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日志

 
 

模具热流道技术  

2012-05-18 07:10:25|  分类: 默认分类 |  标签: |举报 |字号 订阅

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模具热流道技术

    现代模具与传统模具不同,它不仅形状与结构十分复杂,而且技术要求更高,用传统的模具制造方法显然难于制造,必须借助于现代化科学技术,采用先进制造技术,才能达到技术要求。当前整个工业生产的发展特点是产品品种多、更新快、市场竞争激烈。为适应市场对模具制造的短交货期,高精度、低成本的迫切要求,型腔模具将有如下发展趋势:  

    (1)愈来愈高的模具精度。

    10年前,精密模具一般为5μm,现在已达2~3μm,不久1μm精度的模具即将上市。随着零件微型化及精度要求的提高,有些模具的加工精度要求在1μm以内,这就要求发展超精加工。

    (2)日趋大型化的模具。

    这一方面是由于用模具成型的零件日渐大型化,另一方面也是由于高生产效率要求的1模多腔(现在有的已达1模几百腔)所致。  

    (3)日益增多高档次模具。

    一是用于汽车、飞机、精密机械的纳米级(μm)精密加工;二是用于磁盘、磁鼓制造的亚微米级(0.01μm)精密加工;三是用于超精密电子器件的毫微米级(0.001μm)精密加工。

    进一步增多气辅模具及高压注射成型模具。

    随着塑料成型工艺的不断改进和发展,为了提高注射质量,气辅模具及高压注射成型模具也随之发展。  

    (4)增大塑料模具比例。

    随着塑料原材料的性能不断提高,各行业的零件将以塑代钢、以塑代木的进程进一步加快,使用塑料模具的比例日趋增大。  

    (5)增多挤压模及粉末锻模。

    由于汽车、车辆和电机等产品向轻量化发展,如以铝代钢,非全密度成型,高分子材料、复全材料、工程陶瓷、超硬材料成型和加工。新型材料的采用,不仅改变产品结构和性能而使是生产工艺发生了根本变革,相应地出现了液态(半固态)挤压模具及粉末锻模。对这些模具的制造精度要求较高。  

    (6)日渐广泛应用模具标准件。

    模具标准化及模具标准件的应用将极大地影响模具制造周期,且还能提高模具的质量和降低模具制造成本。  

    (7)大力发展快速制造模具。

    目前是多品种小批量生产时代,一方面是产品使用周期缩短,另一方面品种更新快,这就要求模具生产周期越短越好。因此,快速成型模具将越来越引起人们的重视和关注。 

    (8)扩大应用热流道技术。

    由于采用热流道技术的模具可提高制件的生产效率和质量,并能大幅度节约制件的原材料。因此,热流道技术的应用在国外发展较快,许多塑料模具厂所生产的模具50%以上采用的热流道技术,甚至80%以上,效果十分明显。热流道在国内也已用于生产,有些企业使用率达到20%~30%。  

 

2  热流道系统的工作原理

    热流道系统主要由流道板、热嘴和温控箱组成,它借助对注胶材料所经系统进行加热和精密的温控手段,将熔融的塑胶材料通过精密设计的流道、热嘴直接输送至模具型腔处,有效减低流道的压力(故可用较小的注塑机,节省费用),熔体流动性得到提高?熏材料密度均匀,产品的内应力减小,使产品获得较小的变形、较好的产品表面质量和力学性能,对于透明件、薄件、大型件或有特别要求的塑件(如工程塑件)更能显示其优越性。热流道系统的另一特点是热嘴直接将熔融的塑胶材料注进模具型腔,在脱模的过程中自然形成自动断浇口,消除了传统注射工艺带来的全部或大部分浇道废料,基本不需要后加工,还节省大量的物料,另外由于消除了废料带来的附加热量,模具的冷却时间仅为塑件的冷却时间,缩短了成型周期,提高了生产的自动化程度和生产效率,更重要的是物料与能源的节约对保护环境有重要意义。

    总的来说,在注射过程中使用热流道系统,可节约原料10%~20%?熏成本可降低约30%,而投资仅增加10%~30%。因此,热流道系统已在国外得到广泛的应用,在国内亦已作为未来注射模发展的推广技术之一。

