微分注射高效實現(xiàn)微制品成型

來源：塑膠五金網(wǎng)發(fā)布時間：2014-03-26 09:25:31點擊率：

　　本文介紹了一種基于精密齒輪泵的微分注射機(jī)，詳細(xì)地闡述了微分注射成型機(jī)理，對比了微注射和微分注射基本成型工藝的不同，并通過實驗結(jié)果表明：微分注射成型可高效率地實現(xiàn)微制品的成型。

　　近些年來，微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)發(fā)展迅速。據(jù)NE的市場分析，MEMS的市場從2005年的330億美元增長到2009年的570億美元。MEMS的迅猛發(fā)展對微型制品的需求量激增。眾多塑料都可以通過改性等方式達(dá)到微型制品所要求的使用性能，使得塑料在微型制品的生產(chǎn)中占有重要地位。同時與其他材料相比，塑料微型制品更能滿足微機(jī)電系統(tǒng)制造過程中對成本的控制。

　　阿博格雙螺桿微注射模塊

　　微型注射機(jī)是塑料微型制品主要的成型設(shè)備，其設(shè)計、加工通常是在小尺度下進(jìn)行的，所采用的螺桿或者柱塞一般都小於20mm，加工難度大，成本高，使其價格居高不下。

　　微型注射機(jī)的注射單元

　　與傳統(tǒng)注射機(jī)相比，微型注射機(jī)的設(shè)計關(guān)鍵是實現(xiàn)對微注射量的精密控制。柱塞式注射結(jié)構(gòu)更有利於高精密的注射量控制，這使得柱塞式的注射結(jié)構(gòu)在微型注射機(jī)上得到廣泛的應(yīng)用?，F(xiàn)有的微型注射機(jī)主要采用直接、雙階和三階式的注射單元實現(xiàn)物料的塑化和精密計量。

　　部分微型注射機(jī)

　　直接式注射單元沿用傳統(tǒng)螺桿式注射單元的塑化和注射方式，通過小直徑的螺桿(通常小於20mm)配合高精密的位移傳感器實現(xiàn)物料的塑化與精確計量。此情況下，小直徑的螺桿加工精度及其機(jī)械強(qiáng)度的提高是螺桿式微注射機(jī)注射單元的核心。

　　隨著微型注射機(jī)的發(fā)展，螺桿與柱塞相結(jié)合的雙階法逐漸被采用。在這種注射單元中，螺桿與柱塞可以垂直布置，也可以成一定的角度(一般采用45°)布置方式。通過螺桿旋轉(zhuǎn)對物料進(jìn)行預(yù)塑化，在壓力的作用下將熔體輸送到柱塞室中。塑化結(jié)束後，螺桿與柱塞連接處的閥門關(guān)閉，柱塞將塑料熔體注射到模具的型腔中。通過對注射柱塞的精密控制可以實現(xiàn)更精確微型制品的成型。直接式和雙階式的微型注射單元應(yīng)用較廣泛，已形成成熟的商業(yè)化產(chǎn)品。

　　在2010年德國K展上，德國阿博格(Arburg)公司推出一種新型微注射成型模塊。該微注射成型模塊采用獨特的雙螺桿形式的注射單元。兩支螺桿呈45°空間布置。伺服電機(jī)驅(qū)動15mm或者18mm的螺桿進(jìn)行預(yù)塑化，并將熔體輸送到注射腔內(nèi)，利用8mm的螺桿進(jìn)行注射。為了防止物料的回流，注射單元設(shè)計了止逆閥和密封系統(tǒng)。值得一提的是，該微注射成型模塊可快速裝卸運用於阿博格其它型號的注射機(jī)上。

　　三階式微注射單元是由著名注射機(jī)生產(chǎn)商Battenfeld 提出的，并成功應(yīng)用於其微型注射機(jī)Microsystem50。該微型注射機(jī)的注射單元采用單螺桿雙柱塞的新型結(jié)構(gòu)，塑料顆粒由螺桿旋轉(zhuǎn)進(jìn)行預(yù)塑化，塑化的物料進(jìn)入到計量室，由一個帶有壓力傳感器的柱塞進(jìn)行計量。預(yù)塑螺桿與計量室間的通道有一旋轉(zhuǎn)閥來控制計量室的入口啟閉。計量完成後，旋轉(zhuǎn)閥閉合、注射柱塞後移打開注射室入口。隨後，已精密定量的塑料熔體被壓力柱塞推出射出室進(jìn)入到模具型腔內(nèi)。

