Gestapelde spuitgietmatrijzen zijn een nieuw type spuitgietmatrijs dat zeer efficiënt, snel en energiebesparend- is, en wordt in mijn land geleidelijk gepromoot en gebruikt. In tegenstelling tot conventionele matrijzen zijn de holtes van gestapelde spuitgietmatrijzen verdeeld over twee of meer lagen, op een overlappende manier gerangschikt, waardoor in wezen meerdere matrijssets worden gecombineerd.
Wanneer spuitgietmachines worden gebruikt met conventionele matrijzen, worden het spuitvolume en de openingsslag van de matrijs doorgaans slechts gebruikt op 20% -40% van hun nominale capaciteit, waardoor de prestaties van de machine niet volledig worden benut. Vergeleken met conventionele matrijzen verhogen gestapelde spuitgietmatrijzen de klemkracht slechts met 5% -10%, maar kunnen ze de output met 90% -95% verhogen, waardoor het gebruik van de apparatuur en de productiviteit aanzienlijk worden verbeterd en de kosten worden verlaagd.
Gestapelde spuitgietmatrijzen zijn het meest geschikt voor het vormen van grote, platte onderdelen, schaalonderdelen met ondiepe- holtes, kleine- dunne- holteonderdelen en onderdelen die massaproductie vereisen.
I. Ontwerpoverwegingen voor gestapelde spuitgietmatrijzen
Gestapelde spuitgietmatrijzen, als nieuw type matrijstechnologie, hebben een voortdurende ontwikkeling ondergaan, vooral met de integratie van hot runner-technologie, waardoor het een baanbrekende-technologie is geworden in de huidige ontwikkeling van kunststof matrijzen. Traditionele matrijsontwerptheorieën zijn niet langer toepasbaar op het ontwerp van gestapelde spuitgietmatrijzen. Daarom is er een dringende behoefte aan het ontwikkelen van een compleet nieuwe matrijsontwerptheorie om het ontwerp van gestapelde spuitgietmatrijzen te begeleiden. Hieronder worden de belangrijkste ontwerppunten van gestapelde spuitgietmatrijzen toegelicht.
1. Maximaal injectievolume van de spuitgietmachine
Gestapelde spuitgietmatrijzen kunnen zowel koude als warme lopers gebruiken. Bij het gebruik van een coldrunner moet rekening worden gehouden met de hoeveelheid plastic die wordt gebruikt voor het stollen in het poortsysteem. Bij gebruik van een hotrunner, die geen-return-stollingsproductie bereikt, heeft het materiaal in de hotrunnerplaat en het centrale hoofdmondstuk geen invloed op het vereiste injectievolume van de mal en kan dit worden genegeerd. Daarom moet het maximale injectievolume van de spuitgietmachine geval-per-geval worden bepaald.
2. Injectiedruk van de spuitgietmachine
Bij de verificatie van de injectiedruk wordt vooral gecontroleerd of de injectiedruk kan voldoen aan de vormeisen. Voor gestapelde spuitgietmatrijzen, waarbij meestal dun{1}} kunststof onderdelen met grote projectieoppervlakken en lange stroompaden worden gegoten, zijn tijdens het vulproces een hogere injectiedruk en injectiesnelheid vereist. Hotrunner-matrijzen kunnen dankzij hun hotrunner-technologie de injectiedruk beter overbrengen in vergelijking met koude runner-matrijzen, waardoor een lagere injectiedruk nodig is. Vanwege het grotere stroompad en het grotere geprojecteerde oppervlak vereisen ze echter een hogere injectiedruk dan enkel-laagse coldrunner-matrijzen. Bij het verifiëren van de injectiedruk moet de injectiedruk van het kunststof onderdeel worden bepaald op basis van het spuitgietproces van verschillende kunststoffen en computersimulatiestroomanalyse, en vervolgens worden vergeleken met de nominale injectiedruk van de spuitgietmachine.
