疊式熱流道模具研究

1 引言

當前熱流道技術的發展趨勢有新型閥式噴嘴的研制、疊式熱流道模具技術、新型智能化溫控、小型化與標準化,以及熱流道專家系統等。
疊式模具相當于將多副模具疊放組合在一起,這種模具往往需要有一個較長的主流道來輸送熔體到模具中部。疊式模具最適于成型大型扁平制件、小型多腔薄壁制件和需大批量生產的制件。最初的疊式模具因使用普通流道, 每次注射都要去除澆道, 不能實現自動化生產, 因而應用較少, 當疊式模具應用了熱流道技術后, 其應用才得到了較大的提高。

疊式熱流道模具熱流道系統的主流道設置在模具的中心部分,由于疊式模具型腔有多個分型面,這意味著需要有一個機構使這些分型面能同時分型。與常規模具相比, 這種模具鎖模力只提高了5 %～10 % , 但產量增加90 %～95 % , 可以極大地提高設備利用率和生產效率,(模具人才網歡迎您,網址http://www.mjrc.cn)節約成本。此外,由于模具制造要求基本上與常規模具相同, 主要是將2 副或多副型腔組合在1 副模具中, 所以模具制造周期可縮短5 %～10 % , 因此盡管這種模具的加工技術要求較高, 同時對注塑機的開模行程要求也較大, 但在工業上的應用前景較好。

2 疊式熱流道模具的結構

疊式模具是將2 副或多副常規注射模組合在一起, 并加上熱流道系統, 該模具有3 個主要組成部分,即中間部分、動模部分及定模部分(見圖1) 。中間部分由內裝有熱流道和向兩側供料的進料口的2塊模板構成,在動模和定模部分都設置有頂出裝置,用機械、液壓或氣壓等動力實現制品脫模。

熱流道系統通過模具的定模板部分進行延伸,當模具閉合時與注塑機噴嘴相連接, 這一因素在安排型腔的排列時應考慮進去, 頂出零件決不能穿過熱流道伸展區域。模具部分安裝在動模板上, 在脫模過程中, 中間板沿注塑機軸向運動, 將延伸部分同噴嘴脫開。流道的延伸部分必須足夠長, 這樣在開模過程中可避免因熔料泄漏粘于導柱、導套而影響模具的運轉。

2. 1 熱流道系統

疊式模具的熱流道系統主要由噴嘴、歧管、熱流道板(集流板) 、加熱裝置等組成。噴嘴的形式有多種, 常用的噴嘴有開式噴嘴、魚雷梭式噴嘴和針閥式噴嘴。在使用開式噴嘴時往往會引起流涎, 除了在塑件表面造成疵點外, 成型塑件的性能也會因此而降低, 形成的冷料甚至可能堵塞澆口, 但通常新式機器都具有熔體減壓(在模具打開之前注塑機螺桿后退) 功能,(模具人才網歡迎您,網址http://www.mjrc.cn)或在熱流道歧管的澆口襯套里設有1 個膨脹腔來解決這個問題。然而必須注意的是,減壓總是要保持在最低限度,以免在主流道、流道系統或澆口附近吸入空氣, 因此疊式熱流道系統一般多采用閥式熱噴嘴。

2. 2 溫控系統

疊式熱流道模具中的溫控系統包括加熱系統和冷卻系統, 加熱系統的作用是保持流道中的塑料呈熔融狀態, 冷卻系統的作用則是完成塑料和模具之間的熱量交換。
加熱系統中溫度不能過低或過高,溫度過低,塑料會在流道中形成較厚的固化層, 影響實現連續注射; 溫度過高, 可能導致塑料分解變色, 在塑件上形成缺陷乃至報廢, 因此應嚴格控溫。特別是新型高分子材料的不斷出現,溫控要求的敏感度越來越高,國外的溫控系統已實現了微電腦控制, 其精度可達±0. 5 ℃。設計冷卻回路時,應考慮塑件的形狀及冷卻介質種類、溫度、流速及冷卻管道的布置等因素。

