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在一个工作循环中完成成型和装配-----适用于要求严格的三组件模具概念的定制热流道解决方案

来源:荣格 发布时间:2018-11-05 387
塑料橡胶材料处理、计量与检测模具及零件塑料加工设备 技术前沿
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为生产一种用于消毒剂凝胶用容器,精密模具制造商Matrix开发了一种复杂的6+6+6层三组件模具。其中两个单独组件一步法完成制造,并通过第三个组件的二次成型密封于模具内。这一要求严格的模具设计使用两个托芯转盘,所需定制热流道解决方案由Ewikon提供。

模内装配加二次成型概念(IMA+O)的模具设计。在两个托芯转盘的交叠区域——即下模腔包的左上方,上模腔包的右下方——是组装层(© Matrix)

通过上述设计生产的最终产品呈中空状,由两个单独的聚丙烯组件、一个球状储存容器和一个带有分配开口的平顶盖组成,通过组装动作连接(图1)。对于终端客户来说,无泄漏连接具有决定性的意义,因为在存储过程中必须避免流体的逸出。另外,还要求表面清洁、高透明度,以便最终用户能清晰地观察内部着色的消毒剂凝胶,并能方便地控制其耗用量。

开发者最初的思路是将这两个组件分别独立成型,然后通过超声波热合密封将其连接起来。但由于不同组件的几何形状以及由此产生的收缩行为不同,无法足够精确地完成两个椭圆形开口的装配,因此该思路被证明不可行,所以也无法保证产品防漏密封能力。

两个托芯转盘带来IMA+O注射成型方案

作为一个替代方案,Matrix决定使用自行开发的带有全热流道系统的三组件模具概念。这个概念使得在一个工作周期内完成两个单个组件的浇注、在模具中预组装和通过二次成型将其连接起来变得可行。这一在内部被称为IMA+O(模内装配加二次成型)的过程,其基本特征是在预装配步骤中,两个组件仅通过模锁定连接装配在一起。最终的力锁定连接仅通过第三个组件(也采用PP)的二次成型来实现。此外,在组装过程中,采用这一概念无需将组件在模腔间转移。浇注的各个组件停留在其模腔中,因此能以最精确的方式预先装配。

该模具包含堆叠排列的三组六联模腔(3x6)。每组模腔包含两个水平的三联模腔(参见标题图片)。顶盖在顶部模腔组中浇注,而存储容器则在底部模腔组中浇注。为了在中心模腔组中组装两个单独组件,该模具采用了两个托芯转盘组合的概念。其中一个放在固定半模的下半部,另一个则放在活动半模的上半部。

图1 两个单独组件被二次成型到完成组装的部件上 (© Ewikon)

图1 两个单独组件被二次成型到完成组装的部件上 (© Ewikon)

每个转盘都包含双模腔组,分别用于顶盖(托芯转盘在活动半模之上)以及存储容器(托芯转盘在固定半模之上)。所述各组对称地置于转盘旋转轴上、下方。两个托芯转盘在模具中心交叠,使得顶盖模腔组和存储容器模腔组彼此相对。

在第一生产步骤中,单个组件分别在顶部和底部模腔组中完成浇注。为了实现最大的工艺可靠性,在两个组件的浇注中应用了针阀式浇口技术。打开模具时,两个转盘在0.5秒内旋转180°,并将已填充的模腔组移动到组装位置。在这一生产步骤中,滑块机构确保部件保持在相应转盘的模腔中。

模具再次关闭时,完成组件的预组装。特殊的轮廓确保了锁模定位,但不包括一个确定好的环形凹槽,以便在最后工作步骤中,密封组件从侧面注入其中。同时,新的单个组件在顶、底部的模腔组中生产出来,完全组装和二次成型的成品部件从移动半模的转盘中弹出。另外,在固定半模中,通过脱模机构来支撑脱模。

低粘度密封件的侧浇注

这一概念以前曾以较简单的形式用于生产泵分配器,其中通过与第三组件的二次成型将膜与泵体连接。但新的应用对模具布局提出了更高要求。Matrix的总经理Joan Millán解释说:“在采用这一概念的第一个应用中,所有三个组件都是沿脱模方向进行浇注的,但在此处是不可能的。”

图2 为了到达极紧凑的模具插件的浇口点,需 要细长喷嘴解决方案 (© Ewikon)

图2 为了到达极紧凑的模具插件的浇口点,需要细长喷嘴解决方案 (© Ewikon)

在脱模方向上浇注储存容器和顶盖时,密封组件必须从侧面注入,以便用薄环连接两个组件。Millán解释:“这个过程不仅要求组件的精确锁模定位,而且注射压力要最低,以防止密封组件穿透工件内的空腔。此外,采用一种特殊的低粘度聚丙烯,利用其薄断面和长流道实现轮廓的最佳填充。”

