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塑料模具 |
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注射成型模具的几种新结构 |
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作者：北京化工大学 梁军 董力群 来源：雅式工业专网 |
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塑料产品在汽车、电子、军工、通讯和家电等行业中的用途日益广泛，人们对其质量要求也在不断提高。随着各种新材料、新技术的不断研发成功，模具作为制品成型的核心部件，必须顺应新材料和新技术的加工需要而发展进步。模具制造商只有对模具机构、加工技术等不断推陈出新，才能在巿场拥有一席之地。新型模具机构的设计在满足特殊加工需求之外，还能显著提高生产效率，这成为模具技术的亮点之一。
模具“疾速”加热冷却系统
对于注射成型而言，一副模具设计的优劣，关键在于冷却系统的质量和效率。设计人员常常遇到的难题是如何选择合适的模具材料和设计合理的冷却水道，使塑料在模腔中能迅速、均匀地冷却。纵观注射成型制品的表面缺陷形成原因，大多和物料充模时模壁温度过低有关。为此，NADA公司研制了一种模具“疾速”加热冷却系统E-Mold。之所以称为“疾速”，是因为利用该系统后，15s就可将模具温度加热到300℃，然后15s又能将模具温度冷却到20℃。
传统的冷却方法，通常是通过对模板冷却间接地实现模壁冷却，而E-Mold系统提出了新的设计理念——直接对型腔表面和成型模板进行温度控制：模具打开的同时，对模具表面进行加热，在模具闭合之前达到所需的加热温度，停止加热，使得物料充模的时候模具温度较高；保压结束后，隔离热源，使模具迅速冷却。模具在物料充模过程中的高温，大大提升了制品的表面质量。
从图1的比较可以看出，使用E-Mold技术不仅消除了制品的熔解痕、流痕、喷射痕、银纹、缩痕等缺陷，而且提高了制品表面结构和光泽等的一致性，减少了制品的变形。与传统的加工方法比较，利用E-Mold技术模具在保压后快速冷却，可以显著降低制品的成型周期，提高生产效率。同时，这一系统的应用也为超薄、超厚和高填充物料制品的注射成型提供了方便。
图1 采用传统冷却系统成型制品（左）和采用“疾速”加热冷却系统成型制品表面（右）的表面质量对比
T-模
叠模成型是近年来注射成型技术的一个新亮点，它可以显著提高设备利用率和生产效率，并有助于生产成本降低，常用于大型扁平制件、小型多腔壁薄制件和需大批量生产的制件。然而，叠层模具并不经常用于普通注射机，因为一副模具中所有制品的成型过程是同步的，同时注射、同时开模顶出、这使得注射机的注射量和移模行程加大。
德国研制了一种类似于叠模的模具结构——T-模，其结构是把不同制品的成型模具如同阀模一样，背靠背安装。然而其成型过程却和叠模完全不同，T-模中所有制品的成型过程都是独立的，各分型面交替打开：当一面冷却时，另一面可以塑化、开模、脱模、合模，且可以再次充模、保压。也就是说，采用这种模具，在任一时间，只有一个分型面中的型腔被填充，也只有一个分型面上的制品被顶出。表面看似整个成型周期是所有制品周期的叠加，然而由于快速注射机能够实现边塑化边开模顶出的并行动作，节省了开合模和顶出时间，生产效率得以提高。
此外，为提高T模的使用范围，目前该机构已成功开发了将两套普通模具合并为一套T-模的技术。
将普通模具转换为T-模
在将两套冷流道模具转换为一套冷流道T-模时，抛开转换的成本问题，必须考虑两个更重要的关于现有模具使用的问题：一，模具的整体尺寸将有多大？二，哪个模具靠定板？
用两套模具来生产手柄做为例子，可以按如下去解释其过程。两套模具都是用气体辅助注射，每套的周期为80秒。
假设较大的模具已经在现有的注射机上运行，只要增加第二套模具的厚度进去。使用直压锁模注射机的话，模具的整体厚度加上两个开模行程的最大者，必须比注射机的模板最大开距小。
通过分析不同类型的模具可以看出，即使厚度超出100 mm的模具也可以成功地转换为T-模。首先，可以取消两块码模板；第二，大多数直压注射机的模板最大开距可以通过减少推力板和顶出板之间的距离来增大（取消注射机的顶出油缸）。这种转换因此需要模具上装有两个侧边安装的顶出油缸。靠定板的模具的顶出板也得配上侧边安装的顶出油缸。
基本上，T-模类似叠层模具，也就是两套模具的顶出板都是向外的。这意味着，熔融胶料可以用放在注射机后面 (在操作员的对面) 的注射装置直接从中板注入，也可以通过热流道进入通常的正中浇口位置。第一个选择对模具制造者来说便简单了，但是需要一台特别的注射机。第二个选择通常需要一个很特别的热流道，但是可以用在标准注射机上。
通常，在叠层模具上，熔融胶料是通过定板模的顶出板来注射。这也应用在目前生产中的T-模上。因此，在将标准模转换成T-模之前，必须考虑到哪个面更容易安装热嘴组合。
确切地说，这表示模厚较小的、能为注射面的热流道提供足够空间的，将作为T-模的定板模具。
只要上面这些基本要点解决了，这种转换就没有问题了。首先，移走多余的码模板。两套模具都被固定在一块转接板上。这块转接板很好地将两部分连接在一起，包括导杆及导套并能确保堵塞冷却水的外流。
整体式热流道系统
热流道技术作为塑料注射模的一种先进技术，日益得到推广应用。然而，热流道模具结构复杂、造价高、维护费用高，且在使用过程中易出现熔体泄露、加热元件故障等问题，这严重制约了热流道系统的广泛应用。
Incoe公司研制的整体式热流道系统（如图2）中，螺栓将标准热流道板和喷嘴连接起来，形成整体式热流道结构，避免了热流道板和喷嘴的不对中以及流道死角的出现，从而防止了两者之间的熔体泄漏。与常规热流道系统利用模板的锁紧和预拉伸实现与模板的对中不同，该结构集成的隔热支撑块，不仅能够实现模板的对中，而且与模板的接触面积小，减少了热损失，改善了温度分布曲线。 
图2 整体式热流道系统
“绿色”热流道系统
生物降解塑料作为一种治理塑料废弃物的技术途径，其应用已不限于农用地膜、包装袋、垃圾袋、餐饮具等领域，部分电脑、手机生产企业已研制出生物降解材料制成的个人电脑和手机，一些汽车制造商正致力于将PLA等可生物降解塑料应用于未来轿车的研究。针对生物降解塑料产品的物理性能差等问题，原料供应商也推出了结晶速度提高约100倍的聚乳酸，可生产120℃左右的高耐热性注射制品。
目前生物降解塑料的注射成型受制于加工和成型两方面。由于多数生物降解塑料都是热敏性物料，而且易于降解生成强腐蚀性酸，因此，多年来热流道技术在生物降解塑料成型加工中的应用一直处于空白。
日前，D-M-E公司宣布成功研制“绿色”热流道Eco-Smart，专门用于PLA等生物降解塑料的成型加工，该系统选用特制耐腐蚀钢材，使用低压成型方法，并利用隔热元件、连续流道等方法解决了剪切生热引起的物料温度升高问题。
信息来源：《中国机械与金属》(end)
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(4/21/2008) |
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