3. Maximale klemkracht van spuitgietmachine
De holtes van een gestapelde spuitgietmatrijs zijn 'rug{0}}aan-achteren' gerangschikt, waardoor theoretisch een willekeurig aantal stapels op dezelfde spuitgietmachine kan worden gerealiseerd zonder de klemkracht te vergroten. Omdat het centrale hoofdmondstuk en het verdeelstuk van een gestapelde spuitgietmatrijs echter het stromingskanaal vergroten, is het geprojecteerde oppervlak van het kunststof onderdeel plus het poortsysteem op het scheidingsoppervlak groter. Bovendien resulteert de verlengde runner als gevolg van het stapelen in een groter drukverlies dan een conventionele enkel--laagvorm, wat leidt tot een overeenkomstige toename van de injectiedruk en de holtedruk. Daarom wordt de klemkracht vergroot. Bij het verifiëren van de klemkracht is het relatief veilig om deze met 10%-15% te verhogen in vergelijking met dezelfde enkellaagse mal.
4. Openingsslag van de spuitgietmachine
Gestapelde spuitgietmatrijzen delen en werpen het plastic deel op twee niveaus uit. Bij het verifiëren van de openingsslag hoeft bij spuitgietmachines die een hydraulisch-mechanisch klemmechanisme gebruiken, geen rekening te worden gehouden met de matrijsdikte. Wanneer de gestapelde spuitgietmatrijs echter een trekmechanisme aan de zijkant-deelbare kern- heeft, moet rekening worden gehouden met de invloed van de trekafstand van de kern-.
Als een synchroon matrijsopeningsmechanisme wordt gebruikt, zoals een tandwiel- en tandheugel- of kruk-drijfstangmatrijsopeningsapparaat met dezelfde overbrengingsverhouding, wordt de slag van elke laag in een gestapelde spuitgietmatrijs niet beperkt door de hoogte van het product. De openingsslag van de matrijs is N maal de maximale openingsslag van de laag in de meer--laags matrijs (N is het aantal lagen in de gestapelde spuitgietmatrijs).
5. Lengte hoofdmondstuk
De middelste hoofdsproeier mag niet te lang of te kort zijn. Dit zorgt ervoor dat wanneer de matrijs sluit, het middelste hoofdmondstuk de maximale afstand die het mondstuk van de spuitgietmachine kan intrekken of voortbewegen op de machinebasis niet overschrijdt. Omdat het middelste hoofdmondstuk tijdens het scheiden samen met het middelste deel van de mal beweegt, moet ervoor worden gezorgd dat het middelste hoofdmondstuk na het openen van de matrijs in het vaste matrijsgedeelte blijft om te voorkomen dat de overloop van de kop van het middelste hoofdmondstuk op de wand van de vaste vormholte druppelt.
6. Poortsysteem
Gestapelde spuitgietmatrijzen kunnen gebruik maken van een conventioneel runner-poortsysteem (dwz een cold runner-poortsysteem) of een hot runner-poortsysteem. Hotrunner-poortsystemen kunnen de injectiedruk effectief overbrengen, waardoor de vormkwaliteit van kunststof onderdelen wordt verbeterd en geautomatiseerde productie wordt vergemakkelijkt. Ze stellen echter bepaalde eisen aan het soort plastic dat wordt gebruikt en hotrunner-systemen zijn duur. Bij gebruik van coldrunnersystemen is de vormkwaliteit van de kunststof onderdelen iets lager, maar de matrijsverwerking is eenvoudiger, wat resulteert in lagere kosten. De keuze voor een poortsysteem is daarom afhankelijk van de specifieke omstandigheden.
7. Systeem voor temperatuurcontrole van de matrijs
De matrijstemperatuur is een van de belangrijke factoren die de vormkwaliteit van kunststof onderdelen beïnvloeden. Bij het ontwerp van gestapelde spuitgietmatrijzen is het essentieel om een consistente temperatuurregeling in elke holte te garanderen. Om het warmteverlies als gevolg van warmtegeleiding te verminderen, moet bij gestapelde hotrunner-spuitgietmatrijzen het contactoppervlak tussen de mal en de hotrunnerplaat worden geminimaliseerd en moeten geschikte warmte-isolatiepads worden geïnstalleerd.
