塑料注射模精密成型技術與蒸汽輔助技術

        蒸汽輔助技術，蒸汽輔助技術是一套針對注射生產中的諸多復雜因素而開發出來的。它從模具結構的設計和加工工藝著手，利用蒸汽，冷卻水，壓縮空氣、抽真空等手段的科學協調控制從而可以迅速提高模具溫度、快速散熱。

如何提高注射成型技術水平，生產出高精度的塑料制品，創造附加值高的產品，是所有公司努力奮斗的目標。精密注射成型技術，是許多相互關聯技術的組合，應該從制品結構的合理性、塑料原料的質量、處理方法、加工環境、注射機性能、模具質量、注射成型工藝條件的設定等一系列因素來綜合考慮。才能取得*佳的效果。精密成型技術是通過注射成型得到高精度的塑料制品。本文所談到的精度，除了尺寸精度外，還包括制品表面質量，如收縮、凹痕、熔接痕、粗糙度、平面度等。      
      如何做到精密成形如何提高注射成型技術水平、生產出高精度的塑料制品，創造附加值高的產品，是所有公司努力奮斗的目標。精密注射成型技術因此受到廣泛重視。為了得到高精度的塑料制品，需要從四方面去努力，一是產品結構要合理，二是制造精密的模具，三是采用上等的塑料，四是采用精密的注射成形工藝。     

        下面主要就精密模具的設計與制造及精密注射成型工藝談談自己的經驗，供同行參考。

                        精密模具的設計與制造

       精密模具應該具備下列條件：優良的模具結構,對于結構較復雜的模具，其成功與否，80％取決于模具結構是否合理先進。因此，要設計及制造精密模具，首先要有一支高素質的模具設計工程師隊伍。

       零件及模具的*終精度，還取決于模具零件的加工精度及模具裝配的高精度。要做到這一點，應該有先進的加工設備和加工工藝。模具要有足夠的剛性模具在注射過程中承受強大的鎖模壓力及脹型力，模具必須有足夠的剛性才不會變形。為此具必須有良好的導向定位系統，模具尺寸；材質；熱處理方法；熱處理硬度等諸多方面都必須做到*好。

        成形制品快速且均勻的冷卻,塑料注射模具可說是一部熱交換器，塑料原料經過加熱、塑化，再經模具成形后，呈急速的冷卻，應該有一定的規則，否則結晶化的溫度、時間、速度、都會受到影響。均勻的冷卻，可防止塑件各部位因收縮率不一致而導致制品的變形。快速冷卻可以降低注射周期，提高模具的勞動生產率。要做到這一點，模具必須有良好的冷卻系統，將模溫控制在一個合理的范圍之內，使塑料原料在填充、冷卻過程中，不因模溫的過高或過低，而失去應有的特性。在精密注射成型中，應特別重視模具的溫度控制。

     膠料在模具內充分均勻的冷卻并不容易，常因壁厚不均而有不均勻的冷卻。模具設計時要充分注意這一點，在厚壁部分一定要有冷卻水通過。*新的精密注射技術“蒸汽輔助技術"是*有代表性的模具設計控制理念。通過對模具型腔的有限分析，設計出沿著型腔面分布的冷熱交換系統，可以*大限度的提高模具成型周期中各階段的熱交換率，從而*大限度的提高產品的質量同時縮短成型周期，

    合理的澆注系統，通常塑料由高溫進入溫度較低的模具中，為使受到相當程度冷卻的塑料原料能順利的進入型腔內，并減少制品的充填不足、接合線、收縮凹陷等**狀況，都想盡量加大流道的面積，流道面積加大，中心部熔膠能流通的面積也相對加大。但卻忽視了如下兩點：

 一、是流道面積加大后，塑料的流速成平方關系下降。流速下降，料在流道停留的時間成平方倍數的增加，反而增加塑料的冷卻，從而阻礙熔膠的流動。如果我們想一下澆口的面積那么小（比流道的面積小了很多），塑料照樣可以流進型腔內，為甚么流道需要那么大的面積?

