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        五步獲得更好的助壓模塞

        2016-02-08 09:07:51CMT材料公司ConorCarlin
        現(xiàn)代塑料 2016年4期
        關(guān)鍵詞:設(shè)計(jì)

        文/CMT材料公司 Conor Carlin

        五步獲得更好的助壓模塞

        文/CMT材料公司 Conor Carlin

        模塞是熱成型加工中一個(gè)不可或缺的重要組成,它同時(shí)影響著產(chǎn)品形狀、材料分布、透明度和抗壓強(qiáng)度等關(guān)鍵性能。通過仔細(xì)計(jì)劃并遵循最佳的方法制作正確的助壓模塞,有利于獲得高質(zhì)量、可重復(fù)的部件。

        90%以上的薄壁熱成型部件采用模塞助壓預(yù)拉伸成型。雖然具體的模塞設(shè)計(jì)由許多因素決定,包括撐壓深度、型腔數(shù)量、壁厚的臨界性質(zhì)和塑料的拉伸特性,但某些基本技術(shù)還是可以幫助提高成型過程的可重復(fù)性。

        模塞是熱成型項(xiàng)目中一個(gè)不可或缺的關(guān)鍵組成部分,它同時(shí)影響著產(chǎn)品的形狀、材料分布、透明度和抗壓強(qiáng)度。對(duì)模塞的材料成本及在材料分布、部件重量、廢品和其他問題(如美觀質(zhì)量)上的平衡進(jìn)行一個(gè)全面的對(duì)比十分重要。通過仔細(xì)計(jì)劃并遵循最佳方法,制作正確的助壓模塞可以讓你獲得高質(zhì)量、可重復(fù)的部件。

        在介紹每個(gè)步驟的具體細(xì)節(jié)之前,需要重點(diǎn)指出的是,在這個(gè)過程中,用戶的看法起著非常重要的作用。根據(jù)你是熱成型商、模具制造商,或是兩者兼具,在選擇適當(dāng)材料時(shí),有幾個(gè)要素要考慮。簡(jiǎn)單來說,主要的區(qū)別在于一些人負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)和制造模塞,而另一些人負(fù)責(zé)運(yùn)行那些配備了模塞的機(jī)器。

        在考慮熱成型生態(tài)系統(tǒng)時(shí),這個(gè)重要區(qū)別得到凸顯,它涉及供應(yīng)商和樹脂用戶、擠出商、再制工廠、模具制造商、機(jī)械工廠、原始設(shè)備制造商和其他服務(wù)供應(yīng)商。生態(tài)系統(tǒng)中的某部分發(fā)生變化會(huì)影響決策和另一部分的結(jié)果。如果模具制造商簡(jiǎn)單地選擇一種牌號(hào)的材料,沒有理解模塞和塑料之間的相互作用,加工商可能就無法獲得理想的產(chǎn)品。

        基于此,本文概述了薄壁熱成型商和模具制造商應(yīng)遵循的5個(gè)實(shí)際步驟,以優(yōu)化模塞設(shè)計(jì)和材料選擇。

        帶有高螺旋形狀的硬質(zhì)合金工具專用于切割磨蝕性塑料,它能實(shí)現(xiàn)理想的光潔度。使用正確的速度和進(jìn)刀會(huì)獲得一個(gè)更好的模塞,用以生產(chǎn)可重復(fù)的熱成型部件

        步驟一:選擇最好的材料

        并非所有的模塞材料都一樣。固體聚合物和復(fù)合泡沫塑料最常用于薄壁應(yīng)用中,而木材幾乎沒在如今嚴(yán)苛的環(huán)境中得到過使用。CMT材料公司不同牌號(hào)的Hytac復(fù)合泡沫通過不同類型塑料的性能、溫度、加工條件、表面光潔度、耐久性和價(jià)格而進(jìn)行優(yōu)化。如果其他一些變量發(fā)生變化,簡(jiǎn)單地使用與之前相同的材料并非明智之舉。例如,多層薄膜如PE/EVOH/PE的加工參數(shù)當(dāng)然與HIPS是不相同的。

        作出正確的選擇能降低加工成本,提高材料的分布效果,增強(qiáng)透明度,降低塑料在模塞上的堆積,并最大限度地延長(zhǎng)模塞的壽命。這些好處以不同的方式使不同的生態(tài)系統(tǒng)成員獲益。

