CN104552745A - 热塑性树脂中空管制品注塑成型系统 - Google Patents

热塑性树脂中空管制品注塑成型系统 Download PDF

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Abstract

本发明为一种热塑性树脂中空管制品注塑成型系统，涉及高分子材料成型技术领域的装置，具体是一种水辅助注射成型系统。主要由注塑机（100）、水流注入控制装置（200）、成型模具（1）、安装在成型模具（1）中的水针装置（3）、以及连接水流注入装置（200）和水针装置（3）的管道组成，发明的优点是，应用发明的技术方案，不仅可以消除解决水针堵塞的风险，而且可以对制品成型过程型腔内熔胶压力的控制消除制品中疏松/缩孔缺陷风险，还可以减少制造过程中的能耗和废料损失，以及获得更均匀的中空管通径。

Description

热塑性树脂中空管制品注塑成型系统
技术领域
本发明涉及高分子材料成型技术领域的装置，具体是一种水辅助注射成型系统。
技术背景
水辅助注射成型技术，是一种控制流体（水），将其注入制件特定的熔融区域以形成空心的技术。注射熔融热塑性熔体后利用水针向其芯部注射水，水的前沿作用在制件的熔融芯上，从水的前沿到熔体的过渡段，固化了一层很薄的塑料膜，推动聚合物熔体，充填模具型腔以获得中空制品。与气体辅助注塑成型技术相比， 水辅助注射成型具有冷却时间和成型周期更短、生产效率增加等优势。
但是在水辅成型的中空制品的树脂截面中也非常容易在发现缩孔或缩松缺陷，以及制品在型腔中充填不完全缺陷。这主要是由于气体辅助成型所用的介质（一般为高压氮气）与水辅助注射成型所用的介质（水）的物理特性的区别造成；例如在气体辅助注塑成型时，在高压氮气推动熔胶形成中空时由于氮气的热容量低，中空的内壁不会立即凝固，而是从与模具型腔壁接触的制品外壁向中空内壁冷却，同时由于氮气具有压缩性，即氮气有膨胀压力推动熔胶向模具向型腔壁运动补充收缩和充分填充型腔，即使在完成中空成型后采用高压氮气保压操作也可消除缩松和型腔填充不完全等缺陷；而在采用水辅成型时，由于水的导热率是氮气的40倍，水的热容量是氮气的4倍，中空体的内壁会迅速形成坚硬的固化层，与此同时与模具型腔壁接触的外壁在模具的冷却下也迅速形成坚硬的固化层，但水具有不可压缩性，意味着在注入过程中如果没有足够的阻力就不能形成足够的水压来作用在树脂体上，这样就导致在两层坚硬的固化层之间后凝固部分产生缩孔或缩松等缺陷，且不能推动未凝固熔胶完全充填型腔中的薄壁结构。
对于制品在型腔中充填不完全的缺陷，在熔胶填充型腔时，采用已知的螺杆保压和溢料腔工艺方法先将模具型腔充分填充熔融热塑性树脂然后用水将芯部未凝固的熔融热塑性树脂推入溢料腔是一种可行的方法；然而采用这种方式制造时依然存在两个方面的风险，其中之一是注水水针在开始注水时容易被熔胶堵塞，从而影响制造效率；另外一个风险是在向溢料腔中溢料过程中，型腔内熔胶压力不足，不能完全解决成型过程中在制品壁中产生的缩松/缩孔问题；同时这种方法还会产生大量的溢料，造成加工能耗较高或者材料消耗太多。
发明内容
本发明目的是根据上述现有水辅成型中空制品的不足之处，提出一种热塑性树脂中空管制品注塑成型系统。
本发明主要由注塑机100、水流注入控制装置200、成型模具1、安装在成型模具1中的水针装置3、以及连接水流注入装置200和水针装置3的管道组成，其中所述成型模具1包括闭合后形成的成型中空管制品10的型腔2、热流道装置4、可控溢料缸装置5、可控溢料缸装置5与热流道装置之间的单向阀6、可控溢料缸装置5与型腔2之间的第一开关阀8、热流道装置4与型腔2之间的第二开关阀9；其中，可控溢料缸装置5包括加热和温控组件5a、活塞5b、溢料缸5d、驱动和控制机构5c，溢料缸5d能通过驱动和控制机构5c设