翻盖叠层式热流道注射模设计

1、洗衣机翻盖叠层式热流道注射模设计吴盛金, 刘斌( 华南理工大学聚合物新型成型装备国家工程研究中心, 广东广州510640摘要: 分析了洗衣机翻盖的结构特点及工艺要求, 介绍了叠层式热流道注射模的结构、工作过程与结构设计要点, 并对叠层式热流道注射模的相关设计参数进行了计算。该叠层式热流道注射模工作可靠、生产效率高、经济性好。关键词: 叠层式注射模; 热流道; 洗衣机翻盖中图分类号: TQ320. 662 文献标识码: B 文章编号: 1001- 2168( 2010 05- 0048- 06 Design of stacked hot runner injection mould for wa

2、shing machine coverWU Sheng- jin, LIU Bin(National Engineering Research Center of Novel Equipment for Polymer Processing, South China University of Technology, Guangzhou, Guangdong 510640, ChinaAbstract: The structural characteristics and technological requirements for a washing machine coverwere an

3、alyzed, and the structure, working procedure and design points of a stacked hot runner injection mould were presented. Some related technological parameters of the stacked hot runner injection mould were calculated.Key words: stacked injection mould; hot runner; washing machine cover1 引言在注射成型中, 1 副叠

4、层模具通常是由2 层或2层以上的模具背对背安装而成1 。为减少注射时的压力损失, 常与热流道结合使用, 能有效提高注塑机的生产效率, 节约生产空间、水、电和工时。因此, 相比单层普通流道注射模, 叠层式热流道注射模经济性好。与常规模具相比, 1 副2 层叠层式模具型腔数目可增加1 倍, 但所需的锁模力仅增加5% 15%。由于叠层式模具的开、合模行程长, 相应的开、合模时间稍长, 生产效率不能增加100% , 但可提高90% 95% 2。受到开模行程的限制, 叠层模具最适合于成型大型扁平制件、小型多腔薄壁制件和大批量生产的制件。典型的2 层热流道注射模主要由3 个部分组成: 定模部分、动模部分和

5、中间部分3 。针对洗衣机翻盖, 利用Pro/ E 软件设计了双层热流道模具, 采用2 个动模、一个中间部分、无定模的模具结构。2 塑件结构与成型工艺分析图1 为洗衣机翻盖的三维图, 图2 为洗衣机翻盖的二维图。分析发现, 这是一个大型扁平塑件, 生产批量为中大批量, 塑件投影面积大, 故需要的锁模力很大。塑件结构不复杂, 最大高度为22 mm, 适合采用叠层式热流道模具成型。图1 洗衣机翻盖三维图图2 洗衣机翻盖二维图洗衣机翻盖要求尺寸稳定性高, 并要求有一定的透明性, 成型材料选用SAN( 苯乙烯- 丙烯腈共聚体 , 收缩率为0. 3% 0. 7%。SAN 是一种坚硬、透明的材料, 具有良好

6、的尺寸稳定性、耐热性、耐油性、抗震动性和化学稳定性。在叠层式热流道模设计中应该考虑以下因素:( 1 要保证塑件的尺寸精度, 塑件结构不能太复杂。( 2 开模机构和脱模机构设计不能太复杂, 工作可靠, 最好能做到同时开模和同时顶出, 使塑件收缩率一致。( 3 模温控制系统能确保叠层式热流道模具中的2 层型腔温度一致。( 4 热流道板的热膨胀问题以及应当采取的隔热措施等 4。3 模具结构与工作过程洗衣机翻盖双层叠式热流道注射模结构如图3所示。模具2 个层面各一个型腔。来自注塑机喷嘴的塑料熔体由主流道衬套绕过第一个分型面, 经过连接管、进料管直接进入中央热流道板中, 通过热喷嘴注入模具型腔。带有2

7、层型腔和顶出机构的模板上下叠层利用前、后动模的导柱导向。在前、后动模两侧各设有推杆、推板和推杆固定板等顶出机构和复位机构。模具采用杠杆结构实现顺序开模。3. 1 叠层式热流道注射模结构模具的2 个分型面分别为前动模型芯板9 和前动模型腔板10 之间的面与后动模型芯板22和后动模型腔板23 之间的面。采用一个加热主流道衬套36 将塑料熔体送到前热流道板2, 经过连接管11、进料管13, 直接进入中央热流道板26中, 再由2 个热流道喷嘴41 将熔料注入型腔。整个熔体输送系统( 包括前热流道板2、侧面热流道板3、连接管11、进料管13 借助支柱31 固定在中央热流道板26 上。模具主要由3 个部分

