时序阀门控制技术

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发布时间:2017年6月17日

    时序阀门控制技术(SVG技术)正在逐渐替代传统的阀门控制,成为最难成型零件的制造方法。

    SVG技术将替代传统的阀门控制技术

    目前在汽车和其他行业中,具有复杂结构的大型零部件很难制作,因为在制作中,很容易产生堆积、翘曲和喷溅等问题,难以满足对表面质量的更为严格的要求。

    对于上述难题,采用传统的阀门控制热流道体系是很难解决的。在传统的阀门控制热流道体系中,要同时开或关所有的阀门,必然会影响到对诸如焊接或密接线路、气体阀、局部堆积及不稳定流动等问题的控制。所幸的是,目前,一种被称为时序阀门控制(SVG)的技术已经能够做到随时控制上述问题。虽然将可程序化的时序引入阀门的开或关的过程中并不是新的技术,但这种方法却帮助人们解决了上述难题。

    比如说,当一个模槽为复杂的几何形状而另一个模槽的形状较为简单时,或者一个多浇道零件是不规则的形状或某些部位厚薄不一以及具有棱、凸台或活节时,成型的过程就很困难。在这样的情况下,如果采用传统的阀门控制体系的成型工艺,就需要把零件的某些部分紧紧堆积以使其他的空间能完全被充满,这些过紧堆积的部分不仅浪费了原料,还易引起粘冲、翘曲和应力冻结等问题。

    在连续的上漆操作过程中,局部应力会引起斜削或漆过粘的现象。进一步说,发生过紧堆积时,要使用更为坚固的压机,以获得较大的注射单元并实现高的电平固定。

    从多通道同时注入原料也可能会给其他的装饰步骤带来问题,这些步骤包括模腔内分层(或后成型)。假若注入过程流动不平衡,镶嵌在工具里的纤维或薄膜就有可能折叠或起折。

    对于多浇道单模腔的零件,焊缝线的位置和外观显得非常重要。焊缝线若出现在临界应力区域内,零件的整体性和性能都会受损。同时,多浇道所产生的焊缝线即使在上漆之后仍能看到。

    据GE塑料的部件性能和新材料引进经理Kurt Weiss先生说,着色后零件上的接合线会导致明显的视觉缺陷,而对于玻璃填充制品来说,接合线对美观性和性能都有负面影响。他说,人们尝试了许多方法,其中包括在模具内加入滑道来控制注入这一高成本的方法。MHS(Mold HotRunner Solutions)的负责人 Harald Schmidt 先生也说:“许多成型工人尝试着通过限定喷嘴孔和喷道来控制注入,以减少过紧堆积、应力和焊缝线等问题,然而,更小的喷口会导致过大的熔融切力。”他还说,人们并不能改变材料的粘性、压力和温度。然而通过SVG方法,即使材料或环境发生了变化,成型工人都能通过控制模腔的注入方式来获得高质量的零件。

    成型模拟软件供应商Moldflow的生产线经理Murali Annareddy先生认为,通过调节流道的尺寸而不是阀门的大小来转移接合线的位置也许是一种比较好的方法。他说:“这种人工调衡流动的技术非常适用于多腔铸型。为此,Moldflow提供了一套调节流道尺寸的自动化流动平衡程序。然而,这样的做法在熔融过程中仍可能导致不同的切力,影响到零件的质量。” Annareddy还告诫说,另一种风险是在较小流道中的滞塞,而且人工调节流速体系对于加工设备的改动更为敏感。

    过去在制作高精度零件时,诸如此类的问题迫使一些成型工放弃了对多流道或多模腔成型方法的使用,原因是这些方法实在难于制出均匀及精确的零件。

    SVG方法的优点

    经过10年的实际应用,作为传统阀门控制和热控制的替代方法,SVG技术逐渐获得认可。SVG技术在控制接合线上具有明显的优势,它可以将接合线转移到非临界区域甚至可移到出口外。阀门的时序化也使多腔铸型能被均匀注满,消除了过紧堆积和喷溅现象。同时,多腔模型中损坏的模腔可被隔滞而无需将整个铸件取出。Mold-Masters的生产工程师Neil Dewar先生介绍说,成型工人通过使用阀门就能调节并平衡注入过程,而不需要调节流道以及其他更多的尺寸。

