高光蒸汽注射模具設(shè)計(jì)的研究與應(yīng)用

賈春燕，袁國強(qiáng)，黃漢福

(珠海格力大金精密模具有限公司，廣東 珠海 519070)

高光蒸汽注射模具設(shè)計(jì)的研究與應(yīng)用

賈春燕，袁國強(qiáng)，黃漢福

(珠海格力大金精密模具有限公司，廣東 珠海 519070)

摘要：研究了高光蒸汽模注射成型工藝和模具結(jié)構(gòu)，采用飽和蒸汽作為加熱介質(zhì)，冷卻水作為冷卻介質(zhì)，實(shí)現(xiàn)了低能耗和高效率生產(chǎn)，并以一款壁掛式空調(diào)面板為例，說明采用高光蒸汽模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)解決了可見熔接痕、流痕和浮纖等缺陷問題，提高了產(chǎn)品質(zhì)量和模具壽命。

關(guān)鍵詞：高光蒸汽；注射模；空調(diào)面板

隨著人們生活品質(zhì)的提高，對注射產(chǎn)品的要求也越來越高，尤其是對外觀面，采用傳統(tǒng)恒溫模注射成型方法生產(chǎn)外觀零件，往往存在可見熔接痕、流痕和浮纖等缺陷，無法滿足客戶的需求；因此，引進(jìn)了高光蒸汽模注射成型技術(shù)。該技術(shù)采用高溫和高壓水蒸汽將模具表面快速加熱到聚合物玻璃化溫度以上后，在模腔中注入塑料熔體，再將水蒸汽切換成冷卻水，對模具型腔進(jìn)行快速冷卻，將塑件冷卻至一定溫度后開模推出，從而完成一個注射過程[1-2]。蒸汽模具生產(chǎn)的產(chǎn)品避免了熔合線缺陷，同時設(shè)計(jì)顏色的自由度增大，可以生產(chǎn)不同顏色的產(chǎn)品，而且不需要噴涂，達(dá)到了環(huán)保要求，最終實(shí)現(xiàn)了高光面產(chǎn)品(高光8 000#)。該技術(shù)可以被廣泛應(yīng)用在各種高級家電外觀件、OA儀器及移動電話等領(lǐng)域。

目前，空調(diào)已經(jīng)被普及使用，在選擇空調(diào)時不僅僅局限于噪聲小的要求，對外觀也提出了更高的要求。本文以一款壁掛式空調(diào)面板為例進(jìn)行了闡述，該面板材料為HIPS，外形尺寸為835 mm×228 mm×43 mm，如圖1所示，采用高光蒸汽模具結(jié)構(gòu)完成設(shè)計(jì)，從而更好地滿足客戶需求。

圖1　壁掛式空調(diào)面板

1高光蒸汽模具成型過程

成型過程如下：合?！邷厮羝⑷搿涑觥羝懦觥⑷肜鋮s水冷卻→清除冷卻水→開?！敵觥夏?進(jìn)入下一循環(huán))[3-4]。

2高光蒸汽模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

高光蒸汽模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)水平可直接影響產(chǎn)品的最終成型效果，為了避免高光產(chǎn)品在模具上拉傷，需要設(shè)計(jì)員對產(chǎn)品外觀側(cè)邊進(jìn)行優(yōu)化處理。

2.1模具材料的選用

高光蒸汽模具定模材料的選用非常關(guān)鍵，日立CENA1具有好的拋光性能和韌度，在易切削性和抗銹性方面打破過去的傳統(tǒng)工藝，采用特殊熔煉方法，得到潔凈度極高及性能優(yōu)良的鏡面效果；因此，該材料成為首選材料。

2.2模具進(jìn)膠設(shè)計(jì)

高光蒸汽模采用熱流倒裝模，熱嘴直接點(diǎn)在產(chǎn)品背面(非外觀面)上，這樣可便于蒸汽的排布，降低注射壓力，節(jié)省材料。按照傳統(tǒng)的模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，進(jìn)膠點(diǎn)處會有太陽紋出現(xiàn)，使用蒸汽模就可以有效解決此問題，根據(jù)CAE分析結(jié)果，澆口直徑設(shè)計(jì)成2.5 mm，數(shù)量為6個較合理，如圖2所示。