　　雖然微型注射機(jī)發(fā)展日趨成熟，但是由於其零部件加工困難、價格昂貴，采用普通注射機(jī)進(jìn)行微制品成型成為一個研究的方向。

　　臺灣地區(qū)國立成功大學(xué)機(jī)械工程系張智仁等開發(fā)了一套外掛式微射出單元。該單元將柱塞射出機(jī)構(gòu)與模具設(shè)計為一體。采用伺服電機(jī)帶動滾珠絲杠的方式實現(xiàn)熔體的精確計量和注射。利用此外掛式微射出單元便可在一般往復(fù)式螺桿成型機(jī)上實現(xiàn)微注射的功能。國立成功大學(xué)機(jī)械工程系張沛欣對外掛式微注射成型模組不足之處進(jìn)行了進(jìn)一步的優(yōu)化。

　　Battenfeld三階式微注射單元

　　1)微分注射機(jī)微分系統(tǒng)

　　以下將介紹的是一種創(chuàng)新性的基於精密齒輪泵的微分注射機(jī)，通過微型制品的微分注射成型實驗，初步檢驗了微分注射成型的效果;微分注射機(jī)其可控注射量的多噴嘴可高效地實現(xiàn)微型制品的成型。

　　微分注射基本工藝流程

　　本文研制的微分注射機(jī)是在普通注射機(jī)主機(jī)的基礎(chǔ)上匹配微分注射單元。微分注射單元主要由微分系統(tǒng)和成型模具組成。微分注射機(jī)的主機(jī)采用合模力為600KN的海天注射機(jī)的基本配置，注射部件和合模機(jī)構(gòu)采用直角式的空間布置。微分系統(tǒng)采用獨立的控制器進(jìn)行對微分泵及其驅(qū)動電機(jī)地轉(zhuǎn)角等相關(guān)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置和控制。

　　物料通過注射螺桿旋轉(zhuǎn)塑化，熔融的物料在注射壓力的作用下進(jìn)入到微分系統(tǒng)并維持熔體壓力的恒定。熔體壓力達(dá)到設(shè)定值，觸發(fā)伺服電機(jī)旋轉(zhuǎn);伺服電機(jī)通過聯(lián)軸器帶動齒輪泵旋轉(zhuǎn)，通過齒輪泵的精密計量、增壓將塑料熔體通過噴嘴注射到模具型腔中。通過設(shè)定齒輪泵的旋轉(zhuǎn)角度，可控制進(jìn)入到模具型腔內(nèi)的物料體積。

　　注射機(jī)的微分系統(tǒng)設(shè)定三個熱電偶進(jìn)行齒輪泵、分流板、噴嘴的溫度控制。對應(yīng)齒輪泵的每個出口都配備一個噴嘴，每一個噴嘴均可獨立成型微小制品。為了便於不同制品的成型，微分成型模具采用模塊化型腔設(shè)計，便於成型制品型腔的快速更換。

　　微分注射機(jī)的工藝控制

　　微分注射機(jī)基本采用與普通注射機(jī)基本相同的工藝流程，但也會隨注射單元的不同而有所不同。

　　與微型注射機(jī)相比，微分注射機(jī)采用微分系統(tǒng)實現(xiàn)熔體的精確計量、分流，這也決定了在注射成型工藝控制方面有其自身的特點。其中齒輪泵的精密控制是確保微制品成型的關(guān)鍵，也是微分注射與常規(guī)的微注射大的區(qū)別所在。

　　在微分注射過程中，物料經(jīng)過螺桿的旋轉(zhuǎn)塑化形成熔體，螺桿將熔體經(jīng)分流板低壓注射到齒輪泵中，齒輪泵的入口壓力作為微分注射控制的觸發(fā)信號，在齒輪泵旋轉(zhuǎn)注射過程中始終檢測熔體壓力并確保壓力的恒定。與常規(guī)注射成型設(shè)定螺桿的終止位置相似，微分注射通過設(shè)定泵內(nèi)齒輪的旋轉(zhuǎn)角度實現(xiàn)注射量的控制。

　　微分注射成型實驗

　　為了驗證微分注射機(jī)的成型效果，本文進(jìn)行了初步的微分注射成型實驗。通過成型制品發(fā)現(xiàn)：微分注射可高效率地實現(xiàn)微型制品成型。

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