摘要：当前国家经济的发展使得注塑成型的制品在各个行业中都有所应用，而注塑工艺比较复杂，产品外观表面的瑕疵缺陷比较多，影响外观质量同时力学性能有所减弱，同时给产品的使用带来一些隐患。实际生产中会对产品进行表面喷涂等方法来提高表面质量，但这不但增加成本还会造成职业危害。而随着科技的发展，研究人员提出了快速热循环注塑成型的技术，能满足人们对于注塑产品在性能、外观、成本等方面的要求。本文对快速热循环注塑技术的原理以及特点进行了分析，总结了快速热循环注塑技术在国内的研究及应用现状，对快速热循环注塑技术的应用前景进行了展望。
关键词：快速热循环；注塑技术；应用现状
0前言
随着社会经济发展和国民生活水平的提高，绿色制造和绿色设计技术成为发展的一大趋势，越来越受到重视。注塑成型工艺技术作为塑料加工行业广泛应用的方法，具有高效率、高精度且低成本等优点，在家电、汽车、医疗卫生、日用品等领域都广泛应用。近十几年来，随着各种技术的发展以及制造行业自动化程度的提高，以及人们对产品的外观及性能质量要求的提高，快速热循环注塑技术（RHCM）得到快速的发展，通过该技术生产得到高精端品质的产品。随着行业的发展，快速热循环注塑技术也越来越受到了人们的关注，作为目前国际前沿的注塑成型技术之一，与传统的注塑技术不同的地方是它通过快速加热和冷却注塑模具来动态控制温度，在不影响注塑成型的生产制造周期前提下实现对注塑模具的温度精准调节控制。它所具有的高质量、高精度以及低能耗等特点，决定了它将是未来注塑制造行业的发展方向之一。
1 工艺原理研究
快速热循环注塑技术，又称为高光无熔痕注塑技术，它是一种由动态控温装置来对注塑模具进行快速加热以及快速冷却，并实时控制模具温度的注塑成型技术。它的工艺过程与传统注塑成型技术的周期基本一致，而在不同的阶段这根据工艺特点来调节模具的温度。它的主要工艺原理为：在注塑成型的一个周期里，高光无熔痕注塑工艺的模具温度控制在一个较大的温度区间范围内波动变化。在初始快速加热阶段，通过动态温度控制装置来实现将模具温度加热到聚合物材料的热变形或者熔点温度以上，接着将在高温保持着一定的时间来保证熔体处于良好的充模状态。到了熔体的注射阶段，为了防止熔体注射到模具腔体的过程和保压的过程不会过早的冷凝，也需要使模具一直保持工艺要求的较高温度。下一道工序为冷却阶段，需要将已定型的熔体快速冷却，迅速降到顶出温度以下。最后就是打开模具，取出制品。但传统模具技术始终是以一个恒定的温度，而快速热循环注塑技术则将温度分为加热、高温保持、冷却、低温保持的四个阶段。如图1所示。
图 1 快速热循环注塑工艺过程
由以上的工艺过程分析可以看出，高光无熔痕注塑过程中，主要技术就是实现模具温度的变化的自动控制调节。注塑过程的温度控制直接影响了模具制造成型的生产周期以及产品的最终质量和性能。在实际生产过程中，为了提高注塑产品的生产质量，使的温度控制满足注塑的要求。
2 工艺技术特点
快速热循环注塑技术作为目前国际上前沿的现代注塑成型技术之一。与传统的注塑成型技术相比较，RHCM最大的特点是加入了动态温控装置系统实现了注塑模具的快速加热和快速冷却，主要特点和优势主要体现在以下几个方面。
1）高质量。RHCM通过加入动态温控装置系统实现了注塑模具的快速加热和快速冷却，极大的提高了注塑成型产品的质量和产品性能。快速热循环注塑工艺的高温控制能有效提高熔体的流动性，避免熔体的过早冷凝，使得高分子链的取向程度降低了，从而改善了产品表面质量，增强了表面的光洁度，从而使得注塑产品的均质性更加好。与此同时，也可以改善或消除注塑产品表面的缩水现象。
2）高精度。在传统注塑工艺过程中，填充过程经常会因为模具的过早冷凝导致短射现象的产生，使得较难生产出高精度要求的注塑件。而快速热循环注塑在充填过程中的提高并保持了模具型腔的温度，减少了冷凝层的产生，从而避免了填充不充分，同时增加了熔体流动性，提高了塑件产品的精度。