经过长期成功合作,Matrix决定将Ewikon的热流道技术应用于这一项目。“作为高性能模具制造商,Matrix有着极好的声誉,”Millán表示,“对于像热流道系统这样的重要部件,我们从来不降格以求。所以,我们总是把重点放在质量,而非降低成本上。这个在固定半模上带有托芯转盘的要求很高的项目,不仅模具布局复杂,还要配有相应定制的热流道系统。”

图3 歧管中完全平衡的流道布置:1)用于浇注储罐(主骨料);2)用于浇注顶盖(垂直骨 料);3)用于与连接组件(侧骨料)的二次成型 (© Ewikon)

图3 歧管中完全平衡的流道布置:1)用于浇注储罐(主骨料);2)用于浇注顶盖(垂直骨料);3)用于与连接组件(侧骨料)的二次成型 (© Ewikon)

一方面,密封组件的直接侧浇注需要强有力的解决方案,另一方面,需要单一组件浇注用细长针阀式喷嘴(图2)以及专门设计的完全平衡歧管系统(图3)。Millán强调说:“Ewikon可以为所有这些需求提供最佳的解决方案。”

60°角模尖

在模具的热流道侧,工件轮廓被分割,其中一部分在托芯转盘中,另一部分在集成了热流道喷嘴的固定模具插件中。使用流道直径为4.5 mm的细长针阀式喷嘴,在底部浇注存储容器。为了在组装位置侧向浇注密封组件,三个HPS III-MH型喷嘴被定位在两排模腔组之间的直线上(图4)。

图4 位于热流道侧转盘装配位置的模腔组,对中的HPS III-MH喷嘴用于侧浇注 (© Ewikon)

图4 位于热流道侧转盘装配位置的模腔组,对中的HPS III-MH喷嘴用于侧浇注 (© Ewikon)

每个喷嘴带有两个相反布置的尖状插件并为两个模腔供料。为了使浇注点紧靠模具的分型线,插件的尖端倾斜60°。由于在旋转之前必须沿轴向将转盘从热的半部分抬起,所以固定模具插件还具有对中功能,以便在转盘被拉回时重新精确定位。

浇注顶盖时,对所使用的喷嘴技术要求特别高。该组件是从内部浇注的。由于模具设计的原因,这个浇注点是距离固定半模最远的位置。因此,喷嘴必须足够长才够得着,同时又必须设计得非常薄以适应极紧凑的模具插件。“Ewikon是唯一能够提供匹配解决方案的热流道供应商,”Millán解释说。这里使用的HPS III-S3喷嘴只需12 mm的安装空间,且定制长度为212 mm。

驱动轴通过热流道系统

模具设计需要配备五根采用Ewikon单元技术的完全平衡的歧管。其中两根为桥式歧管,它们与针阀式喷嘴所需的所有气动驱动单元一起放置在模板中。所有歧管和针阀式驱动组件的布置必须留有足够空间,供转盘驱动轴通过热流道系统。

一根桥式歧管为顶盖浇口用歧管提供输送,其自身则由垂直注入单元供料。由于这三个组件均采用具有相同加工温度的聚丙烯,所以用于密封组件和储存容器浇注的歧管由相同的桥式歧管供料。它由两个喷射单元,即机器的主喷射装置以及与机器操作侧相对布置的水平喷射装置同时供料。通过使用单元技术,在可用的紧凑空间内,可以容易地将两个组件的流道布置在两个单独的层面上。

图5 热流道系统的布置:
1)顶盖,针式阀嘴HPS III-S3,熔体通道直径3 mm,定制长度212 mm;
2)装配位置,热流道喷嘴HPS III-MH,径向版本,各带2个尖状插件;
3)储存容器,针阀式喷嘴HPS III-S,熔体通道直径4.5 mm(© Ewikon)


在整个项目中,Ewikon和Matrix设计部门在CAD领域紧密合作,以确保工作流程不出差错。Ewikon将热流道系统作为一个完整热半部分交付(图5)。但这仅构成热流道板装配的中间部分并包括用于驱动热流道侧转盘的电机支架。锁模板由Matrix制造,包含通过驱动带操作的用于转盘的驱动机构。

每天可完成45000件成品

精密模具制造与根据模具设计要求定制的高性能热流道解决方案的完美结合,产生了极为高效的三组件模具。加工周期仅为11.5秒,每天产量可高达45000个部件。生产在Allrounder 820 S注塑机(制造商:Arburg)上进行,该注塑机锁模力为400吨。由于最终产品正在进行投放市场前最终的消费者测试,所以这些部件目前仍然在位于西班牙Ripoll的Matrix工厂中生产。测试期间,模具机构和热流道技术运行顺利。

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