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关于滚塑的知识

本站 2019-12-05 行业新闻

简要说明

旋转模塑 涉及一个加热的中空模具,该模具填充有装料或注射重量的材料。 然后缓慢旋转(通常绕两个垂直轴旋转),使软化的材料分散并粘在模具壁上。 为了在整个零件上保持均匀的厚度,模具在加热阶段始终始终旋转,并且在冷却阶段也避免下垂或变形。 该工艺在1950年代应用于塑料,但在早期很少使用,因为它是一个缓慢的过程,仅限于少量的塑料。 随着时间的流逝,工艺控制的改进和塑料粉末的开发已导致使用量的显着增加。

相比之下,旋转浇铸(也称为旋转浇铸)在未加热的模具中使用自固化树脂,但在旋转模塑中却具有较慢的旋转速度。 在高速离心铸造机中,利用自固化树脂或白色金属,不应将旋压铸造与之混淆。

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历史

1855年,英国的R. Peters记录了双轴旋转和加热的首次使用。 这种滚塑工艺用于制造金属炮弹和其他中空容器。 使用旋转模塑的主要目的是使壁厚和密度保持一致。 在1905年,美国FA Voelke用这种方法对蜡制品进行了中空处理。 这导致了GS Baker和GW Perks在1910年制造空心巧克力蛋的过程。旋转模塑技术得到了进一步发展,RJ Powell在1920年代将这一过程用于模塑巴黎的石膏 。 这些使用不同材料的早期方法引导了当今旋转模塑与塑料一起使用的方式的发展。 [1]

在1950年代初期,将塑料引入了滚塑工艺。 最早的应用之一是制造娃娃头。 该机器由E Blue箱式烤箱制成,灵感来自通用汽车的后轴,由外部电动机提供动力,并由落地式燃气燃烧器加热。 模具由电铸镍铜制成,塑料是液态PVC增塑溶胶 。 冷却方法包括将模具放入冷水中。 滚塑的过程导致了其他塑料玩具的产生。 随着对该过程的需求和普及程度的提高,它被用于生产其他产品,例如路锥,船用浮标和汽车扶手。 这种流行导致了大型机械的发展。 还创建了新的加热系统,从最初的直接气体喷射流到当前的间接高速空气系统。 在1960年代的欧洲,恩格尔工艺得到了发展。 这样就可以用低密度聚乙烯制造大型中空容器。 冷却方法包括关闭燃烧器并让塑料硬化,同时仍在模具中摇摆。 [2]

1976年,旋转模具协会(ARM)在芝加哥成立,是一个全球性的贸易协会。 该协会的主要目标是提高人们对滚塑技术和工艺的认识。 [2]

在1980年代,新的塑料,例如聚碳酸酯 , 聚酯和尼龙,被引入到滚塑中。 这导致了该过程的新用途,例如创建了燃油箱和工业成型品。 自1980年代末以来, 贝尔法斯特女王大学进行的研究基于对“ Rotolog系统”的开发,导致了对冷却过程的更加精确的监控。


生产过程

旋转成型工艺是一种高温低压塑料成型工艺,该工艺使用热量和双轴旋转(即,在两个轴上进行角旋转)来制造空心的一件式零件。 [7]该工艺的批评者指出其较长的循环时间–通常每小时只能进行一个或两个循环,而注塑成型等其他过程则可以在几秒钟内完成,因此通常每小时只能进行一次或两次循环。 该方法确实具有明显的优势。 通过旋转成型,比起其他任何方法,制造大型中空零件(例如油箱)要容易得多。 旋转模具比其他类型的模具便宜得多。 使用此过程浪费的材料很少,并且多余的材料通常可以重复使用,从而使其在经济和环境上都非常可行。

滚塑工艺包括四个不同的阶段:

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将一定量的聚合物 (通常为粉末形式)加载到模具中。

在旋转的烘箱中加热模具,直到所有聚合物融化并粘附到模具壁上。 中空部分应通过两个或多个轴旋转,并以不同的速度旋转,以避免聚合物粉末的堆积。 模具在烤箱中的停留时间很关键:时间太长,聚合物会降解,从而降低冲击强度。 如果模具在烘箱中花费的时间太少,则聚合物熔体可能不完整。 聚合物颗粒将没有时间完全熔化并在模具壁上聚结,从而导致聚合物中出现大气泡。 这对成品的机械性能有不利影响。

通常通过风扇冷却模具。 周期的这一阶段可能会很漫长。 必须将聚合物冷却,使其固化,并可以由操作员安全地处理。 这通常需要数十分钟。 零件在冷却时会收缩,远离模具,并易于拆卸。 冷却速度必须保持在一定范围内。 非常快速的冷却(例如喷水)将导致冷却和收缩速度不受控制,从而产生弯曲的零件。

卸下零件。

设计人员可以选择最适合自己应用的材料,包括符合美国食品药品管理局(FDA)要求的材料。 可以加入耐候性,阻燃性或消除静电的添加剂。 嵌件,图形,螺纹,手柄,较小的底切 ,无拔模角的平坦表面或精细的表面细节都可以作为设计的一部分。 设计也可以是多层的,空心的或泡沫填充的。

可以使用滚塑法制造的产品包括储罐,家具,路标和系柱,花坛,宠物屋,玩具,垃圾箱和垃圾箱,玩偶零件,路锥,足球,头盔,独木舟,划艇,龙卷风掩体[9] ] ,皮划艇船体,用于存放藤蔓和蔬菜的地下酒窖以及游乐场滑梯。 该工艺还用于制造高度专业化的产品,包括联合国批准的用于运输核裂变材料的容器, [10]防海盗船保护器, [11]充气式氧气面罩的密封件[12]和用于航空航天的轻型组件行业。


滚塑设计

一个考虑因素是拔模角度。 这些是从模具中取出零件所必需的。 在外墙上,可以使用1°的拔模角度(假设没有粗糙的表面或孔)。 在内壁上,例如船体内部,可能需要5°的吃水角。 [14]这是由于收缩和可能的零件翘曲。

另一个考虑因素是结构支撑肋。 虽然在注射成型和其他工艺中可能需要并可以使用实心肋,但中空肋是滚塑中的最佳解决方案。 [15]可以通过将成品插入模具中来获得坚固的肋条,但这增加了成本。

滚塑技术擅长生产中空零件。 但是,这样做时必须小心。 当凹槽的深度大于宽度时,可能会出现加热和冷却均匀的问题。 另外,必须在平行壁之间留出足够的空间,以使熔体流在整个模具中正确移动。 否则可能会发生织带。 理想的平行壁方案的间隙至少应为标称壁厚的三倍,而标称壁厚的五倍是最佳的。 还必须考虑平行墙的尖角。 夹角小于45°时,可能会出现织带和空隙。 [16]


壁厚

滚塑的一个好处是能够进行试验,尤其是对壁厚进行试验。 成本完全取决于壁厚,较厚的壁更昂贵,生产时间也更长。 尽管墙几乎可以具有任何厚度,但设计人员必须记住,墙越厚,所需的材料和时间就越多,从而增加了成本。 在某些情况下,由于高温下的延长时间,塑料可能会明显降解。 同样,不同的材料具有不同的导热率 ,这意味着它们在加热室和冷却室中需要的时间不同。 理想情况下,将对零件进行测试以使用该应用所需的最小厚度。 然后将此最小值确定为标称厚度。 [18]

对于设计者来说,虽然可以改变厚度,但需要一个称为“停止旋转”的过程。 该过程的局限性在于,模具的仅一侧可以比另一侧更厚。 旋转模具后,所有表面都充分覆盖有熔体流,旋转停止,熔体流聚集在模腔底部。 [18]

