五步獲得更好的助壓模塞

文/CMT材料公司 Conor Carlin

五步獲得更好的助壓模塞

文/CMT材料公司 Conor Carlin

模塞是熱成型加工中一個不可或缺的重要組成，它同時影響著產(chǎn)品形狀、材料分布、透明度和抗壓強度等關(guān)鍵性能。通過仔細(xì)計劃并遵循最佳的方法制作正確的助壓模塞，有利于獲得高質(zhì)量、可重復(fù)的部件。

90%以上的薄壁熱成型部件采用模塞助壓預(yù)拉伸成型。雖然具體的模塞設(shè)計由許多因素決定，包括撐壓深度、型腔數(shù)量、壁厚的臨界性質(zhì)和塑料的拉伸特性，但某些基本技術(shù)還是可以幫助提高成型過程的可重復(fù)性。

模塞是熱成型項目中一個不可或缺的關(guān)鍵組成部分，它同時影響著產(chǎn)品的形狀、材料分布、透明度和抗壓強度。對模塞的材料成本及在材料分布、部件重量、廢品和其他問題（如美觀質(zhì)量）上的平衡進(jìn)行一個全面的對比十分重要。通過仔細(xì)計劃并遵循最佳方法，制作正確的助壓模塞可以讓你獲得高質(zhì)量、可重復(fù)的部件。

在介紹每個步驟的具體細(xì)節(jié)之前，需要重點指出的是，在這個過程中，用戶的看法起著非常重要的作用。根據(jù)你是熱成型商、模具制造商，或是兩者兼具，在選擇適當(dāng)材料時，有幾個要素要考慮。簡單來說，主要的區(qū)別在于一些人負(fù)責(zé)設(shè)計和制造模塞，而另一些人負(fù)責(zé)運行那些配備了模塞的機(jī)器。

在考慮熱成型生態(tài)系統(tǒng)時，這個重要區(qū)別得到凸顯，它涉及供應(yīng)商和樹脂用戶、擠出商、再制工廠、模具制造商、機(jī)械工廠、原始設(shè)備制造商和其他服務(wù)供應(yīng)商。生態(tài)系統(tǒng)中的某部分發(fā)生變化會影響決策和另一部分的結(jié)果。如果模具制造商簡單地選擇一種牌號的材料，沒有理解模塞和塑料之間的相互作用，加工商可能就無法獲得理想的產(chǎn)品。

基于此，本文概述了薄壁熱成型商和模具制造商應(yīng)遵循的5個實際步驟，以優(yōu)化模塞設(shè)計和材料選擇。

帶有高螺旋形狀的硬質(zhì)合金工具專用于切割磨蝕性塑料，它能實現(xiàn)理想的光潔度。使用正確的速度和進(jìn)刀會獲得一個更好的模塞，用以生產(chǎn)可重復(fù)的熱成型部件

步驟一：選擇最好的材料

并非所有的模塞材料都一樣。固體聚合物和復(fù)合泡沫塑料最常用于薄壁應(yīng)用中，而木材幾乎沒在如今嚴(yán)苛的環(huán)境中得到過使用。CMT材料公司不同牌號的Hytac復(fù)合泡沫通過不同類型塑料的性能、溫度、加工條件、表面光潔度、耐久性和價格而進(jìn)行優(yōu)化。如果其他一些變量發(fā)生變化，簡單地使用與之前相同的材料并非明智之舉。例如，多層薄膜如PE/EVOH/PE的加工參數(shù)當(dāng)然與HIPS是不相同的。

作出正確的選擇能降低加工成本，提高材料的分布效果，增強透明度，降低塑料在模塞上的堆積，并最大限度地延長模塞的壽命。這些好處以不同的方式使不同的生態(tài)系統(tǒng)成員獲益。

