蒸汽模高光注塑技術(shù)(急冷急熱模)-應(yīng)用探討課件

1、蒸汽高光注塑技術(shù) 應(yīng)用探討,1,蒸汽模高光注塑技術(shù)(急冷急熱模)-應(yīng)用探討,目錄,1,蒸汽模技術(shù)的基本原理,2,蒸汽模技術(shù)所涉及的設(shè)備,3,蒸汽模技術(shù)中的關(guān)鍵技術(shù),4,蒸汽模技術(shù)的優(yōu)勢(shì),5,蒸汽模成型的主要影響因素,2,蒸汽模高光注塑技術(shù)(急冷急熱模)-應(yīng)用探討,一、蒸汽模技術(shù)的基本原理,蒸汽模成型技術(shù)的成型工藝過(guò)程是: 模具合模后，首先在加熱冷卻管道內(nèi)通入高溫蒸汽，把模具溫度提高到一個(gè)高的設(shè)定值，然后注射塑料熔體，在保壓轉(zhuǎn)入冷卻后，用氣壓吹走通道內(nèi)的殘留蒸汽，開始注入冷水，使模具溫度快速下降到一個(gè)設(shè)定值，再向加熱冷卻管道內(nèi)通入空氣，把冷水完全吹走，開模取制件，然后進(jìn)入下一次注塑循環(huán)。,一、蒸

2、汽模技術(shù)的基本原理,該技術(shù)利用蒸汽輔助系統(tǒng)以及在模具中設(shè)置的加熱冷卻管道，有效調(diào)節(jié)和控制注塑模具的溫度場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)模具溫度快速升高和降低，改善了注塑工藝條件，能使熔融塑料在充模時(shí)達(dá)到最佳流動(dòng)狀態(tài)，有效消除了傳統(tǒng)注塑工藝中出現(xiàn)的由于流動(dòng)性能下降、冷卻不均導(dǎo)致的熔接痕、銀絲紋等各種缺陷，可降低塑料制件表面的粗糙度值，可以免去后續(xù)的噴涂工藝，從而降低了成本，縮短了生產(chǎn)周期!,二、蒸汽模技術(shù)所涉及的設(shè)備,蒸汽模技術(shù)對(duì)注塑機(jī)沒(méi)有特殊要求，一般的注塑機(jī)都能滿足要求,2.1 蒸汽模具 蒸汽模具對(duì)塑件質(zhì)量的影響主要包括: 模具材料、模具設(shè)計(jì)與制造等兩方面。,1) 模具材料 模具材料需要有較好的拋光性、耐腐蝕性、耐

3、磨性、熱強(qiáng)度、韌性和低的熱膨脹系數(shù)等。其中，拋光性、耐腐蝕性、熱強(qiáng)度、熱膨脹系數(shù)對(duì)高光模具尤為重要。如果模具拋光性差、表面粗糙度大，或被腐蝕或注塑時(shí)有水分沉積，就無(wú)法進(jìn)行高光澤制件成型；溫度的快速變動(dòng)對(duì)模具材料的熱強(qiáng)度、熱膨脹系數(shù)也有更高的要求。 在蒸汽模技術(shù)中，注塑模具由于受長(zhǎng)期的快速加熱與冷卻，且溫度呈現(xiàn)周期性變化，故模具材料在使用過(guò)程中很容易發(fā)生熱疲勞失效，從而導(dǎo)致型腔表面出現(xiàn)龜裂，無(wú)法保證制件的成型質(zhì)量。為預(yù)防模具成型零部件的熱疲勞失效過(guò)早發(fā)生，必須研究蒸汽模技術(shù)中模具成型零部件材料的熱疲勞性，并選擇合適的模具材料及熱處理方法，從而保證模具的精度及使用壽命。,二、蒸汽模技術(shù)所涉及的設(shè)備

