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探索热流道技术的新发展方向

来源:国际塑料商情 发布时间:2020-09-03 1080
化工塑料橡胶塑料加工设备模具及零件材料处理、计量与检测原料及混合物添加剂及母粒其他增强塑料
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热流道系统通常会和先进注塑工艺如影随形。通过热流道模具成型的产品不仅质量和美观度大幅提升,在节约原料和注塑效率方面的表现也十分突出,还能延长模具寿命、加快产品的上市时间。

热流道系统通常会和先进注塑工艺如影随形。通过热流道模具成型的产品不仅质量和美观度大幅提升,在节约原料和注塑效率方面的表现也十分突出,还能延长模具寿命、加快产品的上市时间。尤其对于多腔件、透明件、薄壁件、大型塑件或高要求塑件,相较于冷流道系统,热流道系统更能彰显优势。


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因此,随着塑料工业的蓬勃发展,热流道技术也在不断地演化提升,其应用范围已遍布于汽车、消费类电子、医疗、包装、5G等细分市场的注塑加工行业。


伴随市场竞争的日趋白热化,作为产品制造环节之一的注塑加工业也因此面临巨大挑战:如何通过改进注塑工艺,将业界先进的模具及热流道技术应用于生产,成为注塑加工商制胜的法宝。


此外,塑料部件设计日益精细复杂的趋势愈演愈烈,面临功能升级和体积缩小的双重要求,拥有高超的注塑技艺,确保无痕、一致性佳的浇口品质也是注塑业者得以脱颖而出的必备竞争力。本期,我们对部分知名热流道厂商最近推出的一些代表性产品和技术做了盘点,和读者一起探索热流道行业的发展方向。


热流道应用的热点方向


◆用于家族模和薄膜嵌件注塑成型的FLEXflowEvo


意大利热流道制造商HRSflow(好塑热流道)于2020年初推出了其新一代伺服针阀热流道系统FLEXflowEvo,FLEXflowEvo是HRSflow对其FLEXflow技术的进一步开发,此项技术为顺序注塑成型工艺带来了巨大革新,可助力客户应对各类富有挑战性的注塑成型应用。


FLEXflowEvo可以对每一阀针进行单独调整,能在阀针的开关过程中精确控制阀针的行程和动力。通过采用FLEXflowEvo,可在注塑过程中轻松且精准地控制每一喷嘴的压力和流量,从而有效提高塑件质量,减少工艺调整成本,扩大工艺窗口,延长模具使用寿命。


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车门板家族模,采用 FLEXflow Evo伺服针阀热流道系统


FLEXflowEvo采用新型驱动器安装在分流板上的布局,系统可以更快且更安全地安装至模具中,并且系统结构更紧凑,开框更小,可以大大减少模具制造商的工作量。


FLEXflowEvo的工艺设置是通过FLEXflowEvo控制器完成。通过FLEXflowEvo控制器,用户能够把模拟仿真分析结果转换成可在控制器或注塑机中自动预设的数据。用户因此可以获得与模拟仿真软件完全匹配的理想工艺设置,从而大大减少试模期间的调试时间,最终在成本、时间以及产品质量上获得切实的益处。


FLEXflowEvo控制器采用升级版软件,性能更优异。新版软件能够进一步简化操作员的工作。并且,新版软件对数据传输进行了优化处理,控制器的响应速度更快。据了解,客户当前现有控制器皆可轻松升级至最新版软件。


FLEXflowEvo有着广阔的应用潜力,适用的前沿应用包括家族模、FIM(FilmInsertMolding,薄膜嵌件注塑成型)等。


与每次单独生产单个塑料部件相比,使用家族模可一次性生产多个不同部件,极大地节省生产总成本,但也常存在一些问题,这些问题多与传统的阀针控制方法有关,比如导致翘曲等产品缺陷的平衡性问题。通过采用FLEXflowEvo伺服针阀技术,独立控制每一阀针的行程和动力,可以允许一套模具里每单个塑料部件的尺寸和重量存在较大差异,克服在部件尺寸、重量、壁厚、体积等方面的差异受限,使料流同时良好地充满各个型腔,并防止出现过饱或飞边。


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带背光功能且集成电容式传感器的HMI,采用 FLEXflow Evo伺服针阀热流道系统注塑而成


