【文章內容簡介】 目前的高光無痕注塑模具結構中高光面殼制造難度和工作量都有所增大，對操作工人和加工設備的要求也較高。從原理上講，高光面殼越薄傳熱效率越高，越有利于獲得高光亮的塑件，但同時制造時越易產(chǎn)生加工變形，失去尺寸精度。高光面殼還需要雙面加工，翻轉加工另一面時安裝定位對精度要求較高。另一方面，由于將傳統(tǒng)的定模模芯分割成兩部分，在高壓蒸汽等熱冷介質反復作用下對介質通路的密封要求也比傳統(tǒng)模具結構高。 目前，一些企業(yè)主要采用高光無痕注塑技術制造高光平板類產(chǎn)品，例如平板電視外框等，對于這類產(chǎn)品不需要制作高光面殼，而可采用深孔鉆直接在模芯上鉆削加工密集的平直的介質通路。但是由于絕大多數(shù)塑件產(chǎn)品表面都或多或少地存在曲面形狀部分，如果不使用高光面殼，就難以實現(xiàn)高效均勻傳熱，很容易產(chǎn)生熔接痕和扭曲變形等缺陷。 由于高光模具可以直接生產(chǎn)高光無痕環(huán)保塑件，可以避免后續(xù)的油漆工藝以及相應的含鉛量的控制問題，大大有利于環(huán)境保護，這一公共技術未來將可帶來注塑模具設計與制造理念上的變革，促進模具制造產(chǎn)業(yè)技術升級，對于構建以人為本的和諧社會，可以產(chǎn)生非常大的社會、經(jīng)濟效益。 9．氣體輔助注射成型 氣體輔助注射成型可生產(chǎn)壁厚不均勻的制品，生產(chǎn)的制品不僅無表面縮痕、無翹曲變形、用料少，而且容易控制，外表面光潔無氣泡。它是將高壓惰性氣體注射到塑料熔體芯部以成型中空截面，并輔助推動熔體流動，實現(xiàn)注射、保壓及冷卻的技術。 氣體輔助注射成型的工藝過程，可分為如下四個階段。 1)熔體注射。將塑料熔體定量地注入模具型腔，此階段與傳統(tǒng)的注射成型相似，只是氣輔注射為“欠料注射”，即注射量為模具型腔容積的 55%~80%，具體的注射量隨制品而異，以確保在注入高壓氣體時不會把熔體表層吹破，并且獲得一個理想的充氣體積為宜。 2)氣體注入。把高壓惰性氣體，例如氮氣注入熔體芯層，氣體在塑料熔體的包圍下沿阻力最小的方向前進，同時推動熔體流動前緣繼續(xù)向前流動，最后充滿模具型腔。此階段，氣體壓力必須大于塑料熔體的壓力，以便使制品形成中空狀態(tài)。這一階段在整個生產(chǎn)過程中起著非常重要的作用。它直接影響制品最后的質量。氣體輔助注射成型中的許多缺陷，例如氣穴、吹穿、欠料注射及氣體滲入薄壁部分等都產(chǎn)生在這一階段。 3)氣體保壓。模腔充填完后，在保持氣體壓力的情況下使制品逐漸冷卻，以補償因物料冷卻而引起的制品收縮。在該階段，氣體由內向外對塑料均勻施壓，使制品外表面始終緊貼模具型腔內壁，在制品較厚部分的外表面不容易形成凹陷，提高了制品的質量。 4)氣體排出。當制品冷卻到具有一定剛度和強度后，使氣體泄壓，并回收循環(huán)使用。最后打開模腔頂出制品。 氣體輔助注射成型的優(yōu)點包括： 1)注射壓力和鎖模力低，從而降低了設備費用。 2)制品翹曲變形小。 3)制品表面質量高。 4)可用于成型壁厚差異較大的制品。 5)生產(chǎn)周期短。 6)工藝控制要求嚴格。 7)節(jié)省塑料原料。 但是，氣體輔助注射成型時，在制品注入氣體和未注入氣體的表面會產(chǎn)生不同的光澤，需要用花紋裝飾或遮蓋。 氣體輔助注射成型所用設備由普通注塑機和氣體注射裝置組成。氣體注射裝置包括氣體壓力制備系統(tǒng)、噴氣嘴和特殊的氣壓控制系統(tǒng)三部分。一般使用的氣體為氮氣，氣體壓力和氣體純度由成型材料和制品的形狀決定。壓力一般在 5~32MPa，最高為 40MPa。高壓氣體每次注射時，以設定的壓力定時從氣體噴嘴注入。氣體噴嘴一個或多個，設在注塑成型機噴嘴，模具的流道或型腔上。 分型面 分型面是模具結構中的基準面，它直接影響著成型塑件的質量、模具加工的工藝性以及注射成型的效率等等。因此確定模的分型面是模具設計中的重要環(huán)節(jié)之一。 分型面的選擇原則： 1)保證塑件外觀。