時序閥門控制技術(shù)（SVG技術(shù)）正在逐漸替代傳統(tǒng)的閥門控制，成為最難成型零件的制造方法。
SVG技術(shù)將替代傳統(tǒng)的閥門控制技術(shù)
目前在汽車和其他行業(yè)中，具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的大型零部件很難制作，因為在制作中，很容易產(chǎn)生堆積、翹曲和噴濺等問題，難以滿足對表面質(zhì)量的更為嚴格的要求。
對于上述難題，采用傳統(tǒng)的閥門控制熱流道體系是很難解決的。在傳統(tǒng)的閥門控制熱流道體系中，要同時開或關(guān)所有的閥門，必然會影響到對諸如焊接或密接線路、氣體閥、局部堆積及不穩(wěn)定流動等問題的控制。所幸的是，目前，一種被稱為時序閥門控制（SVG）的技術(shù)已經(jīng)能夠做到隨時控制上述問題。雖然將可程序化的時序引入閥門的開或關(guān)的過程中并不是新的技術(shù)，但這種方法卻幫助人們解決了上述難題。
比如說，當一個模槽為復(fù)雜的幾何形狀而另一個模槽的形狀較為簡單時，或者一個多澆道零件是不規(guī)則的形狀或某些部位厚薄不一以及具有棱、凸臺或活節(jié)時，成型的過程就很困難。在這樣的情況下，如果采用傳統(tǒng)的閥門控制體系的成型工藝，就需要把零件的某些部分緊緊堆積以使其他的空間能完全被充滿，這些過緊堆積的部分不僅浪費了原料，還易引起粘沖、翹曲和應(yīng)力凍結(jié)等問題。
在連續(xù)的上漆操作過程中，局部應(yīng)力會引起斜削或漆過粘的現(xiàn)象。進一步說，發(fā)生過緊堆積時，要使用更為堅固的壓機，以獲得較大的注射單元并實現(xiàn)高的電平固定。
從多通道同時注入原料也可能會給其他的裝飾步驟帶來問題，這些步驟包括模腔內(nèi)分層（或后成型）。假若注入過程流動不平衡，鑲嵌在工具里的纖維或薄膜就有可能折疊或起折。
對于多澆道單模腔的零件，焊縫線的位置和外觀顯得非常重要。焊縫線若出現(xiàn)在臨界應(yīng)力區(qū)域內(nèi)，零件的整體性和性能都會受損。同時，多澆道所產(chǎn)生的焊縫線即使在上漆之后仍能看到。
據(jù)GE塑料的部件性能和新材料引進經(jīng)理Kurt Weiss先生說，著色后零件上的接合線會導(dǎo)致明顯的視覺缺陷，而對于玻璃填充制品來說，接合線對美觀性和性能都有負面影響。他說，人們嘗試了許多方法，其中包括在模具內(nèi)加入滑道來控制注入這一高成本的方法。MHS（Mold HotRunner Solutions）的負責(zé)人 Harald Schmidt 先生也說：“許多成型工人嘗試著通過限定噴嘴孔和噴道來控制注入，以減少過緊堆積、應(yīng)力和焊縫線等問題，然而，更小的噴口會導(dǎo)致過大的熔融切力。”他還說，人們并不能改變材料的粘性、壓力和溫度。然而通過SVG方法，即使材料或環(huán)境發(fā)生了變化，成型工人都能通過控制模腔的注入方式來獲得高質(zhì)量的零件。
成型模擬軟件供應(yīng)商Moldflow的生產(chǎn)線經(jīng)理Murali Annareddy先生認為，通過調(diào)節(jié)流道的尺寸而不是閥門的大小來轉(zhuǎn)移接合線的位置也許是一種比較好的方法。他說：“這種人工調(diào)衡流動的技術(shù)非常適用于多腔鑄型。為此，Moldflow提供了一套調(diào)節(jié)流道尺寸的自動化流動平衡程序。然而，這樣的做法在熔融過程中仍可能導(dǎo)致不同的切力，影響到零件的質(zhì)量。” Annareddy還告誡說，另一種風(fēng)險是在較小流道中的滯塞，而且人工調(diào)節(jié)流速體系對于加工設(shè)備的改動更為敏感。
