新型涂层技术改善模具生产效率和降低制造塑料零件成本
新型涂层技术改善模具生产效率和降低制造塑料零件成本
2013-12-05 11:39  点击:37
[摘要]  “如何才能用同样的设备在更短时间和最低成本下注塑制造更多零件?”是一个典型的问题,而通常的答案包括了缩短注塑周期和提升

  “如何才能用同样的设备在更短时间和最低成本下注塑制造更多零件?”是一个典型的问题,而通常的答案包括了缩短注塑周期和提升注塑产品合格率。表面处理也是解决方案中的一个环节,而最近十年来业内出现了一种新的涂层系列,即DLC(类金刚石)涂层,其优化成本和增加生产效率的能力已经得到了证明。

  绝大多数DLC涂层均采用一种称被为“PACVD(等离子体辅助化学气相沉积)”的真空生产工艺,其温度不超过400℉,并且能够形成一层2μm厚的均匀涂层,这层涂层与模具蚀纹完全贴合,不会导致模具几何形状的变形,也不改变模具蚀纹。

  DLC涂层主要是一种碳氢化合物,其化学性质稳定,耐强酸强碱。DLC所具有的无定形、非晶体结构为模具的基底材料提供了良好的耐腐蚀性,而且形成这种耐腐蚀保护层也不需要达到某个最小厚度。

  DLC系列涂层非常坚硬,其硬度在78~85Rc之间,这是因为涂层内所包含的碳同时以Sp3和Sp2的结构存在。非常致密的DLC涂层拥有范围在0.05~0.1之间的摩擦系数。作为参考,特氟隆层的摩擦系数为0.02,薄而致密的铬层为0.2,此系数在干燥条件下用钢球在涂层盘上测得。这种碳基涂层还展现出对去除残留物积聚生长的抵抗性,能够降低这种积聚层生长的速度并拉长清理作业的时间间隔。一般来说,DLC涂层耐磨、耐腐蚀并且摩擦系数低。

  模具的优点

  对于模具用户来说,所有这些特点就意味着更长的生产时间、更强的腐蚀保护、更长的模具寿命、干运行能力以及改造现有模具的能力。

  更多的生产时间

  由于减少了塑料残留物的积聚,模具可以延长工作至3~4倍的时间再进行维护。这些涂层的低表面能量也让维护期间的模具清理工作更加快速,可将模具停运时间缩短50%以上。绝大多数模具生产商都能在相同的设备上每周多获得3~5h的生产时间,可以在每个小时内注塑更多的零件,从而降低生产成本。

  腐蚀保护

  由于DLC涂层所具备的化学惰性及其无定形结构,如PVC和尼龙这类的高腐蚀性塑料在生产中就不会造成模具的快速磨蚀。这一因素能够将模具寿命延长3倍以上。而在选择模具基底材料时就可以更多地考虑缩短生产周期,并且无需太过迁就耐腐蚀性的需要。通过采用DLC涂层,可以选择能够实现更高效生产周期的不同基底材料并且能够实现防腐蚀性能,从而增加每小时可生产零件的数量。

  更长的模具寿命

  许多塑料材料在加工时都会添加如玻璃钢、滑石和云母的填充物以及如二氧化钛等用于增白、阻燃和防霉的色素添加剂,而这些添加物质均具有很高的磨蚀或腐蚀性。这将会导致模具更快磨损,减少模具整体寿命。DLC涂层提供了能够耐磨蚀性磨损的坚硬表面。在模具维护期间,经过烧结的残留物在清除时难度较大,有时维护人员必须使用钢丝刷来清除模具上的积聚物。而这些强力清除方法也会缩短模具的寿命。而DLC涂层所提供的阻挡层减少了塑料残留物在模具上的粘结性积聚,并减少了清除工序所需要的劳动量。

  干运行能力

  DLC涂层的低摩擦系数和低表面能量能够最大程度减少模具钢材在生产循环当中发生冷压接的趋向,从而无需对用于生产模压部件的起模杆、套筒和其他滑动性非模压部件进行润滑。这点就使得DLC涂层能够在食品饮料行业和医学产品模压领域大展身手,因为这些领域都出于对于污染的担心而要求进行干式模压生产。

  改造现有模具

  由于涂层粘附时无需加热,而且工艺温度不超过400℉,所有采用标准工具钢(如H13、S7和D2)制造的现有模具均可以安全的涂覆这种涂层,且不会损失基底材料硬度,也不会出现尺寸变化。这是因为工艺温度未超过回火温度。DLC涂层还可以用于铝和铍铜合金材料。

  模具制造商和注塑模具生产商都在利用DLC涂层的优点来设计更为高效的模具生产过程并改善生产周期。DLC涂层不属于脱模涂层;但是,它却能让模具在预期效率下长时间工作,而无须对生产周期做出太多调整。而这种涂层所产生的脱模是由于表面特性产生的,不来自于任何涂层的耗用。只要这种涂层还存在,则因为脱模性能保持一致,因此就无需对生产周期做出任何调整。

  通过调整化学特性和涂层参数,DLC涂层的这些特性还可以改变以增强耐磨性、降低塑料粘结性,从而根据注塑生产应用的类型以及所要生产的塑料原材料来形成最适合的涂层。目前正在研发当中的一些DLC涂层将能够减少许多应用的交付周期。

  而成功的应用案例包括医疗用注射器、PET瓶、PVC挤压成形薄壁容器,在这些应用当中,相关优点不仅体现在模具上,而且体现模具生产当中的非塑料零件上以及导销和套筒上。

  尽管DLC涂层能够为一些如磨损、腐蚀和干运行的常见问题提供多种解决方案,但没有任何涂层能够将本来不合格的模具变成高品质的模具。任何涂层都能改善塑料与模具之间的工作状态,但是如DLC涂层这样的新型涂层技术能够继续改善生产效率和降低制造塑料零件的成本。

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