定和控制最小储料容积V0和最大储料容积V1，溢料缸5d通过第一开关阀8与型腔2连接以接纳自型腔2溢出的熔融热塑性树脂直至最大储料容积V1，溢料缸5d通过单向阀6与热流道装置4连接以通过热流道装置4和第二开关阀9向型腔2中注入所储存的熔融热塑性树脂直至最小储料容积V0；其中，水针装置3包括水通路3a、水流输出端3b和水针帽3c，水通路3a的一端通过管道与水流注入控制装置200连接，水通路3a的另一端位于水流输出端3b，水针帽3c与水流输出端3b为可拆卸连接，在注入水流通过水流输出端3b输出之前所述水流输出端3b和水针帽3c位于型腔2中，水针帽3c固定在水流输出端3b上并覆盖水流输出端3b的出水口，当注入的水流通过水流输出端（3b）输出时所述水针帽（3c）在注入水流的作用下脱离水流输出端（3b）；其中，可控溢料缸装置的溢料缸5d中熔融热塑性树脂的压力由驱动和控制机构5c设定和控制。
本发明的优点是，应用本发明的技术方案，不仅可以消除解决水针堵塞的风险，而且可以对制品成型过程型腔内熔胶压力的控制消除制品中疏松/缩孔缺陷风险，还可以减少制造过程中的能耗和废料损失，以及获得更均匀的中空管通径。
附图说明
图1本发明成型系统结构示意图；
图2本发明系统成型时步骤示意图；
图3本发明中水针装置示意图；
图4本发明中溢料缸装置示意图；
图5本发明系统成型时步骤示意图；
图6本发明系统成型时步骤示意图；
图7本发明系统成型时步骤示意图。
具体实施方案
下面结合附图通过具体实施方案，对本发明的技术特征及其相关技术特特做进一步阐述：
如附图1-7示意，图中的标号分别表示：1 – 模具、2 –模具型腔、3 – 水针装置、3a – 水通路、3b – 水流输出端、 3c – 水针帽、4 – 热流道装置、5 – 可控溢料缸装置、5a – 温控组件、5b – 活塞、5c – 驱动和控制机构、5d – 溢料缸、6 – 单向阀、7 – 树脂体、8 – 第一开关阀、9 – 第二开关阀、10 – 中空管制品、10a – 制品对外连接结构、10b – 工艺余料、100 – 注塑机、101 – 塑化注射单元、200 – 水流注入控制装置。
如图7中所示的中空管制品10是一种冷却剂管，包括对外连接结构10a，材质为30%玻纤增强尼龙66（PA66 GF30），树脂密度为1.35g/cm3，其中，该水管外径为Φ20mm，期望内径为Φ15 mm±0.5mm。
如图1和图2所示为按照本发明技术方案构造的注塑成型系统和模具结构布置。其中的注塑机100为商品市场上常见的注塑机；水流注入控制装置200为本发明人自制，可编程控制注入水的体积流速和每次注入的总体积，并提供输出增压动力；其中的成型模具1安装在注塑机100上，注塑机的塑化注射单元101与模具1中的热流道装置入口相连，模具闭合后有成型制品的型腔2，模具1中的热流道装置4通过第二开关阀9与模具型腔2连接以控制向型腔2中注入熔融热塑性树脂和防止注水时熔胶或水从型腔进胶端返回到热流道中，而可控溢料缸装置中的溢料缸5d通过第一开关阀8与型腔2连接以控制从型腔2向溢料缸5d溢出的熔融热塑性树脂流的通断，其中第一开关阀8和第二开关阀9可以是商品市场上常见的针阀式热嘴；
为实现本发明的技术目的，可控溢料缸装置5采用一种活塞缸结构，包括驱动和控制机构5c、活塞5b、以及温控组件5a、以及由活塞5b与缸体形成的溢料缸5d，如图4所示；通过驱动和控制机构5c可以设定和控制活塞5b的位置，形成溢料缸5d的最小储料容积V0和最大储料容积V1，其中最小储料容积V0可以为0；可控溢料缸装置5的溢料缸5d通过一个单向阀6与热流道装置连接，在驱动和控制机构5c的驱动下，允许溢料缸5d中储存的熔融热塑性树脂向热流道装置4中输出直至设定的最小储料容积V0；而当打开第一开关阀8时，允许从型腔2溢出的熔融热塑性树脂在一定压力下溢入到溢料缸5d中直至恢复到设定的最大储料容积V1；其中的温控组件5a使溢料缸装置5的溢料缸、第一开关阀8至溢料缸5d之间的连接通路、以及溢料缸5d至热流道装置4之间的连接通路保持在设定的温度，并保证在其中的树脂为熔融状态；
