高光注塑模具研究

凌中水　孙亭亭　张秀侠

摘 要：为满足利用高温蒸汽直接加热模具型腔的高光注塑技术，研发了高光注塑模具，此模具具有直接进出模具型腔的通道，此通道可按照注塑需要进行开合，其工作机制：首先通道打开，经过净化的高温水蒸气进入模具型腔，当模具型腔打到高光注塑温度时，高温水蒸气停止进入同时高温干空气进入高光模具，去除模具残余水蒸气，达到高光注塑效果。此模具具有加热冷却速度快，注塑效率高，注塑件表面质量优等特点。

关键词：高光注塑技术；高光注塑模具；高温水蒸气；高温干空气

1 引言

高温高压水蒸汽通入模具型腔加热模具的高光注塑技术[1]是一项全新的高光注塑技术。在具备将高温水蒸汽通入模具型腔加热模具的模具温控机[2]与高光模具的条件下，利用模具温度控制机将具有高温高压的水蒸气直接通入具有通气道的高光模具型腔，使高光模具[3]的温度提高，当模具的表面温度达到高光注塑所需要的温度时，停止通入水蒸气，并立即向高光模具型腔通入高温干空气，去除由于高温水蒸气遇冷液化产生的附着在模具型腔表面的水，然后进行射胶、保压等注塑环节，完成高光注塑。此方法直接加热高光模具型腔表面及以下1mm左右厚度的模芯，因此大大缩短了模具加热与冷却的时间，提高了高光注塑的效率。通过大量实验表明，此技术很好地解决了注塑件的各种缺陷，例如熔接痕、缩水、翘曲、流痕等[4]，而且大大地节约能源，降低注塑成本，而且设备易于制造，价格便宜，易于进行全面推廣。

2 高温水蒸汽直接加热型腔的高光模具

结构：蒸汽直接通入模具型腔的高光模具在结构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钢，模芯采用高光模具钢；图1为高光模具详细结构，其中图1中的射嘴开关气缸1、进出气（汽）开关气缸3、6和气缸7都由高温水蒸汽通入模具型腔加热模具的模具温度控制机控制，其中注塑件与注胶口之间通道的开合由气缸7的动作控制；气（汽）管8、4是高温干空气和水蒸气的出口、进口通道；出口与进口的顶杆与封杆间为间隙配合，一般地此间隙为常用值0.04mm[6]。

工作原理：蒸汽通入模具型腔加热模具的模具温度控制机首先启动进口通道与出口通道气缸3、6，关闭控制射嘴通口的气缸1和气缸7，使由模具温度控制机中产生的高温水蒸汽直接进入高光模具模腔的表面，在加热高光模具模腔一段时间以后，当模具型腔达到设定的温度时，开启小气缸7，由模具温度控制机产生的高温干空气由射嘴通入模具，将残留在注胶口流道中的冷凝水吹除干净，然后从进气口继续通入高温干空气，进一步将残留在模腔表面的冷凝水完全吹除干净，为了防止水分由注胶口喷出，通常需要使从进气（汽）口通入高温干空气的时间比从注胶口通入高温干空气的时间晚一些，一般取1至2秒，干空气必须通入两次，第一次为气缸3、6开启带动顶杆与封堵杆回位时，吹除其间隙中的水分，第二次为气缸3、6闭合时带动顶杆与封堵杆堵住进出气（汽）口时，再从注胶口进气（汽）口通入干空气，防止顶杆、封堵杆间隙中的水分回流到模腔表面。当高光模具型腔中残留水完全被去除后，把熔融状态原料射入模腔，并进行保压等注塑环节，直到注塑结束。在模具设计中为了减少预热时间，或提高加热速度，定模芯部分开设有两条直流道，在预热阶段或高温蒸汽通入模腔表面的时候，同时将高温蒸汽通入流道中，待模具温度达到稳定状态时，可以适量减少蒸汽流量或关闭通道。这样可以节省大量的热能。

3 高光模具的制作技术

通过研究顶针孔与顶针、进排气（汽）口与汽（气）口封堵杆的间隙、型腔中模面面积与蒸汽用量的关系、进排气（汽）孔位置与模面温度分布、蒸汽加热时间与高温干空气吹除时间的关系、细长比较大的定位柱与长形胶位及环形胶位对冷凝水残留的影响等参数，得以下结论：

（1） 由于各种钢材本身的热胀系数有一定差别，如果按照传统模具中顶针孔与顶针间隙取2个丝，那么自模面以下2mm厚度距离内，顶针孔对顶针将产生轻微的阻滞作用。对多种材料如45钢、S136、NAK80、718、T80等钢材互相配对的顶针与顶针孔的间隙进行注塑测试，发现在模面温度100-115℃下，顶针孔间隙取3-4个丝既可保证不漏胶，又可保证顶针孔对顶针不产生运动阻碍，并且该间隙尺寸公差采用铰刀就能够很容易得到保证。

（2） 对模面面积与蒸汽用量之间关系进行的实验表明，型腔容积大小和模面形状对蒸汽需求量的影响不大，但模面面积与蒸汽需求量基本上成正比的关系。

（3） 进排气（汽）孔位置对模面温度分布有较大影响，并且排气（汽）口位置直接决定型腔内是否有蒸汽冷凝水残留。实验发现，当进排气（汽）口位置分别位于型腔的两个对边附近（汽/气口边与型腔边缘保持不大于15mm）时，型腔内完全没有水蒸汽或冷凝水残留。

4 结论

高光注塑中，直接加热高光模具型腔表面及以下1mm左右厚度的模芯，因此大大缩短了模具加热与冷却的时间，提高了高光注塑的效率。通过大量实验表明，此技术很好地解决了注塑件的各种缺陷，例如熔接痕、缩水、翘曲、流痕等，而且大大地节约能源，降低注塑成本，而且设备易于制造，价格便宜，易于进行全面推广。同时高温水蒸汽通入模具型腔加热模具技术得到的注塑件表面光泽度比要高很多，表面缺陷完全消除。该现使得模具加工时间减少，从而节约成本。目前的高光模具技术中，模面需抛光到镜面级（Ra0.012）；而本项目提出的蒸汽直接控温加热模面技术，模面抛光后的粗糙度为Ra0.8左右，基本上与传统模具模面粗糙度相当。

参考文献

[1]凌中水，余春晖，柴金龙，等.蒸汽直接加热模具型腔的温度控制系统的研究.机械科学与技术[J]，2012，31（6）：964-967.

[2]凌中水，李春波，孙亭亭，等.基于流体传热的高光注塑模温机的开发.盐城工学院学报[J]，2015，28（3）：21-25.

[3]伍晓宇，梁雄，李积彬，等.节能型无痕注塑模具及工艺[J].中国塑料，2009，23（5）：110-112

[4]葛娜.高光注塑成型工艺及制品表观质量控制研究〔D〕.南昌大学硕士论文，2009，06

[5]梁业兴，余春晖，柴金龙等.蒸汽直接加热模腔的高光注塑技术研究[J].工程塑料应用. 2013，39（ 12）：35-38

[6]芦亚萍.熔接痕的形成机理及控制方法[J].模具工业， 2006，32（12）： 61-64.