 二、是流道截面加大，流速減緩，較易冷卻，相反的，如果將傳統的流道面積取小，會因熔膠在流道中的流速成平方關系的增加，可將冷卻減至*低的程度。    

      因此流道面積取小，反而有助于熔膠在流道中的流動。因溫度的上升，在型腔填充過程中所生的質量缺陷（如接合線達等），可減至*低的程度。至于澆口的設計，對于中、大型制品，應少用側澆口，因熔膠由較大的面積，忽然進入較小的面積時，會有短暫停留的現象，因而產生冷凝作用，對走膠不利。  

     正確協調的模具動作，可以減少或杜絕故障的發生。不協調的模具動作可能會給模具帶來災難性的后果。模具在生產的每一個循環中，均須有穩定且可靠的機構來保證其動作的協調，如定距分型和先復位機構等。  

     上等的模具鋼材，內模成型零件在長期的生產過程中會受到高溫、高壓、高速熔膠的磨損，成型零件必須耐磨、耐壓和耐沖擊，型腔表面必須有足夠的硬度，使模具具有足夠的壽命。對于注射模具，質量永遠要擺在**位，成本是次要的。    

      排氣良好，高速成形過程中，為得到良好的制品表面，必須有良好的排氣結構。大家都很了解排氣槽的重要性，遇到填充**的問題，很快的就會想到排氣的問題。但是排氣槽的設計，應該注意下列事項：

（1）熔膠前端為一種很稠的乳膠狀物質，極易堵塞設在分模面的排氣槽，尤其是鎖模力大時，這種現象更明顯，因此理想的排氣槽，應該在與分模線垂直的位置上，如頂桿、鑲塊上。

（2）在料流的末端、鑲件上和分模面上做排氣槽比較簡單，但如果空氣積聚在成品的中心，排氣槽便難以制作。此為澆口數目及位置的設計不當所致。

（3）如果困氣不明顯，只在成形制品表面呈現一條熔接痕，可在芯型或是鑲拼零件上，對準熔接痕位置上開一排氣槽。  

精密注射成形工藝

     許多人認為要得到精密膠件，只要設計和制造精密的模具就可以，其實這是一種偏見。精密的模具只是精密注射成型技術中其中的一環，還有許多很重要的因素需要引起我們的重視。有時精密成型并不一定需要高精密度的模具，一般品質的模具，如果配合正確穩定的注射成型條件，一樣可以得到尺寸穩定性高，性能良好的塑料制品。

下面詳細談談這些因素對制品尺寸精度的影響：
    風的影響
   塑料冷卻的變化，直接影響制品的收縮率。我們只注意注塑機的料筒溫度控制，而沒有注意到風的方向速度對料筒、噴嘴及模具溫度的影響。嚴格地說，生產精密塑料制品的工廠里，電風扇應受到管制，不能任意使用，否則會導致料筒及模具溫度的不平衡，從而影響塑料的塑化和制品的收縮率。 

溫度
塑料原料加熱注入模具后，急速冷卻，一部分的熱量由冷卻介質帶走，一部通過輻射和對流進人大氣中；同時料筒也散發出大量的熱到大氣中。如何控制機房的溫度，如何在廠房的上層適度的抽風，或藉大氣空氣流動帶走上面的熱空氣，并且在廠房的底層注入冷空氣，是非常重要的。如果能在機房加裝適當的空調，將廠房溫度控制在27℃左右，則為精密成形創造了非常必要的條件。
環境、氣候（晴雨天、溫度、濕度的影響），風的大小、方向，暖房、冷氣、塵埃，冷卻水量的變動，水溫的變化，水垢的影響，都會對制品精度產生影響。因此塵埃的去除，料筒的加蓋（及靜電除塵），地面的清掃，循環水流壓力大小，電壓的穩定性等，都是不可疏忽的因素。
時間
  春、夏、秋、冬氣候的變化，冷卻水溫度的差異都會影響模具溫度，進而影響制品精度。如果白天、晚上生產制品的質量有差異，或者周一、周六生產的制品質量上有差異，也可以判定，問題出在模具溫度和環境溫度的不穩定。在休假日后開機生產，模具溫度還沒有升到固定的范圍內，就開始生產，如此做出來的東西，很少會有合格品。
材料
   材料質量的穩定性，品牌的差異，回用料的使用、干燥的方法（時間、溫度的控制等），染色配色的方法等，對制品質量會有很大影響。高精度制品對表面質量（如流痕、粗糙度、透明度等）要求比較嚴格，對于材料的干燥技術也特別講究。但是一般都只注意到干燥的溫度與時間，甚至為了達到干燥的效果，不惜提高干燥溫度，這是**錯誤的。溫度提高，易造成材料降解變質，尤其對熱敏性塑料，如PA、PVC、POM和EVA 等，更為嚴重。正確的方法，應該是稍微降低干燥溫度，延長干燥的時間。
   還有一點必須特別注意：在密閉的容器內干燥，水氣沒有過濾去除，而進入的空氣并沒有除濕，經過加熱后，空氣的相對濕度降低，**濕度卻沒有改變。由于在空氣內的水分并沒有減少，怎么能達到干燥的效果呢?因此，如何做到除濕干燥，乃為精密成形技術不可或缺的一環。
注射機
   注塑機的性能、廠牌的差異、注塑機的磨損、老化、使用方法、計測儀器、計器方法、溫度控制器的種類、性能、冷卻介質（油、水）、冷卻介質的流速、流量及電壓的穩定性等，也會影響到制品質量。自動化的注射機，可彌補成形技術的不足。但如果具備熟練、高超的注射成型技術，并不一定需要自動化的注射機。目前工廠使用注射機易疏忽的有二項：
   
