羅剛，劉宗義 ，張義海

(四川省宜賓普什模具有限公司，四川 宜賓 644000）

0 引言

模具工業(yè)是國民經(jīng)濟的基礎(chǔ)工業(yè)，從某種意義來說，模具工業(yè)的發(fā)展決定了工業(yè)的發(fā)展。特別是塑料制造業(yè)，模具工業(yè)產(chǎn)生1 份的價值可以使得整個工業(yè)增加100 份的價值，因此模具俗稱為“印鈔機”。所以，“模具就是經(jīng)濟效益”，“模具工業(yè)是進入富裕社會的源動力”[1]。盡管中國的模具工業(yè)在以往的發(fā)展中有不錯的進步，從注射模具來看，主要還是在單面模具型腔數(shù)量及延長模具壽命上有提升，但是與其他模具傳統(tǒng)強國相比高效率多工位先進的模具技術(shù)仍有一定差距，主要是多工位先進模具技術(shù)沒有得到廣泛的推廣使用，特別是在智能化、高效率、節(jié)能降耗等長壽命和復(fù)雜化的多工位模具技術(shù)上體現(xiàn)的更為明顯[2]。具體來說特別本文將介紹的，疊層多工位注射模具、轉(zhuǎn)盤多工位注射模具、模內(nèi)旋轉(zhuǎn)多工位模具、立方體四工位旋轉(zhuǎn)式注射模具先進技術(shù)等，都遠落后于歐美發(fā)達國家。

1 疊層多工位注射模具

疊層多工位注射模具,就是指單面單工位模具基礎(chǔ)上增加模具層數(shù)，從而增加工位數(shù)量，即可以翻倍增加模具型腔數(shù)量提高產(chǎn)能。

1.1 二工位疊層模具

如圖1，結(jié)構(gòu)包括：疊層模具熱流道系統(tǒng)、同步閥針流道桿機構(gòu)、同步開模機構(gòu)、承載導(dǎo)向系統(tǒng)、第1 冷半模具、第2 冷半模具系統(tǒng)等多個系統(tǒng)組成。工作原理是：第一步，模具合模完成后，同步閥針熱流道機構(gòu)2 打開；第二步，塑料粒子通過注塑機器注射裝置注射到疊層模具熱流道系統(tǒng)12 分流道板內(nèi)，通過分流道左右兩邊噴嘴注射到每一個型腔內(nèi)；第三步，產(chǎn)品填充保壓完成后，同步閥針熱流道機構(gòu)關(guān)閉；第四步，模具冷卻完成后，開模通過同步開模結(jié)構(gòu)11 實現(xiàn)第1 冷半模與第2 冷半模同時開模；第五步，開模具完成后，兩個半模具同時頂出塑料制品，合模完成一個循環(huán)。二工位疊層模具特點，通常適用于所有塑料制品，且產(chǎn)品結(jié)構(gòu)簡單的二工位疊層模具一般可直接安裝在不增加容模厚度的注塑機上，而產(chǎn)品結(jié)構(gòu)復(fù)雜通常需要安裝在容模厚度增大的注塑機上。因此，二工位疊層模具的應(yīng)用優(yōu)勢非常明顯，與2 套單面模具同樣產(chǎn)能相比較，固定資產(chǎn)投入更少、生產(chǎn)占地面積基本少一半，人工成本可以更少，節(jié)能降耗15% 左右，是批量化塑料制品其他增產(chǎn)擴量的最優(yōu)的選項。

圖1 二工位疊層模具

1.2 四工位疊層模具

如圖2，結(jié)構(gòu)包括：1&2 工位分流道系統(tǒng)、3&4工位分流道系統(tǒng)、2.雙層直桿式膠料杠機構(gòu)、1&2 工位同步開模結(jié)構(gòu)、3&4 工位同步開模結(jié)構(gòu)，承載導(dǎo)向系,1、承載導(dǎo)向系2、第一工位冷半模、第二工位冷半模、第三工位冷半模、第四工位冷半模、等多個系統(tǒng)組成。工作原理是：第一步，模具合模；第二步，塑料粒子通過注塑機器注射裝置注射到雙層直桿式膠料杠機構(gòu)內(nèi)，再由雙層直桿式膠料杠機構(gòu)分別分流到1&2 工位分流道系統(tǒng)和3&4 工位同步開模結(jié)構(gòu)，最后通過各自分流道左右兩邊噴嘴注射到每一個型腔內(nèi)；第三步，產(chǎn)品填充保壓；第四步，模具冷卻完成后開模，通過同步開1&2 工位同步開模結(jié)構(gòu)和3&4 工位同步開模結(jié)構(gòu)實現(xiàn)4 個工位同時開模；第五步，開模具完成后，4 各個半模具同時頂出塑料制品，合模完成一個循環(huán)。工位疊層模具特點，主要適用于通用性的大批量產(chǎn)品，主要的優(yōu)勢如果對比4 套單面模具同樣產(chǎn)能，生產(chǎn)占地面積可以減少近75%，人工成本和固定資產(chǎn)投入更少、整體更節(jié)能降耗，是特大批量化塑料制品生產(chǎn)的最佳選項。