    厂商们还列举了其他的优点,如:与同时从多浇道一次注入的方法相比,从多浇道循序注入可使夹具的吨位降低20%到30%。此外,制作出来的零件在包装和保存时能保持较高的精确度,在运往目的地的过程中能承受长时间的高强度的挤压。

    目前,至少有8家热流道技术供应商能提供SVG技术,这些供应商包括D-M-E,Incoe,Husky,MHS,Mold-Masters,Osco Systems,P.E.T.S及Synventive。据称,这8家公司已经设置了几十到几百套SVG体系。

    SVG技术被用于制作汽车零部件

    SVG技术主要被用于制作汽车零部件,尤其是一些大的零部件如:缓冲器、挡板、轮胎衬圈、摇杆板条、格栅、排风机、暖气片、吸气体系以及仪表嵌板。此外,光学零件如透镜也是其被应用的领域。

    SVG技术为阀门控制手段在前沿自动化领域中的应用开辟了道路,这样的应用有:内模层合、内嵌薄膜修饰、共注射、软-硬多材料成型、气体辅助和长玻纤复合材料。Synventive公司主管销售、市场和研发的负责人Mark Moss先生说:“目前TPO汽车缓冲器的共注射成型零件尚未形成一个很大的市场,但这个市场正处于成功的开发中。”具有无污染外壳和再循环内核的TPO缓冲器的连续模塑成型有助于汽车生产厂家满足不断增长的对“绿色”交通工具的要求,对于这样的零件,采用传统的阀门控制系统是不可能成型的。

    通常,汽车零件的制模工人大多厌恶上油漆这道工序。对此,供应商们建议,用装饰膜夹物模压产品来代替外部上漆的零件如门板,而SVG技术对于这种产品的发展起到了重要作用。

    号称发明了SVG技术的Osco Systems公司首次将SVG用于解决汽车零件的盖面问题。该公司的销售负责人Peter Rebholz先生说:“至少在10年前,我们就已为GM制作了许多卡车和汽车格栅的模子,当时就遇到了接合线的问题。我们应用SVG技术将接合线从平滑的地方转移到了边缘。”他还说:“与此同时,我们开始研究内模装饰,利用SVG技术能把塑料卷入模具内,既不降解也不吹出模内的器件。我们还把SVG技术用于多腔铸型,在一个模腔内就能制出容器及其包装盖。”

    Mold-Masters公司的Dewar先生说:“经过10~15年的发展,人们已经将SVG技术应用到了诸如电视机后盖等产品的制作。这一技术使得成型工人能够生产出不需要上漆的大型零件。同时,这一技术也被应用于30%玻纤填充尼龙制汽车车盖。SVG技术的应用,解决了接合线对零件表面的损坏以及对零件结构的影响等方面的问题。”

    据Collins & Aikman of Troy,Mich.公司的内部装饰开发项目经理Mark Nietzke先生说,他们正在将SVG技术用于模内层化的工程。“利用SVG体系,可以控制模腔内的注入过程,并有助于降低注射过程中泡沫塑料包裹的烯类嵌入物所受的压力。”先前,在Owasso, Mich.工程塑料产品部的成型工用P.E.T.S.的SVG系统生产出了16×20英寸的聚丙烯零件,这些零件是通过注射成型的,然后用泡沫烯类涂层进行包装。Mark Nietzke先生说,Collins & Aikman很快将启动另一项SVG工程,即为GM的Epsilon小汽车制作由乙烯包覆的门板。在该项目所需的四个模型中,有三个已经建好并确认可用于生产,而用SVG制造的纤维包覆仪表面板正在被考虑作为2006~2007年的车型式样。此外,Collins & Aikman还用SVG技术为Visteon制作座椅靠背。