8、组成, 即中间部分、前动模部分和后动模部分。在前、后动模部分各设有顶出装置顶出塑件。模具2 个分型面的开启和闭合由2 个安装在模具侧面的连接杠杆51 和角形杠杆52 控制。在前、后动模板上分别设有4 根导柱49、39 导向和支撑中间部分。3. 2 叠层式热流道注射模工作过程塑料熔体经注射、保压、冷却后开模, 由于杠杆机构的作用, 模具中间部分( 前动模型腔板10、中央热流道板26、后动模型腔板23 保留在2 个动模( 前动模板4、前动模型芯板9、后动模型芯板22、动模座板18 之间, 模具同时从- 面和- 面分型。在开模的过程中, 推板6、19 由连接杠杆51 带动, 使推杆28、21 顶出制

9、件。50 模具工业2010 年第36 卷第5 期图3 洗衣机翻盖叠层式热流道模结构1. 定模座板2. 前热流道板3. 侧面热流道板4. 前动模板5. 内六角螺钉6. 前动模推板7. 前动模推杆固定板8. 前动模支架9. 前动模型芯板10. 前动模型腔板11. 连接管12. 加热圈13. 进料管14. 石棉绝热板15. 复位杆16. 内六角螺钉17. 后动模支架18. 动模座板19. 后动模推板20. 后动模推杆固定板21. 推杆22. 后动模型芯板23. 后动模型腔板24. 石棉绝热板25. 中央垫块26. 中央热流道板27. 圆柱销28. 推杆29. 液压缸30. 螺钉31. 支柱32. 内

10、六角螺钉33. 石棉绝热板34. 石棉绝热板35. 定位圈36. 加热主流道衬套37. 连接器38. 螺钉39. 导柱40. 导套41. 喷嘴42. 定位销43. 加热棒44. 螺塞45.热电偶46. 内六角螺钉47. 隔热垫块48. 导套49. 导柱50. 导向杠杆51. 连接杠杆52. 角形杠杆模具工业2010年第36卷第5期51( a 绕模具的窄边( b 绕模具的宽边图4 流道系统的布置方式合模时, 由于连接杠杆51 的作用, 2 个动模部分分别向合模方向运动, 顶出机构在复位杆15 的作用下复位。4 模具设计要点4. 1 流道系统设计在叠层模具中, 热流道板一般设在2 个模具型腔的分型

11、面之间, 熔体通过进料管输送到热流道板, 进料管需穿过模具的第一分型面 5。但在图3 模具中是不可能实现的, 因为该塑件覆盖了分型面的整个模具表面。另一种方法是从侧面把熔体输入流道板。这就要求注塑机的注射装置旋转90, 即需采用角式注塑机, 这样注射方向就位于流道系统所成型的面上。由于有关设备原因, 也不宜采用这种设计。图3 模具中熔体由主流道衬套36 绕过第一个分型面, 经过连接管11、进料管13 直接进入中央热流道板26 中。由于连接管11 设置在模具外面, 熔体需要穿过前热流道板2 进入侧面热流道板3 中的连接管11, 再由连接管11 进入进料管13。合理布置流道系统是减少流道压力损失的

12、关键。图4 所示为流道系统的2 种布置方式, 图4( a为流道绕模具的窄边布置, 这样熔体流程延长了, 导致压力损失增大。图4( b 为流道绕模具的宽边布置, 其压力损失减少。图3 模具采用图4( b 的流道系统布置方式。4. 2 热流道板设计中央热流道板26 靠圆柱销42 定位, 由隔热垫块47 支撑。分流道末端螺塞44 加工成圆弧形, 使流道内没有任何死点滞留熔体。使用并排的4 根加热棒43 对中央热流道板26 加热。热电偶45 安装在主流道与喷嘴41 之间。选用了精度高、灵敏可靠的温控系统, 该系统具有反馈电子调节器, 能以无级形式进行功率的控制、调节加热。当温度上升太快, 加热功率会减

13、小; 但温度迅速下降时, 功率会按比例增加, 这就避免了温度产生大的波动, 使叠层式热流道系统能够顺利工作。4. 3 隔热措施为减少热传导的热损失, 使用不锈钢螺钉固定模板。为减少热对流的热损失, 封闭中央热流道板26 的空间, 尽量减少空气在垂直方向的流通。在各流道板的两面都铺设了石棉绝热板14、24、34, 以减少热辐射造成的热损失。在中央热流道板26 两面都设置了隔热垫块47, 既减少了模具与热流道板的接触面积, 又起到了支承中央热流道板26 的作用。4. 4 热膨胀问题热流道板在使用时温度达200 230 , 长度方向和厚度方向会产生热膨胀, 长度方向的热膨胀较显著。将喷嘴41 与浇口

14、中心偏置, 成型时依靠热膨胀使喷嘴41 与浇口中心对准。在型腔板上设置的4个隔热垫块47, 其高度应一致( 4 件同时磨削 , 在热流道板热膨胀状态下, 4 个隔热垫块能在型腔板表面自由滑移。端部的定位销42 应预留出间隙, 让中央热流道板26 在长度方向自由伸缩。图5 所示为侧面热流道板结构。由于热膨胀, 连接管在长度上也会增长, 为了避免在塑料熔体输送系统和热流道板中产生热应力以及因此而造成的可能的泄漏, 在连接管4 和侧面热流道板2 上的3 个固定螺钉在模具达到操作温度之后才拧紧。在关闭加热系统以前, 这些螺钉必须再次拧松。4. 5 开模顶出机构设计叠层式模具中的塑件是分别从2 个分型面

