开关控制activeLock止回阀提升生产精密度

作者：Thomas Brettnich, Simon Geltinger

欢迎访问e展厅 展厅 1 注塑机展厅 注塑机, 立式注塑机, 二手注塑机, 真空成型机, 发泡注塑机, ... 生产可复制性 - 使用全自动注塑设备制造高精密元件时，对传统止回阀的关闭环节缺乏直接有力的控制，可能会造成生产可复制性方面的缺陷。而开关控制止回阀这一在欧洲市场独一无二的新开发技术，无疑为解决这个问题带来了福音。 熔体从塑化舱传送到注塑设备的过程中，止回阀作为螺杆和螺杆前端的隔离屏障，可有效阻止在注射过程中熔体回流到螺杆。在过去的数十年间，为有效实现这一目的，实际生产中往往采用的是环形（见图1）和球形两种设计的止回阀，其中前者最为常见。这两种止回阀的基本设计原理相同，都是在计量的过程中，由旋转螺杆向前推进熔体，流经止回阀打开的熔体通路，进入螺杆前端。直到开始注射，螺杆前端才会向环形或球形止回阀施加压力，些许停顿，随后紧贴螺杆密封住螺杆前端。 传统止回阀的误差原因 传统止回阀无疑存在设计上的缺陷。当开始注射时，止回阀是开放状态的，熔体会继续回流至螺杆，直到阀门完全关闭。如果生产可准确复制，那么轻微泄流则不足以影响生产结果，然而，实际生产中会存在不计其数的因素影响止回阀的关闭动作，从而直接影响了生产的可复制性。大多数生产车间会发生的典型不稳定情况是温度或者料量的不稳定性，例如，熔体黏性不稳定。不止如此，环境温度和水分残留等级对工程热塑性塑料生产都会产生重大影响。甚至模具或热流道温度的偏差，都会导致螺杆前端背压的不稳定，这都导致止回阀无法完成可复制性关闭。 止回阀关闭的不稳定性往往会直接体现在注塑量无法实现稳定可复制性，并造成产品质量的不稳定性。在计量的末端采用减压冲程，是一个改进传统系统的关闭行动的方法。通过螺杆后置,螺杆前端的熔体压力便可降低，将止回阀圆环推送至原定位置。但这一方法的一个缺陷就是由于混入了空气，会增加出现气泡和焦灼痕迹的风险。另一普遍采用的方法是通过提高注射速度，最快速度关闭止回阀，但产品元件的结构、熔体黏度和可能表面瑕疵都会成为这一方法的限制因素。这种间接采用减压冲程或提升注入速度来影响结果的被动关闭，往往仍会成为传统环形和球形止回阀的缺陷。 对于注塑的大多数适用用途而言，相对于注塑装置的整体精密度，上述情况导致的熔体料垫不稳定性对元件质量产生的不良影响相对较小。但对于那些要求极高精密度和生产可复制性的元件而言，传统止回阀关闭的不稳定性是一个严重缺陷，特别是应用于电子和医药行业的精密元件，在全自动设备上进行高精密度塑形生产，要求规格和重量上的极小偏差。 计量末尾开关控制阀门的密封 精密元件生产的系统整体服务于高精密度这一目标，因而止回阀可能导致的精密度缺陷亟待解决。位于德国施韦格的住友（SHI）德马格塑料机械公司已经开发出在一种欧洲市场上创新且独一无二的技术作为解决方案。 该公司在K 2010后为市场供应精密注塑设备，在全自动设备中，开关控制止回阀对螺杆端的密封环节可达到极高的精准度和生产可复制性。住友（SHI）德马格塑料机械公司以activeLock的概念来市场推广这款设计，开关控制止回阀的原理本质上区别于传统的环形或球形止回阀，产生至关重要影响的因素是activeLock在计量工序的末尾关闭，从而保证了在整个注射环节中都有效隔离密闭了螺杆前端。 在这个组件之中，可旋转密封环通过螺杆的反向旋转运动进行关闭。在塑化过程中，阀门是打开的，凭借螺杆旋转的力量，熔体流经开放通路进入螺杆前端。计量之后，螺杆以相反方向旋转，从而完全且密封性能良好地关闭了止回阀的熔体通路。整个过程独立于其他加工步骤，因而不会被生产不稳定性因素影响，从而确保了关闭运动的稳定性，且能够被主动控制影响，生产可复制性的显著提高充分说明了这一设计的有效性。下图通过注入过程中测量压力环境的记录，清楚说明了注射之前，止回阀就已经完全关闭（见图2）。 日本专利公司住友在多年前获得了旋转关闭止回阀技术的专利，随着在亚洲和美国不计其数的开关控制止回阀已经应用于全自动住友（SHI）德马格设备，欧洲用户也从丰富的经验借鉴中有所获益。在K 2010官方销售之前，许多领域的测试用户（包括Wago, Dehn + S?hne, Fischer)已经开始使用这项技术，而K 2010之后，更是在欧洲完成了100单的交易量。 最初的activeLock用户之一就是德国辛斯海姆的Fischer有限责任公司。