CN104690930A - 一种蒸汽加热式高光注塑模具 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种蒸汽加热式高光注塑模具，该模具包括型芯板和型腔板，所述型芯板和型腔板分别连接有支撑板，所述支撑板采用导热性能差的普通钢板，通过纵横交错连接成网格状的结构。所述型腔板由成型层和基体层组成。所述基体层由普通热作模具钢采用常规工艺制造，所述成型层选用具备良好的抗热疲劳性能、耐腐蚀性能和抛光性能极佳的优质模具钢采用堆焊法在基体层表面上叠加制成。所述型芯板和型腔板基体层上开设有加热冷却管道，与温控装置连接，实现对模具成型表面的快速加热冷却。所述蒸汽加热式高光注塑模具在材料和结构等方面上提出了创新设计，使得该模具具有生产成本低、加热冷却效率高、产品表面质量好、模具重量轻等显著优势。

Description

一种蒸汽加热式高光注塑模具

技术领域

本发明属于材料加工学科的注塑成型技术领域，尤其涉及一种蒸汽加热式高光注塑模具。

背景技术

高光注塑技术作为一项极具发展潜力的绿色成型技术，已经吸引了大量的学者对其进行研究和推广，但高光注塑技术发展尚不成熟，还存在许多巫待解决的问题。特别是在高光注塑模具设计与制造技术方面，存在的问题尤为突出。

由于高光注塑模具的成型面抛光精度要求极高，所以，首先要求其模具材料必须具备优良的抛光性能；其次，由于在正常生产过程中快速加热和快速冷却反复交替进行，高光注塑模具成型零件易产生热疲劳破坏，从而导致模具失效，因此，要求型腔板材料还必须具备良好的耐热性、抗热变形与热疲劳的能力。此外， 蒸汽加热高光注塑模具加热时，加热介质——水蒸汽中往往混有杂质，对模具材料有一定腐蚀作用，因此，模具材料的抗腐蚀性要好，并能防止生锈。根据以上对高光注塑模具型腔板材料的要求，人们常选用进口优质模具钢，如日本日立的CENAI、日本大同的NAK80和瑞典热作模具钢(VIDAR SUPERIOR)，这些模具材料具有良好的尺寸稳定性和抛光性能及较高的抗热冲击和热疲劳性能，是高光注塑模具材料的首选，但是这些优质钢材价格昂贵，导致模具的成本偏高。

现有蒸汽加热式高光注塑模具还存在着热循环效率低的突出问题，为了缩短成型周期和提高注塑生产效率， 蒸汽加热式高光注塑模具的结构设计必须充分考虑模具快速加热和快速冷却的要求，这就要求在模具设计中必须采用特殊的设计方法或结构，以尽量减小模具的热容量，从而提高热循环效率。

所以，本发明针对蒸汽加热式高光注塑模具进行材料和结构两方面的创新性设计， 在保证产品质量的的同时，降低模具的生产成本，减小模具的热容量和热量的损失，以提高加热冷却效率，缩短成型周期。

发明内容

本发明目的在于克服上述技术的不足，提供一种蒸汽加热式高光注塑模具，该模具型腔板由基体层和成型层组成，并选用两种不同的钢材来制成，可大大节省优质模具钢的用量，从而降低模具成本。同时型芯和型腔的支撑板采用了网格状的设计，可大大的降低模具的热容量和热量的损失，提高加热冷却效率，缩短成型周期，同时，还可以大大减轻模具的重量。 

为达到上面所叙述的目的，本发明采用了以下具体的技术方案。

 一种蒸汽加热式高光注塑模具，该模具包括型芯板和型腔板，所述的型芯板和型腔板分别连接有支撑板，所述支撑板采用导热性能差的普通钢板，通过纵横交错连接成网格状的结构。所述的型腔板由成型层和基体层组成，所述成型层的厚度很薄。所述基体层由普通热作模具钢采用常规工艺制造，所述成型层选用具备良好的抗热疲劳性能和抛光性能极佳的优质模具钢采用堆焊法在基体层表面上叠加制成。所述型芯板和型腔板基体层上开设有加热冷却管道，与温控装置连接，向管道中通入高温蒸汽和低温冷却水实现对模具成型表面的快速加热冷却。所述型芯板和型腔板内部靠近成型面的位置还安装有测温装置。测温装置、加热装置、冷却装置与温控装置连接。