FIM(薄膜嵌件注塑成型)则是另一项前瞻性技术。通过在薄膜的背面注塑热塑性树脂或包覆成型,FIM可以一步注塑成型带装饰性或功能性表面的塑料件,并在注塑的过程中集成多个薄壁的功能元件,例如灯光元件、传感器或触摸元件等,从而为制造商提供前所未有的设计灵活性,尤其适用于要求带装饰效果的A级表面的汽车内外饰应用。


凭借其强大的工艺灵活性,FLEXflowEvo能良好地应对FIM注塑应用。FLEXflowEvo最近参与的一项FIM案例是一款带触屏功能和背光效果的HMI(汽车人机界面)。该产品是在IMD薄膜的背面直接进胶,注塑成型PC材料的透明塑料部件(中控触屏区域的透明部分),并在注塑过程中嵌入集成微型传感器。该产品的难点在于如何确保在极为敏感的薄膜上进行背面注塑但不损伤薄膜,且需将PC透明区域的残余应力控制在极低的水平。通过采用FLEXflowEvo,精准地控制每一喷嘴的压力和流量,对特定区域的压力进行管理,这些难点问题得以良好地解决。


与FLEXflowEvo同属一系列的FLEXflowOneEvo针阀系统,同样采用伺服驱动。FLEXflowOneEvo是以精细设计的驱动模块替代普通控制系统,驱动模块与每一喷嘴相连,控制熔体流量,以确保高可重复性地生产高质塑料注塑件。


事实上,2019年K展上,HRSflow曾展示过FLEXflow热流道技术的魅力。在其合作伙伴注塑机供应商的展位上,覆盖各个行业的应用为观众诠释了科技创新、未来趋势、循环经济理念的先进注塑解决方案。其中部分演示项目采用的是FLEXflowOne电动伺服针阀技术,该技术在注塑过程中无需使用额外的控制器。


比如,住友(SHI)德马格演示了完全重新设计车辆内部的交互式仪表板的注塑成型。该部件清楚地说明了HRSflow的FLEXflow技术如何在IMD薄膜上进行聚碳酸酯(PC)的背面注塑,从而避免了应用中常见的美学缺陷。该工艺还包括在背面的电容式传感器包覆成型,以在注塑成型后提供完整的零件。


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HRSflow的热流道技术已安装在各种知名的注塑系统中


恩格尔的三个现场演示项目也搭配了HRSflow热流道系统。第一个演示项目是以配备了5点FLEXflow热流道系统的家族模注塑复杂的PMMA光学级导光条,从而生产出用于更长、更复杂LED结构的超清洁光学级零件。另一个应用是轻量化汽车车门件,它使用了HRSflow液压系统,对三种不同形状的预制有机片材(PP+30%长玻纤)进行均衡的包覆注塑。得益于Brose经过各种模拟后的有针对性的选择,这是目前世界上唯一同时处理三种形状不同的有机片材的生产单元。这套解决方案的模具供应商是GKTool,金发也是其中一个合作伙伴。第三个演示和循环经济的再生塑料应用有关。恩格尔利用ABS回料和3点Pa系列热流道系统,生产出标尺,在保持均匀一致的注射重量的同时,避免了回料加工相关的问题。


阿博格、克劳斯玛菲、威猛巴顿菲尔、伊之密,也利用HRSflow热流道系统,现场演示了柔软触感的门把手、汽车内饰A柱、汽车演示面板、轻量化发动机盖的生产。


SealFit™热半模:可靠高效且安全


在2019年K展上,INCOE(英柯欧)展出的SealFit热半模也很有特色,吸引了大批观众前往参观。它被完整地安装在相应的模板中并调整好,且在发货前已完成功能测试。热半模的重要优势包括用于规划、项目管理、设计、生产和安装的时间和精力更少,以及简化了生产启动和提高了注塑成型的操作安全性。


新的热半模的优势:螺纹连接喷嘴的概念具有更多优势,尤其是在操作安全方面:喷嘴和分流板之间具有防漏连接,且无论作用点如何,两者的流道始终对齐。喷嘴与分流板之间使用螺纹连接后则不再需要喷嘴头。传统上喷嘴头需要放在特别的凹槽中,而这个凹槽在模板中的公差要求极其严格。