2. 3 開模機構

疊式模具在開模時,不僅動模部分移動,中間部分也同時移動,即應同時打開2 個分型面,并由兩側的頂出機構使塑件脫模。目前疊式模具的開模方式一般是由鉸接杠桿或齒條驅動來同步開模, 也可使用液壓系統(見圖2) 。采用杠桿傳動裝置的模具運動平穩, 中間板和頂出機構的運動能在較長時間內加速, 受力較小且磨損少。齒條開模機構在模具的兩邊各有1 根齒條, 2 根齒條與安裝在中間部分的齒輪相嚙合, 通過導軌及齒條控制系統使模具在2個分型面同時開啟。與液壓驅動和鉸接杠桿驅動相比, 齒輪齒條驅動機構性能較好, 也較經濟, 但用鉸接杠桿移動模具的靈活性則更大。采用液壓輔助開模更易控制開模時間,但結構較大。
疊式模具在開合模過程中需要平穩而有效的支撐, 有效的支撐方式有導柱支撐、上吊式橫梁支撐、下導軌架支撐等3 種, 支撐的種類應按模具結構來確定。用導柱及上橫梁支撐有一定的作用, 但是模具中央部分重量可能將導柱或橫梁壓彎, 從而使分型面不能充分對齊, 因此這種支撐常會產生相當的定量偏斜, 使模具不能充分對齊以及分型面不完全準確閉合。用下支撐方式可以提供良好的支撐, 但這需要橫梁有很好的地基支撐。

3 疊式模具設計過程中應注意的問題
3. 1 熱膨脹計算

由于疊式熱流道模具主要用于生產大尺寸、淺深度的制品, 熱流道板和型腔在工作時溫度不同會產生不同的橫向熱膨脹值, 導致注嘴中心外移, 將影響注嘴與定模板的配合。熱流道板上注嘴的中心距越大,熱膨脹值就越大,這種影響就越明顯。當模具精度要求高時, 必須考慮膨脹的因素。通常采用預先將注嘴設計成可向相反方向移動以補償熱膨脹值的方法。移動量可按下式計算:
δ= L Cp t
式中δ———移動量,mm
L ———從主流道中心到注嘴中心的垂直距
離,mm
t ———流道板和型腔板的溫差,°C
Cp ———模具鋼材的線膨脹系數

3. 2 澆口的平衡

疊式熱流道模具在成型時應保持各型腔同時充滿物料, 一般當澆注系統到型腔的距離不等或1 模中制品的重量不同時, 各型腔就不能同時充滿。為了防止這種現象,對于疊式熱流道模具來說,熔融塑料的流量必須精確計算, 使流道和澆口保持平衡。(模具人才網歡迎您,網址http://www.mjrc.cn)其措施為:
(1) 在澆口的平衡中, 通過綜合調節注嘴的輸出,用分別調節各注嘴溫度的方法控制熔料的粘度,并使各型腔保持適當的傳遞壓力, 從而達到澆口平衡的目的。

(2) 精確計算澆注系統中熔料的流量,通過改變流道和澆口的尺寸使得流道和澆口保持平衡。開始時,可將澆注系統的尺寸設計得小一些,在試模過程中對它進行修正。

經過上述2 種方法修正得到的澆注系統, 即使當材料或注塑機的工藝參數改變時, 模具上所有的型腔同樣可處于平衡狀態, 從而使熔融塑料能同時充滿模具型腔。

3. 3 型腔型芯尺寸

模具成型部分的尺寸要根據制品的收縮率來確定, 以前一般在模具設計時就定下來而不考慮模具使用的具體工藝條件。近來的研究顯示, 制件在厚度不同、冷卻循環時間不同等情況下所表現出的收縮率不同,故模具設計時必須考慮這方面的問題,才能生產出滿足使用要求尤其是需要進行裝配的高精度制件。

3. 4 冷卻系統的平衡

制件的冷卻也需要進行平衡, 如果冷卻系統在模具型腔和型芯上產生溫差, 制件將在充填和收縮上產生很大不同。不同模板間的冷卻, 有可能使模板的對齊發生變化, (模具人才網歡迎您,網址http://www.mjrc.cn)從而影響模板的動作和造成磨損, 所以在疊式熱流道模具的設計中要注意模具冷卻系統的平衡問題。

3. 5 需要注意的其它問題

疊式熱流道模具結構復雜,而在常規情況下,機械結構越簡單,越不容易發生故障,因此在設計疊式熱流道模具時必須考慮如何便于維修的問題。使用疊式熱流道模具應力求滿足以下條件:
(1) 實現自動化生產。

(2)模具結構盡量簡單,組裝、拆卸應比較容易。
(3) 加熱器本身應體積小、功率大,且不發生斷電現象,破損后更換容易。
(4) 能夠較簡單地檢測到故障位置, 以縮短維修時間。
(5) 澆注系統無漏料、流涎、拉絲等現象。