各种复合注塑成型技术特点及优势

优胜编程龚老师

各种复合注塑成型技术特点及优势：

多组份注塑成型：传统技术
    多组份注塑生产为塑胶加工提供了新的可能，即在单次成型中组合不同材料或颜色。生产可以在一个工序中完成，而无需其他装配或机器外后处理加工步骤。多组份注塑成型是全自动过程，具有高度的灵活性，特别适用于大批量生产。早在1961年，ARBURG公司就成功运用了此项技术。
    最终成型零件可具备多种功能和特性。使用这一过程，可以生产出具有高度耐压性、耐热性或耐化学性的着色零件。利用ARBURG ALLROUNDER可制造的零件从工艺上讲有软硬材料组合，三明治和复合式元件，利用交替注塑工艺还可以制造表面具有可重复性色彩的零件。
    多组份注塑成型概念涵盖多个独立过程。这些过程的共同点是用两个或更多注塑装置将相应数目的不同材料同时注入模具，通过一系列步骤生产出最终产品。最终零件无需后续处理即可直接使用。
    根据浇口数，可分为两组：
    - 运用单浇口的系统，包括三明治式和交替注塑工艺。
    - 多浇口的系统，可根据抽芯和转送过程进行初步划分。转送过程包括由机械手系统在两台标准机器之间转移，在特定多组份机器中通过机械手系统和模具的旋转进行转移。模具旋转包括通过旋转装置对可移动半模的旋转，对模具内件的旋转及绕垂直轴的旋转（GRAMTM过程）。
    应用优势
    多组份注塑成型的优势
    在多组份注塑成型中，成型零件的各组份之间是完全分离的。所有组份都是表面可见的，体现出零件的外观和功能。比如，键盘按钮、带标志的开关或具有柔软区域以增加舒适性的把手。除了可以在一个过程中生产多种颜色或材料的注塑成型零件，无需其他装配或后续处理这一优势之外，成型技术的不断改进还可以带来持续增长的效益。注塑零件对外部影响（如机械效应、热效应或化学效应）具有耐受力，它通过适当的材料组合和高粘合强度来实现。双组份结合表面的粘合度可通过化学粘合或机械链接来实现。如果使用化学相容材料，还能通过熔化或焊接过程实现永久分子结合。机械链接的类型从在表面上可被固定的玻璃纤维到零件上的实体连接元素（如孔和侧凹），不一而足。
    在加工技术方面，ARBURG ALLROUNDER模组化设计可实现相对广泛的制造工艺。包括含TPE或LSR的软硬组合零件、三明治式或复合式零件、或者用交替注塑工艺制造的表面色彩可重复的零件。
双组份注塑成型
    全自动双组份注塑成型的模具有两站式，成型零件预注后经过另一个注塑阶段完成零件的生产。预制零件在第一个型腔内生产。然后模具打开，整个活动半模旋转180°，将预制型腔转动到最后注塑的位置。然后，通过添加第二种材料，使预制零件制造为最终零件。模具型腔可以同方向转动，也可以不同方式交替转动。在最终零件脱模后，空型腔即可进行下一次预制。
    于同步脱模注塑件的三站式模具
    为了使零件脱模独立于生产过程，将一个脱模站集成到了双组份成型中。然后，模具以120°步进行顺时针旋转。在第三站的侧面有一个开口，机械手系统抓手可从中伸入闭合的模具，将零件及其浇口脱模，置于传送带上以备进一步处理。ARBURG的这项专利成型技术可同时制造和取出成型零件，大大缩短了循环时间，从而提高了产能。
三种以上组份注塑成型
    三种以上组份的成型工艺可由多种方法实现。下面介绍两种可行方法。
    两站式模具
   
