AIRMOULD?技術的應用：受控的300 bar加壓氮氣

文/Reinhard Bauer（本刊編譯）

德國WITTE Automotive集團于2016年在波西米亞北部奧斯特羅夫開工的生產工廠，與20 km以外的Nejdek工廠合作，專業生產汽車門把手及鎖模塊。該工廠目前的年產量大約是350萬件，為此，奧斯特羅夫工廠運行了14臺威猛巴頓菲爾的注塑單元。在所生產的產品中，大約有100萬個門把手是采用威猛巴頓菲爾的AIRMOULD?氣輔注塑技術生產的空心部件。

WITTE Automotive公司在奧斯特羅夫工廠生產形狀、顏色和功能多樣化的門外把手及鎖緊裝置，這些產品不僅令人印象深刻，還嚴格遵守了碰撞安全法規。當然，WITTE Automotive集團的產品組合遠不只門外把手，還包括門閂、門內操作系統、鎖和鑰匙、關閉輔助裝置、門保持器、門制動器和電動門驅動系統。

圖1 于2016年在波西米亞北部奧斯特羅夫開工的WITTE Automotive工廠生產的重要產品是汽車門把手及背后的鎖機構

注重表面質量

由于汽車的車門和扁平把手可為用戶所見和感知，因此它們的形狀和觸感對汽車的外觀質量至關重要（如圖1所示）。為生產這些部件，一個新的注塑成型工廠于2016年在卡羅維瓦里附近的奧斯特羅夫建成。作為基礎裝備，該工廠配有14臺鎖模力1 800～5 500 kN的威猛巴頓菲爾注塑機，這些注塑機集成了威猛的線性機械手和用于對注塑成型的門把手進行自動化下游處理的周邊設備（如圖2所示）。目前，該工廠已得到擴展，生產單元增加到了20個。

這些門把手采用30%玻璃纖維增強PA6制成，外殼采用PC/ABS混合物制成，背后的結構組件采用30%玻璃纖維增強PP制成。

混合動力的威猛巴頓菲爾MacroPowerE 500/2100注塑機，配備了一個全電動的注射單元和一個伺服液壓的兩板鎖模單元，以最佳的能源效率成型出了質量始終如一的高品質產品，從而完全滿足了客戶的要求。

“根據客戶的特殊要求，我們生產出了3種不同類型的門把手。”奧斯特羅夫工廠注塑部經理Pavel Karas在工廠參觀的過程中解釋道。之后他又補充說：“內置有傳感器和適當電子組件的門把手，需要內壁光滑的安裝空間，因此，在生產門把手時，模內的機械滑塊會推出以創造必要的空間。另一種門把手是由兩個或更多的殼體組成，這些殼體通過卡扣和螺栓被固定在一起。沒有集成傳感器電子組件的門把手，是采用氣輔注塑成型技術生產的整體式空心部件。”他強調說：“這是減小塑料部件壁厚的最有效的方法，因此還縮短了必要的冷卻時間、減少了材料消耗，而且模具內無需復雜的機構。”

這項工藝看似簡單，但為了獲得最佳結果，卻要求高精密的過程控制。第一步是完全填充型腔，通過型腔壁的冷卻而使外層得到凝固。然后，劑量得到控制的氮氣，在高達300 bar(1 bar=0.1 MPa)的壓力下通過注射噴嘴被吹入塑料熔體中，在此，加壓的氣體就像活塞一樣發揮作用，令仍然是液態的塑料熔體通過一個機械打開的通道，從核心區移入溢流腔中。根據門把手的類型，被推出的塑料熔體量大約是總量的25%～30%。空心部件內部的氣壓隨后抵消了冷卻帶來的收縮，從而消除了外表面上潛在的縮痕缺陷。冷卻結束時，成型部件和溢流腔中的內容物被取出。將溢流腔中的內容物切除并回收，使之重新與原生材料一起使用（如圖3所示）。根據門把手的類型，循環時間大約縮短了 45～50 s，因此與采用滑塊的生產循環時間大體相當。

圖2 在WITTE Automotive集團的奧斯特羅夫工廠中，14臺鎖模力1 800～5 500 kN的威猛巴頓菲爾注塑機每年生產大約350萬個汽車門把手總成

適合所有機器的中央加壓氮氣網

當該新的工廠建成時，用于注塑成型生產的所有基礎設施的布置，不僅滿足了對機器進行集中充電和操作的要求，而且還為未來的模塊化擴展作好了準備。電源連接、物料干燥和上料系統，以及氮氣供給等也同樣如此。