所述的蒸汽加热式高光注塑模具包括型芯板和型腔板。

所述的型芯板和型腔板分别连接有支撑板。

所述的支撑板呈网格状结构。

所述网格状结构的设计准则是要保证模具的结构强度。

所述的网格状结构是由多块钢板通过纵横交错焊接而成。

所述钢板均采用导热性能差的普通钢板。

所述的型腔板由成型层和基体层组成。

所述基体层选用普通热作模具钢制成。

所述成型层选用具备良好的抗热疲劳性能和抛光性能极佳的优质模具钢制成。

所述型腔板的制备方法，其特征在于：

第一步：用常规方法加工制作型腔板的基体层；

第二步：采用堆焊法在基体层表面上叠加成型层材料，制成型腔板毛坯；

第三步：对型腔毛坯的型槽表面进行打磨抛光，至符合粗糙度要求为止。

所述型芯板和型腔板基体层上开设有加热冷却管道，与温控装置连接，向管道中通入高温蒸汽和低温冷却水实现对模具成型表面的快速加热冷却。

所述型腔板和型芯板内部靠近成型面的位置上分别安装有测温装置。

所述测温装置为热电偶。

由于采用了上述技术方案，本发明之蒸汽加热式高光注塑模具具有如下几个方面的有益效果。

1.      生产成本低； 

因模具型腔板成型层厚度极薄，占模具型腔板总体积的比例一般不高，而且，模具型腔板的体积越大，成型层所占的体积分量会越小。所以，采用昂贵的优质模具钢制造成型层，便宜的普通模具钢制造基体层，可以实现在满足模具表面具有良好的抗热疲劳性能和抛光性能，保证注塑件表面质量的同时，大大节省了昂贵的优质模具钢的用量。同时，由于在型腔板和型芯板上增设了能提高模具的强度的支撑板，所以，可以在满足模具结构强度要求的同时，减小型腔板和型芯板的厚度，从而节约了模具钢的用量。所以本发明可以大大降低模具的生产成本，具有良好的经济效益。

2.      热循环效率高；

因与型腔板和型芯板连接的支撑板采用了网格状的非实心结构，可以在保证模具结构强度的同时，大大的降低模具的热容量。同时，由于网孔中的空气是热的不良导体，以及支撑板采用了导热性能差的钢材，所以，在模具的加热阶段，可以有效减少高温蒸汽产生的热量向支撑板方向散失，从而有利于提高模具加热效率，减少能量消耗；在模具冷却阶段，可以有效减少支撑板的热量向型腔板传递，从而提高模具的冷却效率，同样有利于减少能量的消耗。

3.      模具重量轻；

因与型腔板和型芯板连接的支撑板优化后制成网格状结构，它在保证模具的结构强度的同时，使模具重量得到大大的减轻，不管是运输还是操作等方面都比实体结构的支撑板更方便和快捷。

总之，本发明针对蒸汽加热式高光注塑模具的材料和结构等方面进行了创新性设计，使得该模具具有生产成本低、加热冷却效率高、产品表面质量好、模具重量轻等显著优势。

附图说明

图1为本发明的蒸汽加热式高光注塑模具结构示意图。

图2为本发明的蒸汽加热式高光注塑模具的支撑板结构示意图。

图中：1、浇口套，2、主流道，3、分流道，4、浇口，5、塑件，6、型芯固定板，7、型芯板，8、型芯板上的热电偶，8’、型腔板上的热电偶，9、型腔板，10、型腔固定板，11、支架，12、垫板，13、顶针固定板，14、顶杆，15、动模底板，16、型腔支撑板，16’、型芯支撑板，17、定模底板，901、型腔板成型部分，902、型腔板基体部分、1601钢板、7001、型芯板上的加热冷却管道，9001、型腔板上的加热冷却管道。

具体实施方式

为更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式，对本发明作进一步说明。

如图1所示，本发明公开的一种蒸汽加热式高光注塑模具，它包括型芯板7和型腔板9，所述的型腔板和型芯板分别连接有支撑板16和16’，所述支撑板16和16’采用多块导热性能差的普通钢板1601，通过纵横交错连接成网格状的结构，所述的网格状结构由正多边形网孔构成，网孔的形状、大小和分布需要优化设计保证模具各方面的性能要求。所述的型腔板9由成型层901和基体层902组成，所述成型层901的厚度很薄，约0.4～4mm。所述基体层902由普通热作模具钢采用常规工艺制造，所述成型层901选用具备良好的抗热疲劳性能和抛光性能极佳的优质模具钢，如日本日立的CENA1，采用堆焊法在基体层902表面上叠加制成，并经打磨抛光至所需的粗糙度。所述型芯板7和型腔板基体层902上分别开设有加热冷却管道7001和9001，与温控装置连接，向管道中通入高温蒸汽和低温冷却水实现对模具成型零件表面的快速加热冷却。所述型芯板和型腔板内部靠近成型面的位置还安装有热电偶8和8’作为测温装置，并与温控装置连接。测温装置、加热装置、冷却装置与温控装置连接。

本发明的工作原理如下。

根据模具温度变化的历程，一个完整的高光注塑成型周期可以分为模具加热阶段，高温保持阶段、模具冷却阶段和低温保持阶段。下面结合上述几个工作阶段对本发明的一种蒸汽加热式高光注塑模具的工作原理进行详细说明。

