模具的序贯阀式浇口

HEATS · 发表于 2010-9-12 09:08:00

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　　在汽车和其他领域，部件合并产生了几何形状更为复杂的大型部件。这些部件很难浇注，容易产生诸如局部装填过量以及制件发亮等问题。同时，这些复杂的大型部件还需满足更严格的表面质量的要求。与此同时，各种尺寸的系列产品则要求使用系列的模具。人们还需要用几种材料混用制成的制件，而对于薄壁制件则要求有更好的流动长度。

　　传统阀式热流道存在的不足

　　用传统的阀式热流道系统处理这些问题十分棘手。同时打开或关闭所有的阀浇口，必然会使控制接缝位置、残留气体、局部装填过量以及流动不平衡等现象的能力受到限制。幸运的是，现在出现了一种技术，可以自由控制从哪儿注料，何时注料以及以多快的速度注料等。这种技术被称为序贯阀式浇口或SVG系统。阀浇口的开闭按照程序的步骤来执行。虽然这并不是一种新技术，但制模商却正在逐渐了解这种技术技术解决问题的能力。例如，对于一个模腔几何尺寸复杂而另一个模腔简单的系列模具，或者是几何尺寸不对称的多浇口部件，或是某个区域较厚某个区域较薄的部件，或有加强筋、凸台或活铰链这样的部件，在模塑过程中将产生一些问题。用传统的阀式浇口系统，制模工需要特别使部件的某些部份装填过量，才能使其他部分完全填满。而装填过量的部分不仅浪费原材料，还容易使得这些部分产生粘结、翘曲以及产生冷却应力等问题。

　　在接下来的上漆工序中，部件应力会导致表面倾斜或油漆粘结等问题。此外，装填过量也就意味着要求使用更大型的注射机，对夹具的要求也更高。

　　从多个浇口同时注料也会导致其他一些装饰性的工序无法正常进行，如模内涂层等。插入模具中的纺织品或薄膜会因注射工艺不平衡而发生皱折或波纹。

　　对于单模腔多浇口的部件，接缝位置和外观越来越重要。彩色制件的接缝将会格外明显，而玻璃纤维填充物制件上的接缝会影响美观和性能。如果接缝出现在关键的高应力区域，这将会影响制件的质量和性能。多阀式浇口产生的接缝有可能在上漆后仍能看见。

　　人们尝试了许多种方法，包括在模具上添加滑动件来控制注料。有的制模商也许还采用过缩小喷嘴孔径和浇口来控制注料，以便减少装填过量、应力和接缝等现象，但更小的孔径会导致熔融料所受剪切力过大。如果加工的制件壁厚相同，产品都一样，这个方法还不错，但其加工能力却大大受到了局限。

　　SVG有何好处

　　在不能改变所用材料的粘度、压力或温度的情况下，使用SVG系统，即使材料或条件发生变化，制模商也可以控制注料情况以生产出高质量的产品。

　　Mold flow是一家模塑模拟软件的供应商，该公司的产品负责人Murali Ammareddy说，较好的作法是改变流道的尺寸而不是浇口的尺寸。“这种方法人为地使流动达到平衡，适合于系列模具。Moldflow公司提供一种自动使流动达到平衡的程序，可以调整流道的尺寸。但是，这可能会导致流体产生不同的剪切力，从而影响到制件的质量。浇口尺寸变小有可能会使浇口堵死。Annareddy提醒说：“若进料系统是人为地达到平衡，那么它对工艺过程中的变化更为敏感。”

　　在过去，这些问题迫使有的制模商在生产高精度制件时，避免使用多浇口和多模腔的作法，因为均匀紧密的制件很难达到要求的公差。

　　SVG进入商业运作已有十年了，相对于传统的阀式浇口和热流道的方法，并且获得越来越多的认可。SVG正在向人们展示其前所未有的控制接缝的能力：它可以将接缝移到不重要的部分，甚至移到排气口。通过阀口的序贯动作，人们可以均匀地往系列模具中注料，以此减少注料过量和发亮。同理，如果多模腔模具中的某一个型腔损坏，可以将其封死而继续使用模具。使用浇口进行调整以期获得均匀的注料，而无需改变浇口和流道尺寸来实现。

