模具知識之疊層模具技術介紹
閱讀：799發布時間：2008-11-29
在數十年里，疊層模具在包裝制品和其他許多小型零件生產的增長中不斷獲得新的發展。新穎的模具設計正給疊層模具的傳統市場帶來多種顏色和多種材料成型的能力。疊層模具現在也在抓住大噸位成型機上生產大型工業零部件的機會。
通常的疊層模具設計因為它們的生產效率超過普通的單面模具而聞名。它們大多用于相當小型的、淺拉伸包裝制品和其他一次性制品，而很少用于除此之外的其他制品。但是在過去幾年中引入的一批新模具概念拓寬了疊層模具的能力，包括了多材料成型和大型工業零部件，如汽車的前大燈棱鏡和側邊修飾件。大型零部件成型意味著疊層模具應用在大于1000 t的成型機上。
革新的步伐在多組分成型方面一直相當活躍。通常的單面多組分模具的典型成型方式是在模具的半面注射一種材料進入型腔，再注射第二種材料進入模具的另一個半面。在一個循環之中，在水平軸上旋轉模板，使模具翻面。疊層模具成倍地增加可使用的模具面，還允許整個模具表面用各自的材料成型。這種新設計有一個在垂直軸上旋轉的中心模板。取決于系統，中心模板可以有或者兩個或者四個面，每當模具打開時旋轉90o或者180o。
四種制模概念使得這種多組分零部件的大批量生產方法得以商業化。這類新型模具的結構包括Engel公司的一種旋轉模板設計，其中心模板有兩個面，每個周期旋轉180o。由Ferromatik Milacron歐洲公司與德國模具制造商Foboha公司合作開發的旋轉疊層模具有一個四個面的中心模板，它每一周期旋轉90o。丹麥的Gram技術公司的旋轉疊層(Spin Stack)方法有多達四個邊挨著邊的小的中心疊層結構，各自又有四個面，并且每一周期旋轉90o。另一種*的結構，叫做低慣性技術(LIT)來自Caco-Pacific公司。在這種較為簡單的設計中，帶有兩個芯組的旋轉桿連接到每個模具的半邊，而不是像在其他的設計中那樣的單獨設置。
這些新式疊層設計正在受到要求較好手感的軟接觸應用的促進。這類應用包括，例如，牙刷柄、阻透包裝應用、帶有模塑襯里的帽子和蓋子、多色手機機殼，以及由不同材料，如PP和PVC組成的醫用零部件。
一個實例是Foboha公司的帶有PET(40g)阻透層的HDPE(70g)牙膏管式瓶肩的模具，設計能力10億只。公司擁有加工方法和制品兩方面的。這一新型4x64旋轉疊層(Turning Stack)系統在一個8.4s的周期中吐出64只雙層零件。產量估計為一年17500萬只，所以將使用六個生產系統。這樣的生產規模在通常情況需要21套常規的疊層模具和機器。特別的注射量控制裝置允許在設備運行中調節PET層的厚度，并且可以幫助減少43%的零件重量。
消費品越來越流行，例如，手感好的軟接觸特點的牙刷和刮胡須刀柄，這一強勢要求將對它們的批量需求推向疊層模具zui為適合的水平。Ferromatik Milacron歐洲公司和Foboha公司50-60套旋轉疊層模具正在運行中，其中多達20套在北美。該公司預測多組分零部件有10%的年*。
“當前，多組分零部件市場處于繁榮狀態，"一家奧地利包裝制品模具供應商、迄今為止Gram公司的帽子和蓋子旋轉疊層技術的*商、公司的總Claus Ziegler說。“五年以前，我們的模具銷售的大約1%是用于多組分應用的，現在多組分應用已經達到我們業務量的15%-20%，"Ziegler說。KTW公司有8到10套旋轉疊層模具處于試驗或工作狀態。
旋轉疊層方法
與通常的用于多組分成型的旋轉模板比較，這種新型的旋轉疊層模具由于旋轉部分的質量較小，所以轉位要快得多。在Gram公司的旋轉疊層模具和Caco-Pacific公司的低慣性系統中，質量減小特別明顯。“典型情況您們能節省20%到30%的周期時間，特別情況可節省達到50%到80%，"KTW公司的Ziegler說。
