叠式热流道模塑原理及应用

叠式热流道模塑原理及应用刘廷华教授四川大学高分子科学与工程学院高分子材料工程国家重点实验室二OO三年三月主要内容一.概述二.叠式热流道模具的典型结构三.叠式热流道模塑的相关理论四.叠式热流道模具的设计要点五.叠式热流道模塑的应用实例六.结语第一部分：概述目前，用于大批量生产像机壳一类扁平制品的特种模塑方法——叠式模塑技术已经进入实用阶段。双层或多层热流道模塑虽比普通模塑的设计计算要求更高，但由于应用其后表现出的显著的经济效益，使之日益受到人们的青睐。了解并认识叠式模塑技术原理、相关理论及其设计要点，无疑会有助于推动叠式热流道技术的应用和更快的发展。（一）叠式热流道模塑的功效1.有效的生产方法：现代电子、光学和航天等技术领域对注塑制品的要求不仅是精度高、内在质量好，而且更加注重生产降低成本，以获得更大的经济效益。要到达这一目的，除了通过精心地设计模具结构外，使其能最大限度地实现自动化的生产成型。对于成型扁平塑件，实践证明，采用叠式热流道系统是一个非常有效手段。2.可观的经济效益：与常规的模塑相比，叠式热流道模具所需的锁模力只需增加5％～15％，型腔数目可以增加一倍，生产量可提高90％～95％，增效十分明显。采用叠式注塑模，可以通过两层型腔，在一幅模具内同时成型相配塑件。由于相配件是在同一工艺和设备条件下模塑出来的，从而可达到极佳的配合精度。4.实施容易：叠式热流道注塑可以在普通的注塑机上有效地生产制品，不需大量增加设备投资成本。5.叠（迭）式热流道模具的英译：国外文献：(1)Stackmold;(2)Two-stagemold国内期刊：Double-daylightInjectionMoulds3.可成套生产需精密配合的塑件：（二）叠式热流道模塑应用开发意义1.在成型扁平塑料制品时，经常遇到塑件的投影面积虽大，但所需的锁模力却并不大，若采用叠式模具，锁模力增加不多（大体上需增加15％），产量可翻一翻；2.众所周知，热流道模塑具有节省原材料、易实现自动化生产、提高产品质量、缩短成型周期，降低生产成本的诸多优点，故热流道技术已经得到人们的重视，而叠式热流道技术的开发应用，则是热流道技术发展进步的一个成功的体现。第二部分叠式热流道模具的典型结构及模塑原理（一）典型结构：1.冷流道系统的叠式模具特点:(1)可以一次成型双倍于单层型腔的制品；（2）冷流道的脱出需要延长成型的循环时间；（3）难以实现全自动操作。由于冷流道叠式模塑有诸多不足，故人们自然想到叠式模塑应该采用热流道。2.主浇道为热流道的叠式注塑模具特点:(1)仅进料口为热流道，其延长至模具中部的浇道板处，对两边的型腔供料；（2）在位于模具中间的浇道板的两侧形成各一幅完整的单层注塑模；（3）可以实现全自动操作。3.侧边进料的叠式热流道注塑模特点:（1）用于直角式注塑机；（2）由于注塑机垂直于模具安装方向进料，因而进料系统较为简单；（3）从侧向进入的熔料在经过中间板后注入相对方向的型腔。4.熔体传递喷嘴仅伸到分型面I的叠式热流道注塑模结构特点:5.主浇道延伸至中间板中心部分的叠式热流道注塑模结构6.熔体传递用弹簧控制主流道的针伐封闭结构7.有侧抽芯的叠式热流道注塑模结构（二）叠式热流道模塑原理1.叠式热流道模具组成：原理：叠式模塑是将两幅常规注塑模组合在一起，并对浇道采用热流道系统而组成。典型的叠式模具（分为定模、中间和动模这三个部分）：（1）定模部分：——位于模具右侧，固定于注塑机的定模板上，浇注系统的一端与注射机喷嘴接触。定模部分流道内设有加热元件，使定模流道内的物料保持熔融状态。