　　供应商还提到了其他一些好处：在同一时间通过几个浇口序贯注料相对通过所有浇口同时注料可以减小夹具的吨位达20%~30%。物料的装填可以更加精确，在需要的地方可以多注料。

　　供应商加紧开发

　　至少有8个热流道技术的供应商提供SVG技术，包括D-M-E, Incoe, Husky, Mold-Masters, Osco Systems, P,E.T.S.和Synventive公司。汽车行业是SVG系统的主要使用行业，尤其是用于生产大型部件如保险杠、防护板、车轮罩，档位面板、格栅、风扇、散热器、空气入口系统以及仪表盘等，还可用于生产光学部件如汽车灯玻璃。SVG在生产边缘要求较高的汽车部件方面也开辟了新的使用领域，如在模内涂层、插入装饰膜、共挤出、硬—软多物料模塑、气体辅助以及加入长玻纤组份等。

　　Synventive公司销售、市场以及研发部门的付总裁Mark Moss引用了一个例子：“使用共挤出生产TPO汽车保险杠现在市场还不太大，但却进行得很成功。”用序贯法生产表面光滑的TPO保险杠，型芯可以重复使用，这可帮助汽车制造商们满足越来越多的“绿色”汽车的要求。按照Moss的说法，使用标准的阀式浇口系统无法生产出这样的部件。

　　Incoe公司与位于Sheboygan Falls, Wis的Benis生产厂一起从事用SVG系统进行共挤出已有三、四年的时间了。当型芯材料不同时，可利用共挤出来生产。

　　制造汽车部件的制模商还有一个减少成本的想法，他们想取消上漆这个步骤。供应商们认为SVG系统是发展装饰膜嵌入模制件的重要因素，而如果能在制件中嵌入装饰膜，则可替代在外部件如车门外部进行上漆这个步骤。

　　Osco系统公司第一次将该技术用于解决汽车部件的装饰上。Osco销售部门的付总裁Peter Rebholz这样说：“至少在十年以前，我们为通用汽车公司在生产卡车和汽车格栅的数十个模具上进行试验，总是遇到接缝线的问题。现在我们使用SVG系统将接缝线从明显能看见的地方移到了沟缘处。”Rebholz说：“在同时期，我们开始从事在模件内进行装饰，通过SVG系统可将薄膜引入模件而在插入时不发生降解或吹胀。我们还开始利用SVG系统生产系列模具产品，在一个模具中既生产容器也生产出盖子。”

　　Mold-Master公司的Dewar说：“在过去的十到十五年中，我们已经将SVG系统应用于电视机后盖的生产中，它使制模商可以生产不用上漆的大型部件。如汽车底盘，它用添加了30%玻璃纤维的尼龙来制成。接缝使制品表面变形，从结构的角度看，也会影响其结构性能。”

　　Collins&Aikman公司正在应用SVG进行一项富有挑战性的模具内涂层的项目。内构件设计程序管理员Mark Nietake说：“使用SVG系统可控制模具内注料的情况，还可降低乙烯树脂插入件在注射相中所承受的压力。一块16×20in的聚丙烯制件是使用SVG系统生产出来的。在以前，这些部件是先通过注射成模，然后再手工加上泡沫／乙烯树脂表层。

　　Nietzlce说Collins &Aikman将很快开展另一个SVG项目，这个项目是为通用的Epsilon汽车生产表层为乙烯树脂层的车门板。为这个项目已经制作好了四个模具中的三个，这些模具正在进行试验。他还说，为2006-07年型号的车，厂家正在考虑使用SVG纤维面层的仪表板。Collins &Aikman还在为Visteon开发SVG座位靠背。

