CN102107479A - 微波加热的滚塑模具设备和一种滚塑产品的制造方法 - Google Patents

Abstract

微波加热的滚塑模具设备，涉及化工机械，其特征是：含有微波源、模具上模、上模法兰、下模法兰、可移动恒温加热箱。模具下模上固定有卡槽，卡槽和支撑滚轮配合支撑起模具下模，模具下模上的上模法兰与下模法兰由模具夹具锁紧成模具整体。模具上模通过传动装置与电机连接形成轴向旋转。微波热源通过微波传输管与模具上模连接将微波输入模具腔内，安装测温仪的恒温加热箱包覆在模具上模和模具下模组成的模具整体上，以上部件整体设置在底座上，底座两端分别与底座铰链和底座摇摆机构连接形成摇摆结构。本发明热传导效率高、加热均匀，成本低、噪音低。

Description

微波加热的滚塑模具设备和一种滚塑产品的制造方法

技术领域

本发明属于材料化工领域，特别涉及一种滚塑模具，以及使用这种模具制造滚塑产品的方法。

背景技术

滚塑（rotational moulding；plastic rotational casting； roto-molding ；rotomould），又称旋转成型、旋转浇铸成型，是一种热塑性塑料中空成型方法。即先将粉状或糊状物料注入模内，通过对模具的加热和纵横向的滚动旋转，使物料借自身重力作用和离心力作用均匀地布满模具内腔并且熔融，待冷却后脱模而得中空制品。

由于滚塑的转速不高，设备比较简单，产品几乎无内应力，不易发生变形、凹陷等优点，所以得到了广泛的推广应用。最初主要用于聚氯乙烯糊塑料生产玩具、皮球、瓶罐等小型制品，近来在大型制品上也有较多应用，所用树脂已有聚酰胺、聚乙烯、改性聚苯乙烯聚碳酸酯等。

在滚塑工业中，滚塑模具制作常用钢板焊接或者铝合金铸造而成。滚塑成型对模具材质强度要求不高，但必须具有良好的热传导性，并能抵挡频繁加热与冷却过程中的应力交替，因此低碳钢、铝等都是理想的制模材料。选择模具制作方法时通常考虑以下几个方面：构造的复杂程度，滚塑制品的形状和尺寸。同时，在制造模具时，成本是另外的一个重要因素。模具制作成本包括制模具厚度、模具数量和生产工时等等。合理的滚塑模具制造工艺和正确选用模具材料是获取优质滚塑制品的首要保证。

目前，滚塑模具制作最为常用的生产方式是手工制备。其存在必然缺陷是：1）对操作工人的个人经验要求较高；2）对于较为复杂形状的模具手工难以制备；3）模具精度较低；4）生产周期较长；5）成本较高。

现行滚塑工艺的热源多采用火焰直接加热、热气室恒温、套层热油等几种方式加热模具外壳。实际使用中大部分采用的热气室空气加热一般采用燃料、电热空气、热油间接加热，由于模具热传导的效率限制，致使热能的利用率极低；套层热油由于高温油的泵送和旋转密封等问题，使得实际应用中工艺难度和运行成本极高。同时，由于温度控制反应的滞后，造成塑脂在涂布、熔融、黏附时难以调节所需温度，导致塑材过热碳化或理化性能剧降，因此滚塑件难以重复回收利用。同时，高温热室的环境造成旋转支撑、模具附件等氧化锈蚀和支撑件的选材局限，限制了滚塑自动化的发展。

发明内容

本发明的发明目的是，针对背景技术所述现有的滚塑模具设备的缺陷，发明一种采用微波加热的滚塑模具和一种利用本发明模具来制造滚塑产品的方法。

本发明的微波加热的滚塑模具设备含有微波源1、微波传输管2、传动装置3、模具上模4、上模法兰5、下模法兰6、可移动的恒温加热箱7、模具下模8、测温仪11、底座铰链12、模具夹具13、底座摇摆机构14、底座15和电机16。