如圖 153(a)右圖所示的分型面上，進料在塑件外表面易形成熔接痕或溢出，且不易清除。若改用左圖的形式則較為理想。圖153(b)左圖的形式，使塑件外部可形成光潔的圓角；而右圖中，塑件頂部有頂桿痕跡，并形成尖角影響美觀。 (a) (b) 圖 153 分型面的選用原則 2)有利于排氣。排氣盡量選擇和物料流動的末端相重合。如圖 154所示，右圖 A處成盲腸狀，不容易排氣，易產(chǎn)生填空不滿，出現(xiàn)氣泡現(xiàn)象。若改用左圖的形式，則模腔中的氣體容易按分型面方向排出，故較為適用。 圖 154 有利于排氣的分型面 3)盡量使塑件留在動模一側。一般情況下，在開模時，將塑件留在設有頂出裝置的動模一側，以利于頂出、脫模。如圖 155所示，由于塑件的收縮對型芯的包緊力大于對型腔的包緊力，所以如右圖的形式，開模時塑件將留在型芯上，與型芯一起脫離動模，正常情況無法將塑件頂出。左圖則使塑件包緊型芯留在動模一側，可用頂出系統(tǒng)頂出塑件。 圖 155 有利于脫模的分型面 4)保證塑件精度。如圖 156是塑料齒輪注射模的一部分，它的直徑 d和 D有同軸度要求。右圖中 d和 D分別從定模和動模形成，會由于合模時同心度的偏差而難于保證。采用左圖的結構，直徑 d和 D全部在動模中成型，很容易滿足它們同心度的要求。 圖 156 保證塑件精度的分型面 5)容易加工。圖 157分別為斜面式分型面和曲面式分型面的實例。如左圖的結構只需一個斜面或曲面與相對合的模板配合即可。因此，這種分型面貫通的結構形式較為理想，而右圖中則需幾個面的配合，即費時、費力，給配合工作帶來了困難。 圖 157 有利于加工的分型面 6)考慮側向分型面與主分型面的協(xié)調。帶有側孔或側凸凹槽的塑件，往往把側抽芯的部位放在動模一側便于抽芯。這樣，側滑塊在動模體內，而斜導柱和楔緊塊安置在定模一側也便于加工和配合，盡量避免在定模一側抽芯，以簡化模具結構。圖 158的右圖是設置在定模一側抽芯，斜導柱不管設在動?；蚨?，都必須采用順序定距分型機構，使模具結構變得復雜。采用左圖的形式，在動模一側抽芯，斜導柱設在定模，在開模的過程中即可抽芯，是常用的結構形式。 在選擇側抽芯時，應盡量選用抽芯距短的方案，而側抽芯的形式對側滑塊所需的鎖緊力影響很大。側面積大時，注射壓力以很大的側面積對側滑芯施加壓力，則需要很大的鎖模力。 圖 158 側向分型面與主分型面的協(xié)調 7).分型面應與注射機的參數(shù)相適應。設計模具時，當注射機選定后，就應使模具各部均在注射機的技術參數(shù)的范圖內。 如圖 159所示，當塑件的投影面積 A接近注射機的最大注射面積的臨界狀況應采用圖 159a)的塑件安置方式。當 A面能滿足注射機的這個參數(shù)，而模具的閉合高度過大時，則應采用圖 159b)的方式。 a) b) 圖 159 分型面應與注射機的參數(shù)相適應 8).考慮脫模斜度的影響。應避免或減少因脫模斜度形成塑件兩端尺寸差異過大而產(chǎn)生的塑件壁厚不均勻的現(xiàn)象，這在較長的塑件中較為明顯。如圖 160b)所示，由于型腔和型芯的脫模斜度是反向的，引起兩端壁厚不均勻，而且塑件脫模也比較困難。如果塑件外觀無嚴格要求，可用圖 160a)所示的方式，將分型面設在塑件的中間部位，可以部分彌補塑件壁厚不均勻的現(xiàn)象，同時有利于塑件脫模。 a) b) 圖 160 脫模斜度對分型面的影響 澆注系統(tǒng) 澆注系統(tǒng)由主流道、分流道、澆口組成，此系統(tǒng)是模具設計中的重點，澆注系統(tǒng)的優(yōu)劣，直接影響到制品的外觀、物理性能、尺寸精度、成型周期等。 從注射機噴嘴注出的熔融樹脂，對于單型腔模具來說，是通過主流道直接注入型腔，而對于多型腔模具來說，則是通過主流道及枝狀分流道注入型腔。通往型腔入口的狹窄部分稱之為澆口。 熔融樹脂通過主流道、分流道、澆口時，由于摩擦作用而使壓力降低，并在此狀態(tài)下充滿型腔。同時熔融樹脂通過流道及限制性澆口時，由于摩擦作用產(chǎn)生摩擦熱而使樹脂溫度上升，并在這種狀態(tài)下注入型腔。而在模具內由于熱傳遞而使樹脂溫度降低。 