 

3  热流道系统的组成及优缺点

    尽管世界上有许多热流道生产厂商和多种热流道产品系列,但一个典型的热流道系统均由如下几大部分组成:①流道板(MANIFOLD);②热咀(NOZZLE);③温度控制器;④辅助零件。

    (1)热流道模具的优点。

    热流道模具在当今世界各工业发达国家和地区均得到极为广泛的应用。这主要因为热流道模具拥有如下显著特点:①缩短制件成型周期,因没有流道系统冷却时间的限制,制件成型固化后便可及时顶出,许多用热流道模具生产的薄壁零件成型周期可在5s以内;②节省塑料原料,在纯热流道模具中因没有冷浇道,所以无生产费料,这对于塑料价格贵的应用项目意义尤其重大,事实上,国际上主要的热流道生产厂商均在世界上石油及塑料原料价格昂贵的年代得到了迅猛的发展,因为热流道技术是减少费料降低材料费的有效途径;③减少废品,提高产品质量,在热流道模具成型过程中,塑料熔体温度在流道系统里得到准确地控制,塑料可以更为均匀一致的状态流入各模腔,其结果是品质一致的零件,热流道成型的零件浇口质量好,脱模后残余应力低,零件变形小,所以市场上很多高质量的产品均由热流道模具生产,如人们熟悉的MOTOROLA手机,HP打印机,DELL笔记本电脑里的许多塑料零件均用热流道模具制作;④消除后续工序,有利于生产自动化,制件经热流道模具成型后即为成品,无需修剪浇口及回收加工冷浇道等工序,有利于生产自动化,国外很多产品生产厂家均将热流道与自动化结合起来以大幅度地提高生产效率;⑤扩大注塑成型工艺应用范围,许多先进的塑料成型工艺是在热流道技术基础上发展起来的,如PET预成型,在模具中多色共注,多种材料共注工艺,STACKMOLD等。

    (2)热流道模具的缺点。

    尽管与冷流道模具相比,热流道模具有许多显著的优点,但模具用户亦需要了解热流道模具的缺点。概括起来有以下几点:①模具成本上升,热流道元件价格比较贵,热流道模具成本可能会大幅度增高,如果零件产量小,模具工具成本比例高,经济上不划算,对许多发展中国家的模具用户,热流道系统价格贵是影响热流道模具广泛使用的主要问题之一;②热流道模具制造工艺设备要求高,热流道模具需要精密加工机械作保证,热流道系统与模具的集成与配合要求极为严格,否则,模具在生产过程中会出现很多严重问题,如塑料密封不好导致塑料溢出损坏热流道元件中断生产,热咀镶件与浇口相对位置不好导致制品质量严重下降等;③操作维修复杂,与冷流道模具相比,热流道模具操作维修复杂,如使用操作不当极易损坏热流道零件,使生产无法进行,造成巨大经济损失,对于热流道模具的新用户,需要较长时间来积累使用经验。

 

4  热流道应用主要技术关键

    1副成功的热流道模具应用项目需要多个环节予以保障。其中最重要的有两个技术因素:一是塑料温度的控制,二是塑料流动的控制。 

    (1)塑料温度的控制。在热流道模具应用中塑料温度的控制极为重要。许多生产过程中出现的加工及产品质量问题直接来源于热流道系统温度控制的不好。如使用热针式浇口方法注射成型时产品浇口质量差问题,阀式浇口方法成型时阀针关闭困难问题,多型腔模具中的零件填充时间及质量不一致问题等。如果可能应尽量选择具备多区域分别控温的热流道系统,以增加使用的灵活性及应变能力。 

    (2)塑料流动的控制。塑料在热流道系统中要流动平衡,浇口要同时打开使塑料同步填充各型腔,对于零件重量相差悬殊的型腔要进行流道尺寸设计平衡。否则,就会出现有的零件充模保压不够,有的零件却充模保压过度、飞边过大、质量差等问题。热流道流道尺寸设计要合理,尺寸太小充模压力损失过大,尺寸太大则热流道体积过大,塑料在热流道系统中停留时间过长,损坏材料性能而导致零件成型后不能满足使用要求。世界上已经有专门帮助用户进行最佳流道设计的CAE软件如MOLDCAE。