壁厚对于拐角半径也很重要。 较大的外部半径优于较小的半径。 大内半径也比小内半径更可取。 这允许更均匀的材料流动和更均匀的壁厚。 但是,通常外角要比内角强。 [18]


优势

旋转模塑比其他模塑工艺具有设计优势。 通过适当的设计,可以将由多件组装而成的零件模制成一个零件,从而消除了高昂的制造成本。 该工艺还具有固有的设计优势,例如一致的壁厚和坚固的外角,几乎没有应力。 为了增加强度,可以在零件中设计加强筋。 除了被设计到零件中之外,还可以将它们添加到模具中。


仅在模具中添加预成品的能力是一个很大的优势。 在添加塑料颗粒之前,可以将金属线,内部管道和结构,甚至不同颜色的塑料都添加到模具中。 但是,必须注意确保冷却时的最小收缩不会损坏零件。 这种收缩允许轻度的咬边,并消除了对弹出机构的需求(大多数情况下)。


在某些情况下,滚塑可以用作吹塑的可行替代方法 ,这是由于产品产量与塑料瓶和圆柱形容器等产品相似,这仅在较小的规模上有效,因为这样做成本更高。由于吹塑依赖于效率的规模经济,因此吹塑的产量小,而最终产品少,因此滚塑便宜得多。


另一个优势在于模具本身。 由于它们所需的模具较少,因此与其他成型工艺相比,它们可以更快地进行制造和投入生产。 对于复杂的零件尤其如此,对于其他成型工艺可能需要大量的工具。 滚塑也是短期和紧急交货的选择过程。 可以快速更换模具,也可以不清洗模具而使用不同的颜色。 对于其他过程,可能需要进行清洗才能交换颜色。


由于获得了均匀的厚度,因此不存在大的拉伸部分,这使大的薄板成为可能(尽管可能会发生翘曲)。 而且,几乎没有塑料流动(拉伸),而是在零件内放置了材料。 这些薄壁也限制了成本和生产时间。


旋转模塑的另一个成本优势是生产中浪费的材料最少。 没有浇口或流道(如在注塑成型中),没有切屑或夹断碎屑(吹塑成型)。 通过报废或零件测试失败而浪费掉的材料通常可以回收。


局限性

旋转成型零件必须遵循一些与其他塑料工艺不同的限制。 由于它是低压工艺,因此有时设计人员面临着难以触及模具中的区域的问题。 高质量的粉末可能有助于克服某些情况,但通常设计人员必须记住,不可能制作出注射成型可能会产生的尖锐螺纹。 在将主要材料填充之前,可以将一些基于聚乙烯的产品放入模具中。 这可以帮助避免在某些区域否则会出现的漏洞。 这也可以使用带有可移动部分的模具来实现。


另一个限制在于模具本身。 与其他过程不同,在其他过程中,仅需要在取出产品之前先对其进行冷却,而通过旋转成型,整个模具必须进行冷却。 尽管可以进行水冷工艺,但模具的停机时间仍然很长。 另外,这增加了财务和环境成本。 一些塑料会随着较长的加热周期或在将它们变成粉末融化的过程中降解。


加热和冷却阶段包括先将热量从热介质传递到聚合物材料,然后再将其传递到冷却环境。 在这两种情况下,传热过程都是不稳定的。 因此,在考虑这些步骤时,其动力学引起了极大的兴趣。 在加热阶段,从热气中吸收的热量被模具和聚合物材料吸收。 用于旋转成型的钻机通常具有相对较小的壁厚,并且由具有高导热率的金属(铝,钢)制成。 通常,模具传递的热量比塑料吸收的热量多得多。 因此,模具温度必须线性变化。 旋转模塑中的旋转速度相当低(4至20 rpm)。 结果,在加热循环的第一阶段中,带电的材料作为粉末层保留在模具的底部。 更改周期最方便的方法是以热轧形式施加PU板。

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