热流道系统通过定模部分进行延伸，并在当模具闭合时与注塑机喷嘴相连接。流道的延伸部分必须有足够的长度，这样在开模时不致有熔料漏出。（2）中间部分：由内部装有热流道和可向两侧供料的进料口的两块模板所组成。中间部分需有支撑，在动模和定模一侧各设置有顶出机构。在脱模过程中，用附加的移动部件使中间板移动，使其处于模具的动模和定模的中间，便于制品从模具的2个分型面中取出。中间板将沿注射机轴向运动，使热流道主浇道与喷嘴脱开。中间部分热流道系统与常规热流道相似，即也是由喷嘴、歧管、热流道板（集流槽）以及加热装置所组成。（3）动模部分：位于模具左侧，安装于注射机的动模板上。动模部分在开模时随注射机动模板运动，并通过联动装置带动中间部分运动，实现两个分型面的分开。2.叠式热流道模具开模机构：模具启闭时，需要以特殊的机构对中间板的运动进行导向控制。中间板的移动方法有如下几种：（1）液压缸驱动：（2）曲肘连杆驱动：（3）齿轮齿条驱动：叠式热流道模顶出装置顶出运动通常由移动中间板的同一元件启动。3.叠式热流道模具温控系统：温控系统包括：加热和冷却这两个系统。（1）加热系统：——作用是保持流道中塑料为熔融状态。常用元件：•棒式加热器；•管式加热器；•板式加热器；•螺旋式加热器。要点：为能准确测温，热电偶应密封安装于模具中温度最高的区域。（2）冷却系统：作用：使模具冷却时间能缩至最短；使制品冷却均匀，减少制品变形；在注塑模型芯和型芯镶块内均可设置辅助冷却水道；在中间板内亦可设置冷却水道，以能排走来自浇注系统的辐射热。（3）温控仪表系统：通常采用较新的脉冲调宽技术，以大功率双向可控硅输出，工作稳定、性能可靠；采用可控硅零触发装置——保证在零相位触发导通，对电网无破坏，并可进一步延长加热元件的使用寿命。第三部分叠式热流道模塑相关理论对叠式热流道注塑模理论的了解，将有助于叠式模具的正确设计。1.受力分析：理论上：F（锁模力）＝∑R(拉杆合力）（2）对于两层的叠式模具而言：作用在左分型面动模上的力∑P=F(锁模力）；作用在右分型面定模上的力∑P=R(反作用力）；在左右分型面上作用于中间部分的力两端大小均为P,相互平衡抵消，故叠式模具有效成型面积扩大一倍，而其锁模力在理论上并无增加。推论：从理论上而言：注塑机上的模具型腔可以任意重叠层数，其锁模力并不改变。例如：目前在一些橡胶叠式模具中，分型面有达十层之多。根据对叠式注射模进行使用测试表明：叠式模具的锁模力仅需比具有相同投影面积的单层模具所需的锁模力大10％，即可保证模具正常工作。2.结构特点分析：如图，叠式模具模腔（连同浇口）被背靠背地安装在中间部分，（由下面的拉杆支撑），这个浮动中间板位于两个模腔之间。塑料从注塑机喷嘴输入，必须通过一根伸长的主浇套（或称为“注道杆”）进入模具；注道杆穿过定模板的模芯部分，与中间部分的热流道歧管紧连，故仅当模具闭合时，被加热的注道杆才与注塑机喷嘴接触。3.模板行程分析：在启闭模过程中，中间部分的形成时动模板行程的一半；中间体与动、定模之间形成的两个分型面的同步启闭，是由齿轮、齿条装置来获得，如图。一幅模具将有两对齿条，一对在模具前部，另一对在模具后部。后部的齿条与前部的齿条是相反的，即在后部，左边的齿条固定在上部，而右边的齿条则设在下午（与前面正好相反）。4.中间体的支撑分析：模具中间体（包括模腔和热流道）通常可达2000kg（4400磅）或更重，为了保证模腔对中，必须设置可靠的支撑。支撑件稍有偏斜，就可能会严重影响模具定位零件的寿命。