    (3)热流道模具的应用范围。

    a.塑料材料种类。

    热流道模具已被成功地用于加工各种塑料材料。如PP,PE,PS,ABS,PBT,PA,PSU,PC,POM,LCP,PVC,PET,PMMA,PEI,ABS/PC等。任何可以用冷流道模具加工的塑料材料都可以用热流道模具加工。 

    b.零件尺寸与重量。

    用热流道模具制造的零件最小的在0.1g以下,最大的在30kg以上,应用极为广泛灵活。 

    c.工业领域。

    热流道模具在电子、汽车、医疗、日用品、玩具、包装、建筑、办公设备等各工业部门都得到广泛应用。  

 

5  国际上热流道模具生产状况 

    在世界上工业较为发达的国家和地区热流道模具生产极为活跃。热流道模具比例不断提高。许多10人以下的小模具厂都进行热流道模具的生产。从总体上讲北美、欧洲使用热流道技术时间较久,经验较多、水平较高。在亚洲,除日本外,新加坡、南韩、台湾、香港处于领先地位。北美、欧洲虽然模具制造水平较高,但价格较高、交货期较长。相比之下,亚洲的热流道模具制造商在价格与交货期上更具竞争性,而中国的热流道模具尚处于起步阶段,但是正在快速增长,比例不断提高。

 

6  选择与购买热流道系统时要注意的事项 

    热流道系统是注射成型领域里一项比较复杂的技术。模具设计制造者与模具用户选择与购买热流道系统时,有很多需要考虑注意的问题。

6.1  热流道供应商的选择 

    模具制造公司在设计制造热流道模具时,不是简单地到热流道供应商买一个热流道系统装到模具上就完了。其实在模具制造公司和热流道供应商之间,从热流道模具的概念设计阶段至模具的实际制造过程,到最后模具的使用,都存在着很多细致密切的技术问题,所以,模具制造公司和模具用户应选择好热流道供应商。在选择一个热流道供应商时,要重点考察两个基本方面,一是该热流道供应商生产的热流道元件的品种数量与质量;二是该热流道供应商在模具用户所在地区的技术支持与售后服务,推荐盛斯热流道

    (1)热流道元件的品种数量与质量。

    热流道系统共有热尖式(HOT TIP),浇套式(SPRUE GATING)及阀针式(VALVEGATING)等3大类型。其实在每种类型中又可细分为很多产品系列。如热尖式热咀(NOZZLE)中的浇道截面直径可经常由4mm到12mm不等,热咀也随之做成大小不同的产品系列。热咀浇口镶件也有很多变体,以满足不同的应用要求。所以,欲选的热流道供应商的产品系列越丰富越好,这样用户可以有更大的热流道元件的选择性,用热流道生产的塑件种类,尺寸重量与应用范围也就更广,更有利于优化注射生产过程,提高产品质量。 

    在注射成型加工塑料制品时,热流道系统与热流道模具是处在高温和高压动负荷状态下工作的,导致热流道系统元件失效的因素很多。并且注射成型加工主要应用于大批量塑件生产,一但有任何停产现象,经济损失非常严重,所以,热流道系统的质量和可靠性非常重要。客户应深入了解考察热流道供应商生产的热流道元件的质量和应用历史。一些比较优秀的热流道生产商已获国际组织ISO质量标准认证。   

    (2)技术支持与售后服务。

    在使用热流道模具时,除了首先要选用可靠的热流道系统外,用户也要考虑万一热流道出现任何问题,能否得到及时有效的技术支持与售后服务这一重要因素。许多热流道供应商在自己公司总部所在国家和地区有强大有力的技术支持与服务网,并配备可随时访问客户进行排故的专职服务人员。但这些厂商在远离自己公司总部的其它国家和地区,则常常是只设一些侧重热流道产品销售的办事机构,技术支持相对来说就逊色许多,用户应注意这一因素。   

6.2  选择与购买热流道系统时的若干技术问题

    用户在选择与购买热流道系统时会涉及很多具体技术环节。如果用户具备良好的热流道相关的技术知识,就容易选择与购买最合适的热流道系统,保证后面注射生产过程顺利和提高产品质量。 

