精密就是高的重復性。成品與成品之間的尺寸、厚度、重量、機械強度等特征的一致性高,被限制在較狹窄的范圍內。有表面缺陷的成品都不能屬于精密的。
精密與準確
精密又稱精確(英語為precise),與準確(英語為accurate)是兩個獨立的概
念。從手表及射擊的例子說明。
手表
精確的手表每天的中午都指示相同的時間。不精確的手表不是每天快了少許便是慢了少許。
準確的手表在中午時顯示12:00:00,一秒不差。由于手表的顯示是可調的,任何手表都可以在一個的時間顯示準確時間。精確的手表更能在以后的時間顯示準確時間。
由于時區(qū)的分別,一個準確及精確的手表到了另一時區(qū),便不準確。調整時差后,又回復準確。
精確是手表的特性。在設計時考慮了很多(如溫度)影響精確性的因素,作出補償。手表商的廣告都強調手表的精確性,而非準確性。
精 確 手 表 | |||
YES 優(yōu)質 | NO 劣質 | ||
準確手表 | YES | 永遠正點 | 只在調校的 一秒顯示正確 |
NO | 起步不準, 以后也不準 | 永遠顯示 錯誤時間 | |
射擊
射擊強調準確。
一位好的射擊手打靶精確。配上調校好的,。配上調校錯誤的,全部落空。
以重量代表
很多研究證明,成品重量的重復性能代表尺寸、厚薄等多種特征的重復性。由于測量重量既快,解像度又高,重量的重復性便成為見的重復性指標。
如W代表重量,重復性以(W—W最小)/W平均或σ/W平均計算,其中σ是標準偏差。此值越小,重復性越高。粗略來說,
1%是一般開環(huán)注塑機能達到的。
0.1%是精密注塑機能達到的。
為何會有偏差
塑料的偏差、溫度的偏差及注塑的偏差是主要做成重量偏差的原因。能限制偏差便能達到精密注塑。
塑料
塑料是高分子量的聚合物,有長短不同的分子鏈,沒有一個恒定的分子重量,只有一個范圍以內的分子重量。分子重量影響著塑料的全部特性,包括密度、玻璃轉化溫度、粘度、機械強度等。
由于聚合過程控制得宜,優(yōu)質的塑料有較狹窄范圍的分子重量。
“晶點”是成品的一種缺陷,是由於高分子量的粉末狀塑膠有高的熔點,未能塑化而成。用過濾來解決。
注塑過程會使塑料降解,破壞了分子鏈,分子重量便降低,做成再生料流動性較佳的原因。
粉碎成品而得的再生料,顆粒狀的尺寸參差不齊,如沒過濾的話,能小如粉末。不同大小的顆粒,小的吸熱比大的顆粒快,故熔化得快。
“拉粒”將再生料的顆粒均勻化,使加料更穩(wěn)定,但拉粒過程將塑料熔化,亦增加了降解。
采用比例閥混合再生料于新料中,精確性只有1% 。電子磅秤重的方法會更好。
塑料批與批之間是有偏差的。不同工廠生產的同一型號、塑料亦不盡相同。倉庫的進出,宜用*先出法。
溫度
溫度分塑料溫度、模具溫度、壓力油溫度及環(huán)境溫度等。
塑料溫度
塑料熔融的溫度極大程度影響它的流動性。
注塑機是利用旋轉螺桿的壓縮段螺紋與塑料顆粒磨擦生熱及料筒加熱瓦的傳導將塑料升溫的。
塑化時螺桿的旋轉慕求保持恒速的,而背壓亦保持恒定。故理論上,磨擦生熱也是恒定的。
料筒加熱是經過厚壁的料筒導熱至跟料筒內壁接觸的塑料。在料筒的設計存在幾個問題。
料筒的厚壁延遲了熱的傳導,控制失宜會做成溫度波動。
我們只能測出電熱偶位置的料筒溫度,并不能測出塑料的溫度。理論上,電熱偶孔越深,測出的溫度便越接近塑料溫度。
有個別廠商在噴咀處使用與內壁看齊的電熱偶。