Gram公司的系統有附加的優點，它有允許疊層模具旋轉所需要的zui小的模具開距。管理Jes Gram說，為使系統轉位，一個雙組分的蓋子模具只需打開100mm。正在開發的一種新式頂桿設計可以使模板開距減小為60mm。
“旋轉疊層概念在市場上是zui靈活的，" Gram補充說。“轉動機構、液壓裝置和所有部件包括在模具內部，所以這允許該項技術
用于任何常規的成型機。"第二種材料可在機器旁邊用一臺補充的組合式注射裝置來供給，例如，采用Windsor公司的新型PlugExpress系統，該系統在美國由它的姐妹公司Sandretto公司銷售。
Gram公司將它的旋轉疊層技術擴展到了一種名為雙兩次注射模具的系統。設計用于雙組分的牙膏瓶肩模具，具有四個分型面和兩對各有四個面的旋轉疊層，每個面具有24個型芯，總共有384個型芯和192個型腔。周期時間短于7 s，它的生產能力達到115萬件/d，即3.9億件/a。
Gram說，這種兩次注射加工過程對單一材料的厚的零部件成型也有好處。這種方法可以使用同一個熱流道供給注射同一種材料的第二層。Gram又說，因為在每次注射時只要注射和冷卻較小體積的熔體，這就減少了縮痕產生的可能性。
采用旋轉疊層方法，不用于成型的中心疊層的(第二和第四個)面可用于裝嵌件或冷卻部件，而不會增加周期時間。Gram公司近來取得一種新型頂桿系統的，它能將制品頂到機器的側面。該頂桿的液壓系統安裝在模具框架內。附加的疊層表面的另一種利用方法是成型一種三次注射制品。Gram公司制造了一種用于生產醫用管道連接器的模具，*次注射PVC，第二次注射熱塑性彈性體(TPE)，第三次注射PVC，以部分重疊注塑TPE。該制品在三個工位成型，并從第四個工位頂出。演示操作在一臺88t的Demag公司的機器上進行，周期時間不到15s。這種8+8+8型腔的模具為丹麥的Carmo工業公司每天生產多于46000 只零件。
Ferromatik Milacron歐洲公司和Foboha公司聯合開發的旋轉疊層模具在去年的K 2001展覽會上亮相，展示了這種系統迄今為止使用過的zui多的型腔數。這一4x64系統的中心立方在其四個面的每一面有64個型芯，以及供兩種材料的每一種用的64個型腔。該應用就是上述介紹的牙膏瓶肩。
雖然旋轉疊層系統原來的機型有兩個中心面和180°的旋轉位置，新機型有一個以90°增量進行轉換位置的中心立方，可允許非成型側作冷卻或嵌件用。一臺液壓電機以編程的加速/減速曲線使中心部分在1.3s中轉換位置。
此旋轉疊層系統只在Ferromatik公司的K-Tec機器生產線上運行。這些設備有一個標準化的適應疊層模具的可任選的成套構件，提供較長的拉桿，以增加閉合高度，提供一個較堅固的機器床身，以支撐可旋轉的中心部分。第二注射單元位于旋轉臺的旁邊，與機器垂直。
在K2001展覽會上，Engel公司介紹了它們的旋轉疊層系統，由一臺Duo公司的雙模板成型機和一套有一個180°轉位中心模板的兩種材料疊層模具組成。Engel公司只在Duo公司的機器上提供它的旋轉疊層模具，這是由于它的合模裝置較短，允許在可動模板的反面安裝第二注射單元。那個系統大大簡化了流道設計。轉位速度是1.5s或更短。
迄今為止，Engel公司有一個由奧地利的High Tech塑料公司制造的這種類型的演示用模具。它表明了多組分疊層模具在汽車應用中正在出現新機會。在K2001展覽會上，Engel公司生產了左右前大燈罩，由透明的聚碳酸酯(PC)和沿邊的一條黑色PC框架構成。
