全电& Hybrid 机s | 13分钟阅读

模内装配:多射模成型的新领域

消除二次操作的动力是将多次注射成型推得更远—通过卡扣配合,焊接和不兼容材料的共成型,将单独的组件组装到工具中。

分享

Facebook分享图标 LinkedIn分享图标 Twitter分享图标 通过电子邮件共享图标 打印图标

模内贴标,薄膜装饰和织物层压正变得越来越成熟。所以呢’s the next phase of the trend toward eliminating secondary operations by doing it all in the mold? The new target on the radar is 模内组装.

很快与制模商,模具制造商和机械OEM商讨这个话题,很明显“in-mold assembly” (or IMA) is subject to varying definitions. For the purposes of this article, we distinguish it from the general field of multi-shot molding or hard/soft overmolding. Although 模内组装 generally requires multiple shots, the essence of the concept is putting together inside the mold separate components that would otherwise be assembled outside the mold through snap-fits, welding, or adhesive bonding. “You have to consider it 模内组装 if it brings a downstream action into the molding process,”Ferromatik 米拉克龙 Europe美国分部总经理Bob Hare说。

模内织物或地毯层压看来符合这个定义。但这可以视为嵌件成型的一种形式—一种成熟的技术,不在本文的讨论范围之内。从下面讨论的示例中可以明显看出,IMA不仅仅是包覆成型或嵌件成型—尽管其中一个或两个都可以成为IMA流程的一部分。

 

多重利益

与其他模内增值业务一样,IMA’优点部分是经济方面的,部分是质量方面的。“有可能提供一种更一致的产品,而不会受到采用二次加工时,尤其是当零件的两个或多个部分配合时出现的相同翘曲或收缩问题的影响,”模塑商和模具制造商Electroform总裁Wade Clark说。

“您可以在一台机器和一个小模具中以较低的成本制造装配体的单个零件。但是,如果您考虑将零件带入装配线以及流水线本身所产生的所有成本,那么在模具中进行安装可节省大量成本,”补充说,Joachim Kragl,恩格尔’加工技术经理。“您只需要担心一台机器和一个过程。如果我要组装一个由三部分组成的零件,那么将有三条自动化生产线,这会增加生产中断的可能性,”他指出。消除输送机,碗式给料机,固定装置,超声波焊接机等,可以消除由于处理不当,对中不准,工艺变化或污染而导致的报废零件的潜在来源。

模具制造商和机器制造商的共识是,IMA还具有其他好处:

  • 用模具生产成品零件可以消除在制品库存。
  • IMA可以避免需要单独的压力机和模具,从而减少了劳动力和占地面积要求。
  • IMA确保正确装配或对齐零件以进行组装,这对于化妆品零件而言可能是一大优势。
  • 与分别模制每个组件然后将它们连接在一起所需的时间相比,IMA可以减少制造组件的总时间。
  • IMA允许生产具有某些功能的零件,这些零件的成本过高或无法通过传统的下游方式生产。

IMA通常需要大量的零件,因为在相同的空化条件下,模具的成本比标准模具高30%至70%。消息人士普遍认为,IMA的职位大约为250,000。他们还同意,IMA在欧洲的发展要快于北美,主要是在汽车和消费产品方面,而在医疗部件方面则要小得多。

在模具中比在模压机中更可能找到IMA的特殊技术。诸如Arburg,Engel,Krauss-Maffei和Milacron之类的机械制造商表示,用于IMA的机器与用于其他多组件成型工作的机器没有太大区别,但他们说,区别因素是将自动化和程序集成在一起的专有技术操作顺序。“As long as the machine features a closed-loop control system that can 恩 sure the repeatability and accuracy of the process, its can be used for 模内组装,”克劳斯-玛菲(Krauss-Maffei)注射成型总经理Peter Lipp说。

在某些情况下,IMA专用工具的供应商已与特定的压机制造商合作。一个例子是Ferromatik和Foboha之间的合作关系,Foboha是一家德国模具制造商,具有一个或多个四面车削“cubes.”同样,丹麦Gram 技术,多面车削模具供应商“Spin Stacks,”与德马格塑料集团合作开展了多个项目。恩格尔采取多方面的方法:“我们要么自己制造模具,要么与北美的合作伙伴合作,” says Kragl. “Since we also build the machines for multi-component molding and have our own automation capabilities, 模内组装 is a significant area of expertise for us.”