圖2　進(jìn)膠方式設(shè)計(jì)

2.3模具頂出設(shè)計(jì)

模具溫度可達(dá)80～90℃，采用耐高溫>100℃的液壓缸頂出，其結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3　液壓缸頂出設(shè)計(jì)

2.4蒸汽道設(shè)計(jì)

1)蒸汽道直徑為8 mm，間距為16 mm，距離成型品表面10 mm，如圖4所示。離膠位太近則零件容易開裂，太遠(yuǎn)則達(dá)不到加熱的效果，可以將2條蒸汽道并聯(lián)成1條，由天側(cè)進(jìn)氣，地側(cè)出氣。

圖4　蒸汽道設(shè)計(jì)

2)蒸汽道2條并排1組循環(huán)，管道排列方式遵循重力方向及等長原則，即上進(jìn)側(cè)出，側(cè)進(jìn)下出，進(jìn)、出口對角分布，設(shè)計(jì)時盡量將進(jìn)、出位置放在非操作側(cè)，如圖5所示。

圖5　蒸汽道排列方式設(shè)計(jì)

3)蒸汽道在內(nèi)模上不可以有“死水”，中間蒸汽孔的堵法采用一種有特殊性能的堵頭來實(shí)現(xiàn)，即規(guī)格為φ8×8的膨脹螺塞，如圖6所示。邊上采用PT內(nèi)六角錐度螺塞，為了防止漏氣，內(nèi)六角螺塞除采用常用密封膠外，還要配合一種液態(tài)的生膠輔助作用。

圖6　蒸汽孔堵法設(shè)計(jì)

2.5蒸汽管安裝

蒸汽模屬于驟冷驟熱的高溫高壓模具，因此蒸汽一般由兩頭外牙不銹鋼管與內(nèi)模直接連接并伸至模板外。水管連接內(nèi)模側(cè)外牙采用PT1/4螺絲，伸出模板外側(cè)接口則根據(jù)工廠條件確定，水管在模板上的過孔為φ20通孔，如圖7所示。

圖7　蒸汽管安裝設(shè)計(jì)

蒸汽從內(nèi)模通過兩頭外牙的不銹鋼管連接到模胚外側(cè)，然后通過蒸汽軟管連接到集氣塊上，集氣塊則采用1寸管與蒸汽設(shè)備連接。

2.6模具冷卻設(shè)計(jì)

進(jìn)膠熱嘴動模處的冷卻非常重要，是解決太陽紋和產(chǎn)品表面白霧的關(guān)鍵因素。具體設(shè)計(jì)方法為熱嘴設(shè)計(jì)冷卻水套且水路單獨(dú)進(jìn)出，旁邊盡量設(shè)置冷卻水塔，如圖8所示。

圖8　冷卻設(shè)計(jì)

模板的冷卻同樣不能忽視，由于是倒裝模，熱流道持續(xù)不斷地發(fā)熱且溫度很高，特別是對有運(yùn)動機(jī)構(gòu)的頂針板來說；因此，各模板都需要加強(qiáng)冷卻。

2.7模具排氣設(shè)計(jì)

根據(jù)CAE分析結(jié)果(見圖9)，有熔接線的地方應(yīng)加強(qiáng)排氣，對應(yīng)動模位置也需要設(shè)計(jì)排氣鑲件，如圖10所示。

圖9　CAE分析結(jié)果

圖10　排氣鑲件設(shè)計(jì)

2.8感溫線的排布

為了有效地控制模溫和蒸汽路運(yùn)行，需要在內(nèi)模中加入感溫線來測試溫度。感溫線應(yīng)排布在有代表性的位置，數(shù)量按產(chǎn)品大小而增減，盡量布置在產(chǎn)品及蒸汽道長度的中心位置，2條蒸汽路的中間，且高度方向與氣道下切線相平，如圖11所示。