8. Vormopeningsmechanisme
Om een uniforme krimp van de kunststof onderdelen te garanderen, moet de verblijftijd (afkoeltijd) van de kunststof onderdelen in elke holte gelijk zijn. Daarom moeten gestapelde spuitgietmatrijzen ervoor zorgen dat de scheidingsoppervlakken van elke holte gelijktijdig openen. Tandwiel- en tandheugeloverbrengingsmechanismen en mechanische koppelingsmechanismen worden vaak gebruikt als openingsmechanismen in gestapelde spuitgietmatrijzen. De eerste biedt betere technische prestaties en is zuiniger, maar de laatste biedt meer flexibiliteit. Hydraulisch-geassisteerde matrijsopening maakt het gemakkelijker om de openingstijd te controleren, maar de structuur is groter.
9. Ontvormingsmechanisme
Gebaseerd op de eis van gelijke koeltijd, moeten gestapelde spuitgietmatrijzen de plastic onderdelen in elke holte gelijktijdig uitwerpen. Luchtontkistingsmechanismen met veer- of hoge- druk kunnen dit bereiken.
II. Ontwikkeling en toepassing van gestapelde spuitgietmatrijzen in binnen- en buitenland
Al in december 1940 verkreeg KNOWLESER een patent voor gestapelde mallen. De huidige gestapelde spuitgietmatrijzen zijn niet alleen goedkoper dan traditionele enkel-laagsmatrijzen, maar vergroten ook de flexibiliteit van hun toepassing. Na tientallen jaren van onderzoek en ontwikkeling zijn gestapelde spuitgietmatrijzen geëvolueerd door structurele veranderingen, waaronder cold runner dubbel-laags spuitgietmatrijzen, hot runner dubbel-laags spuitgietmatrijzen, 3-- of 4-laags gestapelde spuitgietmatrijzen, gestapelde hotrunner-spuitgietmatrijzen met rechte hoek en roterende gestapelde spuitgietmatrijzen.
1. Ontwikkelingstrends van gestapelde spuitgietmatrijzen in het buitenland
De gestapelde spuitgiettechnologie is al eerder begonnen en is in het buitenland relatief volwassen. Bekende bedrijven op het gebied van gestapelde spuitgietmatrijzen- zijn Tradesco, Ferromatik Milacron, Foboha en Engel. Vanwege de snelle ontwikkeling van hot runner-technologie in het buitenland, wordt hot runner-gestapelde spuitgiettechnologie op grote schaal in het buitenland gebruikt. Bovendien lopen ontwikkelde landen voorop op het gebied van nieuwe gestapelde spuitgiettechnologieën, en de recent ontwikkelde roterende gestapelde spuitgiettechnologie heeft de toepassingsmogelijkheden van gestapelde spuitgietmatrijzen verbreed.
In de jaren zestig en zeventig begonnen enkele buitenlandse bedrijven met de ontwikkeling van gestapelde spuitgietmatrijzen. Het Zwitserse bedrijf Schottli ontwikkelde als eerste gestapelde spuitgietmatrijzen voor industriële toepassingen.
In 1980 ontwierp Johnson T. uit Duitsland een koudloper-dubbel-laags spuitgietmatrijs. Deze matrijs bestond uit een bewegend matrijsdeel, een vast matrijsdeel en een tussendeel. Het tussenstuk was in wezen een voortzetting van het hoofdprofiel, met zijprofielen en twee afzonderlijke spouwplaten. Er werden uitwerpmechanismen geïnstalleerd in zowel de bewegende als de vaste matrijssecties, waarbij gebruik werd gemaakt van mechanische, hydraulische of pneumatische methoden om het plastic onderdeel uit te werpen.
In 1989 ontwierpen D. Gener en Wiesbaden-Delkheim een hotrunner dubbel-laags spuitgietmatrijs. Het bestond verder uit een bewegend matrijsdeel, een vast matrijsdeel en een tussendeel. Het tussengedeelte omvatte de hotrunner, hete mondstukken voor het toevoeren van materiaal in de holtes en twee holteplaten voor het eindproduct.
In 1991 ontwierp Rozema H. van Tradesco Die & Mould een vier-laags gestapelde spuitgietmatrijs. Deze matrijs, gebaseerd op de hotrunner-spuitgietmatrijs met dubbele-laag, verlengde de hotrunner en voegde een tussengedeelte toe, waardoor het aantal gietlagen werd uitgebreid tot vier, waardoor de productiviteit verviervoudigde.