没有喷嘴头,喷嘴和模具在喷嘴与分流板之间的过渡处则没有了接触。因此,无论是热量,还是力都没有转移到模板上。即使在较高的加工温度下,也可减少高达20%的能耗,从而降低模板变形的风险。模具变形小,导向销或对中装置的磨损也相应减少。


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SealFit™热半模可靠高效


即用的完整系统:这种可立即使用的完整系统同时也增加了服务和维护的用户友好性。它尽可能将所有供应管线和连接件安装到热流道系统上,以便可以将其从模板的间隙中整体拆卸。这样就无需在模板的特殊凹槽中拆卸和重新安装管线。在气动针阀系统中,气路可以通过在模板上钻孔来实现,便于将热流道系统简单地拆卸。若与集成的热流道系统一起使用,则可以在机器上完成维修工作。


作为一家家族式企业,INCOE自1958年以来,已经成为热流道技术领域的先驱。目前,INCOE在全球范围内开发和生产热流道系统,用于注塑成型的各个领域。在美国、巴西、德国、新加坡和中国的五大生产基地为客户的业务提供在地支持。INCOE的服务网络覆盖超过45个国家。该服务网络由掌握热流道和注塑技术的专业人员组成和管理。INCOE热流道系统的广泛应用使世界各地的注塑成型市场获益。该广泛应用有利于促进技术方案形成,满足不同的市场需求:汽车、运输、电子、工程材料产品、包装、医药、化妆品和家用电器等。


◆专为细小部件的注塑应用而设计的全新UltraHelix™250T2阀针式浇口


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全新Ultra Helix™ 250 T2阀针式浇口专为细小部件的注塑应用而设计,例如翻盖式瓶盖、化妆品瓶盖及其他精细技术件


2020年7月2日在上海举办的2020塑料行业-荣格技术创新奖颁奖典礼上,赫斯基凭借最新推出的UltraHelix™250T2阀针式浇口,成为“模具及配件”大类的获奖企业之一。


全新UltraHelix™250T2阀针式浇口专为细小部件(意味着浇口位置不易触及)的注塑应用而设计,例如翻盖式瓶盖、化妆品瓶盖及其他精细技术件。UltraHelix™250T2是UltraHelix™产品家族中最小的喷嘴,喷嘴孔直径仅为12毫米。


获得极佳的浇口品质的秘密是对浇口孔进行高精度加工及维护。因此,极小的公差、高性能材料、精密制造和阀杆与阀针针尖之间的准确校直等关键条件必须同时具备,缺一不可。UltraHelix™250T2阀针式浇口的产品特色及优势同赫斯基的UltraHelix™喷嘴一致,确保卓越的浇口品质,并为模具制造商在设计上提供了更多灵活性和自由度。阀针针尖包含浇口和校直双重特性,经由高精度的工艺制造而成,以确保充分满足设计要求。应用UltraHelix™250T2直接进胶注塑部件,模具使用者能节省树脂,加快生产周期,在更大跨度的温度区间内提升注塑性能。此外,得益于技术创新,喷嘴嘴尖的维护变得相当便捷,无需将模具从注塑机中移出即可操作。


UltraHelix™250T2的阀针驱动(浇口开启和闭合)和其他单独气动控制、单伺服控制、UltraSyncP或UltraSyncE控制的阀针驱动一样。当阀针式浇口与UltraSyncE模式或单伺服模式下的阀针驱动匹配时,其使用寿命可大大延长。这些技术提供了闭环运动,并减少了阀针在浇口处关闭所需要的速度和力量。该受控运动有助于降低部件损耗并有效延长机械寿命。


UltraHelix™250T2喷嘴有效推进冷流道的淘汰和替换,从而支持可持续性目标的实现。在没有空间安装传统尺寸的喷嘴,或传统喷嘴需要更大的模具的情况下,冷流道往往用来注塑较小部件。冷流道被替换升级可减少能耗和塑料,这些塑料最终可能被当作垃圾掩埋。


◆新一代eGate为精密模具打造更为出色的解决方案


圣万提新一代eGate可以为精密模具打造更为出色的解决方案,同时也可以实现清洁、安静、节能的操作流程,而且这一流程具有快速响应、高精确性以及可重复性。现在,电动针阀控制系统可应用于大型产品零部件。eGate可以全方位控制每一个喷嘴的阀针运动,进而提升性能,尤其是在顺序针阀和组合模具的注塑应用。


