近年來,微型制品的需求越來越多,無(wú)論是電子行業(yè),鐘表業(yè)還是軍工行業(yè)中,都有大量的微小注塑件的需求,這些注塑制品在尺寸和精度上的要求都非常高。
在這樣的前提下,微型注塑工藝也就面臨著巨大的挑戰(zhàn),如何才能讓注塑件滿足微米級(jí)的尺寸要求,同時(shí)還要具備良好的外觀和性能呢?下面我們針對(duì)微型注塑在模具、設(shè)備、材料、工藝等方面與傳統(tǒng)注塑的差別做一簡(jiǎn)單介紹。
注塑車間
微型注塑在模具加工方面通常有兩種趨勢(shì):
第一種是采用鏡面火花機(jī)加工,為了確保高精密度,最好要使用石墨電極進(jìn)行電火花加工,因?yàn)槭姌O的損耗比普通的銅電極要小很多。
第二種比較常用的加工方式是采用電鑄模,采用電鑄工藝可以確保非常高的精度,但缺點(diǎn)是加工周期長(zhǎng),每一穴都要獨(dú)立加工,還有在生產(chǎn)中如果有輕微損傷無(wú)法修復(fù),只能重新更換損壞的穴位。
在模具方面,模溫也是微型注塑的一個(gè)很重要的參數(shù)。面對(duì)高端需求的客戶,目前比較常用的做法是借用高光注塑領(lǐng)域的理念,導(dǎo)入快速加熱與冷卻系統(tǒng)。理論上,高模溫對(duì)于微型注塑很有幫助,比如可以防止薄壁填充困難、缺料,但是過高的模具溫度又會(huì)帶來新的問題,比如周期加長(zhǎng)以及開模后收縮變形等。因此導(dǎo)入新的模具溫控系統(tǒng)顯得相當(dāng)?shù)闹匾?/strong>,在注塑的過程中模具溫度可以提高(可以超過所用塑料的熔點(diǎn)),使得熔體能快速充滿型腔,防止熔體在充填過程中溫度降低過快而造成充填不全;而當(dāng)脫模時(shí),模具溫度又能迅速的降低,保持在比塑料熱變形溫度稍低的溫度內(nèi),然后再開模頂出產(chǎn)品。除此之外,由于微型注塑成型的重量為毫克級(jí)的制品,如果采用普通澆注系統(tǒng)來注塑制品,即使是在作了最優(yōu)化改進(jìn)后,制品和澆注系統(tǒng)內(nèi)的物料質(zhì)量比仍為1:10。只有不到10%的物料被注塑成微型制品,產(chǎn)生大量澆注系統(tǒng)凝料,所以微型注塑應(yīng)該采用熱流道澆注系統(tǒng)。熱流道系統(tǒng)
在材料選擇方面,建議在開發(fā)前期就能夠選擇一些粘度低、熱穩(wěn)定性好的通用工程塑料。
選擇低粘度的材料是因?yàn)樵诔涮钸^程中熔體的粘度低,整個(gè)澆注系統(tǒng)的阻力就相對(duì)小,填充速度較快,能保證熔體順利充滿型腔,熔體溫度也不會(huì)有明顯的降低,否則在制品上容易形成冷接縫,而且在充填過程中分子取向少,所得制品的性能比較均勻。
要求塑料的熱穩(wěn)定性好的理由則是由于物料長(zhǎng)時(shí)間停留在熱流道內(nèi)或受螺桿剪切作用容易造成熱降解,尤其是對(duì)熱敏性塑料,即使在很短的循環(huán)時(shí)間內(nèi),也會(huì)因?yàn)槲锪献⑸淞啃?,在澆注系統(tǒng)內(nèi)的停留時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng),造成塑料一定程度的降解,因此熱敏性塑料不適合微型注塑。
如果選擇高粘度塑料,不僅填充較慢,而且補(bǔ)料時(shí)間較長(zhǎng),由于補(bǔ)料引起的剪切流動(dòng)容易使鏈狀分子沿剪切流動(dòng)方向取向,在這種情況下冷卻到軟化點(diǎn)以下時(shí)取向狀態(tài)被凍結(jié),而這種在一定程度上的凍結(jié)取向容易造成制品的內(nèi)應(yīng)力,甚至引起制品的應(yīng)力開裂或翹曲變形。在設(shè)備選用方面,由于微型注塑件尺寸大小為微米級(jí)別的制品,宜選用注射量為毫克級(jí)的注射機(jī)。
這類注射機(jī)的注射單元一般采用螺桿-柱塞組合式,由螺桿部分完成對(duì)物料的塑化,并由柱塞將熔體注人到型腔。螺桿柱塞式注塑機(jī)可以結(jié)合螺桿的高精度與柱塞設(shè)備的高速度,可以確保生產(chǎn)過程的精度和填充速度。
此外,這種注射機(jī)通常由合模導(dǎo)向機(jī)構(gòu)、注射系統(tǒng)、氣動(dòng)脫模機(jī)構(gòu)、質(zhì)量檢測(cè)機(jī)構(gòu)和自動(dòng)包裝系統(tǒng)組成。良好的質(zhì)量檢測(cè)系統(tǒng)可保證微型精密注塑制品的成品率,監(jiān)控整個(gè)過程中的參數(shù)波動(dòng)情況。
最后,我們看下微型注塑在注塑工藝方面的要求。
在注塑工藝上,我們需要考慮澆口的氣痕與應(yīng)力問題,通常需要采用多級(jí)注塑,確保材料能夠處于穩(wěn)流的狀態(tài)填充。
除此之外,還需要考慮保壓時(shí)間的大小,太小的保壓壓力會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品的收縮,但是過大的保壓又會(huì)導(dǎo)致應(yīng)力集中,以及尺寸變大等問題。
另外,材料在料管中停留的時(shí)間也是需要嚴(yán)格監(jiān)控的,材料在料管中停留時(shí)間太長(zhǎng),會(huì)導(dǎo)致材料的降解影響產(chǎn)品的功能。建議在工藝參數(shù)管理上要進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)管控,每個(gè)產(chǎn)品在量產(chǎn)前最好能夠做DOE驗(yàn)證,生產(chǎn)中所有的改動(dòng)都要重新進(jìn)行尺寸和功能的測(cè)試。
微型注塑作為注塑領(lǐng)域中的一個(gè)分支,正朝著高尺寸精度,高功能需求,高外觀要求的方向發(fā)展,只有通過模具、設(shè)備、材料、工藝等各個(gè)流程的嚴(yán)格控制和技術(shù)不斷提高才能滿足巿場(chǎng)的發(fā)展。