疊式熱流道模具研究

1 引言

當(dāng)前熱流道技術(shù)的發(fā)展趨勢有新型閥式噴嘴的研制、疊式熱流道模具技術(shù)、新型智能化溫控、小型化與標(biāo)準(zhǔn)化,以及熱流道專家系統(tǒng)等。
疊式模具相當(dāng)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(chǎn)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(xiàn)自動化生產(chǎn), 因而應(yīng)用較少, 當(dāng)疊式模具應(yīng)用了熱流道技術(shù)后, 其應(yīng)用才得到了較大的提高。

疊式熱流道模具熱流道系統(tǒng)的主流道設(shè)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(jī)構(gòu)使這些分型面能同時分型。與常規(guī)模具相比, 這種模具鎖模力只提高了5 %～10 % , 但產(chǎn)量增加90 %～95 % , 可以極大地提高設(shè)備利用率和生產(chǎn)效率,(模具人才網(wǎng)歡迎您,網(wǎng)址http://www.mjrc.cn)節(jié)約成本。此外,由于模具制造要求基本上與常規(guī)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(shù)要求較高, 同時對注塑機(jī)的開模行程要求也較大, 但在工業(yè)上的應(yīng)用前景較好。

2 疊式熱流道模具的結(jié)構(gòu)

疊式模具是將2 副或多副常規(guī)注射模組合在一起, 并加上熱流道系統(tǒng), 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(nèi)裝有熱流道和向兩側(cè)供料的進(jìn)料口的2塊模板構(gòu)成,在動模和定模部分都設(shè)置有頂出裝置,用機(jī)械、液壓或氣壓等動力實現(xiàn)制品脫模。

熱流道系統(tǒng)通過模具的定模板部分進(jìn)行延伸,當(dāng)模具閉合時與注塑機(jī)噴嘴相連接, 這一因素在安排型腔的排列時應(yīng)考慮進(jìn)去, 頂出零件決不能穿過熱流道伸展區(qū)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(jī)軸向運(yùn)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(dǎo)柱、導(dǎo)套而影響模具的運(yùn)轉(zhuǎn)。

2. 1 熱流道系統(tǒng)

疊式模具的熱流道系統(tǒng)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(jī)器都具有熔體減壓(在模具打開之前注塑機(jī)螺桿后退) 功能,(模具人才網(wǎng)歡迎您,網(wǎng)址http://www.mjrc.cn)或在熱流道歧管的澆口襯套里設(shè)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(tǒng)或澆口附近吸入空氣, 因此疊式熱流道系統(tǒng)一般多采用閥式熱噴嘴。

2. 2 溫控系統(tǒng)

疊式熱流道模具中的溫控系統(tǒng)包括加熱系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng), 加熱系統(tǒng)的作用是保持流道中的塑料呈熔融狀態(tài), 冷卻系統(tǒng)的作用則是完成塑料和模具之間的熱量交換。
加熱系統(tǒng)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(xiàn)連續(xù)注射; 溫度過高, 可能導(dǎo)致塑料分解變色, 在塑件上形成缺陷乃至報廢, 因此應(yīng)嚴(yán)格控溫。特別是新型高分子材料的不斷出現(xiàn),溫控要求的敏感度越來越高,國外的溫控系統(tǒng)已實現(xiàn)了微電腦控制, 其精度可達(dá)±0. 5 ℃。設(shè)計冷卻回路時,應(yīng)考慮塑件的形狀及冷卻介質(zhì)種類、溫度、流速及冷卻管道的布置等因素。

2. 3 開模機(jī)構(gòu)

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(yīng)同時打開2 個分型面,并由兩側(cè)的頂出機(jī)構(gòu)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(qū)動來同步開模, 也可使用液壓系統(tǒng)(見圖2) 。采用杠桿傳動裝置的模具運(yùn)動平穩(wěn), 中間板和頂出機(jī)構(gòu)的運(yùn)動能在較長時間內(nèi)加速, 受力較小且磨損少。齒條開模機(jī)構(gòu)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(dǎo)軌及齒條控制系統(tǒng)使模具在2個分型面同時開啟。與液壓驅(qū)動和鉸接杠桿驅(qū)動相比, 齒輪齒條驅(qū)動機(jī)構(gòu)性能較好, 也較經(jīng)濟(jì), 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(jié)構(gòu)較大。
疊式模具在開合模過程中需要平穩(wěn)而有效的支撐, 有效的支撐方式有導(dǎo)柱支撐、上吊式橫梁支撐、下導(dǎo)軌架支撐等3 種, 支撐的種類應(yīng)按模具結(jié)構(gòu)來確定。用導(dǎo)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(dǎo)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(chǎn)生相當(dāng)?shù)亩�量偏�? 使模具不能充分對齊以及分型面不完全準(zhǔn)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(shè)計過程中應(yīng)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(chǎn)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(chǎn)生不同的橫向熱膨脹值, 導(dǎo)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(dāng)模具精度要求高時, 必須考慮膨脹的因素。通常采用預(yù)先將注嘴設(shè)計成可向相反方向移動以補(bǔ)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(shù)

3. 2 澆口的平衡

疊式熱流道模具在成型時應(yīng)保持各型腔同時充滿物料, 一般當(dāng)澆注系統(tǒng)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(xiàn)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(wǎng)歡迎您,網(wǎng)址http://www.mjrc.cn)其措施為:
(1) 在澆口的平衡中, 通過綜合調(diào)節(jié)注嘴的輸出,用分別調(diào)節(jié)各注嘴溫度的方法控制熔料的粘度,并使各型腔保持適當(dāng)?shù)膫鬟f壓力, 從而達(dá)到澆口平衡的目的。

(2) 精確計算澆注系統(tǒng)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(tǒng)的尺寸設(shè)計得小一些,在試模過程中對它進(jìn)行修正。

經(jīng)過上述2 種方法修正得到的澆注系統(tǒng), 即使當(dāng)材料或注塑機(jī)的工藝參數(shù)改變時, 模具上所有的型腔同樣可處于平衡狀態(tài), 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(jù)制品的收縮率來確定, 以前一般在模具設(shè)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(huán)時間不同等情況下所表現(xiàn)出的收縮率不同,故模具設(shè)計時必須考慮這方面的問題,才能生產(chǎn)出滿足使用要求尤其是需要進(jìn)行裝配的高精度制件。

3. 4 冷卻系統(tǒng)的平衡

制件的冷卻也需要進(jìn)行平衡, 如果冷卻系統(tǒng)在模具型腔和型芯上產(chǎn)生溫差, 制件將在充填和收縮上產(chǎn)生很大不同。不同模板間的冷卻, 有可能使模板的對齊發(fā)生變化, (模具人才網(wǎng)歡迎您,網(wǎng)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(shè)計中要注意模具冷卻系統(tǒng)的平衡問題。

3. 5 需要注意的其它問題

疊式熱流道模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜,而在常規(guī)情況下,機(jī)械結(jié)構(gòu)越簡單,越不容易發(fā)生故障,因此在設(shè)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(yīng)力求滿足以下條件:
(1) 實現(xiàn)自動化生產(chǎn)。

(2)模具結(jié)構(gòu)盡量簡單,組裝、拆卸應(yīng)比較容易。
(3) 加熱器本身應(yīng)體積小、功率大,且不發(fā)生斷電現(xiàn)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(tǒng)無漏料、流涎、拉絲等現(xiàn)象。