In 1992 vonden Hiroo Kasui en Motoo Yamamoto uit Japan een hotrunner-spuitgietmatrijs uit met asymmetrisch verdeelde hete spuitmonden. Een redelijk gietkanaalontwerp kan echter de smeltstroom in de vormholte regelen om evenwicht te bereiken.
2. Ontwikkelingsdynamiek van stapelinjectiematrijzen in China
De technologie voor stapelspuitgietmatrijzen werd pas eind jaren tachtig geleidelijk geïntroduceerd in de matrijzenindustrie van mijn land. Daarom begon de stapelspuitgiettechnologie in mijn land relatief laat, en het aandeel hotrunner-stapelspuitgietmatrijzen dat bij de productie wordt gebruikt, is klein. Er is een zekere kloof in ontwerp en toepassing vergeleken met geavanceerde buitenlandse stapelmatrijstechnologie, en op sommige technische gebieden (zoals roterende stapelspuitgietmatrijzen) is China nog steeds een schone lei. Daarom moet mijn land, geconfronteerd met hevige concurrentie op de markt, snel zijn stapelspuitgiettechnologie verbeteren om het initiatief te nemen op de internationale markt en het voortbestaan van zijn ondernemingen te verzekeren.
In 1990 stelde Li Shuzan van Beijing No. 13 Plastics Factory een structureel ontwerp voor voor een spuitgietmatrijs met dubbele- holte met behulp van zijdelingse- invoer. Deze matrijs vermindert het aantal matrijsscheidingsoppervlakken vergeleken met punt--poorttoevoer, waardoor het opeenvolgend openen van de matrijs wordt vergemakkelijkt. Het is echter onbetrouwbaar bij het vormen van diepe holtes of onderdelen die aanzienlijke loskracht vereisen.
In 1992 introduceerde Bu Jianxin van de Changzhou Light Industry School een spuitgietmatrijs met dubbele- holte, waarbij gebruik werd gemaakt van zowel zij--- als punt---toevoer. De bovenste holte maakt gebruik van zijdelingse-poortvoeding, en de onderste holte maakt gebruik van punt-poortvoeding. Opeenvolgend scheiden wordt bereikt met behulp van begrenzingshaken en begrenzingsplaten, waardoor het vormen van verschillende soorten kunststof onderdelen mogelijk is.
In 1995 ontwierp Yi Qing een speciale spuitgietmatrijs met dubbele- holte en een twee- hoofdrailsysteem. De hoofdloper van de eerste-etappe heeft bovenaan een verzonken groef. De bewegende matrijsplaat drijft de uitwerpplaat van de vaste matrijs aan om het kunststof onderdeel via een kettingaandrijving uit te werpen. De nadelen zijn onder meer de noodzaak om het mondstuk van de spuitgietmachine uit te breiden naar de vaste mal om de hoofdrailbus te injecteren, en een omvangrijk poortsysteem.
In 1997 ontwierpen Li Shu en Chuan Chengzhi een dubbel-laags hotrunner-spuitgietmatrijs voor de productie van afdichtingsstrips voor autodeuren en ramen. Deze mal omzeilde het midden en bracht gesmolten plastic over van de malrand naar de runnerplaat. De mal kon in één injectiecyclus twee sets plastic onderdelen vormen, waarbij elke set vier afdichtingsstrips bevatte (voorkant, achterkant, links en rechts). De acht afdichtingsstrips die op twee auto's worden gebruikt, konden in één handeling worden gegoten.
In 1999 ontwierp Wang Yuexing van de Zhejiang Weixing Group een hoog-efficiënt half-type dubbel--laags spuitgietmatrijs. Het deelde een paar halve-glijblokken, wat resulteerde in een eenvoudige matrijsstructuur, lagere productiekosten, een verdubbeling van het aantal holtes, kortere spuitgietcycli en een hogere productie-efficiëntie.
