精密注塑成型 101：工艺、优势和应用
精密注塑成型 101：工艺、优势和应用
精密注塑成型是一种主要用于制造高精度、高质量塑料制品的注射成型工艺。它要求注塑过程中各个参数的精确控制，以保证制品的尺寸精度、形状精度和表面质量达到较高标准。
在一些精密电子元器件外壳或者医疗器械部件的制造中需要用到精密注塑成型，因为这些产品的尺寸公差通常要求在很小的范围内，可能只有几微米到几十微米。
什么是精密注塑成型？
精密注塑成型是一种主要用于制造高精度、高质量塑料制品的注射成型工艺。它要求注塑过程中各个参数的精确控制，以保证制品的尺寸精度、形状精度和表面质量达到较高标准。
精密注塑工艺
塑料原料准备：
原材料检验：塑料原料的品质检测，包括外观、颗粒大小、熔体流动速率等指标。比如检查原料是否有杂质，颜色是否均匀等等。
干燥处理：干燥根据材质的特性而定，比如ABS塑料一般在70-80℃下干燥2-4小时。
模具安装及调试：
模具安装：将模具安装到注塑机上，确保安装位置准确、固定牢固。
模具调试：包括开合模调试，顶出系统调试等，检查模具的动作是否顺畅。
塑料注塑工艺：
注射阶段：熔化的塑料以精确的注射压力和速度注入模腔。例如，根据产品的尺寸和复杂程度，注射压力范围可以从50-150MPa。
保压阶段：注射完成后需维持一定的压力一段时间，以补偿塑料因冷却收缩而引起的体积变化，保压压力一般为注射压力的50%-80%。
冷却阶段：塑料通过模具的冷却系统进行冷却固化，冷却时间根据产品的厚度和材料的特性而定，一般在10-60秒之间。
产品放行及后处理：
脱模操作：通过模具的顶出机构将制品推出模腔，对于一些容易损坏的精密制品，脱模速度要适中。
后处理：包括去除飞边、表面打磨、喷漆等工序，以提高产品的外观质量和使用性能。
精密注塑成型的关键要素
模具设计与制造：
模具结构设计：需要考虑产品的脱模方法和冷却系统的布置。例如，对于一些复杂的注塑产品形状复杂的产品，可能需要滑块、斜顶等特殊的顶出机制，以确保产品能够成功取出且不会造成损坏。
模具材质选择：通常选择优质的模具钢，如P20钢、H13钢等，这类钢材具有良好的耐磨性、耐腐蚀性和热稳定性，能在长时间的注射过程中保持模具型腔的精度。
加工精度控制：模具的加工需要采用高精度的加工设备，如CNC加工中心、电火花机床等，在加工过程中，加工尺寸和精度是至关重要的。表面粗糙度应通过精确的编程和刀具路径规划进行严格控制。
注塑设备及参数控制：
注射系统：精密注塑机的注射系统需要能够精确控制注射压力、注射速度和注射量，如注射压力的控制精度可达±0.1MPa，注射速度可在较大范围内进行精细调节。
温度控制系统：包括料筒温度、模具温度控制。不同的塑料材料有不同的加工温度范围，并且精密注塑要求温控精度在±1~±3℃之间，以保证塑料材料能够均匀熔融、成型。
夹紧系统：精密注塑机锁模系统应能提供足够的锁模力，且锁模精度高，锁模力的控制精度可达±1%-3%，以防止塑料熔体在注射过程中产生飞边等缺陷。
塑料材质选择：
材料性能要求：需选用流动性好、尺寸稳定性好、力学性能好的塑料材料，如聚碳酸酯（PC）材料透明度高、强度高、尺寸稳定性好，常用于精密光学产品、电子产品的制造。
物料干燥处理：许多塑料材料在注塑前需要进行干燥处理，以去除水分。对于精密注塑，干燥程度更高。例如尼龙（PA）材料在注塑前需要在4-8°C的温度下干燥80-100小时，以确保注塑产品的质量。
精密塑料成型的优点和缺点
优点
高精准度：可以生产尺寸精度极高的塑料制品，其尺寸公差可以控制在±0.01mm-±0.001mm之间，甚至更小，可以满足精度要求较高的产品的需求。
产品性能好：精密注塑制品通常具有较好的机械性能、力学性能和尺寸稳定性，能在不同的环境条件下保持稳定的性能，从而提高产品的可靠性和使用寿命。
生产效率高：一旦模具调试完成并投入生产，精密注塑就能实现高效、稳定的大批量生产，能在短时间内生产出大量尺寸精度一致的产品，适合大规模制造。
设计自由度高：可以实现复杂形状和结构的产品成型，为产品设计提供了更大的自由度，设计师可以根据功能和外观的需求，设计出更加新颖独特的产品，而不必过多考虑制造工艺的限制。
缺点
成本高：精密注塑成型对模具精度要求高，模具设计、制造、加工要求严格，模具材料的选用也更加严格，因此模具成本急剧上升，一套精密注塑模具的价格可能是普通模具的几倍到几十倍。
生产周期长：由于模具制造调试复杂，生产工艺要求严格，精密注塑件生产周期较长，从设计到量产可能需要较长时间，对于加急的产品项目来说较为不利。