圖3 目前，WITTE Automotive集團的奧斯特羅夫工廠已采用30%玻璃纖維增強PA6生產出了大約100萬個空心門把手。此圖顯示了兩種門把手類型，其芯部材料通過氮氣被移入溢流腔中。作為最終產品，準備用于安裝的門把手采用了3層高光涂料，如此圖中部所示的部件

圖4 中央供氣系統由液氮儲罐及與之相連的兩個氣化裝置組成，每個氣化裝置都與一臺壓縮機和一個氣瓶緩沖器結合在一起，以穩定系統壓力

圖5 威猛巴頓菲爾的AIRMOULD?控制系統能夠處理多達8個壓力控制模塊，該控制系統通過EUROMAP 62接口與注塑機進行通信

中央供氮及處理裝置位于工廠建筑的外部，一個中央液氮儲罐與兩個氣體壓縮機/氣化裝置組合在一起，通過一個氣瓶集料實現壓力平衡。在300 bar的系統壓力下，它們將氮氣送入車間的管道系統中（如圖4所示）。

易于操作的系統集成

在注塑機上，加壓氣體被分配給幾個單獨的通向模內注射噴嘴的供應管道。每一條注射管道都要通過其自己的壓力調節器，這些壓力調節器由單獨的AIRMOULD?控制單元進行控制。這是一個獨立的裝置，可根據需要靈活地應用在多臺機器上。UNILOG B6控制系統是可移動的控制單元的核心，它能夠處理多達8個壓力控制模塊和8個抽芯。它與注塑機的通信，是通過標準的EUROMAP 62接口實現的，這是專為集成流體注射設備而設計的接口。在AIRMOULD?控制單元的15" TFT彩色觸摸屏上，壓力曲線可以用標稱曲線輸入，并達到9個可自由編程的位置。此外，還可以同時顯示多達8個壓力控制模塊的實際壓力曲線，而一個多通道的壓力監測系統和一個用于自動清洗注射噴嘴的脈沖程序也是可行的。AIRMOULD?控制系統擁有與機器控制系統一樣的基本功能，比如，通過USB或密碼的授權訪問，以及既可以通過USB端口進行外部連接、也可以通過網絡連接的工藝數據存儲設備（如圖5所示）。

單個噴嘴管道中的氣壓由上游壓力控制單元中的高動態伺服閥控制。為保證控制段較短，以及盡量減少氣體的潛在損失，機器內部的壓力控制單元應盡可能靠近模具擺放，這直接在模板上就能完美實現。因為除了少數的例外，這些門把手是采用4腔模具制造的，為此，供應此處的氣流被分成4股單獨的氣流（如圖6所示）。對控制模塊的設計主要集中在高精度的調節以及對大、小氣流量的氣壓檢測上。為確保氣體質量的一致性，控制模塊在氣流的入口和出口處配有過濾器。模具型腔通過單獨的氣體管道而與其各自的控制單元連接（如圖7所示）。

圖6 由于除少數的例外，這些門把手均采用4腔模具生產，因此流向機器的氣流被分成4股單獨的氣流，并通過4個單獨的壓力控制單元

圖7 采用氣輔注塑技術生產門把手的4腔模具的特寫鏡頭

圖8 威猛巴頓菲爾董事總經理Ing.Michal Slaba與WITTE Automotive集團奧斯特羅夫工廠的注塑成型生產經理Pavel Karas回顧了雙方多年的成功合作

總結

威猛巴頓菲爾為大批量地生產無縮痕、表面完美光滑的厚壁整體部件提供設備已有30多年的歷史。憑借其依靠企業內部發展的戰略，該公司能夠提供一體化的系統解決方案，這些系統解決方案已在每年365天、每周7天、每天24 h的連續運行中得到了檢驗。如圖8所示，WITTE Automotive集團的生產經理Pavel Karas對此合作給予了積極的評價：“由于我們在汽車制造商的準時供應鏈中的地位，我們需要完全依賴于永久可靠的生產設備，在此方面，我們完全能夠始終依靠威猛巴頓菲爾的注塑成型技術。”