步驟二：同時考慮模塞設(shè)計與材料

模塞設(shè)計是一個復(fù)雜的問題，涉及許多因素，如模具設(shè)計、片料選擇、過程溫度、熱成型設(shè)備和模塞材料等。一個比較好的做法是從一種“材料安全”的模塞設(shè)計開始，這意味著模塞材料要盡可能靠近腔壁和地板（通常是1.5 mm），并在模塞頭部采用最小半徑。如果太多的物料被帶到型腔底部，這會為半徑的增加創(chuàng)造條件。另外，可以增加更多的模塞錐，以此來均勻分布材料的厚度或消除可能的模塞痕跡。

模塞的目的是預(yù)拉伸和將塑料分配至正確的地方。模塞和塑料之間的初始界面點輸送的物料量最多。鋒利的邊緣意味著較少的塑料流動，從而形成更薄的側(cè)壁和更厚的底部/角。圓邊意味著更多的塑料流動，產(chǎn)生更厚的側(cè)壁和更薄的底部/角。不同的模具設(shè)計、機(jī)械特性、塑料片料的特點、模塞速度和真空排氣/定時，甚至操作人員的技術(shù)都會影響模塞的表現(xiàn)。

不同的模塞材料擁有不同的物理性質(zhì)，認(rèn)識到這一點很重要。當(dāng)設(shè)計人員從尼龍或縮醛模塞轉(zhuǎn)換成復(fù)合泡沫模塞時，可以看到最顯著的區(qū)別。例如，由于縮醛具有比Hytac復(fù)合泡沫塑料更高的線性熱膨脹系數(shù)（CLTE），因此它的設(shè)計必須考慮到一些膨脹。如果設(shè)計人員在未改變模塞設(shè)計的情況下改變了模塞材料，那么成品部件的材料分布無法得到優(yōu)化，甚至可能導(dǎo)致廢品和/或部件失效。

除了CLTE外，模塞材料的強度（根據(jù)ASTM D790中的彎曲韌性測量標(biāo)準(zhǔn)）也在設(shè)計中發(fā)揮了重要的作用。選擇一種滿足熱成型部件強度要求的材料非常關(guān)鍵。例如，如果模塞有狹窄的肋或柱，脆性材料如一些環(huán)氧復(fù)合物就不是一個好選擇。

在一個典型的加工表面（左）中，顏色的變化代表峰谷之間的高度變化。該表面有光滑的觸感，除具有高透明度要求的項目外，它可用于大多數(shù)的項目。右邊顯示了一個拋光表面，圓形的峰防止劃傷高透明度的部件，谷使塑料可以從模塞中脫出

步驟三：了解加工指南

和材料科學(xué)中的許多進(jìn)展一樣，新模具通常被要求用于加工新材料。對于模塞助壓而言，傳統(tǒng)材料如木材或商品聚合物容易被CNC操作人員所了解。而復(fù)合泡沫塑料是一種空心玻璃微球和熱固性或熱塑性粘合劑系統(tǒng)的組合，其切割技術(shù)在本質(zhì)上與傳統(tǒng)材料是不同的。為了獲得理想的結(jié)果，必須滿足兩個關(guān)鍵條件：鋒利的切割工具和充分的進(jìn)刀速度。

切割工具必須鋒利，從而確保在加工泡沫塑料時能獲得令人滿意的表面光潔度。鈍的或外形不正確的刀具會導(dǎo)致較差的表面狀況。值得一提的是，高速鋼制刀具會很快變鈍，要謹(jǐn)慎選擇。通過工具制造商的研究，CMT發(fā)現(xiàn)帶有高螺旋形狀的硬質(zhì)合金刀具更佳，因為它有鋒利的邊緣和更長的刀具壽命。有試驗表明，采用一個兩凹槽的設(shè)計對磨蝕性復(fù)合泡沫塑料的效果最好。