克服中间体桡度的措施：动模板支撑于机床基座；注射机下部拉杆用作动模板的支撑滑道；注射机下部拉杆用作动模板及叠式模具中间体的支撑滑道；注意：在为拉杆没有设置支撑的注塑机设计叠式模具时，考虑在下部拉杆设置一些固体支撑是非常必要的。5.式模具型腔非对称布置问题：问题：大多数叠式模具是对称布置型腔的（即两层模腔中心线是对应在一条直线上）。然而对某些阀式热浇口模具，由于阀驱动装置的影响，有可能要使模具中心线偏置（如图）。危害：可能造成热流道歧管内产生弯矩M＝FA。解决措施：尽管有时两个分型面的型腔不能对于于一条直线，但应尽量使其对于模板中心是对称布置的。第四部分叠式热流道模具设计要点：1.成型时，注道杆不能拉出导套之外：注道杆在模具的定位圈范围内被导向，若开模行程过大时，可能造成注道杆脱离导套而引起事故，故应控制开模行程。2.预塑量应略大于单层预塑量的2倍：虽然叠式模具的两层型腔数一般均相同（力平衡），但由于要考虑两层型腔的物料补缩，故应使预塑量略大于2倍单层型腔。3.注射装置的预塑效率要高：当使用叠式模具后，注塑量增加一倍多，如果模具冷却时间较短，那么对注塑装置预塑效率的要求提高一倍，否则会导致成型周期过长，削弱叠式模具的优势。4.注塑速率应适当增加：由于注塑量增加一倍，故在注射机的喷嘴处就应有两倍于单层模具的注塑速率。因此，叠式模具的采用有可能需对设备液压系统进行扩容改造（如添加储能器）。5.热流道熔体的压力释放问题：热流道歧管内的大流道和长注道杆均是被熔融的塑料充满着，在注射时，通常可被压缩1～2％。当注道切断后，注射机喷嘴拉离注道杆，热流道内的压力被释放，在流道内的塑料因此发生膨胀，体积过量的熔料将会溢出。熔料溢出会有两种途径：（1）如果模具采用的是直通开式浇口，一部分塑料将会在模具打开后溢出模腔，这将导致下一个产品品质的缺陷，而另一端的一些塑料离开注道杆流布在注塑机的机台上；（2）如果采用阀式浇口，当保压结束后，浇口关闭，释压的塑料仅滴在注塑机的机台上。显然：叠式模塑时采用阀式热浇口为佳。5.模腔布置与注道杆的关系处理：叠式模具在靠近定模板一侧的分型面，由于注道杆与中间体的热流道紧固连接，故定模一侧内将有注道杆穿过，为了能使制品顺利脱模，可采用如下三种方法:(1)马蹄形制品自落；（2）开口制品采用机械手取出；（3）多型腔布置时要考虑注意避开注道杆。第五部分叠式热流道模具应用实例1.成型叶轮，一模三腔叠式模具制品特点：必须作成两件制品，再组合。模具特点：制品底座和盖板分别在不同分型面内制造，可避免侧抽芯；底座和盖板由一幅模具一次成型，收缩率在相同工艺条件下形成，故制品装配容易；盖板较长放在定模一侧成型，可采用弹簧顶出底座较深，放在动模一侧，抗机械或液压力顶出。2.成型杯形塑件叠式模具特点：模具中间部分与集流腔采用螺纹连接；由于制品较薄，采用导向环15来精确全程定向；采用齿条－齿轮同步开模（图中未标出）。3.2x2腔聚苯乙烯矩形盒叠式模具特点：采用杠杆来协调2个分型面开闭；中间板的运动可因连杆运功而加速；运动平稳且磨损小。六.结语：利用双层或多层叠式热流道模塑的显著优点是省能，在加工成本基本不变的前提下，产量可以翻一翻；使用叠式热流道模塑应力求达到下列条件：（1）模具结构尽量简单；（2）操作可靠；（3）无漏料现象。叠式模具提出了比普通单层模具更高的模具设计和制品质量要求，同时需要一些更精确的计算。随着模具工业技术水平的发展，叠式注塑将日益更多地应用于塑料制品的成型加工，这为注塑产品降低成本，提高产品的市场竞争力开辟了又一新途径。That’sall!欢迎提问！