每个阀针的位置、速度、加速度和行程均可以进行全面的精确电动控制,除了可以减少翘曲、部件重量和降低锁模力以外,还能提高应用灵活性、平衡性和保压控制能力。通过这样的控制生产出来的产品外观更好且尺寸更稳定。


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电动控制器直接固定在分流板上,安装十分简便且免维护。图纸设计紧凑且避空高度低。全新的操作界面简单易用,其包括一个简便的拖拽编辑器以及菜单存储和注塑预览等功能。


2019年K展上,圣万提还展示了activeGate®产品系列中对熔体流动控制的技术。activeGate技术可实现对每个喷嘴熔体流速的单独控制,从而生产出更加完美的产品部件。


在activeGate产品系列中包括synflow®,这是一种成熟的双速阀针开启控制技术,可以帮助客户改善或消除顺序填充时产生的产品表面缺陷。synflow除了可以控制阀针最初开启的速度之外,现在还可以在运动过程中的任意位置上停顿。在注塑过程中可对每个喷嘴的流量进行单独控制,以平衡多腔模具或填充多点复杂几何形状的产品零部件。


◆多样化热流道产品打造轻质瓶盖和薄壁包装


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采用MasterSHIELD技术的全新SPRINT


很多汽车行业的加工商对马斯特热流道的各大产品耳熟能详。事实上,马斯特热流道的优势应用绝不仅仅只限于汽车应用,这里我们重点分享马斯特在瓶盖、密封盖的高速成型方面和薄壁包装系列的特色热流道产品。


采用MasterSHIELD技术的全新SPRINT:Sprint热流道系统经过优化,可对瓶盖和密封件进行可靠的高速成型,现在已将MasterSHIELD泄漏保护技术作为标准配置。Sprint系统每天生产数百万个产品零件,并以生产质量高而著称,这些技术具有快速的成型周期(低至2秒,具体取决于应用)、快速的变色性能、行业领先的模具填充平衡和低能耗。Sprint热流道系统通常用于生产轻质瓶盖(例如:26mm<1gr)、28mmCSD瓶盖以及38和48mm的饮料瓶盖。Sprint热流道系统还具有行业标准的浇口型框和型腔设计,可最大程度地提高生产率。


ThinPAK系列薄壁包装热流道系统:这是引入业界新型的热流道系统,该系统专为生产卓越的高品质薄壁包装产品而设计,并提供了广阔的工艺窗口。ThinPAK系列结合了新的MasterSHIELD技术,具有高强度和耐用性,在高达2800Bar的高压应用中具有完全的可靠性。ThinPAK系列与所有常见的包装树脂兼容。


新的Centi喷嘴尺寸拓展了ThinPAK的产品应用能力,涵盖了从超小型容器到大尺寸桶的所有内容。全新的叠模设计可提高生产率和盈利能力。


◆HASCO:通过SingleShot系列喷嘴扩大产品阵容


HASCO的开发重点关注在兼容的安装尺寸、精确的温度控制、功能性以及具有成本效益的设计上。丰富的喷嘴类型可以直接进浇到分流道或成型件。


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ThinPAK系列薄壁包装热流道系统


高端解决方案并非每次都需要,对于许多应用而言,只要能达到目的的简单喷嘴就足够了。除所有传统塑料外,新的SingleShot喷嘴还可以加工工程塑料和轻度增强的材料。SingleShot喷嘴有两种尺寸可供选择,可用于生产小型和中型的注塑件,每模重量最高可达800g,浸入深度可达179mm。


简化的维护和维修工作:相关的易损部件(例如喷嘴头部和熔体腔),甚至温度传感器都可以根据需要更换,从而简化了维护和维修工作。单回路加热器以直接嵌入的方式固定在喷嘴主体上,以确保在喷嘴的整个长度上温度均匀。适当的热功率分配和可使熔体输送缓和的大尺寸熔体通道设计,确保了均匀的温度曲线和低剪切的零件填充。由于Fe-CuNi热电偶的有效布置和与冷模之间良好的绝缘,即使是加工温度范围狭窄的塑料也可以进行可靠地加工。