 

通往IMA的许多道路

模具制造商已开发出多种实施IMA的方法。一些方法使用具有滑动或旋转板的单面工具。其他人则在传统的线性或更新的转台设计中使用多零件线叠层模具。

在许多情况下,单面工具使用旋转板或滑动板来改变两次射击之间的型腔配置。单面模具和叠层模具都具有一个或多个车削中心刀塔,从而增加了多功能性,每个刀塔可以具有四个用于执行不同功能的面。并且许多应用利用机器人或类似设备在腔之间甚至机器之间转移零件。 

例如,针对单面模具的IMA方法是新的“transfer molding”模具制造商StackTeck的概念。据总经理乔丹·罗伯森(Jordan Robertson)称,模具上的装卸装置由模具运动机械驱动,将零件从一个型腔转移到另一个型腔。“机械手的手臂由堆栈中央部分的行程位置驱动,”罗伯逊说。它使用螺旋装置通过夹具的运动来操作机器人。”

从一台机器到另一台机器的机器人转移在Gram 技术的应用中得到了利用。将两个透明的聚碳酸酯外壳模制成两个“Spin Stacks”在一台机器中,将硅胶膜片从另一台机器上转移并插入一个外壳中。在车削堆栈的一个位置,有一个PC壳’配合面重新加热,以使两个壳体在通过相对的烟囱连接时焊接在一起。

恩格尔提出了此技术的一种变型,可以从LSR和PBT生产出一种由两部分组成的龙头滤网。零件分别在带有偏心转台的无拉杆机上模制。机器人通过将一个零件压向另一零件以进行卡扣配合来将零件组装到模具中。

JSW提供了一种较旧的单面IMA概念,该概念与日本Sakamoto Tool and Die Ltd.合作开发了模具滑动注射(DSI)工艺。 DSI于1991年推出,通过模压两个独立的半部,然后通过滑板将它们组合在一起来生产空心零件。最后,将两部分用包覆成型的密封件粘合。根据JSW总经理Robert Columbus的说法’在芝加哥技术中心,亚洲有两种这样的系统。

 

旋转立方体和堆栈

Ferromatik 米拉克龙和Foboha联手为大批量,两组分IMA提供交钥匙系统。两家公司在去年展示了该系统’s NPE在将两种颜色的成型和卡扣配合到模具中的应用中显示。佛波哈的四张脸’Foboha的美国销售工程师Lisa Mauro指出,TwinCube模具允许工作站进行打印,贴标签和拧松功能。“我们的工具会在模具中使用额外的运动来进行模具动作(例如卡扣配合),因此它不依赖于成型机,” she points out.

米拉克龙 / Foboha系统在美国的第一个客户是新泽西州萨默塞特市的Stull Technologies公司,该公司将生产带有标签插入件和卡扣配合组件的瓶盖。市场营销高级总监Jason Stull表示,该系统将生产由两部分组成的PP “盘顶式分配帽”在配备48腔TwinCube旋转转盘叠层模具的275吨K-Tec机器上。

Stull说,该系统将有助于将其容量提高到每年数亿个瓶盖,同时保持单价足够低,以阻止外国竞争。该系统将在生产类似零件的常规生产线旁运行,但该公司希望使用一半的劳动力并减少30%的占地面积,同时获得更高的生产率和更一致的质量。 (Stull预期Cpk为1.3。)

Gram 技术提供其旋转纺丝叠层模具,在固定和移动压板之间设有四个分度芯组。每个核心组可以有四个面并上交90°增量。公司总裁Jes Gram表示,它的第一个主要IMA测试项目是生产滚装式除臭球。“这些装置的生产量是全球数十亿,通常是将两个半壳模制成型,然后在焊接过程中将它们组合在一起,”他说。球通常是厚壁的,可以承受焊接步骤,最终形状必须精确精确,这样它才能在除臭剂分配器中平稳滚动,而不会卡住头发。使用Gram工具,将球的两半连接到模具中。

奥地利KTW,为个人护理和消费市场提供高气穴盖和封闭工具的制造商,正在使用Gram’的旋转纺丝堆叠技术可生产用于食用油容器的盖和喷嘴组件。 KTW的克劳斯·齐格勒说,这些零件包括带有明显防撬拉舌和盖的螺纹喷嘴。’s general manager. “You cannot assemble a cap and spout with the tamper-evident tab using overmolding. This is only possible with 模内组装.”在单独的工具中,模制底座需要8到9秒钟,而瓶盖则需要4到5秒钟。韩国电信’s的工具在16腔的导向工具上可在8到9秒钟内完成整个结构的成型。生产模具将具有48或64个型腔。

电动转塔模具中的一个新因素是Electroform。去年它引入了正在申请专利的方法 ’在芝加哥举行的NPE表演。它结合了两次注射成型,模内薄膜装饰和IMA的功能,将ABS玩具赛车的顶部和底部以及四个车轮模制并卡合在一起(在本期封面上显示)。专有的单面刀具设计使用双旋转刀塔,无需额外的自动化。自演出以来,循环时间已从22秒优化为15秒。