    可以用类似于前述三组份模具的设定方式来完成两站式模具的设定。在第一个工艺步骤中，同时注塑三种或更多（最多五种）组份来生产预制零件。然后，整个半面模具旋转180°，移到第二个位置。这时，使用其他材料注塑包封预制件，生产出最终零件。
    另一种方法是在相应配置的模具中，是零件基本在一个生产步骤中可以与最多五种由其他材料/颜色构成的表面元素组合。因此，模具中的嵌入件可以通过旋转范本和电驱动旋转装置在三站之间旋转。站1通过热流道和针阀喷嘴注塑所有型腔。站2对指定数目的型腔进行最多5个注塑过程。然后，即可使用第3站将零件从闭合的模具中脱模。在生产过程中进行零件脱模，大大缩短了总体循环时间，从而进一步提高了多组份注塑成型的产能。
    四站式模具
    举例来说，多层塑胶零件可以使用四站式模具生产。
    使用再生料和阻隔层时，采用这种方法则易于实现。示意图描述了四层成型零件的成型步骤。最内层在第一站生产。然后，模具旋转90°到下一站。这时，使用第二组份注塑包封第一组份。然后，半模继续旋转到第三站，最后旋转到第四站，进行最后阶段的生产。
    这时，在零件上注塑具有保护作用的外层，或成型零件的表层。经过冷却阶段后，将最终多层式零件从型腔中脱模。在连续循环内，每次打开模具时，都会生产出一个最终成型零件。
交替注塑成型
    交替注塑成型将两种不同颜色的同一塑胶组份交替注入同一型腔。
    进入模具之前，两种颜色都置于一个特殊混合喷嘴中。双色组份混合，形成色彩效果。两种颜色可以有目的地来混合配置。
    在交替注塑成型过程中，两个注塑装置是用特殊交替注塑装置（其中有混合喷嘴）联结在一起的。该装置安装在机器的固定安装范本上，因此在模具的前方。影响最终颜色的因素包括：循环顺序、成型零件的设计、浇口的位置，以及材料的流动特性。
    除注塑率以外，同时注塑还是交替注塑也是决定性参数之一。在SELOGICA控制器中有一个特殊的交替注塑程式，该程式管理循环顺序和材料控制，只要拆除交替注塑装置，同一机器即可用于双组份注塑成型。
   