圖11　感溫線排布位置

2.9模具最終結(jié)構(gòu)圖

蒸汽模在模板的開框底面和與內(nèi)模相接觸的側(cè)邊需要加工隔熱槽，模具固定板與注射機(jī)之間需要增加電木隔熱板。模具最終結(jié)構(gòu)如圖12所示。

圖12　模具最終結(jié)構(gòu)圖

3結(jié)語

本文以一款壁掛式空調(diào)面板為例，應(yīng)用Pro/E5.0軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)，應(yīng)用Moldflow進(jìn)行CAE分析，并且完成高光蒸汽模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。該結(jié)構(gòu)增強(qiáng)了模具穩(wěn)定性，提高了模具壽命，解決了可見熔接痕、流痕和浮纖等缺陷，提高了產(chǎn)品質(zhì)量，可應(yīng)用于多個領(lǐng)域。

參考文獻(xiàn)

[1] 張鵬,程永奇,宋財(cái)福.高光無痕注射成型及其關(guān)鍵技術(shù)[J].工程塑料應(yīng)用,2009,37(4):31-34.

[2] 丁磊,伍曉宇,李偉榮,等.高光無痕注射成型工藝與裝置[J].模具工業(yè),2009,35(1):45-48.

[3] 彭芳,彭志榮,周文輝.應(yīng)用于平板電視的高光蒸汽注塑模具的設(shè)計(jì)[J].制造業(yè)自動化,2011,7(33)：122-125.

責(zé)任編輯李思文

西安近代化學(xué)研究所再獲中國專利優(yōu)秀獎

第十六屆中國專利獎獲獎名單已公布，中國兵器工業(yè)集團(tuán)西安近代化學(xué)研究所專利項(xiàng)目“五氟乙烷的制備方法”榜上有名，獲得中國專利優(yōu)秀獎，這是繼2010年第十二屆獲獎以來，該研究所再次獲此殊榮。本次榮獲專利優(yōu)秀獎的“五氟乙烷的制備方法”公開了一種制備五氟乙烷(HFC-125)的方法。HFC-125屬于臭氧損耗物質(zhì)(ODS)替代品，主要用作家用空調(diào)、商用空調(diào)及大型深度制冷的制冷劑，用于替代二氟一氯甲烷(HCFC-22)。該專利解決了目前技術(shù)存在的PCE單程轉(zhuǎn)化率低、催化劑壽命短、副產(chǎn)物(CFC-115)含量高的關(guān)鍵共性難題，提高了PCE單程轉(zhuǎn)化率，延長了催化劑壽命，降低了副產(chǎn)物CFC-115的含量，并且生產(chǎn)成本可降低一半，具有明顯的價格優(yōu)勢。該專利技術(shù)的實(shí)施打破了發(fā)達(dá)國家在該領(lǐng)域的技術(shù)壟斷，促進(jìn)了我國氟化工領(lǐng)域的技術(shù)進(jìn)步，使我國成為世界上少數(shù)掌握HFC-125生產(chǎn)核心技術(shù)的國家之一，為我國履行《蒙特利爾議定書》國際環(huán)境公約和保護(hù)大氣臭氧層提供了技術(shù)支撐。

——摘自中國兵器工業(yè)集團(tuán)公司網(wǎng)

Research and Development on High Gloss Steam Injection Mould Design

JIA Chunyan, YUAN Guoqiang, HUANG Hanfu

(Zhuhai Gree Daikin Precision Mold Co., Ltd, Zhuhai 519070,China)

Abstract:Injection technology and mould structure of high gloss steam mould were studied in the paper, realized low energy consumption and high production efficiency with saturated steam for heating medium and cold water for cooling medium. Taking air conditioning panel for example, high light steam mould structure design can solve these defects, such as visible weld marks, flow marks and fiber floating and so on, which improved the product's quality and mould life.

Key words:high gloss steam, injection mould, air conditioning panel

收稿日期：2014-04-29

作者簡介：賈春燕(1981-)，女，碩士，主要從事模具CAD/CAM技術(shù)和設(shè)計(jì)等方面的研究。

中圖分類號：TH 122

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A