叠式热流道模具研究

1 引言

当前热流道技术的发展趋势有新型阀式喷嘴的研制、叠式热流道模具技术、新型智能化温控、小型化与标准化,以及热流道专家系统等。
叠式模具相当于将多副模具叠放组合在一起,这种模具往往需要有一个较长的主流道来输送熔体到模具中部。叠式模具最适于成型大型扁平制件、小型多腔薄壁制件和需大批量生产的制件。最初的叠式模具因使用普通流道, 每次注射都要去除浇道, 不能实现自动化生产, 因而应用较少, 当叠式模具应用了热流道技术后, 其应用才得到了较大的提高。

叠式热流道模具热流道系统的主流道设置在模具的中心部分,由于叠式模具型腔有多个分型面,这意味着需要有一个机构使这些分型面能同时分型。与常规模具相比, 这种模具锁模力只提高了5 %～10 % , 但产量增加90 %～95 % , 可以极大地提高设备利用率和生产效率,(模具人才网欢迎您,网址http://www.mjrc.cn)节约成本。此外,由于模具制造要求基本上与常规模具相同, 主要是将2 副或多副型腔组合在1 副模具中, 所以模具制造周期可缩短5 %～10 % , 因此尽管这种模具的加工技术要求较高, 同时对注塑机的开模行程要求也较大, 但在工业上的应用前景较好。

2 叠式热流道模具的结构

叠式模具是将2 副或多副常规注射模组合在一起, 并加上热流道系统, 该模具有3 个主要组成部分,即中间部分、动模部分及定模部分(见图1) 。中间部分由内装有热流道和向两侧供料的进料口的2块模板构成,在动模和定模部分都设置有顶出装置,用机械、液压或气压等动力实现制品脱模。

热流道系统通过模具的定模板部分进行延伸,当模具闭合时与注塑机喷嘴相连接, 这一因素在安排型腔的排列时应考虑进去, 顶出零件决不能穿过热流道伸展区域。模具部分安装在动模板上, 在脱模过程中, 中间板沿注塑机轴向运动, 将延伸部分同喷嘴脱开。流道的延伸部分必须足够长, 这样在开模过程中可避免因熔料泄漏粘于导柱、导套而影响模具的运转。

2. 1 热流道系统

叠式模具的热流道系统主要由喷嘴、歧管、热流道板(集流板) 、加热装置等组成。喷嘴的形式有多种, 常用的喷嘴有开式喷嘴、鱼雷梭式喷嘴和针阀式喷嘴。在使用开式喷嘴时往往会引起流涎, 除了在塑件表面造成疵点外, 成型塑件的性能也会因此而降低, 形成的冷料甚至可能堵塞浇口, 但通常新式机器都具有熔体减压(在模具打开之前注塑机螺杆后退) 功能,(模具人才网欢迎您,网址http://www.mjrc.cn)或在热流道歧管的浇口衬套里设有1 个膨胀腔来解决这个问题。然而必须注意的是,减压总是要保持在最低限度,以免在主流道、流道系统或浇口附近吸入空气, 因此叠式热流道系统一般多采用阀式热喷嘴。

2. 2 温控系统

叠式热流道模具中的温控系统包括加热系统和冷却系统, 加热系统的作用是保持流道中的塑料呈熔融状态, 冷却系统的作用则是完成塑料和模具之间的热量交换。
加热系统中温度不能过低或过高,温度过低,塑料会在流道中形成较厚的固化层, 影响实现连续注射; 温度过高, 可能导致塑料分解变色, 在塑件上形成缺陷乃至报废, 因此应严格控温。特别是新型高分子材料的不断出现,温控要求的敏感度越来越高,国外的温控系统已实现了微电脑控制, 其精度可达±0. 5 ℃。设计冷却回路时,应考虑塑件的形状及冷却介质种类、温度、流速及冷却管道的布置等因素。