圖2 四工位疊層模具

2 轉(zhuǎn)盤式多工位模具

如圖3，轉(zhuǎn)盤式二工位模具，由兩套定模不同，動模相同的模具在垂直平面按上下或左右方向排列。兩定模安裝在注塑機定模板上，兩動模安裝在注塑機轉(zhuǎn)盤上。如圖3，成型原理過程：首先通過第一色注塑系統(tǒng)2 向第一工位模具型腔1 中注射第一種塑料，成型出雙色塑料件的第一色產(chǎn)品11，然后開模，轉(zhuǎn)盤裝置8 旋轉(zhuǎn)180° 同時帶動第一工位冷板模具旋轉(zhuǎn)180° 形成兩套位置互換，合模，則上一步第一工位成型的第一色產(chǎn)品11 轉(zhuǎn)入第二工位模具型腔2 中成為嵌件，第二色注塑系統(tǒng)4 向第二工位模具型腔中注射另一種顏色的塑料，將第二色塑料與第一色塑料進行融合，即可成型出第二色產(chǎn)品6 的雙色塑料件。與此同時，注射裝置2 向第一工位型腔中注射第一種塑料，成型出下一塑料第一色產(chǎn)品11，待制品冷卻成型后開模，此時第二工位推出雙色塑料件，轉(zhuǎn)盤裝置8 旋轉(zhuǎn)180°同時帶動第一工位冷半模具和第二工位冷半模具旋轉(zhuǎn)180° 形成兩套位置互換，合模，即完成一次注射周期。轉(zhuǎn)盤式模具技術(shù)工位拓展，通常是將旋轉(zhuǎn)角度180° 調(diào)整為旋轉(zhuǎn)120°，即可實現(xiàn)調(diào)整完成三工位成型，或者多色多物料成型。轉(zhuǎn)盤式模具主要適用于中小型多色多物料制品的生產(chǎn),適合中批量塑料產(chǎn)品生產(chǎn)[3]。如雙色阻隔避光輸液器滴管、洗發(fā)水雙色翻蓋和各種包膠類多物料產(chǎn)品等。

圖3 轉(zhuǎn)盤式二工位雙色模具

3 模內(nèi)旋轉(zhuǎn)式多工位模具

如圖4，模內(nèi)旋轉(zhuǎn)多工位模具技術(shù)也稱轉(zhuǎn)模芯多工位技術(shù)。圖2所示為模內(nèi)旋轉(zhuǎn)2 工位。模內(nèi)旋轉(zhuǎn)多工位模具模具的特點為：只有一套模具，利用普通注射設(shè)備增加一個或多個副注射螺桿裝置即可滿足生產(chǎn)雙色或多色產(chǎn)品，實現(xiàn)多色多物料注射，簡單、靈活、方便。其成型原理為: 首先通過第一色注射裝置2 向第一色型腔13 中注射第一種塑料，成型出雙色塑料件的第一部分；然后開模，旋轉(zhuǎn)裝置11 頂出旋轉(zhuǎn)180°同時帶動第一色產(chǎn)品13 旋轉(zhuǎn)180° 形成位置互換，復(fù)位合模，則上一步成型的塑料件轉(zhuǎn)入第二色型腔5 中成為嵌件；第二色注射裝置4 向第二色型腔5 中注射另一種顏色的塑料，將第二色塑料與第一色塑料進行融合，即可成型出雙色塑料件。與此同時，第一色注射裝置2 向第一色型腔13 中注射第一種塑料，成型出下一塑料嵌件，待制品冷卻成型后開模，推出雙色塑料件，旋轉(zhuǎn)裝置11 旋轉(zhuǎn)180° 同時再次帶動第一色產(chǎn)品13 旋轉(zhuǎn)180° 形成位置互換，閉模，即完成一次注射成型周期[4]。利用這一技術(shù)，將旋轉(zhuǎn)裝置11 旋轉(zhuǎn)120° 即可實現(xiàn)三色成型，或者再增加抽芯技術(shù)可實現(xiàn)多色多物料成型，可大大提高產(chǎn)品設(shè)計的自由度，特別適合小批量塑料產(chǎn)品生產(chǎn)，常用于產(chǎn)品圖標雙色蓋、三色蓋、多色個人護理產(chǎn)品、密封功能性瓶蓋包裝等的加工。

