模具技術(shù)發(fā)展的新方向
——旋轉(zhuǎn)模技術(shù)

廣東省機(jī)械高級(jí)技工學(xué)校　于　懿

模具技術(shù)發(fā)展的新方向
——旋轉(zhuǎn)模技術(shù)

廣東省機(jī)械高級(jí)技工學(xué)校于懿

本文從運(yùn)動(dòng)方式的角度來闡述了模具設(shè)計(jì)技術(shù)發(fā)展的另一個(gè)方向，即旋轉(zhuǎn)模具技術(shù)。并從三個(gè)不同的領(lǐng)域（多色注射、滾塑、疊層）講述了旋轉(zhuǎn)模技術(shù)的應(yīng)用情況。事實(shí)說明，旋轉(zhuǎn)模技術(shù)的應(yīng)用開辟了模具技術(shù)發(fā)展的另一個(gè)途徑，拓寬了模具技術(shù)的應(yīng)用能力，大大提高了生產(chǎn)效率。

模具；旋轉(zhuǎn)模；多色注射；滾塑

0　前言

模具工業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)工業(yè)，從某種意義來說，模具工業(yè)的發(fā)展決定了工業(yè)的發(fā)展，特別是制造業(yè)。模具工業(yè)產(chǎn)生1份的價(jià)值可使得整個(gè)工業(yè)增加100份的價(jià)值。所以，“模具就是經(jīng)濟(jì)效益”，“模具工業(yè)是進(jìn)入富裕社會(huì)的源動(dòng)力”。

模具工業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)工業(yè)，從某種意義來說，模具工業(yè)的發(fā)展決定了工業(yè)的發(fā)展，特別是制造業(yè)。模具工業(yè)產(chǎn)生1份的價(jià)值可使得整個(gè)工業(yè)增加100份的價(jià)值。所以，“模具就是經(jīng)濟(jì)效益”，“模具工業(yè)是進(jìn)入富裕社會(huì)的源動(dòng)力”。盡管中國模具工業(yè)在以往的發(fā)展中有著不錯(cuò)的成績，但是與其它模具傳統(tǒng)強(qiáng)國作對(duì)比在不少領(lǐng)域仍有難以企及的地方。主要是很多先進(jìn)的模具技術(shù)沒有得到進(jìn)一步的推廣使用，在高效率、高精度、長壽命和復(fù)雜化的技術(shù)上體現(xiàn)得更明顯。具體來說，多組分注射成型中的先進(jìn)模具、熱流道模具、疊層式模具和滾塑成型中的旋轉(zhuǎn)模具等等，都遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于歐美發(fā)達(dá)國家。

1　旋轉(zhuǎn)模技術(shù)在多色注射成型中的應(yīng)用

1.1多色注射成型

多色注射成型是多組分注射中使用多且較復(fù)雜的一種。與其他注射成型不同，它能生產(chǎn)出結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，并有較高級(jí)的接合結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品。

多色注射成型的過程是：在每種材料（組分）注射完成后，部分完成的工件還是留在模腔中，與模具一起按照某種方式移動(dòng)（或轉(zhuǎn)動(dòng)）到下一工位，完成后續(xù)的注射成型。特別不同的是，部分完成的工件不用離開原來的模具進(jìn)入另一模具進(jìn)行后續(xù)的注射。因此，多色注射可以減少注射周期，提高效率同時(shí)生產(chǎn)出具有更多種組分的產(chǎn)品。

多色注射成型工藝有3種分類方法。根據(jù)工件隨模具進(jìn)入的方式不同可以分為：旋轉(zhuǎn)模板技術(shù)、轉(zhuǎn)位模板技術(shù)和轉(zhuǎn)移/滑動(dòng)式。旋轉(zhuǎn)模具技術(shù)主要應(yīng)用于前面兩種技術(shù)當(dāng)中，后面的轉(zhuǎn)移/滑動(dòng)技術(shù)也是在旋轉(zhuǎn)的技術(shù)上改進(jìn)的一種極為簡單的多色注射成型。

1.2旋轉(zhuǎn)模板技術(shù)的應(yīng)用

旋轉(zhuǎn)模板技術(shù)的原理如圖1所示，它主要的特點(diǎn)是位于左側(cè)的旋轉(zhuǎn)模板，模板上有兩個(gè)一樣的模腔，以模板旋轉(zhuǎn)軸為中心線分布于兩側(cè)。在定模板上也是有兩個(gè)相聯(lián)系的模腔，但是幾何形狀不同。每次完成一個(gè)工序后，動(dòng)模板就通過特殊的動(dòng)力系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)180°，進(jìn)入到下一個(gè)工序。用了這種旋轉(zhuǎn)裝置，就不需要用手工或其它機(jī)器來移動(dòng)模具。這種多色注射成型，每一步中核心部分的材料（組分）是同樣的，但模腔是不一樣的。

