IMD与薄壁注塑结合成型新工艺

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IMD与薄壁注塑结合成型新工艺
  
模内装饰(IMD)产生优良的表面质量，具有无穷的设计潜力。但直到现在，它没有被用于薄壁塑件之中。五家公司涉足于此未知领域，合力将此概念在尽可能最短时间内投入到批量生产中。此项计划由“接受一个好事物，并使它更好”的冲动而滋生。用更具体的话说就是 ：西门子(Siemens)已经定下目标，大幅提高其新型Gigaset 4000无绳微型电话(见主图)的塑料部件生产的经济性。此经济性适合于由顶壳和底壳组成的机壳，顶壳的高品质式样是由印制、热成型和冲压过的薄膜经内模装饰而成。
  
规划阶段
提高注塑生产力的直接方法是缩短周期时间。而合理的步骤是: 塑件的壁厚必须做得更小，因为它决定性地影响着冷却时间及整个周期的主要部分。缩小壁厚还有副作用: 假定外部尺寸相同，如每个塑件使用材料越少，部件生产用装置的空间就越多，因为外壳是更薄的。自然地，在设计时必须多加小心，以确保仍然满足所有的机械要求。
从现在所拥有的注塑技术来看，薄壁注塑(壁厚1mm及更小)不再是难事了。但是，当有关的公司将薄壁注塑应用到内模装饰件时，他们就进入了一个未知领域。经验显示，浇口位置的膜拉力随着壁厚降低而加大，并导致破损。破损表现为可见到的颜料再定位，并可能扩展，直至滤去有色层。这是迄今为止内模装饰壁厚至少有1.8mm的原因之一。
这项工程的进一步的目标有：
◆ 薄膜装饰的顶壳和非装饰的底壳将在1+1模具中生产。这提供了合理的优点，因为西门子生产塑料件是以这样的一种方式组织的，即整套塑件被直接和按时地供应给装配生产线。
◆ 周期时间短于10秒。这不可避免地影响着为生产单元作出的自动化规划。
◆ 进入市场的时间要尽可能的短。这一方面使短的开发时间成为必要，另外一方面，也有必要使用标准部件以使生产单元的建立时间最短。
这个多层面问题需要跨学科的开发方法。只有当膜、丝印油墨和印刷、薄膜制造、内模装饰材料、注塑机、自动化和过程技术有可能达到最佳的协调时，才能达到这个目标。因为以下公司所做出的贡献，这种跨学科工程而获得了成功：  
◆ 德国西门子，无绳电话制造商，负责模具设计和模具制造的合作成员；
◆ 德国Albea塑料技术公司，从事薄膜印刷、三维变形和薄膜切割；
◆ 德国Proell，用于单层或双层膜的内模装饰热稳定丝印油墨设计和生产商；
◆ 德国拜耳(Bayer)，薄膜和内模装饰材料制造商，并负责填充模拟和冷却计算；
◆ 奥地利Engel公司，注塑机、工厂自动化和过程技术的供应商，并负责协调整个工程。
  
浇口区的薄膜破损
“膜饰薄壁注塑”成功的关键因素是要掌握对装饰膜和浇口区印刷层的潜在破坏。以下因素在全面的预实验中被检测：  
◆ 膜(材料，结构，厚度);
◆ 膜的印刷(颜色、着色层数);
◆ 模具(热流道针阀的直径);
◆ 塑件整体(壁厚、内模装饰材料);
◆ 工艺参数(注射速度、保持压力、熔体温度、模具温度)。
为了做试验，试用了一个模具，它生产出形状模仿厚度多变条带的塑件
  
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图1 薄膜厚度和被注射塑层厚度引起的薄膜损伤
  
条带的尺寸被设计得流道和体积与膜饰顶壳的真实情况相对应。
如所期望的一样，浇口区薄膜侧的剧烈冷却对于确保薄膜能无损地经过内模装饰过程是最为重要的必备条件。在这个关系中，针阀最佳的针眼直径也是起着决定性作用。
薄膜厚度和内模装饰塑料层厚度的作用是被分开检测的。整体壁厚是不同的，所以两个参数之一可以保持稳定。结果是(图1):
◆ 损伤随着薄膜厚度的增加而线性加大。这种现象可以由较厚膜的绝缘作用来作出解释：假定模温相同，两膜层和着色层中会产生较高温度；
◆ 随着内模装饰塑料层厚度降低，装饰膜的滤去会在接近浇口位置不成比例地加大(因为流道较窄，熔体的流速较高，剪切力较大)。
凭借这些研究，塑件(塑料层加上装饰膜)的整体厚度被定在了1.2mm。但是，通过膜的有效流道仍被缩到约0.9mm。当拜耳应用这些前提条件于填充模拟和冷却计算时，就得到以下的结果(图2);
  