圖4 模內(nèi)旋轉(zhuǎn)二工位模具

4 立方體四工位旋轉(zhuǎn)模具技術(shù)（Cube Mold）

如圖5，立方體旋轉(zhuǎn)四工位模具技術(shù)（4×90°)，模具有2 組定模，4 組動模在中間立方體上，每90°方向有1 組動模，合計共4 組動模。如圖3，成型動作原理為：第1 次合模，第1 組動模與第1 組定模合模進行第1 種顏色材料注塑；然后第1 次開模，接著動模旋轉(zhuǎn)90°，即將已完成第1 種顏色材料注塑的第1組動模轉(zhuǎn)動90° 到冷卻工位；第2 次合模，第2 組動模與第1 組定模合模完成第1 種顏色材料注塑；同時第1 組動模產(chǎn)品在冷卻中；第2 次開模，同時動模旋轉(zhuǎn)90°，已完成第1 種顏色材料注塑的第1 組動模轉(zhuǎn)動到跟第2 組定模的同一平面位置；已完成第1 種顏色材料注塑的第2 組動模轉(zhuǎn)動90° 到冷卻工位；第3次合模，已完成第1 種顏色材料注塑的第1 組動模與第2 組定模合模進行第2 種顏色材料注塑；同時第2組動模產(chǎn)品在冷卻中；第3 組動模與第1 組定模合模進行第1 種顏色材料注塑；第3 次開模，同時動模旋轉(zhuǎn)90°，已完成2 種顏色材料注塑的產(chǎn)品移到取出頂出工位；已完成第1 種顏色材料注塑的第2 組動模轉(zhuǎn)動到跟第2 組定模的同一平面位置；已完成第1 種顏色材料注塑的第3 組動模轉(zhuǎn)動90° 到冷卻工位；第4組動模轉(zhuǎn)動到與跟第1 組定模的同一平面位置。通過上面3 次開合模動作，第1 組動模進行360° 轉(zhuǎn)動，完成了2 種顏色材料注塑的產(chǎn)品的成型，后續(xù)繼續(xù)重復(fù)同樣的開合模動作得到2 種顏色材料）注塑產(chǎn)品。立方體模具優(yōu)點非常突出，不僅可以成型多色多物料產(chǎn)品，而且還實現(xiàn)了成型過程多個動作并行，同時注塑，同時冷卻，同時頂出產(chǎn)品，特別適合大批量塑料產(chǎn)品生產(chǎn)。如：調(diào)味品雙色蓋、防偽多色包裝蓋、多色功能蓋等[4]。立方體模具的其他擴展應(yīng)用，單材料多次成型，降低周期。例如PETG 厚壁制品的成型，冷卻慢，材料結(jié)晶，影響透明度；即使不影響透明度，冷卻周期也比較慢，120 s 左右；厚壁材料立方體模具分2 次注塑成型，產(chǎn)品的周期降低一半，且產(chǎn)品不再有透明度問題（PETG 制品冷卻慢，材料結(jié)晶影響透明度）。

5 結(jié)語

本文針對疊層多工位注模具、轉(zhuǎn)盤多工位注射多色模具、模內(nèi)旋轉(zhuǎn)多工位多色模具、立方體多工位旋轉(zhuǎn)式注射模具4 種多工位注射模具技術(shù)的原理、特點和應(yīng)用進行了詳細的論述。但是完整的多工位注射模具注塑成型機技術(shù)機理較為復(fù)雜，兩個或者多個注射螺桿裝置以及旋轉(zhuǎn)機構(gòu)裝置等，需要協(xié)調(diào)其動作的自動化控制裝置，影響制品成型的因數(shù)較多。因此，在一定程度上限制了部分多工位注塑成型機技術(shù)的發(fā)展，比如立方體旋轉(zhuǎn)式成型技術(shù)在國內(nèi)研究應(yīng)用相對較少。不過可以相信目前全球?qū)ιa(chǎn)效率及多色多物料注塑制品的需求越來越大，廣泛應(yīng)用于快速消費品包裝、消費電子、汽車零部件、個人護理等領(lǐng)域。