圖1所示中只顯示了有兩種材料（組分A和組分B）進(jìn)行注射的旋轉(zhuǎn)模板設(shè)備，但這種工藝可以進(jìn)行多種材料（組分）產(chǎn)品的注射，只要根據(jù)材料的數(shù)量改變型腔的數(shù)目和形狀，把模板旋轉(zhuǎn)的角度分別設(shè)置為90°、120°或180°。這種情況下就要根據(jù)核心部分旋轉(zhuǎn)的需要提供一定的模壓力，這樣會(huì)增加模具的成本。

圖1　旋轉(zhuǎn)模板的原理圖

1.3轉(zhuǎn)位模板技術(shù)

轉(zhuǎn)位模板多色注射的過程如圖2中所示。它與旋轉(zhuǎn)模板方式基本相似，只是在定模板的左側(cè)再增加動(dòng)模板。轉(zhuǎn)位盤是在定模板和動(dòng)模板中間，起到定位轉(zhuǎn)換未完成部件的作用。轉(zhuǎn)位模板與旋轉(zhuǎn)模板方式不同，并且更加復(fù)雜。由于注射過程中模腔和中心部分完全不同的，因此在制造中需要更多的模塊。使得成本增加和循環(huán)周期增長，但它可以生產(chǎn)出更加復(fù)雜的產(chǎn)品。

以上兩種旋轉(zhuǎn)模技術(shù)都是靠模板來旋轉(zhuǎn)從而使模具旋轉(zhuǎn)，模具的動(dòng)模底板是固定在可以旋轉(zhuǎn)的模板之上。圖3所示的就是多色注射成型中最常用的旋轉(zhuǎn)模板。它由三快薄板組成，最下面的固定在注塑機(jī)的二板上也起到支撐作用；上面靠中心的板為旋轉(zhuǎn)板，動(dòng)力來源是旁邊的油馬達(dá)，同過齒輪嚙合傳動(dòng)；上面外面的板主要作用是固定和支撐旋轉(zhuǎn)板的。

圖3　旋轉(zhuǎn)模板

2　旋轉(zhuǎn)模技術(shù)在疊層式模具中的應(yīng)用

2.1疊層式模具

疊層式熱流道模具在塑料模具發(fā)展過程中處于前言，它與普通注射模不同的，該模具的型腔是分布在上下兩個(gè)或更多的面上的，呈重疊式排列，相當(dāng)于把幾套模具疊放起來，重新組合在一起。

與普通的模具相比，疊層式熱流道模具鎖模力只需提高6%～10%，但產(chǎn)量可以提高80%～90%，普通注射模每次開模之前只能生產(chǎn)一個(gè)產(chǎn)品，而層疊式熱流道模有設(shè)置多少層就能出多少個(gè)產(chǎn)品。因此極大的提高了設(shè)備的生產(chǎn)效率，降低了生產(chǎn)成本。此外，在模具制造上與常規(guī)模具基本相同，在一套模具中能夠放置多副型腔，使模具制造的周期也大大的縮短。

疊層式熱流道模具適于以下三種類型的生產(chǎn)：大型扁平制件、小型多腔壁薄制件和需大批量生產(chǎn)的制件。另外，隨著技術(shù)的發(fā)展，由于熱流道技術(shù)不斷完善，它具有節(jié)約成本、易于自動(dòng)化、縮短生產(chǎn)周期等許多優(yōu)點(diǎn)，因此疊層式熱流道模具技術(shù)在生產(chǎn)中日益得到了廣泛的運(yùn)用。如圖4為疊層式熱流道模具的結(jié)構(gòu)示意圖。

2.2旋轉(zhuǎn)疊層熱流道模具

將旋轉(zhuǎn)的概念引進(jìn)到疊層熱流道模具，因此就有了新型的疊層模具——旋轉(zhuǎn)疊層熱流道模具。該磨具把通常的多組份模具的典型成型方式改為首先在模具的一層注射第一種材料進(jìn)入模具，然后經(jīng)冷卻后進(jìn)行旋轉(zhuǎn)到另一層再注射第2種材料進(jìn)入模具（最后依此類推完成所有注射）。旋轉(zhuǎn)疊層式模具分別由垂直軸上旋轉(zhuǎn)的中心模板、動(dòng)模板和定模板組成。在中心模板上可以有2個(gè)或4個(gè)面，當(dāng)模具進(jìn)行工作時(shí)注射一面旋轉(zhuǎn)180°或90°。

圖5所示的，為中心板有2個(gè)面的旋轉(zhuǎn)疊層式熱流道模具。

圖4　疊層式熱流道模具結(jié)構(gòu)示意圖

圖5　旋轉(zhuǎn)疊層式模具

此種新型的疊層式模具的開發(fā)開拓了疊層模具的應(yīng)用能力；在生產(chǎn)同樣多的層數(shù)制品時(shí)，可以減少模具的層數(shù)，簡化模具結(jié)構(gòu)；層數(shù)的減少同樣也縮短了生產(chǎn)周期，大大提高了生產(chǎn)效率。