   
  
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图2 从两个浇口模拟填充顶壳
  
选择PC/ABS合金作为内模装饰材料，可以确保完整均匀的填模。
◆ 浇口的假定位置可以。
◆ 焊缝线在关键位置的外部。
◆ 冷却流道的布局产生均匀和高效的热分散。
◆ 塑件不会有变形，特别是由于膜一侧热分散受阻引起的。
  
选择合适的自动化方案
自动化对于周期时间的持续最小化起着重要作用。
以下的限制性条件起着作用: 机器周期决定着整个周期时间。所以机械手必须能在周期时间内执行模具外部的所有手工作业。极短的周期时间特别地使最小嵌件和卸取时间成为必要。
类似Engel ERS的高速处理装置能以最小的驱动力和高动态伺服马达实现加速，加速度达150m/S2,确保膜的快速嵌入和完成塑件的快速移取。
标准机械手(Engel ERC)现在在模具区域之外执行余下的一些工作。
这种建立于分工基础之上的自动化解决方案被西门子工程(图3)所选择。一个托盘也被用来管理堆叠在托盘之上的完成品。
  
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图3 以分工为基础的自动化方案；高速处理实现快速嵌件和从模具中取出塑件，标准线性机械手用于辅助工作。
  
结果
模具技术: 模具的设计和制造是由西门子公司完成的，而Engel的模具车间以内模装饰技术提供了支持。电话机壳的上下部分是一次注射的。浇口是充满的热流道，每个塑件有两个气动针阀。顶壳饰膜被插入到可移动的半模之中，所以顶出结构也被放在固定侧。
膜饰顶壳和非装饰的底壳对过程控制提出了不同的要求，而且是在同一个模具内。例如，考虑一下移动半模所需的不同温度控制: 尽管与膜相适应的模具嵌件必须急剧地冷却，但为了确保非装饰底壳表面高质量，需要有40-50℃的模具温度。
膜 ：由PC/PBT合金组成的膜被用于双层结构(包括印刷油墨的总厚度约300mm)的Gigaset 4000之中。这种饰膜的基本特点有：
◆ 均一的表面；
◆ 抗化学性高；
◆ 当HPF变形(温度在膜的软化点之下和过大压力所产生的高压冷成型,以及表面结构的保持)时有良好的变形能力。
专为内模装饰技术而开发的丝印油墨以其在注塑中有良好附着力、变形能力、和良好抗热负荷和剪切性能而著称。颜色范围除了底色以外，还包括了特殊金属性和效果颜料(如变色或珠光效果)。Albea负责薄膜的成形和修整。
  
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图4 整个生产单元的示意图表。
1.上料托盘 2.膜堆层 3.安全防护 4.注塑机 5.高速机械手ERS1 6 上料托盘。
  
模内装饰材料：这个用途中使用的内模装饰材料是PC/ABS合金。它满足了内模装饰与薄壁注塑结合后对材料提出的高要求，例如：
◆ 良好流动性能；
◆ 高水平的机械性能；
◆ 耐热性；
◆ 与薄膜极佳的附着力；
◆ 加工窗口大。
生产单元 : 生产单元的核心是Engel出品的Victory200/120 Tech(120吨锁模力)。即便是这种系列无肘节式注塑机标准系统中的基本款式也能满足对精度、可重复性和经济性的高要求: 约8秒的整个周期时间超过了项目的目标值。
下面对处理过程作个概览(图4): 线性机械手(Engel ERC)把薄膜从堆料拿出来，移至预定心位前部的中间堆料，它的轮廓是模腔的完全翻版。预定心位也可作为向高速处理装置(Engel ERS)传输的介面。线性机械手抓住两个外壳，将它们传送到托盘上。与此同时，高速处理装置已经把薄膜送至仍闭合着的模具前的等候位。在开模时，传送头横越至模具区之中，在闭端半模内嵌入薄膜，而用另一端来同时从固定半模中拿出完成件。模内的定心装置确保嵌头和模腔的相对位置一直准确，因为薄膜与模腔的精确配合对于质量是至关重要的。
生产工厂以极高的可重复性运转着 ：假定一个16g的部件，最大重量差别为±0.065%。这对于内模装饰部件是非同寻常的，因为这个值也包含着薄膜(包括印刷层和冲切偏差)重量的变化。  
  
IMD技术专用油墨有德国宝龙的HTR, N2K, PCI, NORIPET, NORICRYL, AQUAPRESS, NORIPRESS 等。  
  
详情请联系：jason.wu@proell.de

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