2. 3 开模机构

叠式模具在开模时,不仅动模部分移动,中间部分也同时移动,即应同时打开2 个分型面,并由两侧的顶出机构使塑件脱模。目前叠式模具的开模方式一般是由铰接杠杆或齿条驱动来同步开模, 也可使用液压系统(见图2) 。采用杠杆传动装置的模具运动平稳, 中间板和顶出机构的运动能在较长时间内加速, 受力较小且磨损少。齿条开模机构在模具的两边各有1 根齿条, 2 根齿条与安装在中间部分的齿轮相啮合, 通过导轨及齿条控制系统使模具在2个分型面同时开启。与液压驱动和铰接杠杆驱动相比, 齿轮齿条驱动机构性能较好, 也较经济, 但用铰接杠杆移动模具的灵活性则更大。采用液压辅助开模更易控制开模时间,但结构较大。
叠式模具在开合模过程中需要平稳而有效的支撑, 有效的支撑方式有导柱支撑、上吊式横梁支撑、下导轨架支撑等3 种, 支撑的种类应按模具结构来确定。用导柱及上横梁支撑有一定的作用, 但是模具中央部分重量可能将导柱或横梁压弯, 从而使分型面不能充分对齐, 因此这种支撑常会产生相当的定量偏斜, 使模具不能充分对齐以及分型面不完全准确闭合。用下支撑方式可以提供良好的支撑, 但这需要横梁有很好的地基支撑。

3 叠式模具设计过程中应注意的问题
3. 1 热膨胀计算

由于叠式热流道模具主要用于生产大尺寸、浅深度的制品, 热流道板和型腔在工作时温度不同会产生不同的横向热膨胀值, 导致注嘴中心外移, 将影响注嘴与定模板的配合。热流道板上注嘴的中心距越大,热膨胀值就越大,这种影响就越明显。当模具精度要求高时, 必须考虑膨胀的因素。通常采用预先将注嘴设计成可向相反方向移动以补偿热膨胀值的方法。移动量可按下式计算:
δ= L Cp t
式中δ———移动量,mm
L ———从主流道中心到注嘴中心的垂直距
离,mm
t ———流道板和型腔板的温差,°C
Cp ———模具钢材的线膨胀系数

3. 2 浇口的平衡

叠式热流道模具在成型时应保持各型腔同时充满物料, 一般当浇注系统到型腔的距离不等或1 模中制品的重量不同时, 各型腔就不能同时充满。为了防止这种现象,对于叠式热流道模具来说,熔融塑料的流量必须精确计算, 使流道和浇口保持平衡。(模具人才网欢迎您,网址http://www.mjrc.cn)其措施为:
(1) 在浇口的平衡中, 通过综合调节注嘴的输出,用分别调节各注嘴温度的方法控制熔料的粘度,并使各型腔保持适当的传递压力, 从而达到浇口平衡的目的。

(2) 精确计算浇注系统中熔料的流量,通过改变流道和浇口的尺寸使得流道和浇口保持平衡。开始时,可将浇注系统的尺寸设计得小一些,在试模过程中对它进行修正。

经过上述2 种方法修正得到的浇注系统, 即使当材料或注塑机的工艺参数改变时, 模具上所有的型腔同样可处于平衡状态, 从而使熔融塑料能同时充满模具型腔。

3. 3 型腔型芯尺寸

模具成型部分的尺寸要根据制品的收缩率来确定, 以前一般在模具设计时就定下来而不考虑模具使用的具体工艺条件。近来的研究显示, 制件在厚度不同、冷却循环时间不同等情况下所表现出的收缩率不同,故模具设计时必须考虑这方面的问题,才能生产出满足使用要求尤其是需要进行装配的高精度制件。

3. 4 冷却系统的平衡

制件的冷却也需要进行平衡, 如果冷却系统在模具型腔和型芯上产生温差, 制件将在充填和收缩上产生很大不同。不同模板间的冷却, 有可能使模板的对齐发生变化, (模具人才网欢迎您,网址http://www.mjrc.cn)从而影响模板的动作和造成磨损, 所以在叠式热流道模具的设计中要注意模具冷却系统的平衡问题。

3. 5 需要注意的其它问题

叠式热流道模具结构复杂,而在常规情况下,机械结构越简单,越不容易发生故障,因此在设计叠式热流道模具时必须考虑如何便于维修的问题。使用叠式热流道模具应力求满足以下条件:
(1) 实现自动化生产。

(2)模具结构尽量简单,组装、拆卸应比较容易。
(3) 加热器本身应体积小、功率大,且不发生断电现象,破损后更换容易。
(4) 能够较简单地检测到故障位置, 以缩短维修时间。
(5) 浇注系统无漏料、流涎、拉丝等现象。