微量注塑机的现状与发展趋势

微量注塑机的现状与发展趋势

刘国锦游启业

广东伊之密精密注压科技有限公司广东佛山528300

摘要：微注射成型技术是微结构零件最主要的成型方式，受到了人们高度重视，微结构零件迅速发展对微量注塑机带来了新的挑战。阐述了微注射成型技术的产生背景，分析了微注射成型技术对注射设备的特殊要求，从微量注塑机的螺杆式、柱塞式和螺杆柱塞混合式塑化与注射单元机构和液压、电动和电液复合驱动方式等方面介绍了微量注塑机的发展现状并比较了它们的优缺点，分析了微量注塑机面临的挑战并展望了微量注塑机的发展趋势。

关键词：微量注塑机；现状；发展趋势

前言

随着微、纳米科学技术的进步，产品不断向微型化方向发展，特征尺寸为微米级的微机电系统技术(MEMS)受到了人们的高度重视。为了能够生产这类具有实用价值的微小零件，许多新兴制造技术随之产生，包括LIGA技术(即将光刻、电铸和模铸相结合的一种综合性加工技术)、紫外线光刻、电火花加工、微注射成型、精密磨削和精密切削等。但微结构零件生产面临的问题是如何改善和优化工艺条件，降低加工成本，实现零件的高速、高效、高精度、大批量生产。其中，始于20世纪80年代的微注射成型技术开创了精密微细结构零件低成本、大批量生产的新途径，成为世界先进制造技术的研究热点之一，是生产这类零件的主要技术。

1、微型注塑技术已经成为国内外的研发热点

时下，塑料制品在汽车、机电、仪表、航天航空等国家支柱产业及与人民日常生活相关的各个领域中得到了广泛的应用。塑料制品成形的方法虽然很多，但最主要的方法是注塑成形，世界塑料成形模具产量中约半数以上是注塑模具。注塑成型是塑料制品成型的一种重要方法。几乎所有的热塑性塑料、多种热固性塑料和橡胶都可用此法成型。我国目前注塑制品约占塑料制品总量的30%左右，注塑机占塑料机械总产值的38%左右。注塑成型可制造各种形状、尺寸、精度、性能要求的制品。微型注塑成型通常用于医疗、电信、计算机、电气等领域，医疗和电子器械越来越小型化，因此对人们希望制件可以做得越来越小。

塑料模具制造微注塑模具一般轻于1g，但产品所含部件的总重量仅0.01g。这些微注塑件的几何形态同大型注塑件的一样都是多种多样的。对于成型微型部件，有两套系统供选择。第一种是由合模装置、材料准备、注射装置、模具等组成的非标准注塑装置的组合部件。在这种情况下，模具配备了转板，从而可以从模具中取出完整的物件。第二种被称为变温注塑。基本原理是在每个循环内，将模具加热至被加工塑料的熔化温，以促进填充模腔。一旦模腔被充满，它又冷却下来了。为缩短冷却时间，尽可能少的阴模嵌件经受温度循环。余下的模结构被一直保持在脱模温度中。阴模嵌件依靠电加热，它的截面积决定着加热的强度。

微型模具可由微蚀或微加工来制成。用火花底蚀加工方法，半径可达20μm，粗糙深度可达0.2μm，而用线导电火花加工方法，半径达30μm，粗糙深度达0.1μm。与常规的模塑制品相比，除去购买许可证和增加设备的投资以外，微发泡模塑制品的平均成本可降低16%～20%。而这主要通过四个方面实现：微发泡注塑循环周期可减少50%，从而降低了加工成本。同时注塑制品的下脚料比例降低，设备的能耗也更低。对于相同类型的制品，微发泡注塑工艺可以使用更小和更少的机器，模具成本更低，从而降低投资成本。由于微发泡注塑制品的密度降低，可以设计具有更薄壁结构的制品，降低制品的材料成本。

