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用于高速注射成型的熱流道系統(tǒng)
膨脹注射成型和物理發(fā)泡成型為塑料成型工藝實(shí)現(xiàn)節(jié)省成本、優(yōu)化產(chǎn)品和成型過(guò)程提供了新的可能。然而，即使是傳統(tǒng)的注射成型，也常常需要較高的注射速度，以實(shí)現(xiàn)對(duì)材料的可靠加工，而這兩種注塑技術(shù)尤其需要設(shè)定較高的標(biāo)準(zhǔn)，在此，適合的熱流道系統(tǒng)必不可少。
何種情況下速度是重要的
當(dāng)需要生產(chǎn)具有薄壁結(jié)構(gòu)的精美部件以及熔體流動(dòng)路徑較長(zhǎng)的部件時(shí)，快速注射是實(shí)現(xiàn)可靠生產(chǎn)的基本條件。當(dāng)然，即便是生產(chǎn)大型部件，快速注射成型常常也必不可少。在此，選用適當(dāng)?shù)臒崃鞯兰夹g(shù)將有助于實(shí)現(xiàn)完美的加工以及獲得優(yōu)良的產(chǎn)品。
即使是傳統(tǒng)的注射成型，也常常需要較高的注射速度，而在此介紹的兩種注塑技術(shù)尤其需要設(shè)定較高的標(biāo)準(zhǔn)，即膨脹注射成型和物理發(fā)泡成型。在膨脹注射成型中，熔體被壓縮在螺桿的儲(chǔ)料段或熱流道中，并充當(dāng)著壓力的存儲(chǔ)介質(zhì)。一般，在大約2000bar(2029kg/cm2)的壓力下，塑料熔體大約能夠被壓縮10%，這種特性通常被用于膨脹注射成型工藝中。然而，為了實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的可再現(xiàn)性，必須使預(yù)壓縮熔體的體積保持穩(wěn)定。因此，在壓縮后，螺桿必須保持在一個(gè)精確的位置上。當(dāng)閥式澆口噴嘴打開、大量的熔體流入到模具中時(shí)，它會(huì)承受較高的壓力。只有電機(jī)驅(qū)動(dòng)的注塑機(jī)可以滿足這一條件，它允許在系統(tǒng)界限范圍內(nèi)做出選擇性的軸向定位，即使是在高壓下也可保持該位置的穩(wěn)定不變。如果在膨脹注射成型中使用了熱流道系統(tǒng)，那么高達(dá)2500bar(2536kg/cm2)的壓力就會(huì)積聚在熱流道系統(tǒng)中，并在定義的時(shí)間內(nèi)保持不變，從而確保了所有的型腔均可獲得均衡的壓力。
為了成功地實(shí)現(xiàn)膨脹注射成型，必須確保所有的針閥能夠同時(shí)平穩(wěn)地開啟。一旦針閥打開，被預(yù)壓在熱流道中的熔體就會(huì)爆發(fā)式地膨脹，并均勻地填滿型腔，從而允許非常薄的部件充滿成型。
就物理發(fā)泡成型如MuCell工藝而言，需要向系統(tǒng)中加入物理發(fā)泡劑，該發(fā)泡劑首先是在壓力的作用下溶解于塑料熔體中。當(dāng)熔體注入型腔時(shí)，壓力降低，發(fā)泡劑膨脹，從而使熔體發(fā)泡。在此，使熔體以高速狀態(tài)注射到型腔中也是必要的，它有助于熔體在型腔中有選擇性地發(fā)泡成型。由此，便可生產(chǎn)出帶有發(fā)泡芯層和封閉表皮層的輕型部件。利用該工藝，能夠生產(chǎn)出壁厚小于1mm的發(fā)泡結(jié)構(gòu)部件。
在發(fā)泡過(guò)程中產(chǎn)生的內(nèi)部壓力會(huì)作用在部件的所有點(diǎn)上，在某種程度上起到了保壓的作用，從而能夠平衡或至少能夠減少凹痕、收縮和翹曲等缺陷。
注塑機(jī)必須能夠適應(yīng)上述兩種工藝不同的要求。在膨脹注射成型中，有必要使用全電動(dòng)注塑機(jī)以滿足精密計(jì)量和注射的要求。MuCell微發(fā)泡工藝要求使用特殊的螺桿和特殊的裝置，以便能夠?qū)⑻幱诔R界狀態(tài)的發(fā)泡劑注射到熔體中。這兩種工藝只有少許的差別，都能加工普通的聚合物。但是，液晶聚合物(LCP)不能采用MuCell工藝進(jìn)行加工，但它非常適合于膨脹注射成型工藝。
閥式澆口熱流道系統(tǒng)必不可少
在上述兩種工藝中，必須使用閥式澆口熱流道系統(tǒng)，以便于在熱流道系統(tǒng)中積聚并保持必要的壓力。在膨脹注射成型中使用的熱流道系統(tǒng)不僅需要承受很高的壓力，而且必須確保用于多型腔模具的所有針閥都能夠同時(shí)而準(zhǔn)確地開啟。位于德國(guó)Frankenberg的君特公司(GüNTHER Heisskanaltechnik GmbH)生產(chǎn)的側(cè)滑塊式提升板可以滿足上述要求。此產(chǎn)品由油缸軸向驅(qū)動(dòng)，并通過(guò)側(cè)滑塊機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)換成提升板的提升運(yùn)動(dòng)。由于是單一提升板的機(jī)械運(yùn)動(dòng)，從而保證了針閥開啟或關(guān)閉的同步動(dòng)作。
