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叠层模具技术发展现状及方向 在数十年里,叠层模具在包装制品和其他许多小型零件生产的增长中不断获得新的发展。新颖的模具设计正给叠层模具的传统市场带来多种颜色和多种材料成型的能力。叠层模具现在也在抓住大吨位成型机上生产大型工业零部件的机会。 通常的叠层模具设计因为它们的生产效率超过普通的单面模具而闻名。它们大多用于相当小型的、浅拉伸包装制品和其他一次性制品,而很少用于除此之外的其他制品。但是在过去几年中引入的一批新模具概念拓宽了叠层模具的能力,包括了多材料成型和大型工业零部件,如汽车的前大灯棱镜和侧边修饰件。大型零部件成型意味着叠层模具首次应用在大于1000 t的成型机上。 革新的步伐在多组分成型方面一直相当活跃。通常的单面多组分模具的典型成型方式是在模具的半面注射一种材料进入型腔,再注射第二种材料进入模具的另一个半面。在一个循环之中,在水平轴上旋转模板,使模具翻面。叠层模具成倍地增加可使用的模具面,还允许整个模具表面用各自的材料成型。这种新设计有一个在垂直轴上旋转的中心模板。取决于系统,中心模板可以有或者两个或者四个面,每当模具打开时旋转90o或者180o。 四种制模概念使得这种多组分零部件的大批量生产方法得以商业化。这类新型模具的结构包括Engel公司的一种旋转模板设计,其中心模板有两个面,每个周期旋转180o。由Ferromatik Milacron欧洲公司与德国模具制造商Foboha公司合作开发的旋转叠层模具有一个四个面的中心模板,它每一周期旋转90o。丹麦的Gram技术公司的旋转叠层(Spin Stack)方法有多达四个边挨着边的小的中心叠层结构,各自又有四个面,并且每一周期旋转90o。另一种独特的结构,叫做低惯性技术(LIT)来自Caco-Pacific公司。在这种较为简单的设计中,带有两个芯组的旋转杆连接到每个模具的半边,而不是像在其他的设计中那样的单独设置。 这些新式叠层设计正在受到要求较好手感的软接触应用的促进。这类应用包括,例如,牙刷柄、阻透包装应用、带有模塑衬里的帽子和盖子、多色手机机壳,以及由不同材料,如PP和PVC组成的医用零部件。 一个实例是Foboha公司的带有PET(40g)阻透层的HDPE(70g)牙膏管式瓶肩的模具,设计能力10亿只。公司拥有加工方法和制品两方面的专利。这一新型4x64旋转叠层(Turning Stack)系统在一个8.4s的周期中吐出64只双层零件。产量估计为一年17500万只,所以将使用六个生产系统。这样的生产规模在通常情况需要21套常规的叠层模具和机器。特别的注射量控制装置允许在设备运行中调节PET层的厚度,并且可以帮助减少43%的零件重量。消费品越来越流行,例如,手感好的软接触特点的牙刷和刮胡须刀柄,这一强势要求将对它们的批量需求推向叠层模具最为适合的水平。Ferromatik Milacron欧洲公司和Foboha公司50-60套旋转叠层模具正在运行中,其中多达20套在北美。该公司预测多组分零部件有10%的年市场占有率。 “当前,多组分零部件市场绝对处于繁荣状态,”一家奥地利包装制品模具供应商、迄今为止Gram公司的帽子和盖子旋转叠层技术的唯一专利商、公司的总经理Claus Ziegler说。“五年以前,我们的模具销售的大约1%是用于多组分应用的,现在多组分应用已经达到我们业务量的15%-20%,”Ziegler说。KTW公司有8到10套旋转叠层模具处于试验或工作状态。
