何謂精密
精密就是高的重復(fù)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,被限制在較狹窄的指定范圍內(nèi)。有表面缺陷的成品都不能屬于精密的。
精密與準(zhǔn)確
精密又稱精確(英語為precise),與準(zhǔn)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(zhǔn)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(diào)的,任何手表都可以在一個指定的時間顯示準(zhǔn)確時間。精確的手表更能在以后的時間顯示準(zhǔn)確時間。
由于時區(qū)的分別,一個準(zhǔn)確及精確的手表到了另一時區(qū),便不準(zhǔn)確。調(diào)整時差后,又回復(fù)準(zhǔn)確。
精確是手表的特性。在設(shè)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(diào)手表的精確性,而非準(zhǔn)確性。
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射擊
射擊強調(diào)準(zhǔn)確。
一位好的射擊手打靶精確。配上調(diào)校好的步槍,百發(fā)百中。配上調(diào)校錯誤的步槍,全部落空。
以重量代表
很多研究證明,成品重量的重復(fù)性能代表尺寸、厚薄等多種特征的重復(fù)性。由于測量重量既快,解像度又高,重量的重復(fù)性便成為最常見的重復(fù)性指標(biāo)。
如W代表重量,重復(fù)性以(W最大—W最?。?W平均或σ/W平均計算,其中σ是標(biāo)準(zhǔn)偏差。此值越小,重復(fù)性越高。粗略來說,
1%是一般開環(huán)注塑機能達(dá)到的。
0.1%是精密注塑機能達(dá)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(dá)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(nèi)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(zhuǎn)化溫度、粘度、機械強度等。
由于聚合過程控制得宜,優(yōu)質(zhì)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。最好用過濾來解決。
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(chǎn)的同一型號、塑料亦不盡相同。倉庫的進(jìn)出,宜用先進(jìn)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(zhuǎn)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(dǎo)將塑料升溫的。
塑化時螺桿的旋轉(zhuǎn)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(jīng)過厚壁的料筒導(dǎo)熱至跟料筒內(nèi)壁接觸的塑料。在料筒的設(shè)計存在幾個問題。
料筒的厚壁延遲了熱的傳導(dǎo),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(nèi)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(fēng)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(fēng)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(shù)是否優(yōu)化是關(guān)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(guān)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(guān)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(nèi)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(chǎn)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(dāng)鎖模力超過某個范圍外便作出鎖模力調(diào)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(jìn)行溫控。當(dāng)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(jīng)常注意并紀(jì)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,最好是軟水,降低水垢在冷卻器管壁上形成。
全電機標(biāo)榜的就是不受油溫影響精密性。
環(huán)境
沒有空調(diào)的車間,日班與夜班生產(chǎn)的成品受了室內(nèi)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(jìn)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(fēng)扇的影響最大。
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(shè)計,多方面影響成品的精密性。
注射量
注射和保壓是兩個最大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(jìn)去。
由于熔融是可壓縮的,填進(jìn)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(jìn)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”的精密度最低。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(dāng)螺桿位置達(dá)不到停注位置(稱保壓點),“位置及時間注射”設(shè)置的注射時間到,亦結(jié)束注射,開始保壓。
速度壓力轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換叫速度壓力轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換點的重復(fù)性高是精密注塑最關(guān)鍵的。
轉(zhuǎn)換點的測定以模腔壓力為最佳。
測量模腔壓力涉及安裝壓力傳感器于模具內(nèi)。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(zhuǎn)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(zhuǎn)換, 常被坊間采用,但被“科學(xué)注塑”倡導(dǎo)者非議。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(chǎn)生不恒定的
模腔壓力。
“科學(xué)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www.immnet.com 綱頁.
適應(yīng)式控制
一般“位置注射”用兩個絕對位置的相差,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(yīng)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,便是絕對的停止位置。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,比兩個絕對位置的精密度更高。
同樣,塑化量亦可以做適應(yīng)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(chǎn)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(fù)性,反應(yīng)亦比開環(huán)快。半閉環(huán)控制是用半閉環(huán)比例閥實現(xiàn)。
3/4閉環(huán)控制是用閉環(huán)變量泵實現(xiàn)。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(zhuǎn)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(dá)到最佳效果。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(wèi)“注塑機全閉環(huán)”。加上模腔壓力轉(zhuǎn)換,就算注塑機是開環(huán),亦能稱爲(wèi)“成品全閉環(huán)”。
其它
前述的幾點,是屬于注塑機的設(shè)計及功能的,再復(fù)述如后。
模糊PID溫控。
深的電熱偶孔。
風(fēng)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(chǎn)生超溫,是由於PC黏度很高,而通用螺桿的壓縮比過大,壓縮段過短。選用專用的 PC螺桿可以避免。
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