    (1)热流道产品系列的正确选择。

    热流道供应商常常按照加工塑件尺寸重量大小的不同,将其热流道元件制成产品系列。如大的塑件使用大尺寸的热咀加工,小的塑件用小尺寸的热咀加工。所以,用户在正确地选择热流道类型(是选用热尖式还是及阀式系统)以后,就是热流道产品系列的选择。并由此决定模具的结构尺寸与设计制造。如果热流道产品系列选择的不正确,到了模具加工后期或在塑件生产时才发现,其错误是非常严重并很难挽救的。为帮助正确地选择热流道产品系列,每个热流道供应商都有一些指导性的技术文件供使用参考。用户应与热流道供应商密切合作,盛斯热流道是不错的选择。 

    (2)热流道系统中的注射压力损失。

    热流道系统中的注射压力损失不容忽视。许多热流道模具用户有一种误解,认为与冷流道相比,热流道的注射压力损失要小很多,原因是位于热流道内的塑料溶体在整个注射过程中始终是热的,其实很多时候情况正好相反。在热流道模具中由于热流道结构设计的需要,会使溶体在热流道系统里的流动距离大大增加。因此,热流道系统中的注射压力损失也往往较大。在实际应用中,由于热流道系统中注射压力损失过大,造成注射成型困难的情况是很多的。所以,对加工流动性差的塑料(如PC、POM等),溶体在热流道系统内的流动距离大或制件重量大等情况,都应采用CAE软件进行流道分析计算,侧重于流道分析计算的CAE软件有MoldCAE等。            

    (3)非标准热流道系统。

    各个热流道厂家都提供标准与非标准两种热流道系统,如有可能,用户应尽量选择准标热流道系统,即尽量选择准标长度与尺寸的热咀,热流道板,浇口镶件等。其好处是标准热流道系统比非标准热流道系统价格低,交货期要短很多,而且零件有互换性,有利于将来的使用与维护。一旦某个零件坏了,再买另一个准标零件装上就行了。常见的标准热流道板的形状有2腔一列,4腔一列,8腔一列,4腔X形状,8腔XX形状等。

    (4)模具上型腔数与布局的选择。

    用户在设计热流道模具选择型腔数时,除了尽量多放型腔提高生产效率外,还应考虑热流道的设计问题。模具上型腔数与布局的选择应有利于塑料溶体在热流道系统里的流动平衡。举例来说,若将几个形状相同的型腔布置成一列,则最好把型腔数选为2个或4个,而不要选为3个。因为2型腔或4型腔成一列的模具,可将其热流道设计成完全自然平衡的系统。相反的,3型腔的模具则需对热流道流道板进行人为流动平衡,在热流道流道板上对不同的流动路经采用不同的浇道尺寸,以力图达到流动平衡的目的,流动平衡的好坏就取决于具体的热流道设计人员工作质量了。所以用户应尽量选择有利于流动平衡的型腔数(如选16型腔而不选15型腔等),以消除人为设计流动平衡所带来的任何失误。

    (5)最小型腔距离的限制。

    在设计生产微小零件的模具时,人们一般希望将型腔距离安排的尽量近一些,这样模具可紧凑些并可能放上更多的型腔,但最小型腔距离会受到热流道元件如热咀之间最小距离尺寸的限制。所以用户在设计型腔距离很近的模具时,要注意检查最小允许热咀距离,以避免模具设计错误。 

    (6)加工塑料的种类。

    在选择热流道系统时,加工塑料的种类是一个非常重要的考虑因素。加工玻璃增强的塑料(如玻璃增强尼龙材料等)就应选用耐磨性好的浇口镶件;加工容易热分解的塑料(如PVC)就应选用浇道通畅、没有流动死角的热流道系统;加工流动性差的塑料(如PC)就应考虑选用较大的热咀系列及在热流道板中使用较大的浇道截面尺寸等。

    (7)热流道产品的成熟性。

    每种热流道产品的成熟性与应用历史长短是不一样的,一个新面世的热流道产品是需要较长的时间来逐步完善的。热流道厂商在不断引进新产品的同时,也会淘汰经实践证明不合适的热流道产品。所以,用户应尽量选择成熟性好,比较流行,应用历史长的热流道产品。对于这类产品无论是热流道厂商,还是别的热流道用户,都有较多的经验和成功案例可以供经验不多的新用户借鉴。

