二次高壓鎖模成型技術(shù)

張旭民，葉盛，葛琪威(海天塑機(jī)集團(tuán)有限公司，浙江 寧波 315821)

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二次高壓鎖模成型技術(shù)

張旭民，葉盛，葛琪威
(海天塑機(jī)集團(tuán)有限公司，浙江 寧波 315821)

摘要：二次高壓鎖模成型技術(shù)應(yīng)用于塑料注射成型機(jī)上的技術(shù)要點(diǎn)，主要包括：技術(shù)的起源、技術(shù)的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用、問(wèn)題與解決、技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：二次高壓鎖模；注塑機(jī)；技術(shù)

1　技術(shù)的起源

塑料制品已經(jīng)廣泛應(yīng)用于汽車、家電、日用品等國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域，塑料制品已成了社會(huì)必不可少的產(chǎn)品。絕大部分的塑料制品，已能采用全自動(dòng)的生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行高效率的生產(chǎn)。但還有些塑料制品，由于制品的特殊，及要求的特殊，成型方法還非常原始。

面對(duì)客戶生產(chǎn)上的困擾，公司技術(shù)部門會(huì)相應(yīng)開(kāi)發(fā)出各種技術(shù)與設(shè)備，以滿足廣大用戶的需求。而二次高壓鎖模成型技術(shù)的開(kāi)發(fā)，即是其中一例。

有些客戶向我們說(shuō)明了他們的處境。目前他們的主要塑料產(chǎn)品是生產(chǎn)過(guò)濾板。此制品的特點(diǎn)是：①產(chǎn)品投影面積大；②產(chǎn)品的壁厚大；③制品的重量重；④對(duì)制品的強(qiáng)度與平整度有要求。以其中一款產(chǎn)品為例，見(jiàn)表1。

表1　產(chǎn)品參數(shù)表

目前生產(chǎn)此制品的工藝是：擠出機(jī)塑化擠出原料，再采用人工的方式，將熔融的塑料原料轉(zhuǎn)運(yùn)傾倒入一個(gè)模具中，并用鐵棒推揉原料團(tuán)，減少熔接縫，再用一個(gè)很大的油缸進(jìn)行受力壓制成型。這種方式，存在著很多的缺陷，如：

（1）生產(chǎn)效率低，一個(gè)多小時(shí)才能成型一個(gè)產(chǎn)品。

（2）生產(chǎn)出來(lái)的產(chǎn)品，由于人為因素的干擾，產(chǎn)品的強(qiáng)度與內(nèi)應(yīng)力的性能不穩(wěn)定，產(chǎn)品的次品率比較高。

（3）人工操作的時(shí)候，有安全的風(fēng)險(xiǎn)。

采用人工操作的方式，所存在的缺陷，嚴(yán)重地制約了此類產(chǎn)品生產(chǎn)的擴(kuò)大。

對(duì)于客戶的困擾，公司技術(shù)部門決議開(kāi)發(fā)出一種相應(yīng)的成型設(shè)備來(lái)解決，并經(jīng)過(guò)多次的技術(shù)研究與討論之后，定出了一整套的方案：

（1）設(shè)計(jì)專門針對(duì)這種制品的自動(dòng)化專用塑料注射成型設(shè)備，以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)作生產(chǎn)。

（2）與保壓相聯(lián)動(dòng)的油路設(shè)計(jì)，使成型周期能降低到最低。

（3）針對(duì)人工操作的時(shí)候，有安全的風(fēng)險(xiǎn)的問(wèn)題。由于新開(kāi)發(fā)的設(shè)備為自動(dòng)作生產(chǎn)設(shè)備，不存在中間有人工操作的情況，故安全風(fēng)險(xiǎn)能降到最低。

（4）針對(duì)產(chǎn)品的重量大的問(wèn)題。公司的大重量產(chǎn)品的雙階注射機(jī)構(gòu)已非常成熟，新開(kāi)發(fā)的設(shè)備，配置的注射機(jī)構(gòu)方面能夠勝任生產(chǎn)大重量產(chǎn)品。

（5）針對(duì)產(chǎn)品的投影面積大，壁厚大，同時(shí)又要求產(chǎn)品有足夠的強(qiáng)度與平整度。針對(duì)這一問(wèn)題。技術(shù)部門研發(fā)了二次高壓鎖模成型技術(shù)。

（6）針對(duì)次品率的問(wèn)題。由于新開(kāi)發(fā)的設(shè)備，在成型過(guò)程中不需要人工的參與，消除了人為因素的干擾。這使得產(chǎn)品的性能能夠有穩(wěn)定的水平，極大地降低了次品率。

在這個(gè)方案中，比較困難的是產(chǎn)品的投影面積大、壁厚大，同時(shí)又要求產(chǎn)品有足夠的強(qiáng)度與平整度。這個(gè)要求在普通的塑料成型設(shè)備中難以勝任。