例如，Engel公司新開發(fā)的旋轉(zhuǎn)模板設(shè)計(jì)，在它的中心模板上共有兩個(gè)面，當(dāng)一個(gè)面完成后旋轉(zhuǎn)180度進(jìn)行另一個(gè)面的注塑。而由Ferromatik Milacron歐洲公司與德國模具制造商Foboha公司共同研究和開發(fā)的旋轉(zhuǎn)疊層模在它的中心模板上總共有4個(gè)面的，當(dāng)一個(gè)面完成后旋轉(zhuǎn)90度進(jìn)行另一個(gè)面的注塑，依此類推完成其他面的注塑。這種技術(shù)主要應(yīng)用于多色手機(jī)機(jī)殼、模塑不同類型阻透包裝盒以及由多種材料合成的醫(yī)用零部件等。

圖6　滾塑成型原理

圖7　三臂式旋轉(zhuǎn)

圖8　四臂式旋轉(zhuǎn)

3　旋轉(zhuǎn)模在滾塑成型（旋轉(zhuǎn)模塑成型）中的應(yīng)用

3.1滾塑成型

滾塑成型又稱為旋塑、旋轉(zhuǎn)成型、旋轉(zhuǎn)鑄塑、回轉(zhuǎn)成型等，英文表達(dá)為Rotational Moulding。滾塑成型的工藝是先將塑料原料（粉末或者熔融塑料）注入模具中，然后模具沿兩垂直軸不斷旋轉(zhuǎn)并加熱。模具內(nèi)的塑料原料在重力和熱能的作用下，逐漸均勻地涂布、熔融粘附于模腔的整個(gè)表面上，形成我們所需要的形狀，再經(jīng)過慢慢冷卻定型形成制品。如圖6所示，滾塑成型的原理圖。

3.2滾塑成型中旋轉(zhuǎn)技術(shù)的應(yīng)用

滾塑成型設(shè)備按模具旋轉(zhuǎn)方式的不同，可分為單軸旋轉(zhuǎn)滾塑機(jī)、多軸旋轉(zhuǎn)滾塑機(jī)和搖擺旋轉(zhuǎn)滾塑機(jī)（即搖擺滾塑機(jī)）三種。圖7、圖8為三臂、四臂旋轉(zhuǎn)成型機(jī)原理圖。

3.3旋轉(zhuǎn)成型的優(yōu)點(diǎn)

滾塑成型主要用于生產(chǎn)大型的、中空的塑料制品，比如：容器類、球類、建筑用的蓄水曹和大型管件。一般塑料制件需要通過擠出后再吹塑成型，或者直接注射成型，這兩種方法塑料和模具同時(shí)會(huì)受到比較大的壓力，因此采用此種工藝生產(chǎn)比較大型的塑料品時(shí)，不但需要能夠找到承受非常大壓力的模具（使模具變得異常笨重），而且相應(yīng)的制作設(shè)備也需要比較好的剛性，從而使模具的加工難度增大，制造成本增加。相反，滾塑成型工藝只要求機(jī)架的強(qiáng)度能夠支承物料、模具的重量。它在加工大型及特大型制品時(shí)，使用的設(shè)備簡單，模具制造十分方便，制造周期短，成本低，為生產(chǎn)節(jié)約了大量成本。

雖然旋轉(zhuǎn)成型技術(shù)在我國起步較晚，水平技術(shù)也不高，但是，旋轉(zhuǎn)成型的眾多優(yōu)點(diǎn)已經(jīng)日益引起了業(yè)界人士的廣泛關(guān)注和重視。也有著很大的市場和發(fā)展前景。

4　結(jié)束語

綜合以上因素，國內(nèi)模具工業(yè)技術(shù)應(yīng)用還沒有發(fā)展出最佳水平，在國民經(jīng)濟(jì)中發(fā)揮的作用尚不明顯。為此業(yè)內(nèi)眾多專家提出了許多建議。主要在技術(shù)創(chuàng)新方面，提出了狠抓新技術(shù)、新工藝方面的研究，比如多色注射成型中的旋轉(zhuǎn)模具、旋轉(zhuǎn)疊層式熱流道模具；逐步形成有分工、有協(xié)作、多領(lǐng)域、全方位的科研開發(fā)格局，比如將旋轉(zhuǎn)模技術(shù)引入到多組分注射、疊層式模具中；推出具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的模具產(chǎn)品和模具技術(shù)，比如在滾塑成型中研發(fā)出有自己特色的模具和旋轉(zhuǎn)成型機(jī)。

［1］盧宵，郝濱海等.現(xiàn)代多組分注射技術(shù)及工藝性分析［J］.模具制造，2004（9）：53-57.

［2］陳亞凱，李靜.多組分注塑技術(shù)最新進(jìn)展［J］.國外塑料，2006，24（2）：68-75.

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