消失模生产的基本技术要求 消失模铸造技术作为一种铸件近静形成形方法,近年来得到了快速发展。在国外由于机械化、自动化消失模铸造生产线的陆续建成投产及所产生的显著的经济和社会效益,使消失模铸造技术显现出强大的生命力。前一段时间我国的消失模铸造技术应用虽然进展缓慢,但在近几年得到了快速发展。特别是由于消失模铸造设备投资少、工艺路线短,许多原有的中小铸造企业也越来越多地采用该项技术。但是,有些企业对一些操作问题未能加以重视,使得在生产过程中出现了一些问题,对铸件的质量产生了很大影响。 1.模型制作 在消失模铸造工艺中,模型制作是一个非常重要的环节。EPS原料的选择、模型的加工工艺、尺寸精度、模型密度、浇注时热解产物多少等因素的控制,是获得优质铸件的前提。现有的中小企业模型制作有以下几种方式: (1) 用包装EPS板材切割、粘接而成。 (2) 自制模具,委托外厂加工。 (3) 自制简易的预发成型设备。 采用上述方法制作模型,普遍存在不重视模样密度变化的现象,特别是模型在委托外厂加工时水分不易控制,经常性出现浇注时铁水从浇口中反喷或铸件出现冷隔、浇不足等现象。为此在生产过程中应加强对模型密度的检验,增加对模型的烘干时间等方法;EPS珠粒经工艺实验选定后,不能随意改变原料生产厂家;预发时用称量工具控制珠粒密度,改变凭人工经验控制珠粒密度的方法;采取上述方法后,使问题得到了解决。 2.振动存在的问题 振动紧实是消失模铸造的四大关键技术之一,振动的作用是使干砂在砂箱中产生动态流动,提高干砂的充填性及其密度,防止出现铸造缺陷。在干砂振动充填时,比较理想的状况是,干砂在振动过程中进行有序流动,在保证模型不变形的前提下,均匀地充填到模型的各个部位,使砂箱内型砂获得较高和较均匀的充填密度。中小企业的消失模铸造振动台多为自制设备,在振动时,最常见的现象是由于振动操作不当,造成模样变形、涂料层开裂等,从而造成相应的铸造缺陷。有些振动台本身由于激振力过大、同一组电机的偏振块不平衡也易造成模样变形。为此,主要应调整激振力、振幅和振动时间;对于尺寸较大而结构简单的铸件,可将六个电机的三维振动改为双电机的垂直或水平振动;特别是通过检测仪器对振动台的各参数加以检测和调整,使之达到设计的要求。 3.涂料使用存在问题 在消失模铸造工艺中,使用涂料可提高模样的刚度和强度,使EPS模样与铸型隔离,防止粘砂及铸型塌陷;在浇铸过程中允许模样高温分解产物及时顺利地通过涂层排出。涂料一般由耐火材料、粘结剂、悬浮剂等组成,各组成物的比例对涂料的性能有很大影响。但一些企业对涂料组成的作用不十分清楚,随意改动涂料配方和配制工艺,或由于缺少某组成物时继续配制使用,导致涂料性能大大下降;有些企业在模样浸涂烘干工序中存在问题,有时为了缩短时间,在第一次涂料未干的情况下就进行下一次浸涂,导致模型内部未充分干燥,其中存在着水分;而夏季只采用晾晒方法,工艺上存在着不稳定性,造成浇注时反喷或产生气孔;涂层厚度没有注意到根据铸件不同、浇注温度和铁水压头的变化有所变化。 只有注意并解决了上述问题,并在操作细节上下功夫,就不会产生由于涂料而产生的铸造缺陷。 4.浇注过程存在问题 消失模铸造在浇注时,为了排出气体和模样气化残渣,直浇道要有足够的高度以使金属液有足够的压头以推动金属液流稳定快速充型,确保铸件表面完整清晰。在实践中有些企业采用原有砂型铸造用的浇口杯,由于尺寸较小,易出现液流不平稳导致工件报废的现象。为保证有足够的流量使浇注过程不断流,并很快建立起动压头,可改用较大的浇口杯;直浇道做成中空来减少发气反喷,增大开始浇注时的压头。 