4、,2）模具設(shè)計(jì)與制造 蒸汽模具除了型腔表面質(zhì)量要求高以外，模具溫度的動(dòng)態(tài)變化將導(dǎo)致模具結(jié)構(gòu)比普通模具復(fù)雜得多，其中模具內(nèi)部管道的設(shè)計(jì)與制造是影響模具質(zhì)量、生產(chǎn)周期和模具成本的關(guān)鍵。 由于該技術(shù)對(duì)模具加熱、冷卻管道的特殊要求，必須研究在保證模具使用強(qiáng)度和剛度的條件下，有效地設(shè)置加熱、冷卻管回路，分析管道的位置、直徑和有效長(zhǎng)度，從而最大程度地提高熱交換特性。此外，模具在制造和裝配過(guò)程中，必須嚴(yán)格保證加工精度和表面質(zhì)量，特別是保證分型部分的配合間隙在塑料溢邊值的范圍之內(nèi)，以防止制件形成飛邊!經(jīng)蒸汽模成型的塑件表面極其光亮，無(wú)熔接痕、銀絲紋、翹曲等缺陷。,二、蒸汽模技術(shù)所涉及的設(shè)備,2.2 模具溫度控

5、制系統(tǒng) 模具溫度控制系統(tǒng)包括: 冷卻塔、蒸汽鍋爐、壓縮機(jī)、高光溫度控制柜等生產(chǎn)設(shè)備。該溫度控制系統(tǒng)有時(shí)也可用高光蒸汽模溫機(jī)代替。高光溫度控制柜是系統(tǒng)非常關(guān)鍵的一部分，它根據(jù)模具上的溫度傳感器反饋的溫度控制著高溫蒸汽和冷卻水的切換，并與注塑機(jī)控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)互換信號(hào)，從而進(jìn)行熔體的注射、保壓以及開模頂出動(dòng)作，以完成整個(gè)注塑過(guò)程!整個(gè)注塑成型。,三、蒸汽模技術(shù)中的關(guān)鍵技術(shù),3.1 塑件結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì) 蒸汽模成型技術(shù)作為高光無(wú)熔痕成型技術(shù)之一，其塑件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與普通塑件不同，即需要根據(jù)高光無(wú)熔痕模具的成型特點(diǎn)對(duì)塑件進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，如制件的脫模斜度、圓角過(guò)渡、螺釘柱固定結(jié)構(gòu)等都需要調(diào)整，以滿足高光無(wú)熔痕注塑

6、成型的工藝要求。,三、蒸汽模技術(shù)中的關(guān)鍵技術(shù),3.2 成型過(guò)程模擬和澆注系統(tǒng)優(yōu)化 高光蒸汽模具在注塑成型過(guò)程中，模具溫度較高，且模溫在短時(shí)間內(nèi)變化很大，從而導(dǎo)致蒸汽模具的流道布局和普通模具有很大的差別。為了達(dá)到較好的成型效果，可以利用 Moldflow分析軟件對(duì)成型過(guò)程進(jìn)行模擬分析，從而對(duì)澆注系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)等進(jìn)行優(yōu)化，以得到理想的填充效果和優(yōu)良的成型質(zhì)量，且成本較低。如圖3所示為應(yīng)用 Moldflow軟件對(duì)制件的翹曲變形進(jìn)行優(yōu)化前后的對(duì)比。,從圖3（a）可以看出，制件在Z軸方向的變形比較嚴(yán)重，翹曲現(xiàn)象明顯。從圖3（b）可以看出，在Moldflow軟件進(jìn)行優(yōu)化以后，Z軸方向的變形明顯減小，翹曲現(xiàn)

7、象不明顯。,三、蒸汽模技術(shù)中的關(guān)鍵技術(shù),3.3 蒸汽管道的設(shè)置與優(yōu)化 由于蒸汽管道和冷卻管道是共用的，因此正確設(shè)置管道尤為關(guān)鍵。而蒸汽模成 型技術(shù)對(duì)蒸汽管道的排布講究合理性和有效性。合理的排布管道不僅可以大大 提高注塑效率，而且起到使塑件受熱和冷卻更加均勻，減少內(nèi)應(yīng)力和翹曲變形 的作用。其設(shè)計(jì)原則是：根據(jù)塑件形狀特征來(lái)設(shè)計(jì)模具的型腔結(jié)構(gòu)和環(huán)繞型腔 的隨形冷卻管道，實(shí)現(xiàn)模腔內(nèi)部熔體溫度的動(dòng)態(tài)控制，使熔體在模腔中的流 動(dòng)達(dá)到最佳狀態(tài)。,三、蒸汽模技術(shù)中的關(guān)鍵技術(shù),3）管道孔的排列與型腔形狀吻合。當(dāng)塑件壁厚不均勻時(shí)應(yīng)在壁厚處開設(shè)距離塑件較近、管間距較小的冷卻管道。 4）采用并流流向，高光蒸汽模具進(jìn)出