        步驟二:同時(shí)考慮模塞設(shè)計(jì)與材料

        模塞設(shè)計(jì)是一個(gè)復(fù)雜的問題,涉及許多因素,如模具設(shè)計(jì)、片料選擇、過程溫度、熱成型設(shè)備和模塞材料等。一個(gè)比較好的做法是從一種“材料安全”的模塞設(shè)計(jì)開始,這意味著模塞材料要盡可能靠近腔壁和地板(通常是1.5 mm),并在模塞頭部采用最小半徑。如果太多的物料被帶到型腔底部,這會(huì)為半徑的增加創(chuàng)造條件。另外,可以增加更多的模塞錐,以此來均勻分布材料的厚度或消除可能的模塞痕跡。

        模塞的目的是預(yù)拉伸和將塑料分配至正確的地方。模塞和塑料之間的初始界面點(diǎn)輸送的物料量最多。鋒利的邊緣意味著較少的塑料流動(dòng),從而形成更薄的側(cè)壁和更厚的底部/角。圓邊意味著更多的塑料流動(dòng),產(chǎn)生更厚的側(cè)壁和更薄的底部/角。不同的模具設(shè)計(jì)、機(jī)械特性、塑料片料的特點(diǎn)、模塞速度和真空排氣/定時(shí),甚至操作人員的技術(shù)都會(huì)影響模塞的表現(xiàn)。

        不同的模塞材料擁有不同的物理性質(zhì),認(rèn)識(shí)到這一點(diǎn)很重要。當(dāng)設(shè)計(jì)人員從尼龍或縮醛模塞轉(zhuǎn)換成復(fù)合泡沫模塞時(shí),可以看到最顯著的區(qū)別。例如,由于縮醛具有比Hytac復(fù)合泡沫塑料更高的線性熱膨脹系數(shù)(CLTE),因此它的設(shè)計(jì)必須考慮到一些膨脹。如果設(shè)計(jì)人員在未改變模塞設(shè)計(jì)的情況下改變了模塞材料,那么成品部件的材料分布無法得到優(yōu)化,甚至可能導(dǎo)致廢品和/或部件失效。

        除了CLTE外,模塞材料的強(qiáng)度(根據(jù)ASTM D790中的彎曲韌性測(cè)量標(biāo)準(zhǔn))也在設(shè)計(jì)中發(fā)揮了重要的作用。選擇一種滿足熱成型部件強(qiáng)度要求的材料非常關(guān)鍵。例如,如果模塞有狹窄的肋或柱,脆性材料如一些環(huán)氧復(fù)合物就不是一個(gè)好選擇。

        在一個(gè)典型的加工表面(左)中,顏色的變化代表峰谷之間的高度變化。該表面有光滑的觸感,除具有高透明度要求的項(xiàng)目外,它可用于大多數(shù)的項(xiàng)目。右邊顯示了一個(gè)拋光表面,圓形的峰防止劃傷高透明度的部件,谷使塑料可以從模塞中脫出

        步驟三:了解加工指南

        和材料科學(xué)中的許多進(jìn)展一樣,新模具通常被要求用于加工新材料。對(duì)于模塞助壓而言,傳統(tǒng)材料如木材或商品聚合物容易被CNC操作人員所了解。而復(fù)合泡沫塑料是一種空心玻璃微球和熱固性或熱塑性粘合劑系統(tǒng)的組合,其切割技術(shù)在本質(zhì)上與傳統(tǒng)材料是不同的。為了獲得理想的結(jié)果,必須滿足兩個(gè)關(guān)鍵條件:鋒利的切割工具和充分的進(jìn)刀速度。

        切割工具必須鋒利,從而確保在加工泡沫塑料時(shí)能獲得令人滿意的表面光潔度。鈍的或外形不正確的刀具會(huì)導(dǎo)致較差的表面狀況。值得一提的是,高速鋼制刀具會(huì)很快變鈍,要謹(jǐn)慎選擇。通過工具制造商的研究,CMT發(fā)現(xiàn)帶有高螺旋形狀的硬質(zhì)合金刀具更佳,因?yàn)樗袖h利的邊緣和更長(zhǎng)的刀具壽命。有試驗(yàn)表明,采用一個(gè)兩凹槽的設(shè)計(jì)對(duì)磨蝕性復(fù)合泡沫塑料的效果最好。