過去在制作高精度零件時，諸如此類的問題迫使一些成型工放棄了對多流道或多模腔成型方法的使用，原因是這些方法實在難于制出均勻及精確的零件。
SVG方法的優(yōu)點
經(jīng)過10年的實際應(yīng)用，作為傳統(tǒng)閥門控制和熱控制的替代方法，SVG技術(shù)逐漸獲得認可。SVG技術(shù)在控制接合線上具有明顯的優(yōu)勢，它可以將接合線轉(zhuǎn)移到非臨界區(qū)域甚至可移到出口外。閥門的時序化也使多腔鑄型能被均勻注滿，消除了過緊堆積和噴濺現(xiàn)象。同時，多腔模型中損壞的模腔可被隔滯而無需將整個鑄件取出。Mold－Masters的生產(chǎn)工程師Neil Dewar先生介紹說，成型工人通過使用閥門就能調(diào)節(jié)并平衡注入過程，而不需要調(diào)節(jié)流道以及其他更多的尺寸。
廠商們還列舉了其他的優(yōu)點，如：與同時從多澆道一次注入的方法相比，從多澆道循序注入可使夾具的噸位降低20％到30％。此外，制作出來的零件在包裝和保存時能保持較高的精確度，在運往目的地的過程中能承受長時間的高強度的擠壓。
目前，至少有8家熱流道技術(shù)供應(yīng)商能提供SVG技術(shù)，這些供應(yīng)商包括D-M-E，Incoe，Husky，MHS，Mold-Masters，Osco Systems，P.E.T.S及Synventive。據(jù)稱，這8家公司已經(jīng)設(shè)置了幾十到幾百套SVG體系。
SVG技術(shù)被用于制作汽車零部件
SVG技術(shù)主要被用于制作汽車零部件，尤其是一些大的零部件如：緩沖器、擋板、輪胎襯圈、搖桿板條、格柵、排風(fēng)機、暖氣片、吸氣體系以及儀表嵌板。此外，光學(xué)零件如透鏡也是其被應(yīng)用的領(lǐng)域。
SVG技術(shù)為閥門控制手段在前沿自動化領(lǐng)域中的應(yīng)用開辟了道路，這樣的應(yīng)用有：內(nèi)模層合、內(nèi)嵌薄膜修飾、共注射、軟－硬多材料成型、氣體輔助和長玻纖復(fù)合材料。Synventive公司主管銷售、市場和研發(fā)的負責(zé)人Mark Moss先生說：“目前TPO汽車緩沖器的共注射成型零件尚未形成一個很大的市場，但這個市場正處于成功的開發(fā)中。”具有無污染外殼和再循環(huán)內(nèi)核的TPO緩沖器的連續(xù)模塑成型有助于汽車生產(chǎn)廠家滿足不斷增長的對“綠色”交通工具的要求，對于這樣的零件，采用傳統(tǒng)的閥門控制系統(tǒng)是不可能成型的。
通常，汽車零件的制模工人大多厭惡上油漆這道工序。對此，供應(yīng)商們建議，用裝飾膜夾物模壓產(chǎn)品來代替外部上漆的零件如門板，而SVG技術(shù)對于這種產(chǎn)品的發(fā)展起到了重要作用。
號稱發(fā)明了SVG技術(shù)的Osco Systems公司首次將SVG用于解決汽車零件的蓋面問題。該公司的銷售負責(zé)人Peter Rebholz先生說：“至少在10年前，我們就已為GM制作了許多卡車和汽車格柵的模子，當時就遇到了接合線的問題。我們應(yīng)用SVG技術(shù)將接合線從平滑的地方轉(zhuǎn)移到了邊緣。”他還說：“與此同時，我們開始研究內(nèi)模裝飾，利用SVG技術(shù)能把塑料卷入模具內(nèi)，既不降解也不吹出模內(nèi)的器件。我們還把SVG技術(shù)用于多腔鑄型，在一個模腔內(nèi)就能制出容器及其包裝蓋。”