通常只有注塑對溫度敏感的硬PVC才會采用料筒吹風冷卻,但在精密注塑亦適宜,能在超溫時盡快降溫。
保溫罩在保持塑料恒溫是十分有用的,能減少環(huán)境(如風扇、室溫)的影響,不要拆除。
加熱區(qū)之間有交叉影響,但可用溫控方法解偶。
PID溫控是常用的溫控計算方法。PID的參數是否優(yōu)化是關鍵的。PID亦有很多變種,如模糊PID,可以降低開機升溫時的溫度超越及穩(wěn)定后的溫度波動。
冷水環(huán)處的料筒溫控不宜忽略。此處保持塑料的固態(tài)對壓縮段的磨擦生熱是很有關系的。
模具溫度
模具的溫度是由注入的熔融將它提高,由流過模具的冷卻液將它降低。
全自動操作比半自動操作精密,是由于前者是去除了人為的不穩(wěn)定因素。操作員開門、取件、關門的時間有偏差,便影響了以上的熱平衡,從而影響模具的溫度。同樣,料筒內熔融溫度亦受影響。故采用機械手取出,維持全自動操作,比半自動操作精密。
模具溫度影響成品的精密性是顯而易見。如果采用機鉸鎖模,還會影響鎖模力,從而影響成品的厚薄。
機鉸鎖模是靠兩板空間小于模具厚度(產生干擾)拉長拉桿而形成的。由于模具冷縮熱脹,模溫影響了模具的厚度,便影響了鎖模力。號稱精密的全電機,是用機鉸鎖模的。解決辦法是多加鎖模力測量。當鎖模力超過某個范圍外便作出鎖模力調整。
直壓鎖模的注塑機,鎖模力不受模溫影響(亦不受油溫影響)。
一般的冰水機或模溫機只對媒體進行溫控。當管道泄漏、堵塞或破裂,模具溫度便不受控制。宜在模具的多點用磁石吸附的溫度表探溫,并經常注意并紀錄之。
以冰水機為例,除冰水溫度外,冰水流量及壓力亦影響冷卻效果,亦要保持恒定。冷卻冰水機的水塔水溫度、流量及壓力亦有“二次”的影響。水溫受天氣影響(溫度與濕度),流量及壓力受其他共用注塑機及冰水機使用與不使用影響。
多腔的模具宜用獨立(並聯(lián)式)的水道接法,而非串聯(lián)的水道接法。否則下游的冷卻效果比上游的差,腔與腔之間的冷卻效果便不一致。
油溫
油溫影響壓力油的黏度,從而影響動作的速度。
黏度低則阻力低,故速度會變快。然而黏度低則滲漏大,這就降低了速度。
要保持冷卻水的溫度,使流量及壓力恆定。冷卻水要清潔,沒有水藻,是軟水,降低水垢在冷卻器管壁上形成。
全電機標榜的就是不受油溫影響精密性。
環(huán)境
沒有空調的車間,日班與夜班生產的成品受了室內溫度的影響而不一致。
在寒冷的冬天,車間的大門偶然打開便讓冷空氣進入,影響環(huán)境溫度。
拉桿、模溫、料筒溫度及噴咀溫度都受環(huán)境溫度影響。
拉桿的冷縮熱漲影響了機鉸鎖模的鎖模力。
由于噴咀沒有保溫罩,它受搖頭風扇的影響。
需要干燥的塑料只使用料斗干燥器,干燥效果不穩(wěn)定。這是由于熱空氣來自大氣,其濕度因天氣而異。除濕干燥機將料斗干燥器出口的空氣除濕后,再輸出給料斗干燥器循環(huán)使用,便與大氣的濕度絕緣。
注塑機
注塑機注塑部份:螺桿料筒、螺桿頭止逆環(huán)介子、法蘭射咀的精密度配合度。
注塑機的功能及設計,多方面影響成品的精密性。
注射量
注射和保壓是兩個影響成品重量的過程。
注射含“充填”及“壓緊”兩個部分。“充填”將模腔容積的95-99%填滿。其余及超額的容積在后繼的“壓緊”填進去。
由于熔融是可壓縮的,填進去的熔融容積比模腔容積大。若在壓緊時模腔壓力的峰值不穩(wěn)定,壓進模腔的熔融量便有多有少。