    (8)热流道系统发货前的状态。

    有的热流道供应商在将其热流道系统发货给用户之前,会对系统进行一定的测试,对非常重要的应用项目甚至会进行实际注射成型实验,但每个热流道供应商在热流道系统发货前的测试范围是不一样的,用户应予以了解,做到心中有数。

    (9)热流道的多区域温度控制。

    用户若需要购买大尺寸复杂的热流道系统,或加工对温度敏感、加工参数范围狭窄的塑料,则应选择具有多区域分别控温的热流道设计方案,这样用户可根据需要对温度分布进行局部调整和控制。一个理想的热流道系统应该有均匀一致的温度分布,但实际上会有多种原因导致热流道各处温度的不同,如热流道加热元件的质量原因,热流道系统与模具结合配合处热量的过度丧失,塑料溶体在热流道里各处剪切热的不同等。热流道系统尺寸越大越复杂,就越应该选择具多区域温度控制的热流道系统。

    (10)有换色要求的应用项目。

    有的用户用同一副模具生产具有不同颜色的同一品种的塑件,这就是有换色要求的应用项目。在订购热流道时,应尽量选择流道体积小的热流道系统以加速换色过程和减少废料。同时,热流道系统中的任何流道转弯处都必须圆整光滑,没有流动死角。若用阀式热流道系统生产有换色要求塑件,在阀针的后面常常会有流动死角(DEADSPOT),须给予格外注意。

    (11)1模异型多腔模具。在设计1模异型多腔模具时,必须考虑流动的平衡问题。如果零件尺寸重量差别过大,各型腔的注射压力差别在200~300bar以上,靠改变热流道系统里的浇道尺寸是难以达到流动平衡的。如果在1模异型多腔模具中流动不平衡,就会出现有的零件充模保压不够,有的零件却充模过度、飞边大、残余应力高等问题。这时应考虑使用阀式热流道系统,或改变模具的整体设计方案。阀式系统允许用户在适当的时刻关闭早期充满的型腔浇口,以避免这些型腔的充模过度问题。

    (12)型腔与热浇道体积的比例关系。

    与型腔体积相比,热流道系统的流道体积不可过大。否则塑料溶体在热流道系统内停留时间过长,会产生热分解,无法生产合格塑件。如果塑料制件重量实在太小,就应采用冷热流道并用的方案。因使用冷流道后注射量增大,有助于改进型腔与热流道体积的比例关系,缩短塑料溶体在热流道系统内停留时间。

    (13)采用试用模具。

    热流道模具比较贵重,尤其是高型腔数的热流道模具(如96,128型腔等),价格就更高。如果是要开辟一个新的应用领域,经验不足,或是试图采用较新的热流道元件(如热咀或新的浇口)等,就应考虑先制造1副简单的单型腔的试用模具,来进行方案的可行性研究验证,取得足够经验后,再制造价格贵重正式的工作模具。

    (14)模具图上热流道元件的绘制。

    热流道供应商一般都会将其热流道元件制成电子图库,供用户使用。模具设计人员在设计绘制模具图时,可以从热流道元件电子图库中选取需要的热咀等元件图,放到合适的模具位置上。因热流道供应商会经常更新换代其热流道产品,所以,用户应注意从热流道厂家不断地索取最新的图库。虽然人们已开始用3D方法设计模具,但目前各热流道供应商的热流道元件电子图库绝大多数仍是2D的,一些厂商已开始着手建立3D热流道元件图库,以适应3D模具设计发展的

    (15)质量保修期限。

    热流道供应商都会提供一些对其热流道产品的保修期限,保修期限从1年至5年不等,取决于热流道厂商和用户具体购买的热流道产品项目。在保修期内,若热流道产品在用户正常的操作使用下发生问题,热流道供应商会给予免费更换。显然保修期限越长,对用户越有利。为保证质量保修期有效,用户应尊重热流道的使用与保养规定,不可未经热流道供应商同意,修改变动任何热流道元器件。


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