由于减少或消除了常规模塑在合模和保压过程中产生的模内应力，因此微发泡注塑可以制备更平、更直和尺寸精度更高的制品，从而为制品的品质和价格提升提供了更大空间。

先进制造技术对注塑模具制造产生了重大的影响，反过来，注塑成型新技术的产生与发展也对制造技术不断提出了新的要求。随着微机电系统的产业生命线的进展，微细型注塑模具设计与制造技术的研究近年来得到了人们的重视，将信息技术与现代管理技术应用于制造全过程，未来注塑模制造将是以计算机辅助技术为主导技术，以信息流畅作为首要备件的有极强应变能力与竞争力的技术。随着MEMS产业化的进程，微注塑成型技术有着巨大的潜力和发展空间。微型注塑成型有许多优点，如工模具的成本可以更低，而且原料的成本也大大的降低，研究适合微型注塑模具和微型注塑机的成型理论和制造方法，寻找和研制适合微型塑料制件生产的塑料原料，以及开发相应的检测仪器设备，已经成为目前国内外的研究热点。

3、微量注塑机的现状与发展趋势

微注射成型技术发展之初，并未有专用注射成型机用于微型零件制造。生产实际中，通常采用传统的中、大型注射成型机配合多模腔模具设计实现零件制备，这不仅对模具的流道平衡设计要求很高，而且零件的成型品质也难以控制。因此，需要专用的注射成型机适应零件微型化和高精度的要求，与传统注射成型技术相比，微注射成型技术对生产设备有许多特殊要求，主要表现为以下几个方面：微注射成型零件质量、体积微小，注射过程要求在短时间内完成，以防止熔料凝固而导致零件欠注，因此成型时要求注射速度高。传统的液压驱动式注射成型机的注射速度为200mm/s，电气伺服马达驱动式注射成型机的注射速度为600mm/s，而微注射成型工艺通常要求聚合物熔体的注射速度达到800mm/s以上，利用聚合物熔体的剪切变稀原理，以高注射速度降低熔体的黏度，使其顺利充填微尺度型腔。

微注射成型零件的质量仅以毫克计量，因此微注射成型机需要具备精密计量注射过程中一次注射的控制单元，其质量控制精度要求达到毫克级，螺杆行程精度要达到微米级。而传统注射成型机通常采用直线往复螺杆式注射结构，注射控制量误差相对较大，无法满足微注射成型的微量控制要求，对零件成型品质的影响较大。微注射成型过程中注射量相当微小，相应注射设备的螺杆/柱塞的移动行程也相当微小，因此要求微注射成型机的驱动单元必须具备相当快的反应速度，从而保证设备能在瞬间达到所需注射压力。

按驱动方式分类，可分为液压/气压式驱动、全电式驱动和电液复合式驱动。液压/气压式驱动即塑化单元和注射单元的旋转/往复运动均靠液压/气压系统来驱动，其优点是所能达到的注射压力和注射速度高，可以满足微注射成型工艺的要求；缺点是控制精度较差。全电式驱动即设备所有单元均采用伺服电机驱动，其优点是控制精度高，反应速度快，对环境污染小；缺点是伺服电机输出的推力有限，所能达到的注射压力和速度不高。电液复合式驱动即将液压式驱动的高注射压力、注射速度与全电工驱动的精确控制和快速反应相结合，作为系统的驱源。按塑化和注射单元的机构设计分类，可分为螺杆式、柱塞式、螺杆柱塞混合式及其他特殊形式。

为了实现经济型生产，自动化解决方案在生产过程中至关重要。对微型注塑机来说，需要将相关设备完美地集成在生产线中。在此，控制设备发挥着十分重要的作用，同时需要符合以下条件：能与周边设备集成为一个整体操作单元；编程简便并可以显示复杂流程的总览图示，其中包含所有的重要参数；具有极高的过程安全性和广泛的监控功能，以充分保证制品质量。简而言之，中央控制系统要能够在高度复杂的生产工艺中最大限度地保证操作的简便、精确和制品的高质量。

结束语

总之，微注射成型技术的发展依赖于微量注塑机的发展，虽然微量注塑机的研制发展历史并不长，但它是一个极具发展潜力的技术领域，开展这领域的研究不仅可以带动传统注射成型技术的发展，同时也可以促进MEMS的开发和应用。

参考文献:

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[2]邹志恒.注塑机拉杆断裂的原因及改进措施[J].橡塑技术与装备.2017(10)

[3]容晓.注塑机故障模拟系统设计方案[J].产业与科技论坛.2017(10)