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塑料模具 |
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插座面板热流道注塑模设计 |
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作者：广东省技师学院机械制造系 邓万国 |
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摘要：在热流道浇注系统中，通过针阀控制系统控制模具的注射过程。热流道浇注系统的采用，不仅缩短了制件的成型周期，节省了塑料原料，而且在很在程度上提高了产品质量。对精度要求高的塑件的大批量生产，具有很大的综合效益。
关键字：插座面板；热流道；注射模；针阀控制；热嘴
热流道注射塑料模在当今世界各工业发达国家和地区均已得到极为广泛的应用。不仅是因为热流道注射塑料模缩短了制件的成型周期、节约了塑料原料、实现了自动化生产过程，更是因为在热流道模具的成型过程中，塑料熔体的温度在流道系统里能得到准确地控制，尤其在一模多腔的注射模具中，流道内的熔体温度能基本保持与注射机喷嘴的温度大致相同或相近，因而流道内的压力损耗小，熔融塑料以极其均匀的状态流入各个模腔，从而获得品质良好的塑料制件。热流道注射成型的零件浇口质量好、脱模后残余应力低、零件变形小。因此，对质量要求高的﹑生产批量大的塑件均可采用热流道注射模生产。
1 产品结构工艺性
插座面板产品结构图如图1所示。该产品为一专用插座的面板，其材料为PC塑料，颜色为乳白色。PC料的学名为聚碳酸酯，是一种常用的热塑性工程塑料，具有良好的力学性能，冲击强度优异，尺寸稳定性好。PC塑料在200～220℃呈溶融状态，熔融温度高、熔体粘度大，因而在成型时熔体的流动差，其溢料值为0.06mm。一般在高料温、高压力和较高的模温下快速成型。
图1 产品结构图
从产品结构图中可以看出，在产品的底面有很多筋位，无论浇口选择在产品顶部的中心进料，还是以侧口的形式从产品的边缘进料，在注射成型过程中的流动阻力都比较大，因此需要有较高的料温和较大的注射压力。产品结构和原料两者都要求高料温、高压力来满足成型工艺的要求，因而采用热流道浇注系统的结构可以解决这一问题。
2 模具结构设计及其工作过程
根据产品生产批量大的要求，模具采用了1模2腔的结构形式，采用了从产品顶部中心进料的热流道板的浇注系统结构。这种结构不仅使产品浇口处的痕迹较小，从而使产品获得良好的外观质量，而且还可实现自动化生产控制过程。模具结构装配图如图2所示。
图2 模具结构装配图
1 隔热板 2定模座板 3 支撑块 4 热嘴 5 定模型腔镶块 6 动模型芯镶件 7动模型芯镶块
8 动模板 9动模垫板 10 顶板导柱 11 顶板导套 12顶杆固定板 13 顶杆垫板 14 动模座板
15 顶管 16 平端紧定螺钉 17、18顶杆 19支承柱 20 复位杆 21热流道板定位销 22热流道
板定位垫圈 23热流道板支承圆柱销24 热流道堵头 25 成型加热管 26 针阀导套 27 针阀
气缸 28 热流道板29 模具定位圈 30 浇口套31定模型芯镶件32 限位块 33 水嘴 34 导柱
35 密封圈 36 导套 37 接线盒
2.1模具的结构设计
对于1模2腔的模具结构，热流道需采用热流道板的结构形式。如图3所示为热流道板结构。在热流道板上，加热的方式是采用上下两层整体式加热管进行加热控制的。为了在成型后控制熔体于开模状态下不流失，模具上采用了SINO针阀式热流道控制系统，其热嘴的型号为：SIM-18-VV-075。为了控制热流道板上的温度，使其不能超过塑料的分解温度，在热流道板上和热嘴中均安装热电偶，通过温度控制系统实现温度的自动控制，保证热流道板中的塑料在成型过程中始终保持熔融状态，同时又不要在过热的情况下发生碳化和分解。
图3 热流道板结构图
如热流道板的温度控制在200～300℃内，热流道板表面为钢的氧化表面，表面辐射率取
α=0.8，升温时间为30分钟，并留有10%的余裕，则加热于热流道板所需要的总功率可按下式进行计算：
P = [ 0.27t · W + ( 0.0032 t –0.33 ) A +∑(a · t＇· λ) / l ]×1.1
式中：P——加热总功率（Kw）；
t——热流道板所需升高的温度（热流道板温度减去室温）（℃）；
W——热流道板的重量（包括紧固螺钉）（kg）；
A——热流道板的表面积（cm2）；
a——支承物的接触面积（cm2）；
t＇——热流道板与模具的温差（℃）；
λ——支承物的热导率（W / cm ·℃）；
l——支承物的高度（cm）。
采用热流道板后，模具在浇注系统中的压力损失小，注射过程所占有的时间极少，浇注系又不用冷却，所以成型周期所占有的时间主要消耗在对塑料制件的冷却上。为了使模具在注射后将制件快速冷却到塑料的玻璃态温度之下，使制件具有足够的强度被推杆和推管顶出脱模，模具在定模型腔镶块和动模型芯镶块内设置了冷却循环水道，以达到有效地控制模具温度在所需要的温度范围的目的。
为了在充模过程中排出型腔内的气体，在分型面上于型腔周边开设了排气槽。排气槽的宽度10mm左右，深度小于或等于PC塑料的溢料值0.06mm。
2.2 模具的工作过程
模具安装到卧式注射机上，连接电加热和温度控制电源，连接冷却循环水道。注射前先对模具的热流道板加热到合适的温度，然后调整好注射成型的相关工艺参数，再进行注射成型过程。注射时，热流道板上的针阀控制系统要处于开启位置。注射后，通过气动控制系统使针阀处于关闭状态，以防熔体在模具开模后流出模外。模具开模后由顶杆和顶管组成的脱模机构从动模型芯上推出塑件，合模时动模前移，由复位杆使顶出机构复位，完成一个注射成型周期。
为了保证注射成型质量，一定要控制好热流道板的温度和模具的温度，否则热流道板的温度过高会导致塑料熔体产生分解，影响塑件的质量。
3 结束语
模具的浇注系统采用了热流道板后，从很大程度上改善PC料的流动性，减小了注射成型所需要的注射压力，保证了产品的质量。此外还缩短了成型周期，节约了大量的塑料原料，减少了再生料，而且完全实现了自动化生产控制过程。尽管模具的成本在一次性投资中较高，但随着产品批量的增大，模具的综合效益越来越显示出明显的优势。尤其对具有较高的精度要求的产品在质量上有很大的提高。该模具自投产以来，一直运行正常，为企业创造了可观的经济效率。
参考文献
[1]《塑料模设计手册》编写组. 塑料模设计手册[M]，北京:机械工业出版社，2002.8.
[2]邓万国.透明塑料盒热流道注射模设计[J]，模具制造，2006.9.
[3]邓万国.模具CAD/CAM[M]，北京:中国劳动社会保障出版社，2005.6.
[4]成都科技大学，北京化工学院，天津轻工业学院合编. 塑料成型模具[M]，北京:中国轻工业出版社，1982.6.
[5]邓万国，成百辆. 透明塑料盒盖注射模设计[J]，模具工业，2005.11.
[6]邓万国. 塑料成型工艺与模具结构[M]，北京:电子工业出版社，2006.6.
[7][加]H.瑞斯著，朱元吉等译. 模具工程[M]，北京:化学工业出版社，1999.1.(end)
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| 文章内容仅供参考
(投稿)
(4/11/2007) |
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