Mold-Masters公司的Dewar先生說：“經(jīng)過10～15年的發(fā)展，人們已經(jīng)將SVG技術(shù)應(yīng)用到了諸如電視機后蓋等產(chǎn)品的制作。這一技術(shù)使得成型工人能夠生產(chǎn)出不需要上漆的大型零件。同時，這一技術(shù)也被應(yīng)用于30％玻纖填充尼龍制汽車車蓋。SVG技術(shù)的應(yīng)用，解決了接合線對零件表面的損壞以及對零件結(jié)構(gòu)的影響等方面的問題。”
據(jù)Collins & Aikman of Troy，Mich.公司的內(nèi)部裝飾開發(fā)項目經(jīng)理Mark Nietzke先生說，他們正在將SVG技術(shù)用于模內(nèi)層化的工程。“利用SVG體系，可以控制模腔內(nèi)的注入過程，并有助于降低注射過程中泡沫塑料包裹的烯類嵌入物所受的壓力。”先前，在Owasso， Mich.工程塑料產(chǎn)品部的成型工用P.E.T.S.的SVG系統(tǒng)生產(chǎn)出了16×20英寸的聚丙烯零件，這些零件是通過注射成型的，然后用泡沫烯類涂層進行包裝。Mark Nietzke先生說，Collins & Aikman很快將啟動另一項SVG工程，即為GM的Epsilon小汽車制作由乙烯包覆的門板。在該項目所需的四個模型中，有三個已經(jīng)建好并確認可用于生產(chǎn)，而用SVG制造的纖維包覆儀表面板正在被考慮作為2006～2007年的車型式樣。此外，Collins & Aikman還用SVG技術(shù)為Visteon制作座椅靠背。
采用SVG技術(shù)所制作的零件中，最具特點的零件之一是Ford F150敞蓬小型載貨卡車上的二組分擋風(fēng)雨條。據(jù)Rochester， Mich. 公司的專門從事多步注射操作的注射成型工Innatech先生預(yù)計，每年將會成型1400萬個這樣的零件。據(jù)介紹，在零件的成型中，第一次的注射料是20％的滑石粉填充聚丙烯，第二次的注射料是在旋轉(zhuǎn)式的模子中生成的含有硅樹脂潤滑劑的軟Santoprene TPV，其中只有TPV的邊緣封條用到了SVG技術(shù)。在成型中，原料從五個澆道的中心處被逐漸注入，以消除流道瑕疵、接合線和氣陷等缺陷。所有的流道都被設(shè)置在30°～45°的溫度范圍內(nèi)，以避免澆道瑕疵。此外，Innatech先生還自己設(shè)計了PLC加工控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)在注射周期內(nèi)通過表征壓力的定位螺絲，離散地對每個閥門進行多步驟控制。這種薄擋風(fēng)雨條長38英寸，在前后側(cè)門間擺動，綜合了降低噪音、防風(fēng)雨和接合蓋面的功能。據(jù)稱，該零件在今年的SPE汽車塑料創(chuàng)新獎中獲得了進入決賽的資格。
改善外形是應(yīng)用SVG技術(shù)的主要原因，但不是唯一的原因。據(jù)Husky公司的生產(chǎn)經(jīng)理Kevin Golden先生介紹，Husky公司曾生產(chǎn)過一種1500mm長的汽車儀表板抗沖擊減震器，利用SVG技術(shù)，使得夾具的噸位降低了將近30％。他說：“我們的元件主要被用來制造大量的汽車格柵，其中，大部分的大噴口體系都是采用SVG技術(shù)完成的。”