    采用SVG技术所制作的零件中,最具特点的零件之一是Ford F150敞蓬小型载货卡车上的二组分挡风雨条。据Rochester, Mich. 公司的专门从事多步注射操作的注射成型工Innatech先生预计,每年将会成型1400万个这样的零件。据介绍,在零件的成型中,第一次的注射料是20%的滑石粉填充聚丙烯,第二次的注射料是在旋转式的模子中生成的含有硅树脂润滑剂的软Santoprene TPV,其中只有TPV的边缘封条用到了SVG技术。在成型中,原料从五个浇道的中心处被逐渐注入,以消除流道瑕疵、接合线和气陷等缺陷。所有的流道都被设置在30°~45°的温度范围内,以避免浇道瑕疵。此外,Innatech先生还自己设计了PLC加工控制系统,该系统在注射周期内通过表征压力的定位螺丝,离散地对每个阀门进行多步骤控制。这种薄挡风雨条长38英寸,在前后侧门间摆动,综合了降低噪音、防风雨和接合盖面的功能。据称,该零件在今年的SPE汽车塑料创新奖中获得了进入决赛的资格。

    改善外形是应用SVG技术的主要原因,但不是唯一的原因。据Husky公司的生产经理Kevin Golden先生介绍,Husky公司曾生产过一种1500mm长的汽车仪表板抗冲击减震器,利用SVG技术,使得夹具的吨位降低了将近30%。他说:“我们的元件主要被用来制造大量的汽车格栅,其中,大部分的大喷口体系都是采用SVG技术完成的。”

    其实,早在 1995年,汽车零部件行业中的领先者们就已采用了SVG技术。其中,伊利诺斯纳维什尔的Nascote公司采用GE的Xenoy聚碳酸酯/聚酯树脂来生产缓冲器,使得生产周期由110s降低到75s以下,实际上,对时间的节省主要是由于SVG技术的应用降低了对夹具压力的要求,该公司认为,使用SVG技术不仅加快了生产周期,而且在不用附加压力的情况下就能提高生产能力,从一定程度上克服了张开夹具和油漆粘附等问题。

    此外,SVG技术还可与其他前沿的成型技术结合使用。例如,将Synventive公司的动态注入系统用于共注射成型来制造缓冲器,缓冲器的外壳为无污染材料,内部为再循环材料。

    MHS公司的Schmidt先生认为,SVG技术为利用多模腔铸型制作薄壁大型零件开辟了道路。他说:“在将来,我们看到的TPO缓冲器仪表板的厚度将只有或少于2mm。”“薄壁有利于缩短冷却时间,但会增加熔体的流动阻力。流体冷层的较快形成以及较高的压力降都会导致更深的接合线产生,而采用SVG技术制造薄壁大零件时能防止这些问题的产生。”

    SVG技术在非汽车行业也大有市场。GE塑料就曾利用SVG技术开发了一种厚度仅为1mm的笔记本电脑盒,该零件是通过11个浇道循序浇注而成的。GE塑料的高级加工工程师Greg Tremblay先生说:“我们还将争取利用SVG技术来制作封皮。”GE用它的莱克桑聚碳酸酯商品开发出了一种碳填充的导电化合物,该化合物能像干缩的泥浆一样流动。在传统的阀门控制体系中,它并不能被正常地注入,而采用SVG技术,该化合物能在1.5s内充满模腔。

    关于SVG的几个方面

    大多数的SVG系统具有4到12个落线,当然,某些SVG系统可以少到只有2个落线,或者某些SVG系统可以多到24个。P.E.T.S.公司的Casey先生说,SVG系统比传统的阀门控制系统的成本要高出15%到20%左右,这主要是由于它具有额外的控制性能。