消失模铸造采用负压干砂振动造型,采用此种方法造型时铸型强度远大于湿型砂强度。采用抽负压方法可提高铸型的稳定性,及时抽走模样气化时产生的热解气化产物。但在生产过程中,有些工厂只注意观察浇注前的表负压,但浇注过程中往往忽视负压变化,从而造成铸件缺陷。通过采取根据铸件大小和热解产物的多少,在浇注过程中对负压进行调节的方法,可很好地解决此问题。 5.结束语 消失模铸造工艺由于其设备投资少、成本低等特点,近几年得到了快速发展。许多原有的中小铸造企业也越来越多地采用该项技术。但是,有些企业对模型、涂料、振动方法、浇注过程中的一些操作细节问题未能加以重视,使得在生产过程中出现了铸件质量不稳定的现象。 未来包装机械行业发展趋势 高自动化 有关业内人士认为,未来包装机械产业将配合产业自动化趋势,技术发展将朝着四个方向发展:一是机械功能多元化。工商业产品已趋向精致化及多元化,在大环境变化形势下,多元化、弹性化且具有多种切换功能的包装机种方能适应市场需求。二是结构设计标准化、模组化。充分利用原有机型模组化设计,可在短时间内转换新机型。三是控制智能化。目前包装机械厂家普遍使用PLC动力负载控制器,虽然PLC弹性很大,但仍未具有电脑(含软件)所拥有的强大功能。四是结构高精度化。结构设计及结构运动控制等事关包装机械性能的优劣,可通过马达、编码器及数字控制(NC)、动力负载控制(PLC)等高精密控制器来完成,并适度地做产品延伸,朝高科技产业的包装设备方向研发。 GE基础设施业务旗下的GE Fanuc自动化美洲公司,推动了全新的针对包装机械制造商的“Six Degrees of Differention”(SDD)自动化解决方案。它有高性能的控制器、可升级的操作界面、工厂信息软件和运动控制单元,可以显著提高包装机械运转率,提升整体设备效率。这套综合性自动化解决方案帮助包装机械制造商在没有阻断的情况下,开发出能够在不同尺寸的批量或产品流程之间快速转换的高效设备。依靠经过更新的自动化系统,它能在功能方面引领主流包装机械潮流,同时,设备使用者可以更具有独立性、灵活度、操作正确性、高效率、可兼容性,以及支持其最终用户获得更高性能和生产力。 高生产率 包装机械厂商越来越注重开发快速、成本较低的包装设备,未来的发展趋势是设备更小型、更灵活机动、多用途、高效率。此趋势还包括节约时间、降低成本,因此包装界所追求的是组合化、简洁化、可移动的包装设备。在包装机械自动化方面,自动化操作程序已获得广泛应用,如PLC设备、数据收集系统等。 目前,世界四大包装机械强国美、日、德、意均十分重视市场及用户要求,把提高机器转数、提高生产率作为设计追求的重要指标。提高生产率的一个主要途径是提高转速,但提高机器转速是一个复杂问题;速度越高,单件生产成本越低,可厂房使用面积也随之提高,故障率也随之提高,反会使效率降低,因此应寻求两者最优结合点:机器转速提高对其他元件的材质、可靠性、性能及寿命也要产生相关影响,一般而言,提高转速15%~20%就会带来一系列复杂问题,何况电动机转速也是有限的,不能想多快就多快。除了提高转速外,提高生产率还可从另外的渠道设法解决。 德国目前饮料罐装速度可达到1200瓶/h,香烟包装12000支/min,集制袋、称重、充填、抽真空、封口等工序于一体的世界上最高速的茶叶包装机速度达到350袋/min。 配套性 只重视主机生产,而不考虑配套设备完整,将使包装机械应有的功能不能发挥出来。因此开发配套设备,使主机的功能得到最大的扩张,是提高设备的市场竞争力和经济性至关重要的因素。德国在为用户提供生产自动线或生产流水线设备时注重成套完整性,无论是高技术附加值还是较简单的设备门类,都按配套性要求提供。 