為了有效地加工復(fù)合泡沫并獲得盡可能好的表面光潔度，了解進(jìn)刀速度也十分關(guān)鍵。進(jìn)刀速度是一個簡單的方程，它包括切削載荷、主軸轉(zhuǎn)速和切割工具上的凹槽數(shù)量。讓我們依次來看每個變量。切削載荷通常是由工具供應(yīng)商針對與特定類型材料一起使用的工具來提供。主軸轉(zhuǎn)速是由加工中心產(chǎn)生，凹槽數(shù)量是基于實際的切割工具。類似的原則也應(yīng)用于車削圓柱模塞的數(shù)控車床，它一般用于生產(chǎn)飲用杯子或酸奶容器。

如果沒有和適當(dāng)?shù)娜藛T充分溝通，再好的指南也無法發(fā)揮作用。通常，數(shù)控操作人員和模具設(shè)計師不會一起工作。這可能會導(dǎo)致有關(guān)模具路徑設(shè)計與實際數(shù)控機(jī)床參數(shù)傳達(dá)錯誤。當(dāng)模具部門沒有充分意識到加工部門的需求時，這種情況同樣也會發(fā)生。相反，當(dāng)整個團(tuán)隊都充分了解項目的背景時，會取得理想的結(jié)果。

步驟四：如何以及何時修飾模塞表面

對于如何修飾模塞表面有不同的考慮。但大多數(shù)人同意“拋光模塞可以獲得更加可重復(fù)的過程”這一觀點。在此過程中，碳化硅砂紙經(jīng)常被使用。當(dāng)拋光熱固性樹脂和共聚物復(fù)合模塞時，砂紙可以蘸水，這有助于減少灰塵在砂礫中的積聚。需要注意的是，這個方法不能用于熱塑性塑料基復(fù)合模塞，因為在拋光過程中液體會使表面變得粗糙?？梢允褂媚p墊和粗目（open mesh）或微目砂紙，它們也會減少灰塵在砂礫中的積聚數(shù)量。

溫度、基材、表面光潔度、移動、灰塵和許多其他因素都會影響模塞/片料的界面。不同的表面條件由于模塞材料的加工或拋光，甚至溫度在模具中的幾度變化，都將會影響摩擦系數(shù)（CoF）和片料的拉伸值。對每種不同的模塞材料甚至不同的塑料卷而言，這些值是變化的，包括摩擦系數(shù)的靜態(tài)（對象靜止）值和動態(tài)（對象在運動）值。確定CoF值的唯一合適的方法是采用實際模塞和片料進(jìn)行試驗。

如文章中的圖片所示，左面是一幅計算機(jī)圖像，顯示了一個典型的加工表面。顏色的變化表示從峰（peak）到谷（valley）之間的高度變化。該表面有光滑的觸感，除了那些有高透明度要求的項目外，它可用于大多數(shù)項目中。右邊顯示了一個拋光表面。顏色的變化再次說明了從峰到谷之間的高度變化。圓形的峰防止了針對高透明度部件的劃痕，而谷仍然使塑料可以從模塞中脫出。一個適當(dāng)拋光的模塞能減少劃痕，優(yōu)化材料拉伸，延長自身壽命，減少咬模，并提高熱成型過程的可重復(fù)性。

高度拋光共聚物模塞（藍(lán)色）和熱塑性復(fù)合泡沫模塞（粉色）

步驟五：將模塞牢固地安裝在模具上

如果在熱成型過程的加熱中沒有很好地發(fā)揮作用，那么即使是世界上設(shè)計最好的模塞也沒有價值。從根本上說，模具制造者希望避免在模塞中產(chǎn)生不適當(dāng)?shù)?、可能?dǎo)致斷裂或失效的應(yīng)力。一些材料，如熱塑性基復(fù)合材料，非常耐用，可以承受直接的攻絲。另外一些較脆的材料則需要使用不同的方法。

模塞的形狀也必須加以考慮。嵌件對于實現(xiàn)最大量的連接是一個很好的方式。一個螺栓可以被安裝在一個平面嵌件中，沒有材料彎曲或模塞損壞的風(fēng)險。該方法具有更容易連接/再連接的附加好處。