薄壁注塑成型中的变模温控制技术 纲铧故 低对超高速注射机和特殊模具的需求国,避免了 气体加热变模温控制是在充模前将高温高压 以往依赖高的注射速度和注射压力使得制品的经 气体注入到型腔中来加热模具表面,使其升温的 济性降低,而且也放宽了成型工艺对塑料熔体黏 种新技术。图3为高温高压气体加热方式示意 度的限制,使成型材料的种类更加广泛;其次,氵图。韩志翔和刘文斌研究了利用高温氮气作为 较高的模温不但可以延缓熔体与模腔接触界面冷ξ快速变模温的介质,在注射填充之前,快速、精 凝层的扩展,使薄壁塑件可以完整充模,避免短:准、定量地将气体注入模腔中,可以瞬间加热模 射现象,而且使得热流通率下降,不均匀冷却效:腔表面,使其温度最高可达2000℃C左右,且高温 应下降,有助于应力释放,避免塑件翘曲变形,:变化区域可以有效控制在模腔表面附近,不会造 同时还可有效消除熔接线和波流痕,大大改善塑:成模具钢材因温度变化剧烈而产生尺寸膨胀,进 件表面质量,产生镜面效果,提高了塑件强度和:而影响配合度的问题。实验成型了薄壁塑料光学 表面硬度。采用该技术可取消后续的喷涂工艺,:镜片,结果表明:气体加热不但可以有效改善塑 省去昂贵的二次加工费用,在大幅度降低生产成:件外观质量,提高力学性能,降低成型残留应力, 本的同时,节省能源与材料。变模温控制技术在:而且无需对现有模具作太大的修改,是一项非常 薄壁注塑成型过程中能达到改善质量和降低成本:具有经济效益的新技术。 的双重效果。 定模型腔动模 3变模温控制技术在薄壁注塑成型 注塑成型机 中的研究与应用 针对薄壁注塑成型中快速变模温控制的要求, 电加热器 压机 国内外学者对变模温控制的方法进行了大量的研 高温高压气体 究。由于变模温技术仍然采用传统的冷却方式, 所以该技术的主要区别在于加热方式。目前报道 ▲图3高温高压气体加热系统示意图 Fig 3 Schematic drawing of heating system heated by 的加热方式有火焰加热、气体加热、电阻式加热 high temperature and high pressure gas 感应加热和红外线加热等+。 由日本小野产业株式会社开发的快速加热循 火焰加热变模温控制利用以气体为燃料的加:环成型( Rapid Heat Cycle Molding,简称RHCM) 热炉或喷枪,在模具合模瞬间,对模具表面进行技术η,利用高温高压水蒸气将模具型腔表面加 火焰加热,然后再合模进行注射。在一项国际专氵热到塑料的热变形温度,然后注入熔融塑料,在 利技术中,曾报到了用气体火焰来加热模具 注塑过程中,模具温度保持不变,注塑完毕后 使模具表面瞬间达到较高的温度。图2为喷枪火焰ξ模具温度逐渐降至脱模温度,开模顶出制品,然 加热方式示意图。 后进入下一个循环,其工艺过程如图4所示。 喷枪 RHCM主要是针对成型模具,在成型模具型 芯及滑块内开设均匀分布的水路,利用高温高压 水蒸气作为快速加热媒体,冷冻水为冷却媒体, 再用空气管道气压,通过RHCM系统的控制设备 对高温高压水蒸气、冷冻水和空气管道气压三者 在型芯及滑块内水路中进行切换,来加热/冷却模 ▲图2喷枪火焰加热系统示意图 具。注射前,模具型芯及滑块内的水路中通高温 Fig 2 Schematic drawing of heating system heated by flame spray gun 高压水蒸气来快速加热模具到较高温度;注射过46 薄壁注塑成型中的变模温控制技术 低对超高速注射机和特殊模具的需求[3] ，避免了 以往依赖高的注射速度和注射压力使得制品的经 济性降低，而且也放宽了成型工艺对塑料熔体黏 度的限制，使成型材料的种类更加广泛；其次， 较高的模温不但可以延缓熔体与模腔接触界面冷 凝层的扩展，使薄壁塑件可以完整充模，避免短 射现象，而且使得热流通率下降，不均匀冷却效 应下降，有助于应力释放，避免塑件翘曲变形， 同时还可有效消除熔接线和波流痕，大大改善塑 件表面质量，产生镜面效果，提高了塑件强度和 表面硬度[3] 。采用该技术可取消后续的喷涂工艺， 省去昂贵的二次加工费用，在大幅度降低生产成 本的同时，节省能源与材料。变模温控制技术在 薄壁注塑成型过程中能达到改善质量和降低成本 的双重效果。 3 变模温控制技术在薄壁注塑成型 中的研究与应用 针对薄壁注塑成型中快速变模温控制的要求， 国内外学者对变模温控制的方法进行了大量的研 究。由于变模温技术仍然采用传统的冷却方式， 所以该技术的主要区别在于加热方式。目前报道 的加热方式有火焰加热、气体加热、电阻式加热、 感应加热和红外线加热等[4-11] 。 火焰加热变模温控制利用以气体为燃料的加 热炉或喷枪，在模具合模瞬间，对模具表面进行 火焰加热，然后再合模进行注射。在一项国际专 利技术中[4] ，曾报到了用气体火焰来加热模具， 使模具表面瞬间达到较高的温度。图2为喷枪火焰 加热方式示意图。 图 2 喷枪火焰加热系统示意图 Fig. 2 Schematic drawing of heating system heated by flame spray gun 气体加热变模温控制是在充模前将高温高压 气体注入到型腔中来加热模具表面，使其升温的 一种新技术。图3为高温高压气体加热方式示意 图。韩志翔和刘文斌[5-6] 研究了利用高温氮气作为 快速变模温的介质，在注射填充之前，快速、精 准、定量地将气体注入模腔中，可以瞬间加热模 腔表面，使其温度最高可达2 000℃左右，且高温 变化区域可以有效控制在模腔表面附近，不会造 成模具钢材因温度变化剧烈而产生尺寸膨胀，进 而影响配合度的问题。实验成型了薄壁塑料光学 镜片，结果表明：气体加热不但可以有效改善塑 件外观质量，提高力学性能，降低成型残留应力， 而且无需对现有模具作太大的修改，是一项非常 具有经济效益的新技术。 图 3 高温高压气体加热系统示意图 Fig. 3 Schematic drawing of heating system heated by high temperature and high pressure gas 由日本小野产业株式会社开发的快速加热循 环成型（Rapid Heat Cycle Molding，简称RHCM） 技术[7] ，利用高温高压水蒸气将模具型腔表面加 热到塑料的热变形温度，然后注入熔融塑料，在 注塑过程中，模具温度保持不变，注塑完毕后， 模具温度逐渐降至脱模温度，开模顶出制品，然 后进入下一个循环，其工艺过程如图4所示。 RHCM主要是针对成型模具，在成型模具型 芯及滑块内开设均匀分布的水路，利用高温高压 水蒸气作为快速加热媒体，冷冻水为冷却媒体， 再用空气管道气压，通过RHCM系统的控制设备 对高温高压水蒸气、冷冻水和空气管道气压三者 在型芯及滑块内水路中进行切换，来加热/冷却模 具。注射前，模具型芯及滑块内的水路中通高温 高压水蒸气来快速加热模具到较高温度；注射过 薄壁注塑成型中的变模温控制技术.indd 46 2008/8/30 16:37:55