在本具体实施例中，为消除水针装置被溶胶堵塞的风险，采用一种特殊设计的水针装置，具有水通路3a、水流输出端3b、以及水针帽3c，结构如图3所示；水针装置的水通路3a的一端通过管道与水流注入控制装置的输出口连接，水通道3a的另一端位于水流输出端的顶部，出水口在水流输出端3b的中心位置；水针装置固定在成型模具1上，其中的水流输出端3b位于模具的型腔2中，水针帽3c与水流输出端3b为可拆卸连接；在合模之前，将水针帽3c放置在水流输出端3b上并覆盖水流输出端3b的出水口，在合模后水针帽3c与水针输出端3b一并位于型腔2中，并被后续注入的熔融热塑性树脂完全包覆，与模具型腔壁共同成型中空管制品10的一端；当注入的水流通过水流输出端3b输出时水针帽3c在注入水流的作用下脱离水流输出端3b，并在后续水流的作用下推动型腔中树脂体7芯部未凝固的熔融热塑性树脂溢入到溢料缸中；为完整成型中空管制品10的中空部分和减少后续的加工量，在型腔中，所注入的水流需要到达并超出中空管的另一端，为此在成型中空管制品另一端的模具型腔2内设置一段引导段，即成型图7中所示的工艺余料段10b，以接纳水流以及由水流推来的水针帽3c，而在引导段的末端与前述的第一开关阀8连接；
为提高成型效率和便于回收，本具体实施例中所用的水针帽为一次性使用的水针帽，其材质与成型中空管制品10的材质相同，为30%玻纤增强的尼龙66，可以通过注塑加工成型；而通过合理选择水针帽的形状和大小，成型的中空管制品的内径尺寸非常均匀和高度的一致性。
按照上述方式连接形成完整的注塑成型系统，并根据所加工树脂（30%玻纤增强尼龙66）的物理特性将注塑机塑化注射单元、模具中的热流道装置以及可控溢料缸装置温度设定在一个保持热塑性树脂处于熔融状态的适当加工温度（例如300℃），并对溢料缸的最大储料容积和最小储料容积进行设定，模具本体的温度设定在适合成型的温度（例如90℃）。在初次应用本发明的注塑成型模具时，可以通过下述方式在溢料缸中建立储料和确定最大储料容积V1，并对相关参数进行调整：
在水针装置3的水流输出端3b顶部放置水针帽3c，闭合模具，关闭第一开关阀8，打开第二开管阀9；使用注塑机的塑化注射单元101向型腔2中注入足量的熔融树脂，使型腔2中完全填满熔融树脂；然后关闭第二开关阀9，打开第一开关阀8，水流注入控制装置200按一个设定的水流速度和注水体积通过水针装置向型腔2中的熔融树脂体7中注入水；水针帽3c在注入水的推动下脱离水流输出端3b，并在后续注入水流的推动下将型腔2中树脂体中的未凝固熔胶推入到溢料缸装置5中，从而在溢料缸5d中建立储料；在溢料缸中所建立的储料会在下一模注塑成型时与从注塑机塑化注射单元注入的熔融树脂一起再次被注入到模具型腔中；通过检查中空管制品10的状态如中空孔的直径、制品壁的密实度和强度等，以及水针帽3c最终停止位置，确定溢料缸的最大储料容积和溢料时溢料缸中熔胶的适当压力，并对溢料缸的最大储料容积（或者活塞的位置）和溢料时熔胶压力进行设定，同时对水流注入控制装置200的注水速度、注水总体积等参数进行确定和设定。由于模具型腔2的容积是确定的，当通过上述方法确定溢料缸的最大储料容积后，即可确定注塑机塑化注射单元每次的注胶量。
在完成了在溢料缸5d中建立储料和确定了最大储料容积和最小储料容积后，即能按照包括下列步骤的成型方法成型中空管制品：
1） 将水针装置的水针帽3c置于水流输出端3b上并覆盖水流输出端的3b的出水口，然后闭合模具；此时，水针装置3的水通路3a处于关闭状态，第一开关阀8和第二开关阀9均处于关闭位置，溢料缸5d具有最大储料容积V1；
