提高经济性的多型腔模具

　　在医疗领域，用于薄壁制品成型的高型腔模具的需求正在逐渐增长。由于产品的成本与性能、功能一样重要，因此医疗OEM和医疗产品公司在生产产品时，会尽可能地降低成本。而决定产品成本的两个关键因素是材料和生产率。

　　基于此，模具制造商介绍说，能够生产更多量及更薄壁制品的模具的市场需求正在不断增长。“制品的成本使其设计变得更薄，几乎到了临界点。” Pyramid Mold & Tool公司技术销售部经理Tony May说，“这一趋势已经持续了很多年，并且将来会越来越突出。”

　　这种趋势并不局限于特定种类的产品，甚至低端的痰盂也需要采用多腔模具来生产。叠模专家StackTeck公司的总经理Jordan Robertson表示，他们公司开发了一种2×32的模具，用于生产一种一次性医疗用杯。这种杯子直径为44mm、高32mm、厚0.04mm。这种大产量加上材料的节约，可为成型加工商带来足够的利润空间。

　　StackTeck在多腔模具的开发方面给人留下了深刻的印象。该公司2007年推出了4x32模具。Robertson表示，这是目前型腔数目最高的叠模。尽管这套模具是为生产76mm的盖子而不是为医疗制品而开发，但这种16t重的模具和其他多腔医用制品模具的设计理念是一样的，即具有相同的充模速度和更短的成型周期，而且模具变得更简单。Robertson介绍，4个叠模的充模时间仅为0.25s。根据盖子的厚度，成型周期在5.5~7.5s之间。

　　模具能够获得这样的成型时间，是因为近来注射机的进步，特别是大吨位机器的进步。“随着模腔数目的增加，将失去为薄壁制品延长充模时间的灵活性，因为注射机达不到要求，致使充模未完，薄壁制品就已固化。” Robertson说， “对多腔模具需求的增长正在促使设备制造商不断地提高其设备的充模能力。

　　对于模具制造商来说，将焦点集中在材料的节约和生产率的提高上，将使他们面临更多的挑战。薄壁制品需要更大的注射压力，用16~128腔模具生产薄壁制品将增加工程上的难度，这包括：保证模腔精确的排列、平衡热流道系统、优化热性能、保持树脂完整的流动长度、设计恰当的冷却系统、平衡短成型周期的流动要求，以及模具和机械手的同步运行，所有这些都须在一个大而重的模具中实现。

　　“当然，你不得不反复试验，以使模具生产出同样的制品，而且拥有最紧密的公差。特别是当需要生产上千万数量的制品时，如生产吸液管、耳咽管和针套等，就更是如此。” Robertson说。

　　当然，模具制造商有他们自己的技术来优化多腔模具的设计，如Pyramid的“热控制”经验。“我们的设计是尽可能地提高冷却能力。水流和背压十分关键，特别是对于大型模具。这些需要经过特别的计算，无论模具设计得怎样精细，在具体操作时总会发现问题。” Pyramid说。

　　模具制造商所拥有的技术能够通过设备、零部件和材料的持续进步而得到增强。下面是模具供应商所说的能够优化多腔模具性能的技术及方案。

　　机加工

　　不论多么复杂或者精密的模具，用户仍然希望它是便宜的且交货时间短的，因而很多机加工设备供应商都为此而努力。

　　需要一台带有精抛光功能的EDM的模具制造商可以选择来自Mitsubishi EDM公司的FA-PS线切割机。“该设备可代替Mitsubishi原有的FA-P系列，它的线宽为0.05~0.30mm。”

　　Mitsubishi EDM技术市场经理Greg Langenhorst说。这个全自动单元能够提供精确地定位工件、角精度数字控制以及其他功能。该机能够同步加工不同大小和重量的工件。

　　Langenhorst说，FA-PS的一个重要特征是，内冷系统可以确保热稳定和加工精度。该机的冷却系统是基于Mitsubishi的MA2000EDM的冷却系统开发的，这是一种超高精度的EDM，据说公差为±0.002mm。

　　更大的工件可以使用Methods Machine Tools公司的Exeron EDM进行加工。该机型有6个型号，最大的是316 XXL，行程为1798mm、1148mm、599mm(X, Y, Z)，能够处理6t的工件，电极达到0.5t。Methods Machine Tools宣称，其与竞争对手的设备相比，包括花岗岩工作台、自动升降流体工作箱、冷却器、无过滤冲洗系统、自动润滑以及CO2灭火系统等，皆为该机的标准配置。

　　最新的垂直加工中心来自于Makino，型号为V22。Makino市场经理Mark Rentschler表示，这种高精度的设备适合加工小型复杂的模具。该机可以以40000r/min的速度铣削复杂的型芯和型腔，精度很高。所有全行程轴的运动保证了其移动精度在水平和垂直位置上均达到3μm。

　　V22行程为320mm、279mm、300mm (X, Y, Z)，能够处理100kg的工件，工具最大重量0.5kg。快速横移量是20m/min，切削给进速率是10m/min。一个30工具更换系统为标准配置，60工具更换系统则可选。