三明治式注塑成型
    三明治注塑成型过程将一种核芯材料注入到外表层里。该过程在一个型腔内以两个或三个步骤进行。首先，在型腔部分空间注入行程表层的材料。然后，将核芯组份通过第一种材料注塑到其内部中心。最后，用第一种组份在浇口位置进行密封。这样，可以防止表面出现核芯材料，同时，清除浇口系统中的第二组分，以备下次注塑第一组份。
    常见的应用情况是，成型零件需要亮丽的外表，而核芯需用再生料，或者技术零件需要较硬的核芯，同时需要改进表层以获得较好的零件手感。也可以生产具有时尚特点（如有色核芯使用透明表层）的成型零件。
复合式注塑成型和模芯回退过程
    在模芯回退生产工艺中，模具的中空部分首先关闭，稍后在循环内使用滑动轴芯或滑块重新打开。在生产包含两个组份的零件时，第一个注塑阶段先注塑预制组份，然后在同一型腔内打开（如采用拖动滑动轴芯的方式）第二个中空部分。最后向预制零件注塑第二种组份，这样既生产出完整的零件，再将最终零件从模具中取出。注塑成型时，也可以旋转范本将型腔打开，然后将第二组份注塑到第一组份。
    如果有两种或更多组份，可以使用复合式注塑成型，但随着组份数目的增加，模具的复杂性会急剧增加。由于需要的全部动作都可以在模具内完成，因此不需要任何外部机器配件。但是，机器必须有足够数量的可编程轴芯用于控制滑块。
    如果只需要一个模具就能完成生产，而且中间不需要打开模具，也不需要传送预制零件，复合式注塑成型就具有显著的优势。但是与多组份注塑成型相比，这种生产方式以严格的相序方式进行，而不是平行作业。
    应用举例
    提高了移动电话外壳的生产效率
    移动电话外壳通常在传统两站式模具中用双组份制造。但是本例集成了第三站，独立于生产过程对零件脱模，显著缩短了循环时间。模具以120°步进顺时针旋转。第三站的模具在模具后部有一个开口，机械手系统抓手可通过此开口进入模具，从而脱模零件及其浇口，并放置在传送带上以备进一步处理。ARBURG的这项专利成型技术可同时制造和处理成零件，进一步提高产能。
    用于制造牙刷的五组份机器
    这一特殊机器配置是ALLROUNDER 630S2500-350/100/100/100/100。尺寸为350的水平注塑装置通过固定范本以传统方式插入模具中。其他四个装置垂直安装在公共基板上，沿分模线与机器轴垂直，可进行手动调整。基板安装在固定范本上。
    所有机器过程全部集成在SELOGICA控制软体中。MULTILIFT机械手系统确保快速可靠地处理零件。使用八型腔三站式热流道模具，可以通过旋转范本上的旋转臂丛合模完成成品零件的脱模。零件被送到已经以颜色编码的相应传送带。
    经过彩色软接触抛光的牙刷，是使用四种颜色的软组份以软硬组合方式生产的。以PP制成的牙刷体可以在一个生产步骤中与四种不同TPE颜色表面组合。八型腔模具通过旋转范本和电驱动旋转装置旋转。在第一站，注塑通过热流道和针形关闭喷嘴在所有八个型腔中进行，而在第二站，以两个型腔为单位注塑四次。
    然后，成型零件按照颜色以预先排列的顺序进行进一步处理并进行包装。
    双色公文箱
    公文箱按容纳A4尺寸的档设计，用两种组份制造。ARBURG制作的公事包样品用于演示和培训，也用于商业展示。此过程使用的机器是ALLROUNDER 820S400-3200/150。模具使用复合式注塑方法以及所谓“抽芯技术”，ARBURG徽标由轴芯拉回。外壳是非对称设计，以便于零件在单个型腔中制造，进而方便组装。零件厚度为2.5mm，两个半壳通过注塑成型绞链的纯机械方法组装。
    公事包使用两个滑动扣闭合，滑动扣与半外壳一起注塑成型。对于ARBURG徽标，需要考虑字母间距大小，字母不能制作的太小。模具的配置为：ABS/PP为第一组份，ABS/PP/TPE为第二组份。
    专业应用
    注塑包封嵌入件
    根据ALLROUNDER机器的配置，多种嵌入件可最多由两个组份注塑包封。这是将多个功能组合到单位注塑过程而无需进行零件后续处理的最简单方法。嵌入件可以是要注塑包封的触点，也可以是轴承或套管（带芯）。嵌入件可手动进料，也可连续进料。嵌入件可以放置就位，由机械手系统脱模成品零件，这意味着生产过程可高度自动化。
装配注塑成型
    使用旋转模具，需要在注塑成型后组装的元件可以在双组份机器上单独成型，然后在模具中装配。在电缆导管中装配的封口示例说明了如何在模具中实现装配过程。两个单独的元件首先在各自模具站同时成型。然后，打开模具后，通过旋转嵌入件，将第一个元件传送至第二站，然后放置在第二个元件芯的上面。两个零件的装配是通过轴芯冲模实现的。因此，可以省去后续的步骤，也不必使用复杂的自动化解决方案。
    “热”和“冷”材料的组合
    由于对材料属性的要求提高了，在多组份技术中以多种方式用作软组份的热塑性橡胶（TPE）有时也达到了极限。相比之下，液态矽胶即使在高温下也可使用，并且具有突出的电学特性，对多种化学品具有高耐受性，抗老化性能也很高。
    为了实现双组份零件的热塑性和矽元件永久粘合，主要使用互锁接合。此外也可以使用具备改良粘合特性的矽材料。化学战何不要求对集成到零件设计中的软元件进行机械锚定（如侧凹或穿孔）。
    在双组份模具中处理热塑性塑胶和液体矽胶的组合需要使用复杂的模具设计。对温度控制需要特别注意，高温下模具中的LSR会交叉连接，而热塑性部分需要的温度则低得多。因此，在某些情况下，模具的每个部分必须通过绝缘方法彼此隔离。由“热”热塑性塑胶制成的预制零件可通过在模具内旋转嵌入件进行传送。然后“冷”LSR元件以常规方式处理，即通过冷流道送进机器，在温度控制适宜的模具型腔内快速硫化。
总结
    持续的技术改进
    机器和成型技术以及塑胶材料的不断发展，使得特定于产品的各种方案能够通过使用多组份技术来加以实现。经常会使用全自动多组份技术来加以实现。经常会使用全自动化旋转模具。此外旋转或放置工艺也在不断发展，已涵盖其他应用领域。现在可以在很大程度上免除联结工艺和后续处理步骤，因而可以轻松合理地进行高品质产品的批量生产。
    特定于客户的解决方案
   
    针对客户量身定制多组技术解决方案，可以提供准确满足客户需要的产品特性。满足特殊设计要求的高抗性粘合多功能特性可以轻松实现，有助于生产成本最小化。
    技术前景
    多组份注塑成型在将来会越来越重要。尤其是制造硬软组合的功能，这一技术的发展才刚刚起步。使用装配注塑成型，可在不远的将来实现各种功能元素的合理集成，逐步取代联结工艺。
    未来具有发展潜力的技术包括：利用材料的收缩行为进行元件的定向分离，或通过金属-塑胶组合来制造集体电路等。