模具下模8上固定有卡槽9，卡槽9和支撑滚轮10配合支撑起模具下模8，模具下模8上的上模法兰5与模具上模4的下模法兰6由模具夹具13锁紧组成模具整体。模具上模4通过传动装置3与电机16连接形成轴向旋转。微波热源1通过微波传输管2与模具上模4连接将微波输入模具腔内。可移动的恒温加热箱7设置在模具整体旁，并可移动至包覆在模具上模4和模具下模8组成的模具整体的外围，所述可移动的恒温加热箱7上设有测温仪11；包覆恒温加热箱7的模具整体、传动装置3、电机16、微波源1及微波传输管2整体安装到底座15上，底座15两端分别与底座铰链12和底座摇摆机构14连接形成摇摆结构。

优选的：所述的底座摇摆机购含有凸轮，底座一端与底座摇摆机构的凸轮连接。

利用本发明设备进行滚塑产品的制造方法是：

步骤1，加料：将称好量的塑料以粉料的形式装入模具下模8内腔，盖上模具上模4，模具夹具13紧固上模法兰5和下模法兰6构成模具整体，可移动恒温保温箱横向移动至模具整体的外围，呈包覆状；

步骤2，加热：以电机驱动摇摆机构14使底座15上下摆动，同时启动电机16使模具轴向旋转。使用PLC控制微波源1产生微波，同时设定加热时间，微波通过微波传输管2导入模具腔体加热粉体塑料，所有的塑料黏附并烧结于模腔的内表面；测温仪对温度进行采集反馈给PLC实时调整；

步骤3，冷却：加热周期结束，继续保持模具的旋转同时停止微波加热，在空气中模具冷却，将模具内塑料冷却到室温；

步骤4，停止模具的旋转，移开可移动的恒温保温箱，打开模具，脱模。

本发明的有益效果是：

（1）由于常规火焰加热是利用热传导将热量首先传递到模具进而传递到被加热物料的表面并逐步使内部温度升高，因此要使被加热物料内部达到所需的温度，需要一定的热传导时间，对于热传导率差的物料所需的时间就更长。采用本发明的微波加热则使用物体内部加热方式，电磁能直接作用于介质分子并转换成热，且透射使介质内外同时受热，不需要热传导，所以可在短时间内快速加热，热传导效率明显提高。

采用其它外部加热方式加热时，为提高加热速度，需要升高外部温度来加深温差梯度，由此很容易产生加热不均匀现象。采用微波加热则对加热物料形状无具体要求，微波能均匀渗透并产生热量，因此加热均匀性大大改善。并且微波加热作为极度成熟的商业化技术，成本较套层热油加热低很多。

（2）应用PLC，可进行加热过程和加热工艺规范的可编程控自动化控制从而控制微波功率，实现对被加热物料的立即加热和终止，无热惯性，极大地提高加热自动化程度和温控精度。利用测温仪扫描模具外壁温度信号控制微波加热，可以精确控制模具温度，进而有效控制产品质量。

（3）由于微波是控制在金属制成的模具加热腔体和波导管中工作，无微波泄漏，因此微波只能被加热物料吸收。腔内的空气与模具本身都不会被加热，因此加热效率高，设备向外散热少，噪音小，同时极大改善工作环境。

附图说明

图1，本发明的微波加热的滚塑模具设备的结构图。

具体实施方式

如图，本发明的设备包括微波源1，微波传输管2，传动装置3，模具上模4，上模法兰5，下模法兰6，可移动的恒温加热箱7，模具下模8，卡槽9，支撑滚轮10，测温仪11，底座铰链12，模具夹具13，底座摇摆机构14，底座15，电机16。

采用金属板材无模单点渐进成形技术拉伸制备滚塑模具下模8的各拼接件，然后通过焊接将拼接件拼装成下模整体，模具上、下模通过模具夹具13夹紧组成模具整体，用扁钢条制作下模8的法兰6焊接到下模8上口周围，采用同样方法制作上模4和上模法兰5。