　　SVG部件中外形要求最高的是一个为福特F150R挖掘机准备的双物料耐气候带。第一次注射的物料为加有20%滑石的PP塑料，第二次注射的物料是一种柔软的TPV材料，其中加入了硅添加剂作为润滑剂。Innatech公司是一家专门从事多次注料生产的注射成模公司。今年预计将生产1400万台这样的制件。优化发展部负责人Jack Elder说，这种薄型的、38ft长的耐气候带，装在前后门之间，起着降噪、密封等综合效能。SVG仅用在TPV边缘密封处。共设5个浇口，从中心逐渐往两边注料，这样可减少瑕疵点。SVG系统是Incoe公司发明的，但Innatech公司却为该工艺设计了自己的PLC控制系统。在注射期内，根据注射机螺杆位置的信号，该系统可使每个浇口独立地多次开关。该部件在今年的SPE汽车塑料创新奖上夺得了一个奖项。

　　SVG系统好在哪里

　　使用SVG系统的一个主要原因是加强其外观效果,但这不是唯一的原因。据产品负责人Kevin Golden说，Husky使用SVG系统将生产1500mm长的仪表盘减震器所用夹具的吨位减小了大约30%。“我们经常生产汽车格栅。大多数大型喷嘴系统都是利用SVG来完成的。”Husky利用SVG系统生产出了重达80lb的制件。

　　Nascote工业公司是一家有名的生产大型汽车部件的厂家，也是较早使用SVG系统的厂家，它在使用GE的Xenoy PC/聚酯材料生产保险杠时，就将其生产周期从110秒缩短到了75秒。节省下来的时间大多数都是因为减小了夹具吨位。该公司还声明称，利用SVG系统可提高生产能力，而无需增加注模机，此外还可避免产生斜面以及漆面粘结等问题。MHS和德国的MHT合作在Decoma工厂制作了好几件大型汽车SVG热部件。MHS的Schmisdt认为SVG打开了用多模腔生产大型薄壁制件的大门。“在将来，我们将看到壁厚为2mm或更小的TPO保险杠和仪表板。壁厚小则冷却时间短，但这将使流动阻力增加。较明显的接缝都是由于压力降太大以及冷却层形成太快而形成的。但使用SVG系统则可避免生产大型薄壁制件出现这些问题。

　　SVG在汽车行业之外也有很多市场。Osco公司的Rebholz说“我们利用序贯浇口可以生产出袖珍产品。”GE公司开发出了一种笔记本电脑的外壳，其壁厚只有1mm厚，这就是通过11个浇口序贯注料制成的。GE公司开发出了一种加碳导电的化合物Lexan，Tremblay说这种物料可以象干燥的尘土一样流动。如果采用传统的阀式浇口系统则无法注入这种物料。但利用SVG系统，则可在1.5秒之内完成注料。

　　SVG的使用方法

　　大多数SVG系统通常使用4到12个浇口，但有的系统仅有2个浇口，有的又多达24个浇口。P.E.T.S.公司的Casey说SVG系统通常比标准阀式浇口系统投资要多出15%~20%，这主要是因为增加了额外的控制功能。

　　SVG可主要分为两大应用领域，这是依照模具注料目标的不同而分类的。有一种SVG工艺适合于类似系列模具的多模腔模具。它的主要目标是均匀注料，避免过量装填。另一种SVG被称为“串级”模塑，一般用于制件较长或大型制件，以改善制件的表面质量。串级模塑主要是为了模拟当使用单浇口时单向流的前缘以及接缝少这样的优点。串级设计中浇口长度应设计成熔融料从一个喷嘴流到下一个喷嘴的浇口之间的长度，即物料到达下一个喷嘴时便不流动了。当熔融料经过一个喷嘴时，该喷嘴打开。新的熔融料从前一个流体前缘的后面流过。从新的喷嘴出来的热熔融料使前面的熔体前缘更新，不会形成接缝。串级既可设计成物料从制件的中心向两边流动，也可以从一端流向另一端，还可以是在制件外部两端打开浇口，最后将两股熔融物料引向制件的中心。在每一种情况下：“目标都是使物流在停下来之前再使其向前流动。”在每个浇口端部设定不同的温度有助于实现此目的。