模具寿命相对较短：精密注塑模具在生产过程中承受较大的压力和磨损，为保证产品精度，需要更频繁的维护，使用寿命较普通模具短，一般为几万至几十万次注射循环，从而增加了模具更换成本。
精密成型服务的应用
电子行业
手机零部件：例如手机按键、相机支架、SIM卡等。以手机按键为例，它们的体积小，精度要求高，精密注塑可以保证按键的尺寸精准，表面光滑，触感好。
电脑硬件：例如硬盘的外壳，CPU散热器的塑料件等等，硬盘外壳需要精密注塑成型，保证其密封性和尺寸精度，以 保护内部磁盘和读写头。
汽车行业
内饰件：汽车仪表盘按钮、内饰照明灯具外壳等，这些内饰件不仅要满足美观的要求，还要保证安装的准确性和使用的可靠性。
发动机周边零件：一些传感器外壳，小的塑料管接头等，发动机周围的环境复杂，温度较高，这些塑料件需要成型精度高，以防止泄漏或损坏。
医疗器械领域
一次性医疗器械：注射器、输液器等塑料部件，这些部件直接与人体接触，要求非常高的尺寸精度和质量，而精密注塑可以保证它们的安全性和准确性。
医疗设备外壳和内部组件：例如小型超声波设备的外壳以及一些植入式医疗设备的塑料外壳，精密注塑可以满足严格的医疗标准。
精密注塑成型常见缺陷有哪些？
精密注塑成型常见的质量问题主要有以下几点：
尺寸精度问题
尺寸偏差过大
原因：在模具制作过程中，由于设备精度差或工艺不当，可能会造成实际型腔尺寸与设计的型腔尺寸出现偏差。不稳定的注射工艺参数也会导致尺寸问题。压力波动会改变熔体填充，影响产品尺寸。温度控制也很重要，因为料筒和模具温度的变化会改变收缩率并导致尺寸差异。
例子：在生产精密电子元器件外壳时，如果模具的冷却系统设计不合理，模具温度不均匀，就会导致产品在冷却过程中收缩不一致，从而产生尺寸偏差，使外壳无法与内部元器件精确匹配。
尺寸稳定性差
原因：塑料原料本身品质不稳定是关键因素，不同批次的塑料原料成分、分子量分布等可能存在差异，进而影响成型品的物理性能和尺寸稳定性，注塑工艺参数设置不当也会导致这种情况。例如，若保压时间太短，塑料熔体在冷却过程中得不到足够的压力补偿，容易产生体积收缩，导致制品尺寸不稳定。
例子：在生产医疗器械高精度塑料部件时，如果改变所用塑料原料的批次后不重新调整工艺参数，会导致不同批次之间产品尺寸不稳定，影响医疗器械的装配和使用性能。
外观质量问题
毛刺（毛边）
原因：锁模力不足是产生飞边的常见原因。当注塑机锁模力不能有效地抵消塑料熔体在注射过程中的涨模力时，熔体就会从模具的分型面或运动部件的缝隙中溢出，形成飞边。模具磨损也会导致飞边的出现。例如，经过长时间使用的模具，其分型面会逐渐磨损，使间隙增大，形成飞边的可能性也增大。
例子：汽车内饰件注塑时，如果锁模力不足或者模具使用时间过长，制品边缘容易出现飞边，不仅影响制品外观，还可能影响内饰件的装配和使用安全。
表面凹痕
原因：制品壁厚不均是造成表面凹痕的主要原因，在注塑过程中，厚壁制件冷却较慢，塑料熔体收缩时得不到足够的补偿，因此在表面就会形成凹痕。另外，保压压力和保压时间设定不当也会造成缩痕，保压压力不足不能补偿熔体的收缩，从而造成表面缺陷。
例子：注射带有加强筋的塑料制品时，由于加强筋处的壁厚较大，若保压参数调整不合理，在加强筋周围容易出现表面凹痕，影响制品的外观质量。
流痕和熔接线
原因：塑料熔体在模具型腔内流动不畅会产生流痕。这可能是由于浇口位置、大小、数量设计不合理，导致熔体在填充型腔时流动状态紊乱。塑料熔体在型腔内汇合时未能充分熔合而形成熔接痕。例如，当采用多浇口注射时，来自不同浇口的熔体前沿的交汇点容易出现熔接线，或者模具排气不良也会导致熔接线的形成。
例子：在注射大型塑胶外壳时，由于浇口设计不合理，熔料在流动过程中，制品表面可能会出现流痕，影响表面的光洁度；在形状复杂、浇口较多的制品中，熔接线可能更加明显，降低制品的外观质量。
内部质量问题
内部应力过大
原因：注塑过程中，注射速度过快、注射压力过高或冷却不均匀等都会导致制品内应力过大。例如注射速度过快时，塑料熔体在短时间内被强行注入模腔，在快速流动过程中分子链被拉伸、压缩，冷却后就会形成较大的内应力。
例子：在生产精密光学镜头时，过大的内应力可能造成镜头产生双折射，影响其光学性能。
孔隙率和气泡
原因：塑料原料中含有水分或挥发性物质是造成孔隙、气泡的常见原因。在注塑过程中，这些水分或挥发性物质会转化成气体，在熔体中形成孔隙。另外，注塑速度过快或模具排气不良，也会使气体不能及时排出，导致制品内部产生气泡。
例子：注射成型透明塑料制品时，孔隙、气泡等会严重影响制品的透明度和外观质量，降低其使用性能。