2） 打开第二开关阀9，注塑机100的塑化注射单元101和可控溢料缸装置5共同向型腔2中注入熔融热塑性树脂使型腔2充分填充，水针装置的水流输出端3b和水针帽3c被熔融树脂完全包覆；型腔2填充完毕后，溢料缸5d达到预先设定的最小储料容积V0；
3） 关闭第二开关阀9，打开第一开关阀8和水针装置3的水通路3a，水流注入控制装置200按照预先设定的注水速度和体积通过水针装置的水流输出端3b向型腔2中的熔融树脂体中注入水，水针装置的水针帽3c在水的推力下脱离水流输出端3b并推动树脂体中未凝固的熔融树脂通过第一开关阀8溢出到溢料缸5d中，形成中空管制品的内壁；在此过程中，溢料缸5d中的熔融热塑性树脂由驱动和控制机构5c控制在一个预先设定的压力；
4） 当完成注入预定体积的水后，停止注水并关闭第一开关阀8；此时，溢料缸5d恢复到预先设定的最大容积V1；
5） 注入到中空管制品中空部分的水通过自重或汽化从水针装置的水通路3a排出；然后关闭水针装置的水通路3a；
6） 开模取件，去除工艺余料及包括在其中的水针帽3c获得中空管制品10。
按照包括上述步骤的成型方法，连续生产50模，未发现水针装置被熔胶堵塞的情况，制品充分复制模具型腔，通过解剖制品和在所制制品上取样，未发现制品壁中有疏松和缩孔缺陷，强度等指标满足设计要求，中空孔的内径在Φ15 mm±0.2mm以内优于设计公差，同时产生的工艺余料量大大减少。
虽然以上已经参照附图对按照本发明目的的构思作了详尽说明，但本领域技术人员可以认识到，在没有脱离权利要求限定范围的前提条件下，仍然可以对本发明作出各种改进和变换，而这种改进和变换仍然应当属于本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种热塑性树脂中空管制品注塑成型系统，其特征是，主要由注塑机（100）、水流注入控制装置（200）、成型模具（1）、安装在成型模具（1）中的水针装置（3）、以及连接水流注入装置（200）和水针装置（3）的管道组成，其中所述成型模具（1）包括闭合后形成的成型中空管制品（10）的型腔（2）、热流道装置（4）、可控溢料缸装置（5）、可控溢料缸装置（5）与热流道装置之间的单向阀（6）、可控溢料缸装置（5）与型腔（2）之间的第一开关阀（8）、热流道装置（4）与型腔（2）之间的第二开关阀（9）；其中，可控溢料缸装置（5）包括加热和温控组件（5a）、活塞（5b）、溢料缸（5d）、驱动和控制机构（5c），溢料缸（5d）能通过驱动和控制机构（5c）设定和控制最小储料容积V0和最大储料容积V1，溢料缸（5d）通过第一开关阀（8）与型腔（2）连接以接纳自型腔（2）溢出的熔融热塑性树脂直至最大储料容积V1，溢料缸（5d）通过单向阀（6）与热流道装置（4）连接以通过热流道装置（4）和第二开关阀（9）向型腔（2）中注入所储存的熔融热塑性树脂直至最小储料容积V0；其中，水针装置（3）包括水通路（3a）、水流输出端（3b）和水针帽（3c），水通路（3a）的一端通过管道与水流注入控制装置（200）连接，水通路（3a）的另一端位于水流输出端（3b），水针帽（3c）与水流输出端（3b）为可拆卸连接，在注入的水流通过水流输出端（3b）输出之前所述水流输出端（3b）和水针帽（3c）位于型腔（2）中，水针帽（3c）固定在水流输出端（3b）上并覆盖水流输出端（3b）的出水口，当注入的水流通过水流输出端（3b）输出时所述水针帽（3c）在注入水流的作用下脱离水流输出端（3b）。
2. 根据权利要求1所述的热塑性树脂中空管制品注塑成型系统，其特征是，其中，可控溢料缸装置的溢料缸（5d）中熔融热塑性树脂的压力由驱动和控制机构（5c）设定和控制。
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