        為了有效地加工復(fù)合泡沫并獲得盡可能好的表面光潔度,了解進(jìn)刀速度也十分關(guān)鍵。進(jìn)刀速度是一個(gè)簡(jiǎn)單的方程,它包括切削載荷、主軸轉(zhuǎn)速和切割工具上的凹槽數(shù)量。讓我們依次來看每個(gè)變量。切削載荷通常是由工具供應(yīng)商針對(duì)與特定類型材料一起使用的工具來提供。主軸轉(zhuǎn)速是由加工中心產(chǎn)生,凹槽數(shù)量是基于實(shí)際的切割工具。類似的原則也應(yīng)用于車削圓柱模塞的數(shù)控車床,它一般用于生產(chǎn)飲用杯子或酸奶容器。

        如果沒有和適當(dāng)?shù)娜藛T充分溝通,再好的指南也無法發(fā)揮作用。通常,數(shù)控操作人員和模具設(shè)計(jì)師不會(huì)一起工作。這可能會(huì)導(dǎo)致有關(guān)模具路徑設(shè)計(jì)與實(shí)際數(shù)控機(jī)床參數(shù)傳達(dá)錯(cuò)誤。當(dāng)模具部門沒有充分意識(shí)到加工部門的需求時(shí),這種情況同樣也會(huì)發(fā)生。相反,當(dāng)整個(gè)團(tuán)隊(duì)都充分了解項(xiàng)目的背景時(shí),會(huì)取得理想的結(jié)果。

        步驟四:如何以及何時(shí)修飾模塞表面

        對(duì)于如何修飾模塞表面有不同的考慮。但大多數(shù)人同意“拋光模塞可以獲得更加可重復(fù)的過程”這一觀點(diǎn)。在此過程中,碳化硅砂紙經(jīng)常被使用。當(dāng)拋光熱固性樹脂和共聚物復(fù)合模塞時(shí),砂紙可以蘸水,這有助于減少灰塵在砂礫中的積聚。需要注意的是,這個(gè)方法不能用于熱塑性塑料基復(fù)合模塞,因?yàn)樵趻伖膺^程中液體會(huì)使表面變得粗糙??梢允褂媚p墊和粗目(open mesh)或微目砂紙,它們也會(huì)減少灰塵在砂礫中的積聚數(shù)量。

        溫度、基材、表面光潔度、移動(dòng)、灰塵和許多其他因素都會(huì)影響模塞/片料的界面。不同的表面條件由于模塞材料的加工或拋光,甚至溫度在模具中的幾度變化,都將會(huì)影響摩擦系數(shù)(CoF)和片料的拉伸值。對(duì)每種不同的模塞材料甚至不同的塑料卷而言,這些值是變化的,包括摩擦系數(shù)的靜態(tài)(對(duì)象靜止)值和動(dòng)態(tài)(對(duì)象在運(yùn)動(dòng))值。確定CoF值的唯一合適的方法是采用實(shí)際模塞和片料進(jìn)行試驗(yàn)。

        如文章中的圖片所示,左面是一幅計(jì)算機(jī)圖像,顯示了一個(gè)典型的加工表面。顏色的變化表示從峰(peak)到谷(valley)之間的高度變化。該表面有光滑的觸感,除了那些有高透明度要求的項(xiàng)目外,它可用于大多數(shù)項(xiàng)目中。右邊顯示了一個(gè)拋光表面。顏色的變化再次說明了從峰到谷之間的高度變化。圓形的峰防止了針對(duì)高透明度部件的劃痕,而谷仍然使塑料可以從模塞中脫出。一個(gè)適當(dāng)拋光的模塞能減少劃痕,優(yōu)化材料拉伸,延長(zhǎng)自身壽命,減少咬模,并提高熱成型過程的可重復(fù)性。

        高度拋光共聚物模塞(藍(lán)色)和熱塑性復(fù)合泡沫模塞(粉色)

        步驟五:將模塞牢固地安裝在模具上

        如果在熱成型過程的加熱中沒有很好地發(fā)揮作用,那么即使是世界上設(shè)計(jì)最好的模塞也沒有價(jià)值。從根本上說,模具制造者希望避免在模塞中產(chǎn)生不適當(dāng)?shù)?、可能?dǎo)致斷裂或失效的應(yīng)力。一些材料,如熱塑性基復(fù)合材料,非常耐用,可以承受直接的攻絲。另外一些較脆的材料則需要使用不同的方法。

        模塞的形狀也必須加以考慮。嵌件對(duì)于實(shí)現(xiàn)最大量的連接是一個(gè)很好的方式。一個(gè)螺栓可以被安裝在一個(gè)平面嵌件中,沒有材料彎曲或模塞損壞的風(fēng)險(xiǎn)。該方法具有更容易連接/再連接的附加好處。

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