高光注塑模具研究

凌中水　孫亭亭　張秀俠

摘 要：為滿足利用高溫蒸汽直接加熱模具型腔的高光注塑技術(shù)，研發(fā)了高光注塑模具，此模具具有直接進(jìn)出模具型腔的通道，此通道可按照注塑需要進(jìn)行開合，其工作機(jī)制：首先通道打開，經(jīng)過(guò)凈化的高溫水蒸氣進(jìn)入模具型腔，當(dāng)模具型腔打到高光注塑溫度時(shí)，高溫水蒸氣停止進(jìn)入同時(shí)高溫干空氣進(jìn)入高光模具，去除模具殘余水蒸氣，達(dá)到高光注塑效果。此模具具有加熱冷卻速度快，注塑效率高，注塑件表面質(zhì)量?jī)?yōu)等特點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：高光注塑技術(shù)；高光注塑模具；高溫水蒸氣；高溫干空氣

1 引言

高溫高壓水蒸汽通入模具型腔加熱模具的高光注塑技術(shù)[1]是一項(xiàng)全新的高光注塑技術(shù)。在具備將高溫水蒸汽通入模具型腔加熱模具的模具溫控機(jī)[2]與高光模具的條件下，利用模具溫度控制機(jī)將具有高溫高壓的水蒸氣直接通入具有通氣道的高光模具型腔，使高光模具[3]的溫度提高，當(dāng)模具的表面溫度達(dá)到高光注塑所需要的溫度時(shí)，停止通入水蒸氣，并立即向高光模具型腔通入高溫干空氣，去除由于高溫水蒸氣遇冷液化產(chǎn)生的附著在模具型腔表面的水，然后進(jìn)行射膠、保壓等注塑環(huán)節(jié)，完成高光注塑。此方法直接加熱高光模具型腔表面及以下1mm左右厚度的模芯，因此大大縮短了模具加熱與冷卻的時(shí)間，提高了高光注塑的效率。通過(guò)大量實(shí)驗(yàn)表明，此技術(shù)很好地解決了注塑件的各種缺陷，例如熔接痕、縮水、翹曲、流痕等[4]，而且大大地節(jié)約能源，降低注塑成本，而且設(shè)備易于制造，價(jià)格便宜，易于進(jìn)行全面推廣。

2 高溫水蒸汽直接加熱型腔的高光模具

結(jié)構(gòu)：蒸汽直接通入模具型腔的高光模具在結(jié)構(gòu)上采用了一模一腔三板模的形式，其中高光模具模架采用45鋼，模芯采用高光模具鋼；圖1為高光模具詳細(xì)結(jié)構(gòu)，其中圖1中的射嘴開關(guān)氣缸1、進(jìn)出氣（汽）開關(guān)氣缸3、6和氣缸7都由高溫水蒸汽通入模具型腔加熱模具的模具溫度控制機(jī)控制，其中注塑件與注膠口之間通道的開合由氣缸7的動(dòng)作控制；氣（汽）管8、4是高溫干空氣和水蒸氣的出口、進(jìn)口通道；出口與進(jìn)口的頂桿與封桿間為間隙配合，一般地此間隙為常用值0.04mm[6]。

工作原理：蒸汽通入模具型腔加熱模具的模具溫度控制機(jī)首先啟動(dòng)進(jìn)口通道與出口通道氣缸3、6，關(guān)閉控制射嘴通口的氣缸1和氣缸7，使由模具溫度控制機(jī)中產(chǎn)生的高溫水蒸汽直接進(jìn)入高光模具模腔的表面，在加熱高光模具模腔一段時(shí)間以后，當(dāng)模具型腔達(dá)到設(shè)定的溫度時(shí)，開啟小氣缸7，由模具溫度控制機(jī)產(chǎn)生的高溫干空氣由射嘴通入模具，將殘留在注膠口流道中的冷凝水吹除干凈，然后從進(jìn)氣口繼續(xù)通入高溫干空氣，進(jìn)一步將殘留在模腔表面的冷凝水完全吹除干凈，為了防止水分由注膠口噴出，通常需要使從進(jìn)氣（汽）口通入高溫干空氣的時(shí)間比從注膠口通入高溫干空氣的時(shí)間晚一些，一般取1至2秒，干空氣必須通入兩次，第一次為氣缸3、6開啟帶動(dòng)頂桿與封堵桿回位時(shí)，吹除其間隙中的水分，第二次為氣缸3、6閉合時(shí)帶動(dòng)頂桿與封堵桿堵住進(jìn)出氣（汽）口時(shí)，再?gòu)淖⒛z口進(jìn)氣（汽）口通入干空氣，防止頂桿、封堵桿間隙中的水分回流到模腔表面。當(dāng)高光模具型腔中殘留水完全被去除后，把熔融狀態(tài)原料射入模腔，并進(jìn)行保壓等注塑環(huán)節(jié)，直到注塑結(jié)束。在模具設(shè)計(jì)中為了減少預(yù)熱時(shí)間，或提高加熱速度，定模芯部分開設(shè)有兩條直流道，在預(yù)熱階段或高溫蒸汽通入模腔表面的時(shí)候，同時(shí)將高溫蒸汽通入流道中，待模具溫度達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，可以適量減少蒸汽流量或關(guān)閉通道。這樣可以節(jié)省大量的熱能。

