CN107571465B - 一种单一熔体多次注射的成型方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于橡塑注射成型技术领域，涉及一种适用于低应力厚壁精密产品开发的注射成型新技术，具体是一种单一熔体的多次注射成型方法。本发明采用低速低压下多次多阶段注射的方式有效地完成了厚壁精密产品的熔体充填和密实化过程，使用了单一流道及浇口，保证了成型的连续性，产品的厚度尺寸可以通过多次注射实现精密控制，且多次注射的熔体会释放掉之前预制型坯的部分应力，产品的整体残余应力低。本发明没有使用多色注射机，简化了模具结构，节约了设备和模具成本，为一种经济简单的工艺方法，高质量地完成了厚壁低应力产品的开发，达到了本发明的目的。

Description

一种单一熔体多次注射的成型方法

技术领域

本发明属于橡塑注射成型技术领域，涉及一种适用于低应力厚壁精密产品开发的注射成型新技术，具体是一种单一熔体的多次注射成型方法。

背景技术

深海探测与航空航天领域的观测视窗、石油石化领域的输油管件以及环保领域的大型水处理滤板等特殊产品对力学性能、光学性能和尺寸精度都提出了较高要求，相应的材料选择和成型制造方法均面临挑战。由于密度低、比强度高、尺寸可控等特点，塑料在上述产品开发上应用的越来越多。针对高强度和高耐压的环境要求，塑料产品在设计上需要增加厚度满足使用，但这也给成型制造带来了一系列问题，其中主要包括质量控制和成型周期等。厚度在(1-4)mm以下的塑料产品通常采用传统注射成型工艺来制造，成型周期多控制在1分钟以内，材料的固化收缩则是通过注射机螺杆进行保压注料以实现补偿，但这一保压过程会引入过大的残余应力，后期极易发生应力变形与开裂。注射压缩成型将压缩过程取代传统的保压过程，实现了大面积的精密模压补缩，有效降低了产品的残余应力，成型的产品厚度可增大至20mm左右，适用于外形简单的产品。专利CN01816518.4和EP0144622分别利用了“吹胀”和“回挤”的方法进行了厚壁光学元件的成型，在保证产品表面质量的同时极大地降低了残余应力，但受限于产品几何特征和工艺特点，制造周期比较长。为进一步降低成型周期和提高生产效率，专利US20140332991A1将异质多层注射的概念扩展到同质多层注射，在厚壁LED光学组件上得到成功应用，成型周期降低至原始的1/3，但其采用的多色注射机与旋转式多腔模具设计与制造复杂，使用与维护成本高。

虽然上述方法在成型不同厚度的产品上具有各自的优点，但在成型厚壁，特别是厚度大于20mm的超厚壁低应力精密产品时仍存在一系列的瓶颈：一、材料的收缩使得产品表面存在凹陷，特别是低模温下形成的边缘凝固层使得注射压缩成型后期的压缩动作失效；二、压缩或者多层注射的流动均存在不连续性，在产品的表面极易产生冷流痕；三、模具型腔的温度需要接近材料的玻璃化转变温度，以保证材料的流动与复制性，相应的成型周期延长，能耗增加；四、需要具有特殊功能的注射机、周边辅助设备和复杂的模具系统，成型制造成本高。

发明内容

本发明的目的在于克服现有厚壁精密产品注射成型技术的缺陷与不足，提供一种适用于小批量厚壁低应力产品开发与制造的单一熔体多次注射的成型方法。

本发明是这样实现的

该方法通过将高温熔体在低于常规注射的速度和压力下多次注射到一个可变尺寸的模具型腔中，其中型腔由动模镶件、定模镶件和封料模板组成，型腔尺寸通过动模镶件的精确定位进行控制，注射浇口的厚度大于型腔初始厚度；

在成型的第一阶段，根据产品的投影面积建立初始锁模力，型腔厚度尺寸小于最终成型的产品，高温熔体由侧面在低于常规注射的速度和压力下注入型腔并完全充满，形成预制型坯；

在成型的第二阶段，锁模力下降至小于初始锁模力1/2以下，熔体在低于常规注射的速度和压力下第二次注入并覆盖于预制型坯上，锁模力与注射压力协同作用使得模具型腔扩张；

在成型的第三阶段，锁模力呈梯度式上升至大于初始锁模力，动模镶件向定模侧移动，压缩熔体充填整个型腔，型腔尺寸减小，压缩动作持续到冷却结束；

在成型的第四阶段，产品充分冷却，模具开模，产品由封料模板顶出，自动或者手动取出后进行表面保护。

成型产品的厚度由第一阶段和第二阶段的熔体充填量共同决定。

本发明具在的优点和有益效果，本发明采用低速低压下多次多阶段注射的方式有效地完成了厚壁精密产品的熔体充填和密实化过程，使用了单一流道及浇口，保证了成型的连续性，产品的厚度尺寸可以通过多次注射实现精密控制，且多次注射的熔体会释放掉之前预制型坯的部分应力，产品的整体残余应力低。本发明没有使用多色注射机，简化了模具结构，节约了设备和模具成本，为一种经济简单的工艺方法，高质量地完成了厚壁低应力产品的开发，达到了本发明的目的。