3）高效率。RHCM的核心技术在于动态温控装置对模具温度的控制。在注塑工艺过程中，由于快速加热和快速冷却设备的采用，短时间内能完成加热及冷却过程，减少注塑的工艺时间，使得工艺周期可以缩短完成。因此注塑工艺周期时间的缩短能降低生产人工及相关的成本，同时提高产品的生产效率。
4）低污染。传统注塑加工的产品往往会因为表面质量缺陷需要二次加工才能使用，这导致了在二次加工中产生污染物，同时还加多了工序，浪费了人力物力。而RHCM的产品外观质量都比较搞，不需要后续处理加工，能极大的节约人力物力、降低生产成本以及减少环境污染。
快速热循环注塑技术除了以上介绍的特点外还具有其他方面的优点。总之，快速热循环注塑技术是一种高质量、高精度、低能耗的现代注塑成型技术。
3工艺关键技术
快速热循环注塑技术是具有发展潜力的注塑成型技术，国内在动态模具温度控制方面、设计与材料方面以及注塑工艺上的研究已经取得了较显著的查成绩。而随着它的发展，在研究与实际生产过程中，仍有一些的关键技术需要解决，主要有以下几个方面：
1）注塑模具优化设计技术。注塑成型产品的质量和性能主要由材料性能、产品结构、模具质量以及加工成型工艺决定。传统工艺是通过不断调整工艺参数和改善模具设计来提高产品质量，效率低下。而随着计算机注塑CAD、CAM、CAE技术的发展进步以及算法的智能化，优化设计理论也随着快速发展，如何将模具设计方法、注塑成型模拟技术以及优化设计理论结合起来，从而实现成型过程和结构优化一体化成为当前的研究热点之一。
2）快速热循环产品关键结构部位设计。注塑产品的性能和质量不仅与注塑工艺参数以及模具结构等有关，主要取决于产品本身的结构设计是否合理，是否满足模具成型的工艺性要求，设计结构良好的产品不仅能提高生产效率还能减少缺陷。在实际生产中RHCM成型工艺能减少表面缺陷，使得产品表面光洁，但容易使表面产生缩痕且难以脱模。
3）产品质量控制研究。目前RHCM主要用于生产高表面质量的产品，但在实际生产中仍难以解决制品缩痕、翘曲变形等缺陷问题。
4）模具温度控制技术。与传统的注塑成型工艺不同的是，RHCM在注射充模之前先对模具进行了快速加热，而且在整个工艺周期中，模具型腔表面的温度对产品的质量和效率都有着重大的影响，因此温度控制系统和设备都在快速热循环注塑工艺中有着特殊的要求。然而目前的动态温控技术还不完善，还存在着以下的几点问题：模具控温精准度不够、模具使用寿命较短、模具的快速加热及冷却效率低等等。由于动态模具温度控制系统还不能做到高效、稳定、精确、可靠，因此还无法满足现代工业化的大批量制造生产，极大的限制了其发展和应用。
4应用与发展前景
通过上述分析可知，由于快速热循环注塑技术所具有的优势和特点，已经成为国内外注塑成型领域研究的一个热门课题了，许多国家都申请了专利来划分自己的地盘。日本富士精工、三菱、韩国三星、LG、荷兰飞利浦等公司已经将RHCM引入到其生产中来，主要设计的产业有家电、食品容器、医疗器械等塑料产品，并有了一定的产业规模。国内山东大学在2005年开始就率先对RHCM开展自主研究，并取得了一定的成果，并联合海信集团开展了相关的产学研。但由于当前的工艺尚不够完善，国内很多研究都处于实验室初期阶段，各个高校及相关企业也都加快步伐对其开展研究。但随着塑料制品应用越来越广泛以及人们对与外观审美、节能环保以及高效便捷等要求的提高，RHCM必然将取代传统注塑技术成为注塑制品领域的发展方向，具有巨大的潜力和广阔的应用前景。因此在关键技术上的研究，将为RHCM在实际生产应用及发展提供重要的指导作用。
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作者简介：
陆月星，男，1982年5月生，主要从事机械制造加工相关工作。
论文作者:陆月星
论文发表刊物:《电力设备》2017年第20期
论文发表时间:2017/11/15
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