與其他技術不同，Caco-Pacific公司的多次注射技術適用于通常的沒有可旋轉的中心部件的疊層模具設計。全伺服驅動的低慣性技術系統將模具型芯與模具主體分開，將它們固定在安裝在一個模具面上的旋轉水平桿上。兩組型芯安裝在桿上 — 一組向上，另一組向下。此桿借助一個導軌連接到一個模具的半邊上。在成型過程中，型芯與模具面平齊。一種材料注射入上面一排型腔，而第二種材料同時充模入下面一排型腔，使用的是兩個美國Caco-Pacific熱流道。當合模裝置打開時，型芯桿從模具表面滑離，以允許型芯桿旋轉180o。一個脫模桿將成型完成的制品從下面一組型芯頂出，然后此桿滑回模具表面，模具閉合。
此旋轉型芯桿的質量相對較輕，由一臺安裝在端部的小伺服電機來轉動。旋轉過程短于0.5s，銷售和市場副總裁John Thirlwell說。他指出，如果希望，該系統允許第二次注射，并*包覆*次注射材料。
Caco-Pacific公司在不到兩年的時間內制造了幾種低慣性技術模具。所有這些都是單面模具。但是，現在可以有疊層模具的訂貨了。到目前為止zui大的應用是一個16+16的單面模具，用于生產具有軟手感的重疊注塑的全包覆型筆桿。一種兩種材料的32+32疊層模具正在設計中。Thirlwell說，低慣性技術因為它的全電動驅動適用于清潔室，所以在醫用市場引起了極大的興趣。
多種樹脂的技巧
Gram公司和Ferromatik公司/Foboha公司兩者都指出，可旋轉疊層模具使它們發展了許多不同尋常的應用。其一是熱塑性/熱固性塑料，或“熱/冷"成型。成型時，一種材料需要一個熱模具進行塑化，而另一種材料需要一個冷模具以固化。Gram公司設計了一套2+2型腔的旋轉疊層模具，用來加工帶有內部硅橡膠墊圈的尼龍，用于汽車零件。雖然尼龍/硅成型的目的是在兩者之間達到良好的粘接，Gram公司和Ferromatik公司/Foboha公司利用了一個四面旋轉疊層元件來達到相反的效果。如果*個制品在重疊注塑前已經足夠*地冷卻了，zui終制成制品的兩個組分能彼此相對地自由滑動。
Gram公司用此法演示成型一種閥門，其中一個零件在另一個零件內滑動。另一個實例是成型具有三角形頂面的果汁盒所用的連同管口的螺旋蓋。首先成型果汁盒的PP共聚物蓋，旋出型芯，然后LDPE管口使用一組新型芯在蓋內部成型。因為蓋冷卻時間長了一個額外的周期，并且第二次注射的LDPE熔融溫度較低，蓋和管口不會粘連在一起。
打破尺寸的障礙
疊層模具技術突破障礙，進入在大于1000 t的機器上成型大型零部件的應用領域。Plastcoat公司正在使用一種在每個面上有一個型腔的Husky公司的雙層疊層模具，為福特公司的XLT型卡車同時生產前后旋轉照明燈。另一種1+1疊層模具正在為豐田公司的Camry生產線制造搖臂。這種零件各有數英尺(ft)長(1ft=0.30 m),使用300 g的熱塑性聚烯烴(TPO)。這種零件在Husky公司的2200 t EWLL(加寬、加長)兩板式成型機上成型。
“疊層模具的主要優點是節省占地面積，"成型操作Rebecca Branca說。周期時間一般講與在兩臺具有相同噸位能力的不同機器上運轉的成型模具相符合，她說。
此模具有一種*的在模具下面運轉的注道桿(sprue-bar)。它將熔體分配到疊層模具的托架上。托架有一個給
兩個模具供料的*的熱流道系統。Husky公司設計的流道使熔體系統總是處于平衡狀態，即使A側和B側的零件不同，成型維修部門Roy Zinner說。
當模具打開時，注道桿分為兩半，一半連接到固定模板，另一半連接到疊層模具托架上。一個“協調的"桿拉住模具所有的部分到一起進行合模。此桿可以調節，以適應兩側不同的模具高度。Plastcoat公司每個工作班約生產600只零件。