其實，早在 1995年，汽車零部件行業(yè)中的領(lǐng)先者們就已采用了SVG技術(shù)。其中，伊利諾斯納維什爾的Nascote公司采用GE的Xenoy聚碳酸酯/聚酯樹脂來生產(chǎn)緩沖器，使得生產(chǎn)周期由110s降低到75s以下，實際上，對時間的節(jié)省主要是由于SVG技術(shù)的應(yīng)用降低了對夾具壓力的要求，該公司認為，使用SVG技術(shù)不僅加快了生產(chǎn)周期，而且在不用附加壓力的情況下就能提高生產(chǎn)能力，從一定程度上克服了張開夾具和油漆粘附等問題。
此外，SVG技術(shù)還可與其他前沿的成型技術(shù)結(jié)合使用。例如，將Synventive公司的動態(tài)注入系統(tǒng)用于共注射成型來制造緩沖器，緩沖器的外殼為無污染材料，內(nèi)部為再循環(huán)材料。
MHS公司的Schmidt先生認為，SVG技術(shù)為利用多模腔鑄型制作薄壁大型零件開辟了道路。他說：“在將來，我們看到的TPO緩沖器儀表板的厚度將只有或少于2mm。”“薄壁有利于縮短冷卻時間，但會增加熔體的流動阻力。流體冷層的較快形成以及較高的壓力降都會導(dǎo)致更深的接合線產(chǎn)生，而采用SVG技術(shù)制造薄壁大零件時能防止這些問題的產(chǎn)生。”
SVG技術(shù)在非汽車行業(yè)也大有市場。GE塑料就曾利用SVG技術(shù)開發(fā)了一種厚度僅為1mm的筆記本電腦盒，該零件是通過11個澆道循序澆注而成的。GE塑料的高級加工工程師Greg Tremblay先生說：“我們還將爭取利用SVG技術(shù)來制作封皮。”GE用它的萊克桑聚碳酸酯商品開發(fā)出了一種碳填充的導(dǎo)電化合物，該化合物能像干縮的泥漿一樣流動。在傳統(tǒng)的閥門控制體系中，它并不能被正常地注入，而采用SVG技術(shù)，該化合物能在1.5s內(nèi)充滿模腔。
關(guān)于SVG的幾個方面
大多數(shù)的SVG系統(tǒng)具有4到12個落線，當然，某些SVG系統(tǒng)可以少到只有2個落線，或者某些SVG系統(tǒng)可以多到24個。P.E.T.S.公司的Casey先生說，SVG系統(tǒng)比傳統(tǒng)的閥門控制系統(tǒng)的成本要高出15％到20％左右，這主要是由于它具有額外的控制性能。
SVG技術(shù)主要被用于兩個方面：被用于多腔鑄型，如族部件，以便獲得均衡的注入且不會引起過緊堆積；另外，被用于所謂的級聯(lián)成型，主要是制造長或大的零件，以改善零件成型質(zhì)量。級聯(lián)成型被用來模仿單一的熔體流動前緣，并在使用單流道時消除接合線。在一個級聯(lián)成型的構(gòu)思中，所設(shè)置的澆道位置使得熔體流到一個管口端時恰好經(jīng)過另一個管口的閥門。當熔體流經(jīng)一個管口時，該管口被打開，新的熔體在先前的熔體之后加入流動。這樣，在新打開的管口中，熱的熔體將前流體升溫匯合，從而不會形成接合線。
在SVG技術(shù)中，熔體前緣從一個閥門到另一個閥門的流動距離以及開關(guān)閥門的時間都是非常重要的。Innatech公司的Elder先生告誡說：“如果第二個閥門開得太早，將產(chǎn)生回流和其它嚴重的后果；如果開得太遲，從第一個閥門流進的材料將在表面固化。在這兩種情況下，時序閥門控制的優(yōu)點都不能體現(xiàn)出來。由于材料到達第二個閥門時，正在冷卻和降壓，而從新閥門流進的流體溫度較高，壓力也較大，從而導(dǎo)致了回流的產(chǎn)生。”通常，閥門的開啟可通過時間、螺絲的方位或壓力傳感器來觸發(fā)，反饋閥門探針方位的引發(fā)開關(guān)可被用作安全檢查。
