。到了20世纪70年代后期,由于工程塑料的发展,特别是在汽车、船舶、宇航、机械以及大型家用电器方面的广泛应用,使大型注塑机得到了迅速发展。其中以美国为明显,在1980年全美国约有140台10000kN以上锁模力的大型注塑机投入市场,到1985年增至500多台。日本名机注塑机(Meiki)公司则成功地制造了当今世界大的注塑机,其锁模力达到120000 kN,注射量达到92000 g。
20世纪80年代以来,CAD/CAE/CAPP/CAM计算机应用技术在塑机制造业的广泛应用,促进了中国注塑机研发和制造水平的高速发展。中国一批高新技术企业都相继引进美国EDS公司的UGS软件和PTC公司的计算机辅助设计和分析等软件,实现了三维立体参数化建模,机构运动模仿,对关键零件分析,对高应力区的应力分布、应力峰值、危险区域等进行准确的分析计算,帮助设计人员迅速地了解、评估和修改设计方案,保证了重要零件的结构合理性和可靠性;实施了CIMS工程,实现了生产计划、物料、成本等计算机集成管理;引进IMAN系统,实现了产品技术数据的创建和跟进,产品结构和版本,产品属性和关联数据的查询以及信息传递等计算机集成管理。
从目前的全部水平来看,注塑机的移模速度已从过去的20~30 m/mn提高到40~50m/min,高的甚至达到70m/rain 注射速度从过去的100mm/s提高到现在的250mm/s,有的达到450mm/s。日本制钢所研制的电动型注塑机达到9001nm/s。注射压力从过去的120~150MPa提高到目前的180~250MPa。日本的SN120P机已达到460MPa,它生产的制品收缩率几乎为零,制品公差可保证在o,02~o.021TIlll,壁厚可达到o.1~o.2lnlTl。节能方面,从过去的流量比例和压力比例控制发展到变量控制或定量控制。变频调速控制、伺服控制技术的注塑机,其能耗仅为传统机器的30%。注塑机的效率高率主要体现在工作节拍快,制品周期短,普遍比过去提高24%以上。效率高注塑机的开模与预塑一般都是同步完成,开模过程中同时完成抽芯和顶出。日本展览会上快的注塑机,其工作周期只有l s。注塑机的控制技术历经了继电器、接触器控制及可编程控制器控制和专项使用计算机控制的发展过程。自20世纪60年代末美国费洛斯公司首先应用计算机控制技术开始,经过20世纪80年代以后的高速发展,它已经不再是简单的动作控制,而是包括熔体温度、注射压力、注射速度、保压时间、冷却过程及液压回路等各种参数的综合控制。注塑机过去大多数采用开环控制,目前正在向闭环控制方向发展。德国克劳斯马菲公司的PM控制系统,通过合模力、模腔压力和充模过程的控制,使制品质量的误差到O.15%。
目前注塑机发展的另一个重要方面,是各种专项使用注塑机,如排气式注塑机、发泡注塑机、多色注塑机等。以加拿大HUSKY公司为代表的瓶坯机、包装机,集中体现了高新技术含量的特征。该公司推出的低压注塑成型技术,在锁模力只有传统技术1/3时,仍可高质量地保证制品成型,这使得机器的体积和质量都大幅度降低,在节能和制品成本控制方面都具有重大意义。
(二)准确注塑技术水平及发展趋势
准确注塑是指塑件的尺寸精度达到o.01k0.001mm的注塑。有关资料表明,20世纪80年代的准确塑件在整个注塑产品中所占的比重约为1%,20世纪90年代则为10%左右,特别是近几年来,随着VCD、DVD以及微电子通讯产品的迅猛发展,这一比例有急剧上升之势。一些注塑设备生产厂家,为了适应这一发展,加大了准确注塑机及其辅助设备的研制开发力度,不断推出适于准确注塑的新机型。如1998年10月在德国杜塞尔多夫举办的第14届全部塑料与橡胶展览会上,日本NISSEI公司推出的DVD注塑机,德国BATTEN FELD公司推出一种伺服电动注塑机,用来生产质量为2mg、植人人耳的高精度传感器,DR-BOY公司的12M型及AR-BURG公司的JUBILEE等注塑机厂都推出了新的注塑机。
生产微电子产品的高新技术企业,所使用的塑件体积小、壁薄、尺寸精度高,曾先后引进了一大批性能优良的适合于准确成型的注塑机及其辅助设备。如德国AR-BURG公司的注塑机,COCH公司的除湿干燥机,瑞士GROSSENBACHER公司的模温控制器等。
通过实践认识到,要一体了解准确成型技术,必须考虑以下几个问题。
1.高精度的注塑设备
准确塑件的发展必将对注塑机等塑料成型设备提出更高的要求,使它们向着品种多、规格全、质量稳定可靠、自动化程度高、快速效率高、高精度、节能省电、低噪声方面发展。准确注塑需要高精度的注塑机械,例如要注塑精度为o.01~o.001 mm的塑件,就要求注塑机压力、流量、温度、计量等都能控制准确到相应精度,采用多级或无级注塑,保证工艺的再现条件和制品的重复精度等。
目前,世界上先进的注塑机一般都采用微电脑处理的全闭环控制系统,此系统包括;键盘输入、屏幕显示、系统运行、系统检测、信号反馈及校正等。操作人员可根据屏幕上显示的问题输入指令或数据,如:机筒温度、开合模距离、注射压力、注射速度、保压压力、冷却时间、顶出次数、生产周期、模腔数、生产总数等。数据或指令输入完毕后,系统便会按照输人的数据或指令运行,同时微电脑处理系统开始监视和检测系统实际数据和设定数据是否一致,如发现两者有差异则迅速反馈给处理系统予以及时纠正。这样既保证了塑件的再现性及重复精度,又可实现快速调机。同时机床上备有磁盘数据存储器,可将当前生产数据储存,以便下次生产时再用。
目前,一种更先进的注塑机已开始进入市场,那就是全电动式注塑机,这种注塑机相对于传统液压式注塑机有许多优点,包括:节能、整洁、安静、精度高及可重复性高等。所以,对于要求高准确的注塑制品,它比传统液压式注塑机有更好的性能。试验表明,电动式注塑机的可重复性比液压式注塑机高出50%,这对于保证制品质量稳定大有好处。
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