8、水溫差控制在2左右。如果進(jìn)出水口溫差過(guò)大，會(huì)使模具內(nèi)部溫度不均，特別是塑件型腔和模板尺寸很大時(shí)。為了使塑件的冷卻速度基本一致，管道排向采用與熔體大致并流的流向，并將冷卻回路的入口設(shè)在澆口附近，出口設(shè)在流動(dòng)末端。,蒸汽模具管道的設(shè)置主要考慮以下幾個(gè)方面：,1）型腔、型芯和四面的滑塊應(yīng)均勻布置蒸汽管道，不可只布置在模具的一側(cè)，應(yīng)保持平衡，否則塑件兩側(cè)溫度不均勻，在保壓冷卻后會(huì)發(fā)生翹曲變形。,2）管道孔間距越小，直徑越大，塑件加熱和冷卻越均勻。理想情況下管壁間距離不能超過(guò)管徑的5倍，距制件表面一般1015mm。蒸汽管道與制件的距離一般1215mm。如果管與管或制件相距太近，則在壓力作用下容易產(chǎn)生變形

9、、爆裂、裂縫而損壞模具；若相距太遠(yuǎn)，則傳熱不均勻，會(huì)導(dǎo)致熱量失衡，影響注塑成型。,三、蒸汽模技術(shù)中的關(guān)鍵技術(shù),5）設(shè)計(jì)蒸汽管道按照精簡(jiǎn)原則，采用二合一或三合一方式進(jìn)出，如圖4所示。為防止漏水，鑲塊間拼接處不應(yīng)設(shè)置冷卻通道，并注意水管穿過(guò)型芯、型腔與模板接縫處的密封以及水管與水嘴連接處的密封，同時(shí)水管接頭部位的設(shè)置應(yīng)不影響操作，在模具上應(yīng)開通槽，用于滑塊的水管接頭。,加熱和冷卻管道的設(shè)置，在不同工藝參數(shù)下會(huì)有優(yōu)劣之分。以成型表面溫度的均勻性為目標(biāo)函數(shù)，利用CAE軟件對(duì)加熱和冷卻通道的形狀、尺寸、數(shù)量、分布等參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，尋求最佳的加熱和冷卻效果，以確?？梢钥焖偕郎睾徒禍?。,三、蒸汽模技術(shù)中的關(guān)鍵

10、技術(shù),3.4 熱疲勞開裂的預(yù)防 高光蒸汽模具在注塑成型過(guò)程中要反復(fù)經(jīng)歷高達(dá)近百攝氏度的溫差變化，容易 產(chǎn)生熱疲勞開裂，對(duì)此需要采取預(yù)防熱疲勞開裂的措施，以保證模具的壽命和 制件的精度。高光蒸汽模具的成型零件需要使用耐腐蝕的淬硬材料，一般采取 鑲拼結(jié)構(gòu)，并預(yù)留熱膨脹間隙，可有效解決型腔熱疲勞開裂問(wèn)題，從而提高模 具的使用壽命。,四、蒸汽模技術(shù)的優(yōu)勢(shì),與普通的注塑模技術(shù)相比較，蒸汽模技術(shù)有以下明顯優(yōu)勢(shì):,1）能消除制件表面的熔接線、熔接痕和銀絲紋等缺陷。 蒸汽模技術(shù)可以使模具溫度在短時(shí)間內(nèi)上升到當(dāng)成型模具溫度較高時(shí)，塑料熔體的流動(dòng)性及充填性能都較好，從而消除制件表面的熔接線、熔接痕、銀絲紋等缺陷，

