低成本地生产大型厚部件

作者:本刊记者 Matthew H. Naitove 文章来源:PT塑料网 发布时间:2019-03-25
如果用一台可以放在大型办公桌上的设备以及只有1/10的能耗,就实现500t压机才能满足的中短期注塑成型需求;如果无需资金投入就能做到这一点;如果这台设备采用100%回用料成型的部件其强度比原部件更高? 这一切并非假设,一款新的低压注塑机将其变为现实。

如果你用一台可以放在大型办公桌上的设备以及只有1/10的能耗,就实现500t压机才能满足的中短期注塑成型需求,那将会是怎样?如果你无需资金投入就能做到这一点又会怎样?如果这台设备采用100%回用料成型的部件其强度比采用原生树脂成型的部件更好呢? 

这些假设十分具有吸引力,而且是真实存在的。位于加拿大安大略省Pontypool的 Omachron Technologies公司所推出的新系列低压注塑机就拥有上述这些特点。该公司是塑料挤出和成型机械行业中的新企业,Wayne Conrad是首席科学家兼总裁。

最近,Omachron Technologies公司推出了一系列小型挤出机,它们可以作为这些新型注塑机的塑化段而得到使用。经过7年的研发,这些注塑机的第一批商业化机型已经在少量的首批客户工厂中安装使用。现在,Omachron Technologies公司正在扩大产能,以便在今年年底之前为更多的成型客户提供服务。

Omachron Technologies公司(omachrontechnologies.com)是Omachron Science公司的机器和模具制造部门。Conrad的这家拥有30年历史的研发公司拥有750项专利,涉及卫星通信、个人船舶和电器等多个领域。其另一家子公司是Omachron Plastics公司,作为Omachron Science公司的试验平台,该公司负责生产Plasti-Block系列的机加工片材、棒材、管材、块材和订制的形状。

“小”的力量

Omachron Technologies公司的商业座右铭是“小的力量”。其含义是让小型企业通过采用能耗更低的小型设备,以低资本投资施行大型项目。然而,这些注塑机的“能力”并不小。据Conrad介绍,他们推向市场的首款型号可以成型重70lb(1lb=0.4536kg)、尺寸为24in(长)×36in(高)×1in(厚)(1in=2.54cm)的部件。不久前,Omachron Plastics公司又生产出了重达140lb的PE部件。该公司还有部件尺寸为12in×12in×6in的订单。 

Omachron Technologies公司推出的低压注塑机的挤出部分,以及成型好的部件,其中包括一根直径为8in的HDPE棒材(蓝色)
Omachron Technologies公司推出的低压注塑机的挤出部分,以及成型好的部件,其中包括一根直径为8in的HDPE棒材(蓝色)

所有这一切都源于一种被称为“侵入成型”的过程。在这种工艺中,充模是通过挤出而不是以注射预塑化的熔体来实现的。据Conrad介绍,这种方法具有低压、低熔融温度和低模内应力等优势。典型的充模压力为100~300psi(1psi=6.895kPa),最终的保压压力约600~900psi。以加工ABS为例,其典型的工艺温度比材料供应商推荐的温度低5~15℃。“但我们仍然可以得到完美的部件。” Conrad表示。

Omachron Technologies公司的注塑机已经被用于LLDPE、HDPE、PP、硬质PVC、ABS、尼龙、乙缩醛、UHMW-PE、PEEK和PPS的成型。Conrad表示,通过该设备,还可以在同一模具中将ABS、PVC和HDPE加工成几乎相同的尺寸,而无需考虑材料的收缩率。这是因为他的设备是在保压期间通过一个加热的入口连续充模,这补偿了部件冷却期间在模具中的收缩。

这从某种程度上说明了Omachron Technologies公司在“采用100%回用料成型部件”方面所取得的成功。例如,据Conrad介绍,该公司的设备能将由PVC管道配件研磨而成的材料加工成新配件,其强度要比原配件高15%,这主要得益于成型过程中的低应力。不仅如此,因为侵入成型的低热应力特点,经过5次研磨、成型后,配件的强度仍比初始配件高10%,且这个过程没有加入任何额外的稳定剂。

Conrad表示,除了加工大型部件外,这项工艺还能精确复制部件的表面特征,精度可达微米级别,例如毛细管状的、尺寸为1/10000in的结构。

占用面积小

这种侵入成型工艺的另一个优势是显著减小了生产大型部件所需的设备尺寸。3台挤出机可用于塑化段,尺寸分别为:直径1in、L/D为18:1;直径1.25in、L/D为24:1或36:1。通过优化的螺杆设计和电动机,它们仅需2~5hp的动力,即可实现最小10~25lb/h的产率,最高可达100~120lb/h。

通常,夹具和模具比挤出机大得多。该机器为全电式设备,采用了一种专有的滚珠丝杠驱动夹具设计。该夹拥有144t的闭合力和5t的开启力。“机器的任何部件都不会超过60~70lb。” Conrad说,“且设备完全采用模块化设计,因此部件易于更换。”

模具由铝制成,这不仅减轻了重量、成本,还缩短了交货时间。例如,一个长度为4ft(1ft=0.3048m)、底面尺寸为2in×4in的HDPE部件,在收到订单后5天就被生产出来,这其中包含了制造模具的时间。有些模具是陶瓷基的,带有火焰喷涂的镍涂层,用于传热和防腐蚀。模具可以放在手推车上进行安装。“一个人就可以安全地安装这些模具。” Conrad表示。

这块2in×4in×4ft的高密度聚乙烯(HDPE)部件,在收到订单后5天便被成型出来
这块2in×4in×4ft的高密度聚乙烯(HDPE)部件,在收到订单后5天便被成型出来

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还有更多的厚壁部件可以在Omachron Technologies公司的低压注塑机上成型​​​​​​​

装有模具的设备尺寸约3ft×7ft,类似一个大型办公桌的占地面积。在没有安装模具的情况下,设备重量约2.5t。据Conrad介绍,这种结构非常紧凑,可以在1000~2000ft2的车间进行加工。
低的功率要求也是这些设备的特点,通过220V/80~89A的单相电源(如果有需要可以采用三项电源)即可运行。

Omachron Technologies公司的设备可租用,但不出售,所以没有前期投资(模具和水冷却等辅助设备除外)。一般每月租金约5000~6000美元。

值得注意的是,这些设备不适用于周期短的快速成型。对于大型厚部件,成型周期在10min~1h。

Conrad表示,Omachron Technologies公司正在制造首批商业化设备,数量为10台,目前已经占用了该公司全部产能。但到明年,产能将提升至50~100台设备。

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