支撑滚轮10固定在底座15上，下模8上固定有卡槽9，将支撑滚轮10与卡槽9配合支撑定位模具整体。电机16安装在底座15上，通过传动装置3将上模4和电机16连接，电机动力经过传动装置传输到上模使模具整体作轴向旋转。微波源1安装在底座15上，微波穿过微波传输管2导入模具腔体。可以移动的恒温加热箱7上装有测温仪11，模具加热时加热箱移动到模具上方包覆模具整体保持温度，测温仪11监测模具和加热箱温度，保证模具温度得到有效控制。底座15一端与底座铰链12焊接固定，另一端与底座摇摆机构14的凸轮接触，摇摆机构凸轮由电机驱使转动使模具作左右摆动。

利用上述结构滚塑模具制造相关滚塑产品过程如下：

步骤1，加料：将称好量的塑料以粉料的形式装入模具下模8内腔，盖上模具上模4，模具夹具13紧固上模法兰5和下模法兰6构成模具整体；可移动的恒温加热箱7横向移动至模具整体的外围，呈包覆状态；

步骤2，加热：电机16驱动底座摇摆机构14使底座15上下摆动，同时启动电机16使模具轴向旋转。使用PLC控制微波源1产生微波，同时设定加热时间，微波通过微波传输管2导入模具腔体加热粉体塑料，所有的塑料黏附并烧结于模腔的内表面；测温仪对温度进行采集反馈给PLC实时调整；

步骤3，冷却：加热周期结束，模具继续保持旋转同时停止微波加热，在空气中模具冷却，将模具内塑料冷却到室温；

步骤4，脱模：模具停止旋转，移开可移动的恒温保温箱7，打开模具，取出制品。 

Claims (3)

1.微波加热的滚塑模具设备，其特征是：含有微波源（1）、微波传输管（2）、传动装置（3）、模具上模（4）、上模法兰（5）、下模法兰（6）、可移动的恒温加热箱（7）、模具下模（8）、测温仪（11）、底座铰链（12）、模具夹具（13）、底座摇摆机构（14）、底座（15）和电机（16）；

模具下模（8）上固定有卡槽（9），卡槽（9）和与之配合连接的支撑滚轮（10）支撑起模具下模（8），模具下模（8）上的上模法兰（5）可以与模具上模（4）的下模法兰（6）通过模具夹具（13）锁紧组成模具整体；模具上模（4）通过传动装置（3）与电机（16）连接形成轴向旋转机构；微波热源（1）通过微波传输管（2）与模具上模（4）连接，可移动的恒温加热箱（7）设置在模具整体旁，并可移动至包覆在模具整体的外围，且该加热箱（7）上设置有测温仪（11）；包覆了可移动的恒温加热箱（7）的模具整体、传动装置（3）、电机（16）、微波源（1）及微波传输管（2）形成整体设置到底座（15）上，底座（15）的两个支撑点分别与底座铰链（12）和底座摇摆机构（14）连接形成摇摆结构。

2.根据权利要求1所述的微波加热的滚塑模具设备，其特征是：底座摇摆机购（14）含有凸轮，底座（15）的一个支撑点与该凸轮连接。

3.一种滚塑产品的制造方法，其特征是步骤如下：

步骤1，加料：将称好量的塑料以粉料的形式装入模具下模（8）内腔，盖上模具上模4，模具夹具（13）紧固上模法兰（5）和下模法兰（6），构成模具整体；可移动的恒温加热箱（7）移动到套置在该模具整体外围，形成包覆状态；

步骤2，加热：以电机驱动摇摆机构（14）使底座（15）上下摆动，同时启动电机（16）使模具轴向旋转，使用PLC控制微波源（1）产生微波，同时设定加热时间，微波通过微波传输管（2）导入模具腔体加热粉体塑料，所有的塑料黏附并烧结于模腔的内表面；测温仪（11）对温度进行采集反馈给PLC实时调整；

步骤3，冷却：加热周期结束，继续保持模具的旋转同时停止微波加热，在空气中模具冷却，将模具内塑料冷却到室温；

步骤4，停止模具的旋转，移开可移动的恒温加热箱（7），打开模具，脱模。

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