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高精度微型元件的注塑 |
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作者：BJÖRN DEOMANN, GABOR JÜTTNER 来源：德国Kunststoffe internationai杂志 |
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随着社会发展，重量只有几毫克的高精度的微型注塑部件变得越来越重要。特别是在医疗技术、电子和汽车工业等领域，采用塑料、陶瓷和金属制造的微型注塑部件的需求将上升。为了满足各种不同需求，特别是注塑成型的要求，人们对设备的灵活性呼声极高。
微型化趋势正驱使着设计人员们将更多功能融入混合式的微型注塑部件中。多组分技术的优势在于：可消除衬垫以及硬质物质组合间需要的复杂装配步骤，还可以使移动的多组分部件达到更佳的结合度。因此，多组分注塑成型在微型部件在制造方面的重要性得以增加。虽然该领域的一些活动早已广为人知<1>，但是，多组分微型注塑部件在复杂工业应用中仍然较为稀少。其中一个原因是目前合适的机器技术有限。日前将推出一种集成式双组分微型注塑成型机器formicaPlast-2K，它可提供量身定制的制造解决方案。
微型注塑部件的注塑单元
用于制造微型注塑部件的注塑设备因其目标、技术条件及所需的质量水平而异[2]。最普遍的解决方案是采用依据螺杆活塞原理工作并配有直径为12至15毫米的螺杆的小型机器。这些机器的最小注塑量一般为1-2立方厘米。减少注塑量的唯一方式是接受该影响并仔细地优化工艺。此类注塑量对于微型注塑部件而言太大，因为浇口的比例太高。这会带来技术问题，但代表了折衷的解决方案。 
一种与众不同的机器理念可以加速双组分微成型部件的生产周期。
图中手指上的注塑零件是一根光纤导槽，重量仅19毫克（图片提供：Klöckner Desma）
当微型注塑部件需采用控制方式填充几立方毫米的注塑量时，技术上也必须确保通过（螺杆）活塞控制方式填充部分注塑量。在一般行程精确度为0.1毫米的情况下，只有当活塞直径为3毫米时才能得到小于1立方毫米的精确度。由于使用此类小型螺杆活塞不实际，因此，一些微型注塑装置配有一根预塑化螺杆和一个注塑活塞。然而，虽然已因此优化了注塑的精确度，但是由于在相应高容量塑化螺杆内停留的时间较长，热塑性塑料仍有热应力。这些问题表明，只有在不含螺杆的活塞注塑装置时，优化注塑量的生产在技术方面才可行。
这些发现激发了Klöckner Desma和德国莱比锡注塑中心（莱比锡Kunststoff-Zentrum – KuZ）共同开发一种注塑成型机——formicaPlast，其特点是优化了注塑量。该机器配有一个适合于所有标准颗粒的双级活塞注塑装置[3，4]。其使用一个6毫米的活塞实现了预塑化，同时使用一个3毫米的活塞进行高精度注塑。注塑量和熔渣的减少可以在以下几个方面对模具和机器工程带来裨益：
●成型轮廓区域以及模具镶嵌物可以制作得更小，这可以极其方便地将模具设计为一种标准模具。
●驱动元件小巧，具有动态且精密。
●用于注塑移动的高精度伺服驱动装置可使用的注塑压力超过3,000巴，注塑速度高达1,000毫米/秒。
●在刚性平式机器底板之上机器元件采用模块化方式布置，结构极其紧凑，检修十分方便。
双组分注塑成型工艺的结构变化
多组分注塑成型采用各种类型的机器。双组分注塑成型不仅结合了独立的单组分工艺，而且还集成了多组分机器。后者中最普遍的方式是采用背负式、平行、垂直和水平布置。除此之外，在实际锁模装置的侧边安装注塑装置以及操作侧边增添配备装置的机器变得越来越普遍。这就意味着除了排放物侧边以外，它实际上利用了模具的所有侧面。