In 2000 hebben Feng Xiaozhong et al. introduceerde een dubbel-laagse spuitgietmatrijs met ondergedompelde poort voor glazen doppen voor sterke drank. Deze mal maakt het in de mal mogelijk om elke laag plastic onderdelen te scheiden van het gestolde materiaal van de runner, en de scheidingsoppervlakken van elke laag kunnen tegelijkertijd worden uitgeworpen. Dit vereenvoudigt de matrijsstructuur, vermindert de eisen aan de scheidingsafstand en vergemakkelijkt de geautomatiseerde productie. Het vereist echter een hoge betrouwbaarheid van de plastic onderdelen die in de mal achterblijven en een diep verzonken hoofdrailbus. In 2003 ontwierpen Yan Yalin en Huang Xiaoyan een gestapelde spuitgietmatrijs met rechte-poort en hotrunner. Deze mal veranderde de positie van de poort en plaatste deze in het midden, haaks op de openingsrichting van de mal. Hoewel er een rechts-spuitgietmachine nodig was, werd er geen hotrunner-verlengstuk meer nodig, waardoor de afstand die het gesmolten plastic aflegt van het injectiemondstuk naar het verdeelstuk werd verkleind en het structurele ontwerp werd vereenvoudigd.
In 2004 ontwierpen Chen Jianling, Liu Tinghua en anderen een hot runner-gestapelde mal voor cd-verpakkingsdozen. Er wordt gebruik gemaakt van trekstangen met vaste-afstanden voor het opeenvolgend openen van de matrijs, waardoor het beschikt over een compacte structuur, uitstekende zuinigheid, minder mankracht, aanzienlijk verbeterde efficiëntie en een gegarandeerde productkwaliteit.
In 2007 ontwierpen Shen Honglei en anderen een hot runner-gestapelde mal voor cd-houders. Deze matrijs maakt gebruik van een dubbel-laagse hotrunner-structuur, waarbij gebruik wordt gemaakt van tandwielen, tandheugels en hydraulische cilinders om het sequentieel openen van de matrijs en het uitwerpen van onderdelen te bewerkstelligen. De geproduceerde onderdelen voldoen aan de eisen op het gebied van afmetingen en uiterlijk, waardoor de productie-efficiëntie aanzienlijk wordt verbeterd en de productiekosten en de afvalpercentages aanzienlijk worden verlaagd.
In 2008 hebben Wang Zhenbao et al. CAE-technologie toegepast op het ontwerp van gestapelde spuitgietmatrijzen. Met behulp van Moldflow-analysesoftware simuleerden ze op dynamische wijze het gietproces van een gestapelde mal met airconditionerpanelen door de plastic vul-, houddruk- en koelprocessen te analyseren. Ze analyseerden de belangrijkste factoren die van invloed waren op het gietproces en optimaliseerden de procesparameters.
III. Conclusie
Het gebruik van gestapelde spuitgietmatrijzen, met name hotrunner-gestapelde spuitgietmatrijzen, kan de mogelijkheden van spuitgietmachines volledig benutten, mankracht en apparatuur besparen en de productie-efficiëntie aanzienlijk verbeteren. Hoewel gestapelde spuitgietmatrijzen hogere ontwerp- en productiekosten met zich meebrengen, kunnen verbeteringen op de volgende gebieden de matrijskosten aanzienlijk verlagen en het toepassingsbereik ervan vergroten:
1. Verbeter de ontwerptheorie van gestapelde spuitgietmatrijzen en verkort de R&D-cyclus;
2. Verleng de levensduur van kerncomponenten (zoals verwarmingselementen en temperatuurregelelementen);
3. Maak gestapelde spuitgietmatrijzen compatibel met gewone spuitgietapparatuur;
4. Gebruik CAD/CAE/CAM-technologie voor ontwerp, analyse en productie om de matrijsstructuur te optimaliseren;
5. Standaardiseren en commercialiseren van gemeenschappelijke onderdelen voor gestapelde spuitgietmatrijzen;
6. Verbeter de drukoverdrachtsmogelijkheden om ze geschikt te maken voor de productie van dik-wandige plastic onderdelen;
7. Optimaliseer de procesparameters van gestapeld spuitgieten;
8. Realiseer volledige automatisering van gestapeld spuitgieten.