15、中脱模, 因此2 个动模部分需要分别向两边移动, 中间部分保持不动, 在2 个动模设置有相应的顶出机构。如52 模具工业2010 年第36 卷第5 期图5 侧面热流道板结构1. 管形加热器2. 热流道板3. 螺钉4. 连接管5. 石棉绝热板6. 石棉绝热板何保证按要求打开2 个分型面, 并顺利顶出塑件是叠层式模具设计的重点。目前叠层式模具的开模方式一般是由铰链杠杆、齿轮齿条或液压系统来驱动开模6 。图3 模具采用杠杆结构( 包括导向杠杆50、连接杠杆51、角形杠杆52 完成2 个分型面同时分开, 使塑件在各型腔中的停留时间( 冷却时间 相 等, 塑件的收缩一致7 。 离注塑机喷嘴较远的塑件借助

16、注塑机的顶出 机构脱模, 靠近注塑机喷嘴的塑件借助于液压缸 ( 图3 中件29 脱模。 5 叠层式热流道注射模相关参数的计算 5. 1 最大注射量的估算 叠层式热流道注射模的浇注系统采用热流道, 即实现无凝料生产。在热流道板、连接管和热喷嘴 中的熔料不影响模具型腔所需注射量。模具型腔所 需的注射量为8 : V n= i = 1 n j = 1 m j Vi ( 1 式中: Vn 模具型腔所需的注射量, cm3; n 叠 层模具的层数; m 每层的型腔数目; Vi 第i 层型腔中制品的体积, cm3。 当各层型腔成型的制品体积和型腔数目都相 同时: Vn= n m V ( 2 式中: V 型腔中

17、制品的体积, cm3。 图3 模具为双层热流道模具, 共2 个型腔, 计算 的注射量为2 1 146. 4= 292. 8 cm3。 塑件加浇注系统凝料所用的塑料量, 不应超过 最大注射量9 。应满足以下关系: ( 0. 8 0. 85 C Vmax Vn ( 3 式中: Vmax 注塑机的最大注射量, cm3; C 在料 筒温度下熔料体积膨胀率的校正系数, 对于结晶性 塑料, C 0. 85; 对于非结晶性塑料, C 0. 93。 计算得注塑机的最大注射量为292. 8/ ( 0. 85 0. 93 370. 4 cm3。 5. 2 最大注射压力的估算 图3 模具采用热流道, 能很好传递注射

18、压力, 故 所需的注射压力要比单层普通流道模具大, 却比叠 层式普通流道模具小10。设计要求: P max K P 0 ( 4 式中: Pmax 最大注射压力, MPa; K 单层普通 成型 流道模具的安全系数, 常取1. 25 1. 4; P 时所需注射压力, 在实际生产中, P MPa, 这里K 和P 0 0 0 取70 100 都取偏大值, Pmax K P 0= 1. 4 100= 140MPa。 5. 3 锁模力的计算 叠层式热流道模具锁模力按下式计算10 : F ( 1. 1 1. 15 K A Pm ( 5 式中: F 锁模力, kN; A 塑件和流道在分型面 上的投影面积之和,

19、 cm2, 塑件在分型面上的投影面 积为413. 25 cm2; P m 型腔的平均计算压力, kN/ cm2, 查手册 11 , 取2. 5 kN/ cm2; K 单层模具所用 的安全系数, 通常取1. 1 1. 2。 经计算, 锁模力F 1. 15 1. 2 413. 25 2. 5 1 425. 7 kN。 5. 4 开模行程的计算 叠层式热流道模在2 个分型面开模并顶出塑 件, 需要采用具有液压机械联合作用的锁模机构的 注塑机, 其开模行程不受模具厚度影响, 可按下式校 核: S S= H i+ hi+ ( 5 10 ( 6 式中: S 注塑机最大开模行程( 移动模板行程 , mm; S模具的开模距离, mm; n 叠层模具的层 模具工业2010年第36卷第5期53 数; H i 第i 层制品的脱模距离, mm; hi 第i 层塑件包括浇注系统在内的高度, mm( 采用热流道 结构时, hi 为塑件的高度 。 洗衣机翻盖高度为22mm, 通过热流道技术可 实现完全无凝料生产, 注塑机所需的开模行程为 2 ( 20+ 22+ 5 = 94mm。 为了执行开、合模动作, 模具必须能够提供距 离为H 的空间( 见图3 。H 应大于一个分型面的开 模距离, 即47mm。 6 结束语 利用Pro/ E 软件设计了洗衣机翻盖双层热流道 注射