在SVG技術(shù)中，正確的排風(fēng)也至關(guān)重要。P.E.T.S.公司的Casey先生說：“如果模腔不能正確地排風(fēng)，兩股熔體之間的空氣將滯留在模件中。”
由于SVG技術(shù)中涉及到各種復(fù)雜的問題，因此，許多熱流道供應(yīng)商提倡在設(shè)計模子時使用計算機模擬流動。對于SVG流動仿真的使用者來說，對焊縫線應(yīng)特別關(guān)注。Moldflow公司早在幾年前就已涉足SVG仿真技術(shù)，據(jù)該公司的 Annareddy先生說：“目前還沒有一種模擬的方法來預(yù)測接合的實際強度。因此，最好的方法是對準接合線生成時的預(yù)計溫度和壓力。一般來說，高溫和高壓時產(chǎn)生的接合線會更深。我們可以給閥門的開和關(guān)定時，以最小化或消除這些接合線。”
需要指出的是，SVG技術(shù)并不可能對大而復(fù)雜零件的注入和堆積壓力進行精確的局部控制。據(jù)Synventive公司介紹，動態(tài)注入的SVG技術(shù)可以彌補標準SVG技術(shù)在這方面的不足。在傳統(tǒng)的閥門控制技術(shù)中，要么完全開啟閥門，要么完全關(guān)閉閥門。與之不同的是，DF體系的管口的開關(guān)程度是可調(diào)的，能改變流動出口的有效尺寸。因此，DF能對每個獨立的閥門進行注入和堆積的實時控制。Synventive公司的Moss先生說：“DF體系相當于光調(diào)開關(guān)。”
早在1998年，閉合回路的DF系統(tǒng)利用水壓氣缸來移動管口中的流量控制探針。熱流道中的壓力傳感器把信號傳送給控制器，控制器則對實際壓力和設(shè)定壓力進行比較，并通過操縱隨動閥來控制水壓氣缸的活動。但是，傳統(tǒng)的注射成型在注入階段是利用速度控制的，在最后的注入和填密階段則轉(zhuǎn)換為壓力控制。而DF系統(tǒng)只用壓力控制，由于閥門處的壓力能被準確感應(yīng)，因而人們認為DF系統(tǒng)在填密階段的控制最為精確。
Moldflow公司的Annareddy先生說：“采用這種控制，可確保所有的模腔能同時被充滿。”目前，Moldflow 公司和Synventive公司正在合作，進行DF成型仿真的研究工作。Tier-one的汽車零件供應(yīng)商Corp.、Southfield和Mich.等，曾經(jīng)利用DF技術(shù)制造了許多的A-、B-、C-內(nèi)柱和HVAC門、緩沖器、車輪襯圈以及三部件超模塑的聚光圈。此外，其他一些供應(yīng)商用DF技術(shù)來制造聯(lián)鎖的托臂支座、精密的噴墨筒和柱式傳感器組合件。在四閥模型中，利用薄壁、多腔的方案能生產(chǎn)移動電話的前后殼。丹麥Faareveje的Mikron Mould Technology公司所生產(chǎn)的PC/ABS零件，外殼的壁厚從0.7mm到1.5mm不等，其注射時間僅用了0.4s，零件的完整制作周期僅為13s，所用的注射料為8.85g。
據(jù)說，P.E.T.S.公司可能在2004年的第一季度生產(chǎn)出了一種新的SVG用閥門探針，當閥門開動時，其作用不僅僅是打開或關(guān)掉所有的通道。