普通的塑料成型設(shè)備采用方式是：合模機(jī)構(gòu)將模具鎖緊；注射機(jī)構(gòu)將原料射入模具中，然后繼續(xù)保持一定的壓力維持一段時(shí)間，直至產(chǎn)品冷卻成型。但是由于這種方式是點(diǎn)進(jìn)膠保壓的模式，而同時(shí)產(chǎn)品是大平板結(jié)構(gòu)，而且板的厚度很厚。采用點(diǎn)進(jìn)膠的方式，產(chǎn)品的應(yīng)力會(huì)很集中，特別是各個(gè)進(jìn)膠口的應(yīng)力很高，四周的應(yīng)力較低。應(yīng)力分布的不平衡，導(dǎo)致產(chǎn)品成型后，出現(xiàn)翹曲的現(xiàn)象。

2　技術(shù)的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用

為了應(yīng)對(duì)這個(gè)困難，技術(shù)部門研發(fā)出了二次高壓鎖模成型技術(shù)，工藝流程見(jiàn)圖1。

圖1　海天注塑壓縮成型工藝動(dòng)作流程圖

下面由圖2做一下具體的描述。取下制品后，頂出桿后退到底。利用中子進(jìn)的動(dòng)作，將嵌塊進(jìn)到底。再關(guān)模到底，并高壓鎖模。這時(shí)進(jìn)行注射動(dòng)作，將注射部件中的原料注射進(jìn)入模具中。模具中的原料，冷卻一段時(shí)間后，做中子退動(dòng)作，將嵌塊拉開(kāi)。然后進(jìn)行第二次的高壓鎖模動(dòng)作，將制品壓實(shí)。這時(shí)注射機(jī)構(gòu)進(jìn)行儲(chǔ)料動(dòng)作，使注射機(jī)構(gòu)的料筒中充入原料。而同時(shí)合模裝置中進(jìn)行高壓鎖模動(dòng)作，同時(shí)制品繼續(xù)冷卻。等制品冷卻結(jié)束成型后，做泄壓破模動(dòng)作，使鎖模的壓力卸荷。再做開(kāi)模動(dòng)作，打開(kāi)模具。然后做頂出動(dòng)作，將制品頂出。最后將產(chǎn)品取出。

圖2　設(shè)備總圖

其中模具的上的嵌塊，起到的作用，如圖3所示進(jìn)行詳述。

圖3　模具嵌塊位置圖

設(shè)備開(kāi)發(fā)制造成型后，進(jìn)行實(shí)踐應(yīng)用階段，以客戶的其中一款產(chǎn)品做實(shí)踐生產(chǎn)測(cè)試，見(jiàn)表2。

表2　產(chǎn)品參數(shù)表

同時(shí)成型時(shí)，選用輔機(jī)的配套使用如下：

（1）動(dòng)板模溫機(jī)加熱產(chǎn)品模具邊框

（2）定板冷水機(jī)冷卻定模，模具溫度控制在40℃附近。

經(jīng)過(guò)幾次的調(diào)試與測(cè)試，最終取得了滿意的產(chǎn)品。成型的產(chǎn)品如圖4所示。

圖4　成型產(chǎn)品圖

產(chǎn)品成型效果：

（1）預(yù)塑設(shè)定壓力100 bar，設(shè)定流量80%，預(yù)塑時(shí)間在14 min內(nèi)完成；總的成型周期為二十幾秒，滿足客戶要求。

（2）通過(guò)二次高壓鎖模功能，產(chǎn)品整體翹曲變形量降為極少，滿足產(chǎn)品性能要求。

3　問(wèn)題與解決

在實(shí)踐測(cè)試的的過(guò)程中，由于技術(shù)的初次應(yīng)用，也碰到了技術(shù)問(wèn)題。最終通過(guò)雙方的溝通與技術(shù)改進(jìn)，解決了問(wèn)題，并完善了技術(shù)。下面就是當(dāng)時(shí)碰到的產(chǎn)品的白痕問(wèn)題。

3.1問(wèn)題的情況

產(chǎn)品在四周銑進(jìn)去時(shí)，會(huì)發(fā)現(xiàn)白痕，如圖5紅色框內(nèi)所示。而中間的部分則沒(méi)有這個(gè)現(xiàn)象。

圖5　產(chǎn)品照片

3.2原因分析

制品冷卻后受應(yīng)力擠壓，就會(huì)產(chǎn)生白痕。根據(jù)這個(gè)原理，來(lái)研究成型工藝，就可找到問(wèn)題出現(xiàn)的原因。經(jīng)過(guò)分析，認(rèn)為是由下面兩點(diǎn)引起的。

（1）將原料注射進(jìn)入模腔后，冷卻時(shí)，四周冷卻快，中部冷卻慢。過(guò)了一段時(shí)間，等產(chǎn)品的周邊有了一定的冷卻效果，再進(jìn)行嵌塊退與二次保壓動(dòng)作。這樣就造成了產(chǎn)品的四周，在二次保壓時(shí)是較冷的，有一定的凝固的狀態(tài)。凝固的狀態(tài)的原料，受力會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力。