在模具加热阶段，温控装置通过控制换向阀打开高温蒸汽管路，高温高压蒸汽流入型芯板7和型腔板9中的加热冷却管道7001和9001中，高温高压蒸汽包含的热量将以对流冷凝换热的方式不断向型芯板7和型腔板9中扩散，从而升高型芯表面和型腔表面的温度，而与型芯板7和型腔板9相连的支撑板16和16’由于采用了网格状的非实心结构，可以大大的降低模具的热容量，同时，由于网孔中的空气是热的不良导体且支撑钢板1601本身选用了导热性能差的钢材，所以可以有效的减少高温蒸汽产生的热量向支撑板方向散失，从而减少热量损失和提高加热效率。在模具加热过程中，分别安装在型芯板7和型腔板9中的热电偶8和8’向温控装置实时反馈型腔表面和型芯表面的温度，当温度升高至设定的温度上限时，温控装置通过切换换向阀切断高温蒸汽管路，从而停止加热模具。

在高温保持阶段，模具处于合模状态，注塑机料筒中的塑料熔体将依次经过喷嘴、主流道2、分流道3、浇口4进入模具型腔，直至熔体完全充满型腔。由于充模时间很短，所以在此过程中模具型腔温度基本可以保持住加热结束后的状态。在此过程中，如果模具型腔温度下降太多，温控装置可以再次打开温度蒸汽管路，给模具中的加热冷却管道7001和9001通入高温高压蒸汽，以维持模具型腔表面和型芯表面的高温状态。

在模具冷却阶段，温控装置通过控制换向阀打开冷却水管路，低温冷却水流入型芯板7和型腔板9中的加热冷却管道7001和9001中，型芯板7和型腔板9包含的热量将不断向低温冷却水中扩散被带走，从而降低型芯表面和型腔表面的温度，以快速冷却模具型腔中塑胶5。在模具冷却过程中，由于支撑板16和16’网孔中的空气是热的不良导体，且支撑钢板1601选用了导热性能差的钢材，所以，可以减少支撑板的热量扩散进入加热冷却管道中的低温冷却水中，从而减少热量损失和提高模具表面冷却效率。在冷却过程中，分别安装在型芯板7和型腔板9中的热电偶8和8’实时向温控装置反馈型芯表面和型腔表面的温度，当温度降低至预先设定的温度下限时，温控装置切换换向阀停止向加热冷却***中通入低温冷却水，以停止冷却模具。

在低温保持阶段，温控装置通过控制换向阀打开高压气体管路，高压气体进入加热冷却管道中，把管道中残留的冷却水排尽，从而避免模具温度的过度下降，同时有效避免加热冷却管道中残留的冷却水对下一个成型周期中模具加热的干扰，有利于提高模具加热效率。在此阶段，塑胶5的温度已冷却至满足顶出要求，打开模具，取出塑件5，从而完成一个注塑成型周期。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改，等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种蒸汽加热式高光注塑模具，该模具包括型芯板和型腔板，所述的型芯板和型腔板分别连接有支撑板，所述支撑板采用普通钢板通过纵横交错连接成网格状的结构，所述的型腔板由两种不同材料制成的成型层和基体层组成，所述型芯板和型腔板基体层上开设有加热冷却管道，构成加热冷却装置。

2.根据权利要求1所述的蒸汽加热式高光注塑模具，其特征在于：模具包括型芯板和型腔板，所述的型芯板和型腔板分别连接有支撑板。

3.根据权利要求1所述的蒸汽加热式高光注塑模具，其特征在于：所述支撑板呈网格状结构。

4.根据权利要求3所述的蒸汽加热式高光注塑模具，其特征在于：所述网格状结构是由多块导热性能差的普通钢板通过纵横交错连接而成。

5.根据权利要求1所述的蒸汽加热式高光注塑模具，其特征在于：型腔板由成型层和基体层组成。

6.根据权利要求5所述的蒸汽加热式高光注塑模具，其特征在于：所述基体层选用普通热作模具钢制成。

7.根据权利要求5所述的蒸汽加热式高光注塑模具，其特征在于：所述成型层选用具备良好的抗热疲劳性能和抛光性能极佳的优质模具钢制成。

8.根据权利要求5所述的蒸汽加热式高光注塑模具，所述型腔板的制备方法，其特征在于：

第一步：用常规方法加工制作型腔板的基体层；

第二步：采用堆焊法在基体层表面上叠加成型层材料，制成型腔板毛坯；

第三步：对型腔毛坯的型槽表面进行打磨抛光，至符合粗糙度要求为止。

9.根据权利要求1所述的蒸汽加热式高光注塑模具，其特征在于：所述型芯板和型腔板基体层上开设有加热冷却管道，与温控装置连接，向管道中通入高温蒸汽和低温冷却水实现对模具成型表面的快速加热冷却。

10.根据权利要求1所述的蒸汽加热式高光注塑模具，其特征在于：所述型腔板和型芯板内部靠近成型面的位置分别安装有测温装置。