附图说明

图1为本发明的关键技术示意图；

图2为本发明的工艺路线图；

图3为本发明的产品效果图，其中a是传统方法的产品效果图，b是本发明的产品效果图。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施例对本发明做进一步阐述，其中实施例仅具有描述特性，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。

该方法通过将高温熔体在低于常规注射的速度和压力下多次注射到一个可变尺寸的模具型腔中，其中型腔由动模镶件、定模镶件和封料模板组成，型腔尺寸通过动模镶件的精确定位进行控制，注射浇口的厚度大于型腔初始厚度；

在成型的第一阶段，根据产品的投影面积建立初始锁模力，型腔厚度尺寸小于最终成型的产品，高温熔体由侧面在低于常规注射的速度和压力下注入型腔并完全充满，形成预制型坯；

在成型的第二阶段，锁模力下降至小于初始锁模力1/2以下，熔体在低于常规注射的速度和压力下第二次注入并覆盖于预制型坯上，锁模力与注射压力协同作用使得模具型腔扩张；

在成型的第三阶段，锁模力呈梯度式上升至大于初始锁模力，动模镶件向定模侧移动，压缩熔体充填整个型腔，型腔尺寸减小，压缩动作持续到冷却结束；

在成型的第四阶段，产品充分冷却，模具开模，产品由封料模板顶出，自动或者手动取出后进行表面保护。

实施例

本发明为一种单一熔体多次注射的成型方法，该方法通过将高温熔体1在低于常规注射的速度和压力下多次注射到一个可变尺寸的模具型腔中，其中注射浇口2的厚度要大于型腔的初始厚度，且在动模一侧留有足够余量。根据图1，本发明所用模具的型腔由定模镶件3、动模镶件4和封料模板5组成，本发明成型产品的尺寸为长×宽×厚＝200mm×100mm×(3～25)mm，其中厚度在3～25mm间灵活可控。在成型的第一阶段，根据锁模力计算公式F＝Kp(锁模力常数)*S(投影面积)，建立(200～400)kN锁模力6，模具初始型腔厚度为3mm，高温熔体1由侧面经注射浇口2注入型腔，形成预制型坯7；在成型的第二阶段，锁模力6下降至(50～100)kN，高温熔体1第二次注入型腔并覆盖于预制型坯7的上方，注射压力大于锁模力6，动模镶件移动，使得模具型腔厚度扩张至10mm，此时型腔由定模镶件3、动模镶件4和封料模板5组成，其中封料模板5由背面的液压油缸驱动顶出；在成型的第三阶段，锁模力6以100kN-150kN-200kN-400kN-1300kN的模式梯度上升，动模镶件压缩高温熔体1充填整个型腔，锁模力在1300kN持续至开模，如图2所示；在成型的第四阶段，产品8充分冷却定型，模具开模，产品由封料模板顶出，手动取件后进行表面保护。

本发明中最终产品的厚度由两充填的充填量共同决定，产品的尺寸精度控制由成型第三阶段的压缩动作来实现。另一方面，本发明中高温熔体1的充填压力在200bar，保压压力在100bar，如图2所示，对应充填的压力降与剪切速率小，残余应力低。同时，第二次注入的高温熔体1会释放第一次预制型坯7的部分应力，残余应力降低。利用传统注射与本发明的方法成型出相同厚度的产品8，其光弹应力对比如图3所示。

这里需要明确的是，尽管已经对本发明进行了详细描述，但是针对本行业的相关人员，在本发明基础上做出的任意相似的修改都应属于本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种单一熔体多次注射的成型方法，其特征在于：该方法通过将高温熔体在低于常规注射的速度和压力下多次注射到一个可变尺寸的模具型腔中，其中型腔由动模镶件、定模镶件和封料模板组成，型腔尺寸通过动模镶件的精确定位进行控制，注射浇口的厚度大于型腔初始厚度；

在成型的第一阶段，根据产品的投影面积建立初始锁模力，型腔厚度尺寸小于最终成型的产品，高温熔体由侧面在低于常规注射的速度和压力下注入型腔并完全充满，形成预制型坯；

在成型的第二阶段，锁模力下降至小于初始锁模力1/2以下，熔体在低于常规注射的速度和压力下第二次注入并覆盖于预制型坯上，锁模力与注射压力协同作用使得模具型腔扩张；

在成型的第三阶段，锁模力呈梯度式上升至大于初始锁模力，动模镶件向定模侧移动，压缩熔体充填整个型腔，型腔尺寸减小，压缩动作持续到冷却结束；

在成型的第四阶段，产品充分冷却，模具开模，产品由封料模板顶出，自动或者手动取出后进行产品表面保护；

成型产品的厚度由第一阶段和第二阶段的熔体充填量共同决定。

Images