既是模具制造商又是工具制造商的MGS Mfg。Group已生产了许多IMA零件,其中包括用于安全相关产品的调节带,该产品涉及卡扣配合。该零件具有不可拆卸的锁紧螺母。该过程取代了四到五台机器和众多下游设备。

 

复杂的包覆成型

“One of the best features of 模内组装 is to be able to join the components to make a moveable part that does not come apart,”MGS市场总监John Berg说。越来越多的公司已经设计出了使用互不粘结的异种材料模制机械互锁的铰链和接头的方法,从而使配合零件可以自由移动。这与典型的包覆成型非常相反,后者的目标是使不同的材料相互粘合。在这种情况下,重点是将一种材料与另一种材料射击而不粘在一起。

这种IMA方法的最初构想通常归功于德国Selb的模具制造商Fickenscher GmbH。 IMA工具供应商Multiject总裁Jack Elder说,在1980年代,它使用不同的聚合物开发了模具和工艺,以成型具有运动特征的完全组装的零件。

Elder于1995年获得了北美Fickenscher技术的独家许可,并且是第一家将其引入美国的公司。他为Fickenscher工艺制造和销售模具,并在自己的成型公司中使用了该工艺(以及其他多次加工技术) ,位于印第安纳州里士满的Innatech。

据称,该工艺采用了特殊的升降核心系统,已在欧洲广泛用于汽车,玩具和电子应用。最可识别的两种用途是生产带有活动手臂,腿部和头部的玩具猴子(为PlayMobil制造)。和三分量汽车HVAC百叶窗。 Innatech生产的这种百叶窗具有PBT的叶片,ABS的连杆和PP的壳体(请参见上图)。“It’这是一个相当复杂的零件,但制造成本仍然要比原始零件在成型后的组装中要低,” Elder says.

MGS has used the multi-material approach to mold a medical valve with a turning center section (see photo above). The three-piece 模内组装 is made of PC, PP, and TPV.

恩格尔生产了一种四件式汽车电子开关组件,其中由不同树脂制成的三个零件彼此相对移动。所有这四个零件在同一模具中同时由尼龙和两种等级的乙缩醛模制而成。单面模具具有三排,分别是四个,四个和八个腔体。机械手将零件从一个腔体转移到另一个腔体,然后树脂在彼此之间收缩。“我们没有使用三台模具和机器以及几条下游组装线,而是在一台120吨压力机上以38秒的周期生产了四个完全组装的零件,” Kragl recalls.

恩格尔还使用这种多材料方法生产PC和HDPE医用阀。后者是在带有转盘的100吨压力机上的4 + 4型腔中生产的。 Kragl说,不同的材料会相互收缩,以实现完美的贴合和紧密密封。

另一个恩格尔(Engel)的例子是玻璃填充PP的电箱盖,带有模压尼龙6螺钉。“螺丝被锁在盒子里,所以它们可以转动但不会掉落而丢失,”克拉格笔记。该零件是在2 + 2型腔工具中以25秒的周期生产的。

恩格尔之一’IMA在此类产品上的第一个应用是婴儿奶嘴(上图),该奶嘴具有集成的尼龙和PP口环板。政府安全法规要求不要分开,所以恩格尔去了IMA。“我们使用的是不粘合的异种材料,因此您必须将零件分开才能分开,” Kragl notes.

这种方法的另一种变型是制造零件的组件,这些组件相对于彼此自由移动,但由相同材料的多次注射包覆成型。一个明显的好处是它可以在标准的单桶机器上执行。 Ferromatik 米拉克龙于1995年引入此工艺,称为“Ice Cold Trick.”顾名思义,使单一材料与自身不相容的关键是使用极端冷却,以防止两个焊球因界面处的分子互穿而焊接在一起。

“第一枪的冷却比典型的成型要多得多,” says Ferromatik’的野兔。模具温度接近水的冰点甚至更低—as cold as 23 F—使用小型制冷单元和工具中的冷却插件。“该材料必须像尼龙一样是结晶的,并且还需要大量填充,以使第一粒能够抵抗收缩,”野兔补充。该工艺已用于生产互锁铰链。

冷却方面“trick”也被其他IMA供应商使用。 Gram 技术和Foboha都利用了其多面车削堆栈和立方体提供的额外冷却时间,以防止包覆成型的零件粘在一起。一个示例是带有滑动内部部件的双组分医用阀,如p所示。 61,在Gram Spin Stack工具上成型。格拉姆还提供了24 + 24型腔模具,用于生产山形顶部果汁纸盒的螺帽和喷嘴。 LDPE螺纹喷口模制在PP共聚物盖内。由于盖被冷却了一个额外的周期,并且LDPE的熔融温度低于PP的熔融温度,因此这两部分很容易拧开。该系统以8秒的周期运行,包括在第一次注射后拧开磁芯的时间。

 

 

 

 

相关内容