3 高光模具的制作技術(shù)

通過(guò)研究頂針孔與頂針、進(jìn)排氣（汽）口與汽（氣）口封堵桿的間隙、型腔中模面面積與蒸汽用量的關(guān)系、進(jìn)排氣（汽）孔位置與模面溫度分布、蒸汽加熱時(shí)間與高溫干空氣吹除時(shí)間的關(guān)系、細(xì)長(zhǎng)比較大的定位柱與長(zhǎng)形膠位及環(huán)形膠位對(duì)冷凝水殘留的影響等參數(shù)，得以下結(jié)論：

（1） 由于各種鋼材本身的熱脹系數(shù)有一定差別，如果按照傳統(tǒng)模具中頂針孔與頂針間隙取2個(gè)絲，那么自模面以下2mm厚度距離內(nèi)，頂針孔對(duì)頂針將產(chǎn)生輕微的阻滯作用。對(duì)多種材料如45鋼、S136、NAK80、718、T80等鋼材互相配對(duì)的頂針與頂針孔的間隙進(jìn)行注塑測(cè)試，發(fā)現(xiàn)在模面溫度100-115℃下，頂針孔間隙取3-4個(gè)絲既可保證不漏膠，又可保證頂針孔對(duì)頂針不產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)阻礙，并且該間隙尺寸公差采用鉸刀就能夠很容易得到保證。

（2） 對(duì)模面面積與蒸汽用量之間關(guān)系進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)表明，型腔容積大小和模面形狀對(duì)蒸汽需求量的影響不大，但模面面積與蒸汽需求量基本上成正比的關(guān)系。

（3） 進(jìn)排氣（汽）孔位置對(duì)模面溫度分布有較大影響，并且排氣（汽）口位置直接決定型腔內(nèi)是否有蒸汽冷凝水殘留。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)進(jìn)排氣（汽）口位置分別位于型腔的兩個(gè)對(duì)邊附近（汽/氣口邊與型腔邊緣保持不大于15mm）時(shí)，型腔內(nèi)完全沒有水蒸汽或冷凝水殘留。

4 結(jié)論

高光注塑中，直接加熱高光模具型腔表面及以下1mm左右厚度的模芯，因此大大縮短了模具加熱與冷卻的時(shí)間，提高了高光注塑的效率。通過(guò)大量實(shí)驗(yàn)表明，此技術(shù)很好地解決了注塑件的各種缺陷，例如熔接痕、縮水、翹曲、流痕等，而且大大地節(jié)約能源，降低注塑成本，而且設(shè)備易于制造，價(jià)格便宜，易于進(jìn)行全面推廣。同時(shí)高溫水蒸汽通入模具型腔加熱模具技術(shù)得到的注塑件表面光澤度比要高很多，表面缺陷完全消除。該現(xiàn)使得模具加工時(shí)間減少，從而節(jié)約成本。目前的高光模具技術(shù)中，模面需拋光到鏡面級(jí)（Ra0.012）；而本項(xiàng)目提出的蒸汽直接控溫加熱模面技術(shù)，模面拋光后的粗糙度為Ra0.8左右，基本上與傳統(tǒng)模具模面粗糙度相當(dāng)。

參考文獻(xiàn)

[1]凌中水，余春暉，柴金龍，等.蒸汽直接加熱模具型腔的溫度控制系統(tǒng)的研究.機(jī)械科學(xué)與技術(shù)[J]，2012，31（6）：964-967.

[2]凌中水，李春波，孫亭亭，等.基于流體傳熱的高光注塑模溫機(jī)的開發(fā).鹽城工學(xué)院學(xué)報(bào)[J]，2015，28（3）：21-25.

[3]伍曉宇，梁雄，李積彬，等.節(jié)能型無(wú)痕注塑模具及工藝[J].中國(guó)塑料，2009，23（5）：110-112

[4]葛娜.高光注塑成型工藝及制品表觀質(zhì)量控制研究〔D〕.南昌大學(xué)碩士論文，2009，06

[5]梁業(yè)興，余春暉，柴金龍等.蒸汽直接加熱模腔的高光注塑技術(shù)研究[J].工程塑料應(yīng)用. 2013，39（ 12）：35-38

[6]蘆亞萍.熔接痕的形成機(jī)理及控制方法[J].模具工業(yè)， 2006，32（12）： 61-64.