11、能明顯改善制件的表面質(zhì)量。 蒸汽模技術(shù)使模具溫度快速升高和降低，熔體在充模過(guò)程中，熔融端也發(fā)生氣泡，但是由于模具表面溫度仍高于塑料熱變形的溫度，因此氣泡在接觸模具表面后未固化，同時(shí)樹脂壓力壓縮氣泡，消除表面部分氣泡，從而消除銀絲紋。,圖6 蒸汽模技術(shù)消除銀絲紋的原理圖,四、蒸汽模技術(shù)的優(yōu)勢(shì),2）應(yīng)用蒸汽模技術(shù)，成型塑件具有天然光澤（可以達(dá)到鏡面光澤的程度），提高了表面的光澤度，改變了塑件的表面質(zhì)量，塑件可無(wú)需再進(jìn)行人工打磨、噴涂和拋光。而傳統(tǒng)的注塑模技術(shù)需要應(yīng)用多種后處理工藝來(lái)進(jìn)行表面處理，需花費(fèi)大量的時(shí)間，因此，應(yīng)用蒸汽模技術(shù)可以節(jié)省大量的后處理時(shí)間，提高生產(chǎn)效率。,圖7 傳統(tǒng)注塑模技術(shù)與蒸

12、汽模技術(shù)的制件表面質(zhì)量比較,上圖為傳統(tǒng)注塑工藝下的制件，其表面出現(xiàn)纖維，從電鏡圖中可以明顯地看出，材料成型過(guò)程中流動(dòng)性不強(qiáng)，光澤度較低； 下圖為經(jīng)蒸汽模技術(shù)得到的高光注塑制件，材料在注塑過(guò)程中流動(dòng)性較好，其表面光澤、無(wú)纖維。,四、蒸汽模技術(shù)的優(yōu)勢(shì),3）減小殘余應(yīng)力，防止表面翹曲。 蒸汽模技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)模具溫度快速升高和冷卻，使得熔體受熱冷卻更加均勻，從而減小了塑件的殘余應(yīng)力，防止翹曲變形。 4）模具溫度高，塑料熔體在模具型腔中的流動(dòng)性好，因此，非常有利于薄壁塑件( 可薄至0.5mm以下) 的注塑成型。 5）介質(zhì)環(huán)保，可以實(shí)現(xiàn)回收。通過(guò)專門配置的加熱與冷卻設(shè)備，利用蒸汽作為加熱介質(zhì)，利用冷卻水作為

13、冷卻介質(zhì)，使用完的冷卻水可以實(shí)現(xiàn)回收利用，非常環(huán)保。,五、蒸汽模成型的主要影響因素,5.1 塑料材料 蒸汽模技術(shù)適用于各種制件，但是并不是所有的塑料都可以采用該技術(shù)，一般適用成型ABS、PS、PC、PMMA等大多數(shù)工程塑料，尤其適合成型添加玻璃纖維的增強(qiáng)塑料?？筛鶕?jù)生產(chǎn)需要選取適當(dāng)?shù)乃芰掀贩N，如在電視機(jī)行業(yè)，前殼塑膠材料一般是HIPS和ABS。作為常用的兩種機(jī)殼材料，盡管ABS的成本 會(huì)大一些，但成型出的制件在耐沖擊性、表面光澤度以及硬度方面都HIPS好，所以在生產(chǎn)高光制件時(shí)，通常選用ABS。 5.2 注塑周期 在一個(gè)注塑周期中，開模、閉模、注射及保壓時(shí)間一般遠(yuǎn)小于塑件的冷卻固化時(shí)間，且通常已經(jīng)處于最低值，因此說(shuō)，縮短注塑周期的關(guān)鍵是降低塑件的冷卻固化時(shí)間，而影響這兩者變化的最重要因素是模具型腔表面溫度。因此，降低模具溫度可使這一時(shí)間顯著減小，從而提高塑件的生產(chǎn)效率。,五、蒸汽模成型的主要影響因素,5.3 溫度控制 蒸汽模技術(shù)最關(guān)鍵的是模具