一般的電腦注塑機均有“時間注射”及“位置注射”可選,甚至有“位置及時間注射”功能。
“時間注射”的精密度。熔融溫度及黏度不穩(wěn)定,使注射速度變化。每次都注射相同時間,注入模腔的熔融量便有不同。
“位置注射”不受這些影響,除了止回閥的洩漏,每次都注入相同的熔融容積。
當螺桿位置達不到停注位置(稱保壓點),“位置及時間注射”設置的注射時間到,亦結束注射,開始保壓。
速度壓力轉換
注射的充填段要做到恒速的,保壓段要做到恒壓的。它們之間的轉換叫速度壓力轉換。轉換點的重復性高是精密注塑最關鍵的。
轉換點的測定以模腔壓力為。
測量模腔壓力涉及安裝壓力傳感器于模具內。該壓力傳感器及其訊號放大器是昂貴的,傳感器亦在成品上留有頂針般的痕跡。
退而求其次便是噴嘴壓力轉換。
上述的“位置注射”或“位置及時間注射”又次之。
以注射壓力作轉換, 常被坊間采用,但被“科學注塑”非議。這是由于熔融的黏度供料時批與批之間已有偏差,恒定的注射壓力會產生不恒定的
模腔壓力。
“科學注塑”(Scientific injection molding)由美國RJG公司及John Bozzelli先生十多年前提出,在美國頗受歡迎。請參考 綱頁.
適應式控制
一般“位置注射”用兩個位置的相差,定出注射行程,就是注射的起點及終點,均為電子尺的兩個位置。
適應式控制采用相對位置,相對于實際起點,減去恒定的注射行程,便是的停止位置。由于實際起點每次都不同,此停止位置亦每次不同。理論上來說,比兩個位置的精密度更高。
同樣,塑化量亦可以做適應式控制。
開環(huán),半閉環(huán),3/4閉環(huán),全閉環(huán)
注塑機的速度及壓力如能精密控制的話,對生產精密成品是很重要的。
開環(huán)注塑機不測量速度及壓力,故不能精確控制它們。
半閉環(huán)注塑機測量比例閥的閥芯位置,提高了流量及壓力的重復性,反應亦比開環(huán)快。半閉環(huán)控制是用半閉環(huán)比例閥實現。
3/4閉環(huán)控制是用閉環(huán)變量泵實現。壓力被測量及控制,故是全閉環(huán);流量則是半閉環(huán)。
全閉環(huán)控制測量及控制螺桿的注射速度,保壓壓力,塑化的轉速及背壓的保持。較講究的連模具,頂出及射臺的控制亦用閉環(huán)。
全閉環(huán)控制分硬件和軟件兩種。硬件閉環(huán)用伺服閥,能達到效果。軟件閉環(huán)采用一般的比例閥,以強大的電腦計算能力做閉環(huán)的控制,是個新浪潮。作價比硬件低。
全電機的控制都是全閉環(huán)的。
以上的控制稱爲“注塑機全閉環(huán)”。加上模腔壓力轉換,就算注塑機是開環(huán),亦能稱爲“成品全閉環(huán)”。
其它
前述的幾點,是屬于注塑機的設計及功能的,再復述如后。
模糊PID溫控。
深的電熱偶孔。
風扇冷卻料筒。
冷水環(huán)溫度監(jiān)控。
油溫監(jiān)控。
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直壓鎖模。
機械手取出。
短的注射行程及長的螺桿長度增加熔融的溫度均勻性,對精密注塑有幫助。請參考《注射行程與螺桿長度》。
選用合適的螺桿可避免超溫。以通用螺桿注塑PC塑料會在壓縮段產生超溫,是由於PC黏度很高,而通用螺
的壓縮比過大,壓縮段過短。選用專用的PC螺桿可以避免。