叠层模具技术发展现状及方向

在数十年里，叠层模具在包装制品和其他许多小型零件生产的增长中不断获得新的发展。新颖的模具设计正给叠层模具的传统市场带来多种颜色和多种材料成型的能力。叠层模具现在也在抓住大吨位成型机上生产大型工业零部件的机会。 通常的叠层模具设计因为它们的生产效率超过普通的单面模具而闻名。它们大多用于相当小型的、浅拉伸包装制品和其他一次性制品，而很少用于除此之外的其他制品。但是在过去几年中引入的一批新模具概念拓宽了叠层模具的能力，包括了多材料成型和大型工业零部件，如汽车的前大灯棱镜和侧边修饰件。大型零部件成型意味着叠层模具首次应用在大于1000 t的成型机上。 革新的步伐在多组分成型方面一直相当活跃。通常的单面多组分模具的典型成型方式是在模具的半面注射一种材料进入型腔，再注射第二种材料进入模具的另一个半面。在一个循环之中，在水平轴上旋转模板，使模具翻面。叠层模具成倍地增加可使用的模具面，还允许整个模具表面用各自的材料成型。这种新设计有一个在垂直轴上旋转的中心模板。取决于系统，中心模板可以有或者两个或者四个面，每当模具打开时旋转90o或者180o。 四种制模概念使得这种多组分零部件的大批量生产方法得以商业化。这类新型模具的结构包括Engel公司的一种旋转模板设计，其中心模板有两个面，每个周期旋转180o。由Ferromatik Milacron欧洲公司与德国模具制造商Foboha公司合作开发的旋转叠层模具有一个四个面的中心模板，它每一周期旋转90o。丹麦的Gram技术公司的旋转叠层(Spin Stack)方法有多达四个边挨着边的小的中心叠层结构，各自又有四个面，并且每一周期旋转90o。另一种独特的结构，叫做低惯性技术(LIT)来自Caco-Pacific公司。在这种较为简单的设计中，带有两个芯组的旋转杆连接到每个模具的半边，而不是像在其他的设计中那样的单独设置。 这些新式叠层设计正在受到要求较好手感的软接触应用的促进。这类应用包括，例如，牙刷柄、阻透包装应用、带有模塑衬里的帽子和盖子、多色手机机壳，以及由不同材料，如PP和PVC组成的医用零部件。 一个实例是Foboha公司的带有PET(40g)阻透层的HDPE(70g)牙膏管式瓶肩的模具，设计能力10亿只。公司拥有加工方法和制品两方面的专利。这一新型4x64旋转叠层(Turning Stack)系统在一个8.4s的周期中吐出64只双层零件。产量估计为一年17500万只，所以将使用六个生产系统。这样的生产规模在通常情况需要21套常规的叠层模具和机器。特别的注射量控制装置允许在设备运行中调节PET层的厚度，并且可以帮助减少43%的零件重量。 消费品越来越流行，例如，手感好的软接触特点的牙刷和刮胡须刀柄，这一强势要求将对它们的批量需求推向叠层模具最为适合的水平。Ferromatik Milacron欧洲公司 和Foboha公司50-60套旋转叠层模具正在运行中，其中多达20套在北美。该公司预测多 组分零部件有10%的年市场占有率。 “当前，多组分零部件市场绝对处于繁荣状态，”一家奥地利包装制品模具供应商、迄今为止Gram公司的帽子和盖子旋转叠层技术的唯一专利商、公司的总经理Claus Ziegler说。“五年以前，我们的模具销售的大约1%是用于多组分应用的，现在多组分应用已经达到我们业务量的15%-20%，”Ziegler说。KTW公司有8到10套旋转叠层模具处于试验或工作状态。 旋转叠层方法 与通常的用于多组分成型的旋转模板比较，这种新型的旋转叠层模具由于旋转部分的质量较小，所以转位要快得多。在Gram公司的旋转叠层模具和Caco-Pacific公司的低惯性系统中，质量减小特别明显。“典型情况您们能节省20%到30%的周期时间，特别情况可节省达到50%到80%，”KTW公司的Ziegler说。 Gram公司的系统有附加的优点，它有允许叠层模具旋转所需要的最小的模具开距。管理经理Jes Gram说，为使系统转位，一个双组分的盖子模具只需打开100mm。正在开发的一种新式顶杆设计可以使模板开距减小为60mm。 “旋转叠层概念在市场上是最灵活的，” Gram补充说。“转动机构、液压装置和所有部件包括在模具内部，所以这允许该项技术用于任何常规的成型机。”第二种材料可在机器旁边用一台补充的组合式注射装置来供给，例如，采用Windsor公司的新型PlugExpress系统，该系统在美国由它的姐妹公司Sandretto公司销售。 Gram公司将它的旋转叠层技术扩展到了一种名为双两次注射模具的系统。设计用于双组分的牙膏瓶肩模具，具有四个分型面和两对各有四个面的旋转叠层，每个面具有24个型芯，总共有384个型芯和192个型腔。周期时间短于7 s，它的生产能力达到115万件/d，即3.9亿件/a。 Gram说，这种两次注射加工过程对单一材料的厚的零部件成型也有好处。这种方法可以使用同一个热流道供给注射同一种材料的第二层。Gram又说，因为在每次注射时只要注射和冷却较小体积的熔体，这就减少了缩痕产生的可能性。 采用旋转叠层方法，不用于成型的中心叠层的(第二和第四个)面可用于装嵌件或冷却部件，而不会增加周期时间。Gram公司近来取得一种新型顶杆系统的专利，它能将制品顶到机器的侧面。该顶杆的液压系统安装在模具框架内。附加的叠层表面的另一种利用方法是成型一种三次注射制品。Gram公司制造了一种用于生产医用管道连接器的模具，第一次注射PVC，第二次注射热塑性弹性体(TPE)，第三次注射PVC，以部分重叠注塑TPE。该制品在三个工位成型，并从第四个工位顶出。演示操作在一台88t的Demag公司的机器上进行，周期时间不到15s。这种8+8+8型腔的模具为丹麦的Carmo工业公司每天生产多于46000 只零件。