　　熔体从一个浇口流到另一个浇口的距离，以及打开和关闭浇口的时间在SVG系统中都是很关键的参数。如果过早打开了第二个浇口，那么会发生倒流等各种各样难处理的结果。如果打开第二个浇口过晚，那么从第一个浇口出来的物料表面将会发生固化，在这两种情况下，都无法受益于序贯阀式浇口。可能发生倒流是因为接近第二个浇口的物料正在冷却、压力在减小而从新的浇口出来的物料则温度较高，压力较高。浇口的开启可以由进间、螺杆位置或型腔中的压力变送器来控制，近位开关可以提供反映阀式浇口针杆位置的反馈信号，可作为安全检查用。

　　在SVG系统中，适当的排气也是很重要的，如果模具排气当，两股物料之间的空气可能会残留在模具中。

　　由于在SVG系统中存在这么多的复杂因素，许多热流道供应商都建议在设计模具时采用计算机进行流动模拟。SVG系统模拟模具流动已有好几年历史了，对于使用SVG流动模拟的用途来说，接缝位置是一个尤其值得注意的一点。“目前没有办法在模拟阶段预测接缝的实际强度，因此最好的办法是注意接缝形成时预计的温度和压力。总的来讲，在较高温度和压力下形成的接缝强度更高。我们可以设定浇口打开、关闭的时间以使接缝最小化或消除接缝。”Moldflow公司的Annareddy说。

　　对于大型、复杂制件，即使使用SVG系统也不能完全就地控制注料和填充的压力。在这些情况下，Synventive认为动态加料SVG技术可解决标准SVG解决不了的问题。典型的阀式浇口要么全开、要么全关，动态加料喷嘴相当于一个控制开关，可按不同的角度开关，由此改变流动的有效尺寸，这样可在每个浇口处实现实时进料和装填控制。

　　闭路动态加料系统从1998年引入，它由一个液压缸带动喷嘴中的阀芯运动，控制流动情况。热流动中的压力变送器向控制器传递一个信号，控制器将实际压力与设定的压力曲线进行比较。控制器相当于一个伺服阀，控制液压缸的运动。而传统的注模过程在充模阶段使用的是速度控制，而在最后的补料和充填阶段切换为压力控制。而在动态系统中只采用压力控制，在补料阶段可以实现最精确的控制，因为所检测到压力正是浇口处的压力。Moldflow公司的Annareddy说：“有了这种控制，你就无需担心所有模腔是否在同一时间充满。”Modlflow公司和Synventive公司正在合作进行动态加料模塑模拟工作。

　　位于南部Mich的一家汽车部件供应商Lear公司，已经使用动态加料系统制作了许多内A、B、C立柱，以及HVAC门、保险杠、车轮弧衬瓦，以及三部件束状仪表前盖。其他制模商使用该系统制作了内联锁支撑，精确喷墨盒，以及柱状探头组件。还有一个薄壁、多型腔的项目，使用有四个浇口的模具来生产移动电话的前盖和后盖。Mikron模具技术公司，仅用0.4秒的注射时间就生产出了PC/ABS塑料制件，壳体的壁厚为0.7～1.5mm，制件总的制作周期为13秒，而注入的物料量为8.85g。

　　P.E.T.S计划在2004年的第一季度为SVG系统推出新的阀式针芯设计，虽然没有详细情况，但据说将使针芯的动作不仅仅只有开关两个动作那么简单。

　　通过按顺序开、闭阀式浇口进行注料可以改善制件的表面质量。减小系统压力和缩短制作周期。Moldflow公司所作的流动模拟，可以帮助决定浇口的位置和阀门开启的时间。序贯阀式浇口系统，如P.E.T.SW公司所提供的这个，主要用于处理具有复杂几何形状的大型部件以及有或深或浅或厚或薄区域的制件

　　SVG系统与其它先进的模塑技术结合在一起。此图显示了Synventive公司的DF系统与共注塑技术结合在起生产保险杠。生产出的保险杠表面光滑，型芯可重复使用。

　　Synventive公司的动态加料系统，比SVG系统又更进了一步，它可以实现在每个浇口处实时控制流动和压力。Moldflow公司所作的模拟，显示了DF系统如何在系列模具中避免了装填过量、发亮以及凹陷。

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