    SVG技术主要被用于两个方面:被用于多腔铸型,如族部件,以便获得均衡的注入且不会引起过紧堆积;另外,被用于所谓的级联成型,主要是制造长或大的零件,以改善零件成型质量。级联成型被用来模仿单一的熔体流动前缘,并在使用单流道时消除接合线。在一个级联成型的构思中,所设置的浇道位置使得熔体流到一个管口端时恰好经过另一个管口的阀门。当熔体流经一个管口时,该管口被打开,新的熔体在先前的熔体之后加入流动。这样,在新打开的管口中,热的熔体将前流体升温汇合,从而不会形成接合线。

    在SVG技术中,熔体前缘从一个阀门到另一个阀门的流动距离以及开关阀门的时间都是非常重要的。Innatech公司的Elder先生告诫说:“如果第二个阀门开得太早,将产生回流和其它严重的后果;如果开得太迟,从第一个阀门流进的材料将在表面固化。在这两种情况下,时序阀门控制的优点都不能体现出来。由于材料到达第二个阀门时,正在冷却和降压,而从新阀门流进的流体温度较高,压力也较大,从而导致了回流的产生。”通常,阀门的开启可通过时间、螺丝的方位或压力传感器来触发,反馈阀门探针方位的引发开关可被用作安全检查。

    在SVG技术中,正确的排风也至关重要。P.E.T.S.公司的Casey先生说:“如果模腔不能正确地排风,两股熔体之间的空气将滞留在模件中。”

    由于SVG技术中涉及到各种复杂的问题,因此,许多热流道供应商提倡在设计模子时使用计算机模拟流动。对于SVG流动仿真的使用者来说,对焊缝线应特别关注。Moldflow公司早在几年前就已涉足SVG仿真技术,据该公司的 Annareddy先生说:“目前还没有一种模拟的方法来预测接合的实际强度。因此,最好的方法是对准接合线生成时的预计温度和压力。一般来说,高温和高压时产生的接合线会更深。我们可以给阀门的开和关定时,以最小化或消除这些接合线。”

    需要指出的是,SVG技术并不可能对大而复杂零件的注入和堆积压力进行精确的局部控制。据Synventive公司介绍,动态注入的SVG技术可以弥补标准SVG技术在这方面的不足。在传统的阀门控制技术中,要么完全开启阀门,要么完全关闭阀门。与之不同的是,DF体系的管口的开关程度是可调的,能改变流动出口的有效尺寸。因此,DF能对每个独立的阀门进行注入和堆积的实时控制。Synventive公司的Moss先生说:“DF体系相当于光调开关。”

    早在1998年,闭合回路的DF系统利用水压气缸来移动管口中的流量控制探针。热流道中的压力传感器把信号传送给控制器,控制器则对实际压力和设定压力进行比较,并通过操纵随动阀来控制水压气缸的活动。但是,传统的注射成型在注入阶段是利用速度控制的,在最后的注入和填密阶段则转换为压力控制。而DF系统只用压力控制,由于阀门处的压力能被准确感应,因而人们认为DF系统在填密阶段的控制最为精确。

    Moldflow公司的Annareddy先生说:“采用这种控制,可确保所有的模腔能同时被充满。”目前,Moldflow 公司和Synventive公司正在合作,进行DF成型仿真的研究工作。Tier-one的汽车零件供应商Corp.、Southfield和Mich.等,曾经利用DF技术制造了许多的A-、B-、C-内柱和HVAC门、缓冲器、车轮衬圈以及三部件超模塑的聚光圈。此外,其他一些供应商用DF技术来制造联锁的托臂支座、精密的喷墨筒和柱式传感器组合件。在四阀模型中,利用薄壁、多腔的方案能生产移动电话的前后壳。丹麦Faareveje的Mikron Mould Technology公司所生产的PC/ABS零件,外壳的壁厚从0.7mm到1.5mm不等,其注射时间仅用了0.4s,零件的完整制作周期仅为13s,所用的注射料为8.85g。

    据说,P.E.T.S.公司可能在2004年的第一季度生产出了一种新的SVG用阀门探针,当阀门开动时,其作用不仅仅是打开或关掉所有的通道。