雖然流道、澆口在制品成型和質量等方面起著重要的作用，樹脂注入模腔時增快的流動速度，以及經(jīng)過流道、澆口所產(chǎn)生的摩擦溫升無法用簡單的公式來表示，在實際設計時，一般僅從制品形狀、大小、樹脂的特性等方面來決定流道及澆口的形式。觀念上，流道及澆口形式應從制品造型設計和模具設計過程綜合考慮。 在選擇澆注系統(tǒng)時，基本要點是選擇不使從噴嘴注出的熔融樹脂的溫度與壓力下降，適于填充入模的結構形式。因此要求主流道、分流道、澆口盡量“粗短”。但考慮到注射機的注射量、塑化能力、制品外觀、加工、尺寸精度、物理性能、成型周期、原料損耗等方面、又需適當保持模具的溫度，則要求流道、澆口盡量“細短”。除此之外澆注系統(tǒng)所有的部位都必須進行充分的拋光。圖 161為主流道、分流道、澆口系統(tǒng)的布置。 1．澆注系統(tǒng)的組成 1. 冷料井； 2. 主流道； 3. 分流道； 4. 澆口； 5. 塑件； 6. 排氣槽 圖 161 注射模的澆注系統(tǒng) 2．主流道 主流道位于模具的入口部，其作用是將塑化熔融的樹脂，導入流道或型腔。一般的主流道襯套被鑲配于型腔板或流道板上。采用直接澆口方式時，在制品上留有主流道的痕跡。由于主流道襯套承受成型壓力，若要不使其產(chǎn)生位移，則應在定位環(huán)上設置階梯狀臺肩來加以固定。主流道襯套內孔呈圓錐形，圓弧 R 處為錐孔的小端。錐孔的錐度越大，主流道越容易脫出。主流道襯套與噴嘴也有平面接觸的形式，采用這種形式便于找正，接觸配合嚴密。 主流道襯套的設計要點有如下幾點： 1) 主流道襯套的圓孤半徑 R 應比噴嘴頭部半徑 R大 l mm 左右； 2) 錐孔的小端直徑應比噴嘴孔直徑大 ~l mm； 3) 盡可能縮短長度。 4) 錐孔要沿長度方向拋光，便于凝料脫出。 冷料穴一般設置在主流道的末端，即處于主流道正對面的動模板上和分流道的末端。它的作用是用來儲存注射間歇期間，噴嘴前端由散熱造成溫度降低而產(chǎn)生的冷料。在注射時，如果它們進入流道；將堵塞流道并減緩料流速度；進入型腔，將在塑件上出現(xiàn)冷疤或冷斑。影響塑件質量。同時在開模時，冷料井又起到將主流道的凝料從澆口套中拉出的作用。冷料穴的直徑應大于主流道的大端直徑，其長度約為主流道的大端直徑，這樣有利于物料的流動。 頂桿式鉤料裝置是由冷料穴和頂桿組成，在冷料穴的底部設有一頂桿，頂桿固定在頂桿固定板上，并與頂出系統(tǒng)聯(lián)動。其基本結構形式和主要尺寸如圖 162所示，其中圖 162a)是 Z 形鉤料桿的結構形式。開模時，在端部 Z 形的作用下，將主流道凝料從澆口套中拉出，在頂出系統(tǒng)開始頂出動作時，與頂桿同時將塑件和澆注凝料一起頂出模體。這是一種常用的鉤料頂出形式。但在凝料脫出時，需有一個側向移動，不易實現(xiàn)凝料脫模自動化。有時受模具結構的限制，在凝料脫模時，不允許塑件側向移動。 圖 162 頂桿式鉤料裝置 頂桿鉤料裝置的另一種形式是在冷料穴的內壁上，設置阻礙凝料被拔出的結構，利用冷料穴的內側凹，將主流道凝料從澆口套中拉出，這些形式易實現(xiàn)操作自動化。但只適用于韌性較好的柔軟材料。還有一種簡單易行的方法，就是利用冷料穴內壁的粗糙面，完成鉤料功能，也取得理想的效果。或者在冷料穴的一端，攻一段不完整的內螺紋。所謂不完整就是說螺紋高度做得很淺，只要能穩(wěn)定地鉤出主流道凝料即可。 推板式鉤料裝置如圖 163所示，鉤料桿安裝在型芯固定板上，不與頂出系統(tǒng)聯(lián)動。圖 163a)為球頭形鉤料桿，圖 163 b)為分流錐式鉤料桿，它們都是利用小于 mm的側凹環(huán)鉤出凝料的。分流錐式鉤料桿結構，便于加工，并起到分流的作用。圖 163c)是一種結構簡單的鉤料桿，它是將鉤料桿端部做成有粗糙面的圓柱芯軸，或攻一段螺紋高度為 ~ 的螺紋。 圖 163 推板式鉤料裝置 3．分流道 在多型腔的模具中，分流道的布局形式很多。分流道的布局是圍繞型腔的布局而設置的，即分流道的布局形式取決于型腔的布局，分流道和型腔的分布有平衡式和非平