在與注塑機(jī)制造商恩格爾(Engel)公司合作進(jìn)行的一個(gè)X-Melt試驗(yàn)中，君特公司將一副2腔模具用于2800bar(2840.6kg/cm2)的工作壓力下并保持0.5s的時(shí)間，然后檢查熱流道系統(tǒng)的泄漏情況。所做的注射成型試驗(yàn)是采用多種不同的材料成型一個(gè)壁厚為0.5mm的試樣。在試驗(yàn)中，熔體注射到型腔中的時(shí)間隨材料的不同而有所差異，例如，聚苯乙烯的注射時(shí)間是0.1s，而LCP的注射時(shí)間是0.04s。試驗(yàn)結(jié)果表明：處于2800bar(2840.6kg/cm2)工作壓力下的熱流道系統(tǒng)密封完好，沒(méi)有熔體從閥式澆口噴嘴中流出。兩個(gè)型腔同時(shí)被填滿，從而實(shí)現(xiàn)了極高水平的生產(chǎn)再現(xiàn)性。膨脹注射成型的一個(gè)應(yīng)用實(shí)例是生產(chǎn)摩擦盤。
正如試驗(yàn)所顯示的，膨脹注射成型工藝可實(shí)現(xiàn)可靠的生產(chǎn)加工。該生產(chǎn)是將一個(gè)塑料部件注塑成型到一個(gè)條狀金屬基底上。由LCP材料成型的摩擦盤厚度為0.15mm，重0.02g。該成型操作所面臨的挑戰(zhàn)是，需要注射非常少量的材料并要確保成型過(guò)程的可靠穩(wěn)定性。因?yàn)樽⑸淞糠浅５�，因此只能使用閥式澆口熱流道系統(tǒng)。
該生產(chǎn)選用了一個(gè)專為加工LCP而設(shè)計(jì)的熱流道噴嘴。為了降低LCP材料的粘度以避免出現(xiàn)較高的剪切力，噴嘴的進(jìn)料管采用了較狹窄的設(shè)計(jì)。
降低重量和成本
物理發(fā)泡成型的一個(gè)重要因素是，熔體在熱流道中不會(huì)膨脹，直到它進(jìn)入型腔中。因此，在注射完熔體并隨之閉合模具后，熱流道噴嘴必須保持系統(tǒng)的壓力直到發(fā)泡劑完全溶解于熔體中。這可通過(guò)試驗(yàn)得到證實(shí)。該工藝的一個(gè)應(yīng)用案例是生產(chǎn)車門鎖外殼。這一壁厚為1.1mm的部件是采用MuCell 工藝、由POM材料制成的。該客戶的目標(biāo)是通過(guò)減少材料的用量，以及縮短循環(huán)時(shí)間、減少翹曲和凹痕缺陷來(lái)達(dá)到降低成本的目的。由于熔體中的氣體能夠降低熔體的粘度，因而可實(shí)現(xiàn)快速注射成型。這些微孔泡沫允許獲得同質(zhì)的收縮行為，從而可避免在較厚部位產(chǎn)生凹痕。該生產(chǎn)中使用的熱流道噴嘴是由君特公司提供的8NLT80噴嘴，針閥的運(yùn)動(dòng)是由液壓驅(qū)動(dòng)的單針閥進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的。
當(dāng)采用物理發(fā)泡工藝時(shí)，針閥是通過(guò)單針閥而運(yùn)動(dòng)的，這些單針閥的數(shù)量取決于型腔的數(shù)量。用MuCell技術(shù)生產(chǎn)出的車門鎖外殼重量減少了10%。
同一的溫度控制至關(guān)重要
基于君特?zé)崃鞯兰夹g(shù)的閥式澆口熱流道噴嘴(N_T噴嘴)帶有的軸套機(jī)構(gòu)，使其非常適用于膨脹注射成型和物理發(fā)泡成型。該噴嘴的優(yōu)點(diǎn)是可實(shí)現(xiàn)精確的溫度控制。特別是對(duì)于一些技術(shù)型聚合物，由于它們都屬于加工窗口較窄的半透明材料，因此有必要對(duì)整個(gè)噴嘴長(zhǎng)度進(jìn)行均一的溫度控制。為了達(dá)到這一目的，這些噴嘴擁有一個(gè)由雙組分構(gòu)成的軸套，以起隔熱的作用，軸套的前端采用鈦合金制成。
對(duì)于所有的閥式澆口熱流道系統(tǒng)而言，最重要的是：當(dāng)模具閉合、針閥進(jìn)入到注射澆口中時(shí)，要確保其準(zhǔn)確地居于中心位置，即在針閥與針閥導(dǎo)向件的接觸處的密封區(qū)域。這有助于消除熱流道系統(tǒng)的磨損。在君特?zé)崃鞯老到y(tǒng)中使用的針閥導(dǎo)向件由粉末金屬鋼制成，它具有極高的硬度和強(qiáng)度。
如果一個(gè)元件磨損了，可以對(duì)其進(jìn)行更換。當(dāng)產(chǎn)品出現(xiàn)毛邊時(shí)，只需要更換被磨損的針閥導(dǎo)向件，而不需要修補(bǔ)模具嵌件。
膨脹注射成型和物理發(fā)泡成型為塑料成型工藝實(shí)現(xiàn)節(jié)省成本、優(yōu)化產(chǎn)品和成型過(guò)程提供了新的可能。然而，要實(shí)現(xiàn)對(duì)材料的可靠加工，適合的熱流道系統(tǒng)必不可少。為此，君特為這些應(yīng)用而專門設(shè)計(jì)了各種閥式澆口熱流道系統(tǒng)，它們已在多個(gè)實(shí)際應(yīng)用中證實(shí)了其有效性。
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