 一是使用過大的注射機來成形。注射機過大，料簡的容積也隨著加大，使得塑料在料筒內停留的時間過長，因加熱時間過長而變質，直接影響制品的精度。
    “額定注射量：x克"。假設某注射機的額定注射量是300 克，而制品的重量是200克，表面看來無任何問題，其實卻忽視了額定注射量的單位是克／分。因此，還須再計算制品每分鐘的生產重量，是否超過額定注射量?如果超過，會造成材料在料筒內有塑化不均的現象。沒有充分熔融，就被射出成形，結果一定影響制品質量。
 另一項被疏忽的，就是未能注意注射機規格中的
    模溫控制對制品質量的提高至關重要，除了模具設計時必須重視外，模具生產時還要注意以下幾點：模具溫度控制
（1）冷卻水的溫度不應太低。如果冷卻水的溫度過低，將導致模具的溫度相對偏低，如此對熔膠的填充、流動很不利，*終對制品質量會造成很大的影響。一般常用的水溫為室溫及5℃左右的冷水，比應該使用的水溫低了很多，如此對結晶性塑料（如尼龍、POM、PBT、PPS 等）影響很大。
（2）為了使冷卻水能充分的帶走模具中的熱量，正確的做法就是：
       A．按R e=8 000～10000（亂流的標準雷諾數）的標準，來計算水的流速及冷卻水管的表面積。
     B
 ．以能產生湍流的水速帶走模具的熱量，而不是降低水溫、以大的溫差帶走熱量。因為溫差（模溫與水溫之差）過大，極易造成模溫的不均，導致成形品的變形。
C，當模溫很高，接近100"C 時，可以使用加壓的水來做熱交換工作，而不能用油來冷卻。因為油的粘度的很高，比重輕，雷諾數（Re=dvp／ n）很難達到湍流的標準，而在層流的
情況下，便很難充分帶走模具的熱量。    
射出成形條件   溫度、成形壓力、速度、周期、成形條件的穩定性等直接影響制品的質量。
（1 ）成形壓力
   因填充不易，一般都可以提高射出壓力來克服，不過壓力一大，就容易產生飛邊，即使再好的模具也無法避免飛邊的產生。壓力太大，除了易生飛邊外，還因內應力的增加，極易造成制品的變形。
   另外，適當降低料溫（防止料過熱變質），同時提高螺桿的旋轉速度，利用剪切及摩擦產生的熱量，亦有助于成品填充，改善制品的成型質量。
（2 ）成形周期
   成形周期過長，熔膠在料筒內停留的時間過長，塑料易發生降解，從而破壞了塑料原有的特性。成形周期過長，也降低了模具的生產率。
   因此為了節省成本；提高產量，很少有人會無緣無故地增加成形周期，但是下述情況是另外：   1）為了改善成形品變形及收縮凹陷現象，常以增加冷卻和保壓時間（即延長成形周期） 來克服。   
 2）制品壁厚不均。為了使厚度大的部分達到充分的冷卻效果，常常以延長成形周期來克服。
    （3）成形溫度,為使塑料在料簡內充分熔融，提高溫度有助于塑化的程度，但是溫度的提高，很容易造成材料的降解。*好是適度的降低料溫，比平常用的溫度再降5～10％，不足的部分，改由提高螺桿的旋轉速度（進而提高注射速度）的方式來補足。因為螺桿的旋轉速度的提高，可以增加塑料分子之間因剪切和摩擦而產生的熱量，此熱量足以彌補料溫的不足。由于摩擦生熱只是瞬間，塑料不會發生降解，并且因料筒旋轉產生的摩擦熱比較均勻，不會有局部過熱的情形發生，值得同行一試。