但要是原料注射進(jìn)入模腔后，立即進(jìn)行嵌塊退與二次保壓動(dòng)作，這樣產(chǎn)品的四周都是融熔狀態(tài)，受壓后，融熔狀態(tài)的原料會(huì)被倒灌入回注射座的機(jī)筒。

（2）再研究這輪的二次保壓的程序設(shè)定是：保壓壓力到達(dá)設(shè)定壓力后，供油電機(jī)停止輸出壓力油。等過(guò)些時(shí)間，產(chǎn)品自身收縮一些，壓力下降5 bar后，供油電機(jī)再次輸出壓力油。等保壓壓力又到達(dá)設(shè)定壓力后，供油電機(jī)再停止輸出壓力油等待。以這樣的周期性的方式進(jìn)行二次保壓壓力的維持。

從這里可以看出，這樣的壓力維持方式是非恒定的，會(huì)有周期性的持續(xù)壓力波動(dòng)。同時(shí)產(chǎn)品的四周溫度較冷，已有一定的凝固的狀態(tài)。碰到壓力波動(dòng)后，就產(chǎn)生應(yīng)力，從而導(dǎo)致白痕的產(chǎn)生。

3.3解決方案

針對(duì)這兩個(gè)原因，相對(duì)應(yīng)的列出了解決方案：

（1）首先要保證產(chǎn)品的四周有足夠的溫度，原料是呈融熔狀態(tài)的。

新方案在注射小前機(jī)筒前加止回結(jié)構(gòu)，這樣原料注射進(jìn)入模腔后，可以立即進(jìn)行嵌塊退與二次保壓動(dòng)作。止回結(jié)構(gòu)能夠保證，融熔狀態(tài)的原料不會(huì)被倒灌回注射座的機(jī)筒。融熔狀態(tài)的原料，有自動(dòng)消散應(yīng)力的能力。

（2）設(shè)備增加電機(jī)用來(lái)做持續(xù)高壓鎖模。新的二次保壓的程序設(shè)定是：保壓壓力到達(dá)設(shè)定壓力后，供油電機(jī)繼續(xù)輸出壓力油，保證產(chǎn)品受到的壓力恒定。這樣就不會(huì)產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力。

通過(guò)上面兩處改進(jìn)，使產(chǎn)品不會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力，消除了白痕產(chǎn)生的源頭。

3.4問(wèn)題處理結(jié)果

設(shè)備改造后，對(duì)生產(chǎn)的產(chǎn)品做側(cè)邊銑實(shí)驗(yàn)。從1 mm一直銑進(jìn)去到15 mm（每次增加1 mm），沒(méi)有發(fā)現(xiàn)白痕問(wèn)題。問(wèn)題得到解決。

4　二次高壓鎖模成型技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)

與現(xiàn)有技術(shù)相比，二次高壓鎖模成型技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)在于：

（1）能夠成型平板狀、重量大、壁厚大、尺寸大。

（2）成型的制品，翹曲的問(wèn)題得到了解決。

（3）自動(dòng)化生產(chǎn)，生產(chǎn)效率高。

（4）排除了人為因素的干擾，產(chǎn)品的成品率高。

（5）排除了因人工操作而帶來(lái)的安全風(fēng)險(xiǎn)。

（6）成型時(shí)可以采用較低的注塑壓力。

（7）注射時(shí)，剪切應(yīng)力較低。

（8）保壓時(shí)，制品均勻受力。

（9）成型的制品，有較低的內(nèi)部應(yīng)力。

同時(shí)二次高壓鎖模成型技術(shù)的缺點(diǎn)為：

（1）成型工藝比普通的成型技術(shù)要復(fù)雜。

（2）模具的結(jié)構(gòu)與技術(shù)，比普通的模具的要求更多。

5　結(jié)束語(yǔ)

我司研發(fā)的二次高壓鎖模成型技術(shù)，為相應(yīng)制品的生產(chǎn)，提供了技術(shù)上的支持。這項(xiàng)技術(shù)的成功，目

前在國(guó)內(nèi)處于領(lǐng)先水平。

目前，我司已有數(shù)臺(tái)應(yīng)用了二次高壓鎖模成型技術(shù)的塑料注射成型機(jī)，正在客戶處使用。在以后的實(shí)際使用中，這項(xiàng)技術(shù)將不斷得到完善與進(jìn)步。堅(jiān)持這項(xiàng)技術(shù)的進(jìn)步，可以為海天開(kāi)拓出一個(gè)新型的市場(chǎng)。

（R-03）

Secondary high pressure clamping molding technology

中圖分類號(hào)：TQ320.662

文章編號(hào)：1009-797X(2016)12-0043-04

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

DOI:10.13520/j.cnki.rpte.2016.12.018

作者簡(jiǎn)介：張旭民（1976-），本科，工程師，主要從事機(jī)械設(shè)計(jì)工作，獲得專利：安全門確認(rèn)開(kāi)關(guān)裝置、注塑機(jī)的電磁合模機(jī)構(gòu)、一種以石料為主的復(fù)合材料的注射成型方法及注射成型設(shè)備。

收稿日期：2016-01-18