简便方便 未来包装机械必须具备多功能、调整操作简单等条件,基于电脑的智能型仪器将成为食品包装控制器的新趋势。OEM制造业者与最终消费者将趋向购买操作简易且安装容易的包装机械,尤其是当前制造业大量裁员,对简易操作系统的需求将与日俱增。结构运动控制等事关包装机械性能的优劣,可通过马达、编码器及数字控制(NC)、动力负载控制(PLC)等高精密控制器来完成。因此,要想在未来包装市场取得一席之地,高效率的客户服务与机械维修将是最重要竞争条件之一。
叠层模具技术发展现状及方向 在数十年里,叠层模具在包装制品和其他许多小型零件生产的增长中不断获得新的发展。新颖的模具设计正给叠层模具的传统市场带来多种颜色和多种材料成型的能力。叠层模具现在也在抓住大吨位成型机上生产大型工业零部件的机会。 通常的叠层模具设计因为它们的生产效率超过普通的单面模具而闻名。它们大多用于相当小型的、浅拉伸包装制品和其他一次性制品,而很少用于除此之外的其他制品。但是在过去几年中引入的一批新模具概念拓宽了叠层模具的能力,包括了多材料成型和大型工业零部件,如汽车的前大灯棱镜和侧边修饰件。大型零部件成型意味着叠层模具首次应用在大于1000 t的成型机上。 革新的步伐在多组分成型方面一直相当活跃。通常的单面多组分模具的典型成型方式是在模具的半面注射一种材料进入型腔,再注射第二种材料进入模具的另一个半面。在一个循环之中,在水平轴上旋转模板,使模具翻面。叠层模具成倍地增加可使用的模具面,还允许整个模具表面用各自的材料成型。这种新设计有一个在垂直轴上旋转的中心模板。取决于系统,中心模板可以有或者两个或者四个面,每当模具打开时旋转90o或者180o。 四种制模概念使得这种多组分零部件的大批量生产方法得以商业化。这类新型模具的结构包括Engel公司的一种旋转模板设计,其中心模板有两个面,每个周期旋转180o。由Ferromatik Milacron欧洲公司与德国模具制造商Foboha公司合作开发的旋转叠层模具有一个四个面的中心模板,它每一周期旋转90o。丹麦的Gram技术公司的旋转叠层(Spin Stack)方法有多达四个边挨着边的小的中心叠层结构,各自又有四个面,并且每一周期旋转90o。另一种独特的结构,叫做低惯性技术(LIT)来自Caco-Pacific公司。在这种较为简单的设计中,带有两个芯组的旋转杆连接到每个模具的半边,而不是像在其他的设计中那样的单独设置。 这些新式叠层设计正在受到要求较好手感的软接触应用的促进。这类应用包括,例如,牙刷柄、阻透包装应用、带有模塑衬里的帽子和盖子、多色手机机壳,以及由不同材料,如PP和PVC组成的医用零部件。 一个实例是Foboha公司的带有PET(40g)阻透层的HDPE(70g)牙膏管式瓶肩的模具,设计能力10亿只。公司拥有加工方法和制品两方面的专利。这一新型4x64旋转叠层(Turning Stack)系统在一个8.4s的周期中吐出64只双层零件。产量估计为一年17500万只,所以将使用六个生产系统。这样的生产规模在通常情况需要21套常规的叠层模具和机器。特别的注射量控制装置允许在设备运行中调节PET层的厚度,并且可以帮助减少43%的零件重量。消费品越来越流行,例如,手感好的软接触特点的牙刷和刮胡须刀柄,这一强势要求将对它们的批量需求推向叠层模具最为适合的水平。Ferromatik Milacron欧洲公司和Foboha公司50-60套旋转叠层模具正在运行中,其中多达20套在北美。该公司预测多组分零部件有10%的年市场占有率。