喷嘴设计的目标是在紧凑设计中实现最大熔体通过量并具有最佳稳定性。单控制回路的喷嘴适用于较小的安装空间,并且加热器嵌入喷嘴主体的方式确保了非常低的总能量需求。Hasco由热流道供应商的专家顾问和应用工程师提供支持,以帮助客户根据具体应用情况调整喷嘴和喷嘴头。


◆优化过的分流板技术确保塑料以均一压力和熔融状态流入单独模腔


较短的成型周期和稳定的高质量注塑似乎总是很难两全其美:期望熔体快速固化,又要均匀填充模具中的所有型腔以满足各种质量要求,在调和二者的矛盾时分流板起着非常重要的作用。


在K2019上,德国弗兰肯贝格的GüntherHeisskanaltechnikGmbH展示了其流变学和热学上优化的分流板技术,该技术可确保塑料能够以均一的压力和均一的熔融状态流入每个单独的模腔中。


避免熔体粘度差异:不平衡通常是由熔体的不均匀流动行为引起的,这是由熔体粘度不同造成的结果。熔体粘度受剪切速率和温度的影响。为了实现均匀填充,Günther的工程师会根据特定塑料种类的流量要求来设计分流板。为此,热流道制造商会在生产条件下对材料进行测试。


此外,Günther的产品系列还包括各种标准分流板,例如一字型分流板,H型和T型分流板以及十字型和星型分流板,它们可以在预制半成品模块系统的基础上适配个体客户的需求。此外,分流板的结构设计还使用了热仿真。


外加热式熔体输送分流板元件:所有有熔体输送的分流板元件都是外部加热;此外,流道中的高质量表面可确保熔体的压力损失最小。加热器被压制在两面的特殊凹槽结构中,目的是将热量有效地传递到分流板。根据要求,分流板可以是钎焊或者扩散焊。


因为分流板是两半部分连接在一起的,所以在流道中不会产生倒扣和翻边,倒扣和翻边会导致较高的剪切力,从而导致熔体的流动特性不同。既然分流板是由两半部分组成的,流道也就分成了两部分,这样就可以有更多的设计选项来平衡流道。


流动优化的偏转元件:此外,Günther分流板系统中还包含偏转元件,这些偏转单元经过流量优化,并且在磨损或清洁时可以快速更换。密封分流板流道的堵头也是如此:倾斜或曲面的堵头可以使熔体更平缓地偏转。无论针阀式或者开放式热流道系统都有曲面堵头可供选择。


总结


近十多年来,热流道技术在中国真正得以全面推广和应用,随着模具行业的不断发展,热流道在塑胶模具中运用的比例也逐步提高,但总体上还未达到国外热流道模具的使用比例。


要进一步推动热流道技术在注塑模具中的应用与发展,需要对目前热流道模具成型塑料制品的热点和难点加以明确。在本文的前半部分,我们提到了适用于包括家族模、FIM(薄膜嵌件注塑成型)等应用,可在注塑过程中轻松且精准地控制每一喷嘴的压力和流量的FLEXflowEvo热流道系统;可以花更少的时间和精力进行计划、项目管理、设计、生产和安装,以及简化的生产启动和更高的注塑人员操作安全性的SealFit热半模;专为细小部件的注塑应用而设计的全新UltraHelix™250T2阀针式浇口;可以全方位控制每一个喷嘴的阀针运动,进而提升性能,尤其适合用在顺序针阀和组合模具注塑应用的新一代eGate;帮助打造轻质瓶盖和薄壁包装的热流道产品,等等。


热流道元件的的微型化、标准化、系列化依旧符合热流道注塑模具的发展方向。在满足塑件质量要求的基础上,在模具上布置更多型腔以提高产品的生产效率和注射机的利用率也是目前注塑行业关注的焦点。因此,如何做到每个型腔的进料平衡就成为重中之重。另外,开发更为精确的温度控制装置可大大降低材料因高温而热降解的可能性。尤其不能忽略的一点是,随着计算机辅助软件在热流道注塑过程中的普及,运用计算机辅助软件对成型过程进行模拟仿真,可以对模具设计中的多个参数进行系统优化,由此提高产品质量、缩短制件生产周期,同时还能有效减少反复试模造成的浪费。





本刊编辑组稿:班红芳


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