在制造半成品部件时，必须变更模具轮廓，可以通过一根可移动滑杆（模芯回退法）或者将半成品部件转移到延伸模腔内来实现这一操作。可以通过旋转模具内的垂直轴或水平轴或者在第一个注塑工艺后脱模并将注塑部件重新插入第二模腔内进行转移，第二模腔可以位于相同或者不同模具之内（转移法）。所有这些变化在原理上可使其进行微型注塑成型。
双组分formicaPlast设计作为一种通用机器开发，适用于各种注塑部件。重点是熔渣和注塑部件量达到平衡比率。如果要达到这一目标（因此形成较小注塑量），则浇口必须较短（通常是4-12毫米）。机器喷嘴必须非常靠近模腔，因为此类尺寸不能使用热流道或加长机器喷嘴。另外，浮力必须均匀分布在模具之内，因此必须平衡模具中的模腔，即沿注塑装置的竖轴对称。
这样可以消除许多标准注塑成型解决方案：例如，相互垂直的注塑装置会导致浇口较长或者模具内的注塑部件布置不佳。也可消除模芯回退技术，因为要求采用较短浇口意味着没有足够空间使注塑喷嘴相互紧密地靠近（图1）。例如，回顾微型注塑成型的创新或与众不同布置的适用性表明，组合回转压板和锁模装置侧边的第二注塑装置或者两个装置的布置垂直于锁模方向会妨碍微型化以及适配现有的机器元件（图2）。
系统方法显示，由静态压板方向平行注塑装置构成的结构组合旋转移动或转移法最符合要求（图3）。 
转移指数法的双组分微型注塑成型
针对双组分微型注塑成型设计的解决方案（图4）最适合于用转移指数法进行描述，因为其结合了旋转模具部件的普遍指数法和平行机器布置的转移法。将机器紧密的排列放置，以便模具可以相互偶接在一起。打开模具组后，模具镶嵌物伸出模具压板并旋转1800进入新的注塑位置。集成于模具内的旋转臂进行高精度转移（图5）。 
该方法与指数法相似，可以提供许多优点制造多组分注塑部件：
●可将注塑部件反向喷射到旋转侧边
●具有相关的各种变化和设计自由度
●同时注塑半成品和成品注塑部件
●因此周期较短
●半成品部件和成品部件的模腔隔热性能优良。
在此描述的解决方案由两台平行机器装置之间的指数法构成，由于formicaPlastic的微型化模块而成为可能。整个结构及其平行布置的注塑装置安装在未经修改的机器外壳之下。如果安装两个标准模具而不是偶接的双组分模具，则控制器还可在一个外罩下独立操作两台机器。
Fakuma公司采用一根具有3路分配器的光纤导槽显示了系统的功能（图6）。在此情况下，双组分的浇口仍然位于注塑部件之上。各个组分材料的注塑量（透明组分为PC，外罩为ABS）是9毫克和10毫克。对于双组分的注塑部件，可能以前从来没有达到过19毫克的组合注塑重量。
结论
这种新型formicaPlast双组分机器首次为微型注塑部件制造商提供了一种集成的灵活的双组分微型注塑成型机器，可以精密和简便地处理单组分变型从而转移为双组分产品。机器平台上的两个注塑装置采用平行布置，所以浇口体积可达到最低，因而熔渣量和注塑部件量之间可以形成平衡。因此，这种新技术可以为用户提供广泛的工艺选择，通过这些选择，无需采取任何其它安装工作，就可以在较快的生产周期内制造微型光学元件或综合式元件等完整模块。
作者简介
BJÖRN DORMANN生于1973年，是德国阿希姆市Klöckner Desma公司经营试验工厂的负责人，他的电子邮件是b.dormann@desma.de.
GABOR JÜTTNER博士生于1970年，是德国莱比锡塑胶中心(KuZ)的一名研究员，他的电子邮件是juettner@kuz-leipzig.de. (end)
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(11/29/2010) |
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