该公司致力于插头连接器系统专业领域，在2004年决定转而投向全自动注塑设备。Robin Kemter负责Fischer的项目管理和流程优化，他在Fakuma 2011的报告会上阐述道，activeLock进一步提升了生产加工可重复性，其效果超越了采用全自动生产设备所带来的改良提升，更高的可重复性、更卓越的元件质量、更少的废料产生、更大的加工窗口，以及更低的温度及黏度系数依赖性，都是采用activeLock为生产带来的重要收益。 Kemter以PBT-GF20两极触发引信（见图3）的生产作为论证，解释了生产试验过程中研究成果。这一元件重量为0.62 g，使用16腔模具、IntElect 50 (500 kN, 螺杆直径: 25 mm)四倍热流道进行生产，在生产中分别采用了传统环形止回阀和activeLock止回阀，来进行结果对比。完成600次冲程之后，标准止回阀生产结果显示18次生产周期落于熔体料垫偏差之外分布（见图4），而采用activeLock的生产中却并未出现这种偏差。 生产稳定性和产品质量稳定性都是德国诺伊马克Dehn + S?hne有限责任公司放在第一位置考虑的问题。这家家族经营企业将其产品范围专注于三个领域—过高峰电压保护、防雷保护/基础，以及工业安全。在试验车间，Dehn使用IntElect 50-110设备 (500 kN, 螺杆直径: 25 mm)配备8腔热流道模具来制作重量1.2 g的高精密度PA6.6元件，这一元件时用于过高峰电压保护装置。与使用环形止回阀的结果截然相反，开关控制阀门的元件重量偏差落在了一个很小的范围内。单个模具腔和样本空间10000的平均值（见图5）的数值分别进行了计算，从平均值来看，activeLock成功将之前的偏差结果减半。 熔体料垫稳定性的提升，及其他优势 总体而言，熔体料垫的稳定性可提升30%到50%（见表1）。不止如此，稳定的模具腔关闭行动确保了可复制压力环境，从而降低了密度、波动、洁净度和热变形方面的不稳定性，带来元件规格精准度的提升。在这项新技术的开发中，住友（SHI）德马格塑料机械公司特别聚焦在如聚酰胺、PBT、PEEK、PEI和LCP等工业热塑性塑料的精密注塑领域，这些材料的熔体黏度非常低，且成本相对高昂，势必要求其生产废料率控制到最低限度。 适用于小螺杆直径和冲程的生产，更加彰显了active-Lock的重要生产优势。随着螺杆直径数值的增加，标准止回阀开关操作的消极影响相应降低（见图6）。 同时，采用传统止回阀开关操作，对注射冲程的影响也凸显出来，注射冲程越短，不良影响越大。而采用开关控制止回阀，即使是比1D还小的极小注射冲程，止回阀也可稳定工作，因而用于注塑设备上时，体现出更高的灵活性。从而实现了在自动标准注塑设备上进行体积微小元件的高精密度生产。同时，生产特别获益的是，标准塑化舱无须再使用昂贵的微料。 瑞士Hallau Stamm有限公司长期专注于标准设备的微注塑生产，该公司以其微工艺著称，采用IntElect 50-45设备(500 kN, 螺杆直径: 14 mm)配备4腔模具进行POM行星齿轮架的生产，这一元件仅重55 mg。Stamm在生产中也充分发掘出activeLock的优势，与使用标准止回阀的对比结果可见，元件重量稳定性显著提高达50%（见表2）。 全面开发精密度潜能 随着车间试验进入尾声，住友（SHI）德马格塑料机械公司不断提升扩展了新产品，已经能够满足螺杆直径范围14-25mm的生产需要。在目前普遍使用的标准止回阀规格和连接线统一的基础上，activeLock仍可实现不断花样翻新。住友在NC5控制器上附加了便于操控的视屏，针对生产中存在的旋转角度、旋转速度和关闭时长这3个变数，住友通过不计其数的技术测试，也已经拿出了一套清晰明了的基本规则。 止回阀通过螺杆后置旋转来进行开关调整的这项技术，住友已经取得了专利，且在欧洲市场，目前没有其他制造商能提供这项技术与之竞争。为了让全自动注塑设备的精密度和效率的潜能都发挥到最大，住友（SHI）德马格塑料机械公司已经研发了一系列其他组件来支持开关控制止回阀，例如，使用activeDynamics，可精准完美地匹配马达、频率转换器和设备控制器，保障极短的主控机扫描时间，即使是进行精密复杂注射型材生产，也可达到生产的精密度和可重复性；专门为多腔模具开发的功能activeFlowBalance，从注射到保压到环节中，可通过操控螺杆运动补偿不同型腔的熔体压力，从而提升元件质量。

文章内容仅供参考 (投稿) (12/24/2012)