　　UPZ-210Li轮廓磨床出自Okamoto公司，精度很高，减少了工件处理的错误和加工时间。Okamoto技术销售工程师Victor Truelsen说：“尽管砂轮运转速度为3600~8000 r/min，相对较慢，但是该机因装配了高速往复马达，可使工件每分钟能够得到300次精磨。”高速的精磨使机器具有更高的精度，特别是在成形型腔时，具有更加紧密的公差。而且与高转速设备相比，其每一次加工会磨下更多的材料，并且可以防止热的产生，并将砂轮的磨损降至最低。

　　UPE-210Li的主要特点是，内部CCD相机能够在加工工件时将过程拍下来。Truelsen介绍说，一个CAD图能够被覆盖到工件上，用以对照尺寸数据。与将工件进行离线检测再将其重新放回原位相比，该技术使工件不会影响磨床的精度。减化工件的处理也能够提高加工速度。基于为小型工件如嵌件设计的理念，磨床卡盘的操作面积达173mm×102mm，工作台承受力为5kg。

　　Haas Automation推出了VM-6垂直加工中心，用于多腔模具的铣削。该机的特点包括：直接驱动芯轴，减少了热的产生，3个轴的速度分别为18000r/min、 24000r/min 和30000 r/min。

　　软件

　　发挥铣床更多优势的是软件，特别是CAM能够将设计数据转换为加工指令。例如，Surfware公司的TrueMill就是一款理想的CAM软件。

　　“TrueMill专为CNC铣床而开发，它使用了特殊的技术控制两轴切削工具的接合角。”Surfware的产品设计副总裁Glenn Coleman表示，其结果是切削工具不会过载，同时相关的设备操作，如芯轴速度、给进速率和切削深度,也会平稳而无障碍地进行。

　　TrueMill能够切削复杂的形状，其无应力刀具路径能够提高给进率，降低刀具磨损。

　　零部件

　　模具加工商需要大量高精度零部件来应对医疗行业的需求并优化模具的功能。这些零部件中，有许多都是由零部件供应商提供的。

　　来自Mold-Masters的“Melt-Disk”是一种圆形歧管，可用于生产侧浇口制品。每一个圆盘可成型8个制品。当把Melt-Disk安装到模具上，依靠其排列能使模具具有192腔，从而成为生产小型、薄壁制品，如吸液管和注射器这些不能通过模腔中央成型的制品的理想选择。Mold-Masters高级技术经理Neil Dewer表示，该装置既可用于加工通用塑料也可用于工程塑料。

　　对于加工效率来说，热控制是关键。“依靠使用D-M-E的热流道，可维持注射成型过程中的热均匀度。Stellar微成型喷嘴主要用于成型薄壁制品，具有低传导率的喷嘴头和高传导率的咀尖，能够有效地调节热量。”D-M-E全球市场服务总裁Robert Starr介绍说。Galaxy歧管使热和流体流动平衡分布，借以维持压力降，以及预设的剪切速率和停留时间。

　　Galaxy喷嘴拥有高传导金属制造的咀尖，能够传输足够的热量以降低浇口的残留，确保制品美观。

　　过去一些模具由于零件尺寸和其他一些原因，不得不使用冷流道。然而，对于如今更愿意安装热流道的模具制造商来说，Incoe公司提供了解决方案。Micro Multi-Tip喷嘴提高了模具的灵活性，使模具能够更好地排列热流道喷嘴。根据Incoe北美销售经理Jim Bott的说法，螺距尺寸可以低至6mm，从而在直径12mm的浇口区域内能够指定2~6个注射点。

　　Progressive Components公司的辊筒拔出器系列能够控制模具分型线的开放顺序。该装置可取代机械的闭锁装置。由于采用无摩擦金属制成，从而使其能够应用在洁净室等不允许外部润滑的场合。

　　这种零部件拥有能够调整拔出力的视窗和符合工业标准的安装板，据说它很容易安装，其设计寿命超过了100万次。

　　多腔医用模具的增长与叠模生产商使用Husky Injection Molding Systems的分离浇口杆是分不开的。该装置分为2、3、4级3个版本，在模具打开时能够自关闭和分开分型面。

　　Husky医疗市场经理Bill Gunn说，与浇道挡板相比，该装置可使模具通道畅通无阻，从而使机械手取件方便。

　　表面处理

　　涂层是改善模具表面硬度或者获得耐腐蚀性和耐化学品性能的一个方法。Bales Mold Service 公司正在开发通过改善涂层而缩短成型周期的技术。该公司提供的Nibore涂层（一种非电镀镍磷涂层）具有高度的润滑性能和耐腐蚀性，以及很高的硬度。

　　该公司总裁 Steve Bales表示，Nibore涂层材料具有极低的摩擦系数。在将其用于模具中时，这种涂层能够显著改善半模的脱模性能，从而缩短成型周期和降低压力。据Bales估计，使用了Nibore涂层的 32或64腔模具能够将成型周期缩短6％~8％。

　　结语

　　用于生产医用制品的多腔模具的发展趋势反映了该领域的激烈竞争。2007年，该领域的美国市场已达到800亿美元，平均年增长率达到8%~10％，而且出口也在增长。因此可以说，对于那些有眼光，且在竞争中有技术优势及持久力优势的公司而言，这个巨大而富于潜力的市场将为他们提供充足的机会。

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